מה שמגלה קדימה על חפץ

כשכוכבי כוכבים מסתכלים לשמי הלילה, הם ראה אור. זה חלק מהותי ביקום שנסע למרחקים גדולים. האור הזה, המכונה רשמית "קרינה אלקטרומגנטית", מכיל אוצר מידע על האובייקט ממנו הוא הגיע, החל מטמפרטורתו לתנועותיו.

אסטרונומים לומדים אור בטכניקה המכונה "ספקטרוסקופיה". זה מאפשר להם לנתח אותו עד אורכי הגל שלו כדי ליצור מה שמכונה "ספקטרום". בין היתר, הם יכולים לדעת אם חפץ מתרחק מאיתנו. הם משתמשים במאפיין המכונה "משמרת אדומה" כדי לתאר את תנועתם של חפצים שמתרחקים זה מזה בחלל.

מעבר קדימה מתרחש כאשר עצם הפולט קרינה אלקטרומגנטית נסוג מהצופה. האור שזוהה נראה "אדום יותר" מכפי שהוא אמור להיות מכיוון שהוא מועבר לכיוון הקצה "האדום" של הספקטרום. Redshift הוא לא משהו שמישהו יכול "לראות". זו השפעה שאסטרונומים מודדים לאור על ידי לימוד אורכי הגל שלה.

חפץ (המכונה בדרך כלל "המקור") פולט או קולט קרינה אלקטרומגנטית באורך גל מסוים או קבוצה של אורכי גל. רוב הכוכבים מפטרים מגוון רחב של אור, בין גלוי לעין אינפרא אדום, אולטרה סגול, רנטגן וכן הלאה.

ככל שהמקור מתרחק מהצופה, נראה שאורך הגל "מתמתח" או מתרחב. כל שיא נפלט רחוק יותר מהשיא הקודם ככל שהאובייקט נסוג. באופן דומה, בעוד שאורך הגל מעלה (הופך לאדמתי יותר) התדירות, ולכן האנרגיה, יורדת.

ככל שהאובייקט נסוג מהר יותר, כך משמרת האדום שלו גדולה יותר. תופעה זו נובעת מ- אפקט דופלר. אנשים על כדור הארץ מכירים את שינוי דופלר בדרכים מעשיות למדי. לדוגמה, כמה מהיישומים הנפוצים ביותר של אפקט הדופלר (הן משמרות אדומות והן כחלפות משנה) הם רובי רדאר של המשטרה. הם מקפצים איתותים מכלי רכב וכמות ההסבה האדומה או הכחול-הסופי אומרת לקצין כמה מהר זה הולך. מכ"מ מזג האוויר של דופלר מורה לחזאים כמה מהר מערכת סערה עוברת. השימוש בטכניקות דופלר באסטרונומיה עוקב אחר אותם עקרונות, אך במקום לכרטס גלקסיות, אסטרונומים משתמשים בה כדי ללמוד על תנועותיהם.

האופן שבו אסטרונומים קובעים את ההיסטה האדומה (וההחלפה הכחולה) היא להשתמש בכלי שנקרא ספקטרוגרף (או ספקטרומטר) כדי להביט באור שנפלט על ידי אובייקט. ההבדלים הזעירים בקווים הספקטרליים מראים שינוי לכיוון האדום (עבור משמרת אדומה) או הכחול (להעברת הכחול). אם ההבדלים מראים שינוי אדום, המשמעות היא שהאובייקט נסוג. אם הם כחולים אז האובייקט מתקרב.

בתחילת המאה העשרים, האסטרונומים חשבו שהכול יקום היה עטוף בתוך שלנו גלקסיה, ה שביל החלב. עם זאת, מדידות שעשויות אחרות גלקסיותשנחשבו פשוט לערפיליות בתוך שלנו, הראו שהם באמת בחוץ של שביל החלב. תגלית זו נעשתה על ידי אסטרונום אדווין פ. האבל, בהתבסס על מדידות של כוכבים משתנים על ידי אסטרונום אחר בשם הנרייטה לאוויט.

יתרה מזאת, נמדדו משמרות אדומות (ובמקרים מסוימים משמרות כחולות) עבור גלקסיות אלה, כמו גם מרחקיהן. האבל גילה את התגלית המדהימה שככל שהגלקסיה רחוקה יותר, כך נראית לנו השינוי האדום. מתאם זה ידוע כעת בשם חוק האבל. זה עוזר לאסטרונומים להגדיר את התפשטות היקום. זה גם מראה שככל שאובייקטים רחוקים יותר מאיתנו, הם הולכים ונמנעים מהר יותר. (זה נכון במובן הרחב, ישנן למשל גלקסיות מקומיות שמתקדמות לקראתנו בגלל התנועה של " קבוצה מקומית".) לרוב, אובייקטים ביקום נסוגים זה מזה וניתן למדוד את התנועה על ידי ניתוח המשמרות האדומים שלהם.

אסטרונומים יכולים להשתמש במשמרת אדומה כדי לקבוע את תנועתו של שביל החלב. הם עושים זאת על ידי מדידת משמרת הדופלר של חפצים בגלקסיה שלנו. מידע זה חושף כיצד כוכבים וערפילים אחרים נעים ביחס לכדור הארץ. הם יכולים גם למדוד את תנועתם של גלקסיות רחוקות מאוד - המכונות "גלקסיות גבוהות-מסתובבות אדומות". זהו תחום הצומח במהירות של אסטרונומיה. זה לא מתמקד רק בגלקסיות, אלא גם באובייקטים אחרים, כמו המקורות של קרני גאמה מתפרץ.

לאובייקטים אלה יש שינוי אדום אדום מאוד, מה שאומר שהם מתרחקים מאיתנו במהירות גבוהה מאוד. אסטרונומים מקצים את המכתב ז למשמרת אדומה. זה מסביר מדוע לפעמים ייצא סיפור שאומר שלגלקסיה יש שינוי אדום ז= 1 או משהו כזה. התקופות הקדומות ביותר של היקום שוכנות על א ז של כמאה. לכן, משמרת אדומה גם נותנת לאסטרונומים דרך להבין כמה רחוקים הדברים בנוסף לכמה מהר הם עוברים.

המחקר על עצמים מרוחקים מעניק לאסטרונומים גם תמונת מצב על מצב היקום לפני כ -13.7 מיליארד שנה. זה היה הרגע בו ההיסטוריה הקוסמית החלה עם המפץ הגדול. נראה שהיקום לא רק מתרחב מאז אותה תקופה, אלא שהוא מתרחב גם הוא. המקור לאפקט זה הוא אנרגיה שחורה, חלק לא מובן היטב מהיקום. אסטרונומים המשתמשים במשמרת אדומה בכדי למדוד מרחקים קוסמולוגיים (גדולים) מגלים שלא תמיד התאוצה הייתה זהה לאורך ההיסטוריה הקוסמית. הסיבה לשינוי זה עדיין לא ידועה והשפעה זו של אנרגיה אפלה נותרה תחום לימוד מסקרן בקוסמולוגיה (חקר מקורו והתפתחותו של היקום.)

נערך על ידי קרולין קולינס פיטרסן.