למדו על אפקט הדופלר

אסטרונומים חוקרים את האור מחפצים רחוקים כדי להבין אותם. האור נע בחלל במהירות של 299,000 קמ"ש, וניתן להסיט את דרכו על ידי כוח הכובד, כמו כן להיספג ולהתפזר על ידי ענני חומר ביקום. אסטרונומים משתמשים בתכונות רבות של אור בכדי ללמוד כל דבר, החל מכוכבי לכת וירחיםיהם ועד העצמים הרחוקים ביותר בקוסמוס.

כלי אחד שהם משתמשים בו הוא אפקט הדופלר. זהו שינוי בתדר או באורך הגל של הקרינה הנפלטת מאובייקט בזמן שהוא עובר בחלל. זה נקרא על שם הפיזיקאי האוסטרי כריסטיאן דופלר שהציע את זה לראשונה בשנת 1842.

כיצד פועל אפקט הדופלר? אם מקור הקרינה, נאמר א כוכב, נע לעבר אסטרונום בכדור הארץ (למשל), אז אורך הגל של קרינתו ייראה קצר יותר (תדר גבוה יותר, ולכן אנרגיה גבוהה יותר). מצד שני, אם האובייקט מתרחק מהצופה אז אורך הגל יופיע ארוך יותר (תדר נמוך יותר ואנרגיה נמוכה יותר). בטח חווית גרסה של האפקט כששמעת שריקת רכבת או צפירת משטרה כשהיא עוברת לידך, משנה את המגרש כשהיא חולפת לידך ומתרחקת.

אפקט הדופלר עומד מאחורי טכנולוגיות כמו מכ"ם משטרתי, שם "אקדח הרדאר" פולט אור באורך גל ידוע. ואז, "האור" הרדאר ההוא מקפיץ מכונית נעה ונסע חזרה למכשיר. השינוי המתקבל באורך הגל משמש לחישוב מהירות הרכב. (

כאשר אובייקט נסוג (כלומר מתרחק) מהצופה, פסגות הקרינה הנפלטת יהיו מרוחקות זו מזו מכפי שהן היו אם אובייקט המקור היה נייח. התוצאה היא שאורך הגל של האור שמתקבל נראה ארוך יותר. אסטרונומים אומרים שהוא "מועבר לקצה האדום" של הספקטרום.

אותה השפעה חלה על כל הלהקות בספקטרום האלקטרומגנטי, כגון רדיו, צילום רנטגן או קרני גאמה. עם זאת, המדידות האופטיות הן הנפוצות ביותר והן מקור המונח "משמרת אדומה". ככל שהמקור מתרחק מהר יותר מהצופה, כך גדול יותר משמרת אדומה. מבחינה אנרגטית, אורכי גל ארוכים יותר תואמים את קרינת האנרגיה הנמוכה.

לעומת זאת, כאשר מקור קרינה מתקרב לצופה אורכי הגל של האור מופיעים קרוב יותר זה לזה, ובכך למעשה מקצר את אורך הגל של האור. (שוב, אורך גל קצר יותר פירושו תדר גבוה יותר ולכן אנרגיה גבוהה יותר.) ספקטרוסקופית, קווי הפליטה ייראו מועברים לכיוון הצד הכחול של הספקטרום האופטי, ומכאן השם משמרת כחולה.

בדומה למשמרת אדומה, ההשפעה חלה על רצועות אחרות בספקטרום האלקטרומגנטי, אך ההשפעה היא ביותר פעמים רבות נדונו פעמים בהן מדובר באור אופטי, אם כי באזורים מסוימים של אסטרונומיה זה בהחלט לא מקרה.

השימוש במשמרת דופלר הביא לכמה תגליות חשובות באסטרונומיה. בתחילת המאה העשרים, האמינו כי יקום היה סטטי. למעשה, זה הוביל אלברט איינשטיין להוסיף את הקבוע הקוסמולוגי למשוואת השדה המפורסמת שלו על מנת "לבטל" את ההתפשטות (או ההתכווצות) שנחזה על ידי חישובו. באופן ספציפי, פעם היה האמין כי "קצה" של שביל החלב ייצג את גבול היקום הסטטי.

לאחר מכן, אדווין האבל מצא כי מה שמכונה "ערפיליות ספירליות" שפקדו את האסטרונומיה במשך עשרות שנים לא ערפיליות בכלל. אלה היו למעשה גלקסיות אחרות. זו הייתה תגלית מדהימה ואמרה לאסטרונומים כי יקום הוא הרבה יותר גדול ממה שהם ידעו.

לאחר מכן המשיך האבל למדוד את משמרת הדופלר, ובאופן ספציפי מצא את ההיסטה האדומה של הגלקסיות הללו. הוא גילה שככל שהגלקסיה רחוקה יותר, היא נסוגה במהירות רבה יותר. זה הוביל למפורסם עכשיו חוק האבל, האומר שהמרחק של אובייקט פרופורציונאלי למהירות המיתון שלו.

גילוי זה הוביל את איינשטיין לכתוב זאת שלו הוספת הקבוע הקוסמולוגי למשוואת השדה הייתה החסר הגדול ביותר בקריירה שלו. אולם מעניין לציין שחלק מהחוקרים מציבים כעת את הקבוע חזור לתוך תורת היחסות הכללית.

כפי שמתברר החוק של האבל נכון רק עד לנקודה מכיוון שמחקרים במהלך העשורים האחרונים גילו זאת גלקסיות רחוקות נסוגים במהירות רבה יותר מהצפי. פירוש הדבר כי התרחבות היקום מאיצה. הסיבה לכך היא תעלומה, ומדענים כינו את הכוח המניע של ההאצה הזו אנרגיה שחורה. הם מתייחסים לזה במשוואת שדה איינשטיין כקבוע קוסמולוגי (אם כי הוא בעל צורה שונה מניסוחו של אינשטיין).

מלבד מדידת התפשטות היקום, ניתן להשתמש באפקט דופלר כדי לדגמן את תנועת הדברים הרבה יותר קרובה לבית; כלומר הדינמיקה של שביל החלב.

על ידי מדידת המרחק לכוכבים וההיסטה האדומה או הכחולה שלהם, אסטרונומים מסוגלים למפות את תנועה של הגלקסיה שלנו וקבלו תמונה של איך הגלקסיה שלנו עשויה להראות למתבונן מרחבי השטח יקום.

אפקט הדופלר מאפשר גם למדענים למדוד את פעימות פעימותיהם של כוכבים משתנים, כמו גם תנועות של חלקיקים הנעים במהירות מדהימה בתוך זרמי סילון רלטיביסטיים הנובעים מ חורים שחורים סופר-מסיביים.

נערך ועודכן על ידי קרולין קולינס פיטרסן.