หน้าหลัก › บทความดาราศาสตร์ › ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
ฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์และการเลื่อนทางแดง

The Doppler effect and redshift

อัปเดตล่าสุด

เสียงรถพยาบาลที่แหลมขึ้นเมื่อวิ่งเข้าหาและทุ้มลงเมื่อวิ่งออก เป็นหลักการเดียวกับที่นักดาราศาสตร์ใช้วัดความเร็วของดาว ค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ และค้นพบว่าเอกภพกำลังขยายตัว

เมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เข้าหาเรา ยอดคลื่นแต่ละยอดถูกปล่อยออกมาจากตำแหน่งที่ใกล้เราขึ้นเรื่อย ๆ ยอดคลื่นจึงมาถึงถี่ขึ้น ความยาวคลื่นที่เราวัดได้สั้นลง เมื่อแหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ออก ความยาวคลื่นจะยาวขึ้น ปรากฏการณ์นี้อธิบายโดย คริสเตียน ดอปเพลอร์ ในปี ค.ศ. 1842 และใช้ได้ทั้งกับเสียงและแสง

สูตรสำหรับความเร็วต่ำ

การเลื่อนทางแดงและทางน้ำเงิน

สำหรับแสงจากวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วตามแนวเล็ง v_r ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงมาก

z \equiv \frac{\lambda_{\text{obs}}-\lambda_0}{\lambda_0} \approx \frac{v_r}{c}

เมื่อ \lambda_0 คือความยาวคลื่นเดิมที่วัดในห้องทดลอง ถ้า z เป็นบวก ยิ่งวัตถุเคลื่อนที่เร็ว เส้นสเปกตรัมยิ่งเลื่อนมาก ถ้าความยาวคลื่นที่วัดได้ยาวกว่าที่วัดในห้องทดลอง เส้นสเปกตรัมเลื่อนไปทางสีแดง เรียกว่าการเลื่อนทางแดง แปลว่าวัตถุเคลื่อนที่ออก ถ้าเป็นลบสั้นกว่าเรียกว่าการเลื่อนทางน้ำเงิน แปลว่าเคลื่อนที่เข้าหา เช่น เส้นไฮโดรเจนแอลฟาที่ 656.3 นาโนเมตร ถ้าวัดได้ 656.5 นาโนเมตร วัตถุกำลังถอยห่างด้วยความเร็วราว 91 (3\times 10^5\times 0.2/656.3) กิโลเมตรต่อวินาที

วัดได้เฉพาะความเร็วตามแนวเล็ง

ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์บอกเฉพาะความเร็วที่พุ่งเข้าหาหรือออกจากเรา เรียกว่าความเร็วแนวเล็ง ส่วนการเคลื่อนที่ข้ามท้องฟ้าต้องวัดจากการเปลี่ยนตำแหน่งของดาวตามเวลา เรียกว่าการเคลื่อนที่เฉพาะ

ใช้ทำอะไรในดาราศาสตร์

ความเร็วสูงและเอกภพที่ขยายตัว

เมื่อความเร็วใกล้แสง ต้องใช้สูตรการคำนวณเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งรวมผลของการยืดของเวลาเข้าไปด้วย

1+z = \sqrt{\frac{1+v/c}{1-v/c}}

สำหรับดาราจักรที่อยู่ไกลมาก การเลื่อนทางแดงส่วนใหญ่ไม่ได้มาจากการเคลื่อนที่ผ่านอวกาศ แต่มาจากการขยายตัวของอวกาศเอง ขณะแสงเดินทาง คลื่นแสงถูกยืดออกตามอวกาศ ค่า 1+z จึงปริมาณการยืดของแสงจึงบอกว่าเอกภพขยายตัวไปกี่เท่าตั้งแต่แสงออกเดินทาง ดาราจักรที่ไกลที่สุดที่พบมีค่าการเลื่อนทางแดง z มากกว่า 14 แปลว่าเอกภพในตอนนั้นเล็กกว่าปัจจุบันกว่า 15 เท่า

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยการเลื่อนทางแดงไม่ได้แปลว่าวัตถุเป็นสีแดง มันหมายถึงเส้นสเปกตรัมทั้งชุดเลื่อนไปทางความยาวคลื่นยาว ดาราจักรที่ถอยห่างเร็วอาจยังดูเป็นสีขาวหรือฟ้า เพราะแสงอัลตราไวโอเลตของมันเลื่อนเข้ามาแทนที่แสงสีฟ้าที่เลื่อนออกไป
เปิดในเว็บไซต์ NewTutorAstronomy ›

คำศัพท์ในบทความนี้

บทความที่เกี่ยวข้อง