多普勒效應(yīng)與“紅移”

1842年的一天，奧地利物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家多普勒從鐵路交叉路口經(jīng)過(guò)時(shí)，一列火車(chē)從他身旁馳過(guò)，尖利的汽笛聲吸引了他。他仔細(xì)聆聽(tīng)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火車(chē)由遠(yuǎn)而近駛來(lái)時(shí)，汽笛聲變得更響，音調(diào)變得更尖利；火車(chē)由近而遠(yuǎn)駛?cè)r(shí)，汽笛聲則變?nèi)?，音調(diào)變低沉。這個(gè)有趣的現(xiàn)象引起了他的注意。經(jīng)過(guò)一番研究后，他得出一個(gè)結(jié)論，這是聲源與觀(guān)察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的：當(dāng)聲源接近觀(guān)測(cè)者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)受到壓縮，波長(zhǎng)縮短，音調(diào)變高；當(dāng)聲源離觀(guān)測(cè)者遠(yuǎn)去時(shí)，聲波的波長(zhǎng)受到拉伸，波長(zhǎng)增加，音調(diào)變低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，音調(diào)變化與聲源和觀(guān)測(cè)者之間的相對(duì)速度及聲速對(duì)光速的比值v/c有關(guān)。這里v是運(yùn)動(dòng)物體的速度，c是光速。v/c的比值越大，改變?cè)斤@著，反之改變不明顯，就沒(méi)有多普勒效應(yīng)。

多普勒效應(yīng)不僅聲波有，光波也有，光波的多普勒效應(yīng)稱(chēng)為多普勒-斐索效應(yīng)。它是法國(guó)物理學(xué)家斐索在多普勒之后6年解釋恒星波長(zhǎng)偏移時(shí)提出的。斐索還提出了利用這個(gè)效應(yīng)測(cè)量恒星相對(duì)速度的方法。但光波與聲波有所不同，光波的波長(zhǎng)（或頻率）發(fā)生變化時(shí)，讓人感到這是顏色在變化，物理學(xué)上把這種現(xiàn)象稱(chēng)為頻移。恒星遠(yuǎn)離我們而去時(shí)，光線(xiàn)向紅光方向移動(dòng)，稱(chēng)為紅移；恒星向著我們而來(lái)時(shí)，光線(xiàn)向紫光方向移動(dòng)，稱(chēng)為藍(lán)移或紫移。

因此，根據(jù)多普勒效應(yīng)，一旦我們知道光線(xiàn)是紅移還是藍(lán)移，就能知道光源在視線(xiàn)方向上是向著觀(guān)測(cè)者運(yùn)動(dòng)，還是背離觀(guān)測(cè)者運(yùn)動(dòng)。根據(jù)紅移或藍(lán)移的大小，還可以計(jì)算光源在視線(xiàn)方向上的運(yùn)動(dòng)速度。因此，只要天體有相對(duì)于觀(guān)測(cè)者的運(yùn)動(dòng)，就可以根據(jù)紅移或藍(lán)移把它們?cè)谝暰€(xiàn)方向上的速度測(cè)量出來(lái)。藍(lán)移表示天體向觀(guān)測(cè)者走來(lái)，紅移表示天體離觀(guān)測(cè)者而去。因此，只要拍攝到天體的光譜片，測(cè)量出光譜是紅移還是藍(lán)移，就能測(cè)量出天體在視線(xiàn)方向的速度。