Φαινόμενο Doppler

Το Φαινόμενο Doppler ονομάστηκε έτσι από τον Αυστριακής καταγωγής Christian Doppler (1803-1857). Πρόκειται για την αλλαγή στη συχνότητα και το μήκος κύματος ενός κύματος που προέχεται από ένα κινητό αντικείμενο, όπως το αντιλαμβάνεται ένας παρατηρητής.

Φαινόμενο Doppler στον ήχο

Το φαινόμενο αυτό το παρατηρούμε πολλές φορές στη καθημερινή ζωή. Υποθέστε πως κάνετε έναν περίπατο στη πόλη, ώσπου ξαφνικά ακούτε την σειρήνα ενός περιπολικού. Θα παρατηρήσετε πως ο ήχος του αυτοκινήτου ακούγεται ποιο συμπυκνωμένος όταν σας πλησιάζει, και ποιο αραιός όταν σας προσπεράσει. Αυτή είναι μια εφαρμογή του Φαινόμενου Doppler στον ήχο. Γιατί υπάρχει αυτή η αλλαγή; Η απάντηση είναι απλή.

Ο ήχος είναι μηχανικό κύμα, δηλαδή πρόκειται για ταλάντωση των μορίων του μέσου (αέρας, νερό κ.λ.π.) στο οποίο διατίθεται ο ήχος. Ας υποθέσουμε πως μπορούμε να δούμε τα ηχητικά κύματα του περιπολικού. Όταν είναι ακινητοποιημένο, θα δούμε τα κύματα σαν ομόκεντρους κύκλους. Όταν το περιπολικό κινείται, θα δούμε τα κύματα μπροστά από το αυτοκίνητο να συμπυκνώνονται και πίσω να αραιώνουν. Αυτό εξηγεί την αλλαγή του τόνου στον ήχο.

Φαινόμενο Doppler στο φως και εφαρμογές στην Αστρονομία

Όπως τα μηχανικά κύματα, έτσι και τα ηλεκτρομαγνητικά (όπως το φως) υπακούν στο Φαινόμενο Doppler. Το Φαινόμενο Doppler εξηγεί την εξάρτηση του μήκους κύματος του φωτός που εκπέμπει μια πηγή από την κίνηση της πηγής ως προς τον παρατηρητή. Το φως ενός ουρανίου σώματος που πλησιάσει τη Γη συμπιέζεται και μετατοπίζεται προς το μπλε άκρο του φάσματος του φωτός. Αντίθετα το φως ουρανίων αντικειμένων που απομακρύνονται από τη Γη απλώνεται και μετατοπίζεται προς το ερυθρό άκρο του φάσματος. Μιλάμε λοιπόν για «Μετατόπιση προς το ερυθρό» και «Μετατόπιση προς το κυανό». Αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται κυρίως για τον εντοπισμό της απόστασης και της ταχύτητας ενός μακρινού γαλαξία.

Ακτινική ταχύτητα ονομάζεται η συνιστώσα της γραμμικής ταχύτητας ενός αντικειμένου ή ουράνιου σώματος ως προς εμάς, πάνω στην ευθεία που ενώνει εμάς (τον παρατηρητή) με το αντικείμενο. Στην Αστρονομία το μέτρο της ακτινικής ταχύτητας ενός ουράνιου σώματος υπολογίζεται συνήθως εύκολα, από το Φαινόμενο Doppler που διαπιστώνεται στο φως που φθάνει ως εμάς από το ουράνιο σώμα: Το μήκος κύματος του φωτός αυξάνεται για απομακρυνόμενα σώματα (μετάθεση προς το ερυθρό) και μειώνεται για προσεγγίζοντα (μετάθεση προς το κυανό).

Οι μεταθέσεις Doppler μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια με τη λήψη ενός φάσματος υψηλής αναλύσεως και τη σύγκριση των μετρούμενων μηκών κύματος γνωστών φασματικών γραμμών με τα αντίστοιχα μήκη από εργαστηριακά δείγματα. Κατά σύμβαση, η ακτινική ταχύτητα είναι θετική όταν το σώμα απομακρύνεται και αρνητική όταν πλησιάζει.

Σε πολλά διπλά συστήματα αστέρων, η τροχιακή κίνηση των αστέρων-μελών του συστήματος περί το κοινό κέντρο μάζας συνήθως προκαλεί περιοδικές μεταβολές στις ακτινικές τους ταχύτητες της τάξεως των πολλών χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Σε αυτές τις περιπτώσεις η μελέτη των ακτινικών ταχυτήτων μπορεί να οδηγήσει στον υπολογισμό των μαζών των αστέρων του συστήματος και της διαμέτρου ή της εκκεντρότητας της τροχιάς τους. Η ίδια φασματοσκοπική μέθοδος έχει οδηγήσει στην ανακάλυψη όλων σχεδόν των εξωηλιακών πλανητών, που περιφέρονται γύρω από άλλους αστέρες, από το 1995 που ανακαλύφθηκε ο πρώτος τέτοιος πλανήτης μέχρι σήμερα.

Επιπλέον πληροφορίες: Ελληνική Βικιπαίδια