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“多普勒效应”的通俗解释

送交者: 雨地[♀★★*空谷幽兰*★★♀] 于 2022-08-04 19:32 已读 998 次 2赞  

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我们对宇宙膨胀的了解完全取决于这一事实,即天文学家能够直接沿视线方向测量发光体的运动,使用这种方法所得出的测量结果比从垂直于视线方向测量所得出的结果要准确得多。这一技术使用了大家所熟悉的一种特性,即多普勒效应,这是任何类型的波运动所共有的一种特性。当观察处于静止状态的波源的声波或光波时,各个波峰到达仪器的时间与它们离开波源的时间是相同的。如果波源正远离我们,那在连续波峰离开波源的这段时间里,它的到达时间会不断增加,因为每个波峰在到达这里之前,其路程都要比上一个波峰稍远。使用波长除以波速,即可得出各个波峰到达时的时间,因此,由正在远离的波源所发出的波长,似乎比波源处于静止状态时要长(具体来讲,波长的分数增加值是由波源速度与波速本身之间的比率决定的,参见书后数学注释1)。同样,如果波源正向我们靠近,那各个波峰到达时的时间则会缩短,因为每个连续波峰需要走的路程也在缩短,波长似乎也越来越短。这就好比一位推销员出发去旅行,在旅途中,他要每周定期寄出一封家书一样。当他离开家的时候,每封信的路程都比上一封稍远,因此他的信的到达时间也会相差一周多一点;当他返回家的时候,每封信的路程都比上一封稍近,因此它们到达的频率比每周一封要多。

目前,观测作用于声波上的多普勒效应并非难事。站在高速路边上,会发现高速行驶的汽车在驶来时的声音比驶离时的声音要高(即波长短)。多普勒效应是由数学教授约翰·克里斯蒂安·多普勒于1842年在布拉格实科学校首次提出的,其内容是关于光波和声波的状况。1845年,荷兰气象学家克里斯托弗·迪特里希·白贝罗通过一个有趣的实验检验了多普勒声波效应,他使用一个小号乐队作为运动声源,这个小号乐队站在火车敞篷车厢里面,火车从荷兰乌德勒支附近的乡村疾驰而过。

多普勒认为他的理论或许能解释恒星拥有不同颜色的原因。假设有一颗恒星正远离地球,其发出的光线将转变为较长的波长,因为红光的波长比可见光的平均波长要长,因此,这颗恒星可能看上去比其他一般恒星要红。同样,假设有一颗恒星正向地球靠近,其发出的光线将转变为较短的波长,那么,这颗恒星可能看上去更蓝。但白贝罗和其他人很快指出,多普勒效应实质上与恒星的颜色无关。的确,如果一颗恒星正远离地球,其发出的蓝色光将转变为红色,但同时,这颗恒星通常不可见的紫外光也会转变为可见光谱的蓝色部分,因此,整体颜色几乎保持不变。恒星的颜色不同,主要是因为它们的表面温度不同。
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