都卜勒效應
都卜勒效應是為紀念奧地利物理學家及數學家克里斯琴·約翰·都卜勒(Christian Johann Doppler)而命名的,他於1842年首先提出了這一理論。主要內容為:聲源和接受物體的相對運動而發生聲源的頻率而發生改變(頻移)稱為都卜勒效應。運動對向接受體頻率增高,背向接受體頻率降低。
光的都卜勒效應
具有
波動性的光也會出現這種效應,它又被稱為都卜勒-斐索效應.因為法國物理學家斐索(1819~1896年)於1848年獨立地對來自恆星的波長偏移做了解釋,指出了利用這種效應測量恆星相對速度的辦法.光波與聲波的不同之處在於,光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化. 如果恆星遠離我們而去,則光的譜線就向紅光方向移動,稱為紅移;如果恆星朝向我們運動,光的譜線就向紫光方向移動,稱為藍移。
光(電磁波)的都卜勒效應計算公式分為以下三種:
⑴縱向都卜勒效應(即波源的速度與波源與接收器的連線共線):f'=f [(c+v)/(c-v)]^(1/2)
其中v為波源與接收器的
相對速度。當波源與觀察者接近時,v取正,稱為“紫移”或“藍移”;否則v取負,稱為“紅移”。
⑵橫向都卜勒效應(即波源的速度與波源與接收器的連線垂直):f'=f(1-β^2)^(1/2) 其中β=v/c
⑶普遍都卜勒效應(都卜勒效應的一般情況):f'=f [(1-β^2)^(1/2)]/(1-βcosθ)
其中β=v/c,θ為接收器與波源的連線到速度方向的夾角。縱向與橫向都卜勒效應分別為θ取0或π/2時的特殊情況。
套用
物體輻射的波長因為
波源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面,波被壓縮,波長變得較短,頻率變得較高 (藍移blue shift);在運動的波源後面時,會產生相反的效應,波長變得較長,頻率變得較低 (紅移red shift);波源的速度越高,所產生的效應越大。根據波紅(藍)移的程度,可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。
恆星光譜線的位移顯示恆星循著觀測方向運動的速度,除非波源的速度非常接近光速,否則都卜勒位移的程度一般都很小。所有波動現象都存在都卜勒效應。