Kas yra raudonasis poslinkis?
Trumpas atsakymas: Raudonasis poslinkis – tai šviesos bangos ilgių pailgėjimas ir jos raudonumas. Tai įvyksta, kai šviesos šaltinis tolsta, kai pati erdvė plečiasi arba kai gravitacija pakeičia šviesos energiją.
Pagrindinė mintis
Šviesa sklinda kaip bangos, kurių spalvos skiriasi priklausomai nuo bangos ilgio. Raudonasis poslinkis reiškia, kad tos bangos pailgėja, todėl šviesa juda link raudonojo spektro galo. Tai galima įsivaizduoti kaip Doplerio efektą garsui: pravažiuojančios greitosios pagalbos automobilio sirena tyliau skamba tolstant.
Astronomai matuoja mažyčius pirštų atspaudų, vadinamų spektrinėmis linijomis, poslinkius, kad nustatytų, kiek ištempė šviesa. Jei galaktikos linijos juda link raudonos spalvos, galaktika paprastai tolsta arba erdvė tarp mūsų ir jos didėja. Stipresnis raudonasis poslinkis paprastai reiškia greitesnį judėjimą arba didesnį plėtimąsi.
Ne visas raudonasis poslinkis atsiranda dėl judėjimo – gravitacija taip pat gali imti energiją iš šviesos ir pastumti ją raudonos spalvos link.
Kaip tai veikia moksliškai
Įvardyti dėsniai / principai: Raudonasis poslinkis daugiausia paaiškinamas Doplerio efektu (judėjimu), kosmologiniu raudonuoju poslinkiu (erdvės plėtimusi, aprašyta Hablo dėsniu) ir gravitaciniu raudonuoju poslinkiu (numatytu bendrosios reliatyvumo teorijos).
Astronomai raudonąjį poslinkį matuoja naudodami spektrines linijas: z = Δλ/λ, kur Δλ yra bangos ilgio pokytis, o λ yra pradinis bangos ilgio poslinkis. Judantiems šaltiniams teigiama z reiškia, kad šaltinis tolsta, o jo greitį galima įvertinti pagal z, kai greičiai nėra itin dideli. Kalbant apie kosmologinį raudonąjį poslinkį, Hablo dėsnis rodo, kad tolimesnės galaktikos turi didesnius raudonuosius poslinkius, o tai patvirtina idėją, kad Visata plečiasi .
Gravitacinis raudonasis poslinkis atsiranda šalia labai masyvių objektų, nes gravitacija keičia šviesos energiją; tai yra Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos dalis ir buvo patikrinta eksperimentais .
Kaip mes tai žinome: daugelio galaktikų spektrų matavimai atskleidžia sistemingus raudonuosius poslinkius, kurie didėja kartu su atstumu, o laboratoriniai ir palydoviniai tyrimai patvirtina gravitacinį ir Doplerio efektus šviesai.
Kur tai pastebėsi
- Daugelio tolimiausių galaktikų šviesa yra raudonojo poslinkio, o tai rodo, kad Visata plečiasi.
- Pravažiuojančios sirenos garso aukščio pokytis yra aiškus Doplerio efekto, savo idėja panaši į šviesos raudonojo poslinkio, pavyzdys.
- Astronomai naudoja vandenilio spektro linijų raudonąjį poslinkį galaktikos greičiui matuoti.
- GPS palydovai turi atsižvelgti į gravitacinį raudonąjį poslinkį, kad laikas būtų tikslus.
- Iš neutroninės žvaigždės sklindanti šviesa yra šiek tiek raudonojo poslinkio dėl stiprios gravitacijos.
Eksperimentas
Judančio švilpuko Doplerio demonstracija
Sauga: Atlikite tai atviroje erdvėje; stebėkite eismą ir laikykite pirštus atokiau nuo judančių dalių.
Priemonės
- mažas švilpukas arba telefonas su pastoviu tonu
- virvelė arba žaislinis automobilis
- atvira erdvė
Žingsniai
- Pririškite švilpuką arba telefoną prie virvelės arba padėkite jį ant žaislinio automobilio.
- Eikite arba traukite virvelę taip, kad garso šaltinis praeitų pro nejudantį klausytoją.
- Atidžiai klausykite, kai šaltinis artėja, o tada tolsta.
- Pakartokite ir atkreipkite dėmesį, kaip garso aukštis skamba aukštesnis, kai artėja prie jūsų, ir žemesnis, kai tolstate. Ką tai rodo: Tono pokytis yra Doplerio efektas – girdimas pavyzdys, kaip judėjimas keičia bangas kaip šviesos raudonasis poslinkis.
Naudingi terminai
- Raudonasis poslinkis: kai šviesos bangos plečiasi į ilgesnius bangos ilgius, pasislinkdamos raudonos spalvos link.
- Doplerio efektas: bangos dažnio arba aukščio pokytis dėl šaltinio arba stebėtojo judėjimo.
- Spektras: spalvų arba bangos ilgių diapazonas, sudarantis šviesą iš šaltinio.
- Bangos ilgis: atstumas tarp bangos viršūnių; ilgesni bangos ilgiai yra raudonesni.
Vaikai klausia
Ar raudonasis poslinkis yra tas pats, kas objekto raudona spalva?
Ne; raudonasis poslinkis reiškia, kad šviesos bangos ilgis yra ilgesnis, o ne tai, kad objekto paviršiaus spalva yra raudona.
Ar raudonasis poslinkis gali pasakyti, kiek toli yra galaktika?
Dažnai taip, kai kalbama apie labai tolimąsias galaktikas, nes tolimesnės galaktikos paprastai rodo didesnius kosmologinius raudonuosius poslinkius, tačiau kiti efektai gali apsunkinti matavimą.
Ar raudonasis poslinkis reiškia, kad viskas tolsta nuo mūsų?
Tai reiškia, kad erdvė dideliais masteliais plečiasi, todėl tolimos galaktikos tolsta viena nuo kitos, o ne tai, kad mes esame centre.
Ar gravitacija gali sukelti raudonąjį poslinkį?
Taip; šviesa, prarandanti energiją, išlipdama iš stipraus gravitacijos lauko, šiek tiek pasislenka raudonai.