Kui tähtkujud öötaevasse vaatavad, siis nad vaata valgust. See on oluline osa universumist, mis on läbinud suuri vahemaid. See valgus, mida ametlikult nimetatakse "elektromagnetiliseks kiirguseks", sisaldab kassa teavet selle objekti kohta, millest see pärineb, alates selle temperatuurist kuni liikumiseni.
Astronoomid uurivad valgust meetodil, mida nimetatakse "spektroskoopiaks". See võimaldab neil lahutada selle lainepikkusteni, et luua nn spekter. Muu hulgas saavad nad teada, kas mõni objekt meist eemaldub. Nad kasutavad omadust, mida nimetatakse "punanihkeks", et kirjeldada kosmoses üksteisest eemal liikuvate objektide liikumist.
Punane nihe toimub siis, kui elektromagnetilist kiirgust kiirgav objekt vaatleja juurest taandub. Avastatud valgus näib olevat "punasem", kui peaks olema, kuna see on nihutatud spektri "punase" otsa poole. Punane nihe pole midagi, mida keegi saaks "näha". See on efekt, mida astronoomid mõõdavad valguses, uurides selle lainepikkusi.
Kuidas punane käik töötab?
Objekt (tavaliselt allikaks nimetatud) kiirgab või neelab kindla lainepikkuse või lainepikkuste komplekti elektromagnetilist kiirgust. Enamik tähti eraldab mitmesugust valgust, alates nähtavast kuni infrapunakiirguseni, ultraviolettkiirguse, röntgenikiirguseni jne.
Allika vaatlejast eemaldudes näib, et lainepikkus "venib" või suureneb. Objekti taandumisel eraldub iga piik eelmisest tipust kaugemal. Samamoodi väheneb samal ajal kui lainepikkus suureneb (muutub punasemaks) sagedus ja seetõttu ka energia.
Mida kiiremini objekt taandub, seda suurem on selle punane nihe. Selle nähtuse põhjuseks on doppleri efekt. Inimesed Maal tunnevad Doppleri nihet üsna praktilistel viisidel. Näiteks on mõned doppleri efekti kõige tavalisemad rakendused (nii punane kui ka sinine nihutamine) politsei radaripüstolid. Need põrkavad sõidukist välja signaale ja punase või sinise nihke summa näitab ametnikule, kui kiiresti see läheb. Doppleri ilmaradar annab ennustajatele teada, kui kiiresti tormisüsteem liigub. Doppleri tehnikate kasutamine astronoomias järgib samu põhimõtteid, kuid galaktikate piletimüügi asemel kasutavad astronoomid seda oma liikumiste tundmaõppimiseks.
Viis, kuidas astronoomid punanihke (ja sinise nihke) määravad, on objekti kiirgava valguse vaatamiseks kasutada vahendit, mida nimetatakse spektrograafiks (või spektromeetriks). Spektraaljoonte väikesed erinevused näitavad nihet punase (punanihke) või sinise (sinise nihke) suunas. Kui erinevused näitavad punast nihet, tähendab see, et objekt taandub. Kui need on sinised, siis objekt läheneb.
Universumi laienemine
1900. aastate alguses arvasid astronoomid, et kogu universum oli ümbritsetud meie endi sisemuses galaktika, Linnutee. Mõõdud on tehtud muudest galaktikadmis arvati olevat lihtsalt udud meie endi sees, näitasid, et nad on tõesti sellised väljas Linnutee. Selle avastuse tegi astronoom Edwin P. Hubble, mis põhineb teise astronoomi poolt nimetatud muutuvate tähtede mõõtmistel Henrietta Leavitt.
Lisaks mõõdeti nende galaktikate ja nende vahemaade vahel punanihke (ja mõnel juhul ka sinise nihke). Hubble tegi jahmatava avastuse, et mida kaugemal galaktika asub, seda suurem on selle punanihk meile. Seda korrelatsiooni nimetatakse nüüd Hubble'i seadus. See aitab astronoomidel määratleda universumi laienemist. See näitab ka, et mida kaugemal asuvad objektid meist, seda kiiremini nad taanduvad. (See on tõsi laias tähenduses, näiteks on kohalikke galaktikaid, mis liiguvad meie poole meie " Kohalik rühm".) Enamasti taanduvad universumi objektid üksteisest ja seda liikumist saab mõõta nende punanihke analüüsimisega.
Muud punanihke kasutamised astronoomias
Astronoomid saavad Linnutee liikumise määramiseks kasutada punanihutust. Nad teevad seda, mõõtes objektide Doppleri nihet meie galaktikas. See teave näitab, kuidas teised tähed ja udud Maa suhtes liiguvad. Nad saavad mõõta ka väga kaugete galaktikate liikumist - nn "punase nihkega galaktikad". See on kiiresti arenev valdkond astronoomia. See ei keskendu ainult galaktikatele, vaid ka muudele muudele objektidele, näiteks gammakiir puruneb.
Nendel objektidel on väga suur punane nihe, mis tähendab, et nad liiguvad meist tohutult suure kiirusega. Astronoomid määravad selle tähe z punanihkeks. See seletab, miks vahel tuleb välja lugu, mis ütleb, et galaktikal on punane nihe z= 1 või midagi sellist. Universumi varasemad ajastud asuvad a z umbes 100. Niisiis annab punane nihe ka astronoomidele võimaluse mõista, kui kaugel asjad on lisaks sellele, kui kiiresti nad liiguvad.
Kaugete objektide uurimine annab astronoomidele ülevaate ka universumi seisundist umbes 13,7 miljardit aastat tagasi. Siis algas kosmiline ajalugu Suure Pauguga. Universum näib mitte ainult laienevat sellest ajast peale, vaid kiireneb ka selle laienemine. Selle efekti allikas on tume energia, universumi valesti mõistetav osa. Astronoomid, kes kasutavad punast nihet kosmoloogiliste (suurte) vahemaade mõõtmiseks, leiavad, et kiirendus pole kogu kosmilise ajaloo vältel alati olnud sama. Selle muutuse põhjus pole siiani teada ja tumeda energia mõju jääb kosmoloogia (universumi päritolu ja arengu uurimine) intrigeerivaks uurimisalaks.
Toimetanud Carolyn Collins Petersen.