Lisateave Doppleri efekti kohta

Astronoomid uurivad kaugetest objektidest tulevat valgust, et neid mõista. Valgus liigub läbi kosmose kiirusega 299 000 kilomeetrit sekundis ja selle rada saab gravitatsioonilt kõrvale suunata ning universumi materjalipilved neelavad ja hajutavad. Astronoomid kasutavad palju valguse omadusi, et uurida kõike alates planeetidest ja nende kuudest kuni kosmoses asuvate kõige kaugemate objektideni.

Üks vahend, mida nad kasutavad, on Doppleri efekt. See on ruumist läbi liikudes objektist eralduva kiirguse sageduse või lainepikkuse nihe. See on oma nime saanud Austria füüsiku Christian Doppleri järgi, kes pakkus seda esmakordselt 1842. aastal.

Kuidas Doppleri efekt töötab? Kui kiirgusallikas, öelge a täht, liigub näiteks Maa peal astronoomi poole, siis ilmub selle kiirguse lainepikkus lühemaks (kõrgem sagedus ja seetõttu ka suurem energia). Teisest küljest, kui objekt eemaldub vaatlejast, ilmub lainepikkus pikemaks (madalam sagedus ja madalam energia). Tõenäoliselt olete efekti versiooni kogenud, kui kuulsite rongi vilet või politsei sireeni, kui see liikus teist mööda, muutes helikõrgust, kui see möödub teist ja eemaldub.

Doppleri efekt seisneb selliste tehnoloogiate taga nagu politseiradarid, kus "radaripüstol" kiirgab teadaoleva lainepikkusega valgust. Seejärel põrkub see radari "tuli" liikuvalt autolt maha ja sõidab tagasi instrumendi juurde. Saadud lainepikkuse nihet kasutatakse sõiduki kiiruse arvutamiseks. (Märkus: see on tegelikult topeltvahetus, kuna liikuv auto tegutseb kõigepealt vaatlejana ja kogeb vahetust, siis liikuva allikana, mis saadab valgust tagasi kontorisse, nihutades seeläbi sekundi lainepikkust aeg.)

Kui objekt taandub (st eemaldub) vaatlejast, paiknevad eraldunud kiirguse tipud üksteisest kaugemal, kui see oleks siis, kui lähteobjekt oleks paigal. Tulemuseks on, et saadud valguse lainepikkus näib pikemat. Astronoomid ütlevad, et see on spektri "nihutatud punasesse" otsa.

Sama efekt kehtib kõigi elektromagnetilise spektri ribade, näiteks raadio, röntgen või gammakiired. Optilised mõõtmised on aga kõige tavalisemad ja on termini "punane nihe" allikas. Mida kiiremini allikas vaatlejast eemaldub, seda suurem on punane nihe. Energia seisukohast vastavad pikemad lainepikkused madalamale energiakiirgusele.

Ja vastupidiselt, kui kiirgusallikas läheneb vaatlejale, paistavad valguse lainepikkused üksteisele lähemal, lühendades efektiivselt valguse lainepikkust. (Jällegi tähendab lühem lainepikkus kõrgemat sagedust ja seetõttu ka suuremat energiat.) Spektroskoopiliselt näeksid emissioonijooned optilise spektri sinise poole, sellest ka nimi blueshift.

Nagu punanihke puhul, on efekt rakendatav ka teiste elektromagnetilise spektri ribade jaoks, kuid efekt on kõige suurem sageli optilise valgusega tegelemisel arutatud, ehkki mõnes astronoomiavaldkonnas see kindlasti pole juhtum.

Doppleri nihke kasutamine on andnud astronoomia osas olulisi avastusi. 1900. aastate alguses usuti, et universum oli staatiline. Tegelikult viis see Albert Einstein lisada tema kuulsale väljavõrrandile kosmoloogiline konstant, et tema arvutustes ennustatud laienemine (või kokkutõmbumine) "tühistada". Täpsemalt, kunagi usuti, et Linnutee kujutas staatilise universumi piiri.

Siis Edwin Hubble leidis, et aastakümneid astronoomiat vaevanud nn spiraalsed udud olid mitte udud üldse. Nad olid tegelikult teised galaktikad. See oli hämmastav avastus ja ütles astronoomidele, et universum on palju suurem, kui nad teadsid.

Seejärel asus Hubble mõõtma Doppleri nihet, leides konkreetselt nende galaktikate punanihke. Ta leidis, et mida kaugemal galaktika asub, seda kiiremini taandub. See viis nüüd kuulsaks Hubble'i seadus, mis ütleb, et objekti kaugus on võrdeline selle languse kiirusega.

See ilmutus viis Einsteini selle kirjutama tema Kosmoloogilise konstandi lisamine väljavõrrandile oli tema karjääri suurim viga. Huvitav on see, et mõned uurijad paigutavad nüüd konstandi tagasi sisse üldrelatiivsus.

Nagu selgub, vastab Hubble'i seadus vaid teatud punktile, kuna viimase paarikümne aasta uuringud on selle leidnud kauged galaktikad on taandumas kiiremini kui ennustatud. See tähendab, et universumi laienemine kiireneb. Selle põhjuseks on mõistatus ja teadlased on selle kiirenduse liikumapaneva jõu dubleerinud tume energia. Nad arvestavad seda Einsteini välja võrrandis kosmoloogilise konstandina (kuigi see on teistsuguses vormis kui Einsteini formuleering).

Lisaks universumi laienemise mõõtmisele saab Doppleri efekti kasutada ka kodule lähemal asuvate asjade liikumise modelleerimiseks; nimelt Linnutee galaktika.

Tähtede kauguse ja nende punanihke või sinise nihke mõõtmise abil saavad astronoomid kaardistada meie galaktika liikumist ja saada pilt sellest, milline meie galaktika võib vaatlejale välja näha universum.

Doppleri efekt võimaldab teadlastel mõõta ka muutuva tähe pulsatsioone osakeste liikumised, mis liiguvad kiirgavate relativistlike reaktiivvoogude sees uskumatul kiirusel alates ülimassiivsed mustad augud.

Toimetanud ja värskendanud Carolyn Collins Petersen.