Dopplerin ilmiö

Havaitsijasta loittonevan tähden spektri.


Dopplerin ilmiö

Määritelmä aallonpituuden muuttuminen, kun säteilyn lähde ja havaitsija liikkuvat toistensa suhteen

Selite Perinteinen esimerkki tästä on paloautin sireeni. Kun auto lähestyy, äänen aallonpituus lyhenee, ja sireenin ääni kuulostaa todellista korkeammalta. Paloauton ohittaessa havaitsijan voi helposti kuulla, kuinka ääni muuttuu matalammaksi.

Samaan tapaan myös valon aallonpituus muuttuu, jos säteilylähde liikkuu havaitsijan suhteen. Tämä havaitaan esimerkiksi tähtien spektreissä. Ensimmäisessä kuvassa on tähden spektri, jossa on jonkin aineen kaksi spektriviivaa. Spektrin alle on valotettu saman aineen laboratoriossa synnyttämä spektri. Tässä tapauksessa tähti ei liiku havaitsijan suhteen, ja viivat osuvat kohdakkain. Tähti voi kyllä liikkua sivusuunnassa; Dopplerin ilmiöön vaikuttaa vain sen säteisnopeus eli etäisyyden muutosnopeus.

Seuraavassa kuvassa tähti lähestyy meitä. Sen valon aallonpituus lyhenee, ja spektriviivat siirtyvät kohti spektrin sinistä päätä. Tästä sinisiirtymästä voidaan laskea tähden lähestymisnopeus.

Kolmannessa kuvassa tähti loittonee meistä. Dopplerin ilmiön vuoksi tähden spektrissä esiintyvät spektriviivat siirtyvät kohti spektrin pitempiaaltoista päätä. Mitä suurempi tämä punasiirtymä on, sitä nopeammin tähti etääntyy meistä.

Jotta säteisnopeuksia voisi mitata spektristä, spektrin viereen valotetaan tavallisesti vertailuspektri, kuten ylläolevissa kuvissa. Vertailuspektrissä ei tarvitse olla samoja viivoja kuin varsinaisessa spektrissä; pääasia on, että sen avulla voidaan määrittää spektrin aallonpituusasteikko.

Kun nopeudet ovat paljon valon nopeutta pienempiä, Dopplerin ilmiöstä aiheutuva aallonpituuden suhteellinen muutos on suoraan verrannollinen kohteen säteisnopeuteen:

(l - l₀) / l₀ = v / c,

missä v on kohteen nopeus, c valon nopeus, l₀ lepoaallonpituus ja l havaittu aallonpituus. Nopeus on positiivinen, jos kohde loittonee, ja negatiivinen, jos kohde lähestyy meitä.

Kun galaksien ja muiden kaukaisten kohteiden yhteydessä puhutaan punasiirtymästä, jota merkitään yleensä z:lla, tarkoitetaan aallonpituuden suhteellista muutosta

z = (l - l₀) / l₀.

Tämä on aina helposti mitattavissa oleva suure. Kaukaisten galaksien tapauksessa sitä ei kuitenkaan enää voi tulkita Dopplerin ilmiön avulla, vaan se on seurausta maailmankaikkeuden laajenemisesta.

Sähkömagneettinen säteily etenee aina samalla valon nopeudella riippumatta lähteen tai havaitsijan liikkeestä. Tästä seuraa, että ylläoleva kaava pätee riippumatta siitä, liikkuuko lähde vai havaitsija. Äänen tapauksessa tilanne on mutkikkaampi.

Erikieliset vastineet

Dioppler effect

englanti (English)

Käytetyt lähteet

Zubenelgenubi

Alaviitteet

Lähdeviittaus tähän sivuun:
Tieteen termipankki 5.11.2024: Tähtitiede:Dopplerin ilmiö. (Tarkka osoite: https://tieteentermipankki.fi/wiki/Tähtitiede:Dopplerin ilmiö.)

Siirry tarkastelemaan sivun muokkaushistoriaa →