多普勒效应的应用 多普勒效应生活中的例子

简述：红移与蓝移是多普勒效应在光谱分析中的表现。红移是由于观测物体远离地球而使得其光波波长增加，蓝移则相反。利用光谱学，我们可以通过测量物体光谱的波长值来计算红移及蓝移值。

红移现象指的是当物体逐渐远离地球时，其光波的波长会逐渐增长。相对地，蓝移现象则发生在物体朝向地球移动时，其光波的波长会减少。

红移与蓝移均为多普勒效应的可见形式。或许你曾目睹过多普勒效应的一个经典实例：当警车向你驶来时，你会听到声的音调升高，而当它远离你时，音调则会降低。这一现象与声音的频率变化密切相关。

光亦会表现出类似的多普勒效应。当光源朝我们移动时，其光波的波长会朝光谱的蓝色端移动，这被称为蓝移；而当光源逐渐远离我们时，光波则会被“拉伸”至红色端，即我们所说的红移。

太阳的吸收谱线（图示左）与遥远星系的超星系团的吸收谱线（图示右）的比较中，箭头所指即为红移现象，表示波长的增加，朝向红色及远区域。

多普勒效应是以克里斯蒂安·安德里亚斯·多普勒的名字命名的。他在1842年为这一物理现象提供了最早的解释。这一声波理论后来得到了荷兰科学家巴伊斯·白贝罗的验证。

在1848年，法国物理学家菲佐首次描述了多普勒红移，指出恒星光谱谱线的变化是由多普勒效应引起的。

随着时间的发展，英国天文学家哈金斯在1868年首次通过多普勒效应测得一颗恒星远离地球的速度。

夫琅和费谱线中的多普勒现象在1871年被发现，证实了光学红移的存在。随后在1901年，贝洛波尔斯基在实验室中通过旋转镜系统进一步验证了光学红移。

寻找并计算红移

光谱学被广泛应用于测量来自遥远星系的光学频谱中。科学家会在光谱中寻找红移特征，如吸收谱线、发射谱线或其他光强度的变化，然后与已知元素频谱的特征进行比较，以确定红移值。

例如，可以通过已知的氢阿尔法发射谱线的波长与观测到的谱线波长进行比较，使用简单的方程式来计算红移值。

举例说明：红移值计算公式

这里的z是一个无量纲量，对移现象，z的值通常为正；而对于蓝移现象，z的值则为负。

红移的实际应用

目前观测到的最遥远的伽马射线爆发实例GRB 080913的红移值为6.7。

额外知识：在物理学领域，红移指的是电磁辐射由于某些原因导致其波长增加、频率降低的现象。在可见光波段，这表现为光谱的谱线向红色端移动。同样地，电磁辐射的波长变短、频率升高的现象被称为蓝移。

作者：Tim Trott

校对：树灯下的书