星球遠離?靠近?光譜變色揭曉

文/陳文屏(中央大學天文研究所所長) |2021.08.10
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有個同學下課後跟我分享,他的中學物理就是從「都卜勒效應」章節後節節敗退,希望能夠完全搞懂那是什麼。「都卜勒效應」這個物理現象常見於生活中:想像你的朋友在湖的另一邊,每秒鐘輕拍水面一次(在科學上,我們稱這樣為1赫茲),我們這邊就收到一秒鐘出現一個漣漪。要是那人現在如哈利波特般飄浮在空中向我們而來(不要問我為什麼),但仍持續拍打水面,這樣後來發出的訊號走的距離愈來愈短,逐漸趕上了之前的漣漪,我們一秒鐘內就不止收到一個訊號(快於1赫茲),也就是頻率變快了。而要是波源離我們遠去,那麼接收到的頻率則會變慢。這就是「都卜勒效應」。 圖/陳文屏(中央大學天文研究所所長)
有個同學下課後跟我分享,他的中學物理就是從「都卜勒效應」章節後節節敗退,希望能夠完全搞懂那是什麼。「都卜勒效應」這個物理現象常見於生活中:想像你的朋友在湖的另一邊,每秒鐘輕拍水面一次(在科學上,我們稱這樣為1赫茲),我們這邊就收到一秒鐘出現一個漣漪。要是那人現在如哈利波特般飄浮在空中向我們而來(不要問我為什麼),但仍持續拍打水面,這樣後來發出的訊號走的距離愈來愈短,逐漸趕上了之前的漣漪,我們一秒鐘內就不止收到一個訊號(快於1赫茲),也就是頻率變快了。而要是波源離我們遠去,那麼接收到的頻率則會變慢。這就是「都卜勒效應」。 圖/陳文屏(中央大學天文研究所所長)

文/陳文屏(中央大學天文研究所所長)

有個同學下課後跟我分享,他的中學物理就是從「都卜勒效應」章節後節節敗退,希望能夠完全搞懂那是什麼。「都卜勒效應」這個物理現象常見於生活中:想像你的朋友在湖的另一邊,每秒鐘輕拍水面一次(在科學上,我們稱這樣為1赫茲),我們這邊就收到一秒鐘出現一個漣漪。要是那人現在如哈利波特般飄浮在空中向我們而來(不要問我為什麼),但仍持續拍打水面,這樣後來發出的訊號走的距離愈來愈短,逐漸趕上了之前的漣漪,我們一秒鐘內就不止收到一個訊號(快於1赫茲),也就是頻率變快了。而要是波源離我們遠去,那麼接收到的頻率則會變慢。這就是「都卜勒效應」。

接近變藍 遠離變紅



「喔~咿~喔~咿~」迎面而來的救護車所發出的警笛聲變細變高了,直到呼嘯而過;而離我們遠去時,音調又變得比平常還低沉。其他的應用像是警察測車速,或是測量投手球速,則以雷達(音波)或是光達(光波)發出特定頻率的訊號,然後跟反射回來的相比,就可以利用都卜勒效應估計物體的運動快慢。以超音波為波源,則可依此原理建構影像,檢查血液流動或心臟跳動的情形。

星系由恆星組成,兩顆星互繞時,當其中一顆離我們而去時,另一顆朝向我們而來,這時即使從望遠鏡中看不出雙星中個別星球,也能利用都卜勒效應測量它們的運動。當星球朝著我們而來,所有譜線頻率增加,也就是波長變短,移向藍光;當某星系離我們而去,所有光線會從原來所在的波長向長波移動(紅移現象)。要是天體向著我們而來,光譜線就會藍移。依此原理便能估計天體沿著視線方向的運動快慢。但要是雙星的軌道面完全正向我們,這時候沿著我們視線,星球運動只有上、下、左、右,而不再有遠、近的運動,就測量不到都卜勒效應了。

當觀測者與波源彼此遠離或接近,接收到的訊號頻率會改變,這就是都卜勒效應。若觀測者朝向波源運動,看到訊號就會變快,也就頻率增加而波長變短,稱為「藍移」。相反的,要是觀測者與波源彼此遠離,訊號的頻率降低而波長變長,稱為「紅移」。相對速度愈大,波長藍移或紅移的程度也愈大。

本文摘自《星空50講:帶你探索宇宙》聯經出版

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