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多普勒效應是什麼？紅移，抑或是藍移

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2022年8月03日 -
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簡介： 紅移和藍移是多普勒效應的可見影響。 紅移是由於物體遠離地球而產生的光波波長的增加，藍移則相反。 可利用光譜學測量物體光譜，根據其譜線計算光譜中的波長值，再據此獲得其紅移及藍移值。 
紅移現象是指由於物體遠離地球，波長增加。 與之相反的是藍移，物體向地球移動，波長減少。 
紅移和藍移都是多普勒效應的可觀測現象。 過去你很可能曾親眼目睹過多普勒效應。 最好的例子就是警車高速駛過時的警笛聲：當警車向你駛來的時候，警笛的音調會變高，比警車遠離你時的音調要高。 這個現象與聲音頻率的提高有關。 這在下列的視頻中進行了展示。 
光也會有同樣的多普勒效應。 當物體朝我們移動時，波長會發生變化，向光譜的藍色一端移動。 當物體從我們身邊移開的時候，光被“拉伸”向紅色，我們可以觀察光譜線中的移位現象。 
紅移與藍移
太陽吸收譜線（左），與遙遠星系的超星系團的吸收譜線（右）
箭頭表示紅移。 波長增加，朝向紅色及遠紅外（頻率減速器）
紅移和藍移的歷史
多普勒效應是以克裏斯蒂安·安德裏亞斯·多普勒的名字命名的。 他在1842年為這一物理現象提供了目前已知的最早的物理學解釋。 這一聲波假設於1845年由荷蘭科學家克裏斯托弗·亨德裏克·迪德裏克·巴伊斯·白貝羅檢驗證實。 
1848年，法國物理學家阿曼德-希波利特-路易·菲佐第一次描述了多普勒紅移，他指出恒星光譜譜線的變化是多普勒效應造成的。 這種效應有時也被稱作“多普勒-菲佐效應”。 1868年，英國天文學家威廉·哈金斯首次通過多普勒效應測定出一顆恒星遠離地球的速度。 
1871年，在觀測太陽自轉的夫琅和費譜線中發現了多普勒現象，光學紅移得到了證實，大約為0.1 Ã。 1901年，阿裏斯塔赫·貝洛波爾斯基在實驗室中，使用旋轉鏡系統驗證了光學紅移。 
尋找紅移
光譜學可以應用到測量來自遙遠星系的光學頻譜當中來。 科學家會在光譜中尋找紅移特征（比如說吸收譜線、發射譜線或是其他光強度的變化），然後和現有的各種元素頻譜中的已知特征進行對比，最終確定紅移。 氫元素是太空中一種非常常見的元素。 
在上面的圖表中，你可以看見兩個光。 一個來在太陽（一個已知的每個吸收線都確定的光譜），一個是來自遙遠星系的超級星團。 當我們比較這兩個星系的時候，我們看到太陽的氫線和遙遠星系的相關、有聯系。 唯一的區別是星系中的吸收譜線都向上移動（朝向紅色）。 這就指向了紅移，可以得出一個結論：這個星系正在遠離我們，或是說我們正在遠離這個星系。 
計算紅移和藍移
一旦我們找到一個已知的光譜線，就可以計算出它在光譜中的波長。 然後，這就可以用來計算確切的紅移。 
以上述圖形為例，我們可以取氫阿爾法發射譜線為656.2納米，然後根據光譜（如，觀測到的譜線是675納米）計算觀測光譜的波長。 最後，用一個簡單的方程式來計算紅移值。 
等式28-紅移值
代入我們觀察到的波長得到：
等式28- 紅移值計算示例
z是習慣使用的無量綱量，z的正值指向紅移，負值指向藍移。 
紅移的例證
星系是目前已知紅移最高的物體。 光譜數據是最可靠的紅移證據來源，而星系中確認的最高光譜紅移是紅移 z = 6.96 的 IOK-1。 
觀測到的最遙遠的伽馬射線爆發是GRB 080913，其紅移z是6.7。 
相關知識
在物理學領域，紅移是指電磁輻射由於某種原因導致波長增加、頻率降低的現象，在可見光波段，表現為光譜的譜線朝紅端移動了一段距離。 相反的，電磁輻射的波長變短、頻率升高的現象則被稱為藍移。 紅移最初是在人們熟悉的可見光波段發現的，隨著對電磁波譜各個波段的了解逐步加深，任何電磁輻射的波長增加都可以稱為紅移。 
BY: Tim Trott
FY: 樹燈下的書
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簡介：紅移和藍移是多普勒效應的可見影響。紅移是由於物體遠離地球而產生的光波波長的增加，藍移則相反。可利用光譜學測量物體光譜，根據其譜線計算光譜中的波長值，再據此獲得其紅移及藍移值。

紅移現象是指由於物體遠離地球，波長增加。與之相反的是藍移，物體向地球移動，波長減少。

紅移和藍移都是多普勒效應的可觀測現象。過去你很可能曾親眼目睹過多普勒效應。最好的例子就是警車高速駛過時的警笛聲：當警車向你駛來的時候，警笛的音調會變高，比警車遠離你時的音調要高。這個現象與聲音頻率的提高有關。這在下列的視頻中進行了展示。

光也會有同樣的多普勒效應。當物體朝我們移動時，波長會發生變化，向光譜的藍色一端移動。當物體從我們身邊移開的時候，光被“拉伸”向紅色，我們可以觀察光譜線中的移位現象。

紅移與藍移

太陽吸收譜線（左），與遙遠星系的超星系團的吸收譜線（右）

箭頭表示紅移。波長增加，朝向紅色及遠紅外（頻率減速器）

紅移和藍移的歷史

多普勒效應是以克裏斯蒂安·安德裏亞斯·多普勒的名字命名的。他在1842年為這一物理現象提供了目前已知的最早的物理學解釋。這一聲波假設於1845年由荷蘭科學家克裏斯托弗·亨德裏克·迪德裏克·巴伊斯·白貝羅檢驗證實。

1848年，法國物理學家阿曼德-希波利特-路易·菲佐第一次描述了多普勒紅移，他指出恒星光譜譜線的變化是多普勒效應造成的。這種效應有時也被稱作“多普勒-菲佐效應”。1868年，英國天文學家威廉·哈金斯首次通過多普勒效應測定出一顆恒星遠離地球的速度。

1871年，在觀測太陽自轉的夫琅和費譜線中發現了多普勒現象，光學紅移得到了證實，大約為0.1 Ã。1901年，阿裏斯塔赫·貝洛波爾斯基在實驗室中，使用旋轉鏡系統驗證了光學紅移。

尋找紅移

光譜學可以應用到測量來自遙遠星系的光學頻譜當中來。科學家會在光譜中尋找紅移特征（比如說吸收譜線、發射譜線或是其他光強度的變化），然後和現有的各種元素頻譜中的已知特征進行對比，最終確定紅移。氫元素是太空中一種非常常見的元素。

在上面的圖表中，你可以看見兩個光。一個來在太陽（一個已知的每個吸收線都確定的光譜），一個是來自遙遠星系的超級星團。當我們比較這兩個星系的時候，我們看到太陽的氫線和遙遠星系的相關、有聯系。唯一的區別是星系中的吸收譜線都向上移動（朝向紅色）。這就指向了紅移，可以得出一個結論：這個星系正在遠離我們，或是說我們正在遠離這個星系。