Красное смещение

Красное смещение

Красное смещение — сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону. Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется синим смещением.

Теория красного смещения

В обоих случаях (Доплеровского эффекта или эффектов ОТО) параметр смещения $~z$ определяется как $z = {(\lambda_{obs} - \lambda_{emit}) \over \lambda_{emit}}$ , где $~\lambda_{emit}$ и $~\lambda_{obs}$ - значения длины волны в точках испускания (emit) и наблюдения (observe) излучения соответственно.

Доплеровское смещение длины волны в спектре источника, движущегося с лучевой скоростью $~v_r$ и полной скоростью $~v$, равно

$z_D = \frac{1 + v_r/c}{\sqrt{1 - (v/c)^2}} - 1$

Гравитационное красное смещение было предсказано А. Эйнштейном при разработке общей теории относительности (ОТО). В линейном относительно ньютоновского потенциала $~V$ приближении

$z_G = \frac{V_{obs} - V_{emit}}{c^2}$ , где $~V_{obs}$ и $~V_{emit}$ - значения гравитационного потенциала в точках наблюдения и испускания излучения соответственно.

$~z_G > 0$ в том случае, когда в точке наблюдения потенциал по модулю больше.

Для массивных компактных объектов с сильным полем тяготения (напр., нейтронных звёзд и чёрных дыр) следует пользоваться точными формулами. В частности, гравитационное красное смещение в спектре сферического тела массой $~M$ и радиусом $~R$

$R > R_G = \frac{2GM}{c^2}$

($~R_G$ — гравитационный радиус, $~G$ — гравитационная постоянная) определяется выражением

$z_G = \left ( 1 - \frac{R_G}{R}\right )^{-\frac{1}{2}} - 1$

Наблюдение красного смещения

Каждый химический элемент поглощает или излучает электромагнитные волны на строго определённых частотах. Поэтому каждый химический элемент образует в спектре неповторимую картину из линий, используемую в спектральном анализе. В результате эффекта Доплера и/или эффектов ОТО, частота излучения от удалённых объектов, например, звёзд, может изменяться (понижаться или повышаться), а линии соответственно будут смещаться в красную (длинноволновую) или синюю (коротковолновую) часть спектра, сохраняя, однако, своё неповторимое относительное расположение. Смещение линий в красную сторону (обусловленное удалением объекта) и называется «красным смещением».

См. также

• Космологическое красное смещение

Ссылки

• «Красное смещение» — статья в Физической энциклопедии