اثر داپلر

فرض کنید یک منبع موج موجود است که امواجی با طول موج ثابت منتشر می‌کند. حال، یک گیرنده امواج را در نظر بگیرید که نسبت به منبع موج ثابت است. در این صورت طول موج دریافتی توسط گیرنده برابر با طول موج منبع است. برای مثال در شکل زیر منبع موج ماشین آتش‌نشان است که امواج صوتی با طول موج ثابت تولید می‌کند و گیرنده فردی است که نسبت به ماشین آتش‌نشان حرکتی ندارد. فاصله شعاعی هر دایره با دایره بعدی، که نمایانگر طول موج دریافتی توسط گیرنده است، برابر با طول موج صدای تولید شده توسط منبع است.

حال فرض کنید ماشین آتش‌نشان شروع به حرکت کند. در این صورت مرکز امواج صوتی متحرک خواهد بود و دوایر هم‌مرکز نخواهند بود.

همانطور که در شکل فوق مشاهده می‌شود، به دلیل سرعت گرفتن منبع صوتی، طول موج دریافتی توسط گیرنده کم‌تر از طول موج منبع شده است. همچنین اگر گیرنده‌ای در سمت چپ منبع قرار گرفت باشد (منبع از گیرنده دور شود) طول موج دریافتی توسط گیرنده بیش‌تر از طول موج منبع خواهد بود. به این پدیده اثر داپلر گفته می‌شود.

رابطه طول موج دریافتی توسط گیرنده به شرح زیر است:

در رابطه فوق c سرعت حرکت موج، v سرعت نزدیک‌شوندگی منبع به گیرنده و  طول موج منبع است.

طیف امواج ستارگان

اگر نور مرئی دریافت شده از یک ستاره تجزیه شود، طیفی از رنگ‌ها از قرمز تا بنفش دیده می‌شود. اگر این طیف با دقت بررسی شود، می‌توان دریافت که جای برخی از طول موج‌ها در طیف خالی است. برای مثال شکل زیر طیف نور خورشید را نشان می‌دهد:

این پدیده به این دلیل رخ می‌دهد که مواد موجود در ستاره برخی از امواج آن را که طول موج خاصی دارند، جذب می‌کنند. موج‌های جذب شده توسط یک ماده، طول موج خاص و ثابتی دارد که بستگی به ساختار اتمی آن ماده دارد. برای مثال در شکل زیر، خط‌های سیاه طول موج امواج جذب شده توسط هیدروژن را نمایش می‌دهد.

از آن‌جایی که این طول موج‌ها برای هر ماده منحصر به فرد هستند، به نوعی نقش اثر انگشت را برای آن ماده بازی می‌کنند. برای مثال اگر در طیف به دست آمده از یک ستاره خطوط جذب مربوط هیدروژن وجود نداشته باشد، می‌توان فهمید که در این ستاره هیدروژن وجود دارد.

محاسبه سرعت یک ستاره با استفاده از رابطه داپلر

هر ستاره منبع طیفی از امواج الکترومغناطیس است و اگر نسبت به گیرنده سرعت داشته باشد، طبق اثر داپلر طول موج کل طیف جابه‌جا می‌شود. بنابراین، طول موج‌های خالی طیف ستاره نیز جابه‌جا می‌شود. برای مثال اگر در ستاره هیدروژن موجود باشد، در طیف آن ستاره خطوط جذب عنصر هیدروژن جابه‌جا می‌شوند. مقدار این جابه‌جایی به سرعت ستاره بستگی دارد.

با توجه به میزان جابه‌جایی خطوط جذب و با استفاده از رابطه داپلر می‌توان سرعت حرکت ستاره نسبت به گیرنده را محاسبه کرد.