Что характеризует красное смещение. Феномен красного смещения

красное смещение

увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником (наблюдателем) увеличивается (см. Доплера эффект) или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далеких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения Вселенной.

Красное смещение

понижение частот электромагнитного излучения, одно из проявлений Доплера эффекта. Название «К. с.» связано с тем, что в видимой части спектра в результате этого явления линии оказываются смещенными к его красному концу; К. с. наблюдается и в излучениях любых др. частот, например в радиодиапазоне. Противоположный эффект, связанный с повышением частот, называется синим (или фиолетовым) смещением. Чаще всего термин «К. с.» используется для обозначения двух явлений ≈ космологическое К. с. и гравитационное К. с.

Космологическим (метагалактическим) К. с. называют наблюдаемое для всех далёких источников (галактик, квазаров) понижение частот излучения, свидетельствующее об удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, т. е. о нестационарности (расширении) Метагалактики. К. с. для галактик было обнаружено американским астрономом В. Слайфером в 1912≈14; в 1929 Э. Хаббл открыл, что К. с. для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон К. с., или закон Хаббла). Предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий. Такова, например, гипотеза о распаде световых квантов за время, составляющее миллионы и миллиарды лет, в течение которого свет далёких источников достигает земного наблюдателя; согласно этой гипотезе, при распаде уменьшается энергия, с чем связано и изменение частоты излучения. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями. В частности, К. с. в разных участках спектра одного и того же источника, в рамках гипотезы, должно быть различным. Между тем все данные наблюдений свидетельствуют о том, что К. с. не зависит от частоты, относительное изменение частоты z = (n0≈ n)/n0 совершенно одинаково для всех частот излучения не только в оптическом, но и в радиодиапазоне данного источника (n0 ≈ частота некоторой линии спектра источника, n ≈ частота той же линии, регистрируемая приёмником; n

В относительности теории доплеровское К. с. рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). Если скорость системы источника относительно системы приёмника составляет u (в случае метагалактич. К. с. u ≈ это лучевая скорость), то

═(c ≈ скорость света в вакууме) и по наблюдаемому К. с. легко определить лучевую скорость источника: . Из этого уравнения следует, что при z ╝ ¥ скорость v приближается к скорости света, оставаясь всегда меньше её (v < с). При скорости v, намного меньшей скорости света (u << с), формула упрощается: u » cz. Закон Хаббла в этом случае записывается в форме u = cz = Hr (r ≈ расстояние, Н ≈ постоянная Хаббла). Для определения расстояний до внегалактических объектов по этой формуле нужно знать численное значение постоянной Хаббла Н. Знание этой постоянной очень важно и для космологии: с ней связан т. н. возраст Вселенной.

Вплоть до 50-х гг. 20 в. внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Н, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. 20 в. для постоянной Хаббла принято значение Н = 53 ╠ 5 (км/сек)/Мгпс, обратная величина Т = 1/Н = 18 млрд. лет.

Фотографирование спектров слабых (далёких) источников для измерения К. с., даже при использовании наиболее крупных инструментов и чувствительных фотопластинок, требует благоприятных условий наблюдений и длительных экспозиций. Для галактик уверенно измеряются смещения z » 0,2, соответствующие скорости u » 60 000 км/сек и расстоянию свыше 1 млрд. пс. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10%, т. е. такая же, как погрешность определения Н). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются z » 2 и больше. При смещениях z = 2 скорость u » 0,8×с = 240 000 км/сек. При таких скоростях уже сказываются специфические космологические эффекты ≈ нестационарность и кривизна пространства ≈ времени; в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний ≈ расстояние по К. с. ≈ составляет здесь, очевидно, r= ulH = 4,5 млрд. пс). К. с. свидетельствует о расширении всей доступной наблюдениям части Вселенной; это явление обычно называется расширением (астрономической) Вселенной.

Гравитационное К. с. является следствием замедления темпа времени и обусловлено гравитационным полем (эффект общей теории относительности). Это явление (называется также эффектом Эйнштейна, обобщённым эффектом Доплера) было предсказано А. Эйнштейном в 1911, наблюдалось начиная с 1919 сначала в излучении Солнца, а затем и некоторых др. звёзд. Гравитационное К. с. принято характеризовать условной скоростью u, вычисляемой формально по тем же формулам, что и в случаях космологического К. с. Значения условной скорости: для Солнца u = 0,6 км/сек, для плотной звезды Сириус В u = 20 км/сек. В 1959 впервые удалось измерить К. с., обусловленное гравитационным полем Земли, которое очень мало: u = 7,5×10-5см/ сек (см. Мёссбауэра эффект). В некоторых случаях (например, при коллапсе гравитационном) должно наблюдаться К. с. обоих типов (в виде суммарного эффекта).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 4 изд., М., 1962, ╖ 89, 107; Наблюдательные основы космологии, пер. с англ., М., 1965.

Г. И. Наан.

Википедия

Красное смещение

Красное смещение - сдвиг спектральных линий химических элементов в красную сторону. Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения, или их комбинацией. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую сторону называется синим смещением. Впервые сдвиг спектральных линий в спектрах звёзд описал французский физик Ипполит Физо в 1848 году, и предложил для объяснения сдвига эффект Доплера, вызванный лучевой скоростью звезды.

Что, по вашему мнению, означает термин Расширение Вселенной, в чем суть данного явления.

Как вы догадались, основа лежит в понятии красного смещения. Оно обрело свои очертания ещё в 1870 году, когда было замечено английским математиком и философом Уильямом Клиффордом. Он пришел к выводу, что пространство неодинаково в разных точках, то есть искривлено, а также то, что оно со временем может изменяться. Расстояние между галактиками увеличивается, но координаты остаются прежними. Также его допущения сводились к тому, что это явление каким-то образом относиться к сдвигу материи. Выводы Клиффорда не остались не замеченными и спустя некоторое время легли в основу труда Альберта Эйнштейна под названием « «.

Первые обоснованные идеи

Впервые же точные сведения о расширении Вселенной были представлены с помощью астроспектрографии. Когда в Англии, в 1886 году, астрономом-любителем Уильямом Хаггинсом было отмечено, что длины волн звёздного света сдвинуты в сравнении с такими же земными волнами. Такое измерение стало возможным при использовании оптической интерпретации эффекта Доплера, суть которого в том, что скорость звуковых волн постоянна в однородной среде и зависит лишь от свойств самой среды, в таком случае можно вычислить величину вращения звезды. Все эти действия позволяют нам негласно определить движение космического объекта.

Практика измерения скоростей

Буквально через 26 лет в Флагстаффе (США, Аризона) член национальной академии наук Весто Слайфер, изучая спектр спиральных туманностей через телескоп со спектрографом, первым обозначил разности скоростей скоплений, то есть Галактик, по интегральным спектрам. Учитывая, что скорость изучения была мала, ему все-таки удалось рассчитать, что туманность с каждой секундой на 300 км ближе к нашей планете. Уже в 1917 году им было доказано красное смещение более чем 25 туманностей, в направлении которых проглядывалась значительная асимметрия. Лишь четыре из них шли к направлению Земли, остальные же отдалялись, причем с довольно внушающей скоростью.

Формирование закона

Спустя десятилетие известный астроном Эдвин Хаббл доказал, что у дальних галактик красное смещение больше чем у более близко расположенных, и что оно растет пропорционально расстоянию до них. Им также была получена постоянная величина, называемая постоянной Хаббла, которая используется для нахождения лучевых скоростей любых галактик. Закон Хаббла как никто связывает красное смещение электромагнитных квантов. Учитывая это явление, он представлен не только в классической, но и в квантовой форме.

Популярные способы нахождения

На сегодня одним из основополагающих способов нахождения межгалактических расстояний это метод «стандартной свечи», суть которого в ослаблении потока обратно пропорционально квадрату его расстояния. Эдвин обычно пользовался цефеидами (переменными звездами) яркость коих тем больше чем больше их периодичность изменения свечения. Ими пользуются и в данный момент, хотя и видны они лишь на расстоянии меньше 100 млн. св. лет. Так же большим успехом пользуются сверхновые типа la характеризуемые одинаковым свечением около 10 млрд. таких звезд как наше Солнце.

Последние прорывы

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ (обозначение z), увеличение длины волны видимого света или в другом диапазоне ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, вызванное либо удалением источника (эффект ДОПЛЕРА), либо расширением Вселенной (см. РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ ). Определяется как изменение длины волны определенной спектральной линии, относительно эталонной длиной волны этой линии. Красные смещения, вызванные расширением Вселенной, называемые космологическим красным смещением, не имеют ничего общего с эффектом Доплера. Эффект Доплера возникает из-за движения в пространстве, тогда как космологическое красное смещение вызвано расширением самого пространства, которое в буквальном смысле растягивает длины волн света, движущегося к нам. Чем длиннее время путешествия света, тем больше растягивается его длина волны. Как показывает ПОСТОЯННАЯ ХАББЛА, гравитационное красное смещение - это явление, предсказанное общей ТЕОРИЕЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Альберта ЭЙНШТЕЙНА. Свет, излучаемый звездой, должен проделать работу, чтобы преодолеть гравитационное поле звезды. В итоге имеет место небольшая потеря энергии, являющаяся результатом увеличения длины волны, так что все спектральные линии смещаются в сторону красного цвета.

Некоторые эффекты красного смещения, в которых свет, излучаемый звездами сдвигается в сторону более длинного (красного) конца спектра могут объясняться эффектом Доплера. Также как радар (А) может вычислить местонахождение движущегося объекта с помощью измерения времени, необходимого посланному сигналу (1), чтобы вернуться (2), также и движение звезд может быть измерено относительно Земли. Длина волны звезды, которая, по-видимому, не приближается к Земле и не удаляется от нее (В), не меняется. Длина волны звезды, которая удаляется от Земли, увеличивается (С) и движется по направлению к красному концу спектра. Длина волны приближающейся к Земле звезды (D) уменьшается и движется к синему концу спектра.

Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое "КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ" в других словарях:

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 спектра … Википедия

Современная энциклопедия

Увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником… … Большой Энциклопедический словарь

Красное смещение - КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ, увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Увеличение длин волн (l) линий в эл. магн. спектре источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Количественно К. с. характеризуется величиной z=(lприн lисп)/lисп, где lисп и lприн… … Физическая энциклопедия

Увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приёмником… … Энциклопедический словарь

Увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником… … Астрономический словарь

красное смещение - raudonasis poslinkis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. red shift vok. Rotverschiebung, f rus. красное смещение, n pranc. décalage vers le rouge, m; déplacement vers le rouge, m … Fizikos terminų žodynas

- (метагалактическое) – понижение частот электромагнитного излучения галактик (света, радиоволн) по сравнению с частотой лабораторных (земных) источников электромагнитного излучения. В частности, линии видимой части спектра смещены к красному его… … Философская энциклопедия

Увеличение длин волн X в спектре оптическом источника излучения (смещение спектральных линий в сторону красной части спектра) по сравнению с X линий эталонных спектров. К. с. возникает, когда расстояние между источником излучения и наблюдателем… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Книги

• Красное смещение , Евгений Гуляковский. Бывший воин - афганец Глеб Яровцев, прикованный к креслу-каталке после тяжелого ранения, неожиданно попадает в центр внимания вербовщиков из иной реальности Земли. Ему возвращают здоровье с…

Это явление может быть выражением эффекта Доплера или гравитационного красного смещения , или их комбинацией. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется синим смещением . Впервые сдвиг спектральных линий в спектрах звёзд описал французский физик Ипполит Физо в 1848 году , и предложил для объяснения сдвига эффект Доплера, вызванный лучевой скоростью звезды.

Теория красного смещения

В обоих случаях (Доплеровского эффекта или эффектов ОТО) параметр смещения $z$ определяется как $z\; =\; \{\backslash lambda\; -\; \backslash lambda\_\{0\}\; \backslash over\; \backslash lambda\_\{0\}\}$ ,
где $\backslash lambda$ и $\backslash lambda\_\{0\}$ - значения длины волны в точках наблюдения и испускания излучения соответственно.

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

$z\_D\; =\; \backslash frac\{1\; +\; v\_r/c\}\{\backslash sqrt\{1\; -\; (v/c)^2\}\}\; -\; 1$

Гравитационное красное смещение было предсказано А. Эйнштейном (1911) при разработке общей теории относительности (ОТО). В линейном относительно гравитационного потенциала приближении $z\_G\; =\; \backslash frac\{V\; -\; V\_\{0\}\}\{c^2\}$ ,
где $V$ и $V\_\{0\}$ - значения гравитационного потенциала в точках наблюдения и излучения соответственно.

$z\_G\; >\; 0$ в том случае, когда в точке наблюдения потенциал больше (а модуль его меньше, так как потенциал - величина отрицательная).

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 $R\; >\; R\_G\; =\; \backslash frac\{2GM\}\{c^2\}$

($R\_G$ - гравитационный радиус , $G$ - гравитационная постоянная) определяется выражением

$z\_G\; =\; \backslash left\; (1\; -\; \backslash frac\{R\_G\}\{R\}\backslash right)^\{-\backslash frac\{1\}\{2\}\}\; -\; 1$

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

Напишите отзыв о статье "Красное смещение"

Примечания

Ссылки

Отрывок, характеризующий Красное смещение

На Праценской горе, на том самом месте, где он упал с древком знамени в руках, лежал князь Андрей Болконский, истекая кровью, и, сам не зная того, стонал тихим, жалостным и детским стоном.
К вечеру он перестал стонать и совершенно затих. Он не знал, как долго продолжалось его забытье. Вдруг он опять чувствовал себя живым и страдающим от жгучей и разрывающей что то боли в голове.
«Где оно, это высокое небо, которое я не знал до сих пор и увидал нынче?» было первою его мыслью. «И страдания этого я не знал также, – подумал он. – Да, я ничего, ничего не знал до сих пор. Но где я?»
Он стал прислушиваться и услыхал звуки приближающегося топота лошадей и звуки голосов, говоривших по французски. Он раскрыл глаза. Над ним было опять всё то же высокое небо с еще выше поднявшимися плывущими облаками, сквозь которые виднелась синеющая бесконечность. Он не поворачивал головы и не видал тех, которые, судя по звуку копыт и голосов, подъехали к нему и остановились.
Подъехавшие верховые были Наполеон, сопутствуемый двумя адъютантами. Бонапарте, объезжая поле сражения, отдавал последние приказания об усилении батарей стреляющих по плотине Аугеста и рассматривал убитых и раненых, оставшихся на поле сражения.
– De beaux hommes! [Красавцы!] – сказал Наполеон, глядя на убитого русского гренадера, который с уткнутым в землю лицом и почернелым затылком лежал на животе, откинув далеко одну уже закоченевшую руку.
– Les munitions des pieces de position sont epuisees, sire! [Батарейных зарядов больше нет, ваше величество!] – сказал в это время адъютант, приехавший с батарей, стрелявших по Аугесту.

Красное смещение спектральных линий в оптическом спектре суперкластера далёких галактик (BAS11) (справа), по сравнению с Солнцем (слева).

Красное смещение - сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону. Это явление может происходить из-за эффекта Доплера, или эффектов общей теории относительности: гравитационное и космологическое красного смещения. Красное смещению может также являться следствием сразу несколько указанных выше причин. Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется фиолетовым смещением.

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 общей теории относительности, 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".

Новая интерпретация

В работе "Новая интерпретация красного смещения" ("A New Redshift Interpretation,") Роберт Джентри () предложил интерпретацию галактического красного смещения как комбинацию эффекта Доплера и гравитационного красного смещения.

Новая Интерпретация Красного смещения (НИК) объясняет красное смещение галактики как комбинацию Доплеровского и гравитационного красного смещения. Согласно данной космологии (CBR) это гравитационное красное смещение раскалённого водорода с границы уровня при температуре 5400 по Kельвину. Он считает, что эта граница уровня в действительности состоит из тонкой оболочки над свёртывающимися галактиками.

Ограниченная вселенная

Как и космология Белой дыры , NRI использует понятие ограниченной вселенной. В то время как это противоречивые космпологии, понятно что они могут быть скомбинированы, поскольку в случае с Dark energy была добавлена к начальным условиям космологии Белой Дыры и результат похож на NRI.

NRI has an outward gravitational force, that says is caused by vacuum pressure/energy. This is effectively the same as Dark energy and in NRI, Dark energy can be substituted for vacuum pressure/energy. In any case the formula for this cosmic gravitational red shift is:

• G = гравитационная постоянная
• H = постоянная Хаббла
• r = радиус от центра
• c = скорость света
• z +1 = гравитационное красное смещение

Когда добавляется стандартное Доплеровское красное смещение галактики, получаем:

• z = изменение в наблюдаемом красном смещении

• Hubble relationship