У 1842 році фізик і математик Крістіан Доплер виявив, що якщо джерело звуку і спостерігач рухаються один щодо одного, частота звуку, яка сприймається спостерігачем, не збігається з частотою джерела звуку. Сьогодні ми називаємо це явище «ефектом Доплера» і саме з його допомогою астрономи шукають екзопланети - світи, які обертаються навколо інших зірок за межами нашої Сонячної системи. 442 з 473 відомих на сьогоднішній день екзопланет були виявлені за допомогою ефекту Доплера, який описує зміни частоти будь-якого виду звуковий або світловий хвилі, виробленої рухомим джерелом щодо спостерігача. Явище, відкрите австрійським вченим в 19 столітті є невід'ємною частиною сучасних теорій про походження нашого Всесвіту і використовується при прогнозуванні погоди, вивченні руху зірок, а також в діагностиці серцево-судинних захворювань.
Що таке ефект Доплера?
Уявіть собі калюжу, в центрі якої сидить задоволений жук. Кожен раз, коли він струшує лапками, він створює перешкоди, які переміщаються по воді. Якщо ці обурення виникають в якійсь точці, то будуть поширюватися з цієї точки у всіх напрямках. Оскільки кожне обурення рухається в одній і тій же середовищі, всі вони будуть рухатися у всіх напрямках з однаковою швидкістю.
Візерунок, створюваний лапками жука, буде являти собою серію кіл, що досягають країв калюжі з однаковою частотою. Спостерігач в точці А (лівий край калюжі) побачить обурення, б'ються об край калюжі з тією ж частотою, що і спостерігач в точці В (правий край калюжі). Насправді частота, з якою кола досягають краю калюжі, буде такою ж, як частота, з якою жук ворушить лапками, визначимо її двома збуреннями в секунду.
Тепер припустимо, що жук пливе до спостерігача В, виробляючи обурення з тією ж частотою. Оскільки комаха рухається вправо, кожне обурення виникає ближче до спостерігача В і далі від спостерігача А і, відповідно, досягне спостерігача В швидше. При цьому спостерігачеві В здаватиметься, що частота приходу збурень вище, ніж частота, з якою ці обурення виникають; спостерігачеві А, навпаки, видасться, що частота збурень нижче, ніж насправді. Цей приклад, сподіваємося, непогано ілюструє ефект Доплера.
Ще більше цікавих статей про фізичні відкриття, які змінили світ, читайте на нашому каналі в Яндекс.Дзен. Там регулярно виходять статті, яких немає на сайті!
Якщо немає, то відзначимо, що ефект Доплера можна спостерігати для будь-якого типу хвилі - хвилі води, звукової хвилі, світлової хвилі і так далі. Уявіть, що вам назустріч рухається поліцейська машина. Коли автомобіль наближається до вас з увімкненою сиреною, звук сирени стає голосніше, але стає тихіше, у міру того, як машина проїжджає повз. Це - ще один приклад ефекту Доплера - явного зсуву частоти звукової хвилі, створюваної рухомим джерелом.
Як працює ефект Доплера?
Ефект Доплера представляє великий інтерес для астрономів, які використовують інформацію про зрушення частоти електромагнітних хвиль, вироблених рухомими зірками в нашій галактиці і за її межами. Насправді припущення дослідників про те, що наш Всесвіт розширюється з прискоренням, частково базується на спостереженнях електромагнітних хвиль, що випускаються зірками в далеких галактиках. Визначити специфічну інформацію про зірок усередині галактик також можна за допомогою ефекту Доплера.
Сучасні телескопи дозволяють астрономам вивчати зірки в далеких галактиках. Як правило, вони шукають джерела світла, які випускають електромагнітні хвилі. Спостерігати ефект Доплера астрономи можуть, коли зірка обертається навколо власного центру мас і рухається або у напрямку до Землі або від неї. Ці зрушення довжини хвилі можна побачити у вигляді тонких змін в спектрі зірки - веселки кольорів, що випускаються світлом.
Коли зірка рухається до нас, її довжини хвиль стискаються, і спектр набуває блакитний колір. Коли зірка віддаляється від нас, її спектр світиться червоним.
Щоб спостерігати червоне і сині світіння, астрономи використовують спектрограф - прізмообразний прилад з високою роздільною здатністю, який розділяє входять світлові хвилі на різні кольори. У зовнішньому шарі кожної зірки є атоми, які поглинають світло на певних довжинах хвиль, і це поглинання проявляється у вигляді темних ліній в різних кольорах спектру зірки. Дослідники використовують зрушення в цих лініях як зручні маркери для вимірювання величини ефекту Доплера.
Читайте також: Ефект Мандели - чому люди пам'ятають те, чого не було?
Не можна не відзначити, що ефект Доплера використовують не тільки в астрономії. Посилаючи радіолокаційні промені в атмосферу і вивчаючи зміни довжин хвиль повертаються променів, метеорологи шукають воду в атмосфері. Ефект Доплера також використовується в медицині з Ехокардіограми, які посилають ультразвукові промені через тіло для вимірювання змін в кровотоці, щоб переконатися, що серцевий клапан працює правильно, або для діагностики серцево-судинних захворювань.