Σήμερα, θα μελετήσουμε το φαινόμενο Doppler στο πλαίσιο της αστρονομίας. Αυτό το φαινόμενο, το οποίο αναλύσαμε πρόσφατα στο πεδίο του Ήχου, παίζει καθοριστικό ρόλο στην κατανόηση του σύμπαντος.

.

Στην αστρονομία, το φαινόμενο Doppler χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κίνησης ουράνιων αντικειμένων, όπως τα αστέρια και οι γαλαξίες. Όταν ένα αστέρι απομακρύνεται από τη Γη, το φως που εκπέμπει φαίνεται να μετατοπίζεται προς το κόκκινο άκρο του φάσματος, ένα φαινόμενο γνωστό ως “μετατόπιση προς το ερυθρό”. Αντίθετα, αν ένα αστέρι μας πλησιάζει, το φως του μετατοπίζεται προς το μπλε άκρο του φάσματος, γνωστό ως “μετατόπιση προς το μπλε”.

.

Αυτές οι μετατοπίσεις του φωτός παρέχουν κρίσιμα δεδομένα για τη δομή και τη συμπεριφορά του Σύμπαντος. Για παράδειγμα, η ανακάλυψη της ερυθράς μετατόπισης συνέβαλε καθοριστικά στην επιβεβαίωση ότι το Σύμπαν διαστέλλεται, έναν ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης κοσμολογίας. Η μετατόπιση προς το μπλε από την άλλη, μπορεί να υποδεικνύει ουράνια αντικείμενα που κινούνται προς το μέρος μας, πράγμα κρίσιμο για τη μελέτη της τοπικής δυναμικής του γαλαξία μας.

.

Μετατόπιση του φωτός προς το ερυθρό όμως, δεν έχουμε μόνο όταν ένα ουράνιο σώμα απομακρύνεται από εμάς: στο διάστημα συναντάμε και τη βαρυτική ερυθρά μετατόπιση! Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται όταν το φως διέρχεται μέσα από ένα (ισχυρό) βαρυτικό πεδίο. Σε αντίθεση με το φαινόμενο Doppler, το οποίο προκαλείται από την κίνηση της πηγής (ή του παρατηρητή), η βαρυτική ερυθρά μετατόπιση συμβαίνει λόγω της καμπύλωσης του χωροχρόνου γύρω από ένα αντικείμενο με μεγάλη βαρύτητα, όπως για παράδειγμα μια μαύρη τρύπα. Καθώς το φως βγαίνει από το βαρυτικό πεδίο, χάνει ενέργεια, με αποτέλεσμα το μήκος κύματός του να μετατοπίζεται προς το ερυθρό άκρο του φάσματος. Η έννοια αυτή αποτελεί κρίσιμη πτυχή της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αϊνστάιν και έχει επιβεβαιωθεί με διάφορα πειράματα και παρατηρήσεις.

.

Fun fact: Η βαρυτική ερυθρά μετατόπιση λαμβάνεται υπόψη στο Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS), λόγω της βαρύτητας της Γης. Αν δεν το υπολογίζαμε, τα σφάλματα θα καθιστούσαν το GPS πρακτικά…άχρηστο!