簡(jiǎn)介： 紅移和藍(lán)移是多普勒效應(yīng)的可見影響。紅移是由于物體遠(yuǎn)離地球而產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)的增加，藍(lán)移則相反。可利用光譜學(xué)測(cè)量物體光譜，根據(jù)其譜線計(jì)算光譜中的波長(zhǎng)值，再據(jù)此獲得其紅移及藍(lán)移值。

紅移現(xiàn)象是指由于物體遠(yuǎn)離地球，波長(zhǎng)增加。與之相反的是藍(lán)移，物體向地球移動(dòng)，波長(zhǎng)減少。

紅移和藍(lán)移都是多普勒效應(yīng)的可觀測(cè)現(xiàn)象。過去你很可能曾親眼目睹過多普勒效應(yīng)。最好的例子就是警車高速駛過時(shí)的警笛聲：當(dāng)警車向你駛來的時(shí)候，警笛的音調(diào)會(huì)變高，比警車遠(yuǎn)離你時(shí)的音調(diào)要高。這個(gè)現(xiàn)象與聲音頻率的提高有關(guān)。這在下列的視頻中進(jìn)行了展示。

光也會(huì)有同樣的多普勒效應(yīng)。當(dāng)物體朝我們移動(dòng)時(shí)，波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化，向光譜的藍(lán)色一端移動(dòng)。當(dāng)物體從我們身邊移開的時(shí)候，光被“拉伸”向紅色，我們可以觀察光譜線中的移位現(xiàn)象。

紅移與藍(lán)移

太陽(yáng)吸收譜線（左），與遙遠(yuǎn)星系的超星系團(tuán)的吸收譜線（右）

箭頭表示紅移。波長(zhǎng)增加，朝向紅色及遠(yuǎn)紅外（頻率減速器）

紅移和藍(lán)移的歷史

多普勒效應(yīng)是以克里斯蒂安·安德里亞斯·多普勒的名字命名的。他在1842年為這一物理現(xiàn)象提供了目前已知的最早的物理學(xué)解釋。這一聲波假設(shè)于1845年由荷蘭科學(xué)家克里斯托弗·亨德里克·迪德里克·巴伊斯·白貝羅檢驗(yàn)證實(shí)。

1848年，法國(guó)物理學(xué)家阿曼德-希波利特-路易·菲佐第一次描述了多普勒紅移，他指出恒星光譜譜線的變化是多普勒效應(yīng)造成的。這種效應(yīng)有時(shí)也被稱作“多普勒-菲佐效應(yīng)”。1868年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯首次通過多普勒效應(yīng)測(cè)定出一顆恒星遠(yuǎn)離地球的速度。

1871年，在觀測(cè)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)的夫瑯和費(fèi)譜線中發(fā)現(xiàn)了多普勒現(xiàn)象，光學(xué)紅移得到了證實(shí)，大約為0.1 ?。1901年，阿里斯塔赫·貝洛波爾斯基在實(shí)驗(yàn)室中，使用旋轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)驗(yàn)證了光學(xué)紅移。

尋找紅移

光譜學(xué)可以應(yīng)用到測(cè)量來自遙遠(yuǎn)星系的光學(xué)頻譜當(dāng)中來?？茖W(xué)家會(huì)在光譜中尋找紅移特征（比如說吸收譜線、發(fā)射譜線或是其他光強(qiáng)度的變化），然后和現(xiàn)有的各種元素頻譜中的已知特征進(jìn)行對(duì)比，最終確定紅移。氫元素是太空中一種非常常見的元素。

在上面的圖表中，你可以看見兩個(gè)光。一個(gè)來在太陽(yáng)（一個(gè)已知的每個(gè)吸收線都確定的光譜），一個(gè)是來自遙遠(yuǎn)星系的超級(jí)星團(tuán)。當(dāng)我們比較這兩個(gè)星系的時(shí)候，我們看到太陽(yáng)的氫線和遙遠(yuǎn)星系的相關(guān)、有聯(lián)系。唯一的區(qū)別是星系中的吸收譜線都向上移動(dòng)（朝向紅色）。這就指向了紅移，可以得出一個(gè)結(jié)論：這個(gè)星系正在遠(yuǎn)離我們，或是說我們正在遠(yuǎn)離這個(gè)星系。

計(jì)算紅移和藍(lán)移

一旦我們找到一個(gè)已知的光譜線，就可以計(jì)算出它在光譜中的波長(zhǎng)。然后，這就可以用來計(jì)算確切的紅移。

以上述圖形為例，我們可以取氫阿爾法發(fā)射譜線為656.2納米，然后根據(jù)光譜（如，觀測(cè)到的譜線是675納米）計(jì)算觀測(cè)光譜的波長(zhǎng)。最后，用一個(gè)簡(jiǎn)單的方程式來計(jì)算紅移值。

等式28-紅移值

代入我們觀察到的波長(zhǎng)得到：

等式28- 紅移值計(jì)算示例

z是習(xí)慣使用的無量綱量，z的正值指向紅移，負(fù)值指向藍(lán)移。

紅移的例證

星系是目前已知紅移最高的物體。光譜數(shù)據(jù)是最可靠的紅移證據(jù)來源，而星系中確認(rèn)的最高光譜紅移是紅移 z = 6.96 的 IOK-1。

觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的伽馬射線爆發(fā)是GRB 080913，其紅移z是6.7。

相關(guān)知識(shí)

在物理學(xué)領(lǐng)域，紅移是指電磁輻射由于某種原因?qū)е虏ㄩL(zhǎng)增加、頻率降低的現(xiàn)象，在可見光波段，表現(xiàn)為光譜的譜線朝紅端移動(dòng)了一段距離。相反的，電磁輻射的波長(zhǎng)變短、頻率升高的現(xiàn)象則被稱為藍(lán)移。紅移最初是在人們熟悉的可見光波段發(fā)現(xiàn)的，隨著對(duì)電磁波譜各個(gè)波段的了解逐步加深，任何電磁輻射的波長(zhǎng)增加都可以稱為紅移。

BY:??Tim Trott

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