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天文学家曾观测到红移和蓝移,那么是否存在可观测的紫移?

发布于2019-10-11 17:34    文章来源:

紫移一直在发生。我们称之为凯发k8官网下载蓝移。一颗恒星发出光,在地球上所观察到的光的颜色取决于恒星相对于地球的运动。如果一颗恒星正在向地球移动,它的光就会偏移到光谱上更高的频率段。更高的频移称为“蓝移”。

一颗恒星向地球移动的速度越快,它的光就会偏移到更高频率。相反,如果一颗恒星正在远离地球,它的光就会偏移到光谱上的较低频率。这种频移被称为“红移”。 一颗恒星远离地球的速度越快,它的光偏移到更低频的颜色。这种效应被称为“多普勒频移”。 当救护车向你驶来的警笛是高音的,当救护车经过你并离开你时,它就会变成低音,这也是同样的原理。多普勒频移也用于警用雷达测速,根据无线电波从车上反弹时的频率变化来测量你的车开得有多快。

图解:光波在重力场上向上移动的引力红移。在这张图中效果被极大的夸大了。

“当一个发出光的物体——或者任何电磁辐射的物体——朝着某人移动时,它发出的光的波就会被压缩,波长变短。相反,当物体远离时,它发出的光的波长就会增加。对于可见光,光谱中越蓝的部分波长越短,光谱中越红的部分波长越长。因此,如果光源朝向观察者运动,多普勒效应被称为“蓝移”,如果光源远离观察者运动,多普勒效应被称为“红移”。 物体移动得越快,蓝移或红移的强度也越大。”

图解:上图右侧为遥远的星系在可见光波段的光谱,与图左侧太阳的光谱比较,可以看见谱线朝红色的方向移动,即波长增加

天文学家只需观察恒星发出的光的颜色,就可以利用多普勒频移计算出恒星相对地球的运动速度。如果光源的运动是正确的,光的任何光谱颜色都可以转换成其他光谱颜色。因此,如果一束橙色的光发生了蓝移,并不意味着它的最终颜色是蓝色。它仅仅是意味着它的最终颜色向着光谱的蓝色端偏移了; 也就是说,它的颜色在频率上发生了变化。

图解:光源相对观测者的运动导致红移和蓝移

一束橙色的光发生了频移,结果变成黄色的光,也是发生“蓝移”了。同样的一束橙色的光发生频移,最后变成了紫光,它也是发生 “蓝移”了。相比之下,一束紫光发生频移,最终变成橙色的光,它是发生“红移”了。当涉及到多普勒效应时,“红移”应被称为“下移”,“蓝移”应被称为“上移”。 举个栗子,如果一束紫外线的频率向上偏移,那么它最终就是x射线,我们仍然称它为蓝移,即使它实际上已经远超了蓝色。只有当你把“蓝移”理解为“向上偏移”而不是“向蓝色偏移”时,这种情况才有意义。

图解:由中子星造成的引力红移的图解表示。

现在一个有趣的问题出现了。我们把下移称为“红移”,因为红色是可见光的底层颜色。红色是彩虹的第一道颜色。根据这种推理,我们应该把向上偏移称为“紫移”,因为紫色是可见光顶部边缘的颜色。紫色是彩虹的最后一道颜色。但是我们并没有这样就命名。我们依旧把向上偏移称为蓝移,而不是紫移。这是为什么呢? 原因是人类看紫色不是很清楚。尽管从技术上讲,人类可以看到紫色,因此它是可见光光谱上边缘的颜色,但我们肉眼看得不是很清楚。因此,蓝色实际上是肉眼可见光谱的上边缘。这就是为什么向上偏移被称为蓝移。这种令人困惑的状态似可以避免,但事实是,将蓝色定义为可见光谱的上边缘正是人类经验的一部分。

图解:2度视场星系红移巡天资料最精华的资料

天空在任何时候都包含所有颜色的光,在一天中的不同时间将其光峰值变成一种颜色。从科学上讲,天空的峰值颜色从日出到中午的顺序依次为:红外,红色,橙色,黄色,绿色,蓝色,紫色,紫外线。但是人类从日出到中午都会体验到天空的颜色:红色,橙色,黄白色,白色,蓝色。科学的天空色彩与人类体验之间的差异归因于以下三个事实:

1)我们的眼睛看不见紫外线和红外线;

2)我们的眼睛看不清楚紫色;

3)​​我们的眼睛几乎均匀的看到所有的颜色并混合为白色。

就我们对天空的体验而言,光谱的颜色似乎从红色开始,到蓝色结束。同样的道理也适用于白炽火焰,比如篝火或蜡烛上的火焰。科学上,火焰的颜色从低到高依次为:红外线、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外线。但人类肉眼观察到的火焰颜色从最冷到最热变化为红色,橙色,黄白色,白色,蓝色。所以从日常经验来看,蓝色似乎是可见光谱的上端,尽管从技术上讲我们可以看到的顶端应该是紫色。这就是为什么向上的多普勒频移被称为蓝移。因此,“紫移”与“蓝移”的意思是一样的:向上偏移。

图解:哈勃超深场中的高红移候选星系

利用多普勒频移,天文学家得以进行一些有趣的观测。一般而言,观察到来自我们所在的本星系群之外的恒星的光都会发生红移。而且,一颗恒星离我们越远,它的光的发生红移的量就越大。这一事实表明,我们的宇宙正在膨胀,我们所在星系群之外的所有恒星都在远离我们而去。同样的,当一颗恒星在旋转时,恒星的一条边相对于它的中心向我们移动,而另一条边则在远离我们。结果,观察该恒星会发现一个边缘的光稍微红移,而来自另一个边缘的光则稍微蓝移。天文学家可以利用这两个频移来计算恒星旋转的速度。同样的方法也可以用来计算星系旋转的速度。

相关天文知识

重力红移或称重力红位移指的是光波或者其他波动从重力场源远离时,整体频谱会往红色端方向偏移,亦即发生“频率变低,波长增长”的现象。

图解:质量庞大的星球上所发出的光远离星球时,会发生红位移——从蓝色偏到红色。

最早的证实:1959年庞德-雷布卡实验展示了谱线重力红移的存在。此由哈佛大学莱曼物理实验室的科学家所记载。

多普勒效应是波源和观察者有相对运动时,观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。远方急驶过来的火车鸣笛声变得尖细,而离我们而去的火车鸣笛声变得低沉,就是多普勒效应的现象,同样现象也发生在私家车鸣响与火车的敲钟声。

图解:天鹅周围水流的多普勒效应

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. wtamu -青帮大佬