انتقال به سرخ و انتقال آبی تغییر فرکانس یک موج نور را بسته به اینکه یک جسم به سمت ما یا دور از ما حرکت می کند، توصیف می کند. هنگامی که یک جسم از ما دور می شود، نور جسم به عنوان یک تغییر قرمز شناخته می شود و زمانی که یک جسم به سمت ما حرکت می کند، نور از جسم به عنوان تغییر آبی شناخته می شود.
ستاره شناسان از جابجایی های قرمز و آبی برای تعیین فاصله یک جسم از زمین استفاده می کنند، مفهومی که برای ترسیم انبساط کیهان کلیدی است.
برای درک تغییر رنگ قرمز و آبی، ابتدا باید به یاد داشته باشید که نور مرئی طیفی از رنگ ها است که هر کدام دارای طول موج متفاوتی هستند. به گفته ناسا، بنفش کوتاه ترین طول موج حدود 380 نانومتر و قرمز دارای طولانی ترین طول موج حدود 700 نانومتر است. با توجه به ESA
متصل: سال نوری چیست؟
تغییر قرمز، تغییر آبی و اثر داپلر
بر اساس وب سایت آموزشی The Physics Classroom مفهوم انتقال به قرمز و تغییر آبی ارتباط نزدیکی با اثر داپلر دارد - که یک تغییر آشکار در فرکانس موج صوتی برای ناظران بسته به نزدیک شدن یا دور شدن منبع از آنها است. . اثر داپلر اولین بار توسط فیزیکدان اتریشی کریستین داپلر در سال 1842 توصیف شد و بسیاری از ما تقریباً هر روز بدون اینکه متوجه باشیم اثر داپلر را دست اول تجربه می کنیم.
همه ما شنیده‌ایم که وقتی یک ماشین پلیس با عجله از کنار آن می‌گذرد، صدای آژیر تغییر می‌کند، با نزدیک شدن آژیر بالا، و هنگامی که وسیله نقلیه در حال دور شدن است به سرعت پایین‌تری تغییر می‌کند. این تغییر ظاهری در زیر و بمی برای ناظر به دلیل امواج صوتی است که به طور موثر به هم می رسند یا منتشر می شوند. همه چیز نسبی است، زیرا فرکانس آژیر تغییر نمی کند. همانطور که ماشین پلیس به سمت شما حرکت می کند، تعداد امواج در فاصله کم فشرده می شود، این افزایش فرکانس امواج صوتی که می شنوید باعث می شود ارتفاع بیشتر به نظر برسد. هنگامی که آمبولانس از کنار شما می گذرد و دور می شود، امواج صوتی در فواصل فزاینده منتشر می شوند، بنابراین فرکانس شنیده شده را کاهش می دهند به طوری که گام پایین تر به نظر می رسد.
این اصل از اثر داپلر هم برای نور و هم برای صدا اعمال می شود.
ستاره شناس آمریکایی ادوین هابل (که تلسکوپ فضایی هابل به نام او نامگذاری شده است) اولین کسی بود که پدیده انتقال به سرخ را توصیف کرد و آن را به یک جهان در حال انبساط متصل کرد. ناسا گفت، مشاهدات او که در سال 1929 کشف شد، نشان می دهد که تقریباً تمام کهکشان هایی که او مشاهده کرده در حال دور شدن هستند.
ناسا نوشت: «این پدیده به عنوان یک انتقال به قرمز طیف کهکشان مشاهده می شود. به نظر می‌رسد این انتقال به سرخ برای کهکشان‌های ضعیف‌تر و احتمالاً دورتر بیشتر است. بنابراین، هر چه کهکشان دورتر باشد، سریع‌تر از زمین دور می‌شود.»
کهکشان ها از زمین دور می شوند زیرا بافت فضا در حال گسترش است. در حالی که خود کهکشان ها در حال حرکت هستند - برای مثال کهکشان آندرومدا و کهکشان راه شیری در مسیر برخورد هستند - یک پدیده کامل انتقال به سرخ وجود دارد که با افزایش جهان رخ می دهد.
اصطلاحات انتقال به سرخ و انتقال آبی به هر بخشی از طیف الکترومغناطیسی، از جمله امواج رادیویی، مادون قرمز، فرابنفش، اشعه ایکس و پرتوهای گاما اشاره دارد. بنابراین اگر امواج رادیویی در قسمت فرابنفش طیف جابجا شوند، گفته می‌شود که به آبی یا به فرکانس‌های بالاتر منتقل می‌شوند. انتقال پرتوهای گاما به امواج رادیویی به معنای تغییر به فرکانس پایین تر یا انتقال به قرمز است.
انتقال به سرخ یک جسم با بررسی خطوط جذب یا انتشار در طیف آن اندازه گیری می شود. این خطوط برای هر عنصر منحصر به فرد هستند و همیشه فاصله یکسانی دارند. هنگامی که یک جسم در فضا به سمت ما یا از ما دور می شود، خطوط را می توان در طول موج های متفاوتی نسبت به زمانی که جسم حرکت نمی کرد (نسبت به ما) پیدا کرد.
سه نوع انتقال به قرمز
حداقل سه نوع انتقال به سرخ در جهان وجود دارد: انبساط جهان، حرکت کهکشان ها نسبت به یکدیگر، و "جابه جایی به سرخ گرانشی" که هنگام جابجایی نور به دلیل حجم زیاد ماده در کهکشان رخ می دهد.
این جدیدترین انتقال به سرخ بهترین در بین سه مورد است، اما در سال 2011 دانشمندان توانستند آن را در مقیاس کیهانی شناسایی کنند. ستاره شناسان تجزیه و تحلیل آماری فهرست بزرگی به نام بررسی آسمان دیجیتال اسلون را انجام دادند و دریافتند که جابجایی گرانشی به سرخ رخ داده است - مطابق با نظریه نسبیت عام اینشتین. این اثر در مجله Nature منتشر شده است.
رادک ووتاک، اخترفیزیکدان آن زمان در دانشگاه کپنهاگ گفت: «ما اندازه‌گیری‌های مستقلی از جرم خوشه‌ها داریم، بنابراین می‌توانیم انتظار انتقال گرانشی به سرخ را بر اساس نظریه نسبیت عام محاسبه کنیم. "این با اندازه گیری های این اثر مطابقت دارد."
اولین کشف انتقال گرانشی به سرخ در سال 1959، پس از اینکه دانشمندان دریافتند که در نور پرتو گاما ساطع شده توسط یک آزمایشگاه مستقر در زمین رخ می دهد، رخ داد. قبل از سال 2011، همچنین در خورشید و در کوتوله‌های سفید یا ستارگان مرده اطراف یافت می‌شد که پس از توقف ادغام ستاره‌های هم اندازه خورشید در پایان عمرشان باقی می‌ماند.
انتقال قرمز چگونه به ستاره شناسان کمک می کند؟
انتقال به سرخ به ستاره شناسان کمک می کند تا فواصل اجرام دور را مقایسه کنند. در سال 2011، دانشمندان اعلام کردند که دورترین جسمی که تا به حال دیده شده را دیده اند - یک انفجار پرتو گاما به نام GRB 090429B که توسط یک ستاره در حال انفجار ساطع شده است. در آن زمان، دانشمندان تخمین زدند که این انفجار 13.14 میلیارد سال پیش رخ داده است. برای مقایسه، انفجار بزرگ 13.8 میلیارد سال پیش رخ داد.
دورترین کهکشان شناخته شده GN-z11 است. در سال 2016، تلسکوپ فضایی هابل کشف کرد که تنها چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ وجود داشته است. دانشمندان در حال اندازه گیری انتقال به قرمز GN-z11 هستند تا ببینند نور آن تا چه حد تحت تأثیر انبساط کیهان قرار گرفته است. انتقال به قرمز GN-z11 11.1 بود، بسیار بیشتر از بالاترین انتقال قرمز بعدی 8.68 که توسط کهکشان EGSY8p7 اندازه گیری شد.
دانشمندان می توانند از انتقال به سرخ برای اندازه گیری ساختار جهان در مقیاس بزرگ استفاده کنند. یکی از نمونه های این دیوار بزرگ هرکول-کرونا بوئالیس است. نور حدود 10 میلیارد سال طول می کشد تا از این سازه عبور کند. Sloan Digital Sky Survey یک پروژه جابجایی به سرخ در حال انجام است که تلاش می‌کند جابه‌جایی‌ها را روی چندین میلیون شیء اندازه‌گیری کند. اولین مطالعه انتقال به سرخ مطالعه CfA RedShift بود که اولین مجموعه داده های خود را در سال 1982 تکمیل کرد.
یک زمینه مطالعاتی نوظهور مربوط به چگونگی استخراج اطلاعات انتقال به سرخ از امواج گرانشی است، که اختلالات فضا-زمانی هستند که هنگام شتاب یا اختلال یک جسم عظیم رخ می دهند. (اینشتین برای اولین بار وجود امواج گرانشی را در سال 1916 پیشنهاد کرد و رصدخانه امواج گرانشی با تداخل سنج لیزری (LIGO) اولین بار آنها را مستقیماً در سال 2016 کشف کرد). از آنجایی که امواج گرانشی سیگنالی را حمل می‌کنند که جرم انتقال به قرمز آنها را نشان می‌دهد، بر اساس مقاله‌ای در سال ۲۰۱۴ در مجله Physical Review X، استخراج انتقال به قرمز از آن نیاز به محاسبه و ارزیابی دارد.
منابع اضافی
در مورد اثر داپلر با ناسا بیشتر بیاموزید و تغییرات داپلر را با دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس مطالعه کنید. همچنین می توانید مشخصات امواج را با سایت آموزشی BBC Bitesize مطالعه کنید.