(图解:蓝移不代表一个物体最终变成蓝色,而是整个光谱的频率会上升。注意这是一个示意图而不是实际数据;图源:Christopher S. Baird)
紫移时常发生,我们管它叫蓝移。当恒星吸收光,在地球上观察到的光的颜色取决于它相对地球的运动。如果恒星朝地球移动,它的光被转移到光谱上跟高的频率(朝向青/蓝/紫/紫外线/X射线/伽玛射线光谱的尾端)
更高的频移叫做“蓝移”,恒星朝地球移动得越快,就有更多的光被转移到更高的频率。相反,如果恒星正在远离地球,那么它的光线就被转移到光谱上更低的频率(朝向橙/红/红外线/微波/无线电频率尾端)。低频移被称为“红移”,当恒星远离地球的速度越快,就有更多的光被转移到低频的颜色。这个现象被称为“多普勒频移”。这和你在工作中遇到的情景是同样的原理,当救护车向你驶来时,警报器的音调很高,当救护车从你身边经过时,警报器的音调就会变低。多普勒频移也在警察的雷达枪中运用,通过无线电波在频率中的转移来测量你的汽车经过速度有多快。
《天文答案书》的作者查尔斯·刘说到:“当一个物体吸收光,其波长被缩短。相反的,当该物体移动,其波长则出现增长的趋势。对于可见光来说,光谱偏蓝色部分的波长更短,红色部分的光谱越长。因此,如果光源朝向观察者移动,那么对于光的多普勒效应被称为“蓝移”,朝相反方向为“红移”。
天文学家可以从观察恒星的光的颜色,通过多普勒频移发现恒星相对地球移动的速度。如果光源的运动是正确的,任何光谱颜色都能转移成其他颜色。因此,如果一个橙色的光束发生蓝移,不代表其最终的颜色是蓝色。而意味着其最终的颜色已经被转移到光谱的蓝色尾部。例如:其颜色已经发生频移。一束橙色的光因经过“蓝移”最终变成黄色。一束橙色的光最终变成紫色也是经过“蓝移”。相反的,一束紫色的光经过频移后变成橙色则是被“红移”了。当我们讲到多普勒效应,“红移”应该被称为“下移”而“蓝移”应该被称为“上移”。举个例子,如果紫外线(比蓝色的频率跟高)的频率被升高以至于它最终的颜色变成X射线,我们还是称之为“蓝移”,即使它其实是从蓝色转移开。这种情况只有在你把“蓝移”理解为“上移”而不是“向蓝色移动”才说得通。
现在有个很有趣的问题出现了,我们管下移叫做“红移”因为红色是电磁光谱的可见部分尾端的颜色。红色也是彩虹的第一个颜色,根据这个推理,我们应该把上移称为“紫移”因为紫色是电磁光谱可见部分的最顶端颜色。紫色也是彩虹的最后一个颜色,但是我们并不这样分类。为什么我们要把上移称为“蓝移”而不是紫移呢?原因是虽然人类理论上能看到紫色,但并不能很好的观察到紫色,所以它是可见光谱中的最顶端的颜色。结果,蓝色成为实际的可见光谱中顶端的颜色,这就是为什么上移被称为“蓝移”。如此令人困惑的事情似乎可以避免,但事实上得出用蓝色作为可见光谱的顶端颜色这一结果一部分是因为人类得出的经验。
天空包含了所有颜色的光,并在不同时间显示出不同的颜色。科学地说,天空的色彩峰值从日出到中午发生频移:红外线、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外线。但是人类看到的则是:红色、橙色、黄白色、白色、蓝色。造成这种差别的原因有三种:(1)我们的眼睛看不到紫外线或红外线。(2)我们的眼睛不能很好的分辨紫色。(3)我们的眼睛把所有颜色都混合为白色。对于我们如何感知天空,光谱从红色开始到蓝色结束。对于在蜡烛上或者营火的白炽火焰也是一样的。 科学地说,火焰的颜色根据最冷到最热的排列为:红外线、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外线。但是人类能看到的是:红色、橙色、黄白色、白色、蓝色。从平时的经验可以得出,蓝色似乎是可见光谱的顶端颜色。这就是为什么一个往上的多普勒效应为称为蓝移。如果“紫移”代表着上移,那么它和蓝移的意思其实是一样的。
(图解:当恒星的光朝向观察者移动,光的频率被升高导致光看起来更“蓝”,也被称为“蓝移”,反之亦然,当光源远离观察者移动,光的频率降低导致光看起来更“红”,也就是“红移”; 图源:google)
多普勒频移的使用让天文学家做出了许多有趣的观察。来自我们星系群以外的恒星的光平均都位红移。恒星的距离越远,其更多的光就会被红移。这个事实揭示了我们的宇宙正在膨胀,并且所有在我们恒星群以外的恒星都在远离我们。当一颗恒星旋转时,恒星的一边相对于它的中心向我们移动,而另一边则在远离我们。结果,恒星其中一个边缘的光会被稍微的红移而另一边缘稍微地被蓝移。天文学家可以利用这两种频移来计算该恒星旋转的速度有多快。同样的,该方法也可以用来计算星系旋转的速度有多快。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. 质子教授- Dr. Christopher S. Baird- wtamu
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