Червоний зсув
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Червоний зсув

Червоний зсув, пониження частот електромагнітного випромінювання, один з проявів Доплера ефекту . Назва «До. с.» пов'язане з тим, що у видимій частині спектру в результаті цього явища лінії виявляються зміщеними до його червоного кінця; До. с. спостерігається і у випромінюваннях будь-яких ін. частот, наприклад в радіодіапазоні. Протилежний ефект, пов'язаний з підвищенням частот, називається синім (або фіолетовим) зсувом. Найчастіше термін «До. с.» використовується для позначення двох явищ — космологічне До. с. і гравітаційне До. с.

загрузка...

  Космологічним (метагалактикою) До. с. називають спостережуване для всіх далеких джерел ( галактик, квазарів ) пониження частот випромінювання, що свідчить про видалення цих джерел друг від друга і, зокрема, від нашої Галактики, тобто про нестаціонарну (розширенні) Метагалактики. До. с. для галактик було виявлено американським астрономом В. Слайфером в 1912—14; у 1929 Е. Хаббл відкрив, що До. с. для далеких галактик більше, ніж для близьких, і зростає приблизно пропорційно відстані (закон До. с., або закон Хаббла). Пропонувалися різні пояснення спостережуваного зсуву спектральних ліній. Така, наприклад, гіпотеза про розпад світлових квантів за час, що становить мільйони і мільярди років, протягом якого світло далеких джерел досягає земного спостерігача; згідно з цією гіпотезою, при розпаді зменшується енергія, з чим зв'язана і зміна частоти випромінювання. Проте ця гіпотеза не підтверджується спостереженнями. Зокрема, До. с. в різних ділянках спектру одного і того ж джерела, в рамках гіпотези, має бути різним. Тим часом всі дані спостережень свідчать про те, що До. с. не залежить від частоти, відносна зміна частоти z = (n 0 — n)/n 0 абсолютно однаково для всіх частот випромінювання не лише в оптичному, але і в радіодіапазоні даного джерела ( n 0 — частота деякої лінії спектру джерела, n — частота тієї ж лінії, що реєструється приймачем; n<n 0 ). Така зміна частоти — характерна властивість доплеровського зсуву і фактично виключає всі ін. тлумачення До. с.

  В відносності теорії доплеровськоє До. с. розглядається як результат уповільнення перебігу часу в рухомій системі відліку (ефект спеціальної теорії відносності). Якщо швидкість системи джерела відносно системи приймача складає u (у випадку метагалактіч. До. с. u — це променева швидкість ), те

    ( з — швидкість світла у вакуумі) і по спостережуваному До. с. легко визначити променеву швидкість джерела: . З цього рівняння виходить, що при z ® ¥ швидкість v наближається до швидкості світла, залишаючись завжди менше її (v < з). При швидкості v, набагато меншої швидкості світла ( u << з ) , формула спрощується: u » cz. Закон Хаббла в цьому випадку записується у формі u = cz = Hr ( r — відстань, Н — постійна Хаббла). Для визначення відстаней до позагалактичних об'єктів по цій формулі потрібно знати чисельне значення постійною Хаббла Н. Знання цією постійною дуже важливе і для космології : з їй зв'язаний т.з. вік Всесвіту.

  Аж до 50-х рр. 20 ст позагалактичні відстані (вимір яких зв'язаний, природно, з великими труднощами) сильно занижувалися, у зв'язку з чим значення Н, визначене по цих відстанях, вийшло сильно завищеним. На початку 70-х рр. 20 ст для постійної Хаббла прийнято значення Н = 53 ± 5 ( км/сек ) /Мгпс, зворотна величина Т = 1/Н = 18 млрд. років.

  Фотографування спектрів слабких (далеких) джерел для виміру До. с., навіть при використанні найбільш крупних інструментів і чутливих фотопластин, вимагає сприятливих умов спостережень і тривалих експозицій. Для галактик упевнено вимірюються зсуви z » 0,2, відповідні швидкості u » 60 000 км/сек і відстані понад 1 млрд. пс. При таких швидкостях і відстанях закон Хаббла застосовний в простій формі (погрішність порядка 10%, тобто така ж, як погрішність визначення Н ) . Квазари в середньому в сто разів яскравіше за галактики і, отже, можуть спостерігатися на відстанях вдесятеро великих (якщо простір евклідовий). Для квазарів дійсно реєструються z » 2 і більше. При зсувах z = 2 швидкість u » 0,8× з = 240 000 км/сек. При таких швидкостях вже позначаються специфічні космологічні ефекти — нестаціонарні і кривизна простору — часу ; зокрема, стає непридатним поняття єдиної однозначної відстані (одна з відстаней — відстань по До. с. — складає тут, очевидно, r= ulh = 4,5 млрд. пс ) . До. с. свідчить про розширення всією доступною спостереженням частини Всесвіту; це явище зазвичай називається розширенням (астрономічною) Всесвіту.

  Гравітаційне До. с. є наслідком уповільнення темпу часу і обумовлено гравітаційним полем (ефект загальної теорії відносності). Це явище (називається також ефектом Ейнштейна, узагальненим ефектом Доплера) було передбачене А. Ейнштейном в 1911, спостерігалося починаючи з 1919 спочатку у випромінюванні Сонця, а потім і деяких ін. зірок. Гравітаційне До. с. прийнято характеризувати умовною швидкістю u, обчислюваною формально по тих же формулах, що і у випадках космологічного До. с. Значення умовної швидкості: для Сонця u = 0,6 км/сек, для щільної зірки Сіріус В u = 20 км/сек. В 1959 вперше удалося виміряти До. с., обумовлене гравітаційним полем Землі, яке дуже мало: u = 7,5×10 -5 см/ сік (див. Мессбауера ефект ) . В деяких випадках (наприклад, при колапсі гравітаційному ) повинне спостерігатися До. с. обох типів (у вигляді сумарного ефекту).

 

  Літ.: Ландау Л. Д., Ліфшиц Е. М., Теорія поля, 4 видавництва, М., 1962 § 89, 107; Наглядові основи космології, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965.

  Р. І. Наан.