ДОППЛЕРА ЭФФЕКТ

Допплера эффект - изменение частоты принимаемых волн при относительном движении источника и приёмника (наблюдателя). Пусть источник монохроматич. волн, имеющих частоту , сближается с приёмником. Тогда за время, пока совершается одно колебание, расстояние между источником и приёмником уменьшится, и, следовательно, уменьшится время, необходимое волне, чтобы достигнуть приёмника. Поэтому период регистрируемых приёмником колебаний окажется меньше и приёмник будет фиксировать волны более высокой частоты (меньшей длины). При увеличении расстояния между источником и приёмником период принимаемых колебаний увеличивается (частота уменьшается). В случае эл.-магн. волн, распространяющихся в вакууме, принимаемая частота (в пренебрежении релятивистскими эффектами) равна: , (1) где v - модуль скорости источника относительно приёмника, - угол между скоростью источника и направлением распространения волны. Если источник сближается с приёмником (0$" align="absmiddle" width="142" height="18" >), то принимаемая частота увеличивается (фиолетовое смещение), а при движении источника от наблюдателя (\pi/2,\quad \cos\theta) частота уменьшается (красное смещение). Ф-ла (1) верна только при условии, что . При очень больших скоростях (v ~ c) необходимо учитывать релятивистские эффекты. В чистом виде они проявляются при движении источника поперёк луча зрения (), когда расстояние между источником и приёмником не меняется. Изменение частоты определяется только замедлением времени в движущейся системе отсчёта: (2) (поперечный Д. э.). При произвольном угле (угол измеряется в системе отсчёта приёмника) теория относительности даёт формулу: . (3) В нерелятивистском пределе (при ) она переходит в выражение (1). При рассмотрении излучения движущихся в плазме релятивистских частиц следует учитывать отличие показателя преломления n от единицы. Д. э. в среде (для покоящегося относительно среды приёмника) описывается ф-лой: . (4) Поскольку показатель преломления в общем случае зависит от частоты, выражение (4) следует рассматривать как ур-ние для . В среде с показателем преломления n >1 скорость источника может быть больше фазовой скорости распространения эл.-маг. волн cф=c/n. Тогда в интервале углов, удовлетворяющих условию 1$" align="absmiddle" width="109" height="18" >, реализуется т.н. аномальный Д. э., то есть Д. э. в ситуации, когда проекция скорости излучателя на направление наблюдения оказывается больше скорости распространения сигнала. Д. э. позволяет определять скорости космич. объектов. Для этого в спектре объектов находят линии, истинная частота к-рых известна из теории либо из эксперимента. Сравнивая эту частоту с наблюдаемой, по ф-лам (1-3) определяют скорость объекта. Так, с помощью Д. э. был открыт фундаментальный факт расширения Вселенной (космологич. красное смещение) и установлен закон космологич. расстояний (Хаббла закон). С помощью Доплера эффекта изучается движение звёзд и межзвёздного газа в нашей и др. галактиках. Орбитальное движение звёзд в тесных двойных системах приводит к наблюдаемому периодич. смещению линий в их спектрах. Измеряя эти смещения, можно получать характеристики таких спектрально-двойных систем (см. Двойные звезды). Внутр. движения в космич. объектах могут приводить также к уширению спектр. линий. Если лучевые скорости атомов распределены в интервале от -vr до +vr, то, хотя каждый из них излучает на одной и той же частоте , благодаря Д. э. линия наблюдается в интервале частот . Так, тепловое движение атомов приводит к установлению доплеровского профиля спектральной линии: Ф-ла учитывает относительное смещение частоты излучения, оно равно vr/c для атома, лучевая скорость к-рого vr (доля таких атомов, согласно Максвелла распределению, пропорциональна ). Величина наз. доплеровской шириной линии. К уширению спектр. линий приводят и макроскопич. движения газа: турбулентность, вращение звезды как целого, расширение её оболочки и т.д. Напр., ширины спектральных линий Вольфа-Райе звезд, обусловленные истечением вещества, достигают 50-100 . (Ю.Э. Любарский)