38. Поясните термин «красное смещение». Что такое «эффект Доплера»?

Красное смещение — сдвиг спектральных линий химических элементов в красную (длинноволновую) сторону в спектрах внегалактических объектов. Это явление может происходить из-за эффекта Доплера, или эффектов ОТО: гравитационного и космологического красного смещения. Величина космологического красного смещения прямо пропорциональна расстоянию до объекта.

Красное смещение может также являться следствием сразу нескольких из указанных выше причин. Закон Хаббла, связывая величину красного смещения в спектре электромагнитного излучения объекта с расстоянием до него, позволяет это расстояние определять. 

Сдвиг спектральных линий в фиолетовую (коротковолновую) сторону называется фиолетовым смещением.

Каждый химический элемент поглощает или излучает электромагнитные волны на строго определённых частотах. Поэтому каждый химический элемент образует в спектре неповторимую картину из линий, используемую в спектральном анализе. В результате эффекта Доплера и/или эффектов ОТО, частота излучения от удалённых объектов, например, звёзд, может изменяться (понижаться или повышаться), а линии соответственно будут смещаться в красную (длинноволновую) или синюю (коротковолновую) часть спектра, сохраняя, однако, своё неповторимое относительное расположение.

 Смещение линий в красную сторону (обусловленное удалением объекта) и называется "красным смещением". Для количественной характеристики эффекта красного смещения используется, так называемый, космологический фактор “Z”. Он определяется отношением величины смещения какой-либо спектральной линии в спектре наблюдаемого объекта к длине волны этой линии в спектре неподвижного относительно наблюдателя источника излучения.

В космологии принято указывать расстояния до объектов именно в шкале их красных смещений. Кроме того, космологический фактор позволяет оценивать период времени прошедшего от начальной стадии Большого взрыва до того момента, когда наблюдаемый объект испустил зарегистрированное нами излучение. 

Наибольшее красное смещение имеет реликтовое излучение. Для него Z примерно равно 1400. Оно возникло в период от 300 тысяч до 1 миллиона лет после начала Большого взрыва, т.е., в масштабах возраста Вселенной, в самом начале ее эволюции.

Самые отдаленные из наблюдаемых ныне объектов имеют красное смещение не более 7. Однако когда наблюдательные средства позволят нам наблюдать протогалактики  – первичные гигантские сгущения вещества, их красные смещения, как ожидается, окажутся в переделах 10 – 20. Этот период относится примерно к 100 миллионам лет от начала Большого взрыва, т.е. шкала красных смещений не линейна.

Красное смещение линий наблюдается и в спектрах звезд, что обусловлено их мощным гравитационным полем. Фотоны теряют часть своей энергии на преодоление тяготения, становятся менее энергичными, т.е. “краснеют”.

Эффект Доплера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.

,