Πώς μπορούμε να διαπιστώσουμε αν ένας αστέρας μας πλησιάζει ή απομακρύνεται από εμάς; Εξαιρετικά απλό: από το χρώμα που αντιλαμβανόμαστε να παρουσιάζει. Βλέπουμε πως είναι κόκκινο, εφόσον φεύγει μακριά μας. Αντίθετα, έρχεται πιο κοντά όταν διαπιστώνουμε πως η απόχρωση του μετατοπίζεται προς το μπλε.
Την εξήγηση για το συγκεκριμένο φαινόμενο δίνει το Φαινόμενο Ντόπλερ. Πρόκειται για την παρατηρούμενη αλλαγή στη συχνότητα και το μήκος κύματος ενός κύματος από παρατήρητη που βρίσκεται σε σχετική κίνηση με την πηγή απ' όπου προέρχονται τα κύματα. Πριν όμως εξετάσουμε την περίπτωση των άστρων, ας εισχωρήσουμε βαθύτερα στο Φαινόμενο Ντόπλερ διά... του ήχου!
Το Φαινόμενο Ντόπλερ στον ήχο...
Είναι αρκετά εύκολο να αντιληφθούμε το Φαινόμενο Ντόπλερ, αφού το παρατηρούμε συχνά στην καθημερινότητα μας. Έστω ότι περπατάτε στο πεζοδρόμιο κι εκείνη τη στιγμή περνά τον δρόμο, σε κοντινή απόσταση από εσάς, ένα αυτοκίνητο με δυνατή μουσική. Θα διαπιστώσετε πως ο ήχος της μουσικής, όσο το όχημα σας πλησιάζει, ακούγεται πιο συμπυκνωμένος, ενώ είναι πιο αραιός (για εσάς) όταν σας προσπεράσει. Αυτό συμβαίνει γιατί αυξάνεται η συχνότητα του ήχου όταν το αυτοκίνητο πλησιάζει κι αντίστοιχα μειώνεται όταν αυτό απομακρύνεται από τον παρατηρητή.
Εκ των πραγμάτων, ο ήχος δεν είναι παρά ένα μηχανικό κύμα, δηλαδή μια ταλάντωση των μορίων του μέσου απ' όπου περνά ο ήχος. Αντιλαμβανόμαστε, λοιπόν, διαφορετικά τη συμπεριφορά των κυμάτων, όταν το αυτοκίνητο είναι ακινητοποιημένο, σε σύγκριση με όταν κινείται. Στην πρώτη περίπτωση, αν μπορούσαμε να δούμε τα κύματα, αυτά θα έμοιαζαν με ομόκεντρους κύκλους. Στην δεύτερη, τα κύματα μπροστά από το όχημα συμπυκνώνονται και τα πίσω αραιώνουν. Έτσι, μπορεί ο οδηγός του αυτοκινήτου να ακούει ακριβώς ίδιο το τραγούδι καθ' όλη την διάρκεια του, δεν ισχύει όμως το ίδιο και για τον παρατηρητή που αντιλαμβάνεται εμφανώς την αλλαγή του τόνου στον ήχο.
...και στην Αστρονομία
Τα μηχανικά κύματα δεν είναι τα μόνα που υπακούν στο Φαινόμενο Ντόπλερ. Το ίδιο ακριβώς ισχύει και για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όπως το φως. Για να επανέλθουμε πλήρως στο μπλε και το ερυθρό και να κάνουμε τη σχετική αναγωγή, μετατόπιση προς το μπλε παρατηρούμε όταν ένα ουράνιο σώμα πλησιάζει τη Γη. Το φως συμπιέζεται (ελάττωση του μήκους κύματος) και μετατοπίζεται προς το μπλε άκρο του φάσματος του φωτός.
Την αντίθετη διαδρομή ακολουθεί το ουράνιο σώμα που χαρακτηρίζεται από μετατόπιση προς το ερυθρό: απομακρύνεται από την Γη κι ως αποτέλεσμα το φως του απλώνεται (αύξηση του μήκους κύματος) και πηγαίνει προς το ερυθρό άκρο του φάσματος.
Φυσικά, η συχνότητα της πηγής δεν μεταβάλλεται στην πραγματικότητα, ωστόσο μας δίνετε η ψευδαίσθηση εξαιτίας της σχετικής κίνησης.
Το μακρινό 1868, ο Βρετανός αστρονόμος Γουίλιαμ Χάγκινς, χρησιμοποίησε για πρώτη φορά τη συγκεκριμένη ανακάλυψη. Ενώ μελετούσε το φάσμα του Σείριου, παρατήρησε μια ελαφρά μετατόπιση του φάσματος προς το κόκκινο, συμπαιρένοντας πως το άστρο απομακρύνεται από τη Γη με ταχύτητα περί των 50 χλμ. ανά δευτερόλεπτο.
Οι μετατοπίσεις βοήθησαν τους επιστήμονες ως προς την επιβεβαίωση της διαστολής του σύμπαντος. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, ένα σύμπαν που διαστέλλεται θα παρουσιάζει κοσμολογική μετατόπιση προς το ερυθρό, ενώ από την άλλη ένα σύμπαν που συστέλλεται θα μετατοπιζόταν προς το κυανό.
Ο Χαμπλ για την διαστολή του σύμπαντος και το Big Bang
Το φως από τους μακρινούς γαλαξίες φαίνεται πιο κόκκινο στη φασματική ανάλυση που περιγράψαμε παραπάνω, κι αυτό αποτελεί τεκμήριο της διαστολής. Η εν λόγω παρατήρηση δημοσιεύθηκε το 1929 από τον Αμερικανό αστρονόμο, Έντγουιν Χαμπλ.
Για την ακρίβεια, ο Χαμπλ παρατήρησε πως ουράνια σώματα (Κβάζαρ) στα βάθη του διαστήματος παρουσιάζουν μετατόπιση προς το ερυθρό, η οποία ερμηνεύεται από τη σχετική ταχύτητα τους προς τη Γη. Ακόμη παρατήρησε ότι η ταχύτητα των ουράνιων σωματών μπορεί να υπολογιστεί από το Φαινόμενο Ντόπλερ κι είναι ανάλογη με την απόσταση τους από τη Γη.
Ο Χαμπλ εξέφρασε το νόμο του μέσω της σχέσης όπου η ταχύτητα απομάκρυνσης του παρατηρούμενου γαλαξία (v) ισούται με τη σταθερά του Χαμπλ (50-100 χλμ./δευτ. ανά παρσέκ) επί της απόστασης του παρατηρή από τον γαλαξία (r).
Κατέληξε σε δύο συμπεράσματα: α) ότι το σύμπαν ψύχεται κατά την διαστολή του και β) πως στο μακρινό παρελθόν, το σύμπαν ήταν πολύ πιο πυκνό και θερμό, υπολογίζοντας πως υπήρχε εποχή (πριν από 1,38×1010 έτη) που είχε ακτίνα περίπου ίση με μηδέν!
Το δεύτερο δε, συνιστά μια από τις μεγαλύτερες αποδείξεις σε ο,τι αφορά την θεωρία του Big Bang.
Ακολουθήστε το Reader.gr στα Google News για να είστε πάντα ενημερωμένοι για όλες τις ειδήσεις από την Ελλάδα και τον κόσμο.
