اثر دوپلر Doppler effect

اثر دوپلر را همه روزانه تجربه کرده‌ایم: صدای آژیر آمبولانس وقتی نزدیک می‌شود زیرتر و وقتی دور می‌شود بم‌تر به گوش می‌رسد. کریستین دوپلر، فیزیک‌دان اتریشی، این پدیده را در سال ۱۸۴۲ برای موج‌های نور و صدا توضیح داد. در سال ۱۸۴۵ بیس بالو آن را با نوازندگان روی قطار برای صدا آزمایش و تأیید کرد.

اثر دوپلر چگونه کار می‌کند؟

وقتی چشمهٔ موج به ناظر نزدیک می‌شود، قله‌های موج فشرده‌تر می‌رسند و بسامد بالاتر می‌رود؛ وقتی دور می‌شود، قله‌ها کشیده می‌شوند و بسامد کم می‌شود. برای نور و سرعت‌های بسیار کمتر از سرعت نور، تغییر طول موج تقریباً چنین است:

در این رابطه $v_r$ مؤلفهٔ سرعت در امتداد خط دید و $c$ سرعت نور است. جابه‌جایی به سمت طول موج‌های بلند (دورشدن) «سرخ‌گرایی» و جابه‌جایی به سمت طول‌موج‌های کوتاه «آبی‌گرایی» نام دارد. برای سرعت‌های نزدیک به نور باید فرمول نسبیتی به کار رود.

کاربردهای اثر دوپلر در اخترشناسی

اخترشناسان با طیف‌سنجی نجومی خطوط جذب و نشر را در نور ستاره‌ها می‌یابند و از جابه‌جایی آن‌ها سرعت شعاعی جرم را حساب می‌کنند. با همین روش:

• سرعت چرخش کهکشان‌ها و ستاره‌های دوتایی سنجیده می‌شود.
• سیاره‌های فراخورشیدی از لرزش ریز ستارهٔ میزبان شناخته می‌شوند؛ نخستین سیارهٔ شناخته‌شده در اطراف ستارهٔ شبیه خورشید، ۵۱ فرس اعظم b، از همین راه یافت شد.
• حرکت گازها در سحابی‌ها و خوشه‌ها بررسی می‌شود.

اثر دوپلر و انبساط جهان

اخترشناسان در اوایل سدهٔ بیستم دیدند که طیف بیشتر کهکشان‌ها به سرخ جابه‌جا شده است. این اثر ظاهراً شبیه دوپلر است، ولی علت آن گسترش خود فضاست و نه حرکت کهکشان‌ها در فضا؛ به آن انتقال به سرخ کیهان‌شناختی می‌گویند. تمایز این دو، به‌ویژه برای کهکشان‌های بسیار دور، مهم است و نخستین‌بار با قانون هابل به‌صورت تجربی پیدا شد.

پرسش‌های رایج

### اثر دوپلر چیست؟
اثر دوپلر تغییر بسامد موج در اثر حرکت نسبی چشمه و ناظر است. نزدیک شدن بسامد را افزایش و دور شدن آن را کاهش می‌دهد.

### اثر دوپلر در نجوم چه کاربردی دارد؟
اثر دوپلر برای اندازه‌گیری سرعت ستاره‌ها و کهکشان‌ها و یافتن سیاره‌های فراخورشیدی به کار می‌رود. اخترشناسان با آن جابه‌جایی خطوط طیفی را می‌سنجند.

### تفاوت اثر دوپلر و انتقال به سرخ کیهان‌شناختی چیست؟
اثر دوپلر از حرکت چشمه در فضا می‌آید، ولی انتقال به سرخ کیهان‌شناختی از کشیده شدن طول موج در اثر انبساط فضا. هر دو نور را به سرخ جابه‌جا می‌کنند.

### چرا صدای آمبولانس هنگام دور شدن بم می‌شود؟
وقتی آمبولانس دور می‌شود، قله‌های موج صوتی به‌صورت کشیده‌تر به گوش می‌رسند و بسامد کم می‌شود. به همین دلیل صدا بم‌تر می‌شود.