Эффект Доплера. 
Астрономия

Эффект Доплера — изменение частоты колебаний оз (или длины волны I), воспринимаемой наблюдателем, когда происходит движение источника колебаний и наблюдателя друг относительно друга. Рассмотрим пример: есть неподвижный источник, который испускает последовательность импульсов с расстоянием между соседними импульсами.

• (пространственный периодом) 1₀. Данные колебания распространяются в однородной среде с постоянной скоростью v, не испытывая никаких искажений (т. е. в среде без дисперсии). Тогда неподвижный наблюдатель будет принимать последовательные импульсы через промежуток времени Т₀ = l₀/v. Если источник движется в сторону наблюдателя со скоростью V, которая мала по сравнению со скоростью света в вакууме с (У «с), то между соседними импульсами промежуток времени будет меньшим и будет определяться уравнением Т = l/v, где I = 1₀ —
• — УТ₀-

Если вместо импульсов рассматривать соседние максимумы поля в непрерывной гармонической волне, то при эффекте Доплера частота этой волны ш = 2п/Т воспринимаемая наблюдателем, будет больше частоты ш₀ = 2п/Т₀, которая отвечает волне испускаемой источником, и будет определятся как.

При взаимном удалении источника и наблюдателя принимаемая частота уменьшается и описывается той же формулой (1), но с измененным в ней знаком скорости V.

При движении источника и приемника с произвольными по направлению скоростями в однородной среде эффект Доплера зависит от угла Ь между скоростью V и волновым вектором к волны, которую принимает наблюдатель. При наличии дисперсии и (или) анизотропии среды необходимо учесть, что в уравнение (1) входит не групповая, а фазовая скорость волнового возмущения.

Для движения со скоростями V, сравнимыми со скоростью света в вакууме ©, следует принять во внимание эффект релятивистского замедления времени:

Таким образом, эффект Доплера имеет чисто кинематическое происхождение.

Эффект Доплера назван в честь Кристиана Доплера (1803—1853), он впервые теоретически обосновал его в акустике и оптике (1842). Первое экспериментальное подтверждение данного эффекта в акустике относится к 1845 г. Уточнения, которые необходимы для наблюдения эффекта Доплера в оптике, были сделаны французским физиком Арманом Физо. В частности, он рассмотрел доплеровское смещение спектральных линий, обнаруженное позднее (в 1867 г.) в спектрах некоторых звезд и туманностей.

Эффект Доплера находит широкое практическое применение и позволяет измерять скорость движения источников излучения или рассеивающих волны объектов. Например, в астрофизике он используется для определения скорости движения звезд, а также скорости вращения небесных тел. Так, измерения доплеровского смещения линий в спектрах излучения удаленных галактик привели к выводу о расширяющейся с ускорением Вселенной (за это открытие Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисе получили премию Шоу по астрономии за 2006 г., Нобелевскую премию по физике за 2011 г. и Премию по фундаментальной физике Юрия Мильнера в 2015 г.). Также эффект Доплера используется в радиои гидролокации для измерения скорости движущихся целей. В спектроскопии доплеровское уширение линий излучения атомов и ионов дает способ измерения их температуры (в применении к изучению астрономических явлений данный эффект тесно связан с законом смещения Вина).