Kun tähtigazeers katsovat yötaivaalle, he nähdä valoa. Se on olennainen osa maailmankaikkeutta, joka on kulkenut pitkiä matkoja. Tämä valo, jota muodollisesti kutsutaan "sähkömagneettiseksi säteilyksi", sisältää kassakkeen tietoja objektista, josta se tuli, lämpötilasta sen liikkeisiin.
Astronomit tutkivat valoa nimeltään "spektroskopia". Se antaa heille mahdollisuuden leikata se alas aallonpituuksiinsa niin sanotun "spektrin" luomiseksi. He voivat muun muassa kertoa, onko esine siirtymässä meistä. He käyttävät ominaisuutta, jota kutsutaan "punasiirtymäksi" kuvaamaan toisistaan avaruudessa liikkuvien esineiden liikettä.
Punasiirtymä tapahtuu, kun sähkömagneettista säteilyä emittoiva kohde palaa tarkkailijalta. Havaittu valo näyttää "punaisemmalta" kuin sen pitäisi olla, koska se siirtyy kohti spektrin "punaista" päätä. Punasiirtymä ei ole jotain mitä kuka tahansa voi nähdä. Se on vaikutus, jonka tähtitieteilijät mittaavat valossa tutkimalla sen aallonpituuksia.
Kuinka punainen vaihto toimii
Kohde (jota yleensä kutsutaan "lähteeksi") emittoi tai absorboi tietyn aallonpituuden tai aallonpituusjoukon sähkömagneettista säteilyä. Useimmat tähdet lähettävät laajan valikoiman valoa näkyvästä infrapuna-, ultravioletti-, röntgen- ja niin edelleen.
Kun lähde siirtyy pois tarkkailijasta, aallonpituus näyttää "venyvän" tai kasvavan. Jokainen huippu emittoidaan kauempana edellisestä piikistä, kun esine palaa. Samoin samalla kun aallonpituus kasvaa (punaistuu), taajuus ja siten energia pienenee.
Mitä nopeammin objekti palaa, sitä suurempi sen punasiirtymä on. Tämä ilmiö johtuu Doppler-ilmiö. Maapallon ihmiset tuntevat Doppler-muutoksen melko käytännöllisillä tavoilla. Esimerkiksi jotkut yleisimmistä doppler-tehosteista (sekä punainen että blueshift) ovat poliisin tutka-aseita. Ne pomppivat signaaleja ajoneuvosta ja punaisen tai blueshift-määrän määrä ilmoittaa upseerille kuinka nopeasti se menee. Doppler-säätutka kertoo ennustajille kuinka nopeasti myrskyjärjestelmä liikkuu. Doppler-tekniikoiden käyttäminen tähtitiedessä noudattaa samoja periaatteita, mutta tähtitieteilijät käyttävät sitä galaksien liputtamisen sijasta oppiakseen liikkeistään.
Tapa, jolla tähtitieteilijät määrittävät punasiirteen (ja sinisen siirtymän), on käyttää spektrografiksi (tai spektrometriksi) kutsuttua instrumenttia tutkimaan kohteen lähettämää valoa. Pienet erot spektriviivoissa osoittavat siirtymisen kohti punaista (punasiirtoa) tai sinistä (blueshift). Jos erot osoittavat punasiirtymää, se tarkoittaa, että esine on poistumassa. Jos ne ovat sinisiä, esine lähestyy.
Universumin laajentuminen
1900-luvun alkupuolella tähtitieteilijät ajattelivat, että koko maailmankaikkeus oli koteloitu sisällemme galaksi, Linnunrata. Mitat tehdään kuitenkin muista galaksit, joiden ajateltiin olevan vain umpimääriä oman sisällämme, osoittivat olevansa todella ulkopuolella Linnunradan. Tämän löytön teki tähtitieteilijä Edwin P. Hubble, joka perustuu muuttuvan tähden mittauksiin toisen nimeltä Henrietta Leavitt.
Lisäksi punasiirtymät (ja joissain tapauksissa sinivihjeet) mitattiin näille galakseille ja niiden etäisyyksille. Hubble teki yllättävän havainnon, että mitä kauempana galaksi on, sitä suurempi sen punasiirtymä näyttää meille. Tämä korrelaatio tunnetaan nyt nimellä Hubblen laki. Se auttaa tähtitieteilijöitä määrittelemään maailmankaikkeuden laajenemisen. Se osoittaa myös, että mitä kauempana esineet ovat meistä, sitä nopeammin ne katoavat. (Tämä on totta laajassa merkityksessä, esimerkiksi paikallisia galakseja, jotka liikkuvat kohti meitä meidän " Paikallinen ryhmä".) Suurimmaksi osaksi maailmankaikkeuden esineet katoavat toisistaan ja liikettä voidaan mitata analysoimalla niiden punasiirtoja.
Muut punaisen siirtämisen käyttötavat tähtitiedessä
Astronomit voivat käyttää punasiirtää Linnunradan liikkeen määrittämiseen. He tekevät sen mittaamalla galaksissamme olevien esineiden Doppler-siirtymän. Tämä tieto paljastaa, kuinka muut tähdet ja sumut liikkuvat suhteessa Maahan. Ne voivat mitata myös hyvin kaukaisten galaksien - ns. "Voimakkaan punaisen siirtymän galaksien" - liikettä. Tämä on nopeasti kasvava ala tähtitiede. Se ei keskity vain galakseihin, vaan myös muihin muihin esineisiin, kuten esimerkiksi gamma-ray- murtuu.
Näillä esineillä on erittäin suuri punasiirtymä, mikä tarkoittaa, että ne liikkuvat meiltä erittäin suurilla nopeuksilla. Tähtitieteilijät määräävät kirjeen z punaiseen siirtoon. Tämä selittää miksi joskus ilmestyy tarina, joka sanoo, että galaksissa on punainen siirtymä z= 1 tai jotain sellaista. Universumin varhaisimmat aikakaudet ovat a z noin 100. Joten, punasiirto antaa tähtitieteilijöille myös tavan ymmärtää kuinka kaukana asiat ovat sen lisäksi, kuinka nopeasti ne liikkuvat.
Etäisten kohteiden tutkimus antaa myös tähtitieteilijöille tilannekuvan maailmankaikkeuden tilasta noin 13,7 miljardia vuotta sitten. Silloin kosminen historia alkoi isolla räjähdyksellä. Maailmankaikkeus ei näytä vain kasvavan siitä hetkestä lähtien, vaan myös sen laajentuminen kiihtyy. Tämän vaikutuksen lähde on tumma energia, ei-ymmärretty osa maailmankaikkeutta. Astronomit, jotka käyttävät punasiirtymää kosmologisten (suurten) etäisyyksien mittaamiseen, huomaa, että kiihtyvyys ei ole aina ollut sama koko kosmisessa historiassa. Syytä muutokseen ei vieläkään ole tiedossa, ja tämä tumman energian vaikutus on edelleen mielenkiintoinen tutkimusalue kosmologiassa (maailmankaikkeuden alkuperän ja evoluution tutkimus).
Muokannut Carolyn Collins Petersen.