多普勒效應與“紅移”

1842年的一天，奧地利物理學家、數學家和天文學家多普勒從鐵路交叉路口經過時，一列火車從他身旁馳過，尖利的汽笛聲吸引了他。他仔細聆聽后發現，當火車由遠而近駛來時，汽笛聲變得更響，音調變得更尖利；火車由近而遠駛去時，汽笛聲則變弱，音調變低沉。這個有趣的現象引起了他的注意。經過一番研究后，他得出一個結論，這是聲源與觀察者之間的相對運動造成的：當聲源接近觀測者時，聲波的波長受到壓縮，波長縮短，音調變高；當聲源離觀測者遠去時，聲波的波長受到拉伸，波長增加，音調變低。進一步研究發現，音調變化與聲源和觀測者之間的相對速度及聲速對光速的比值v/c有關。這里v是運動物體的速度，c是光速。v/c的比值越大，改變越顯著，反之改變不明顯，就沒有多普勒效應。

多普勒效應不僅聲波有，光波也有，光波的多普勒效應稱為多普勒-斐索效應。它是法國物理學家斐索在多普勒之后6年解釋恒星波長偏移時提出的。斐索還提出了利用這個效應測量恒星相對速度的方法。但光波與聲波有所不同，光波的波長（或頻率）發生變化時，讓人感到這是顏色在變化，物理學上把這種現象稱為頻移。恒星遠離我們而去時，光線向紅光方向移動，稱為紅移；恒星向著我們而來時，光線向紫光方向移動，稱為藍移或紫移。

因此，根據多普勒效應，一旦我們知道光線是紅移還是藍移，就能知道光源在視線方向上是向著觀測者運動，還是背離觀測者運動。根據紅移或藍移的大小，還可以計算光源在視線方向上的運動速度。因此，只要天體有相對于觀測者的運動，就可以根據紅移或藍移把它們在視線方向上的速度測量出來。藍移表示天體向觀測者走來，紅移表示天體離觀測者而去。因此，只要拍攝到天體的光譜片，測量出光譜是紅移還是藍移，就能測量出天體在視線方向的速度。