Was ist Radialgeschwindigkeit?
Jede Bewegung auf einen unbewegten Beobachter zu oder von ihm weg wird als Radialgeschwindigkeit bezeichnet, und die Bewegung eines Objekts wird sowohl durch die Geschwindigkeit als auch durch die Richtung definiert. Um die Richtung des Objekts zu definieren, muss jedoch der Bezugsrahmen des Betrachters bekannt sein. Im normalen dreidimensionalen Raum hat der Betrachter einen festen Bezugsrahmen, in dem sich eine beliebige Anzahl von Objekten auf seinen Standort zu oder von ihm weg bewegt.
Planeten in größtenteils kreisförmigen Bahnen besitzen eine geringe Radialgeschwindigkeit in Bezug auf ihre Sonnen, aber für feststehende Beobachter außerhalb des Sonnensystems ändert ein solcher Planet seine Bewegung auf sie zu und von ihnen weg während seiner Umlaufbahn. Es wird gesehen, dass der Planet zwei maximale Radialgeschwindigkeiten besitzt: eine positive, wenn sich der Planet vom Beobachter zur anderen Seite seiner Sonne wegbewegt, und eine negative, wenn sich der Planet hinter seiner Sonne zum Beobachter hinbewegt. Wenn Astronomen mit Teleskopen Systeme umkreisender Körper beobachten, werden die Daten als elektromagnetische Energie erfasst. Die von den Teleskopen empfangenen Energiewellen sind unterschiedlich, je nachdem, ob sich das umlaufende Objekt auf das Zielfernrohr zu oder von diesem weg bewegt.
Die Tatsache, dass Energiewellen von Objekten, die sich in Richtung des Beobachters bewegen, komprimiert sind und eine höhere Frequenz zu haben scheinen als Wellen von Objekten, die sich vom Beobachter entfernen, wird als Doppler-Verschiebung bezeichnet, die Christian Doppler 1842 vorgeschlagen hat Sie ziehen sie von ihren Schwerpunkten weg und veranlassen sie, sich auf den Betrachter zu oder von ihm weg zu bewegen. Die leichte Bewegung des Sterns auf ihn zu oder von ihm weg bewirkt, dass sich sein Spektrum, die Regenbogenfarben seines Lichts, in Richtung Blau verlagert, wenn es sich nähert, und in Richtung Rot, wenn es sich weiter entfernt. Mit dieser Radialgeschwindigkeitsmethode können Astronomen anhand des Zeitpunkts der Verschiebung von Rot nach Blau und wieder zurück Informationen über die Masse und den Umlaufzyklus von Planeten erhalten, die entfernte Sterne umkreisen.
Diese Methode kann auch in der Astronomie verwendet werden, um die konstanten Geschwindigkeiten von Sternen zu bestimmen, die entfernte Galaxien umkreisen, wenn sie von der Kante aus betrachtet werden. Licht- oder Funkwellen, die von Sternen empfangen werden, die sich in Richtung des Teleskops bewegen, verschieben sich zu höheren Frequenzen, wohingegen Licht- oder Funkwellen von Sternen, die sich von dem Teleskop entfernen, sich zu Wellenlängen mit niedrigeren Frequenzen verschieben. Das Ausmaß der Verschiebung gibt sowohl die relative Geschwindigkeit der Sterne in Bezug auf den Beobachter als auch die Winkelgeschwindigkeit der Sterne in der Umlaufbahn um die Galaxie an.
Die Wettervorhersage wurde durch Radialgeschwindigkeitskarten, die mit dem Doppler-Wetterradar gemessen wurden, erheblich verbessert. So wie die für eine rotierende Galaxie aufgezeichnete Radialgeschwindigkeit die Rotation durch Rot- und Blauverschiebung von Lichtwellen anzeigt, zeigt die Änderung der Frequenz von Funkwellen die Rotationsbewegung bei Stürmen wie Zyklonen, Hurrikanen und Tornados an. Wettervorhersager können Tornado-Warnungen frühzeitig ausgeben, wenn sie die Doppler-Verschiebung in Unwettersystemen beobachten.
Die Doppler-Verschiebung oder die Radialgeschwindigkeitsmethode kann für jeden Körper oder jedes System von Körpern verwendet werden, die sich in der Umlaufbahn befinden oder um ein gemeinsames Zentrum schwingen. Sowohl Himmelsobjekte als auch Wettermuster weisen eine Rotverschiebung oder eine Blauverschiebung auf, je nachdem, ob sich Objekte dem Betrachter in radialer Richtung nähern oder von ihm zurücktreten. Die obere Grenze der Radialgeschwindigkeit wurde von Albert Einstein als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beschrieben, und seine spezielle Relativitätstheorie gilt für diese direkte Sichtlinie, die Radialbewegung.