Qu'est-ce que la vitesse radiale?
Tout mouvement se rapprochant ou s'éloignant d'un observateur immobile est appelé vitesse radiale et le mouvement de tout objet est défini à la fois par la vitesse et la direction. Pour définir la direction de l'objet, toutefois, le cadre de référence de l'observateur doit être connu. Dans un espace tridimensionnel normal, l'observateur dispose d'un cadre de référence fixe, avec un nombre quelconque d'objets se déplaçant vers ou à partir de son emplacement.
Les planètes situées principalement sur des orbites circulaires possèdent une faible vitesse radiale par rapport à leurs soleils, mais pour des observateurs fixes, en dehors du système solaire, une telle planète modifie son mouvement vers elles et s’éloigne d’elles tout au long de son orbite. On voit que la planète possède deux vitesses radiales maximales: une positive, lorsque la planète s’éloigne de l’observateur pour se placer du côté éloigné de son soleil, et un négatif, lorsque la planète s’éloigne de son soleil et se dirige vers l’observateur. Lorsque les astronomes utilisent des télescopes pour observer les systèmes de corps en orbite, les données sont détectées sous forme d'énergie électromagnétique. Les ondes d’énergie reçues par les télescopes sont différentes, selon que l’objet en orbite se déplace vers l’objectif ou s’éloigne de celui-ci.
Le fait que les ondes d'énergie des objets se dirigeant vers l'observateur soient comprimées et semblent posséder une fréquence plus élevée que les ondes des objets s'éloignant de l'observateur est appelé décalage Doppler, proposé par Christian Doppler en 1842. Par exemple, les planètes gravitent autour d'étoiles lointaines. , ils les éloignent de leurs centres de gravité, les obligeant à se rapprocher ou à s’éloigner de l’observateur. Le léger mouvement de l’étoile vers ou l’éloignant provoque le déplacement de son spectre, les couleurs de l’arc-en-ciel de sa lumière vers le bleu au fur et à mesure qu’il se rapproche et vers le rouge à mesure qu’il s’éloigne. En utilisant cette méthode de vitesse radiale, la synchronisation du passage du rouge au bleu et inversement donne aux astronomes des informations sur la masse et le cycle orbital des planètes en orbite autour d'étoiles lointaines.
Cette méthode peut également être utilisée en astronomie pour mesurer les vitesses constantes des étoiles en orbite autour de galaxies lointaines quand elles sont vues de profil. Les ondes lumineuses ou radioélectriques reçues d'étoiles se déplaçant vers le télescope passent à des fréquences plus élevées, tandis que les ondes lumineuses ou radioélectriques d'étoiles s'éloignant du télescope se déplacent vers des longueurs d'onde inférieures. La quantité de décalage indique à la fois la vitesse relative des étoiles par rapport à l'observateur et la vitesse angulaire des étoiles en orbite autour de la galaxie.
Les prévisions météorologiques ont été grandement facilité par les cartes de vitesse radiale mesurées par le radar météorologique Doppler. Tout comme la vitesse radiale enregistrée pour une galaxie en rotation indique la rotation par le déplacement rouge et bleu des ondes lumineuses, le changement de fréquence des ondes radio indique le mouvement de rotation lors de tempêtes telles que les cyclones, les ouragans et les tornades. Les météorologues peuvent émettre des avertissements de tornade plus tôt lorsqu'ils voient le changement Doppler dans les systèmes météorologiques violents.
Le décalage Doppler, ou méthode de la vitesse radiale, peut être utilisé sur tout corps ou systèmes de corps en orbite ou vibrant autour d'un centre commun. Les objets célestes et les conditions météorologiques affichent un décalage rouge ou un décalage bleu, selon que les objets s'approchent ou s'éloignent de l'observateur dans la direction radiale. Albert Einstein a décrit la limite supérieure de la vitesse radiale comme étant la vitesse de la lumière dans le vide, et sa théorie de la relativité particulière s'applique à ce mouvement radial direct en visibilité directe.