Che cos'è la velocità radiale?

Qualsiasi movimento verso o lontano da un osservatore immobile è chiamato velocità radiale e il movimento di qualsiasi oggetto è definito sia dalla velocità che dalla direzione. Per definire la direzione dell'oggetto, tuttavia, è necessario conoscere il quadro di riferimento dell'osservatore. Nello spazio tridimensionale normale, l'osservatore ha una cornice di riferimento fissa, con qualsiasi numero di oggetti che si muovono verso o lontano dalla sua posizione.

I pianeti in orbite prevalentemente circolari possiedono una bassa velocità radiale rispetto ai loro soli, ma per gli osservatori fissi, al di fuori del sistema solare, un tale pianeta cambia il suo movimento verso e lontano da loro durante la sua orbita. Si vede che il pianeta possiede due velocità radiali massime: una positiva, mentre il pianeta si allontana dall'osservatore verso il lato lontano del suo sole e uno negativo, mentre il pianeta si sposta da dietro il suo sole verso l'osservatore. Quando gli astronomi usano i telescopi per osservare i sistemi di corpi in orbita, i dati vengono rilevati come energia elettromagnetica. Le onde di energia ricevute dai telescopi sono diverse, a seconda che l'oggetto in orbita si muova verso o lontano dal cannocchiale.

Il fatto che le onde di energia provenienti da oggetti che si spostano verso l'osservatore sono compresse e sembrano possedere una frequenza più elevata rispetto alle onde di oggetti che si allontanano dall'osservatore è chiamato spostamento Doppler, proposto da Christian Doppler nel 1842. Ad esempio, quando i pianeti orbitano attorno a stelle distanti , li tirano via dai loro centri di gravità, facendoli spostarsi verso o lontano dall'osservatore. Il leggero movimento della stella verso o lontano fa sì che il suo spettro, i colori dell'arcobaleno della sua luce, si spostino verso il blu mentre si avvicina e verso il rosso mentre si allontana. Usando questo metodo di velocità radiale, i tempi del passaggio dal rosso al blu e viceversa, forniscono agli astronomi informazioni sulla massa e sul ciclo orbitale dei pianeti in orbita attorno a stelle lontane.

Questo metodo può anche essere usato in astronomia per misurare le velocità costanti delle stelle che orbitano attorno a galassie lontane quando vengono viste al limite. Le onde luminose o radio ricevute dalle stelle che si spostano verso il telescopio si spostano verso frequenze più alte, mentre le onde luminose o radio dalle stelle che si allontanano dal telescopio si spostano verso lunghezze d'onda di frequenza più basse. La quantità di spostamento indica sia la velocità relativa delle stelle rispetto all'osservatore sia la velocità angolare delle stelle in orbita attorno alla galassia.

Le previsioni meteorologiche sono state notevolmente aiutate dalle mappe di velocità radiali misurate dal radar meteorologico Doppler. Proprio come la velocità radiale registrata per una galassia rotante mostra la rotazione dello spostamento rosso e blu delle onde luminose, il cambiamento nella frequenza delle onde radio indica il movimento di rotazione in tempeste come cicloni, uragani e tornado. I meteorologi possono emettere avvisi di tornado presto quando vedono il Doppler cambiare nei sistemi meteorologici severi.

Lo spostamento Doppler, o metodo della velocità radiale, può essere utilizzato su qualsiasi corpo o sistema di corpi che sono in orbita o che vibrano attorno a un centro comune. Sia gli oggetti celesti che i modelli meteorologici mostrano uno spostamento rosso o uno spostamento blu, a seconda che gli oggetti si stiano avvicinando o sfuggendo all'osservatore nella direzione radiale. Il limite superiore della velocità radiale è stato descritto da Albert Einstein come la velocità della luce nel vuoto, e la sua teoria della relatività speciale si applica a questo movimento radiale diretto dalla linea di vista.