Co to jest prędkość radialna?

Każdy ruch w kierunku lub z dala od nieruchomego obserwatora nazywa się prędkością radialną, a ruch dowolnego obiektu określa zarówno prędkość, jak i kierunek. Jednak aby zdefiniować kierunek obiektu, musi być znana rama odniesienia obserwatora. W normalnej trójwymiarowej przestrzeni obserwator ma ustaloną ramkę odniesienia, przy czym dowolna liczba obiektów porusza się w kierunku swojej lokalizacji lub od niej.

Planety w większości okrągłych orbit mają małą prędkość promieniową w stosunku do swoich słońc, ale dla stałych obserwatorów poza Układem Słonecznym taka planeta zmienia swój ruch w kierunku do i od nich na całej swojej orbicie. Planeta ma dwie maksymalne prędkości radialne: jedną dodatnią, gdy planeta oddala się od obserwatora na drugą stronę Słońca, i jedną ujemną, gdy planeta porusza się zza Słońca w kierunku obserwatora. Gdy astronomowie używają teleskopów do obserwowania układów orbitujących ciał, dane są wykrywane jako energia elektromagnetyczna. Fale energii odbierane przez teleskopy są różne, w zależności od tego, czy orbitujący obiekt porusza się w kierunku, czy od teleskopu.

Fakt, że fale energii z obiektów poruszających się w kierunku obserwatora są skompresowane i wydają się mieć wyższą częstotliwość niż fale z obiektów oddalających się od obserwatora, nazywa się przesunięciem Dopplera, zaproponowanym przez Christiana Dopplera w 1842 r. Na przykład, gdy planety krążą wokół odległych gwiazd odciągają je od swoich środków ciężkości, powodując, że zbliżają się do obserwatora lub od niego oddalają. Niewielki ruch gwiazdy w kierunku lub od niej powoduje, że jej spektrum, tęczowe kolory światła, przesuwa się w kierunku niebieskiego, gdy zbliża się i w kierunku czerwonego, gdy przesuwa się dalej. Stosując tę ​​metodę prędkości radialnej, czas przesunięcia z czerwonego na niebieski iz powrotem dostarcza astronomom informacji o masie i cyklu orbitalnym planet krążących wokół odległych gwiazd.

Metodę tę można również wykorzystać w astronomii, aby zmierzyć stałe prędkości gwiazd krążących wokół odległych galaktyk, gdy są one oglądane na krawędzi. Fale świetlne lub radiowe odbierane z gwiazd przemieszczających się w kierunku teleskopu przesuwają się na wyższe częstotliwości, podczas gdy fale świetlne lub radiowe z gwiazd oddalających się od teleskopu przesuwają się w kierunku długości fali o niższej częstotliwości. Wielkość przesunięcia wskazuje zarówno względną prędkość gwiazd w stosunku do obserwatora, jak i prędkość kątową gwiazd na orbicie wokół galaktyki.

Prognozowaniu pogody bardzo pomogły mapy prędkości radialnych mierzone radarem pogodowym Dopplera. Tak jak prędkość radialna zarejestrowana dla obracającej się galaktyki pokazuje obrót poprzez przesunięcie fal świetlnych w kolorze czerwonym i niebieskim, tak zmiana częstotliwości fal radiowych wskazuje ruch obrotowy podczas burz, takich jak cyklony, huragany i tornada. Prognozy pogody mogą wcześnie wydać ostrzeżenia o tornadzie, gdy zobaczą zmianę Dopplera w trudnych systemach pogodowych.

Metoda przesunięcia Dopplera lub metoda prędkości radialnej może być stosowana na dowolnym ciele lub układach ciał znajdujących się na orbicie lub wibrujących wokół wspólnego centrum. Zarówno obiekty niebieskie, jak i wzory pogodowe wyświetlają przesunięcie czerwone lub niebieskie, w zależności od tego, czy obiekty zbliżają się, czy oddalają od obserwatora w kierunku promieniowym. Górna granica prędkości radialnej została opisana przez Alberta Einsteina jako prędkość światła w próżni, a jego specjalna teoria względności odnosi się do tego bezpośredniego ruchu promieniowego w linii wzroku.