Что такое радиальная скорость?

Любое движение к неподвижному наблюдателю или от него называется радиальной скоростью, а движение любого объекта определяется как скоростью, так и направлением. Однако для определения направления объекта должна быть известна система отсчета наблюдателя. В обычном трехмерном пространстве наблюдатель имеет фиксированную систему отсчета, в которой любое количество объектов движется к или от своего местоположения.

Планеты в основном по круговым орбитам обладают небольшой радиальной скоростью по отношению к своим солнцам, но для фиксированных наблюдателей вне солнечной системы такая планета изменяет свое движение к ним и от них по всей своей орбите. Видно, что планета обладает двумя максимальными лучевыми скоростями: одна положительная, когда планета движется от наблюдателя к дальней стороне Солнца, и одна отрицательная, когда планета движется из-за своего солнца в сторону наблюдателя. Когда астрономы используют телескопы для наблюдения систем орбитальных тел, данные обнаруживаются как электромагнитная энергия. Энергетические волны, принимаемые телескопами, различны в зависимости от того, движется ли орбитальный объект в направлении или от прицела.

Тот факт, что энергетические волны от объектов, движущихся к наблюдателю, сжимаются и, по-видимому, обладают более высокой частотой, чем волны от объектов, удаляющихся от наблюдателя, называют доплеровским смещением, предложенным Кристианом Допплером в 1842 году. Например, когда планеты вращаются вокруг далеких звезд они оттягивают их от центров тяжести, заставляя их двигаться к наблюдателю или от него. Небольшое движение звезды в направлении или в сторону, заставляет ее спектр, цвета радуги ее света, смещаться в сторону синего, когда он приближается, и в сторону красного, когда он уходит дальше. Используя этот метод лучевой скорости, время перехода от красного к синему и обратно дает астрономам информацию о массе и круговом цикле планет, вращающихся вокруг далеких звезд.

Этот метод также может быть использован в астрономии для измерения постоянных скоростей звезд, вращающихся вокруг далеких галактик, когда они видны с ребра. Свет или радиоволны, полученные от звезд, движущихся в направлении телескопа, смещаются на более высокие частоты, тогда как свет или радиоволны от звезд, движущихся от телескопа, смещаются в сторону более низких частот. Величина сдвига указывает как относительную скорость звезд относительно наблюдателя, так и угловую скорость звезд на орбите вокруг галактики.

Прогнозированию погоды очень помогли карты радиальной скорости, измеренные с помощью доплеровского метеорологического радара. Подобно тому, как радиальная скорость, записанная для вращающейся галактики, показывает вращение, вызванное красным и синим смещением световых волн, изменение частоты радиоволн указывает на вращательное движение в штормах, таких как циклоны, ураганы и смерчи. Синоптики могут выдавать предупреждения о торнадо рано, когда они видят доплеровский сдвиг в суровых погодных системах.

Доплеровский сдвиг, или метод лучевой скорости, может использоваться на любом теле или системах тел, которые находятся на орбите или вибрируют вокруг общего центра. Как небесные объекты, так и погодные условия показывают красное смещение или синее смещение в зависимости от того, приближаются объекты или удаляются от наблюдателя в радиальном направлении. Верхний предел радиальной скорости был описан Альбертом Эйнштейном как скорость света в вакууме, и его специальная теория относительности применима к этому прямому лучу прямой видимости, радиальному движению.