«Красное смещение»

понижение частот электромагнитного излучения, одно из проявлений Доплера эффекта.Название «К. с.» связано с тем, что в видимой части спектра в результате этого явления линии оказываются смещенными к его красному концу; К. с. наблюдается и в излучениях любых др. частот, например в радиодиапазоне. Противоположный эффект, связанный с повышением частот, называется синим (или фиолетовым) смещением. Чаще всего термин «К. с.» используется для обозначения двух явлений — космологическое К. с. и гравитационное К. с.

Космологическим (метагалактическим) К. с. называют наблюдаемое для всех далёких источников (галактик (См. Галактики), квазаров (См. Квазары)) понижение частот излучения, свидетельствующее об удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, т. е. о нестационарности (расширении) Метагалактики. К. с. для галактик было обнаружено американским астрономом В. Слайфером в 1912—14; в 1929 Э. Хабблоткрыл, что К. с. для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон К. с., или закон Хаббла). Предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий. Такова, например, гипотеза о распаде световых квантов за время, составляющее миллионы и миллиарды лет, в течение которого свет далёких источников достигает земного наблюдателя; согласно этой гипотезе, при распаде уменьшается энергия, с чем связано и изменение частоты излучения. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями. В частности, К. с. в разных участках спектра одного и того же источника, в рамках гипотезы, должно быть различным. Между тем все данные наблюдений свидетельствуют о том, что К. с. не зависит от частоты, относительное изменение частоты z = (ν₀— ν)/ν₀ совершенно одинаково для всех частот излучения не только в оптическом, но и в радиодиапазоне данного источника (ν₀ — частота некоторой линии спектра источника, ν — частота той же линии, регистрируемая приёмником; ν<>₀). Такое изменение частоты — характерное свойство доплеровского смещения и фактически исключает все др. истолкования К. с.

В относительности теории (См. Относительности теория) доплеровское К. с. рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). Если скорость системы источника относительно системы приёмника составляет υ (в случае метагалактич. К. с. υ — это Лучевая скорость), то

(c— скорость света в вакууме) и по наблюдаемому К. с. легко определить лучевую скорость источника: v приближается к скорости света, оставаясь всегда меньше её (v v, намного меньшей скорости света (υ <>), формула упрощается: υcz. Закон Хаббла в этом случае записывается в форме υ = cz = Hr (r — расстояние, Н — постоянная Хаббла). Для определения расстояний до внегалактических объектов по этой формуле нужно знать численное значение постоянной Хаббла Н. Знание этой постоянной очень важно и для космологии (См. Космология): с ней связан т. н. возраст Вселенной.

Вплоть до 50-х гг. 20 в. внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Н, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. 20 в. для постоянной Хаббла принято значение Н = 53 ± 5 (км/сек)/Мгпс, обратная величина Т = 1/Н = 18 млрд. лет.

Фотографирование спектров слабых (далёких) источников для измерения К. с., даже при использовании наиболее крупных инструментов и чувствительных фотопластинок, требует благоприятных условий наблюдений и длительных экспозиций. Для галактик уверенно измеряются смещения z 0,2, соответствующие скорости υ 60 000 км/сек и расстоянию свыше 1 млрд. пс. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10%, т. е. такая же, как погрешность определения Н). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются z 2 и больше. При смещениях z = 2 скорость υ 0,8․с = 240 000 км/сек. При таких скоростях уже сказываются специфические космологические эффекты — нестационарность и кривизна пространства — времени (См. Кривизна пространства-времени); в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний — расстояние по К. с. — составляет здесь, очевидно, r= υlH = 4,5 млрд. пс). К. с. свидетельствует о расширении всей доступной наблюдениям части Вселенной; это явление обычно называется расширением (астрономической) Вселенной.

Гравитационное К. с. является следствием замедления темпа времени и обусловлено гравитационным полем (эффект общей теории относительности). Это явление (называется также эффектом Эйнштейна, обобщённым эффектом Доплера) было предсказано А. Эйнштейномв 1911, наблюдалось начиная с 1919 сначала в излучении Солнца, а затем и некоторых др. звёзд. Гравитационное К. с. принято характеризовать условной скоростью υ, вычисляемой формально по тем же формулам, что и в случаях космологического К. с. Значения условной скорости: для Солнца υ = 0,6 км/сек, для плотной звезды Сириус В υ = 20 км/сек. В 1959 впервые удалось измерить К. с., обусловленное гравитационным полем Земли, которое очень мало: υ = 7,5․10^-5см/ сек (см. Мёссбауэра эффект). В некоторых случаях (например, при коллапсе гравитационном (См. Коллапс гравитационный)) должно наблюдаться К. с. обоих типов (в виде суммарного эффекта).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 4 изд., М., 1962, § 89, 107; Наблюдательные основы космологии, пер. с англ., М., 1965.

Г. И. Наан.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ - увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником (наблюдателем) увеличивается (см. Доплера эффект) или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далеких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения Вселенной.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ, увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и приемником (наблюдателем) увеличивается (смотри Доплера эффект) или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далеких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения Вселенной.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ

увеличение длин волн (l) линий в эл.-магн. спектре источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Количественно К. с. характеризуется величиной z=(lприн—lисп)/lисп, где lисп и lприн — соответственно длина волны излучения, испущенного источником и принятого наблюдателем (приёмником излучения). Два механизма приводят к появлению К. с.

К. с., обусловленное эффектом Доплера, возникает в том случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приводит к увеличению расстояния между ними (см. ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ). В релятив. случае, когда скорость движения источника v относительно приёмника сравнима со скоростью света (с), К. с. может возникнуть и в том случае, если расстояние между источником и приёмником не возрастает (т. н. поперечный эффект Доплера). К. с., возникающее при этом, можно интерпретировать как результат релятив. замедления времени на источнике по отношению к наблюдателю (см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ). Космологич. К. с., наблюдаемое у далёких галактик и квазаров, интерпретируется на основе общей теории относительности (ОТО) как эффект расширения Метагалактики (взаимного удаления галактик друг от друга; (см. КОСМОЛОГИЯ)). Расширение Метагалактики приводит к увеличению длин волн реликтового излучения и снижению энергии его квантов (т. е. к охлаждению реликтового излучения).

Гравитац. К. с. возникает, когда приёмник света находится в области с меньшим гравитац. потенциалом (fi2), чем источник (fi1). В этом случае К. с.— следствие замедления темпа времени вблизи гравитирующей массы и уменьшения частоты испускаемых квантов света (эффект ОТО): n=(1+(fi2-fi1)/c2), Примером гравитац. К. с. может служить смещение линии в спектрах плотных звёзд — белых карликов. Используя Мёссбауэра, эффект, в 1959 удалось измерить К. с. в гравитац. поле Земли.

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ (обозначение z), увеличение длины волны видимого света или в другом диапазоне ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, вызванное либо удалением источника (эффект ДОПЛЕРА), либо расширением Вселенной (см. РАСШИРЯЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ). Определяется как изменение длины волны определенной спектральной линии, относительно эталонной длиной волны этой линии. Красные смещения, вызванные расширением Вселенной, называемые космологическим красным смещением, не имеют ничего общего с эффектом Доплера. Эффект Доплера возникает из-за движения в пространстве, тогда как космологическое красное смещение вызвано расширением самого пространства, которое в буквальном смысле растягивает длины волн света, движущегося к нам. Чем длиннее время путешествия света, тем больше растягивается его длина волны. Как показывает ПОСТОЯННАЯ ХАББЛА, гравитационное красное смещение - это явление, предсказанное общей ТЕОРИЕЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Альберта ЭЙНШТЕЙНА. Свет, излучаемый звездой, должен проделать работу, чтобы преодолеть гравитационное поле звезды. В итоге имеет место небольшая потеря энергии, являющаяся результатом увеличения длины волны, так что все спектральные линии смещаются в сторону красного цвета.

Некоторые эффекты красного смещения, в которых свет, излучаемый звездами сдвигается в сторону более длинного (красного) конца спектра могут объясняться эффектом Доплера. Также как радар (А) может вычислить местонахождение движущегося объекта с помощью измерения времени, необходимого посланному сигналу (1), чтобы вернуться (2), также и движение звезд может быть измерено относительно Земли. Длина волны звезды, которая, по-видимому, не приближается к Земле и не удаляется от нее (В), не меняется. Длина волны звезды, которая удаляется от Земли, увеличивается (С) и движется по направлению к красному концу спектра. Длина волны приближающейся к Земле звезды (D) уменьшается и движется к синему концу спектра.

КРА́СНОЕ СМЕЩЕ́НИЕ

(метагалактическое) – понижение частот электромагнитного излучения галактик (света, радиоволн) по сравнению с частотой лабораторных (земных) источников электромагнитного излучения. В частности, линии видимой части спектра смещены к красному его концу, откуда и название "К. с". Осн. физич. особенность К. с. – независимость относит. изменения частоты от самой частоты.

К. с. естественно объясняется эффектом Доплера–Физо: при относит. движении источника и приемника частота излучения (длина волны) изменяется – при их взаимном удалении частота понижается (К. с.), при сближении – повышается (фиолетовое смещение). В спектрах галактик фиолетовое смещение наблюдается лишь у нек-рых из них, ближайших к нам, и является следствием движения солнечной системы в Галактике и движения Галактики в Местной группе галактик. Спектры всех др. галактик показывают К. с., что свидетельствует об их удалении от нашей Галактики и друг от друга.

Это явление часто неудачно наз. "расширением Вселенной" (см. Космология).

К. с. открыл амер. астроном Слайфер в 1912–14, когда природа источников излучения ("туманностей") была еще неясна. В 1929 амер. астроном Хаббл открыл закон, носящий его имя: К. с., а значит и скорости удаления галактик, в среднем прямо пропорциональны расстояниям до них. Теоретич. объяснение явления "разбегания" галактик дается релятивистской теорией тяготения как естеств. результат того, что система масс, включающая миллиарды галактик, не может быть статической. До открытия К. с. господствовало метафизич. представление о Вселенной как статич. системе. Даже после создания теории относительности были попытки сохранить статичность Вселенной путем видоизменения уравнений тяготения. Открытие К. с. заставило отказаться от этого представления и показало наличие во Вселенной движений огромного масштаба, притом иного характера, чем наблюдалось в Галактике и ее составных частях. Мн. важные стороны К. с. недостаточно выяснены. В частности, теория указывает, что зависимость между величиной К. с. и расстоянием сложнее, чем простая пропорциональность. Принципиальный интерес представляет также вопрос о масштабах явлений, отражением к-рых является К. с. Если бы простейшим релятивистским космологич. моделям можно было придавать абс. значение, то деформацию пространства надо было бы считать универсальным явлением и можно было бы говорить о расширении всей Метагалактики или даже всей Вселенной (т.е. всех ее частей достаточно больших размеров). На самом же деле эти модели являются лишь весьма схематическими, упрощенными. В более сложных (анизотропных, неоднородных) релятивистских моделях показывается возможность расширения одних областей системы (напр., Метагалактики) при одноврем. сжатии др. областей, а также смены сжатия расширением и наоборот. Поэтому хотя возможно, что расширение охватывает всю Метагалактику, но вовсе не исключено, что – только часть ее, протяженностью в неск. десятков млрд. световых лет. Говорить же об одноврем. расширении всей Вселенной вообще нет оснований. Поэтому совершенно несостоятельны и те идеалистич. и фидеистич. выводы, к-рые были распространены в 30–40-х гг. 20 в., но имеют изв. хождение и сейчас, – о конечном возрасте Вселенной, о ее возникновении в результате единоврем. взрывного акта "творения" и т.д. Надо также оговорить, что хотя К. с. естественно объясняется эффектом Доплера – Физо и все попытки объяснить это явление иными причинами (напр., "старением" световых квантов) оказались неудовлетворительными, они предпринимаются и сейчас.

К. с. называют также явление совсем иного характера – эффект Эйнштейна (гравитационное К. с.), состоящее в понижении частоты излучения при его перемещении из области с большим значением гравитационного потенциала в область его меньшего значения (см. Относительности теория).

Лит.: Агекян Т. Α., Звездная вселенная, М., 1955, гл. 5; Шкловский И. С., Радиоастрономия, 2 изд., М., 1955; Наан Г. И., О современном состоянии космологич. науки, в сб.: Вопросы космогонии, т. 6, М., 1958; Мартынов Д. Я., О надежности наблюдательных данных во внегалактич. астрономии, в сб.: Внегалактич. астрономия и космология. Тр. шестого совещания по вопросам космогонии 5–7 июня 1957 г., М., 1959; Hubble Εd., A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae, "Proc. Nat. Acad. Sci. USA", 1929, v. 15, No 3; Humason M. L., Mayall N.U. and Sandage A. R., Redshifts and magnitudes of extragalactic nebulae, "Astron. J.", 1956, v. 61, No 3; Radio sources outside our Galaxy: a Symposium, "Publ. Astron. Soc. Pacit.", 1958, v. 70, p. 133–59.

Г. Наан. Таллин.

кра́сное смеще́ние

увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приёмником (наблюдателем) увеличивается (см. Доплера эффект) или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далёких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения Вселенной.

* * *

КРА́СНОЕ СМЕЩЕ́НИЕ, увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником (наблюдателем) увеличивается (см. Доплера эффект(см. ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ)) или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далеких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения(см. КОСМОЛОГИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ) Вселенной.

увеличение длин волн X в спектре оптическом источника излучения (смещение спектральных линий в сторону красной части спектра) по сравнению с X линий эталонных спектров. К. с. возникает, когда расстояние между источником излучения и наблюдателем увеличивается (см. Доплера эффект) или когда источник находится в сильном гравитац. поле (гравитац. К. с.). Наибольшее К. с. наблюдается в спектрах далёких внегалактич. объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологич. расширения Вселенной. Используя Мёссбауэра эффект, удалось измерить К. с. в гравитац. поле Земли.

физ. spostamento verso il rosso

черво́не змі́щення

черво́не змі́щення

увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. К. с. возникает, когда расстояние между источником излучения и его приёмником (наблюдателем) увеличивается (см. Доплера эффект) или когда источник находится в сильном гравитац. поле (гравитац. К. с.). В астрономии наиб. К. с. наблюдается в спектрах далёких внегалактич. объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологич. расширения Вселенной.

увеличение длин волн линий в спектре источника излучения (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров. Красное смещение возникает, когда расстояние между источником излучения и его приемником (наблюдателем) увеличивается или когда источник находится в сильном гравитационном поле (гравитационное красное смещение). В астрономии наибольшее красное смещение наблюдается в спектрах далеких внегалактических объектов (галактик и квазаров) и рассматривается как следствие космологического расширения Вселенной.