多普勒效应与“红移”

1842年的一天，奥地利物理学家、数学家和天文学家多普勒从铁路交叉路口经过时，一列火车从他身旁驰过，尖利的汽笛声吸引了他。他仔细聆听后发现，当火车由远而近驶来时，汽笛声变得更响，音调变得更尖利；火车由近而远驶去时，汽笛声则变弱，音调变低沉。这个有趣的现象引起了他的注意。经过一番研究后，他得出一个结论，这是声源与观察者之间的相对运动造成的：当声源接近观测者时，声波的波长受到压缩，波长缩短，音调变高；当声源离观测者远去时，声波的波长受到拉伸，波长增加，音调变低。进一步研究发现，音调变化与声源和观测者之间的相对速度及声速对光速的比值v/c有关。这里v是运动物体的速度，c是光速。v/c的比值越大，改变越显著，反之改变不明显，就没有多普勒效应。

多普勒效应不仅声波有，光波也有，光波的多普勒效应称为多普勒-斐索效应。它是法国物理学家斐索在多普勒之后6年解释恒星波长偏移时提出的。斐索还提出了利用这个效应测量恒星相对速度的方法。但光波与声波有所不同，光波的波长（或频率）发生变化时，让人感到这是颜色在变化，物理学上把这种现象称为频移。恒星远离我们而去时，光线向红光方向移动，称为红移；恒星向着我们而来时，光线向紫光方向移动，称为蓝移或紫移。

因此，根据多普勒效应，一旦我们知道光线是红移还是蓝移，就能知道光源在视线方向上是向着观测者运动，还是背离观测者运动。根据红移或蓝移的大小，还可以计算光源在视线方向上的运动速度。因此，只要天体有相对于观测者的运动，就可以根据红移或蓝移把它们在视线方向上的速度测量出来。蓝移表示天体向观测者走来，红移表示天体离观测者而去。因此，只要拍摄到天体的光谱片，测量出光谱是红移还是蓝移，就能测量出天体在视线方向的速度。