천문학의 도플러 효과에 대해 궁금해요
별이 멀어질때 파장이 길어져 적색편이가 일어나고, 가까워질때 파장이 짧아져 청색편이가 일어난다는 것은 알겠는데 왜 파장이 길어지고 짧아지는지 궁금해요
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
도플로 효과는 파동의 근원과 관측자 사이의 상대적인 움직임 때문에 발생하게 되는 파동의 주파수 변화 현상으로 빛뿐만 아니라 소리 물결 등의 모든 파동에서 나타나는 현상입니다! 파동이 멀어지게 되면 파동이 발산하는 동안 다음 파동이 발산되는 지점이 이전 파동의 발산된 지점보다 더 멀리 가게 되고 이 현상에 의해 주파수는 낮아지고 빛의 경우 파장이 길어지면서 적색으로 변하게 되는 현상이 나타나게 되므로 적색편이라고 이야기합니다. 만약 가까워지게 되면 파동이 발산되는 지점이 이전 파동이 발산된 지점보다 가까워지게 되고 주파수는 높아지며 파동의 길이가 짧아지고 빛의 경우 청색으로 변하게 되어 청색편이라고 이야기 하지요. 빛의 도플로 효과는 파동의 길이 변화로 인한 주파수 변화로 설명하며 별이 멀어지면서 빛이 파동이 늘어나는 현상으로 파장이 길어지고 적색편이를 반대과정으로는 청색편이가 유발되게 됩니다!
안녕하세요. 이용준 전문가입니다.
도플러 효과는 파장을 일으키는 파원과 그 파장을 관측하는 관측자 사시이 거리가 변함에 따라 관측되는 파장이 달라지는 현상을 말합니다.
파원과 관측자가 둘 다 멈춰 있다면 파원으로부터 나오는 파동의 파장은 일정하고 곤측자에게 도달하는 파동의 파장도 일정합니다. 이 경우 소리나 빛의 파장은 변함이 없습니다.
파원과 관측자 사이의 거리가 가까워지는 경우를 생각해보겠습니다. 파원이 관측자 쪽으로 이동하거나 관측자가 파원 쪽으로 이동하는 경우입니다. 이 경우 파장은 일정하지만 파원의 위치 또는 관측자의 위치가 달라집니다. 파원이 이동하는 경우는 파동을 발산한 후 그쪽으로 이동하면서 그 다음 파동을 발생하므로 파장 사이의 간격이 좁아집니다. 따라서 파도과 파동 사이의 거리인 파장이 짧아지는 것입니다. 관측자가 이동하는 경우도 마찬가지입니다. 파동 사이의 간격은 일정하지만 관측자가 파원 쪽으로 이동함에 따라 그 다음 파장이 원래의 간격보다 빠른 시간에 도달하는 셈이 됩니다. 즉, 원래 파장이 도달해야 할 시간보다 먼저 파동이 도달하니 파장이 짧아지는 셈이 되는 것입니다.
반대로 파원과 관측자 사이의 거리가 증가하면 파동의 파장은 길어지게 됩니다.
도플러 효과는 일상에서도 쉽게 발견할 수 있습니다. 앰뷸런스가 내 앞을 지나가는 경우 다가올 때는 사이렌 소리가 높아지지만 지나치고 난 후에는 점차 낮은 소리로 변합니다(소리의 크기가 아니라 높낮이 변화임을 파악해야 합니다.). 빛의 경우도 광원과 관측자 사이의 거리가 가까워지면 원래보다 파장이 짧은 쪽으로(청색 편이), 멀어지면 긴 쪽으로 치우칩니다(적색 편이).
도움이 되셨기를 바랍니다. 감사합니다.