안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
도플러효과는 파동이면 종류를 가리지 않고 나타나는 현상이에요. 파원과 관측자가 가까워지면 파동의 마루가 도착하는 간격이 짧아져 진동수가 높아지고, 멀어지면 간격이 늘어나 진동수가 낮아져요. 소리에서는 이게 음높이 변화로 들리고, 빛에서는 색 변화로 보여요. 진동수가 높아지면 파란색 쪽으로, 낮아지면 붉은색 쪽으로 치우치는데 이걸 청색편이와 적색편이라고 불러요.
다만 두 경우의 원리에 차이가 하나 있어요. 소리는 공기라는 매질을 타고 가니까, 파원이 움직이는 경우와 관측자가 움직이는 경우의 계산이 서로 달라요. 공기를 기준으로 누가 움직이느냐가 구별되거든요. 빛은 매질이 없고 어느 관측자에게나 속도가 같아서, 상대 속도만으로 결정돼요. 그래서 빛의 도플러효과는 상대성이론으로 계산해야 정확하고, 빠른 속도에서는 시간지연 효과까지 더해져요. 서로 수직으로 지나가는 경우에도 진동수가 변하는 횡도플러 현상이 나타나는데, 소리에는 없는 빛만의 특징이에요.
천문학에서 이 원리가 강력한 도구가 된 건 별빛의 스펙트럼 때문이에요. 별빛을 분해하면 원소마다 정해진 위치에 흡수선이 나타나는데, 그 선이 통째로 붉은 쪽으로 밀려 있으면 멀어지고 있다는 뜻이에요. 밀린 정도로 속도까지 계산할 수 있고요. 허블이 먼 은하일수록 적색편이가 크다는 걸 발견하면서 우주가 팽창한다는 결론이 나왔어요.
한 가지 덧붙이면 우주 팽창에 의한 적색편이는 은하가 공간 속을 달려서가 아니라 공간 자체가 늘어나 빛의 파장이 함께 늘어난 결과예요. 도플러효과와 결과는 비슷하지만 원인이 달라서, 천문학에서는 둘을 구분해 다뤄요 :)