Pelajari tentang Efek Doppler

Para astronom mempelajari cahaya dari objek yang jauh untuk memahaminya. Cahaya bergerak melalui ruang pada 299.000 kilometer per detik, dan jalurnya dapat dibelokkan oleh gravitasi serta diserap dan disebarkan oleh awan material di alam semesta. Para astronom menggunakan banyak sifat cahaya untuk mempelajari segala sesuatu mulai dari planet dan bulan-bulan mereka hingga benda paling jauh di kosmos.

Salah satu alat yang mereka gunakan adalah efek Doppler. Ini adalah pergeseran frekuensi atau panjang gelombang radiasi yang dipancarkan dari suatu objek saat bergerak melalui ruang. Diberi nama setelah fisikawan Austria Christian Doppler yang pertama kali mengusulkannya pada tahun 1842.

Bagaimana cara Efek Doppler bekerja? Jika sumber radiasi, katakan a bintang, bergerak ke arah astronom di Bumi (misalnya), maka panjang gelombang radiasinya akan tampak lebih pendek (frekuensi lebih tinggi, dan karenanya energi lebih tinggi). Di sisi lain, jika objek bergerak menjauh dari pengamat maka panjang gelombang akan terlihat lebih lama (frekuensi lebih rendah, dan energi lebih rendah). Anda mungkin telah mengalami versi efek ketika Anda mendengar peluit kereta atau sirene polisi ketika bergerak melewati Anda, mengubah nada ketika melewati Anda dan bergerak menjauh.

Efek Doppler berada di belakang teknologi seperti radar polisi, di mana "pistol radar" memancarkan cahaya dari panjang gelombang yang diketahui. Kemudian, "cahaya" radar itu memantul dari mobil yang bergerak dan kembali ke instrumen. Pergeseran yang dihasilkan dalam panjang gelombang digunakan untuk menghitung kecepatan kendaraan. (Catatan: ini sebenarnya adalah pergeseran ganda karena mobil yang bergerak pertama-tama bertindak sebagai pengamat dan mengalami pergeseran, kemudian sebagai sumber yang bergerak mengirim cahaya kembali ke kantor, sehingga menggeser panjang gelombang satu detik waktu.)

Ketika suatu objek surut (mis. Bergerak menjauh) dari pengamat, puncak radiasi yang dipancarkan akan berjarak lebih jauh daripada jika objek sumbernya diam. Hasilnya adalah bahwa panjang gelombang cahaya yang dihasilkan tampak lebih panjang. Para astronom mengatakan bahwa itu "bergeser ke ujung spektrum merah".

Efek yang sama berlaku untuk semua pita spektrum elektromagnetik, seperti radio, sinar-x atau sinar gamma. Namun, pengukuran optik adalah yang paling umum dan merupakan sumber dari istilah "pergeseran merah". Semakin cepat sumber menjauh dari pengamat, semakin besar pergeseran merah. Dari sudut pandang energi, panjang gelombang yang lebih panjang berhubungan dengan radiasi energi yang lebih rendah.

Sebaliknya, ketika sumber radiasi mendekati pengamat, panjang gelombang cahaya tampak lebih dekat, secara efektif memperpendek panjang gelombang cahaya. (Lagi-lagi, panjang gelombang yang lebih pendek berarti frekuensi yang lebih tinggi dan karena itu energi yang lebih tinggi.) Secara spektroskopi, garis emisi akan tampak bergeser ke arah sisi biru dari spektrum optik, maka dari itu namanya cetak biru.

Seperti halnya pergeseran merah, efeknya berlaku untuk pita-pita lain dari spektrum elektromagnetik, tetapi efeknya paling besar sering kali dibahas ketika berhadapan dengan cahaya optik, meskipun dalam beberapa bidang astronomi hal ini tentunya bukan kasus.

Penggunaan Doppler Shift telah menghasilkan beberapa penemuan penting dalam astronomi. Pada awal 1900-an, diyakini bahwa alam semesta statis. Bahkan, ini yang menyebabkan Albert Einstein untuk menambahkan konstanta kosmologis ke persamaan medan yang terkenal untuk "membatalkan" ekspansi (atau kontraksi) yang diprediksi oleh perhitungannya. Secara khusus, pernah diyakini bahwa "tepi" dari Bima Sakti mewakili batas alam semesta statis.

Kemudian, Edwin Hubble menemukan bahwa apa yang disebut "spiral nebula" yang telah menjangkiti astronomi selama beberapa dekade adalah tidak nebula sama sekali. Mereka sebenarnya galaksi lain. Itu adalah penemuan luar biasa dan mengatakan kepada para astronom bahwa alam semesta jauh lebih besar dari yang mereka tahu.

Hubble kemudian melanjutkan untuk mengukur pergeseran Doppler, khususnya menemukan pergeseran merah dari galaksi-galaksi ini. Dia menemukan bahwa semakin jauh sebuah galaksi, semakin cepat surutnya. Ini mengarah pada yang sekarang terkenal Hukum Hubble, yang mengatakan bahwa jarak objek sebanding dengan kecepatan resesi.

Wahyu ini membuat Einstein menulis itu -nya penambahan konstanta kosmologis ke persamaan medan adalah kesalahan terbesar dalam karirnya. Menariknya, bagaimanapun, beberapa peneliti sekarang menempatkan konstanta kembali ke Relativitas umum.

Ternyata Hukum Hubble hanya benar sampai pada suatu titik sejak penelitian selama beberapa dekade terakhir telah menemukan itu galaksi jauh surut lebih cepat dari yang diperkirakan. Ini menyiratkan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat. Alasan untuk itu adalah sebuah misteri, dan para ilmuwan menjuluki kekuatan pendorong percepatan ini energi gelap. Mereka menjelaskannya dalam persamaan medan Einstein sebagai konstanta kosmologis (meskipun bentuknya berbeda dari formulasi Einstein).

Selain mengukur ekspansi alam semesta, efek Doppler dapat digunakan untuk memodelkan gerakan hal-hal yang lebih dekat ke rumah; yaitu dinamika Galaksi Bima Sakti.

Dengan mengukur jarak ke bintang dan pergeseran merah atau pergeseran biru, para astronom dapat memetakannya Gerakkan galaksi kita dan dapatkan gambaran seperti apa galaksi kita bagi pengamat dari seberang alam semesta.

Efek Doppler juga memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur denyut bintang variabel, juga gerakan partikel bergerak dengan kecepatan luar biasa di dalam aliran jet relativistik yang berasal dari lubang hitam supermasif.

Diedit dan diperbarui oleh Carolyn Collins Petersen.