การเลื่อนสเปกตรัม: การประมาณทางดาราศาสตร์ความเร็วต่ำ
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| redshift/ˈredʃɪft/ | การเคลื่อนที่ไปทางสีแดง |
| rest wavelength/rest ˈweɪvleŋθ/ | ความยาวคลื่นที่หยุดนิ่ง |
อะไรจะอธิบายการสังเกตนี้ได้?
- เส้นสเปกตรัมที่จดจำได้ปรากฏที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าในแหล่งกำเนิดที่อยู่ไกล การเลื่อนนี้สามารถให้หลักฐานของการถอยห่างตามแนวสายตา
- เริ่มต้นด้วยการทำนาย ระบุปริมาณหรือลักษณะที่คุณจะเปรียบเทียบ แล้วตัดสินใจว่าหลักฐานอะไรที่จะแยกแยะคำอธิบายสองแบบได้
สร้างโมเดล
- การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดและผู้รับเปลี่ยนความถี่หรือความยาวคลื่นที่สังเกตได้ สำหรับแสงที่มีความเร็วสัมพัทธ์ต่ำมากเมื่อเทียบกับ c ขนาดของการเลื่อนความยาวคลื่นสัมพัทธ์มีค่าประมาณ v/c การถอยห่างสอดคล้องกับความยาวคลื่นที่ยาวกว่า และการเข้าใกล้สอดคล้องกับความยาวคลื่นที่สั้นกว่า
- เรดชิฟต์ (redshift): การเลื่อนของเส้นสเปกตรัมที่ระบุได้ hacia ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น; ความยาวคลื่นพัก (rest wavelength): ความยาวคลื่นของเส้นที่วัดโดยไม่มีเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิด
การเคลื่อนที่ของเส้นสเปกตรัมที่กำหนดให้ไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นในโมเดลที่กล่าวถึงบ่งบอกอะไร?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
เส้นสเปกตรัมที่ทราบความยาวคลื่นที่ยาวกว่านั้นมีการเลื่อนไปทางแดง ซึ่งในโมเดลนี้หมายความว่าแหล่งกำเนิดกำลังถอยห่างตามแนวสายตา ความเร็วแสงมีค่าคงที่ และเส้นสเปกตรัมที่เลื่อนไปนั้นยังมีค่าความถี่ที่ไม่เป็นศูนย์
จับคู่แต่ละคำศัพท์เทคนิคกับความหมายที่แม่นยำ
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ใช้นิยามเพื่อแยกแยะปริมาณและกระบวนการที่เกี่ยวข้อง
เลือกหลักฐานมาทดสอบสมมติฐาน
- เปรียบเทียบเส้นสเปกตรัมที่ระบุได้กับความยาวคลื่นหยุดนิ่งในห้องปฏิบัติการ ใช้สูตร z = (ค่าที่สังเกตได้ − ค่าหยุดนิ่ง) / ค่าหยุดนิ่ง จากนั้น v ≈ cz ตามแบบจำลองความเร็วต่ำที่กำหนด อย่าใช้การประมาณนี้โดยไม่ตรวจสอบเงื่อนไขหรือตีความการเลื่อนแดงทางจักรวาลวิทยาเป็นความเร็วที่แน่นอนอย่างง่าย
- ใช้สเปกตรัมที่มีการระบุและมีการปรับเทียบพร้อมกับการระบุเส้นสเปกตรัม เปรียบเทียบหลายเส้นเพื่อหาการเลื่อนที่สอดคล้องกัน ระบุความไม่แน่นอนและแยกแยะการเคลื่อนที่ตามแนวสายตาออกจากองค์ประกอบแนวตั้งฉากที่ไม่สามารถวัดได้
นิสัยสองอย่างใดทำให้การตรวจสอบหรือแบบจำลองในกรณีนี้รองรับได้มากขึ้น?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
การระบุเงื่อนไขและสมมติฐานช่วยให้ผู้อื่นทำงานซ้ำได้โดยถูกต้อง และการบันทึกหลักฐานรองรับช่วยให้พวกเขาตรวจสอบข้อสรุปได้ การซ่อนผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันจะกำจัดหลักฐานที่อาจทลายข้อสรุปที่ผิดพลาด และข้อมูลจากตัววัดเพียงหนึ่งค่าไม่สามารถใช้ยืนยันข้ออ้างที่กว้างขวางได้
ทำงานจากปริมาณที่ทราบค่า
- ระบุค่าที่ทราบและหน่วยของมัน เลือกความสัมพันธ์โดยพิจารณาว่าข้อสมมติฐานสอดคล้องกับเคสนี้ แล้วจัดรูปสมการก่อนแทนค่า
- ข้อมูล已知: เส้นหยุดนิ่ง 500 nm ถูกสังเกตที่ 501 nm. z = (501 − 500) / 500 = 0.002. ด้วย c = 3.0 × 10⁸ m/s, v ≈ 6.0 × 10⁵ m/s จากไป สูตรตัวส่วนของแหล่งกำเนิดเสียงไม่ใช่การประมาณแสง SL ที่ต้องการ
เส้นหยุดนิ่ง 600 nm ถูกสังเกตที่ 601.2 nm. หา z = (ค่าที่สังเกตได้ − ค่าหยุดนิ่ง) / ค่าหยุดนิ่ง ใช้ลำดับขั้นตอนเดียวกัน: ปริมาณ已知 → แบบจำลอง → สมการ → แทนค่า → หน่วยและการตีความ
เส้นสเปกตรัมที่ความยาวคลื่น rest คือ 600 nm ถูกสังเกตที่ 601.2 nm จงหา z=(observed−rest)/rest
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ผลลัพธ์คือ 0.002 . ข้อมูล: ความยาวคลื่นนิ่ง 600 nm; ความยาวคลื่นที่สังเกตได้ 601.2 nm ใช้สูตร z = (ความยาวคลื่นที่สังเกตได้ - ความยาวคลื่นนิ่ง)/ความยาวคลื่นนิ่ง z = (601.2 - 600)/600 = 0.002. ค่า z เป็นบวกคือการเลื่อนไปทางแดง; ที่ความเร็วต่ำ v จะประมาณเท่ากับ cz
ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต
- ความสัมพันธ์การเลื่อนโดยประมาณไม่ได้แสดงว่าแสงเดินทางเร็วกว่าจากแหล่งกำเนิดที่เข้าหา การระบุเส้นเดียวที่ไม่สามารถระบุได้ไม่สามารถยืนยันการเลื่อนแดงได้อย่างปลอดภัย
- กลับไปที่การสังเกตเดิม อธิบายว่าผลลัพธ์นี้สนับสนุนสิ่งใด มีเงื่อนไขใดบ้าง และเป็นอย่างไรในการทดสอบคำอธิบายอื่นที่ขัดแย้งกัน
การเลื่อนแดงที่สังเกตได้หมายความว่าความเร็วแสงเพิ่มขึ้น claim นี้เป็นเท็จ: ความเร็วแสงในสุญญากาศมีค่าเท่ากันสำหรับผู้สังเกตทุกคน การเลื่อนแดงคือการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นที่สังเกตได้จากMotionสัมพัทธ์ (หรือการขยายตัวของอวกาศ) ไม่ใช่แสงที่เดินทางเร็วขึ้นหรือช้าลง
การเลื่อนสเปกตรัม: การประมาณค่าทางดาราศาสตร์ด้วยความเร็วต่ำ: เปรียบเทียบเส้นสเปกตรัมที่ระบุได้กับความยาวคลื่นหยุดนิ่งในห้อง laboratorium ใช้สูตร z = (ค่าที่สังเกตได้ − ค่าหยุดนิ่ง) / ค่าหยุดนิ่ง จากนั้น v ≈ cz ตามแบบจำลองความเร็วต่ำที่กำหนด อย่าใช้การประมาณนี้โดยไม่ตรวจสอบเงื่อนไขหรือตีความการเลื่อนแดงทางจักรวาลวิทยาเป็นความเร็วที่แน่นอนอย่างง่าย
การเลื่อนแดงที่ถูกสังเกตหมายถึงความเร็วแสงเพิ่มขึ้น
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ความเร็วแสงในสุญญากาศมีค่าเท่าสำหรับผู้สังเกตทุกคน การเลื่อนไปทางแดงเป็นการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นที่สังเกตได้จาก-motion-สัมพัทธ์ (หรืออวกาศที่ขยายตัว) ไม่ใช่แสงที่เดินทางเร็วหรือช้าลง
การเคลื่อนที่ของเส้นสเปกตรัมที่กำหนดให้ไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น: เขียนคำศัพท์เทคนิค
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
redshift หมายถึง การเลื่อนของเส้นสเปกตรัมที่ระบุไปยังความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น