красное смещение

КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ - увеличение длины волны монохроматич. компонента спектра источника излучения в системе отсчёта наблюдателя по сравнению с длиной волны этого компонента в собств. системе отсчёта . Термин "К. с." возник при изучении спектральных линий оптич. диапазона, смещённых в сторону длинноволнового (красного) конца спектра. Причиной К. с. может явиться движение источника относительно наблюдателя - Доплера эффект или (и) отличие напряжённости поля тяготения в точках испускания и регистрации излучения - гравитационное К. с. В обоих случаях параметр смещения не зависит от длины волны, так что наблюдаемая плотность распределения энергии излучения f₀() связана с аналогичной плотностью в собств. системе отсчёта f_e () соотношением

Доплеровское смещение длины волны в спектре источника, движущегося с лучевой скоростью и полной скоростью , равно

Для чисто радиального движения красному смещению (z_D>>0) отвечает увеличение расстояния до источника (>0), однако при отличной от нуля тангенциальной составляющей скорости значения Z_D>O могут наблюдаться и при <0.

Гравитац. К. с. было предсказано А. Эйнштейном (A. Einstein, 1911) при разработке общей теории относительности (ОТО). В линейном относительно ньютоновского потенциала приближении (см. Всемирного тяготения закон) , где соответственно значения гравитац. потенциала в точках испускания и регистрации излучения (z_g>0 в том случае, когда в точке испускания потенциал по модулю больше). Для массивных компактных объектов с сильным полем тяготения (напр., нейтронных звёзд и чёрных дыр)следует пользоваться точными ф-лами. В частности, гравитац. К. с. в спектре сферич. тела массой М и радиусом (r_g - гравитационный радиус, G - гравитационная постоянная)определяется выражением

Первоначально для эксперим. проверки эффекта Эйнштейна исследовались спектры Солнца и других астр. объектов. Для Солнца z_g2*10^-6, что слишком мало для надёжного измерения эффекта, однако в спектрах белых карликов (r10³-10⁴ км, r_g1-3 км, z_g10^-4- 10^-5) эффект был обнаружен. В 1960 Р. Паунд (R. Pound) и Г. Ребка (G. Rebka), используя Мёссбауэра эффект ,измерили гравитац. К. с. при распространении гамма-излучения в земных условиях (z_g10^-15).

Представление о космологич. К. с. возникло в результате работ (1910-29) В. Слайфера (V. Slipher), К. Вирца (К. Wirtz), К. Лундмарка (К. Lundmark) и Э. Хаббла (Е. Hubble). Последний в 1929 установил т. н. Хаббла закон - приблизительно линейную зависимость z,. от расстояния D до далёких галактик и их скоплений: z_c(H₀/c)D, где H₀ - т. н. параметр Хаббла [совр. оценка Н₀75 км/(с*Мпк) с неопределённостью до множителя 1,5].

Космологич. К. с. связано с общим расширением Вселенной и обусловлено совместным действием эффектов Доплера и Эйнштейна (для относительно близких галактик, при D<10³ Мпк, осп. роль играет эффект Доплера). В спектрах галактик зарегистрировано макс. значение z_c3, в спектрах квазаров z_c4,5(1988). В 1965 А. Пензиас (A. Penzias) и Р. Вильсон (R. Wilson) обнаружили микроволновое фоновое излучение с темп-рой 2,7 К, интерпретируемое как реликт ранней стадии расширения Вселенной. Для реликтового излучения z_c1500.

Эффект К. с. в спектрах далёких галактик (эффект "разбегания" галактик) получил объяснение в рамках нестационарной космологической модели, основанной на ОТО (А. А. Фридман, 1922). Для нестационарной изотропной и однородной Вселенной (см. Космология)величина z_c связана с масштабным фактором R (t)в моменты испускания t_e и регистрации t₀ света соотношением

Расширению Вселенной отвечает здесь z_c>0. Закон Хаббла рассматривается как линейное приближение к последнему соотношению с . Конкретный вид ф-ции R (t)определяется ур-ниями гравитац. Поля Ото. В. Ю. Теребиж.

   <<      Предметный указатель      >>