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적색편이

2020. 7. 17. 09:32

적색편이

적색편이란 물체가 방출되는 빛의 파장을 증가시키는 것처럼 보이는 현상입니다. 일반적으로 전자기파의 가시광선 영역에서 파장이 빨간색으로 길게 나타나므로 물체의 스펙트럼은 빨간색으로 편향된다는 의미에서 적색편이라고 합니다. 적색편이는 여러 가지 원인에 의해 발생하지만 가장 대표적인 것은 도플러 효과 때문입니다. 예를 들어, 사이렌을 울리는 소방차가 관찰자에게 접근하면 사이렌 소리가 높지만, 옆으로 지나가고 멀리 떨어져 있을 때 소리가 거꾸로 낮게 들릴 수 있습니다. 따라서 빛을 생성하는 천체가 관찰자와 분리되면 빛의 파장이 길어집니다. 우주론적 적색편이는 지구에서 수백만 명의 사람들의 결과인 공간 자체의 확장 때문에 빛의 파장이 더 길어집니다. 마지막으로, 중력 적색 현상은 빛이 강한 중력장에서 빠져나와 에너지 적색이 빛의 파장으로 보이는 현상을 상쇄합니다. 빛을 주는 물체가 관찰자에게 접근하거나 중력장에 들어가면 발생합니다. 일상생활 중의 적색편이 현상은 기상 관측용 도플러 레이더와 경찰이 속도위반 단속에 사용하는 속도측정기 등이지만, 역시 천체의 스펙트럼에서 주로 관찰됩니다. 민코프스키 공간에서 특수상대성이론 공식을 사용하여 관찰자 근처에서 움직이는 물체의 빨간색을 계산할 수 있습니다. 반면에 블랙홀의 중력과 우주 전체의 적색편이를 이해하기 위해서는 일반 상대성을 사용해야 합니다. 일반적으로 이러한 특수 상대성, 중력 또는 우주적 적색 편이 현상은 좌표계의 변환 측면에서 설명됩니다. 반대로, 광원의 좌표계인 이들 관측자 사이의 변환 때문인 적색 물질은 빛의 산란 또는 광학 효과에 의해 빛의 파장을 변화시킬 수 있지만, 그러하면 적색편이 또는 청색 편이이라는 용어는 아니지만 주로 빛 방사 투과 측면에서 설명됩니다. 적색편이의 역사는 19세기의 파동 역학의 발전과 도플러 효과의 연구로 거슬러 올라갑니다. 도플러 효과는 1842년 에이 원칙을 처음 제시한 오스트리아 과학자 크리스티 안플러의 이름을 따서 명명되었습니다. 도플러는 파도를 생성하는 물체가 관찰자에 대해 이동하면 관찰된 파도의 파장과 주파수가 다를 수 있다고 제안했지만, 이 가설은 1845년에 음파를 사용하는 네덜란드 과학자 바위스 발롯에 의해 처음 확인되었습니다. 반면에 도플러는 별의 운동 속도 때문에 이원성의 색이 다르게 나타난다는 가설을 제시했지만, 사실별의 색이 다른 이유는 별 온도가 다르고 별의 속도가 별의 색을 바꿀 만큼 크지 않기 때문입니다. 이원성이 가설이 정확하지 않다는 것이 분명해졌지만, 도플러가 제시한 원리는 이제 천체의 속도를 측정하는 데 널리 사용되고 있습니다. 천문학에서 도플러 효과 때문인 적색편이는 1848년 히폴리토피죠에 의해 처음 관찰되었습니다. 그는 별의 선스펙트럼 파장이 바뀌었음을 발견했지만, 이 효과는 "도플러-피죠 효과“라고 불리기도 합니다. 1868년 영국의 천문학자 윌리엄 허긴스는 지구에서 멀리 움직이는 별의 속도를 처음으로 측정했습니다. 1871년, 태양 반전으로 프라운호퍼선이 0.1 정도 되는 현상이 관측됐습니다. 1887년에는 보 겔과 샤이너는 지구의 공전 때문에 1년 동안 별의 파장이 주기적으로 변하는 현상을 발견했습니다. 1901년 아리스따르흐 벨로 폴 스키는 실험실에서 회전하는 거울을 사용하여 도플러-피죠효과를 재현했습니다. 베스토 슬라이퍼는 1912년 당시 '나선 성운'으로 불리는 은하가 상당히 큰 적색편이를 보였다는 사실을 발견했으며, 이 논문에서 슬라이퍼는 공중에 균등하게 분포된 나선 은하의 속도를 측정했습니다. 세 개를 제외하고, 우리는 모든 은하가 약 수백 킬로미터 / 천 킬로미터의 속도로 우리 은하에서 멀어지고 있음을 발견했습니다. 에드윈 허블은 은하까지의 거리가 은하의 적색 편이 (속도)에 비례한다는 허블의 법칙을 발견했습니다. 이 발견은 알렉산더 프리드먼이 1922년에 일반 상대성이론에서 파생된 것처럼 우주가 정적보다는 팽창하고 있다는 이론적 관찰을 확인하는 것이었습니다. 오늘날이 발견은 우주의 확장과 대량 폭발 이론을 뒷받침하는 가장 중요한 근거로 받아들여지고 있습니다. 천문학에는 우주 적색편이가 있으며, 특히 천문학 분광학은 주로 천문학 분광학에서 관찰된 적색편이가 도플러 효과 때문에 발생합니다. 측정할 적색편이는 관측된 천체 스펙트럼에서 흡수선 및 방출 선과 같은 특징을 찾고 실제로 관찰된 파장과 실험실에서 얻은 고유 파장을 비교하여 천체의 적색편이가 발견됩니다. 이 흡수선, 방출선 등은 천체에 존재하는 특정 요소에 대해 발생하며 실험실에서 이러한 요소가 방출하는 빛의 파장을 결정할 수 있습니다. 일반적으로 천체의 적색편이 가히 스펙트럼을 측정할 때 정확하게 측정할 수 있지만, 천체의 스펙트럼을 얻는 데 상당한 시간이 필요하므로 많은 천체 적색편이를 측정하기가 쉽지 않습니다. 따라서 일부 천체에서 스펙트럼 데이터가 없거나 너무 어둡고 분광학적 관측이 없는 경우 천체 측광 데이터를 사용하여 대략 적색편이 값을 추론할 수 있습니다, 그리고 이러한 방식으로 얻은 적색편이를 분광 적색편이라고 합니다. 근우주에서의 적색편이. 매우 가까운 은하계에서 관찰된 적색편이는 대부분 시선 방향으로 거의 움직이기 때문에 발생하는 도플러 적색편이입니다. 따라서 천문학자들은 적색편이 (또는 청색편이)를 측정하여 천체의 속도를 측정하고 천체의 물리적 특성을 연구합니다. 아래의 다양한 예에서와같이, 적색편이는 천문학 분광학에서 가장 중요한 도구 중 하나입니다. 천문학적 분광학 초기에 적색편이는 금성과 같은 태양 행성의 자기 굴절 속도를 측정하는 데 사용되었습니다. 이중 적색편이를 측정하면 별의 질량을 결정할 수 있습니다. 때로는 하늘에서 두 별이 매우 가깝고 사진만으로는 ㅉㆍㄱ별과 혼별을 구별할 수 없으며 도플러 효과를 사용하여 두 별로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 이 쌍둥이별은 분광쌍성이라고 불리며, 이 도플러 효과 기술을 사용하여 외계 행성 시스템을 탐험하거나 행성의 물리적 특성 (홍수 기간, 행성 질량, 궤도)을 연구합니다. 또 태양 표면의 적색편이를 측정해 태양 표면의 미세 진동을 연구하는 분야를 별지 진학이라고 합니다. 우리 은하 내부의 수소 가스에 의해 방출되는 21cm 선의 적색편이와 폭을 측정하면 우리 은하의 성간 물질이 어떻게 움직이는지 볼 수 있습니다. 반면에, 외부 은하계에서 적색편이가 은하 표면을 가로질러 어떻게 변하는지 측정할 때, 우리는 이것을 사용하여 은하의 별, 가스가 어떻게 회전하는지, 그리고 은하의 질량을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 그리고 우리는 중성자별과 블랙홀에서 나오는 빛의 도플러, 중력 적색편이, 그리고 그 주변에서 물질이 어떻게 빨려지는지 연구할 수 있습니다. 외은하의 적색편이.멀리 떨어진 외부 은하에서 관찰되는 적색편이는 주로 우주 팽창 때문인 우주론적 적색편이이며, 멀리 떨어진 은하만큼 큰 적색편이는 우주 확장의 기초라는 허블의 법칙입니다. 은하가 우리에게서 멀어질수록, 은하에서 빛이 방출된 후 우주가 확장되어 빛의 파장이 커지고 빛이 더 빨갛게 변합니다. 현대 우주 모델이 발표한 바로는, 매우 먼 천체의 적색편이를 측정하면 천체의 거리와 천체가 존재하는 과거의 우주의 나이를 결정합니다. 수백 MPC 이상 떨어진 천체는 먼 천체의 거리를 직접 측정하기가 매우 어려워서 적색편이를 측정하고 표준 우주 모델을 적용하면 거리를 결정할 수 있습니다. 방사선 전달 또는 광학 효과에 의한 현상. 빛의 파장과 주파수는 빛이 물질과 상호 작용하고 전파하는 과정에서 다양할 수 있으며 방사선 전달 및 물리적 광학 분야에서 처리됩니다. 이것은 기준 좌표계의 변환을 위해 생성된 적색편이와는 다르며, 전파되는 광 (또는 광자)이 물질과 에너지를 교환할 때 파장의 변화가 발생합니다. 예를 들어, 파장은 빛의 산란이나 전파 매체의 굴절률 변화 때문에 다를 수 있습니다. 이러한 현상은 때로는 "적색편이"또는 "청색편이"되었다고 하지만, 이는 기존에 설명된 적색편이와는 확실히 구별되어야 합니다. 적색편이는 적색화 현상과 혼동돼서는 안 됩니다. 적색화 현상은 짧은 파장을 가진 빛이 긴 파장을 가진 빛보다 쉽게 산란하기 때문에 발생하며, 빛의 소스에서 방출되는 빛의 일부 파장에서는 주로 긴 파장을 가진 빛이 관찰자에게 많이 도달하기 때문입니다. 즉, 광원에 의해 생성된 모든 스펙트럼 대역의 파장은 증가하지 않고 오히려 짧은 파장의 빛을 흡수하거나 산란시킴으로써 광원이 빨간색입니다. 광원의 전자기 스펙트럼의 모양이 변화하는 현상- 이러한 적색화 현상의 대표적인 예는 일몰이나 일출이 있을 수 있습니다.

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