Jak najít radiální rychlost hvězd: Komplexní průvodce

Jak najít radiální rychlost hvězd

V obrovském prostoru vesmíru jsou hvězdy nebeská tělesa, která po staletí přitahují lidskou zvědavost. Neustále se snažíme porozumět jejich vlastnostem, chování a pohybu. Jedním z klíčových aspektů studia hvězd je určení jejich radiální rychlosti. V tomto příspěvku na blogu se ponoříme do konceptu radiální rychlosti, jejího významu v astronomii, metod používaných k jejímu měření a příslušných vzorců.

Pochopení konceptu radiální rychlosti

Radiální rychlost se vztahuje k pohybu nebeského objektu, jako je hvězda, podél naší linie pohledu. Měří, jak rychle se objekt pohybuje směrem k nám nebo od nás. Tento pohyb je často způsoben gravitačním vlivem jiných objektů nebo rozpínáním vesmíru. Studiem radiální rychlosti hvězd mohou astronomové získat cenné poznatky o jejich kinematice, hmotnosti a interakcích v jejich prostředí.

Význam radiální rychlosti v astronomii

Měření radiální rychlosti hraje zásadní roli v různých oblastech astronomie. To zahrnuje studium pohybu hvězd, Dopplerův jev, spektroskopii a astronomická pozorování. Analýzou změn v radiální rychlosti hvězd v průběhu času mohou astronomové detekovat a studovat extrasolární planety, binární hvězdné systémy a dokonce zkoumat přítomnost neviditelných objektů, jako jsou černé díry nebo temná hmota.

Co je metoda radiální rychlosti

Metoda radiální rychlosti je široce používaná technika pro měření radiální rychlosti hvězd. Spoléhá na Dopplerův jev, který popisuje změnu frekvence nebo vlnové délky vln (v tomto případě světla) v důsledku relativního pohybu mezi zdrojem a pozorovatelem. Pečlivou analýzou spektroskopických dat získaných ze světla hvězdy mohou astronomové určit její radiální rychlost.

Vzorec radiální rychlosti

jak zjistit radiální rychlost hvězd — Obrázek by Alexandr Meleg – Wikimedia Commons, Wikimedia Commons, licencováno pod CC BY-SA 4.0.

Pro výpočet radiální rychlosti hvězdy použijeme následující vzorec:

Viz také Objektiv pro zachycení stop hvězd: Průvodce ohromující astrofotografií

$[v_r = \frac{\Delta \lambda}{\lambda} \cdot c]$

Kde:
- $(v_r)$ představuje radiální rychlost hvězdy.
- $(\Delta \lambda)$ se týká změny vlnové délky světla vyzařovaného hvězdou.
- $(\lambda)$ je původní vlnová délka emitovaného světla.
- $(C)$ označuje rychlost světla.

Tento vzorec umožňuje astronomům převést pozorovanou změnu vlnové délky na měřitelnou radiální rychlost.

Výpočet radiální rychlosti hvězdy

Výpočet radiální rychlosti hvězdy zahrnuje několik kroků. Za prvé, astronomové získají spektrum hvězdy pomocí spektrografu, který rozloží světlo na jeho základní vlnové délky. Poté identifikují specifické spektrální čáry odpovídající prvkům přítomným v atmosféře hvězdy. Měřením posunu těchto spektrálních čar směrem k delším nebo kratším vlnovým délkám mohou astronomové vypočítat změnu vlnové délky. Nakonec pomocí výše zmíněného vzorce radiální rychlosti určují radiální rychlost hvězdy.

Podívejme se na příklad pro ilustraci tohoto procesu. Předpokládejme, že spektrum hvězdy vykazuje červený posuv 0.0001 nm ve srovnání s referenční vlnovou délkou. Vzhledem k tomu, že referenční vlnová délka je 656.3 nm (odpovídá přímce vodík-alfa), můžeme vypočítat radiální rychlost následovně:

$[v_r = \frac{\Delta \lambda}{\lambda} \cdot c]$
$[v_r = \frac{0.0001}{656.3} \cdot 3 \times 10^8 \, \text{m/s}]$
$[v_r \přibližně 457.23 \, \text{m/s}]$

Proto je radiální rychlost hvězdy přibližně 457.23 m/s.

Nalezení radiální rychlosti s vlnovou délkou

Další přístup k nalezení radiální rychlosti zahrnuje analýzu vztahu mezi radiální rychlostí a vlnovou délkou. Když se hvězda pohybuje směrem k nám, její spektrální čáry jsou posunuty směrem ke kratším vlnovým délkám (modrý posun). Naopak, když se hvězda od nás vzdaluje, spektrální čáry jsou posunuty směrem k delším vlnovým délkám (červený posuv). Měřením tohoto posunu můžeme určit radiální rychlost hvězdy.

Zde jsou kroky k určení radiální rychlosti pomocí vlnové délky:

Získejte spektrum hvězdy pomocí spektrografu.
Identifikujte výrazné spektrální čáry ve spektru.
Změřte posun vlnových délek těchto spektrálních čar ve srovnání s jejich referenčními vlnovými délkami.
Použijte naměřený posuv k výpočtu radiální rychlosti pomocí příslušného vzorce.

Viz také Zvuková energie na kinetickou energii: Jak převést, příklady a fakta

Podívejme se na další příklad. Předpokládejme, že spektrální čára s referenční vlnovou délkou 589.3 nm vykazuje modrý posun 0.0002 nm. Radiální rychlost můžeme vypočítat takto:

$[v_r = \frac{\Delta \lambda}{\lambda} \cdot c]$
$[v_r = \frac{-0.0002}{589.3} \cdot 3 \times 10^8 \, \text{m/s}]$
$[v_r \přibližně -1018.59 \, \text{m/s}]$

V tomto případě záporné znaménko znamená, že se hvězda pohybuje směrem k nám a vykazuje modrý posun.

Využitím těchto technik a vzorců mohou astronomové odhalit cenné informace o pohybu, složení a vlastnostech hvězd. Studium radiální rychlosti způsobilo revoluci v našem chápání vesmíru a umožnilo nám prozkoumat záhady, které leží za naší planetou.

Pamatujte, že měření radiální rychlosti hvězd je složitý proces, který vyžaduje sofistikované přístroje a pečlivou analýzu. S pokrokem v technologii a našimi rostoucími znalostmi o vesmíru však nadále posouváme hranice astronomických pozorování a odhalujeme úžasné objevy.

Numerické úlohy, jak zjistit radiální rychlost hvězd

1 problém:

Hvězda má pozorovanou vlnovou délku 656.3 nm pro spektrální čáru, o které je známo, že má klidovou vlnovou délku 656.0 nm. Vypočítejte radiální rychlost hvězdy.

Řešení:

Radiální rychlost hvězdy lze vypočítat pomocí vzorce:

$[v_r = c \left(\frac{\Delta \lambda}{\lambda_0}\right)]$

kde:
- $(v_r)$ je radiální rychlost hvězdy,
- $(C)$ je rychlost světla ve vakuu $(c = 3 \krát 10^8)$ slečna,
- $(\Delta \lambda)$ je pozorovaná vlnová délka mínus zbývající vlnová délka,
- $(\lambda_0)$ je zbývající vlnová délka.

Zadáno:
$(\Delta \lambda = 656.3 \, \text{nm} - 656.0 \, \text{nm} = 0.3 \, \text{nm})$
$(\lambda_0 = 656.0 \, \text{nm})$

Dosazením těchto hodnot do vzorce dostaneme:

$[v_r = (3 \times 10^8 \, \text{m/s}) \left(\frac{0.3 \times 10^{-9} \, \text{m}}{656.0 \times 10^{ -9} \, \text{m}}\vpravo)]$

Zjednodušení výrazu dává:

$[v_r = 0.457 \, \text{m/s}]$

Proto je radiální rychlost hvězdy 0.457 m/s.

2 problém:

Galaxie má pozorovaný červený posuv $(z = 0.05)$ . Vypočítejte radiální rychlost galaxie.

Řešení:

Radiální rychlost galaxie lze vypočítat pomocí vzorce:

Viz také Jak měřit rychlost tekutiny v porézním médiu: Komplexní průvodce

$[v_r = c \cdot z]$

kde:
- $(v_r)$ je radiální rychlost galaxie,
- $(C)$ je rychlost světla ve vakuu $(c = 3 \krát 10^8)$ slečna ,
- $(z)$ je rudý posuv.

Vzhledem k $(z = 0.05)$ , můžeme dosadit tuto hodnotu do vzorce a najít radiální rychlost:

$[v_r = (3 \krát 10^8 \, \text{m/s}) \cdot 0.05 = 1.5 \krát 10^7 \, \text{m/s}]$

Proto je radiální rychlost galaxie $(1.5 \krát 10^7)$ slečna.

3 problém:

Kvasar má pozorovanou vlnovou délku 486.1 nm pro spektrální čáru, o které je známo, že má klidovou vlnovou délku 486.0 nm. Vypočítejte radiální rychlost kvasaru.

Řešení:

Pomocí stejného vzorce jako v úloze 1 můžeme vypočítat radiální rychlost kvasaru:

$[v_r = c \left(\frac{\Delta \lambda}{\lambda_0}\right)]$

Zadáno:
$(\Delta \lambda = 486.1 \, \text{nm} - 486.0 \, \text{nm} = 0.1 \, \text{nm})$
$(\lambda_0 = 486.0 \, \text{nm})$

Dosazením těchto hodnot do vzorce dostaneme:

$[v_r = (3 \times 10^8 \, \text{m/s}) \left(\frac{0.1 \times 10^{-9} \, \text{m}}{486.0 \times 10^{ -9} \, \text{m}}\vpravo)]$

Zjednodušení výrazu dává:

$[v_r = 0.617 \, \text{m/s}]$

Proto je radiální rychlost kvasaru 0.617 m/s.

Také čtení:

TechieScience Core SME

Základní tým TechieScience pro malé a střední podniky je skupina zkušených odborníků z různých vědeckých a technických oborů včetně fyziky, chemie, technologie, elektroniky a elektrotechniky, automobilového průmyslu a strojního inženýrství. Náš tým spolupracuje na vytváření vysoce kvalitních, dobře prozkoumaných článků o široké škále vědeckých a technologických témat pro web TechieScience.com.

Všechny naše senior SME mají více než 7 let zkušeností v příslušných oborech. Jsou to buď profesionálové z pracovního průmyslu, nebo jsou spojeni s různými univerzitami. Odkazovat Naši autoři Stránka, kde se dozvíte o našich základních malých a středních podnicích.

techiescience.com