光的都卜勒頻移

你在街上聽過都卜勒效應：救護車朝你疾馳而來時警笛音調升高，呼嘯離去時音調降低。音調變化是因為運動把聲波擠壓或拉伸了。光也完全一樣。當一個光源朝我們運動，它的波被擠壓成更短的波長（偏向藍端）；當它遠離時，波被拉伸成更長的波長（偏向紅端）。

天文學家探測這一點，靠的不是整體顏色，而是觀察尖銳的譜線——那些由原子產生、位於已知固定波長處的特徵。如果這些譜線都顯得移向更長的波長，天體就在遠離；移向更短，就在靠近。頻移的大小給出沿我們視線方向的速度，即視向速度。對於日常的天文速度，波長的相對移動量就簡單地等於速度除以光速，所以一條移動了千分之一的譜線意味著約每秒300公里的速度。

都卜勒頻移是天文學最多產的工具之一。它揭示恆星和星系運動得多快，通過一顆恆星被迫產生的擺動暴露出看不見的伴星（這是一種系外行星探測方法的核心），測量星系的自轉，並從星團速度的彌散來給星團「稱重」。一個關鍵警告：都卜勒頻移只測量穿過空間的運動。極遠星系的紅移是某種微妙不同的東西——宇宙膨脹時空間本身的拉伸——儘管乍看之下它像一個都卜勒頻移。