ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p402.3: Астрономия

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить основные явления волновой оптики и механики, связанные с движением источника или наблюдателя. Красное смещение — это увеличение длины волны излучения, приходящего от удалённых объектов. Нужно определить, какой физический эффект описывает изменение частоты (и, соответственно, длины волны) волны при взаимном удалении источника и приёмника.

Вычисление и обоснование:

Когда источник света (галактика) удаляется от наблюдателя (Земли), каждый следующий гребень световой волны испускается с большей задержкой относительно предыдущего в системе отсчёта наблюдателя. Это приводит к тому, что расстояние между гребнями (длина волны λ) увеличивается. Увеличение длины волны в видимом спектре соответствует смещению линий поглощения и излучения в красную область.

Данный феномен является проявлением эффекта Доплера . Для электромагнитных волн (света) формула связи наблюдаемой длины волны λ_obs и собственной длины волны источника λ₀ при скорости удаления v (где v≪c) выглядит так:

где Δλ=λ_obs-λ₀, а c — скорость света. Поскольку v>0 (удаление), то Δλ>0, то есть длина волны растёт, что мы и называем красным смещением.

Проверка:

Эффект Доплера универсален для всех типов волн (звук, свет, радиоволны). В астрономии именно он используется для определения скоростей движения звёзд и галактик по лучу зрения. Если бы галактика приближалась, наблюдалось бы синее смещение (уменьшение длины волны). Таким образом, ответ корректно объясняет наблюдаемый факт расширения Вселенной через призму классической и релятивистской физики.