시선속도 측정법에서의 항성의 도플러효과와 우주 팽창에 의해 일어나는 도플러효과는 같이 일어나나요?
시선속도 측정법에서의 항성의 도플러효과와 우주 팽창에 의해 일어나는 도플러효과는 같이 일어나나요?? 우주도 팽창과 항성도 도플러효과를 일으키는데 이를 분광기로 관측하면 어떤 형태가 나오나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
네, 같이 일어납니다. 먼저, 우주는 팽창하고 있기 때문에 우리지구와 멀리 떨어진 행성이나 별은 계속해서 멀어지고 있습니다. 이 때 행성, 별에서 나온 빛에 대해 적색편이 도플러 효과가(파장이 길어지는) 일어나고 있죠.
그리고 시선속도 측정법은 항성의 자전이나 행성, 항성의 공전시 발생하는 도플러 효과로 공전속도나 자전속도를 측정하는데 사용합니다.
자전, 공전 상관없이 우리 지구로 다가오는 속력을 가진 경우에는 청색편이 도플러 효과(파장이 짧아지는)가 발생하며, 우리 지구로 멀어지는 속력을 가진 경우에는 적색편이 도플러 효과(파장이 길어지는)가 발생합니다. 이 때 청색편이, 적색편이 도플러 효과에 대해서는 자전, 공전에 대해 발생하는 도플러 효과입니다.
우주는 팽창하고 있기 때문에 각각의 빛이 지구에 도달하면서 생기는 도플러 효과는 적색편이 도플러 효과로 동등한 정도로 작용합니다. 즉 분광기로 측정하면 시선속도 측정법에 따른 결과를 얻지만 각각의 파장은 예상보다 길게 측정됩니다.
수치적으로 예를 들자면, 항성의 자전이나 공전 속력(v)에 의한 파장(λ)의 도플러 효과를 λ+α, λ-α 라고 둡시다. 자전, 공전 시 다가 올때 파장은 λ-α로 짧아집니다. 반대로 멀어질 경우에는 λ+α로 길어집니다. (α는 자전이나 공전속도에 관한 식)
이 빛이 지구로 들어오면서 우주 팽창에 의한 도플러 효과가 일어나는데 그 정도를 β라고 두면 각각, λ+α+β, λ-α+β가 됩니다. (β는 우주 팽창 속도에 관한 식)
즉, 분광기에서는 우주팽창에 의해 각각의 파장이 더 길게 측정되는 것이죠. 하지만, 우리는 시선속도 측정법을 통해 공전속도나 자전속도를 알아내기 위해 측정을 한 것으로 두 파장의 차는 2α가 됩니다. 이 파장 차를 이용해 얻은 α로부터 자전 속도, 공전 속도를 알 수 있는 것이죠. 또 재미난 것은 이 α를 알아내는 순간 β값도 알 수 있기 때문에 항성이 우리 지구로부터 얼마나 빨리 멀어지고 있는지도 측정이 가능합니다.
이해를 돕고자 설명이 길어졌네요. 이해가 되셨길 바랍니다.
도움이 되셨다면 추천 부탁드립니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
일단 기본적으로 우주가 멀어지는것 때문에 최초 빅뱅의 신호였던 우주경계면,우주배경복사에 대해서 적색편이가 발생합니다.
그래서 효과가 중첩될 수 있습니다.
감사합니다.
우주 팽창에 의한 도플러 효과가 포함된 것입니다.
시선속도 측정법은 관측자가 바라보는 방향으로 움직이는 속도를 측정하는 것입니다.
여기에 실제로 항성이 관측자에게 다가오더라도 우주 팽창에 의해 멀어지고 있다면,
분광기는 멀어진다고 판단하게 됩니다.
