Лучевая скорость и доплеровские измерения

Измерение лучевой скорости использует доплеровское смещение спектральных линий для определения скорости движения объекта к наблюдателю или от него вдоль луча зрения.

Definition

Лучевая скорость — это компонента скорости объекта вдоль луча зрения наблюдателя, измеряемая по доплеровскому смещению его спектральных линий относительно их длин волн покоя.

Scope

Эта тема охватывает измерение скоростей вдоль луча зрения по смещениям спектральных линий, включая кросс-корреляцию с шаблонными спектрами, методы высокой точности, используемые для обнаружения крошечных рефлекторных движений, вызванных экзопланетами, а также определение красных смещений галактик и квазаров. Рассматриваются барицентрическая коррекция и методы эталонных длин волн, обеспечивающие высокую точность.

Core questions

• Как доплеровское смещение преобразуется в скорость вдоль луча зрения?
• Как кросс-корреляция с шаблонным спектром позволяет получить точную скорость?
• Какие инструментальные и эталонные методы обеспечивают точность до метра в секунду для обнаружения экзопланет?
• Как измеряются и корректируются красные смещения галактик и квазаров до стандартной системы отсчета?

Key theories

Измерение скорости методом кросс-корреляции

Смещение шаблонного спектра относительно наблюдаемого спектра и нахождение смещения, которое максимизирует их корреляцию, дает точную лучевую скорость даже для зашумленных или составных спектров.

Доплеровский рефлекторный метод для экзопланет

Планета заставляет свою звезду-хозяина вращаться вокруг их общего центра масс, создавая периодический сигнал лучевой скорости, амплитуда и период которого раскрывают массу и орбиту планеты.

Clinical relevance

Лучевые скорости позволяют выявлять орбиты двойных звезд и звездные массы, рефлекторные движения, благодаря которым были открыты сотни экзопланет, динамику звездных скоплений и галактик, а также красные смещения, которые используются для картирования крупномасштабной структуры и космического расширения.

History

Доплеровские смещения впервые были использованы для изучения движений звезд в XIX веке; методы кросс-корреляции систематизировали обзоры красных смещений галактик, а стабилизированные спектрографы с точными эталонными длинами волн позднее достигли точности, позволившей обнаружить первую экзопланету вокруг звезды солнечного типа.

Seminal works

• mayorQueloz1995
• tonryDavis1979
• gray2005

Frequently asked questions

Может ли лучевая скорость измерять движение по небу?

Нет; доплеровское смещение регистрирует только движение к наблюдателю или от него вдоль луча зрения. Движение по небу измеряется отдельно астрометрией как собственное движение.

Почему необходима барицентрическая коррекция?

Орбитальное и вращательное движение Земли добавляет собственное доплеровское смещение; коррекция к барицентру Солнечной системы устраняет это, так что измеренная скорость отражает истинное движение объекта.