径向速度和多普勒测量

径向速度测量利用光谱线的多普勒频移来确定物体沿视线方向接近或远离观测者的速度。

Definition

径向速度是物体沿观测者视线方向的速度分量，通过其光谱线相对于静止波长的多普勒频移来测量。

Scope

本主题涵盖了从光谱线频移测量视线速度，包括与模板光谱的互相关、用于探测系外行星引起的微小反射运动的精密技术，以及星系和类星体红移的确定。它还涉及质心校正和实现高精度的波长参考方法。

Core questions

• 多普勒频移如何转换为视线速度？
• 与模板光谱的互相关如何产生精确的速度？
• 哪些仪器和参考技术能够实现系外行星探测所需的每秒米级精度？
• 星系和类星体的红移如何测量并校正到标准坐标系？

Key theories

互相关速度测量

通过将模板光谱与观测光谱进行位移并找到使它们相关性最大化的偏移量，即使对于有噪声或复合光谱也能获得精确的径向速度。

系外行星的多普勒反射法

行星使其主星围绕共同的质心运行，产生周期性的径向速度信号，其振幅和周期揭示了行星的质量和轨道。

Clinical relevance

径向速度揭示了双星轨道和恒星质量、已发现数百颗系外行星的反射运动、星团和星系的动力学，以及描绘大尺度结构和宇宙膨胀的红移。

History

多普勒频移在19世纪首次用于恒星运动；互相关方法使星系红移巡天系统化，随后，带有精确波长参考的稳定光谱仪实现了探测太阳型恒星周围第一颗系外行星所需的精度。

Seminal works

• mayorQueloz1995
• tonryDavis1979
• gray2005

Frequently asked questions

径向速度能否测量横跨天空的运动？

不能；多普勒频移只能感知物体沿视线方向接近或远离观测者的运动。横跨天空的运动通过天体测量学（作为自行运动）单独测量。

为什么需要质心校正？

地球的轨道和自转运动会增加其自身的多普勒频移；校正到太阳系质心可以消除这种影响，从而使测量到的速度反映物体的真实运动。