ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ 


ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่น เนื่องจากความสัมพัทธ์ระหว่างทิศทางการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดกับผู้สังเกตการณ์ ขณะที่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เข้าหา ผู้สังเกตการณ์จะสังเกตเห็นความยาวคลื่นสั้นลง (ความถี่สูงขึ้น) และเมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ออก ผู้สังเกตการณ์จะสังเกตเห็นความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น (ความถี่ต่ำลง) ตัวอย่างเช่น เมื่อรถตำรวจเปิดไซเรนวิ่งเข้ามาหาเรา เราจะได้ยินเสียงไซเรนสูงขึ้น และเมื่อรถคันนั้นเคลื่อนที่ผ่านเราออกไป ก็จะได้ยินเสียงไซเรนต่ำลง

ภาพที่ 1 ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์

พิจารณาภาพที่ 1  เมื่อวัตถุเคลื่อนที่จากตำแหน่งที่ 1 ไปยังตำแหน่งที่ 4 ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ด้านซ้ายมือจะมองเห็นวัตถุมีความยาวคลื่นลดลง ขณะที่ผู้สังเกตที่อยู่ด้านขวามือจะมองเห็นวัตถุมีความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น  อย่างไรก็ตามปรากฏการณ์ดอปเปลอร์จะมีผลเฉพาะเมื่อวัตถุเคลื่อนที่เข้าและออกจากผู้สังเกตการณ์ในแนวสายตาเท่านั้น หากวัตถุเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับแนวสายตาของผู้สังเกตการณ์ จะไม่ส่งผลใดๆ ทั้งสิ้น 

เราเรียกปรากฏการณ์ที่วัตถุเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตการณ์แล้วความยาวคลื่นลดลงว่า การเลื่อนทางน้ำเงิน  (Blueshift) และเรียกปรากฏการณ์ที่วัตถุเคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกตการณ์แล้วความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นว่า การเลื่อนทางแดง (Redshift)   คริสเตียน ด็อปเปลอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรีย ได้ค้นพบหลักการนี้ในปี ค.ศ.1842 และเขียนเป็นสมการว่า

Δλ /λo = v/c 

โดยที่ Δλ = ความยาวคลื่นที่เปลี่ยนแปลง 

          λo = ความยาวคลื่นขณะที่วัตถุหยุดอยู่กับที่ 

            v = ความเร็วที่วัตถุเคลื่อนที่ในแนวสายตา (Radial velocity) 

            c = ความเร็วแสง 300,000 กิโลเมตร/วินาที 


ตัวอย่างที่ 1: ปกติเส้น H-alpha เกิดขึ้นที่ความยาวคลื่น 656.255 nm  แต่เส้น H-alpha ในสเปกตรัมของดาวเวกาอยู่ที่ความยาวคลื่น 656.255 nm  อยากทราบว่าเกิดปรากฏการณเลื่อนทางแดงหรือเลื่อนทางน้ำเงิน ดาวเวกาเคลื่อนที่ในแนวสายตาด้วยความเร็วเท่าไร 

        Δλ = λ - λo = 656.255 - 656.285 = -0.030 nm 

        v = c (Δλ / λo) = 300,000 km/s (-0.03 nm / 656.286 nm) = -13.7 km/s       

ผลลัพท์ที่ได้เป็นค่าลบ แสดงว่า ดาวเวกากำลังเคลื่อนที่เข้าหาโลกโดยมีความเร็วเรเดียน 13.7 km/s


นักดาราศาสตร์ใช้ปรากฏการณ์ดอปเลอร์ ศึกษาวัตถุในห้วงอวกาศได้หลายประการ ได้แก่

ภาพที่ 2 การเลื่อนทางน้ำเงินและการเลื่อนทางแดงของดาวคู่

ภาพที่ 3 การค้นหาดาวเคราะห์ระบบสุริยะอื่น

ภาพที่ 4 การเลื่อนทางแดงของสเปกตรัมของกาแล็กซี