红移与蓝移

　　红移

　　红移，在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象，在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长、频率降低。红移的现象目前多用于天体的移动及规律的预测上。

　　红移有3种：多普勒红移（由于辐射源在固定的空间中远离我们所造成的）、引力红移（由于光子摆脱引力场向外辐射所造成的）和宇宙学红移（由于宇宙空间自身的膨胀所造成的）。对于不同的研究对象，牵涉到不同的红移。

　　太阳光的红移太阳表面发出的光有不均匀的红移现象，这是由光和太阳间的引力作用造成的一种特殊的红移现象，即引力红移现象。

　　1.太阳光从中心到周边红移幅度逐渐增加与引力红移的关系：如示意图一

　　红色球示太阳，O点示太阳中心，A示太阳的西边的一个发光点，若光平行运动可以射到a点，若光和太阳间的引力适度可以射到b点并与Bb线相交于b点，Ab大于Aa；C示太阳东边的一个点，太阳光平行运动可以射到c点，在太阳的引力作用下也可以射到b点，cb大于Bb;B点示我们面对的太阳发光面中间的一个发光点，B点发出的光和太阳间引力的拖拽作用使光的速度降低，没有改变光的运动方向，仅使光晚点到达b点。我们站在图的右边看太阳表面上A 、B、C三点发出的光受力情况。 1.1太阳和光间的引力作用使日面中心的光速减慢：来自日面中心B点射向我们的光与太阳的引力作用的方向与光的运动方向成180度角，引力作用的结果是光的能量降低，使光的速度减慢，B点射向地球的光是日面上射向地球速度最低的光。依据“光和物质间相互作用力”的理论和新的“红移理论”（光的速度高于正常光的速度，这种光就会发生红移，这种光就是红移光）这里发出的光是日面上红移幅度最小的光。 1.2太阳的引力作用使日面边缘的光得到加速：从A、C两点射向我们的光和太阳的引力作用的方向成90度角，引力作用的结果并没有降低光的能量，仅使光运动方向发生改变，使光向太阳方向弯曲，根据三角形原理，光的速度应该增加，即太阳边缘发出光的速度高于正常光的速度。

　　依据“光和物质间相互作用力”的理论和新的“红移理论”（光的速度高于正常光的速度，这种光就会发生红移，这种光就是红移光），这里发出的光是日面上红移幅度最大的光。 1.3日面边缘光经过太阳大气受密度差的作用力被相对加速：由于日面中心的光减速，日面边缘的光加速，根据新的红移理论，光速越高，光红移的幅度越大，所以，日面边缘的光红移幅度大于日面中心的光。 2.太阳东边缘发出光红移幅度大于西边缘发出光红移幅度的原因：太阳表面的线速度约为2Km/s，由于太阳的自转，太阳东、西两边缘相对于我们的运动速度差为4Km/s，它们发出光的速度也相差4Km/s,虽然它们都有红移现象，但太阳东边缘发出光的红移幅度要大于西边缘发出光的红移幅度。

　　多普勒红移

　　物体和观察者之间的相对运动可以导致红移，与此相对应的红移称为多普勒红移，是由多普勒效应引起的。通常引力红移都比较小，只有在中子星或者黑洞周围这一效应才会比较大。对于遥远的星系来说，宇宙学红移是很容易区别的，但是在星系随着空间膨胀远离我们的时候，由于其自身的运动，在宇宙学红移中也会参杂进多普勒红移

　　重力红移

　　根据广义相对论，光从重力场中发射出来时也会发生红移的现象。这种红移称为重力红移。一般说来，为了从其他红移中区别引力红移，你可以将这个天体的大小与这个天体质量相同的黑洞的大小进行比较。类似星云和星系这样的天体，它们的半径是相同质量黑洞半径的千亿倍，因此其红移的量级也大约是静止频率的千亿分之一。对于普通的恒星而言，它们的半径是同质量黑洞半径的十万倍左右，这已经接近目前光谱观测分辨率的极限了。中子星和白矮星的半径大约是同质量黑洞半径的10和3000倍，其引力红移的量级可以达到静止波长的1/10和1/1000。

　　宇宙学红移

　　20世纪初，美国天文学家埃德温·哈勃发现，观测到的绝大多数星系的光谱线存在红移现象。这是由于宇宙空间在膨胀，使天体发出的光波被拉长，谱线因此“变红”，这称为宇宙学红移，并由此得到哈勃定律。20世纪60年代发现了一类具有极高红移值的天体——类星体，成为近代天文学中非常活跃的研究领域。宇宙学红移在100个百万秒差距的尺度上是非常明显的。但是对于比较近的星系，由于星系本身在星系团中的运动所造成的多普勒红移和宇宙学红移的量级差不多，你必须仔细的别开这两者。通常星系在星系团中的速度为3000km/s，这大约与在5个百万秒差距处的星系的退行速度相当

　　红移公式为：

　　e^z=v/c（z+1）+1

　　其中：e 为自然对数底数 z 为红移 c 为光速 v 为宇宙间的星体退行速度

　　蓝移

　　蓝移，与红移相对。

　　在光化学中，蓝移也非正式地指浅色效应。蓝移指一个正向观察者移动的 物体所散射的电磁波(比如光)的频率在光谱线上向蓝端的方向移动(意味着波长缩减)。在互相移动的参考系之间波长的移动又叫做多普勒移动或者多普勒效应。 1993 年，美国贝尔实验室在硒化镉中发现随着粒子尺寸的 减小光颜色从红变成绿进而蓝，有人把这种发光带或吸收由长波移 颜色从红变成绿进而蓝，有人把这种发光带或吸收由长波移向短波长的现象称为 "蓝移 "。

　　与红移的区别

　　一个天体的光谱向长波（红）端的位移叫做红移。通常认为它是多普勒效应所致，即当一个波源（光波或射电波）和一个观测者互相快速运动时所造成的波长变化。美国天文学家哈勃于1929年确认，遥远的星系均远离我们地球所在的银河系而去，同时，它们的红移随着它们的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈勃定律，它成为星系退行速度及其和地球的距离之间的相关的基础。

　　这就是说，【一个天体发射的光所显示的红移越大，该天体的距离越远，它的退行速度也越大】。红移定律已为后来的研究证实，并为认为【宇宙膨胀】的现代相对论宇宙学理论提供了基石。

　　上个世纪60年代初以来，天文学家发现了类星体，它们的红移比以前观测到的最遥远的星系的红移都更大。各种各样的类星体的极大的红移使我们认为，它们均以极大的速度（即接近光速的90%）远离地球而去；还使我们设想，它们是宇宙中距离最遥远的天体。光是由不同波长的电磁波组成的，在光谱分析中，光谱图将某一恒星发出的光划分成不同波长的光线，从而形成一条彩色带，我们称之为【光谱图】。

　　恒星中的气体要吸收某些波长的光，从而在光谱图中就会形成暗的吸收线。每一种元素会产生特定的吸收线，天文学家通过研究光谱图中的吸收线，可以得知某一恒星是由哪几种元素组成的。将恒星光谱图中吸收线的位置与实验室光源下同一吸收线位置相比较，可以知道该恒星相对地球运动的情况。

　　当一辆高速行驶的赛车，以匀速V向我们驶来，然后又擦身而过的时候，我们用（声波）多普勒效应对赛车进行全方位的跟踪观察，就会发现一个有趣的现象，即赛车迎面向我们驶来时，发生类似于光的蓝移现象，频率升高；当赛车擦身而过的一瞬间（如果我们测量足够及时的话），发生类似于静止状态观察光的本源状态，频率正常；当赛车远离我们而去的时候，发生类似于光的红移现象。由于光速太快，所以只能在天文观察之下才能看到星系发光的红移或蓝移现象。

　　其实，声波与光波的效应完全相同，只是一个只能在空气（或其他介质）中传播，而另一个则可以在真空中传播。一个可以被高速运动的物体穿越，另一个则任何物体的速度都不可以穿越。假设在红移或蓝移现象中光速不变，那么通过分析声波多普勒效应就可以看出”光速不变”之不可行处。通过三个观测点的观测，我们就会发现三个不同波长的光，如果光速不变的话。而在可见光之中，不同波长代表不同颜色的光。这样就使光的性质发出了改变，即光源在加热或降温的状态下，才会改变光的颜色。然而，对于红移光与蓝移光只是频率与本源光的频率发生了降低与升高的变化，不是光的颜色发生了改变。否则就根本无法分清红移或蓝移现象了。