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ドップラー効果

高

よみ方

どっぷらーこうか

英 語

Doppler effect

説 明

波の発生源と観測者の相対的な速度によって波の周波数が(従って波長も)変化して観測される現象。音波などの媒質を伝わる波と(特殊相対性理論に基づく)電磁波では周波数変化を計算する式がわずかに異なる。互いに近づく場合には周波数が高く、遠ざかる場合には周波数が低く観測される。光の場合には前者を青方偏移、後者を赤方偏移(運動学的赤方偏移)と呼ぶ。遠方の銀河からの光は赤方偏移しているが、これは宇宙膨張に起因する宇宙論的赤方偏移で、ドップラー効果による運動学的赤方偏移とは異なる(ハッブル-ルメートルの法則も参照)。
1842年にオーストリアの物理学者・天文学者であるクリスチャン・ドップラー(Christian Doppler;フルート奏者・作曲家として有名なドップラー兄弟とは別人)が公表した論文で、星(連星超新星を含む)の色の観測から推測して光と音波の場合に定式化した。音波に関するドップラーの式は、1845年にオランダ人のバロット(Christophorus Buys Ballot)がユトレヒトで、屋根のない列車に乗った楽団のトランペット奏者が吹く音を絶対音感を持った音楽家が聞いて音程が変化する実験を行って証明した(星の色に関するドップラーの考察や計算は一部間違っていた)。星のスペクトルに見られるフラウンホーファー線の波長のずれから相対速度を求められることはフランス人のフィゾー(Hippolyte Fizeau)が示した(1848-1870年)。
天体のスペクトル中の吸収線輝線の波長のずれから天体と観測者の視線方向の相対速度を知ることができるドップラー効果は、天文学の基本的な研究手段である。ドップラー効果は天文学の発展に大きな役割を果たしていることに加え、現代社会のさまざまな分野で応用されている(例:野球で投球スピードを測るスピードガン、ドップラーレーダーなど)。
ドップラーの1842年の論文の解説が掲載されているサイト:
https://en.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cber_das_farbige_Licht_der_Doppelsterne_und_einiger_anderer_Gestirne_des_Himmels
家 正則「ドップラー:その人生と業績」 天文月報2021年7月号
https://www.asj.or.jp/jp/activities/geppou/item/114-7_461.pdf

https://www.youtube.com/embed/i6AouFHLb2g

ベルギーのゲント大学の研究チーム「Captain Einsteinプロジェクト」が製作したドップラー効果を体感できるムービー。「光速は時速20km」だと仮定し、ボートに乗った状態で光速(時速20km)に近づくとどのような景色が見えるかを示したもの。この動画の解説は英語だが日本語の解説は以下にある。
https://gigazine.net/news/20180709-captain-einstein-boat-tours/

2021年06月20日更新

関連画像

ドップラー効果
* ドップラー効果による赤方偏移と青方偏移の概念図(作成 岡村定矩)