О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд неба.
![]() | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( январь 2022 г. ) |


О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд неба или в оригинале на немецком языке О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд неба - трактат Кристиана Доплера (1842 г.) [ 1 ] в котором он постулировал свой принцип, согласно которому наблюдаемая частота изменяется, если движется источник или наблюдатель, что позже было названо эффектом Доплера . Оригинальный текст на немецком языке можно найти в Wikisource. Следующее аннотированное резюме служит дополнением к оригиналу.
Заголовок
[ редактировать ]Название » « О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд неба — попытка создать более общую теорию, включающую в качестве интегрирующей части теорему Брэдли об аберрациях ( О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд неба) небеса - Попытка создания общей теории, включающей в качестве неотъемлемой части теорему Брэдли) уточняет цель: описать гипотезу эффекта Доплера, использовать ее для объяснения цветов двойных чисел звезды и установить связь со звездной аберрацией Брэдли. [ 2 ]
Содержание
[ редактировать ]§ 1 , в котором Допплер напоминает читателям, что свет — это волна и что ведутся споры о том, является ли это поперечной волной , в которой частицы эфира колеблются перпендикулярно направлению распространения. Сторонники утверждают, что это необходимо для объяснения поляризации света, тогда как противники возражают против последствий для эфира . Допплер не выбирает сторону, хотя проблема возвращается в § 6.
§ 2 Доплер отмечает, что цвет — это проявление частоты световой волны в глазах смотрящего. Он описывает свой принцип, согласно которому сдвиг частоты происходит при движении источника или наблюдателя. Корабль встречает волны с большей скоростью, когда идет против волн, чем когда идет вместе с ними. То же самое касается звука и света.
§ 3 Доплер выводит свои уравнения для сдвига частоты в двух случаях:
Уравнение Доплера [ 3 ] | Современное уравнение | ||
1. | Наблюдатель приближается к стационарному источнику со скоростью v o | ||
2. | Источник приближается к неподвижному наблюдателю со скоростью v s |
§ 4 Допплер дает воображаемые примеры больших и малых сдвигов частоты звука:
v o = - c | ж ' = 0 | сдвиг частоты вниз до неслышно низких тонов |
v s = - с | f ' /f = 0,5 | сдвиг частоты вниз более чем на 1 октаву, все еще слышен. |
v с = + с | ж ' / ж = ∞ | сдвиг частоты до неслышно высоких тонов [ 4 ] |
v o = 40 m/s [ 5 ] | от С до D | нота C переходит в D. |
v o = 5.4 m/s | четвертная нота | порог для лучших наблюдателей с абсолютным слухом [ 6 ] |
§ 5 Допплер дает воображаемые примеры больших и малых сдвигов частоты света звезд. Скорости выражаются в мейлен/с, а скорость света имеет округленное значение 42000 мейлен/с. [ 7 ] Допплер предполагает, что 458 ТГц (крайний красный) и 727 ТГц (крайний фиолетовый) являются границами видимого спектра. [ 8 ] что спектр, излучаемый звездами, лежит как раз между этими границами (за исключением инфракрасных звезд из § 8) и что цвет света, излучаемого звездами, — белый. [ 9 ]
миль/с | км/с | ж ' /ж | |
v с = -19000 [ 8 ] | 141000 | 458 / 727 | переход от крайне фиолетового к крайне красному, и от других цветов до невидимого диапазона за пределами крайнего красного [ 10 ] |
v с = -5007 [ 8 ] | 37200 | 458 / ? | переход от желтого к крайне красному |
v с = -1700 | 12600 | 458 / ? | переход от красного к крайне красному |
v с = -33 | 244 | 458 / 458.37 | порог зрительного восприятия изменения цвета [ 11 ] переход от оттенка красного к следующему оттенку красного |
§ 6 Допплер резюмирует:
- Естественный цвет звезд — белый или слабо-желтый.
- Белая звезда, приближающаяся с возрастающей скоростью, последовательно превращалась в зеленую, синюю, фиолетовую и невидимую (ультрафиолетовую).
- Белая звезда, удаляющаяся с прогрессирующей скоростью, станет желтой, оранжевой, красной и невидимой (инфракрасной).
Доплер желает, чтобы его теория сдвига частоты вскоре была проверена другим методом определения лучевой скорости звезд. Он без причины думает, что подтверждение его теории означало бы, что свет — это не поперечная, а продольная волна. [ 12 ]
§ 7 Доплер утверждает, что его теория применима главным образом к двойным звездам. По его мнению, неподвижные звезды [ 13 ] неподвижны и белые. [ 14 ] В двойной звезде высокие скорости могут быть возможны из-за орбитального движения. [ 15 ] [ 16 ] и двоичные файлы кажутся красочными. [ 17 ] Доплер делит двойные системы на две группы: (1) двойные звезды неравной яркости; и (2) двойные звезды одинаковой яркости. Его интерпретация такова: в случае (1) чем ярче звезда, тем тяжелее, вокруг него вращается более слабая звезда; в случае (2) обе звезды вращаются вокруг центра масс посередине или вокруг темной третьей звезды. В случае (2) цвета обычно дополняют друг друга. Доплер исключает, что богатые дополнительные цвета двойных звезд являются контрастными иллюзиями, поскольку астроном сказал, что он заметил, что закрытие одной звезды не меняет цветовое впечатление другой звезды. Доплер утверждает, что его теория подтверждается тем фактом, что для многих двойных звезд цветовая индикация в каталоге Струве отличается от цветовой маркировки в более старом каталоге Гершеля, что объясняет разницу прогрессом орбитального движения. [ 18 ]
§ 8 Доплер представляет две группы переменных звезд, которые, по его мнению, можно объяснить как двойные звезды с эффектом Доплера. Это «другие звезды на небесах» из названия.
- Периодические переменные звезды, которые большую часть времени невидимы и на короткое время светятся красным цветом один раз за цикл. По мнению Доплера, это двойные звезды. Такая звезда обычно невидима, поскольку вместо белого света она излучает инфракрасный свет. На участке орбиты с максимальной радиальной скоростью в направлении Земли наблюдаемая частота на Земле сдвинута от инфракрасной к видимой красной.
- «Новые звезды» (в частности, две сверхновые , Новая Тихо 1572 года и Новая Кеплера 1604 года), которые внезапно появились, имели белый цвет в самой яркой фазе, затем переходили в желтый и красный и, наконец, тускнели. По мнению Допплера, они тоже являются двойными звездами с чрезвычайно высокой скоростью и длительным периодом. [ 19 ] Доплер предполагает, что Сириус, самая яркая звезда на небе, принадлежит к этой группе, поскольку в некоторых древних текстах говорится, что ее цвет был красным, а не нынешним белым. [ 20 ]
§ 9 Допплер отмечает, что орбитальная скорость Земли (4,7 Мейлен/с) слишком мала (<33 Мейлен/с), чтобы привести к визуально заметным изменениям цвета. Он выделяет два фактора, которые могут привести к высоким орбитальным скоростям двойной звезды:
- Центральная звезда намного тяжелее Солнца. По данным Доплера, вполне возможны звезды, которые в миллион раз тяжелее Солнца. [ 21 ]
- Высокоэллиптическая орбита с небольшим расстоянием в перигелии. [ 22 ] (<1 ЕД ).
Доплер предполагает, что существуют двойные звезды со скоростью перигелия, превышающей скорость света. Астроном Литтроу предположил бы, что скорость перигелия визуально двойной звезды γ Девы почти равна скорости света.
§ 10 Доплер резюмирует вышеизложенное и приходит к выводу, что его предположения объясняют так много, что его теория должна быть верной. Он делится еще несколькими предположениями:
- Цвета двойных звезд не статичны, они периодически меняются синхронно с орбитальным движением.
- Звезды § 8, которые внезапно (всего за несколько часов) появляются, затем постепенно гаснут и остаются невидимыми в течение многих лет, представляют собой двойные звезды с высокоэллиптической орбитой и высокой скоростью перигелия. Если Земля видит орбиту под углом, такая звезда может появиться быстрее, чем исчезнуть.
- Колебания периода переменных звезд типа Миры (по данным Допплера ее период колеблется от 328 до 335 дней) являются результатом орбитального движения Земли.
§ 11 Заключение: Доплер ожидает, что его теория сдвига частоты будет принята, поскольку аналогичные аберрации, зависящие от v/c (аберрации Рёмера и Брэдли), [ 23 ] были приняты раньше. Допплер ждет, пока эксперты решат, послужат ли его предположения доказательством. Он убежден, что в конечном итоге его принцип будет использован для определения скорости далеких звезд. [ 24 ]
Примечания
[ редактировать ]- ↑ В некоторых источниках в качестве года публикации упоминается 1843 год, поскольку в этом году статья была опубликована в «Записках Богемского общества наук» . Сам Доплер называл это издание «Прага 1842 года от Борроша и Андре», потому что в 1842 году у него было напечатано предварительное издание, которое он распространял независимо.
- ^ В 1728 году Брэдли обнаружил и объяснил так называемую аберрацию звездного света . Эта аберрация стала одним из первых убедительных доказательств конечной скорости света во Вселенной. Конечный смысл в данном случае: хоть и велик, но не чрезвычайно велик по сравнению с орбитальной скоростью Земли. Аберрация Брэдли примерно пропорциональна v/c — отношению скорости Земли к скорости света. Эффект Доплера имеет аналогичную пропорциональность с v/c.
- ^ Допплер использует для обозначения переменных другие символы, чем мы обычно делаем сегодня: f = 1/n, f ' = 1/x, v o = α o , v s = α s . (Обратите внимание на n=n" и x=x", например, количество секунд = время).
- ^ не слышно, за исключением ударной волны, игнорируемой Допплером.
- ^ 1 пер.Фусс = 0,325 м ( королевская стопа ); скорость звука 1024 пер.фусс/с = 333 м/с
- ↑ В 1845 году Байс Баллот использовал идею музыкантов с абсолютным слухом для первой экспериментальной проверки эффекта Доплера.
- ^ Майле = geografische Meile = 7420 м. Допплер дает округленное значение 42000 Мейлен/с вместо лучшего точного значения на тот момент. Округленное значение было хорошо известно и стабильно на протяжении многих лет, тогда как точное значение менялось из-за частых новых измерений. С 1835 года точное значение составляло 41549 геогр. Мейлен / с (308000 км / с), см. « Универсальный лексикон» Пирера и « Экспериментальную физику» Вюлльнера.
- ^ Jump up to: а б с Частоты 458 ТГц (крайний красный) и 727 ТГц (крайний фиолетовый) и другие цвета, очевидно, были получены из длин волн, упомянутых Томасом Юнгом в его «Теории света и цвета» (1802) , где Допплер использовал бы 309 000 км/с в качестве скорость света. Это объясняет большинство значений в таблице, за исключением значений v s 19000 и 5007, которые остаются ошибками расчета по доплеровскому методу (отклонение около 25%).
Цвет Длина волны
по словам Янга
(нм)Частота
если с = 309000км/с
(ТГц)v s знак равно c (1- f / f ' )
если с = 309000км/с
(географические мили/с)против
по допплеру
(географические мили/с)крайний фиолетовый 425 727 -24462 -19000 (ошибка) желтый 577 535 -7037 -5007 (ошибка) красный 648 477 -1704 -1700 крайний красный 675 458 0 0 - ^ Эти предположения ошибочны. Допплер игнорирует излучаемое инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, хотя их присутствие в солнечном свете было известно еще со времен исследований Гершеля (1800 г.) и Риттера (1801 г.). В результате допплер переоценивает визуальные изменения цвета. Он знал, что звезды способны излучать инфракрасное излучение, как он и предполагает в § 8. Что касается цвета звезд, то предположение, что звезды излучают белый свет, является его главной ошибкой. Сегодня мы знаем, что цвет в основном зависит от температуры звезды.
- ^ Допплер использует старый термин «гомогенный свет» для обозначения монохроматического света.
- ^ Вывод порогового значения 458,37: Гершель заявил, что белый свет, полученный путем смешивания красного, желтого и синего света, претерпевает визуально ощутимое изменение цвета, если интенсивность любого из этих трех компонентов изменяется как минимум на 1%. Согласно Доплеру, это означает, что свет белой звезды претерпевает заметное изменение цвета, если сдвиг частоты составляет не менее 1% от красного сегмента спектра. Используя определение красного сегмента Юнга (длина волны 625–675 нм, Теория света и цвета, см. выше) и c = 309 000 км/с (см. выше), красный сегмент соответствует диапазону частот 458–495 ТГц. Значение в этом сегменте на расстоянии 1% от границы составляет 458,37 ТГц.
- ↑ Больцано в своем обзоре 1843 года указывает, что мысль Доплера о том, что его теория неприменима к поперечным волнам, является ошибкой. Аннален дер Физик 1843 г.
- ↑ В статье Доплера «неподвижные звезды» — это одиночные звезды, не являющиеся частью двойной звезды. Идея их неподвижности — наследие античности, когда идеальные неподвижные звезды противопоставлялись планетам.
- ↑ Больцано утверждает в своем обзоре 1843 года, что идея неподвижности одиночных звезд не является необходимой и что наблюдаемое собственное движение многих звезд указывает на то, что одиночные звезды действительно движутся. Аннален дер Физик 1843 г.
- ^ Позже выяснилось, что орбитальная скорость двойных звезд не особенно велика по сравнению с собственной скоростью движения звезд. В затменно-двойных системах наблюдаются скорости примерно до 200 км/с. Исключением является самая быстрая двойная звезда, редкий тип двух белых карликов, с периодом 5 минут, диаметром орбиты 80 000 км и орбитальной скоростью более 1 000 км/с. Прием J0806.3+1527
- ^ В настоящее время максимальная лучевая скорость близких одиночных звезд составляет около 300 км/с. ( Эффект Доплера#Astronomy LHS 52 )
- ↑ Имея несколько известных фактов, Доплер мог бы легко оценить, что орбитальная скорость визуальных двойных звезд, которые кажутся разноцветными, меньше орбитальной скорости Земли. Расстояние от Земли до звезд составляет не менее 4 световых лет (именно такое расстояние до ближайшей звезды). Традиционный телескоп на уровне моря имеет разрешающую способность 1 угловую секунду или хуже из-за атмосферной турбулентности. Следовательно, две звезды, составляющие визуальную двойную систему, находятся на расстоянии не менее 1 а.е. Самый короткий период визуальной двойной системы составляет 1,7 года. Поэтому орбитальная скорость зрительно-двойных систем (с круговой орбитой) меньше, чем у Земли, ниже порога визуального изменения цвета (см. § 9). Это еще один недостаток в объяснении Доплером цветов двойных изображений.
- ↑ Дополнительным поводом для Допплера сосредоточиться на двойных звездах могло быть то, что двойные звезды были горячей темой в астрономии. Точные каталоги двойных звезд составили Гершель и Струве. Было обнаружено, что двойные звезды не статичны, а вращаются по орбите вокруг центра, связанного гравитацией. Определены параметры орбиты (скорость, период и эксцентриситет). Стало ясно, что визуально одиночные переменные звезды с определенным уровнем яркости на самом деле были двойными звездами ( затменно-двойные звезды , такие как Алголь).
- ^ Поэтому Доплер ожидает, что сверхновые будут периодически вспыхивать.
- ^ Подробности см. в полемике о Сириусе Реде . Эта идея означала, что Сириус будет двойной звездой с чрезвычайно длинным периодом и высокой скоростью. Это неверно: хотя Сириус на самом деле является двойной звездой (как было обнаружено в 1844 году), он не обладает высокой скоростью.
- ↑ Теперь мы знаем, что самые тяжелые звезды в 100 раз тяжелее Солнца, но черная дыра может быть в миллион раз тяжелее Солнца. См. Солнечную массу .
- ^ В случае двойных звезд перигелий на самом деле следует называть периастром.
- ↑ Предположение Допплера о том, что его теория охватывает аберрацию Брэдли, является преувеличением. Однако он мог бы утверждать, что его теория включает в себя аберрацию Оле Рёмера (среди столь же известных астрономов) вращения спутника Юпитера Ио , которую Рёмер использовал в 1676 году для определения конечной скорости света. Эта аберрация в точности определяется выражением f'/f = (c+vo ) /c, где f' и f — кажущаяся и фактическая частота вращения. Кроме того, это показывает, что эффект Доплера применим не только к частоте колебаний волны.
- ↑ В своё время Доплер мог бы подумать об измерении смещения спектральных линий звёзд, но он этого не сделал. В 1815 году Фраунгофер наблюдал темные линии в спектрах Солнца и Сириуса. Он предположил, что каждая звезда имеет уникальный линейчатый спектр. Несколько лет спустя он измерил длину волны этих линий, используя решетку. В 1823 году Уильям Гершель предположил, что химический состав звезд можно определить по их спектру. В 1848 г. Физо указал на возможность измерения смещения спектральных линий в спектрах звезд. Но до прорыва в работах Кирхгофа и Бунзена в 1859 году спектроскопия оставалась сложным методом, дающим сложные и довольно бесполезные спектры. В 1868 году Хаггинс обнаружил красное смещение в спектре Сириуса и рассчитал скорость. В 1871 году Фогелю удалось измерить смещение спектральных линий на краях Солнца и использовать его для расчета скорости вращения Солнца. В том же году Тальбот указал на возможность открытия спектроскопических двойных звезд посредством периодического удвоения спектральных линий, а в 1889 году Пикеринг впервые наблюдал это у звезды Мицар А. Видеть Расцвет астрофизики
См. также
[ редактировать ]- Полный текст на archive.org .
- Трактаты Кристиана Доплера под редакцией Х. А. Лоренца (1907) . В заключительной главе Лоренц комментирует О цветном свете .