적색 편이와 도플러 효과
미국의 슬라이퍼는 외부 은하에서 온 빛의 스펙트럼을 분석하여 대부분 은하의 스펙트럼에 나타나는 흡수선들이 실험실에서 관찰한 것보다 조금씩 붉은빛 쪽으로 치우치는 적색 편이가 나타난다는 사실을 발견했다.
슬라이퍼는 외부 은하가 멈추어 있지 않고 빠른 속도로 우리 은하에서 멀어지므로 스펙트럼에서 적색 편이가 나타나며, 적색 편이가 크게 나타나는 은하일수록 더 빠른 속도로 우리 은하로부터 멀어진다고 설명했다. 그렇다면 적색 편이로부터 외부은하들이 멀어지고 있다는 사실은 어떻게 알 수 있을까?
작은 돌 하나를 연못에 던지면 잔잔한 연못에 동그라미가 그려지면서 점차 넓게 퍼져 나가는 현상을 볼 수 있다. 이것은 수면에서 발생한 파동으로 물이 위아래로 오르내리며 진동하기 때문에 나타나는 현상이다. 소리나 빛도 파동의 한 종류이며, 우리가 소리를 듣고 빛을 보는 것은 서로 다른 종류의 파동을 관측하는 것이다.
파동을 일으키는 물체가 관측자에게서 멀어지거나 가까워지면 정지해 있을 때보다 파장이 길어지거나 짧아지는데, 이러한 현상을 도플러 효과라고 한다. 그림 5와 같이 관측자에게서 멀어지는 구급차의 사이렌 소리는 정지해 있을 때보다 낮게 들리고, 관측자에게 다가오는 소방차의 사이렌 소리는 정지해 있을 때보다 높게 들린다.
이는 멀어지는 구급차의 사이렌 소리는 파장이 길어지고, 다가오는 소방차의 사이렌 소리는 파장이 짧아지기 때문에 나타나는 현상이다.
빛도 소리와 같이 도플러 효과가 나타난다. 그림 6과 같이 빛을 내는 물체가 관측자에게 가까워지면 원래의 파장보다 더 짧아지므로 스펙트럼의 흡수선은 푸른빛 쪽으로 이동하여 나타난다. 반대로 멀어지면 물체에서 방출된 빛이 원래의 파장보다 길어지므로 스펙트럼의 흡수선은 붉은빛 쪽으로 이동하여 나타난다.
따라서 외부 은하 스펙트럼의 흡수선에서 적색 편이가 나타나는 현상은 빛의 도플러 효과로 해석할 수 있으며, 이는 외부 은하들이 우리 은하에서 멀어지기 때문에 나타나는 현상이다.
내용출처 : 천재교육 물리1
