標籤: 暫無標籤

重力紅位移或稱重力紅移指得是光波或者其他波動從重力場源(如巨大星體或黑洞)遠離時,整體頻譜會往紅色端方向偏移,亦即發生「頻率變低,波長增長」的現象。

1定義

重力紅移的程度常標記為變數''z'':
z=\frac{\lambda_o-\lambda_e}{\lambda_e}
其中
\lambda_o\,是極遠處觀測者所測量到的光子波長;\lambda_e\,是重力源如星球,其上的光源發方時所測量到的光子波長。
重力紅移的現象可以從廣義相對論預測:
z_=\frac{c^2r}
其中
z_\,是被自由空間中,極遠處觀察者所測到因重力而產生的譜線位移量。
K\,是牛頓重力常數(愛因斯坦本身所用的標記;常用標記是G\,)。
M\,是光所逃離的星體質量。
c\,是真空中光速。
r\,是從星體中心算起的徑向距離。

2幾項要點

光線的接收端(遠方的觀察者)必須處在較高的重力勢才能觀察到紅移。一般討論下,觀察者處在無限遠處,重力勢定為0,是高於星球表面的重力勢的。
許多大學的實驗結果支持重力紅移的存在。
重力紅移不僅僅是廣義相對論獨有的預測。其他重力理論也支持重力紅移,雖然解釋上會有所不同。
重力紅移並未要求一定是愛因斯坦方程式的史瓦茲旭爾得解——在這解中,變數M\,不能代表旋轉或帶電星體的質量。
應用
由於如地球等行星質量並不算大,以致於重力紅移現象不顯著,故近地通訊並沒有針對重力紅移的修正需求,但是如全球定位系統(GPS)等較精準的設施則需考慮重力紅移,方可準確運作。
重力紅移的主要應用是在天文學研究上,透過一些特定原子光譜的紅移,可以估計星球質量。

精確解

較常用到的重力紅移精確解是針對非轉動、不帶電、球對稱的質量。方程式的形式是:
z=\frac{\sqrt{1-\left(\frac{rc^2}\right)}}-1,
其中
G\,是重力常數,
M\,是產生重力場之物體的質量,
r\,是觀測者的徑向坐標(類比於牛頓力學中從物體中心算起的距離,但事實上是史瓦茲旭爾得坐標),
c\,是真空中光速。

相關評論

同義詞:暫無同義詞