引力红移的测量

红移redshift定义：(1)天体谱线的观测波长向长波方向频移的现象。

(2)该现象引起的谱线波长的相对改变量。

应用学科：天文学（一级学科）；星系和宇宙（二级学科）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。

多普勒红移1.由于多普勒效应，从离开我们而去的恒星发出的光线的光谱向红光光谱方向移动。

红移2.一个天体的光谱向长波（红）端的位移。

天体的光或者其它电磁辐射可能由于运动、引力效应等被拉伸而使波长变长。

因为红光的波长比蓝光的长，所以这种拉伸对光学波段光谱特征的影响是将它们移向光谱的红端，于是这些过程被称为红移。

植被曲线红移3.在高光谱遥感领域的红移。

在植被的光谱曲线中，遭胁迫的植物的红-红外透射曲线向更短波长方向移动（Cibula和Carter，1992）的现象称为“红端偏移”简称“红移”简单的说，就是700纳米波长范围的拐点向短波方向移动（如右图曲线）。

引力红移红移(5张)引力红移，是强引力场中天体发射的电磁波波长变长的现象。

由广义相对论可推知，当从远离引力场的地方观测时，处在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些，也就是红移。

只有在引力场特别强的情况下，引力造成的红移量才能被检测出来。

引力红移现象首先在引力场很强的白矮星（因为白矮星表面的引力较强）上检测出来。

二十世纪六十年代，庞德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡尔效应的实验方法，测量由地面上高度相差22.6米的两点之间引力势的微小差别所造成的谱线频率的移动，定量地验证了引力红移。

结果表明实验值与理论值完全符合！区别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。

图为遥远的星系在可见光波段的光谱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。

什么是引力红移？作者：赵宁引力红移是光在引力场中传播产生的一种效应。

光在远离星体传播的过程中，由于引力的作用，光波都会损失掉一部分能量，从而使光的频率下降，但由于光在移动的过程中，速度不变，所以光的波长会变长，从而产生红移。

伟大的物理理论学家爱因斯坦发现了这种效应，由于这种效应是由引力而引起的现象，所以被称之为引力红移。

引力红移只是光波产生红移的一种行为，关于光波的红移行为还有因星系远离产生的多普勒效应红移效应和宇宙空间发生膨胀引起的红移。

当你发现光波红移，你不能说这单单是由引力引起的，或是宇宙星系远离产生的多普勒效应引起的和宇宙空间膨胀引起的，因为这些行为可能同时发生。

什么是多普勒红移呢？多普勒红移是宇宙中星系远离现象而引起的，我们在观测恒星发出的光线，因为恒星的运动，光波会被拉伸，从而产生红移现象。

多普勒红移是跟据声波的多普勒原理导出的，多普勒原理也称为多普勒效应，这一效应是多普勒在一个偶然的机会下发现的。

有一天，多普勒路过一处火车轨道，正好有一列火车从远处方向驶过来，他发现火车从远而近时，汽笛声音变响，音调变尖，而火车从近而远时，汽笛声变弱，音调变低，他开始思考为什么会发生这种情况呢？他开始研究振源与观测者之间的关系。

凭借经验，多普勒初步认为，这是由于振源与观测者间的相对运动引起的，由于存在相对运动，使观测者听到的声音频率不同于振源的频率。

经过进一步研究，多普勒发现观测者听到的声音的音凋，由观测者所接收的频率决定。

假设λ为原有波源的波长，波的传播速度为c，那么波的频率就等于波的传播速度除以波长，即：f =c /λ现在把相动运动考虑进去，再假设观测者相对于波源的速度为v，那么观测者接收的频率会发生变化。

当观测者走近波源时，观测者听到的频率会变强，由下面公式计算得出：f=(c+v)/λ而当观测者远离波源时，观测者听到的频率会变弱，由下面公式计算得出：f=(c一v)/λ多普勒效应认为观测者与波源的相对运动改变了波源的频率，这种效应生活中随处可见。

探索频道RAND GARDEN OFSCIENCE时间的计量发展历程宇宙中一切物质的起源和消亡以及地球上一切生命的诞生和灭亡等,这些都于时间紧密相关。

时间不但见证了人类数千年的文明,而日益先进的人类文明使得我们能够更准确的去感知时间。

早在人类文明诞生之初,人类便开始通过对时间的计量来描述万事万物的变化,并由此诞生了一系列精度越来越高的计时器具。

例如,远古时期的人们以太阳的东升西落作为时间尺度,因此便有“日出而作,日落而息”的人类生活;公元前2世纪,日晷的出现使时间的计量精度得到了提高;公元1000多年前,我国北宋时期的能工巧匠们设计出水钟;600多年前出现了机械钟;17世纪,单摆被用于机械钟的设计,使其计时精度提高了近百倍;随着社会发展的需求,对时钟精度的要求越来越高,20世纪30年代,石英钟应运而生,它是通过石英钟内部稳定的石英振荡器来计时的。

随着科技发展的要求以及人类对精密测量的执着追求,石英钟逐渐不能满足要求,逐渐被精度高的原子钟所代替。

利用原子吸收或释放能量时发出电磁波来计时的原子钟,其辐射电磁波周期非常稳定,再加上精密的仪器使原子钟的计时非常准确,原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒。

最常用于原子钟研制的元素有氢、铯、铷等碱金属。

对于原子钟,科学家不遗余力地进行探索并取得了巨大的研究成果,他们研究出了比现行的基准钟———铯原子钟精度更高的时钟,这种利用以原子的光学波段共振频率标准作为时间频率基准的钟———光学原子钟,将人类对时间计量精度的意义带来各种气候影响,尤其是考虑到地球某些地区太炙热以至于人类无法生存。

如温度高达50摄氏度的美国加州的死亡谷,尽管通过合理的护理还是可以存活,但像炎热潮湿的热带丛林就有些棘手。

空气饱含水分意味着我们汗液蒸发的要更慢,降温冷却也相应的更慢。

人类皮肤的温度大约都在35摄氏度,这暗示着湿球温度高于35摄氏度将是致命的,即使我们能够存活下来,我们也必须保持静止不动。

引力红移和非真空距离红移和多普勒引力红移和非真空距离红移和多普勒-斐索效应的计算公式一；引力红移---引力红移，是强引力场中天体发射的电磁波波长变长的现象。

由广义相对论可推知，当从远离引力场的地方观测时，处在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些，也就是红移。

只有在引力场特别强的情况下，引力造成的红移量才能被检测出来。

引力红移现象首先在引力场很强的白矮星（因为白矮星表面的引力较强）上检测出来。

二十世纪六十年代，庞德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡尔效应的实验方法，测量由地面上高度相差22.6米的两点之间引力势的微小差别所造成的谱线频率的移动，定量地验证了引力红移。

结果表明实验值与理论值完全符合。

（1）引力红移的原因是：光子在引力场发射出来后，光子能量转化为引力势能，使得频率变低而产生红移：设星体质量为M,光子从星体表面发射出来，频率为v1,沿径向到达离星体表面为r处的频率为v2，运动质量为m,规定星体表面为引力势能零点。

根据能量守恒GMm/r+hv2=hv1而 E2=hv2 ,E2=mc^2,===>m=hv2/c^2,带入上式得GMhv2/rc^2 + hv2=hv1v2=v1/(1+GM/rc^2)可见，光子到r处频率变小，产生红移。

（2）设地球质量为M,光子从地球表面发射出来，频率为v1,竖直向上到达H 处的频率为v2，运动质量为m,规定地球表面为引力势能零点。

根据能量守恒GMm/h+hv1=hv0而 E2=hv1 ,E2=mc^2,===>m=hv1/c^2,带入上式得GMhv1/Hc^2 + hv2=hv0v1=v0/(1+GM/Hc^2)△v=v1-v0 △v/v0=(v1-v0)/v0 =GM/(Hc^2-GM)二；非真空距离红移---光子传播速度在宇宙空间中每Mpc的折损率Zm光子传播速度在宇宙空间中每Mpc的折损率Zm=0.999643711哈勃定律 ( Hubble's law )：Vf = Hc x D参数说明：Vf：Velocity ( Far Away ) 远离速率单位：km / sHc：Hubble's Constant 哈柏常数单位：km / (s．Mpc) 常数被确定为(74.2± 3.6)km/(s*Mpc)，不确定度进一步缩小到5%以内。

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“多普勒红移”是在光源处于运动状态下光波发生波长变化的现象。

从表面上看二者似乎没有什么联系，但是它们的本质却是一样的。

引力红移
引力红移，是强引力场中天体发射的电磁波波长变长的现象。

由广义相对论可推知，当从远离引力场的地方观测时，处在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些，也就是红移。

只有在引力场特别强的情况下，引力造成的红移量才能被检测出来。

引力红移现象首先在引力场很强的白矮星（因为白矮星表面的引力较强）上检测出来。

二十世纪六十年代，庞德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡尔效应的实验方法，测量由地面上高度相差22.6米的两点之间引力势的微
小差别所造成的谱线频率的移动，定量地验证了引力红移。

结果表明实验值与理论值完全符合。

目录
1红移
2理论
3测量
4实验
5评
天体物理
▪天体物理学▪实测天体物理
学
▪理论天体物理
学
▪等离子体天体
物理学
▪高能天体物理
学
▪γ射线谱线天文学▪粒子天体物理
学
▪中微子天文学
▪相对论天体物
理学
▪引力天文学
▪天体光谱学▪天体波谱学▪天体照相学▪天体化学▪天体地理学
▪天体地质学▪天体生物学▪天体演化学▪天文地球物理
学
▪宇宙纪年学
▪天体测光▪阿格兰德法▪目视测光▪照相测光▪光电测光▪较差测光▪绝对测光▪等光度测量▪斑点干涉测量▪高速测光。

1961年诺贝尔物理学奖1961年的物理学奖，由两位物理学家分享，他们是德国的鲁道夫·穆斯堡尔（Rudolf L.Mossbauer）和美国的罗伯特·霍夫斯塔特（Robert Hofstadter）。

穆斯堡尔发现了γ射线无反冲发射与共振吸收效应（穆斯堡尔效应）；霍夫斯塔特进行了电子对原子核散射的先驱性研究，并由此发现了原子核的结构。

鲁道夫·路德维格·穆斯堡尔（Rudolf Ludwig Mossbauer，1929—2011），生于慕尼黑的一个技术员家庭，父亲是一位光学技师。

穆斯堡尔中学毕业后，在慕尼黑一家光学仪器厂做了几个月的实验室助理。

后来，他进入慕尼黑工业大学学习物理。

1952年，通过中期考试后，继续在该校的应用物理研究所做毕业论文，同时担任数学助教的工作。

他的导师梅厄穆·莱布尼兹（Meier Leibnitz）引导他关注当时尚未解决的原子核共振荧光这一领域，鼓励他从中选择研究课题。

1955年，他取得硕士学位后，成为莱布尼兹的博士研究生，得以继续继续从事该领域的研究。

在随后的三年内，穆斯堡尔发现了“无反冲原子核的γ射线共振吸收”现象，人们称之为穆斯堡尔效应。

1961年，穆斯堡尔因研究经费削减和管理上的问题离开慕尼黑，前往美国加州理工学院任教。

1965年回到慕尼黑，任慕尼黑大学物理学教授。

穆斯堡尔后来转到其他领域研究，他后期的兴趣和精力主要集中在基础核物理问题，特别是中子物理。

2011年在慕尼黑逝世。

穆斯堡尔效应的原理并不复杂。

以无线电报的收发为例，1只有当接收器的频率调谐到和发报机的频率相同时，才能接收到入射的无线电信号，在这时共振发生了。

理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出一个γ射线光子。

当这个光子遇到另一个同样的原子核时，就能够被共振吸收。

但是实际情况中，处于自由状态的原子核要实现上述过程是困难的。

因为原子核在放出一个光子的时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲动量会使光子的能量减少。

关于相对论实验的解释云南曲靖云维集团大为制焦有限公司爱因斯坦建立相对论时，提出4个实验：是“引力红移、光线偏析、水星近日点的进动，雷达回波实验”如果用电磁力和引力统一（电磁力是引力，万有引力也是电磁力）的理论来解释以上的实验现象。

概述：宇宙、地球都是一个电磁场，物质运动都是在电磁场中进行的，物体都是带电体,都有受到电磁力（引力）的作用，不同的点和不同的物质电磁力是不同的。

1、引力红移：广义相对论证明，引力势低的地方固有时间的流逝速度慢。

也就是说离天体越近，时间越慢。

这样，天体表面原子发出的光周期变长，由于光速不变，相应的频率变小，在光谱中向红光方向移动，称为引力红移。

宇宙中有很多致密的天体，可以测量它们发出的光的频率，并与地球的相应原子发出的光作比较，发现红移量与相对论预言一致。

60年代初，人们在地球引力场中利用伽玛射线的无反冲共振吸收效应，测量了光垂直传播22.5M产生的红移。

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）。

解释引力红移实验，现实例子：电力实验现象，当交流电（50HZ）火线与接地发生短路，交流电就会变成直流电。

（10KV或35KV线路占得比重很大，单相接地对频率无影响，但两相、三相短路问题就大了。

突然短路，频率急剧下降为0。

）因为当短路时，交流电（50HZ）火线电位高、地电位低，阻力小，电磁力很大，交流电就被拉成直流电。

同理，宇宙中的光线是电磁波，在宇宙中电磁波同样受到电磁力的作用，光子的质量是很小的，光子的电磁能量变大。

星球表面也有电压，当光线接近其他星球时，在星球表面电磁力的作用，质量微小的光子就会被星球物质的引力（电磁力）吸引，发生引力红移现象。

2、光线偏折：如果按光的波动说，光在引力场中不应该有任何偏折，按半经典式的"量子论加牛顿引力论"的混合产物，用普朗克公式E=hr和质能公式E=MC^2求出光子的质量，再用牛顿万有引力定律得到的太阳附近的光的偏折角是0.87秒，按广义相对论计算的偏折角是1.75秒，为上述角度的两倍。