Assistere a fenomeni dovuti all’effetto Doppler nella vita di tutti i giorni è molto più facile di quanto si possa immaginare. L'effetto Doppler, infatti, è il fenomeno fisico che riguarda le modalità con cui la frequenza di una emissione viene percepita da un osservatore statico quando la sorgente è in movimento. Fu analizzato per la prima volta da Christian Andreas Doppler nel 1845.
Un’ambulanza che passa, un cigno che nuota in un lago, la raffica di palline tirate da un lanciapalle automatico, sono esempi in cui c’è una sorgente che emette un’onda (sonora, nel caso della sirena dell’ambulanza) o qualcosa che può essere paragonato a una radiazione (la cresta d’onda o le palline lanciate) e un osservatore fermo che assiste al movimento di queste sorgenti. Man mano che la sorgente si avvicina all’osservatore, la frequenza di emissione sembra aumentare. Questo accade perché i fronti d’onda generati dalla sorgente (es. l’ambulanza in avvicinamento) si avvicinano a loro volta verso l’osservatore (o l’ascoltatore, se parliamo di onde sonore come quelle della sirena).
L’esempio della sirena dell’ambulanza è molto utile per capire come l’effetto Doppler agisce sulla percezione. Un ascoltatore-osservatore percepisce infatti delle variazioni (apparenti) corrispondenti a
- maggiore frequenza dei fronti d’onda in avvicinamento.
- minore frequenza quando la fonte del suono si allontana.
Ma come è possibile utilizzare l’effetto Doppler per misurare la velocità a cui si muovono le stelle? Cerchiamo di capirlo. L’emissione luminosa di una stella attraversa il gas nella sua atmosfera. Tale gas assorbe una determinata frequenza di luce, e nel derivante spettro di emissione ci sarà una banda nera che rappresenta la frequenza corrispondente assorbita.
Grazie all’effetto Doppler, per una stella in movimento si avrà lo spostamento di questa banda nera in relazione a quello del corpo celeste, e in particolare, se la stella si allontana, si avrà uno spostamento verso il rosso, cioè verso le basse frequenze (redshift). Se la stella invece è in avvicinamento, si avrà uno spostamento verso le alte frequenze, cioè verso il blu (blushift).
Prendendo come riferimenti gli spettri di una stella, cioè le sue frequenze di assorbimento, è possibile calcolarne la velocità di movimento.
Gli spostamenti verso il rosso delle galassie lontane sono interpretati come spostamenti Doppler dovuti all’allontanamento delle galassie stesse, il che ci dice che l’universo è in espansione.
crediti immagine: Xorx - wikimedia/commons