도플러효과와 선스펙트럼(고1)

[뺭상~]

도플러효과를 정확히 몰라서 그런지 학워에서 우주팽창을 빛의 도플러효과로 설명하는 부분이 어렵네요. 물리전공자님들 답변부탁해요.

1.외부은하의 흡수스펙트럼을 보면 적색편이가 나타나기 때문에 우주는 팽창한다고 합니다. 그런데, 원소에 빛을 비추면 원소의 에너지에 해당되는 특정 파장의 빛을 흡수하여 흡수스펙트럼이 만들어지는데 그럼, 은하의 흡수스펙트럼은 어떤 광원을 가해서 만들어진건가요? 은하가 스스로 빛을 내니까 방출스펙트럼은 직접 얻을 수 있겠다 싶은데요. 그래서, 흡수스펙트럼의 위치나 방출스펙트럼의 위치가 같으니까 방출스펙트럼이 적색파장 부근이라서 외부 은하가 적색계통으로 보여서 우주가 팽창한다고 설명을 했는데 틀린건가요?

2.도플러 효과는 실제 에너지가 아니라 거리에 따라 그렇게 느껴지는 현상인가요? 우주 공간에서 빛의 파장이 변하는게 아니라 거리가 가까워지면 파장이 짧아지는 것 같고 멀어지면 파장이 길어지는 것처럼 느껴지는게 아닌지? 은하의 진짜 에너지가 아니라 같은 은하라도 다가오면 청색편이가 되고 멀어지면 적색편이가 일어나는 현상?? 왜냐면, 빛의 색마다 고유한 파장이 있잖아요. 빛이 지나가는 공간에 방해물질이 있으면 피하면서 파장이 변할수는 있겠지만 우주공간은 진공이니까 그런 파장이 변하게 될 이유가 있을까요?

3.빛의굴절은 물질마다 빛의 속력이 달라서 일어나고 분산은 색깔마다 파장이 달라서 물질에서의 진행 속력이 다르기 때문에 굴절률이 다르고 그래서 분산이 일어난다고 알고 있습니다. 여기서 궁금한게 파장이 다르다는게 에너지가 달라서 속력이 다르다는 뜻인 것 같은데요? 그리고, 빛이 입자와 파동의 이중성을 갖고 있으니까 빛의 진행속력은 에너지와 관계있고 E=hv니까 진동수가 달라서 라고 하면 틀린가요?

[바람결]

1번. 방출스펙트럼이든 흡수스펙트럼이든 상관 없을 듯 합니다. 흡수스펙트럼은 그 은하에 있는 기체분자에 의해 생기는 것이겠죠. 2번. 빛의 도플러효과는 특수상대성원리에 의해 속력이 빠를수록 시간이 느리게 간다는 것과 움직임으로 인한 도플러효과를 합친 것입니다. 즉, 움직이는 별은 원래보다 느리게 시간이 흐르고, 따라서 원자들의 진동주기가 길어지고, 진동수는 줄어듭니다. 멀리있을수록 이동하는 속력(=멀어지는 속력)이 빠르므로 이러한 진동수가 줄어드는 효과가 커지게 됩니다. 그래서 파장이 변한다고 보시며 될 듯 합니다.

[뺭상~]

바람결님, 댓글 감사. 고1과학 교재를 구해서 읽다보니 설명이 좀 이상해서 재질문요. 선스펙트럼으로 별의 구성원소, 나이 등을 알수 있다고 하면서 광원 앞에 저온의 기체가 있으면 별빛 중 일부가 흡수되어 흡수스펙트럼, 고온의 기체가 빛을 방출하면 방출스펙트럼을 나타낸다고 설명하는데요 그럼, 해당 스펙트럼은 별빛이 아니라 통과한 기체의 스펙트럼 아닐까요? 사실 기체란게 정확히 누구의 것인지 설명이 없는데 별이 빛을 내니까 기체상태로 본 걸까요?

[바람결]

별에서 빛이 만들어지고, 별은 플라즈마 기체상태라고 볼 수 있으므로, 그러한 플라즈마 기체에서 빛이 나오겠지요. 빛에너지는 핵융합에 의해 만들어지므로, 별의 내부에서 생성되며, 물론 표면의 기체도 내부에서 나온 에너지에 의해 여기되어 빛을 방출할 수 있겠지요. 온도가 높기 때문에 다양한 스펙트럼의 빛이 나올 것이고 그것이 방출 스펙트럼이겠죠. 그리고 그 방출스펙트럼의 빛 중 별 표면의 기체나 근처의 저온 기체에 의해 흡수되어 손실되는 부분이 있다면 그 스펙트럼이 흡수스펙트럼이 될 것입니다. 별을 관찰할 때 별을 가리는 밀도 높은 기체물질이 없다면 관찰한 빛은 별빛으로 봐도 무방할 것입니다.(제 생각임^^;)

[바람결]

http://binote.com/1165 사이트를 참고했습니다. 가서 읽어보시면 도움될 듯..

[바람결]

3번. 빛과 물질을 이루는 입자간의 상호작용이 다르기 때문이라고 보시면 됩니다. 빛의 진동수와 물질을 이루는 입자들의 진동수와는 차이가 있을 수 밖에 없고, 따라서 상호작용도 그러한 진동수 차이에 따라 달라질 것입니다. 실제로는 원래의 빛과 그 빛에 의해 진동하는 입자가 방출하는 빛의 합성결과가 빛의 진동수에 따라 달라지기 때문입니다. 진동수가 달라서라고 말하는 것은 맞다고 생각합니다.