紅移（用于預(yù)測(cè)天體移動(dòng)及規(guī)律的現(xiàn)象）
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紅移是一種在物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域中觀察到的現(xiàn)象，指的是物體的電磁輻射波長(zhǎng)增加，導(dǎo)致光譜的譜線朝紅色端移動(dòng)。這種現(xiàn)象通常與天體的移動(dòng)以及規(guī)律的預(yù)測(cè)相關(guān)。通過(guò)紅移的研究，我們可以了解天體的運(yùn)動(dòng)模式和距離關(guān)系，這對(duì)于宇宙學(xué)研究具有重要的意義。紅移不僅在理論上有深入的研究，也有廣泛的實(shí)際應(yīng)用，例如在天文觀測(cè)、宇宙探索和物理學(xué)的基本問題等方面。紅移
用于預(yù)測(cè)天體移動(dòng)及規(guī)律的現(xiàn)象
紅移在物理學(xué)和天文學(xué)領(lǐng)域，指物體的電磁輻射由于某種原因波長(zhǎng)增加的現(xiàn)象，在可見光波段，表現(xiàn)為光譜的譜線朝紅端移動(dòng)了一段距離，即波長(zhǎng)變長(zhǎng)、頻率降低。紅移的現(xiàn)象目前多用于天體的移動(dòng)及規(guī)律的預(yù)測(cè)上。
基本信息
中文名
紅移
外文名
red-shift
應(yīng)用學(xué)科
物理
適用領(lǐng)域
物理學(xué)，天文學(xué)
分類
多普勒紅移、引力紅移等
別名
多普勒紅移
簡(jiǎn)介
紅移最初是在人們熟悉的可見光波段發(fā)現(xiàn)的，隨著對(duì)電磁波譜各個(gè)波段的了解逐步深入，任何電磁輻射的波長(zhǎng)增加都可以稱為紅移。對(duì)于波長(zhǎng)較短的γ射線、X-射線和紫外線等波段，波長(zhǎng)變長(zhǎng)確實(shí)是波譜向紅光移動(dòng)，“紅移”的命名并無(wú)問題；而對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線、微波和無(wú)線電波等波段，盡管波長(zhǎng)增加實(shí)際上是遠(yuǎn)離紅光波段，這種現(xiàn)象還是被稱為“紅移”。
而多普勒紅移的現(xiàn)象最早是在19世紀(jì)所預(yù)測(cè)并觀察到的，當(dāng)時(shí)的部分科學(xué)家認(rèn)為光的本質(zhì)是一種波。另一種紅移機(jī)制被用于解釋在遙遠(yuǎn)的星系、類星體，星系間的氣體云的光譜中觀察到的紅移現(xiàn)象。紅移增加的比例與距離成正比。這種關(guān)系為宇宙膨脹的觀點(diǎn)提供了有力的支持，比如大爆炸宇宙模型。
當(dāng)光源移動(dòng)遠(yuǎn)離觀測(cè)者時(shí)，觀測(cè)者觀察到的電磁波譜會(huì)發(fā)生紅移，這類似于聲波因?yàn)?/span>多普勒效應(yīng)造成的頻率變化。這樣的紅移現(xiàn)象在日常生活中有很多應(yīng)用，例如多普勒雷達(dá)、雷達(dá)槍，在天體光譜學(xué)里，人們使用多普勒紅移測(cè)量天體的物理行為。
另一種紅移稱為宇宙學(xué)紅移，其機(jī)制為空間的度規(guī)膨脹。這機(jī)制說(shuō)明了在遙遠(yuǎn)的星系、類星體，星系間的氣體云的光譜中觀察到的紅移現(xiàn)象，其紅移增加的比例與距離成正比。這種關(guān)系為宇宙膨脹的觀點(diǎn)提供了有力的支持，比如大爆炸宇宙模型。
另一種形式的紅移是引力紅移，其為一種相對(duì)論性效應(yīng)，當(dāng)電磁輻射傳播遠(yuǎn)離引力場(chǎng)時(shí)會(huì)觀測(cè)到這種效應(yīng)；反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)電磁輻射傳播接近引力場(chǎng)時(shí)會(huì)觀測(cè)到引力藍(lán)移，其波長(zhǎng)變短、頻率升高。
紅移的大小由“紅移值”衡量，紅移值用Z表示，定義為：
類別
紅移有3種：多普勒紅移（由于輻射源在固定的空間中遠(yuǎn)離我們所造成的）、引力紅移（由于光子擺脫引力場(chǎng)向外輻射所造成的）和宇宙學(xué)紅移（由于宇宙空間自身的膨脹所造成的）。對(duì)于不同的研究對(duì)象，牽涉到不同的紅移。
多普勒紅移
1.由于多普勒效應(yīng)，從離開我們而去的恒星發(fā)出的光線的光譜向紅光光譜方向移動(dòng)。
2.一個(gè)天體的光譜向長(zhǎng)波（紅）端的位移。天體的光或者其它電磁輻射可能由于運(yùn)動(dòng)、引力效應(yīng)等被拉伸而使波長(zhǎng)變長(zhǎng)。因?yàn)榧t光的波長(zhǎng)比藍(lán)光的長(zhǎng)，所以這種拉伸對(duì)光學(xué)波段光譜特征的影響是將它們移向光譜的紅端，于是這些過(guò)程被稱為紅移。
3.在高光譜遙感領(lǐng)域的紅移。在植被的光譜曲線中，遭脅迫的植物的紅-紅外透射曲線向更長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)（Cibula和Carter， 1992）的現(xiàn)象稱為“紅端偏移”簡(jiǎn)稱“紅移”
簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是700納米波長(zhǎng)范圍的拐點(diǎn)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)（如右圖曲線）。
引力紅移
引力紅移，是強(qiáng)引力場(chǎng)中天體發(fā)射的電磁波波長(zhǎng)變長(zhǎng)的現(xiàn)象。由廣義相對(duì)論可推知，當(dāng)從遠(yuǎn)離引力場(chǎng)的地方觀測(cè)時(shí)，處在引力場(chǎng)中的輻射源發(fā)射出來(lái)的譜線，其波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)一些，也就是紅移。只有在引力場(chǎng)特別強(qiáng)的情況下，引力造成的紅移量才能被檢測(cè)出來(lái)。引力紅移現(xiàn)象首先在引力場(chǎng)很強(qiáng)的白矮星（因?yàn)榘装潜砻娴囊^強(qiáng)）上檢測(cè)出來(lái)。二十世紀(jì)六十年代，龐德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)量由地面上高度相差22.6米的兩點(diǎn)之間引力勢(shì)的微小差別所造成的譜線頻率的移動(dòng)，定量地驗(yàn)證了引力紅移。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)值與理論值完全符合！
區(qū)別
多普勒紅移
物體和觀察者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以導(dǎo)致紅移，與此相對(duì)應(yīng)的紅移稱為多普勒紅移，是由多普勒效應(yīng)引起的。
通常引力紅移都比較小，只有在中子星或者黑洞周圍這一效應(yīng)才會(huì)比較大。對(duì)于遙遠(yuǎn)的星系來(lái)說(shuō)，宇宙學(xué)紅移是很容易區(qū)別的，但是在星系隨著空間膨脹遠(yuǎn)離我們的時(shí)候，由于其自身的運(yùn)動(dòng)，在宇宙學(xué)紅移中也會(huì)參雜進(jìn)多普勒紅移。
引力紅移
一般說(shuō)來(lái)，為了從其他紅移中區(qū)別引力紅移，你可以將這個(gè)天體的大小與這個(gè)天體質(zhì)量相同的黑洞的大小進(jìn)行比較。類似星云和星系這樣的天體，它們的半徑是相同質(zhì)量黑洞半徑的千億倍，因此其紅移的量級(jí)也大約是靜止頻率的千億分之一。對(duì)于普通的恒星而言，它們的半徑是同質(zhì)量黑洞半徑的十萬(wàn)倍左右，這已經(jīng)接近光譜觀測(cè)分辨率的極限了。中子星和白矮星的半徑大約是同質(zhì)量黑洞半徑的10和3000倍，其引力紅移的量級(jí)可以達(dá)到靜止波長(zhǎng)的
宇宙學(xué)紅移
20世紀(jì)初，美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)到的絕大多數(shù)星系的光譜線存在紅移現(xiàn)象。這是由于宇宙空間在膨脹，使天體發(fā)出的光波被拉長(zhǎng)，譜線因此“變紅”，這稱為宇宙學(xué)紅移，并由此得到哈勃定律。20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)了一類具有極高紅移值的天體——類星體，成為近代天文學(xué)中非?；钴S的研究領(lǐng)域。
宇宙學(xué)紅移在100個(gè)百萬(wàn)秒差距的尺度上是非常明顯的。但是對(duì)于比較近的星系，由于星系本身在星系團(tuán)中的運(yùn)動(dòng)所造成的多普勒紅移和宇宙學(xué)紅移的量級(jí)差不多，你必須仔細(xì)的別開這兩者。通常星系在星系團(tuán)中的速度為
發(fā)展歷程
稍后，因?yàn)榭死锼骨佟ぐ驳铝摇ざ嗥绽赵?842年對(duì)這種現(xiàn)象提出了物理學(xué)上的解釋，而被稱為多普勒效應(yīng)。他的假說(shuō)在1845年被荷蘭的科學(xué)家ChristophHendrikDiederikBuysBallot用聲波做實(shí)驗(yàn)而獲得證實(shí)。多普勒預(yù)言這種現(xiàn)象可以應(yīng)用在所有的波上，并且指出恒星的顏色不同可能是由于它們相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度不同而引起的。后來(lái)這個(gè)推論被否認(rèn)。恒星呈現(xiàn)不同的顏色是因?yàn)闇囟炔煌?，而不是運(yùn)動(dòng)速度不同。
多普勒紅移是法國(guó)物理學(xué)家斐索在1848年首先發(fā)現(xiàn)的，他指出恒星譜線位置的移動(dòng)是由于多普勒效應(yīng)，因此也稱為“多普勒-斐索效應(yīng)”。1868年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯首次測(cè)出了恒星相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度。
在1871年，利用太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)測(cè)出在可見光太陽(yáng)光譜的夫朗和斐譜線在紅光有0.1埃的位移。在1901年，AristarkhBelopolsky在實(shí)驗(yàn)室中利用轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡片證明了可見光的紅移。
在1912年開始的觀測(cè)，VestoSlipher發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的螺旋星云都有不可忽視的紅移。然后，哈勃定律。這些觀察在今天被認(rèn)為是造成宇宙膨脹大霹靂理論的強(qiáng)而有力證據(jù)。
機(jī)制原理
一個(gè)光子在真空中傳播可以有幾種不同的紅移機(jī)制，每一種機(jī)制都能產(chǎn)生類似多普勒紅移的現(xiàn)象，意謂著z是與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的。這些機(jī)制分別使用伽利略、洛倫茲、或相對(duì)論轉(zhuǎn)換在各個(gè)參考架構(gòu)之間來(lái)比較。
紅移型式 | 轉(zhuǎn)換的架構(gòu) | 所在度規(guī) |
多普勒紅移 | 伽利略轉(zhuǎn)換 | 歐幾里得度規(guī) |
相對(duì)論的多普勒 | 洛倫茲轉(zhuǎn)換 | 閔可夫斯基度規(guī) |
宇宙論的紅移 | 廣義相對(duì)論轉(zhuǎn)換 | FRW度規(guī) |
重力紅移 | 廣義相對(duì)論轉(zhuǎn)換 |
多普勒效應(yīng)
如果一個(gè)光源是遠(yuǎn)離觀測(cè)者而去，那么會(huì)發(fā)生紅移
相對(duì)論的多普勒效應(yīng)更完整的多普勒紅移需要考慮相對(duì)論的效應(yīng)，特別是在速度接近光速的情況下。簡(jiǎn)單的說(shuō)，物體的運(yùn)動(dòng)接近光速時(shí)需要將狹義相對(duì)論介紹的時(shí)間擴(kuò)張因素羅倫茲轉(zhuǎn)換因子γ引入古典的多普勒公式中，改正后的形式如下：
這種現(xiàn)象最早是在1938年赫伯特E艾凡斯和GR.史迪威進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中被觀察到的，稱為艾凡斯-史迪威實(shí)驗(yàn)。
由于羅倫茲因子只與速度的量值有關(guān)，這使得紅移與相對(duì)論的相關(guān)只獨(dú)立地與來(lái)源的運(yùn)動(dòng)取向有關(guān)。在對(duì)照時(shí)，古典這一部分的形式只與來(lái)源的運(yùn)動(dòng)投影在視線方向上的分量有關(guān)，因此在不同的方向上會(huì)得到不同的結(jié)果。同樣的，一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向與觀測(cè)者之間有θ的角度（正對(duì)著觀測(cè)者時(shí)角度為0），完整相對(duì)論的多普勒效應(yīng)形式為：
在特殊的狀況下，運(yùn)動(dòng)源與測(cè)器成直角
膨脹的宇宙
在20世紀(jì)初期，史立佛、哈勃和其他人，首度測(cè)量到銀河系之外星系的紅移和藍(lán)移，它們起初很單純的解釋是多普勒效應(yīng)造成的紅移和藍(lán)移，但是稍后哈勃發(fā)現(xiàn)距離和紅移之間有著粗略的關(guān)聯(lián)性，距離越遠(yuǎn)紅移的量也越大。理論學(xué)者幾乎立刻意識(shí)到這些觀察到的紅移可以用另一個(gè)不同的機(jī)制來(lái)解釋，哈勃定律就是紅移和距離之間交互作用的關(guān)聯(lián)性，需要使用廣義相對(duì)論空間尺度擴(kuò)張的宇宙論模型來(lái)解釋。結(jié)果是，光子在通過(guò)擴(kuò)張的空間時(shí)被延展，產(chǎn)生了宇宙學(xué)紅移。這與多普勒效應(yīng)所描述的因速度增加所產(chǎn)生的紅移不同（這是羅倫茲轉(zhuǎn)換），在光源和觀測(cè)者之間不是因?yàn)閯?dòng)量和能量的轉(zhuǎn)換，取代的是光子因?yàn)榻?jīng)過(guò)膨脹的空間使波長(zhǎng)增加而紅移。這種效應(yīng)在現(xiàn)代的宇宙論模型中被解釋為可以觀測(cè)到與時(shí)間相關(guān)聯(lián)的宇宙尺度因次（a），如下的形式：
這種型態(tài)的紅移稱為宇宙學(xué)紅移或哈勃紅移。如果宇宙是收縮而不是膨脹，我們將觀測(cè)到星系以相同比例的藍(lán)移取代紅移。這些星系不是以實(shí)際的速度遠(yuǎn)離觀測(cè)者而去，取代的是在其間的空間延展，這造成了大尺度下宇宙論原則所需要的各向同性的現(xiàn)象。在宇宙學(xué)紅移
盡管速度是由分別由多普勒紅移和宇宙學(xué)紅移共同造成的，天文學(xué)家（特別是專業(yè)的）有時(shí)會(huì)以“退行速度”來(lái)取代在膨脹宇宙中遙遠(yuǎn)的星系的紅移，即使很明顯的只是視覺上的退行。影響所及，在大眾化的講述中經(jīng)常會(huì)以“多普勒紅移”而不是“宇宙學(xué)紅移”來(lái)描述受到時(shí)空擴(kuò)張影響下的星系運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)注意到在使用相對(duì)論的場(chǎng)合下計(jì)算的“宇宙學(xué)退行速度”不會(huì)與多普勒效應(yīng)的速度相同。明確的說(shuō)，多普勒紅移只適用于狹義相對(duì)論，因此v>c是不可能的；而相對(duì)的，在宇宙學(xué)紅移中v>c是可能的，因?yàn)榭臻g會(huì)使物體（例如，從地球觀察類星體）遠(yuǎn)離的速度超過(guò)光速。更精確的，“遙遠(yuǎn)的星系退行”的觀點(diǎn)和“空間在星系之間擴(kuò)展”的觀點(diǎn)可以通過(guò)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換來(lái)連系。要精確的表達(dá)必須要使用數(shù)學(xué)的羅伯遜-沃克度量。
重力紅移
在廣義相對(duì)論的理論中，重力會(huì)造成時(shí)間的膨脹，這就是所謂的重力紅移或是愛因斯坦位移。這個(gè)作用的理論推導(dǎo)從愛因斯坦方程式的施瓦氏解，以一顆光子在不帶電、不轉(zhuǎn)動(dòng)、球?qū)ΨQ質(zhì)量的重力場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的紅移：
·M是創(chuàng)造出重力場(chǎng)的質(zhì)量，
·c是光速。
在地球上這種效應(yīng)非常小，但是經(jīng)由莫士包耳效應(yīng)依然可以測(cè)量出來(lái)，并且在Pound-Rebkaexperiment中首次得到驗(yàn)證。然而，在黑洞附近就很顯著，當(dāng)一個(gè)物體接近事件視界時(shí)，紅移將變成無(wú)限大，他也是在宇宙微波背景輻射中造成大角度尺度溫度擾動(dòng)的主要角色。
測(cè)量方法
紅移可以經(jīng)由單一光源的光譜進(jìn)行測(cè)量。如果在光譜中有一些特征，可以是吸收線、發(fā)射線、
或是其他在光密度上的變化，那么原則上紅移就可以測(cè)量。這需要一個(gè)有相似特征的光譜來(lái)做比較，例如，原子中的氫，當(dāng)它發(fā)出光線時(shí)，有明確的特征譜線，一系列的特色譜線都有一定間隔的。如果有這種特性的譜線型態(tài)但在不同的波長(zhǎng)上被比對(duì)出來(lái)，那么這個(gè)物體的紅移就能測(cè)量了。因此，測(cè)量一個(gè)物體的紅移，只需要頻率或是波長(zhǎng)的范圍。只觀察到一些孤立的特征，或是沒有特征的光譜，或是白噪音（一種相當(dāng)無(wú)序雜亂的波），是無(wú)法計(jì)算紅移的。
紅移（和藍(lán)移）可能會(huì)在天體被觀測(cè)的和輻射的波長(zhǎng)（或頻率）而帶有不同的變化特征，天文學(xué)習(xí)慣使用無(wú)因次的數(shù)量z來(lái)表示。
在z被測(cè)量后，紅移和藍(lán)移的差別只是簡(jiǎn)單的正負(fù)號(hào)的區(qū)別。依據(jù)下一章節(jié)的機(jī)制，無(wú)論被觀察到的是紅移或藍(lán)移，都有一些基本的說(shuō)明。例如，多普勒效應(yīng)的藍(lán)移（z0），就會(huì)聯(lián)想到物體遠(yuǎn)離觀測(cè)者而去并且能量減少。同樣的，愛因斯坦效應(yīng)的藍(lán)移可以聯(lián)想到光線進(jìn)入強(qiáng)引力場(chǎng)，而愛因斯坦效應(yīng)的紅移是離開引力場(chǎng)。
觀測(cè)方法
在天文觀測(cè)中可以測(cè)量到紅移，因?yàn)樵拥陌l(fā)射光譜和吸收光譜，與在地球上的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的分光儀校準(zhǔn)好的光譜比較時(shí)，是非常的明顯。當(dāng)從同一個(gè)天體上測(cè)量到各種不同的吸收和發(fā)射譜線時(shí)，z被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)常數(shù)。雖然來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的譜線可能會(huì)被污染，并且有輕微的變寬，但并不能夠用熱力學(xué)或機(jī)械的行為來(lái)解釋?；谶@些和其他的理由，公眾的輿論已經(jīng)將天文學(xué)上觀測(cè)到的紅移認(rèn)定是三種類似的多普勒紅移之一，而沒有任何一種假說(shuō)能如此的振振有詞。
光譜學(xué)，用在測(cè)量上，比只要簡(jiǎn)單的通過(guò)特定的濾光器來(lái)測(cè)定天體亮度的光度學(xué)要困難。當(dāng)測(cè)光時(shí)，可以利用所有的數(shù)據(jù)（例如，哈勃深空視場(chǎng)和哈勃超深空視場(chǎng)），天文學(xué)家依靠的是紅移測(cè)光的技術(shù)，由于濾光器在某些波長(zhǎng)的范圍內(nèi)非常靈敏，依靠這樣的技術(shù)可以假定許多光譜的本質(zhì)隱藏在光源之內(nèi)，觀測(cè)誤差可以
在本地群的觀測(cè)
使用SOHO衛(wèi)星的LASCOC1攝影機(jī)觀測(cè)到的太陽(yáng)日冕。這張圖片是以鐵XIV的5308埃譜線經(jīng)都普勒儀觀察日冕中的電漿接近與遠(yuǎn)離衛(wèi)星的速度，轉(zhuǎn)移成不同色碼的一幅假色圖。在附近的目標(biāo)（在我們的銀河系內(nèi)的天體）觀測(cè)到的紅移幾乎都與相對(duì)于視線方向上的速度有關(guān)。觀察這樣的紅移和藍(lán)移，讓天文學(xué)家可以測(cè)量速度和分光星的參考質(zhì)量。這種方法是英國(guó)天文學(xué)家威廉·哈金斯在1868年最先采用的。相同的，從光譜儀中對(duì)單獨(dú)的一顆恒星所測(cè)得的微量的紅移和藍(lán)移是天文學(xué)家檢測(cè)是否有行星系環(huán)繞著恒星的診斷和測(cè)量的方法之一。對(duì)紅移更精確的測(cè)量被應(yīng)用于日震學(xué)上，藉以精確的測(cè)量太陽(yáng)光球的運(yùn)動(dòng)。紅移也被應(yīng)用于第一次的行星自轉(zhuǎn)速率的測(cè)量、星際云的速度、星系的自轉(zhuǎn)，還有吸積的動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)在中子星和黑洞的多普勒和重力紅移。
另外，還有各種不同輻射和吸收的溫度造成的多普勒致寬-對(duì)單一的吸收或輻射譜線造成的紅移和藍(lán)移的效應(yīng)。測(cè)量來(lái)自不同方向的氫線21公分波的擴(kuò)展和轉(zhuǎn)移，天文學(xué)家能測(cè)量出星際氣體的退行速度，揭露出我們銀河系的自轉(zhuǎn)曲線。相同的測(cè)量方法也被應(yīng)用在其他的星系，例如仙女座星系。作為一種診斷的工具，紅移測(cè)量在天文學(xué)的分光學(xué)中是最重要的工具之一。
外星系的觀察
宇宙中合于哈勃定律的天體距離越遠(yuǎn)就有越大的紅移，因此被觀測(cè)到有最大紅移，對(duì)應(yīng)于最遙遠(yuǎn)的距離也有最長(zhǎng)的回應(yīng)時(shí)間的天體是宇宙微波背景輻射，紅移的數(shù)值高達(dá)z=1089（z=0相當(dāng)于現(xiàn)在的時(shí)間），在宇宙年齡為137億年的狀態(tài)下，相當(dāng)于大爆炸之后379000年的時(shí)間。核心像點(diǎn)光源的類星體是“紅移”
對(duì)比本星系群遙遠(yuǎn)，但仍在室女座星系團(tuán)附近，距離為10億秒差距左右的星系，紅移與星系的距離是近似成比例的，這種關(guān)系最早是由哈勃發(fā)現(xiàn)的，也就是眾所皆知的哈勃定律。星系紅移最早是VestoSlipher大約在1912年發(fā)現(xiàn)的，而哈勃結(jié)合了Slipher的測(cè)量成為度量天體距離的另一種方法-哈勃定律。在建基于廣義相對(duì)論下被廣泛接受的宇宙模型中，紅移是空間擴(kuò)展的主要結(jié)果：這意味著遙遠(yuǎn)的星系都離我們而去，光離開星系越久，空間的擴(kuò)展也越多，所以光也就被延伸越多，紅移的值也就越大，所以越遠(yuǎn)的看起來(lái)就移動(dòng)的越快。哈勃定律一樣適用哥白尼原則，由于我們通常不知道天體有多明亮，測(cè)量紅移會(huì)比直接測(cè)量距離容易，所以使用哈勃定律就可以得知天體大略的距離。
星系之間的和星系團(tuán)的重力交互作用在正常的哈勃圖上導(dǎo)致值得注意的消散，星系的本動(dòng)速度和在宇宙中的維理天體的迷蹤質(zhì)量相疊加，這種作用導(dǎo)致在附近的星系（像仙女座星系）顯示出藍(lán)移的現(xiàn)象，并且向共同的重心接近，同時(shí)星系團(tuán)的紅移圖像上帝的手指在作用使本動(dòng)速度的消散大致成球型的分布。這個(gè)增加的組合給了宇宙學(xué)家一個(gè)單獨(dú)測(cè)量質(zhì)量的質(zhì)光比（以太陽(yáng)的質(zhì)量和光為單位的星系的質(zhì)量與光度比值），是尋找暗物質(zhì)的重要工具。
對(duì)更遙遠(yuǎn)的星系，目前的距離和紅移之間的關(guān)連性變得更為復(fù)雜。當(dāng)你看見一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，也就是看見相當(dāng)久遠(yuǎn)之前的星系，而那時(shí)的宇宙和現(xiàn)在是不同的。在那些早期的時(shí)刻，我們期待在俇展的速率上有所不同，原因至少有二個(gè)：
最近的觀測(cè)卻建議宇宙的擴(kuò)張不僅沒有如同第一點(diǎn)的預(yù)測(cè)減速，反而在加速中。這是廣泛的，雖然不是相當(dāng)普遍的，相信這是因?yàn)橛邪滴镔|(zhì)在控制著宇宙的發(fā)展。這樣的宇宙常數(shù)暗示宇宙的最后命運(yùn)不是大擠壓，反而可預(yù)見宇宙將長(zhǎng)久存在。（可是在宇宙內(nèi)多數(shù)的物理程序仍然朝向熱死亡。）
擴(kuò)張的宇宙是大霹靂理論的中心預(yù)言，如果往前追溯，理論預(yù)測(cè)"奇點(diǎn)"的存在，而那時(shí)的宇宙有無(wú)限大的密度；廣義相對(duì)論的理論，大霹靂的理論依據(jù)，將不再能適用。最有可能取代的理論據(jù)信是尚未成熟的量子重力學(xué)，能在密度變得無(wú)窮大之前繼續(xù)適用。
紅移巡天
在先進(jìn)的自動(dòng)化望遠(yuǎn)鏡和改良的光譜儀合作之下，以一定數(shù)量星空的紅移當(dāng)成宇宙的投影，通過(guò)紅移與角度位置數(shù)據(jù)的結(jié)合，紅移巡天圖可以顯示天空中一定范圍內(nèi)物質(zhì)的立體分布狀態(tài)。這些觀測(cè)被用來(lái)研究宇宙的宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)城、許多廣達(dá)5億光年的超星系團(tuán)，紅移巡天的檢測(cè)提供了戲劇性的大尺度構(gòu)造的例子。
第一次紅移巡天是CfA紅移巡天，開始于1977年，至1982年完成最初的資料蒐集。最近的有2度視場(chǎng)星系紅移巡天，測(cè)量宇宙在一個(gè)部份的大尺度結(jié)構(gòu)，量測(cè)了22萬(wàn)個(gè)星系的z值，最后的結(jié)果已經(jīng)在2003年6月釋出。（除了描繪星系在大尺度的模型，2度視場(chǎng)也可以估計(jì)微中子質(zhì)量的上限。）其他值得重視的研究還有史隆數(shù)位巡天（SDSS），在2005年仍在繼續(xù)進(jìn)行中，目標(biāo)瞄準(zhǔn)在觀測(cè)一億個(gè)天體。SDSS已經(jīng)觀測(cè)到紅移高達(dá)0.4的星系和紅移超過(guò)z=6的類星體。深度2紅移巡天使用凱克望遠(yuǎn)鏡和新的“DEIMOS”光譜儀，是深度1計(jì)劃的延續(xù)。深度2是設(shè)計(jì)來(lái)研究紅移0.7或更高的黯淡星系，因此可以填補(bǔ)SDSS和2df計(jì)劃的不足。
沃爾夫效應(yīng)
在輻射轉(zhuǎn)換和物理光學(xué)的主題中會(huì)總結(jié)電磁輻射中波長(zhǎng)和頻率轉(zhuǎn)換可能發(fā)生的現(xiàn)象和交互作
用導(dǎo)致位移的結(jié)果。在這些情況下位移和物理上對(duì)應(yīng)的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)或其他的光子，而不是歸結(jié)于參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)變之間。這些轉(zhuǎn)移可以歸結(jié)于凝聚作用（參見沃爾夫效應(yīng)）或是來(lái)自于基本粒子、微粒物質(zhì)、或來(lái)自波動(dòng)的電介質(zhì)媒介被充電，導(dǎo)致電磁輻射的散射。當(dāng)這些現(xiàn)象對(duì)應(yīng)于“紅移”或“藍(lán)移”的現(xiàn)象時(shí)，是物理的電磁輻射場(chǎng)本身的交互作用或是介入（干預(yù)）的物質(zhì)來(lái)自參考坐標(biāo)系效應(yīng)的現(xiàn)象。在天文物理，質(zhì)-光交互作用的結(jié)果在輻射場(chǎng)的能量的遷移上通常是紅化而不是紅移，而這個(gè)項(xiàng)目通常是保留在前面的效應(yīng)中討論的。
在許多情況下散射會(huì)導(dǎo)致輻射的紅化，因?yàn)?/span>熵會(huì)使光子趨向最低能量而減少高能的光子(總能量守恒)。除了在小心控制的情況下，散射不會(huì)在同一個(gè)變化中橫跨整個(gè)光譜，換言之，任何一個(gè)波長(zhǎng)上計(jì)算得到的z只是一個(gè)對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)的函數(shù)，而且，來(lái)自介質(zhì)的隨機(jī)散射通常可能發(fā)生在任何的角度上，而z又是一個(gè)散射角的函數(shù)。如果多次的散射發(fā)生，或是散射的粒子在相對(duì)的運(yùn)動(dòng)中，那么通常都會(huì)造成譜線的畸變。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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