Dopplersiirtymä

Dopplersiirtymä on ilmiö, jossa havaittu aallon taajuus tai aallonpituus muuttuu, kun lähde ja havainnoitsija liikkuvat toisiinsa nähden suhteessa aaltoon. Se koskee sekä ääniaaltoja että sähkömagneettisia aaltoja, ja sitä hyödynnetään mittauksissa laajasti esimerkiksi meteorologiassa, radarissa, lääketieteessä ja astronomiassa.

Ääniaaltoihin liittyvä pitkittäinen Dopplersiirtymä syntyy, kun väliaineen suurin nopeus määrää aallon etenemisen, ja havaitsija sekä lähde voivat liikkua kohti tai poispäin toisiaan. Nopeus v edustaa aallon nopeutta väliaineessa. Havaitsija liikkuu kohti lähdettä nopeudella vo ja lähde kohti havainnoitsijaa nopeudella vs. Taajuus havaittavissa f' on f (v + vo)/v, jos havaitsija liikkuu kohti lähdettä, sekä f' = f v/(v - vs), jos lähde liikkuu kohti havainnoitsijaa. Kun sekä lähde että havainnoitsija ovat liikkeessä, taajuus muutuu kumulatiivisesti.

Sähkömagneettiselle säteelle, kuten valolle, Doppler-siirtymä on relativistinen. Taajuusmuutos tunnetaan kuvioilla f' = f sqrt((1 + β)/(1 - β)) lähestyessä ja f' = f sqrt((1 - β)/(1 + β)) loitottaessa, missä β = v/c. Tämä johtaa redshift- tai blueshift-ilmiöihin; valon taajuus kasvaa, kun kohde lähestyy, ja pienenee, kun se loittonee.

Käyttökohteita ovat muun muassa astronomia (etäisyyksien mittaus ja kosmisen laajenemisen tutkiminen), radar- ja ultraäänisovellukset sekä laboratorio- ja lääketieteelliset mittaukset. Dopplersiirtymä on perusväline havaintoihin liikkeen ja nopeuden määrittämisessä.