Dopplerverschuivingen

Dopplerverschuivingen zijn veranderingen in de waargenomen frequentie of golflengte van golven die ontstaan door relatieve beweging tussen de bron en de waarnemer of door beweging van de bron ten opzichte van de golffluit. Ze komen voor bij alle soorten golven, zoals geluid, licht en radiogolven.

Bij geluidgolven in een medium geldt de klassieke Doppler-formule: de waargenomen frequentie f′ is afhankelijk van de snelheid van de waarnemer vo en de snelheid van de bron vs ten opzichte van het medium. Een gangbare vorm is f′ = f (v ± vo)/(v ∓ vs), waarbij f de zenderfrequentie is en v de voortplantingssnelheid van de golf in het medium. Als de waarnemer of bron naar elkaar toe beweegt, neemt de waargenomen frequentie toe; bij ontsnapping af.

Bij lichtgolven geldt geen ether, en optreedt een relativistische Dopplerverschuiving. Voor een bron die langs een rechte weg ten opzichte van de waarnemer beweegt met snelheid v (β = v/c) geldt voor f′: f′ = f γ (1 − cos θ β), wat voor beweging langs de lijn van de waarnemer vereenvoudigt tot f′ = f √((1 − β)/(1 + β)) bij wegbewegende bronnen en f′ = f √((1 + β)/(1 − β)) bij naar de waarnemer toe bewegende bronnen. De resulterende verschuiving in golflengte is λ′ = λ (f/f′). De bijbehorende rode verschuiving z wordt gedefinieerd als z = (λ′ − λ)/λ en geldt als z > 0 bij repousing, z < 0 bij blueshift.

Toepassingen omvatten astronomische metingen van sterren en sterrenstelsels (Hubble-typische roodverschuiving), de detectie van exoplaneten via het radarspectrum, radar- en sonar-onderzoek, en medische beeldvorming zoals echografie. Historisch werd de verschuiving voor het eerst beschreven door Christian Doppler in 1842.