Atomaire emissie en absorptie

Atomen en moleculen hebben de eigenschap dat ze op welbepaalde golflengten (kleuren) licht absorberen en uitzenden. Vanop afstand kan een astronoom dus de samenstelling van een stralend object afleiden, door het spectrum ervan te onderzoeken. Het spectrum is de hoeveelheid licht als functie van de golflengte, zoals hieronder weergegeven.

Visueel absorptiespectrum van waterstof, met de overeenkomstige golflengte van het licht. De zwarte lijnen zijn de kleuren die door het waterstof geabsorbeerd worden.

Het Doppler-effect

Het Doppler-effect kunnen we waarnemen als objecten die golven uitzenden (licht, geluid, ...) ons naderen of zich van ons verwijderen. Door die beweging wordt de golf samengedrukt of uitgerekt.

Bij licht betekent een verandering in golflengte een verandering in kleur. Een kortere golflengte (samengedrukte golf) betekent meer naar het blauwe (naar links) in het spectrum, een langere golflengte (uitgerekte golf) meer naar het rode (naar rechts).

Bij geluid hangt de golflengte samen met de toonhoogte. Een kortere golflengte betekent een hogere toon, een langere geeft een lagere toon.

In het dagelijkse leven kennen we het Doppler-effect van bijvoorbeeld het geluid van een ziekenwagensirene. Tijdens het naderen horen we de sirene met een bepaalde toonhoogte, die hoger is dan wanneer de ziekenwagen zou stilstaan (golf samengedrukt). Op het moment dat de ziekenwagen voorbijkomt, horen we de toonhoogte van de sirene dalen, en als ze wegrijdt, luidt de sirene met een lagere toonhoogte (golf uitgerekt).

De roodverschuiving

Het licht van sterren en sterrenstelsels wordt ook beïnvloed door het Doppler-effect. Dankzij de atomaire emissie kan men dit Doppler-effect nauwkeurig bepalen: men kan de golflengte van de absorptie of emissie meten, en die vergelijken met de gekende waarden uit metingen op aarde.

Aangezien de meeste sterrenstelsels zich van ons verwijderen, vertonen ze een Doppler-effect naar de rode kant van het spectrum toe. Vandaar dat in de kosmologie vaak wordt gesproken van roodverschuiving.

De kosmische roodverschuiving, de roodverschuiving ten gevolge van de uitzetting van het heelal, wordt tegenwoordig, via de wet van Hubble, gebruikt voor het bepalen van afstanden tot de verst verwijderde objecten in ons heelal. De verst verwijderde objecten die tot nu toe konden worden waargenomen, staan op zo'n 13 miljard lichtjaar.