적색 편이와 청색 편이

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적색 편이와 청색 편이를 나타내는 스펙트럼 화살표 아이콘

천체가 관찰자로부터 멀어지거나 가까워질 때 파장이 길어지거나 짧아지는 적색 편이와 청색 편이, 스펙트럼선의 기준 파장과 관측 파장 및 후퇴 속도와 적색 편이량을 설명합니다.

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분광형을 나타내는 삼각형 아이콘과 OBAFGKM 색상 배열 도플러 효과를 상징하는 파동 무늬와 파란 삼각형 아이콘 은하들의 후퇴 속도와 거리를 나타내는 허블 법칙 아이콘

스펙트럼선

스펙트럼에서 나타나는 방출선이나 흡수선이다.

후퇴 속도

천체가 관찰자로부터 얼마나 빨리 멀어지거나 가까워지는지를 나타내는 속도이다.
기호로 vv로 나타내고, 단위는 주로 km/s\mathrm{km/s}를 사용한다.

관찰자로부터 멀어질 때는 양(+)(+)의 부호를, 관찰자에게 가까워질 때는 음(−)(-)의 부호를 갖는다.

후퇴 속도 부호에 따른 천체의 멀어짐과 가까워짐 비교 그림

기준 파장(고유 파장)

천체의 후퇴 속도가 00일 때(관찰자와 천체 사이의 거리가 변하지 않을 때) 나타나는 스펙트럼선의 파장이다.
기호로 λ0\lambda_{0}로 나타내고, 단위는 주로 nm\mathrm{nm}를 사용한다.

적색 편이와 청색 편이

천체가 관찰자로부터 멀어질 때, 도플러 효과에 의해 관측되는 빛의 파장이 길어진다.
이로 인해 천체의 스펙트럼선은 파장이 긴 쪽인 적색 방향으로 이동하는데, 이를 적색 편이라고 한다.

반대로 천체가 관찰자로부터 가까워질 때는 관측되는 빛의 파장이 짧아진다.
따라서 천체의 스펙트럼선은 파장이 짧은 쪽인 청색 방향으로 이동하는데, 이를 청색 편이라고 한다.

파장축에 나타낸 적색 편이와 청색 편이 비교 스펙트럼

빛의 속도를 cc, 어느 스펙트럼선의 고유 파장을 λ0\lambda_{0}, 관측 파장을 λ\lambda, 별의 후퇴 속도를 vv라 할 때, v=c(λ−λ0λ0)v = c\left(\dfrac{\lambda - \lambda_{0}}{\lambda_{0}}\right)이다.

λ−λ0λ0\dfrac{\lambda - \lambda_{0}}{\lambda_{0}}는 적색 편이량이라고 하며, 기호로 zz로 나타내고, 단위는 없다.

적색 편이와 청색 편이 예시

그림은 어느 별의 관측 스펙트럼에서 기준 파장이 500 nm500\,\mathrm{nm}인 방출선의 관측 결과를 나타낸 것이다.
이 별의 적색 편이량(z)(z)과 후퇴 속도를 구해 보자. (단, 빛의 속도는 3×105 km/s3 \times 10^{5}\,\mathrm{km/s}이다.)

380~750 nm 파장 눈금과 510 nm 위치를 표시한 스펙트럼 막대

어느 스펙트럼선의 고유 파장을 λ0\lambda_{0}, 관측 파장을 λ\lambda라 할 때, 적색 편이량(z)(z)은 z=λ−λ0λ0z = \dfrac{\lambda - \lambda_{0}}{\lambda_{0}}이다.

그림에서 λ=510 nm\lambda = 510\,\mathrm{nm}이므로
z=510 nm−500 nm500 nmz = \dfrac{510\,\mathrm{nm} - 500\,\mathrm{nm}}{500\,\mathrm{nm}},
z=0.02z = 0.02이다.

빛의 속도를 cc, 별의 후퇴 속도를 vv라 할 때,
v=c(λ−λ0λ0)=czv = c\left(\dfrac{\lambda - \lambda_{0}}{\lambda_{0}}\right) = cz이므로,
v=3×105 km/s×0.02v = 3 \times 10^{5}\,\mathrm{km/s} \times 0.02,
v=3×103 km/s×0.02×102v = 3 \times 10^{3}\,\mathrm{km/s} \times 0.02 \times 10^{2},
v=6000 km/sv = 6000\,\mathrm{km/s}이다.

시뮬레이션


적용 문항

1번 문항


별의 관측 스펙트럼에서 기준 파장과 방출선 파장을 비교하는 적색 편이 문항

2번 문항


별 A와 B의 기준 파장 및 관측 파장 표와 적색 편이 관련 보기