Ефектът на Доплер разкрива тайните на екзопланети

Когато Бърза помощ профучи край нас, височината на звука от сирените внезапно спада. Общо взето, всички сме запознати с проявата на Доплеровия ефект, дори тези, които не знаят какво е това. Но оказва се, че и тези, които знаят, не си представят всички потенциални възможности на използването на това явление.

Благодарение на нарастващата дължината на вълната на светлината, идваща от отдалечаващ се от нас източник, астрономите са се научили да изчисляват скоростта на разбягване на звездите и цели галактики от земния наблюдател. Именно така е открито разширението на Вселената.

През 1997 г. полски физици показали, че въртенето на обект също може да се определи по Доплеровия ефект. Въртящото се тяло придава на светлината, излизаща от него, орбитален ъглов момент.

„Усуканата” светлина е разновидност на светлинната вълна, при която вълновият фронт не е плосък, а спираловиден. Неговият лъч не просто се движи през пространството, но и се увива около своята ос като излетял куршум. Параметрите на такъв светлинен лъч не са само енергия, импулс и поляризация, но и въртене на неговата вълна, орбитален ъглов момент (да не се бърка с кръговата поляризация, отнасяща се до плоската светлинна вълна).

Както показали преди 16 години полските учени, светлината от въртящия се обект дава такъв орбитален момент, който може да се измери и по него да се определи скоростта на въртене на изходния обект. Ако искате да разберете параметрите на въртене на далечни звезди, този метод може да ви послужи.

А сега физиците Майлс Паджет и Мартин Лавери от университета в Глазгоу (Шотландия) успели да демонстрират, че светлината получава Доплерово отместване по орбиталния ъглов момент, разсейвайки се от въртящия се обект.

Откритието е направено с помощта на облъчване с лазер на бързо въртящ се пластмасов ротор. Физиците регистрирали разсеяната от този предмет светлина с детектор, филтриращ приетото излъчване в два сигнала: положителен (по часовниковата стрелка) и отрицателен (срещу) орбитален ъглов момент.

Станало ясно, че роторът не е изменил общия орбитален ъглов момент на разсеяната светлина, но честотата на положителния орбитален ъглов момент станала по-висока, а на отрицателния – по-ниска. Използвайки тези изменения, изследователите успешно измерили скоростта на въртене на пластмасовия ротор.

Важността на откритието трудно може да се оцени. Повечето обекти от материалния свят не излъчват светлина, а само я разсейват. Още сега обаче този метод ще има широко приложение – например във вятърната енергетика, където измерването на скоростта на въртене на лопатите от разстояние представлява истински интерес.

По принцип с нарастването на чувствителността на използваните телескопи такава техника ще позволи да се определи скоростта на въртене на далечни екзопланети, което ще даде възможност да се изчисли продължителността на тяхното денонощие, както и да се изясни подложени ли са те на приливно въздействие.

Отчет за изследването е публикуван в сп. Science.

Източник: ScienceNOW