Lexikon der Optik: Doppler-Effekt
Doppler-Effekt (C. Doppler, 1803-1853), eine Frequenzverschiebung, die bei jeder Art von Wellen auftritt, wenn Beobachter und Quelle gegeneinander bewegt sind. Wenn sich speziell eine Lichtquelle und ein Beobachter gleichförmig gegeneinander mit der Geschwindigkeit v bewegen, so ergibt sich die beobachtete Frequenz ν zu
(1)
Hierin bedeuten ν0 die Frequenz, die ein in bezug auf die Quelle ruhender Beobachter messen würde, β das Verhältnis v/c mit c als Vakuumlichtgeschwindigkeit und ϑ den Winkel zwischen der auf die Quelle hinweisenden Beobachtungsrichtung und der vom Beobachter aus gesehenen Bewegungsrichtung der Quelle. Die Differenz ν-ν0 wird als Doppler-Verschiebung bezeichnet.
Normalerweise ist bei der Beobachtung die Bedingung β
1 erfüllt, so daß man sich in (1) auf die in β linearen Terme beschränken kann (D. 1. Ordnung). Das führt zu der Formel
. (2)
Für ϑ=0 (Quelle und Beobachter bewegen sich voneinander fort) tritt eine maximale Rotverschiebung der Frequenz auf, für ϑ=π hingegen eine maximale Violettverschiebung. Für ϑ=π/2 ist die Beziehung (1) zu benutzen, die zu einem in β quadratischen Effekt führt (D. 2. Ordnung oder transversaler D.), der z.B. an Licht aussendenden Kanalstrahlen beobachtet wird.
Der D. hat eine wesentliche Bedeutung für die Astronomie. Unter Berufung auf ihn schließt man aus der beobachteten Rotverschiebung der Spektren entfernter astronomischer Objekte auf eine Expansion des Universums.
In der Spektroskopie ist er die Ursache für die Doppler-Verbreiterung der Spektrallinien (Linienbreite).
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