Что происходит с носом оленя Рудольфа на высокой скорости?

Продолжаем посты рождественской тематики в преддверии Нового года.

Так как олень Рудольф в этот раз у нас является амбассадором новогодних постов (предыдущий пост про него), продолжим говорить о его уникальном носе.

Предположим, мы те самые неспящие по ночам дети и настолько верим в Санту, что нам все-таки удалось каким-то образом его увидеть. Например, мы забрались по выше и вооружились мощным телескопом. И вот мы видим вдалеке ту самую заветную упряжку, летящую прямо на нас, и тот самый светящийся красный нос. Но, вдруг, понимаем, что нос не особо-то и красный, а какой-то оранжевый, или, даже, желтый. Как же так получилось?

При наблюдении за движущимся оленем на цвет его носа оказывает влияние эффект Доплера для электромагнитных волн – изменение частоты движущегося источника излучения относительно наблюдателя. Причем, наиболее явно это заметно для релятивистских скоростей (соизмеримых со скоростью света).

Вообще, с эффектом Доплера, вы сталкиваетесь каждый раз, когда слышите изменение тональности приближающегося сигнала, например, скорой помощи. Когда движущийся источник испускает звук, его частота увеличивается при приближении к наблюдателю и уменьшается при отдалении от него. Чтобы было интуитивно понятно, я, обычно, говорю, что, когда источник двигается, он как бы догоняет и подталкивает испущенную волну, и она немного сжимается, уменьшая свою длину (и увеличивая частоту). Когда источник отдаляется, он обгоняет и цепляет за собой эту волну, и она растягивается – длина волны увеличивается, а частота уменьшается. На картинке ниже наглядно изображен этот эффект.

Эффект Доплера работает не только для звуковых волн, но и для электромагнитных, в частности, света. При приближении источника длина волны света сокращается, цвет излучения сдвигается в сторону синих и фиолетовых волн. Это называется синее смещение. Когда источник отдаляется, длина излученной волны увеличивается, а значит, сдвигается в сторону красного – красное смещение. Таким образом, свет определенной длины волны от движущегося источника может казаться нам не тем, который мы бы видели, когда источник бы был неподвижен.

То же самое происходит и с носом оленя Рудольфа, излучающим красный свет. При приближении заветной упряжки Санты нос оленя будет испытывать синее смещение и казаться нам уже не красным, а, например, оранжевым, желтым или зеленым, в зависимости от скорости. А при отдалении он вообще будет черным, т.к., красный свет имеет наибольшую длину волны видимого света, и при красном смещении, она выходит за видимый диапазон, и дальше уже излучается инфракрасное (тепловое) излучение, которое не видит наш глаз. На второй картинке – Рудольф в трех разных состояниях.

Ну что, зарядились уже духом Нового года?