הסחה לאדום

הסחה לאדום או היסט לאדום (באנגלית: Redshift) היא תופעה פיזיקלית המתארת מצב בו תדר האור הנמדד על ידי צופה נמוך יותר מהתדר שהיה לאור כאשר נפלט על ידי המקור. לרוב תופעה זו מתרחשת כאשר מקור האור מתרחק במהירות מהצופה, עקב אפקט פיזיקלי המכונה אפקט דופלר. כאשר מקור האור מתקרב, מתרחשת תופעה הפוכה, ותדר האור הנמדד על ידי צופה גבוה יותר מהתדר שהיה לאור כאשר נפלט על ידי המקור. תופעה זו מכונה הסחה לכחול.

הסחה לאדום של קווים ספקטרליים בספקטרום של צביר־על של גלקסיות רחוקות (ימין), בהשוואה לספקטרום של השמש שלנו

ההסחה לאדום נתונה על ידי:

$\ {\frac {\lambda _{obs}}{\lambda _{emit}}}={\frac {1+v/c}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}\approx 1+{\frac {v}{c}}$

כאשר המהירות נלקחת בסימן חיובי כאשר הגוף מתרחק. עבור מהירויות לא יחסותיות, מתקבל הביטוי המקורב הרשום באגף הימני ביותר.

תופעת ההסחה לאדום מוכרת בעיקר במקרה הספקטרום הנפלט על ידי גלקסיות מרוחקות מוסט כולו לאדום, כאשר מידת ההסחה לאדום היא פונקציה של המרחק: ככל שהגלקסיה מרוחקת יותר, כך ההסחה לאדום תהיה גדולה יותר. תגלית זו היא שהביאה לניסוחה של תאוריית המפץ הגדול, לפיה היקום התפרץ כולו מנקודת ייחודיות אחת ומשם התחיל להתפשט.

גורמים להסחה לאדום

הסחה לאדום נגרמת עקב תופעה פיזיקלית המכונה אפקט דופלר: כאשר גוף הפולט גלים מתקרב אל צופה מסוים, אורך הגל שימדד על ידי הצופה יהיה קצר יותר (ובהתאם, התדירות גבוהה יותר) ואילו כאשר הגוף מתרחק מן הצופה, אורך הגל יהיה ארוך יותר (תדירות נמוכה יותר). אפקט זה נתגלה במקור בגלי קול אך הוא מתקיים בגלים מכל סוג שהוא, כולל גלי אור.

בגלי אור, הצבע האדום הוא הצבע בעל התדירות הנמוכה ביותר בספקטרום של האור הנראה ולכן התופעה נקראת "הסחה לאדום".

קיימים הסברים נוספים להסחה לאדום, שאינם מחייבים תנועה ממשית של מקור האור לעומת הצופה. הסבר אחד כזה הוא התפשטות המרחב, הסבר המקובל כיום בקוסמולוגיה. על פי הסבר זה, הגלקסיות אינן מתרחקות זו מזו על ידי תנועה קינטית, אלא על ידי התפשטות של המרחב עצמו, החל מהמפץ הגדול. אורך הגל של האור יגדל בהתאם, כתוצאה מאותה התפשטות של המרחב.

סיבה נוספת להסחה לאדום הוא אפקט הקשור לשדה כבידה. כאשר אור עובר דרך שדות כבידה חזקים עשוי להיגרם לאור הסחה לאדום או לכחול. אפקט זה מכונה גם הסחה כבידתית. משוואה המתארת את ההסחה, מתקבלת משיקולים של שימור אנרגיה. דהיינו, אנרגיית הפוטון לאחר ההסחה, שווה לאנרגיית הפוטון לפני ההסחה ועוד אנרגיית הכבידה. יוצא כי היחס בין התדירויות שווה לאחד ועוד היחס בין רדיוס הכבידה (חצי מרדיוס שוורצשילד), למרחק בין הפוטון לכוכב.

חישוב ההסחה לאדום

באסטרונומיה מקובל להתייחס לשינוי בתדירות על ידי שימוש בגודל חסר ממד הקרוי $z$. להלן טבלה המציגה את החישוב של $z$.

חישוב ההסחה לאדום, $z$

בהתבסס על אורך גל	בהתבסס על תדירות
$z={\frac {\lambda _{\mathrm {obsv} }-\lambda _{\mathrm {emit} }}{\lambda _{\mathrm {emit} }}}$	$z={\frac {f_{\mathrm {emit} }-f_{\mathrm {obsv} }}{f_{\mathrm {obsv} }}}$
$1+z={\frac {\lambda _{\mathrm {obsv} }}{\lambda _{\mathrm {emit} }}}$	$1+z={\frac {f_{\mathrm {emit} }}{f_{\mathrm {obsv} }}}$

מדידת ההסחה לאדום

מדידת ההסחה לאדום מתאפשרת הודות לקיומו של ספקטרום אופייני ליסודות בטבע. אורכי הגל הנפלטים מאטום או מולקולה (והנבלעים על ידה) הם פונקציה של ההפרשים בין רמות האנרגיה של האלקטרונים סביב הגרעין. כתוצאה מכך לכל אטום ישנה "חותמת" ייחודית בספקטרום האלקטרומגנטי המאפשר לזהות את אותו יסוד, חותמת זאת היא סדרת קווים המתאימה לאורכי הגל בהן יש בליעה או פליטה. כאשר מתגלה "חותמת" אופיינית כזו של יסוד נפוץ בכוכבים כגון מימן או הליום, המוסטת כולה אל עבר האדום, ניתן לזהות הסחה לאדום ואף למדוד את מידת ההסחה על ידי השוואת מיקומם של סדרת הקווים לעומת המיקום שבו הם אמורים להיות לאורך הספקטרום.

גילוי התפשטות היקום

האסטרונומים האמריקאים אדווין האבל ומילטון יומאסון מדדו את ההסחה לאדום של האור הנפלט מגלקסיות מרוחקות. האבל גילה שקיים יחס ישיר בין המרחק של גלקסיה מאיתנו לבין מידת ההסחה לאדום של האור הנפלט ממנה, יחס אשר לימים קיבל את השם חוק האבל.

את מרחק הגלקסיה מדד האבל בהתבסס על עוצמת האור הנפלטת מהגלקסיה, כאשר עוצמת האור המגיעה לכדור הארץ קטנה עם המרחק בריבוע. הוא התבסס על כך שגלקסיות מסוימות הן בעלות גודל אופייני, ומכאן ניתן להעריך את מרחק הגלקסיה מאיתנו.

תגלית זו היא שהובילה למסקנה כי היקום מתפשט, ובהתאם לכך היקום כולו התפרץ מנקודה אחת.

העצם המרוחק ביותר שהתגלה עד כה ביקום הוא TN J0924-2201, גלקסיית הרדיו שהתגלתה בשנת 1999 על ידי וויל ואן בראוגל. על פי מדידת ההסחה לאדום של ספקטרום הגלקסיה, היא מתרחקת במהירות של כ־285,000 ק"מ בשנייה, קרוב ל־95% ממהירות האור.

שימוש למדידת מרחק

מדידת ההסחה לאדום משמשת היום להעריך את מרחקם של גרמי שמיים מרוחקים, תוך שימוש בחוק האבל. מדידת ההסחה לאדום היא פשוטה ומדויקת, ועל כן טכניקה זו היא השיטה המקובלת ביותר כיום לצורך הערכת מרחקן של גלקסיות וגרמי שמיים אחרים מאיתנו.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא הסחה לאדום בוויקישיתוף

• הסחה לאדום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)