L'effet Doppler
L'effet
Doppler dans la rue :
Quand une onde sonore est émise, le son entendu par l'auditeur ne sera pas le même si l'émetteur est immobile par rapport à l'auditeur ou s'il est en mouvement. Ainsi, la moto qui passe à proximité de l'auditeur est un émetteur de son qui s'approche puis qui s'éloigne de l'auditeur. Le son est plus aigu durant l'approche et plus grave quand la moto s'éloigne.
Principe de l'effet
Doppler en astronomie :
L'effet Doppler s'observe dans le spectre d'un objet (étoile, planète,
galaxie...) qu'on obtient en dispersant la lumière recue de cet objet. Quand l'objet s'éloigne, respectivement s'approche, le spectre se décale vers les longueurs d'onde plus longues, respectivement plus courtes.
Dans la figure ci-dessous, on voit une paire de raies d'absorption dans 3 objets. Le premier spectre correspond au Soleil, immobile par rapport à l'observateur : une paire de raies sombres est visible dans le vert. Dans le deuxième spectre (celui d'une galaxie qui s'éloigne), les deux raies sont décalées dans le jaune. Dans le troisième spectre, la galaxie s'éloigne plus vite et les deux raies sont décalées jusqu'au orange.
Observatoire de Paris / ASM / Hale Observatory
L'effet Doppler sur de vrais données :
Dans ces données réelles, les flèches indiquent la position des raies sombres dans trois galaxies de plus en plus lointaines. Les galaxies très éloignées de la nôtre s'éloignent à grande vitesse, et leur spectre est très décalé vers le rouge.
Observatoire de Paris/ASM/Hale observatory
Calcul du décalage spectral de l'effet Doppler :
Si sa longueur d'onde de la lumière est λ (en mètres), les crêtes de l'onde sont séparées de λ mètres et quittent l'émetteur à des temps séparés de P secondes tel que λ = c* P où c est la vitesse de la lumière (3x108 mètres par seconde).
Si la source est immobile par rapport à l'auditeur, celui-ci reçoit une onde dont les crêtes sont séparées de P, et dont la longueur d'onde reçue est λ, égale à la longueur d'onde émise.
Si la source d’ondes est en mouvement avec une vitesse vr par rapport à l'observateur, les crêtes sont émises à intervalles P. Pendant l'intervalle de temps séparant l'émission de 2 crêtes, la source a parcouru une distance d=vr P.
Si la source s'éloigne de l'auditeur, la deuxième crête parcourt une distance plus grande pour atteindre l'auditeur, une distance égale à λ+d. L'auditeur reçoit une onde de longueur d'onde
La longueur d'onde reçue est
Elle est donc plus grande que λ et la lumière observée sera plus rouge que la lumière émise.
A l'inverse, si la source se rapproche de l'auditeur, la deuxième crête parcourt une distance plus petite pour atteindre l'auditeur, une distance égale à λ-d. L'auditeur reçoit une onde de longueur d'onde
La longueur d'onde reçue est
Elle est donc plus petite que λ et la lumière observée sera plus bleue que la lumière émise.