Введение
Скорость объекта определяется как скорость изменения расстояния между объектом и точкой. Радиальная скорость или скорость вдоль линии визирования цели относительно наблюдателя – это скорость изменения векторного перемещения между двумя точками. Она определяется как векторная проекция относительной скорости цели и наблюдателя на относительное направление или линию визирования (LOS), соединяющую эти две точки. Радиальная скорость или скорость изменения дальности – это скорость изменения расстояния или дальности между двумя точками во времени. Это скалярная величина со знаком, определяемая как скалярная проекция вектора относительной скорости на направление LOS. Эквивалентно, радиальная скорость равна абсолютной величине радиальной скорости, без учета знака. В астрономии обычно за точку принимается наблюдатель на Земле, поэтому радиальная скорость обозначает скорость, с которой объект удаляется от Земли (или сближается с ней, если радиальная скорость отрицательна).
The radial velocity or line of sight velocity of a target with respect to an observer is the rate of change of the vector displacement between the two points. It is formulated as the vector projection of the target observer relative velocity onto the relative direction or line of sight (LOS) connecting the two points. The radial speed or range rate is the temporal rate of the distance or range between the two points. It is a signed scalar quantity, formulated as the scalar projection of the relative velocity vector onto the LOS direction. Equivalently, radial speed equals the norm of the radial velocity, modulo the sign. In astronomy, the point is usually taken to be the observer on Earth, so the radial velocity then denotes the speed with which the object moves away from the Earth (or approaches it, for a negative radial velocity).
Применение в астрономии
В астрономии радиальная скорость часто измеряется с точностью до первого порядка приближения методом доплеровской спектроскопии. Величина, полученная этим методом, может называться барицентрической мерой радиальной скорости или спектроскопической радиальной скоростью. Однако, из-за релятивистских и космологических эффектов на больших расстояниях, которые свет обычно проходит от астрономического объекта до наблюдателя, эта величина не может быть точно преобразована в геометрическую радиальную скорость без дополнительных предположений об объекте и пространстве между ним и наблюдателем. В отличие от этого, астрометрическая радиальная скорость определяется на основе астрометрических наблюдений (например, секулярного изменения годичного параллакса).
Спектроскопическая радиальная скорость
Свет от объекта с существенной относительной радиальной скоростью в момент излучения подвержен эффекту Допплера, поэтому частота света уменьшается для удаляющихся объектов (красное смещение) и увеличивается для приближающихся объектов (синее смещение). Радиальную скорость звезды или другого удалённого светящегося объекта можно точно измерить, получив спектр высокого разрешения и сравнивая измеренные длины волн известных спектральных линий с лабораторными значениями. Положительная радиальная скорость указывает на увеличение расстояния между объектами в прошлом или настоящем; отрицательная радиальная скорость указывает на уменьшение расстояния между источником и наблюдателем в прошлом или настоящем. Уильям Хаггинс в 1868 году предпринял попытку оценить радиальную скорость Сириуса относительно Солнца, основываясь на наблюдаемом красном смещении света звезды. У многих двойных звёзд орбитальное движение обычно вызывает изменения радиальной скорости в несколько километров в секунду (км/с). Поскольку спектры этих звёзд изменяются из-за эффекта Допплера, они называются спектроскопическими двойными звёздами. Радиальную скорость можно использовать для оценки отношения масс звёзд, а также некоторых орбитальных элементов, таких как эксцентриситет и большая полуось. Тот же метод также применялся для обнаружения планет вокруг звёзд: измерение движения определяет орбитальный период планеты, а амплитуда полученной радиальной скорости позволяет рассчитать нижнюю границу массы планеты, используя функцию массы двойной системы. Методы измерения радиальной скорости могут выявить только нижнюю границу массы, поскольку массивная планета, вращающаяся под большим углом к лучу зрения, будет вызывать радиальные возмущения звезды в той же степени, что и гораздо менее массивная планета с орбитальной плоскостью, направленной вдоль луча зрения. Предполагается, что планеты с высоким эксцентриситетом, рассчитанные этим методом, на самом деле могут представлять собой две планетарные системы, находящиеся на круговых или почти круговых резонансных орбитах.
Обнаружение экзопланет
Метод радиальных скоростей для обнаружения экзопланет основан на регистрации изменений скорости центральной звезды, вызванных изменяющимся направлением гравитационного воздействия (невидимой) экзопланеты по мере её обращения вокруг звезды. Когда звезда приближается к нам, её спектр испытывает синее смещение, а когда удаляется – красное смещение. Регулярно анализируя спектр звезды и, следовательно, измеряя её скорость, можно установить, совершает ли она периодические движения под влиянием экзопланеты-компаньона.