물체가 움직일때 그 물체의 나오는 빛의 스펙트럼선이 한쪽으로 편이될 수 있다. 이 현상을 우리는 도플러 효과(doppler effect)라고 부른다. 아마도 가까워지거나 멀어지는 물체에서 나오는 소리(기차의 기적, 경찰차의 사이렌, 자동차에서 나오는 음악, 모기의 날개짓 소리등.)의 변화를 경험했을 것이라고 생각된다. 소리를 내는 물체가 관측자에게 가까워질 때 소리의 파동들이 서로 압박되기 때문에 더 높은 음(pitch)으로 들리고 반대로 멀어질때는 파동들이 서로 멀어지므로 더 낮은 음으로 들린다. 빛도 같은 식으로 행동한다.

빛을 내는 물체의 움직임은 스펙트럼 라인의 편이를 일으킨다. 자세히 말하면 물체가 운동하고 있는 방향과 속력에 의존하여 물체에서 나는 빛의 파장이 Δλ = λ_new - λ_rest 만큼의 편이를 일으킨다는 것이 된다. 편이된 양은 물체의 속력에 의존한다 이것을 식으로 나타내면
Δλ = λ_rest * V_radial / c
이다. λ_rest는 물체가 정지했을때 측정되는 파장이고 V_radial은 시선방향에서의 속도를 말한다.(시선속도)

이 별볼일 없을 것같은 식에서 우리는 많은 정보를 얻을 수 있다. 첫째로 물체가 더 빨리 움직일수록 도플러 편이값 Δλ가 더 커진다. 예를 들어 가까운 은하 근처에 있는 수소의 특정한 방출선이 멀리 떨어진 은하에서 나오는 같은 선 보다 더 작은 파장쪽(큰 주파수쪽)으로 편이되어 있다. 이것은 멀리 떨어진 은하가 가까운 은하보다 더 빨리 움직인다는 것을 알 수 있다. 또 다른 예로 경찰이 가지고 있는 전파총(radar guns)은 도플러 효과의 원리가 이용된다. 이 장치는 보낸 전파와 반사된 전파의 파장의 차이로부터 차의 속도를 계산해낸다.

두번째로 관측자의 시선방향으로 물체의 움직임을 의미하는 시선속도 V_radial를 측정하는데만 중요하다. 만약 물체가 시선방향에 대해 어떤 각도를 가지고 움직인다면 그때 도플러 편이(Δλ)는 단지 시선방향의 움직임만 알 수 있다. 물체의 전체속도를 결정하기위해 시선방향의 직각성분의 속력도 알 수 있는 또다른 기술을 사용해야 한다.

마지막으로 물체가 멀어지거나 가까워질때 어떤 방식으로 스펙트럼이 편이되는가 논할 수 있다. 만약 물체가 가까워지면 파동은 서로 압축되어 파장이 더 짧아진다. 이 선들은 더 짧은 파장쪽(파란색쪽) 파장으로 편이된다. 이것을 청색편이(blueshift)라고 불리운다. 만약 물체가 멀어지고 있다면 선들은 더 긴 파장쪽(빨강색쪽)으로 편이되며 이것을 적색편이(redshift)라고 부른다.

또한 이 현상은 만약 관측자와 물체가 정지하든가 또는 둘다 움직이는 것에 대해 논할 수 있다. 도플러 효과는 관측자에 대한 상대적인 물체 운동에서만 설명되어진다. 우주에 은하들의 스펙트럼선이 적색편이현상이 일어날 수 있는 것을 볼 수 있는데 이것은 우리 은하에서 다른 은하들이 상대적으로 멀어지고 있다는 것을 의미하며 이 사실은 우주의 팽창의 증거가 된다.

만약 빛의 속력과 매우 가까운 속력으로 움직이지 않는다면 도플러 효과는 전 색에 영향을 주지 않을 것이다. 물체가 관측자에게 가까워질 때 빨강색은 주황색으로 편이될 것이다. 또 적외선은 빨강색쪽으로 편이되는 등 모든 색이 편이가 될 것이다. 물체의 전 색은 전 파장의 강도와 관련된다. 아래의 첫번째 그림에서 관측자에 대한 상대속도(0, 0.01c, 0.1c)에 따른 태양의 연속스펙트럼의 편이를 보이고 있다. 그 아래에는 수소 알파선(656.3nm)을 보인다. 우리 은하안에 천체들은 모두 0.01c보다 더 작은 시선속도로 움직인다. 0.01c 속도를 가진 태양의 움직임으로 도플러 편이된 연속스펙트럼은 거의 멈춰진 태양과 구별하기 힘들다. 그러나 스펙트럼선의 도플러 편이는 더 느린 속도를 가진다. 이 스펙트럼을 확대하면 우리는 1km/s 또는 그 보다 더 작은 속력으로 도플러 편이된 스펙트럼을 관측할 수 있다.

천문용어 : Vocabulary

공식 : Formulae

1. 파장편이 : Δλ = λ_new - λ_rest.
   λ_rest는 물체가 상대적으로 정지해 있을때 측정되는 파장이고 λ_new는 물체가 움직일때 측정되는 파장이다.
2. 도플러 효과(doppler effect) : Δλ = λ_rest * V_radial / c
   여기서 V_radial은 물체의 시선속도이고 c는 광속이다.
3. 만약 λ_new ^> λ_rest라면 물체는 멀어진다(적색편이).
4. 만약 λ_new ^< λ_rest라면 물체는 가까워진다(청색편이).