Effet Doppler : principe : Page pour l'impression

Décalage spectral

L'effet Doppler module les positions des raies spectrales. En cela, il constitue un traceur de vitesse.

Décalage spectral entre différentes galaxies d'un amas.

Crédit : ESO

Objectifs

L'effet Doppler-Fizeau est un effet relativiste, au sens qu'il ne s'explique que dans le cadre de la relativité restreinte. La perception d'un phénomène électromagnétique dépend de la vitesse relative entre la source et le récepteur.

L'effet Doppler

La composante radiale de la vitesse relative entre l'émetteur et l'observateur étant notée , comptée positivement pour un éloignement de la source au récepteur, l'effet Doppler relie la longueur d'onde reçue $\lambda$ à la longueur d'onde émise $\lambda_0$ par :

$\displaystyle{ {\lambda\over\lambda_0 }\ =\ {1+\beta \over \sqrt{1-\beta^2}}}$

avec la notation relativiste usuelle du terme $\beta\ =\ \displaystyle{v\over c}$ .

Le terme $\beta$ au numérateur correspond à la translation relative entre l'émetteur et l'observateur ; le dénominateur introduit la correction relativiste. Pour des vitesses non relativistes (typiquement inférieures à c/10), les termes d'ordre supérieur à $\beta$ sont négligeables et l'on a simplement :

$\displaystyle{\lambda\over\lambda_0 }\ \simeq \ 1 + \beta$

soit le décalage :

$\Delta\lambda\ =\ \lambda - \lambda_0\ =\ \lambda_0 \ {v\over c}$

Un éloignement rougit la longueur d'onde perçue, un rapprochement la bleuit.

Effet Doppler : principe

Selon la direction de visée, l'observateur verra ou non la modulation Doppler du rayonnement de la source en mouvement.

Crédit : ASM

Effet radial

A faible vitesse, l'effet Doppler est du 1er ordre dans sa composante radiale, mais du 2e ordre en vitesse transversale.

QCM

1) Une source se rapproche de l'observateur à 90 km/s. A quelle longueur d'onde est observée sa raie de Balmer $\mathrm{H}\alpha$ , au repos à 656.3 nm.
656.1 nm
656.5 nm

2) La raie de l'hydrogène à 21 cm (1420.4 MHz) est observée pour une source donnée à 1390.0 MHz. Cette source s'éloigne-t-elle de l'observateur ?
oui
non

3) Estimer la vitesse de cet objet par rapport à l'observateur (en km/s).
6.42
6.56
6420
6560

Effet Doppler sismique

Difficulté : ☆ Temps : 5 min

Question 1)

Pourquoi l'animation du champ de vitesse Doppler montre-t-elle un gradient de vitesse dans la photosphère ?

Effet Doppler : principe

Observer

Décalage spectral

Apprendre

Objectifs

L'effet Doppler

Effet radial

S'exercer

QCM

Effet Doppler sismique

Réponses aux QCM

QCM

Réponses aux exercices

Exercice 'Effet Doppler sismique'