Effet Doppler de la lumière : le décalage vers le rouge

La lumière est une onde : elle subit aussi l'effet Doppler. Mais ici, on ne raisonne pas en hauteur de son, mais en couleur, c'est-à-dire en longueur d'onde λ. Une source qui s'éloigne voit sa lumière décalée vers les grandes longueurs d'onde — le rouge — et une source qui s'approche vers les courtes — le bleu.

   spectre de reference   |B|...|V|...|R|
   source qui s'eloigne   |B|...|V|...|R| ->   (raies decalees vers le rouge)
   source qui s'approche <-  |B|...|V|...|R|    (raies decalees vers le bleu)

On quantifie ce décalage par le redshift z, l'écart relatif de longueur d'onde. Pour des vitesses faibles devant celle de la lumière c :

   z = Δλ / λ ≈ v / c        (v = vitesse d'eloignement, c = 3 x 10^8 m/s)

Un décalage vers le rouge (z > 0) signale un éloignement ; vers le bleu (z < 0), un rapprochement. L'astuce des astronomes : les atomes émettent des raies à des longueurs d'onde connues et fixes. En repérant de combien ces raies caractéristiques sont décalées dans le spectre d'une étoile ou d'une galaxie, on lit directement sa vitesse le long de la ligne de visée.

   raie connue a λ₀   ->  observee a λ = λ₀ + Δλ   ->  v = c · Δλ / λ₀

Ainsi, sans jamais s'y rendre, on mesure la vitesse d'objets situés à des milliards de kilomètres. La lumière porte, encodée dans le décalage de ses raies, l'information de son propre mouvement.