​多普勒效应公式讲解（星际航行之多普勒效应）

多普勒效应公式讲解（星际航行之多普勒效应）

对于亚光速飞船来讲，我想大家最先想到的应该是下面介绍的现象——多普勒效应。

一个举烂了的例子，当我们站在马路边上时，一辆救护车鸣笛而来，鸣笛而去，在鸣笛而来时，声音会逐步变高，在鸣笛而去时，声音会逐步变低，这说明了什么问题？

是救护车的司机开启了小差，在开车的同时，还不忘摆弄喇叭声音？还是这个喇叭就是这个设定，一会高一会低？

都不是，这种现象纯粹是相对运动导致的，在救护车朝我们开来时，声音的频率会升高，那是因为救护车在运动，比方说救护车喇叭设定的是一秒钟响三回，对于救护车上的人来说，在整个过程中，声音的频率的确是这样，但对于马路上的我们来讲，由于救护车在每个响声之间都会移动一段距离，因此每个响声之间的距离间隔就减少了，于是在我们的耳朵听来，就好像频率加快了。

然而不同于我们刚才所说的声音的多普勒效应，因为在太空环境中，像什么声音之类的机械波是不存在的，只有光波比较常见，因此我们在亚光速飞船中，会遇到光的多普勒效应。

位于飞船内部的宇航员会发现这样的情况，从飞船前方看到的景象，普遍都有带有蓝紫色，而飞船后方看到的景象，则普遍带有暗红色，这两个方向上的场景分别对应着多普勒效应里的蓝移和红移。

实际上但从这样的描述看来，光的多普勒效应和声音的多普勒效应没有什么区别，因为光线的蓝移和红移，本质上就是光子能量的变化，蓝移代表光子频率上升，能量增加，而红移则代表频率下降，能量减少，虽然描述上和一般的多普勒没有什么不同，但关键在于定量的公式上是有差别的

下图是光的多普勒效应公式

其实相比于普通的多普勒效应，光的多普勒效应的核心就在于光速不变原理，无论飞船是远离还是靠近光源，测得的光速永远是一个定值（这与我们通常认为的速度叠加不同），正是光速不变这一点，才有了后来的狭义相对论。

那么在光的多普勒效应的推导中，就会用到狭义相对论中的钟慢公式，详细情况就不多做介绍了。

然而事情还没有结束，飞船内的宇航员除了发现飞船前后两个方向的景象发生的蓝移和红移之外，随着速度的进一步提升，他们竟然发现了一个更加神奇的现象，原本分布在飞船四周的景象，全都被挤压到飞船前方的一块区域内了，包括那些原本只能在飞船侧面和后面看到的场景。