// EXP.05 — DOPPLER_EFFECT
DOP
PLER
다가올수록 높게,
멀어질수록 낮게.
움직이는 음원이 만드는 파면은 진행 방향으로는 촘촘해지고, 반대쪽으로는 성글어집니다. 음원의 속도와 진동수, 매질을 직접 바꿔가며 파면의 압축·팽창과 관측 진동수 변화를 함께 관찰해보세요.
f′ = f · c / (c − v)
소리는 매질(공기 등)을 통해 일정한 속력으로 퍼져나가는 파동입니다. 음원이 가만히 있으면 사방으로 똑같은 간격의 파면이 퍼지지만, 음원이 움직이면 이야기가 달라집니다 — 진행 방향 쪽으로는 다음 파면을 더 가까운 곳에서 내보내게 되어 파면 간격(파장)이 줄어들고, 반대쪽은 멀어지면서 내보내 파장이 늘어납니다. 파장이 짧아지면 더 높은 진동수(높은 음)로, 길어지면 더 낮은 진동수(낮은 음)로 들립니다. 구급차가 다가올 때 사이렌이 높게, 멀어질 때 낮게 들리는 이유가 바로 이것입니다.
다가올 때는 앞쪽 파면이 촘촘해져 높은 음, 지나쳐 멀어질 때는 파면 간격이 벌어져 낮은 음으로 들립니다.
사이렌 자체는 내내 같은 소리를 냅니다. 변한 것은 소리가 아니라 그 소리가 나에게 도착하는 간격이라, 구급차 안에 탄 사람에게는 음높이가 조금도 변하지 않습니다.
음높이가 바뀌는 속도는 구급차가 얼마나 가까이 지나가는지에 달려 있습니다. 바로 앞을 스칠수록 다가옴에서 멀어짐으로 뒤집히는 데 걸리는 시간이 짧아 음이 뚝 떨어지고, 멀리서 비껴 가면 같은 변화가 훨씬 완만하게 들립니다.
빛도 파동이라 똑같은 일이 일어납니다. 별이 다가오면 파장이 짧아져 파란 쪽으로(청색편이), 멀어지면 길어져 붉은 쪽으로 밀립니다(적색편이).
재는 것은 색이 아니라 스펙트럼에 난 흡수선의 위치입니다. 원소마다 나타나는 파장이 정해져 있어서, 그 선이 밀린 정도로 별이 다가오거나 멀어지는 속도까지 계산할 수 있습니다.
행성이 별을 돌면 별도 끌려 흔들리고, 그 흔들림이 주기적인 편이로 나타납니다. 1995년 51 페가수스에서 약 4.2일 주기의 편이가 발견됐는데, 태양 같은 별을 도는 행성을 찾은 첫 사례였습니다.