子基態超精細結構躍遷……這是宇宙中最常見的信號,是星際探測的“標尺”。
多普勒頻移……波源與觀測者相對運動導致的頻率變化,可以直接反映氫雲的相對速度。
銀河係旋轉模型……太陽和氫雲都在繞著銀心做近似的圓周運動,它們的相對速度,需要在同一個坐標係下進行幾何分解。
“有點意思。”陳啟明低聲自語。
他沒有像解數學題那樣瞬間洞悉一切,而是決定放慢節奏,一步步拆解這個問題,享受這個推導的過程。
第一步:公式推導。
這部分是基礎。非相對論條件下的多普勒效應公式,v_r\/c=Δf\/f?,變形一下,徑向速度v_r的表達式就出來了。
難點在於距離R的表達式。陳啟明在草稿紙上畫了一個簡易的銀河係俯視圖,標出銀心、太陽和氫雲的位置。這是一個簡單的三角幾何問題。利用視線方向的速度投影關係和正弦定理,經過幾步代數換算,目標公式便躍然紙上。他還順手驗證了一下:如果徑向速度為正(紅移),算出來的距離R大於R?,邏輯自洽。
第二步:數值計算。
這部分純粹是體力活,但考驗的是細心和單位換算的熟練度。kpc、km\/s、MHz、GHz……這些單位在普通學生看來足以讓人頭皮發麻,但在陳啟明這裡,隻是簡單的指數運算。
光速c取3.00×10?km\/s,本征頻率f?換算成1.42×103MHz。
然後就是套公式:
Δf=0.03MHz->v_r≈6.34km\/s->R≈0.95R?
Δf=0.15MHz->v_r≈31.7km\/s->R≈0.78R?
Δf=0.26MHz->v_r≈54.9km\/s->R≈0.67R?
他心算的速度極快,草稿紙上隻留下了幾個關鍵的中間值。結果清晰明了,且趨勢合理:頻移越大,徑向速度越大,計算出的氫雲離銀心越近。
第三步:物理洞察。
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做完題,陳啟明並沒有立刻停筆。他看著這組數據,大腦中的信息流開始向更深層次挖掘。
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