¿Qué es la velocidad radial?

Cualquier movimiento hacia o lejos de un observador inmóvil se llama velocidad radial, y el movimiento de cualquier objeto se define tanto por velocidad como por dirección. Sin embargo, para definir la dirección del objeto, se debe conocer el marco de referencia del observador. En un espacio tridimensional normal, el observador tiene un marco de referencia fijo, con cualquier número de objetos que se mueven hacia o desde su ubicación.

Los planetas en órbitas principalmente circulares poseen poca velocidad radial con respecto a sus soles, pero para los observadores fijos, fuera del sistema solar, dicho planeta cambia su movimiento hacia y lejos de ellos a lo largo de su órbita. Se ve que el planeta posee dos velocidades radiales máximas: una positiva, ya que el planeta se aleja del observador hacia el lado más alejado de su sol y otra negativa, mientras el planeta se mueve desde detrás de su sol hacia el observador. Cuando los astrónomos usan telescopios para observar sistemas de cuerpos en órbita, los datos se detectan como energía electromagnética. Las ondas de energía recibidas por los telescopios son diferentes, dependiendo de si el objeto en órbita se mueve hacia o fuera del alcance.

El hecho de que las ondas de energía de los objetos que se mueven hacia el observador se comprimen y parecen poseer una frecuencia más alta que las ondas de los objetos que se alejan del observador se llama desplazamiento Doppler, propuesto por Christian Doppler en 1842. Por ejemplo, cuando los planetas orbitan estrellas distantes , los alejan de sus centros de gravedad, lo que hace que se acerquen o alejen del observador. El ligero movimiento de la estrella hacia o lejos hace que su espectro, los colores del arco iris de su luz, se muevan hacia el azul a medida que se acerca y hacia el rojo a medida que se aleja. Usando este método de velocidad radial, la sincronización del cambio de rojo a azul y viceversa, brinda a los astrónomos información sobre la masa y el ciclo orbital de los planetas que orbitan estrellas distantes.

Este método también se puede usar en astronomía para medir las velocidades constantes de las estrellas que orbitan galaxias distantes cuando se las ve desde el borde. Las ondas de luz o radio recibidas de las estrellas que se mueven hacia el telescopio cambian a frecuencias más altas, mientras que las ondas de luz o radio de las estrellas que se alejan del telescopio se desplazan hacia longitudes de onda de menor frecuencia. La cantidad de desplazamiento indica tanto la velocidad relativa de las estrellas con respecto al observador como la velocidad angular de las estrellas en órbita alrededor de la galaxia.

El pronóstico del tiempo ha sido de gran ayuda con los mapas de velocidad radial medidos por el radar meteorológico Doppler. Del mismo modo que la velocidad radial registrada para una galaxia giratoria muestra rotación mediante el desplazamiento rojo y azul de las ondas de luz, el cambio en la frecuencia de las ondas de radio indica el movimiento de rotación en tormentas como ciclones, huracanes y tornados. Los pronosticadores del clima pueden emitir alertas de tornados temprano cuando ven el cambio Doppler en los sistemas climáticos severos.

El cambio Doppler, o método de velocidad radial, se puede usar en cualquier cuerpo o sistemas de cuerpos que estén en órbita o que vibren alrededor de un centro común. Tanto los objetos celestes como los patrones climáticos muestran un desplazamiento hacia el rojo o un desplazamiento hacia el azul, dependiendo de si los objetos se acercan o alejan del observador en la dirección radial. Albert Einstein describió el límite superior de la velocidad radial como la velocidad de la luz en el vacío, y su teoría especial de la relatividad se aplica a este movimiento radial de línea de visión directa.