Punasiirtymä
Punasiirtymä on ilmiö, jossa jostain kohteesta lähtevä valo muuttuu punaisemmaksi, koska valon aallonpituus muuttuu lähteen ja havaitsijan välillä. Tunnetuin syy tähän on kohteen liikkuminen suurella nopeudella havaitsijasta poispäin. Punasiirtymässä havaitun valon taajuus on matalampi kuin sen alkuperäinen taajuus kohteesta lähtöhetkellä. Taajuuden aleneminen on aallonpituuden pitenemistä. Voidaankin ajatella etääntyvän kohteen "vetävän" valoaaltoja pidemmiksi spektrin pitkäaaltoiseen punaiseen päin.
Punasiirtymää ei tule sekoittaa punertumaan, joka on tähtienvälisestä aineesta johtuva ilmiö.
Punasiirtymän historia alkaa 1800-luvulta aaltomekaniikan kehityksestä ja Dopplerin ilmiön tutkimisesta. Dopplerin ilmiö on nimetty Christian Andreas Dopplerin mukaan, joka selitti ilmiön ensimmäisenä vuonna 1842. Hypoteesin tarkisti ja totesi todeksi C.H.D. Buys Ballot vuonna 1845. Doppler osasi jo ennustaa ilmiön pätevän kaikkiin aaltoihin, ja esittikin tähtien vaihtelevien värien johtuvan niiden liikkeestä maapallon suhteen. Jälkeenpäin tosin todettiin värivaihtelun johtuvan tähtien lämpötilaeroista niiden liikkeen sijaan.
Ensimmäisenä Dopplerin punasiirtymää kuvaili ranskalainen fyysikko Armand Hippolyte Louis Fizeau vuonna 1848, joka esitti tähtien spektriviivoissa esiintyvän siirtymän johtuvan Dopplerin ilmiöstä. Brittiläinen astronomi William Huggins määritteli ensimmäisenä ihmisenä maasta poispäin liikkuvan tähden nopeuden tällä menetelmällä 1868.
Vuonna 1871 todettiin optinen punasiirtymä Fraunhoferin viivoissa auringon pyörimisliikettä hyväksikäyttäen. Aristarh Belopolski vahvisti punasiirtymän olemassaolon pyörivistä peileistä koostuvalla laboratoriolaitteistolla 1901.
Vuonna 1912 aloitetuissa tutkimuksissaan Vesto Slipher havaitsi, että suurimmalla osalla kierteisgalakseista oli huomattavia punasiirtymiä. Tämän jälkeen Edwin Hubble löysi suurpiirteisen riippuvuuden galaksien punasiirtymien ja näiden etäisyyksien välillä, mitä esittää hänen nimeänsä kantava Hubblen laki. Nämä havainnot tukivat Aleksandr Fridmanin työtä, kun hän myöhemmin johti kuuluisat Fridmanin yhtälöt. Nämä koetaan nykyään vahvoiksi todisteiksi laajenevan maailmankaikkeuden mallin ja alkuräjähdysteorian puolesta. Dosentti Toivo Jaakkola (1941–1995) oli merkittävä suomalainen punasiirtymien tutkija.
Tähtitieteessä "punasiirtymä" on mm. sitä että kaukaisten galaksien säteilemä valo on siirtynyt matalampia taajuuksia kohti (eli kirjon punaista päätä kohden) verrattuna lähellä olevien tähtien valoon. Mitä kauempana galaksi on sitä suurempi punasiirtymä sillä on. Tätä pidetään todisteena siitä, että galaksit etääntyvät toisistaan, maailmankaikkeus laajenee ja että tämä alkoi alkuräjähdyksessä.
Hyvin suuri punasiirtymä on kaukaisilla kvasaareilla. Sinisiirtymä on vain muutamalla lähigalaksilla, kuten Andromedan galaksilla.
Erilaisia punasiirtymiä ja sinisiirtymiä havaitaan myös räjähtävän tähden kaasukuoressa ja muissa laajenevissa kaasupilvissä. Puna- ja sinisiirtymä leventävät pyörivien tähtien spektriviivoja. Voidaan todeta myös pyörimistä kaasukiekoissa. Voimakas painovoima tiheän tähden pinnalla aiheuttaa gravitaatiopunasiirtymän.
Tähdistä voidaan mitata punasiirtymiä muutenkin: voidaan todeta tähden säteisnopeus, jonka hyvin pienistä vaihteluista on uusilla mittausmenetelmillä havaittu raskaita eksoplaneettoja,
jotka vetovoimallaan kieputtavat tähtiä. Säteisnopeuden vaihteluista voidaan laskea joitain spektroskoopisten kaksoistähtien rata-arvoja.
Punasiirtymälle vastakkainen ilmiö on sinisiirtymä. Sinisiirtymässä kohde lähestyy, ja kutistaa valoaaltoja siniseen päin. Valoaaltojen aallonpituus pienenee ja taajuus kasvaa.