Ao estudarmos a respeito do som, vimos que quando a fonte se afasta ou se aproxima do observador, a frequência do som percebido varia. Esse fenômeno é chamado de efeito Doppler.
Podemos observar também o efeito Doppler ao medir a frequência de ondas eletromagnéticas que estão sendo produzidas por uma fonte que se desloca com uma velocidade v em relação ao observador. A frequência f percebida por um observador, quando existe movimento relativo entre a fonte e o observador, é:
na qual f0 é a frequência da onda gerada, c é a velocidade da luz e v é a velocidade relativa entre fonte e observador. O sinal positivo é usado no caso em que a fonte se aproxima do observador; e o sinal negativo, quando fonte e observador se afastam. Para ondas luminosas, a variação na frequência resulta em uma variação na cor percebida pelo observador. Se a fonte e o observador se aproximam, a frequência aumenta e o comprimento de onda diminui.
Os astrônomos costumam medir a luz emitida pelas estrelas, para estudar a sua composição. Cada íon presente na estrela emite luz com um conjunto de frequências (cores) bem características, que pode ser detectado por meio de telescópios. Medindo esse conjunto de linhas (espectro), pode-se determinar que tipo de elemento está presente naquela estrela.
O que se observa é que as frequências medidas são em geral um pouco menores do que as frequências geradas pelos elementos correspondentes na Terra ou no Sol, indicando que as estrelas se afastam da Terra, fenômeno conhecido como a expansão do Universo.
Na década de 1920, o astrônomo americano Edwin Hubble descobriu que o Universo está em expansão. Usando o telescópio do monte Wilson, ele mediu a luz de nebulosas e estrelas fora da nossa galáxia e comparou com a luz proveniente dos mesmos elementos no Sol. Sua conclusão foi que todas se afastam do Sol e que a velocidade aumenta com a sua distância. A velocidade da estrela pode, então, ser escrita como
onde H é conhecida como a constante de Hubble e R é a distância da estrela até o Sol.
Na prática, a velocidade é medida em km/s e a distância R é medida em parsec (pc), onde 1 parsec = 3,3 anos-luz, ou 1 pc = 3,08 x 1016 metros. A constante de Hubble é
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