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黑夜的星空，一眼望去，宇宙似乎一成不变。的确，浮云掠过月亮，天空绕着北极星旋转，天长日久，月亮盈亏，与行星一道，在恒星组成的背景上运动。但我们清楚，这些只不过是太阳系内部的运动所产生的局部现象而已。
在行星背后，恒星似乎静止不动。事实上，恒星是运动的，运动速度高达每秒钟几百千米。因此，速度快的恒星一年内可运行约 100 亿千米。这比到最近的恒星的距离还少1000倍，所以它们在天空中的表面位置变化非常缓慢。
黑夜的星空
被称为伯纳德星的这颗恒星的运动速度较快，它的距离约为5600万千米；伯纳德星以 89 千米 / 秒或 280 亿千米 / 年的速度穿越视线，即使是以这样的速度运行，天文学家称天空中临近恒星的表面位置变化为“自行”。
较远的恒星在天空中的表面位置变化得非常缓慢，即使是用最耐心的观测法也无法检测到它们的自行。在这里，通常会发现那种静止不变的印象只是我们的幻觉。观测结果显示，宇宙实际上处于一种剧烈的爆炸状态，被称为星系的巨大宇宙岛正以接近光速的速度分离开来。
恒星
另外，我们还可以从时间上往后推断这个爆炸，并认为所有星系的距离在过去同一时间一定比现在接近得多。事实上，它们是如此接近，无论是星系还是恒星， 甚至是原子或原子核都无法单独存在。这就是被我们称为“早期宇宙”的时期。
我们对宇宙膨胀的了解完全取决于这一事实，即天文学家能够直接沿视线方向测量发光体的运动，使用这种方法所得出的测量结果比从垂直于视线方向测量所得出的结果要准确得多。这一技术使用了大家所熟悉的一种特性，即多普勒效应， 这是任何类型的波运动所共有的一种特性。
宇宙膨胀
当人们观察处于静止状态的波源的声波或光波时，各个波峰到达观测仪器的时间与它们离开波源的时间是相同的。如果波源正远离我们，那在连续波峰离开波源的这段时间里，它的到达时间会不断增加，因为每个波峰在到达这里之前， 其路程都要比上一个波峰稍远。
我们用波长除以波速，即可得出各个波峰到达时的时间，因此，由正在远离的波源所发出的波长，似乎比波源处于静止状态时要长，具体来讲，波长的分数增加值是由波源速度与波速本身之间的比率决定的。
光波
同样，如果波源正向我们靠近，那各个波峰到达时的时间则会缩短，因为每个连续波峰需要走的路程也在缩短， 波长似乎也越来越短。这就好比一位推销员出发去旅行，在旅途中，他要每周定期寄出一封家书一样。离家时每封信的路程都比上一封稍远；回家时， 每封信的路程都比上一封稍近。
目前，观测作用于声波上的多普勒效应并非难事。站在高速路边上，你会发现高速行驶的汽车在驶来时的声音比驶离时的声音要高。多普勒效应是由奥地利数学教授约翰·克里斯蒂安·多普勒于 1842 年在布拉格实科学校首次提出的， 其内容是关于光波和声波的状况。
声波
1845 年，荷兰气象学家克里斯托弗·迪特里希·白贝罗通过一个有趣的实验检验了多普勒声波效应，他使用一个小号乐队作为运动声源，这个小号乐队站在火车敞篷车厢里面，火车从荷兰乌德勒支附近的乡村疾驰而过。
多普勒认为他的理论或许能解释恒星拥有不同颜色的原因。假设有一颗恒星正远离地球，其发出的光线将转变为较长的波长， 因为红光的波长比可见光的平均波长要长，因此，这颗恒星可能看上去比其他一般恒星要红。
小号
若干年前，即 1814—1815 年，慕尼黑光学家约瑟夫·夫琅和费发现，当太阳光通过一条狭缝，然后再通过一个玻璃棱镜时，所产生的色谱上纵横交错着数百条黑线，每一条黑线都是狭缝的映像。黑线总是存在于同样的颜色中，每条黑线都与一个具体的光波长相对应。在月亮和较亮的恒星光谱的相同位置发现了相同的黑色光谱线。
光是通过温度较低的外层表面穿过恒星热表面发射过来的。由于每条黑线都是由一个特定的化学元素选择性吸收光线产生的，因此，可以确定太阳上的元素与在地球上发现的这些元素是相同的，据我所知，现在人们所知道的黑线的波长是指该波长的光子恰好通过适当能量将原子从低能量状态提升到激发状态的波长。
参考资料：《宇宙的秘密》、《宇宙起源》
