紅移測量方法

❶ 紫外可見分光光度計測定中峰的紅移和藍移指的是什麼

波長變大紅移，變小藍移

❷ 怎樣測量紅移

由於紅移正比於距離，這就給宇宙學家提供了一個測量宇宙的衡量標准。量桿必須通過測量較近星系來校準，雖然這種校準還有一些不確定性，但它仍然是宇宙學唯一最重要的發現。

沒有測量距離的方法，宇宙學家就不可能真正開始認識宇宙的本質，而哈勃定律的准確性表明，廣義相對論是關於宇宙如何運轉的極佳描述。

由於歷史原因，星系的紅移仍然用速度來表示，盡管天文學家知道紅移並非由自身的空間運動所引起。一個星系的距離等於它的紅移「速度」除以一個常數，這個常數叫作哈勃常數，它的數值大約是600000米每秒每百萬秒差距，這意味著星系和我們之間距離的每一個百萬秒差距將引起600000米每秒的紅移速度。對我們最近的鄰居來說，宇宙學紅移是很小的，而像仙女座星系那樣的星系顯示的藍移確實是它們的空間運動造成的多普勒效應藍移。

遙遠的星系團中的星系顯示圍繞某個中間值的紅移擴散度，這個中間值就是該星系團的宇宙學紅移，而對於中間值的偏差則是星系在星系團內部的運動引起的多普勒效應。

哈勃定律是唯一的紅移/距離定律，除穩定宇宙除外，不論從宇宙中的哪個星系來觀測，這個定律看起來都是一樣的。每個星系，非常近的鄰居除外，退離另一個星系的運動都遵循這條定律，膨脹是沒有中心的。這種情形通常被比作畫在氣球表面的斑點，當氣球吹脹時，斑點彼此分開更遠，這是因為氣球壁膨脹了，而不是因為斑點在氣球表面上移動了。從任意一個斑點進行的測量將證明，所有其他斑點的退行是均勻的，完全遵守哈勃定律。

當紅移大到相當於大約1/3以上光速時，紅移的計算就必須考慮狹義相對論的要求。所以，紅移等於2並不表示天體的宇宙學速度是光速的兩倍。

事實上，z=2對應的宇宙學速度等於光速的80%。已知最遙遠的類星體的紅移稍稍大於4，對應的速度剛剛超過光速的90%；星系紅移的最高紀錄屬於一個叫作8C1435+63的天體，其紅移值等於4.25。宇宙微波背景輻射的紅移是1000。

宇宙的衡量

❸ 紅移的測量方法

紅移可以經由單一光源的光譜進行測量。如果在光譜中有一些特徵，可以是吸收線、發射線、
或是其他在光密度上的變化，那麼原則上紅移就可以測量。這需要一個有相似特徵的光譜來做比較，例如，原子中的氫，當它發出光線時，有明確的特徵譜線，一系列的特色譜線都有一定間隔的。如果有這種特性的譜線型態但在不同的波長上被比對出來，那麼這個物體的紅移就能測量了。因此,測量一個物體的紅移,只需要頻率或是波長的范圍。只觀察到一些孤立的特徵,或是沒有特徵的光譜,或是白噪音（一種相當無序雜亂的波），是無法計算紅移的。
紅移（和藍移）可能會在天體被觀測的和輻射的波長（或頻率）而帶有不同的變化特徵，天文學習慣使用無因次的數量z來表示。
在z被測量後，紅移和藍移的差別只是間單的正負號的區別。依據下一章節的機制，無論被觀察到的是紅移或藍移，都有一些基本的說明。例如，多普勒效應的藍移（z0），就會聯想到物體遠離觀測者而去並且能量減少。同樣的，愛因斯坦效應的藍移可以聯想到光線進入強引力場，而愛因斯坦效應的紅移是離開引力場。

❹ 引力紅移是什麼，宇宙大爆炸後的膨脹速率是怎麼靠紅移測量的

講引力紅移前必須要搞清楚多普勒紅移，搞清多普勒紅移前，就必須要搞清多普勒效應。

多普勒效應我們再熟悉不過了，在中學物理上，我們就學到了這個概念。但必須要復習一遍知識點，肯定很多人都忘了！

警車抓人時會開啟警報，這種聲音響徹雲霄。當我們看到警車開道時，還總伴隨著聽到時而尖銳，時而沉悶的鳴笛聲。

為什麼會出現這種情況呢？在物理學上解釋就是機械波的多普勒效應。

警車鳴笛產生的振動會在空氣中以機械波的形式傳播開來。如果警車靠近我們，我們聽到的鳴笛聲就會尖銳，如果警車遠離我們而去，則此時我們聽到的聲音就會沉悶。

我們知道，頻率高的聲波，音調高，耳朵聽起來就尖銳。頻率低的聲波，音調低，聽起來就會沉悶。

當警車靠近我們時，聲波的頻率就會升高，遠離時頻率就會降低。

但很多人並不知道其中的緣由。其實振動源原地不動時，聲波就會像水波一樣傳遞開來，如果振動源沿著聲波的x方向運動，那麼x方向的聲波就會臃腫起來，導致聲波之間的波峰挨得更近，其波長降低，頻率增加。就比如，用木棍沿著水面劃動著，那沿著劃動的方向的水波就會比之前更加密集。

光還有一種多普勒效應，但不是由於波源與觀察者相對移動導致的，而是由於引力場的存在導致的。

人們都知道光線在靠近強引力場的時候會彎曲，比如經過太陽周圍的光線就是彎曲的。廣義相對論就是根據太陽背後天體發出的光線靠近太陽時而彎曲的現象首次被證實的。

引力紅移是指，光線遠離引力場時會發生頻率降低，波長增加的現象，在光譜上看就是靠紅光端移動。

不同引力理論對引力紅移有不同的解釋，有人認為這是引力對光的拖拽效應。光線遠離引力場，由於引力拖拽效應並不顯著，導致光的頻率降低，波長增加，所以就會發生紅移。

還有一種解釋是，在強引力場周圍的時空彎曲異常嚴重，導致時間流逝變慢。遠離強引力場的光線其時間體系相較於觀察者本身比較慢，導致觀察到的光譜也就低，這才導致了紅移。

❺ 什麼是「紅移法」

通過多普勒效應測量速度的方法十分簡單且准確。

在已知比例常數H，並忽略其他除膨脹之外其他運動的前提下，科學家可以輕松算出不同的距離，宇宙學家稱之為「紅移法」。

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❻ 測量到的事紅移後的光的頻率，怎麼測量真實的光的頻率呢

你是說遠方天體的光的頻率嗎，由於宇宙膨脹，導致了紅移，他們發出的光到我們這里真實的頻率也就是測量到的紅移以後的頻率了。
要直接測到原始的發光頻率，必須在天體所在地參考系下觀測，暫時是不可能的。除非你坐在跟遠方天體同樣速度的飛船中去測量，一般都是亞光速，目前人類科技水平還沒有實現這個的技術。

你大概想知道為什麼說是測量到紅移了的光線。是因為這些光譜同太陽光譜一樣，是有好多吸收譜線的，比如氫原子吸收光譜，這些譜線的間隔和相對位置是固定的，但是遠方星體的光譜不在原來本來的位置上了，向藍方移動一定距離以後，就跟氫原子譜線重合了，就說明這些光線一定是發生了紅移。當然通過特定元素的吸收譜線可以間接測量出天體發光的真實頻譜。將測量到的吸收譜線對齊就可以了。

❼ 紅移的觀測方法

在天文觀測中可以測量到紅移，因為原子的發射光譜和吸收光譜，與在地球上的實驗室內的分光儀校準好的光譜比較時，是非常的明顯。當從同一個天體上測量到各種不同的吸收和發射譜線時，z被發現是一個常數。雖然來自遙遠天體的譜線可能會被污染，並且有輕微的變寬，但並不能夠用熱力學或機械的行為來解釋。基於這些和其他的理由，公眾的輿論已經將天文學上觀測到的紅移認定是三種類似的多普勒紅移之一，而沒有任何一種假說能如此的振振有詞。
光譜學，用在測量上，比只要簡單的通過特定的濾光器來測定天體亮度的光度學要困難。當測光時，可以利用所有的數據（例如，哈柏深空視場和哈柏超深空視場），天文學家依靠的是紅移測光的技術，由於濾光器在某些波長的范圍內非常靈敏，依靠這樣的技術可以假定許多光譜的本質隱藏在光源之內，觀測誤差可以δz=0.5為級距來排序，並且比分光鏡的更為可靠許多。然而，光度學無法考慮到紅移的定性描述。例如，一個與太陽相似的光譜，但紅移z=1，最為明亮的是在紅外線的區域，而非以黃-綠為尖峰的黑體光譜，並且光的強度在經過濾光器時將減少二級（1+z）。 使用SOHO衛星的LASCOC1攝影機觀測到的太陽日冕。這張圖片是以鐵XIV的5308&Aring譜線經都普勒儀觀察日冕中的電漿接近與遠離衛星的速度，轉移成不同色碼的一幅假色圖。在附近的目標（在我們的銀河系內的天體）觀測到的紅移幾乎都與相對於視線方向上的速度有關。觀察這樣的紅移和藍移，讓天文學家可以測量速度和分光星的參考質量。這種方法是英國天文學家威廉·哈金斯在1868年最先採用的。相同的，從光譜儀中對單獨的一顆恆星所測得的微量的紅移和藍移是天文學家檢測是否有行星系環繞著恆星的診斷和測量的方法之一。對紅移更精確的測量被應用於日震學上，藉以精確的測量太陽光球的運動。紅移也被應用於第一次的行星自轉速率的測量、星際雲的速度、星系的自轉，還有吸積的動力學呈現在中子星和黑洞的多普勒和重力紅移。
另外，還有各種不同輻射和吸收的溫度造成的多普勒致寬-對單一的吸收或輻射譜線造成的紅移和藍移的效應。測量來自不同方向的氫線21公分波的擴展和轉移，天文學家能測量出星際氣體的退行速度，揭露出我們銀河系的自轉曲線。相同的測量也被應用在其他的星系，例如仙女座星系。做為一種診斷的工具，紅移測量在天文學的分光學中是最重要的工具之一。 宇宙中合於哈勃定律的天體距離越遠就有越大的紅移，因此被觀測到有最大紅移，對應於最遙遠的距離也有最長的回應時間的天體是宇宙微波背景輻射，紅移的數值高達z=1089（z=0相當於現在的時間），在宇宙年齡為137億年的狀態下，相當於大爆炸之後379000年的時間。核心像點光源的類星體是「紅移」（z>0.1）最高的天體，是在望遠鏡改善之前，除了星系之外還能被發現的其他高紅移天體。被發現紅移最高的類星體是z=6.4，被證實紅移最高的星系是z=7.0在尚未經確認的報告中顯示，透過重力透鏡觀測到的遙遠星系集團有紅移高達z=10的星系。
對比本星系群遙遠，但仍在室女座星系團附近，距離為10億秒差距左右的星系，紅移與星系的距離是近似成比例的，這種關系最早是由哈柏發現的，也就是眾所皆知的哈勃定律。星系紅移最早是VestoSlipher大約在1912年發現的，而哈柏結合了Slipher的測量成為度量天體距離的另一種方法-哈柏定律。在建基於廣義相對論下被廣泛接受的宇宙模型中，紅移是空間擴展的主要結果：這意味著遙遠的星系都離我們而去，光離開星系越久，空間的擴展也越多，所以光也就被延伸越多，紅移的值也就越大，所以越遠的看起來就移動的越快。哈柏定律一樣適用哥白尼原則，由於我們通常不知道天體有多明亮，測量紅移會比直接測量距離容易，所以使用哈柏定律就可以得知天體大略的距離。
星系之間的和星系團的重力交互作用在正常的哈柏圖上導致值得注意的消散，星系的本動速度和在宇宙中的維理天體的迷蹤質量相疊加，這種作用導致在附近的星系（像仙女座星系）顯示出藍移的現象，並且向共同的重心接近，同時星系團的紅移圖像上帝的手指在作用使本動速度的消散大致成球型的分布。這個增加的組合給了宇宙學家一個單獨測量質量的質光比（以太陽的質量和光為單位的星系的質量與光度比值），是尋找暗物質的重要工具。
對更遙遠的星系，目前的距離和紅移之間的關連性變得更為復雜。當你看見一個遙遠的星系，也就是看見相當久遠之前的星系，而那時的宇宙和現在是不同的。在那些早期的時刻，我們期待在俇展的速率上有所不同，原因至少有二個： 星系之間相互的重力吸引會減緩宇宙的擴張行動 可能存在的宇宙常數或第五元素與可能會改變宇宙擴張的速率。 最近的觀測卻建議宇宙的擴張不僅沒有如同第一點的預測減速，反而在加速中。這是廣泛的，雖然不是相當普遍的，相信這是因為有暗物質在控制著宇宙的發展。這樣的宇宙常數暗示宇宙的最後命運不是大擠壓，反而可預見宇宙將長久存在。（可是在宇宙內多數的物理程序仍然朝向熱死亡。）
擴張的宇宙是大霹靂理論的中心預言，如果往前追溯，理論預測"奇點"的存在，而那時的宇宙有無限大的密度；廣義相對論的理論，大霹靂的理論依據，將不再能適用。最有可能取代的理論據信是尚未成熟的量子重力學，能在密度變得無窮大之前繼續適用。 在先進的自動化望遠鏡和改良的光譜儀合作之下，以一定數量星空的紅移當成宇宙的投影，通過紅移與角度位置數據的結合，紅移巡天圖可以顯示天空中一定范圍內物質的立體分布狀態。這些觀測被用來研究宇宙的宇宙的大尺度結構，長城、許多廣達5億光年的超星系團，紅移巡天的檢測提供了戲劇性的大尺度構造的例子。
第一次紅移巡天是CfA紅移巡天，開始於1977年，至1982年完成最初的資料蒐集。最近的有2度視場星系紅移巡天，測量宇宙在一個部份的大尺度結構，量測了22萬個星系的z值，最後的結果已經在2003年6月釋出。（除了描繪星系在大尺度的模型，2度視場也可以估計微中子質量的上限。）其他值得重視的研究還有史隆數位巡天（SDSS），在2005年仍在繼續進行中，目標瞄準在觀測一億個天體。SDSS已經觀測到紅移高達0.4的星系和紅移超過z=6的類星體。深度2紅移巡天使用凱克望遠鏡和新的「DEIMOS」光譜儀，是深度1計劃的延續。深度2是設計來研究紅移0.7或更高的黯淡星系，因此可以填補SDSS和2df計劃的不足。

❽ 請問紅移是怎樣測定的

直接觀測的。
一個天體的光譜向長波（紅）端的位移叫做紅移。通常認為它是多普勒效應所致，即當一個波源（光波或射電波）和一個觀測者互相快速運動時所造成的波長變化。美國天文學家哈勃於1929年確認，遙遠的星系均遠離我們地球所在的銀河系而去，同時，它們的紅移隨著它們的距離增大而成正比地增加。這一普遍規律稱為哈勃定律，它成為星系退行速度及其和地球的距離之間的相關的基礎。這就是說，一個天體發射的光所顯示的紅移越大，該天體的距離越遠，它的退行速度也越大。紅移定律已為後來的研究證實，並為認為宇宙膨脹的現代相對論宇宙學理論提供了基石。上個世紀60年代初以來，天文學家發現了類星體，它們的紅移比以前觀測到的最遙遠的星系的紅移都更大。各種各樣的類星體的極大的紅移使我們認為，它們均以極大的速度（即接近光速的90%）遠離地球而去；還使我們設想，它們是宇宙中距離最遙遠的天體。

光是由不同波長的電磁波組成的，在光譜分析中，光譜圖將某一恆星發出的光劃分成不同波長的光線，從而形成一條彩色帶，我們稱之為光譜圖。恆星中的氣體要吸收某些波長的光，從而在光譜圖中就會形成暗的吸收線。每一種元素會產生特定的吸收線，天文學家通過研究光譜圖中的吸收線，可以得知某一恆星是由哪幾種元素組成的。將恆星光譜圖中吸收線的位置與實驗室光源下同一吸收線位置相比較，可以知道該恆星相對地球運動的情況。

天體光譜中某一譜線相對於實驗室光源的比較光譜中同一譜線向紅端的位移。

太陽的紅移 1907年哈姆發現太陽邊緣有與自轉無關的小量紅移。兩條鐵譜線與日面中心的相比，紅移了+0.012埃。同年，海耳和W.S.亞當斯指出，他們所觀測的譜線在日面邊緣都有紅移；而且波長越長，紅移越大。此後發現除紅移外,還有譜線輪廓的復雜變化。現在,任何解釋太陽譜線紅移的理論必須同時能說明下列觀測事實：①日面中心的紅移（絕對值）為廣義相對論所預期的引力紅移 □的一半；②紅移從日面中心到邊緣有變化，而且東邊緣紅移超出西邊緣紅移；③譜線輪廓不對稱性從日面中心到邊緣的變化，特別是當到達邊緣時不對稱性消失；④不同譜線的紅移量之間存在一定的差別；有一些譜線的紅移從日面中心到邊緣沒有變化，等於廣義相對論紅移。迄今對此還沒有一種令人滿意的解釋。

電磁波經過太陽附近的紅移 "先驅者" 6號行星際探測器於1968年12月21日飛到太陽背後，當它為日冕所掩時，曾觀測到它發射的2,292兆赫頻帶的中心頻率，除平均漂移外,可能有剩餘紅移。當金牛座T星接近於日掩時,也曾觀測到中性氫21厘米譜線減小150赫。這些現象尚待進一步探索。

恆星的紅移 1868年哈根斯測量了一些恆星的視向速度，宣布天狼的紅移為每秒47公里。1915年發現白矮星之後，人們通常認為白矮星的巨大剩餘紅移主要是引力紅移。此外，在Of型星、沃爾夫－拉葉星、某些銀河星團的成員星、獵戶座大星雲中的B型星中也觀測到反常紅移(這里指不能用引力效應解釋的紅移)。目前，還沒有恰當的理論揭示恆星紅移的本原。

星系的紅移 除少數幾個近距星系外，其他星系的光譜都呈現紅移，而且用射電方法測定的紅移與可見光波段一致。1929年，哈勃發現了星系的紅移量和距離成正比的規律，即哈勃定律。若承認紅移是多普勒退行速度效應，則能得出可觀測的宇宙作整體膨脹的結論。星系的紅移成為五十年來影響最為深遠的宇宙現象。然而，還有很多觀測事實，在探討星系紅移本原時應該計及。例如，在某些星系團中，旋渦星系的紅移比橢圓星系的大，即存在所謂的星系類型-紅移效應;一些雙重星系和多重星系中，特殊成員星系有反常紅移（這里指不滿足哈勃定律的紅移）;霍金斯根據474個星系的紅移－視星等關系，求出紅移與距離的1.66次方成比例；沃庫勒分析了118個星系群和星系團的平均紅移和距離,認為紅移與距離不是線性關系。

1966年以來，得知有不少類星體光譜中有比發射線多得多的吸收線，有的還有一組以上的不同紅移的吸收線系；此外，還有很多吸收線沒有得到證認。吸收線紅移一般小於發射線紅移。通常認為，吸收線是在類星體周圍的氣體中，或是在視線方向介於觀測者和類星體之間的星系、星系暈或星際物質中產生的。

類星體的紅移和視星等之間沒有明顯的關系，這與正常星系的情況很不相同。1978年，沙魯和薩普利根據626個類星體的紅移-視星等圖,得出的斜率是0.141，而哈勃線性律則要求斜率為0.2。

1966年,阿普發現有一些類星體與特殊星系成協,而類星體有較大的紅移。後來這種情況陸續有所發現，類星體的不相符紅移甚至有大出兩個數量級的，這向傳統的紅移解釋提出了嚴重的挑戰。

紅移和速度 在經典多普勒效應中，引起譜線紅移的僅是視線方向上的退行速度。在狹義相對論多普勒效應中,除徑向退行外，橫向速度也能引起紅移,但比退行速度的紅移小一級，可忽略不計。傳統上把觀測到的紅移完全換算為徑向退行速度。類星體巨大紅移和不相符紅移發現以後，橫向速度引起的紅移開始受到重視。若能觀測到橫向角速度（包括自行），則與保留橫向速度項的相對論多普勒效應和哈勃定律聯立求解，便可得到橫向線速度和比單由哈勃定律得出的小得多的距離，並可把不相符紅移解釋為橫向速度的差異。

星系和類星體的紅移的解釋 二十年代，星系紅移的研究曾受到德西特靜態宇宙模型的推動，而星系速度－距離關系的發現，則成為宇宙膨脹的觀測證據。以廣義相對論為基礎的宇宙膨脹假說不僅可以解釋哈勃定律，還能說明一系列觀測到的現象，例如微波背景輻射和奧伯斯佯謬，但不能解釋不相符紅移。半個世紀以來，人們提出了許多關於紅移的非速度本原的解釋，例如，光子老化說，物理常數變化理論。有人還試圖用不均勻宇宙模型、多重爆炸宇宙學等來說明偏離哈勃定律的不相符紅移，然而這些都是假說，沒有得到公認。

❾ 引力紅移的測量

為了測量這種光波頻率的細微改變，物理學家們必須找到一個頻率能夠被非常精確地測定的電磁波輻射源。直到1959年穆斯堡爾效應（Mössbauer Effect）被發現，實驗的條件才具備。這種效應是由德國海德堡（Heidelberg）普朗克研究所（Max Planck Institute）的穆斯堡爾（Rudolf Mössbauer）發現的，並因此在兩年後獲得了諾貝爾獎。處於激發態的原子躍遷回基態的時候輻射出伽馬射線（Gamma Ray）。穆斯堡爾發現，如果輻射伽馬射線的原子核是包含在一塊高質量晶體內的大量原子核中的一個，那麼每一次輻射出來的伽馬射線的能量幾乎完全相同。輻射出來的伽馬射線可以被另外一個處於基態的同一種原子核吸收，但是這種情況只有在輻射伽馬射線的原子核和吸收伽馬射線的原子核之間沒有相對運動的時候才有可能發生。由於存在多普勒效應，任何相對運動意味著會導致光波的頻率改變，從而不能被同一種的另一個原子核吸收。

❿ 紅移的機制原理

一個光子在真空中傳播可以有幾種不同的紅移機制，每一種機制都能產生類似多普勒紅移的現象，意謂著z是與波長無關的。這些機制分別使用伽利略、洛倫茲、或相對論轉換在各個參考架構之間來比較。 紅移型式 轉換的架構 所在度規 多普勒紅移 伽利略轉換 歐幾里得度規 相對論的多普勒 洛倫茲轉換 閔可夫斯基度規 宇宙論的紅移 廣義相對論轉換 FRW度規 重力紅移 廣義相對論轉換 史瓦西度規 如果一個光源是遠離觀測者而去，那麼會發生紅移(z>0)，當然，如果光源是朝向觀測者移動，便會產生藍移（z<0）。這對所有的電磁波都適用，而且可以用多普勒效應解釋。當然的結果是，這種形式的紅移被稱為多普勒紅移。
相對論的多普勒效應更完整的多普勒紅移需要考慮相對論的效應，特別是在速度接近光速的情況下。簡單的說，物體的運動接近光速時需要將狹義相對論介紹的時間擴張因素羅倫茲轉換因子γ引入古典的多普勒公式中，改正後的形式如下：
這種現象最早是在1938年赫伯特E艾凡斯和GR.史迪威進行的實驗中被觀察到的，稱為艾凡斯-史迪威實驗。
由於羅倫茲因子只與速度的量值有關，這使得紅移與相對論的相關只獨立的與來源的運動取向有關。在對照時，古典這一部分的形式只與來源的運動投影在視線方向上的分量有關，因此在不同的方向上會得到不同的結果。同樣的，一個運動方向與觀測者之間有θ的角度（正對著觀測者時角度為0），完整的相對論的多普勒效應形式為：
而正對著觀測者的運動物體（θ=0°），公式可以簡化為：
在特殊的狀況下，運動源與測器成直角（θ=90°），相對性的紅移為橫向紅移，被測量到的紅移，會使觀測者認為物體沒有移動。即時來源是朝向觀測者運動，如果有橫向的分量，那麼在這個方向上的速度可以擴張到抵消預期中的藍移，而且如果速度更高的還會使接近的來源呈現紅移。 在20世紀初期，史立佛、哈勃和其他人，首度測量到銀河系之外星系的紅移和藍移，它們起初很單純的解釋是多普勒效應造成的紅移和藍移，但是稍後哈柏發現距離和紅移之間有著粗略的關聯性，距離越遠紅移的量也越大。理論學者幾乎立刻意識到這些觀察到的紅移可以用另一個不同的機制來解釋，哈柏定律就是紅移和距離之間交互作用的關聯性，需要使用廣義相對論空間尺度擴張的宇宙論模型來解釋。結果是，光子在通過擴張的空間時被延展，產生了宇宙學紅移。這與多普勒效應所描述的因速度增加所產生的紅移不同（這是羅倫茲轉換），在光源和觀測者之間不是因為動量和能量的轉換，取代的是光子因為經過膨脹的空間使波長增加而紅移。這種效應在現代的宇宙論模型中被解釋為可以觀測到與時間相關聯的宇宙尺度因次（a），如下的形式：
這種型態的紅移稱為宇宙學紅移或哈勃紅移。如果宇宙是收縮而不是膨脹，我們將觀測到星系以相同比例的藍移取代紅移。這些星系不是以實際的速度遠離觀測者而去，取代的是在其間的空間延展，這造成了大尺度下宇宙論原則所需要的各向同性的現象。在宇宙學紅移z<0.1的情況下，時空擴展的作用對星系所造成的獨特效應與被觀察到的紅移，相對於多普勒效應的紅移和藍移是極微小的。實際的速度和空間膨脹的之間的區別在膨脹的橡皮板宇宙有清楚的說明，一般的宇宙學也曾經描述過類似的空間擴展。如果以滾珠軸承來代表兩個物體，以有彈性的橡皮墊代表時空，多普勒效應是軸承橫越過橡皮墊產生的獨特運動，宇宙學紅移則是橡皮墊向下沉陷的柱狀體的沉陷量。（很明顯的在模型上會有維度的問題，當軸承滾動時應該是在橡皮墊上，而如果兩個物體的距離夠遠時宇宙學紅移的速度會大於多普勒效應的速度。）
盡管速度是由分別由多普勒紅移和宇宙學紅移共同造成的，天文學家（特別是專業的）有時會以「退行速度」來取代在膨脹宇宙中遙遠的星系的紅移，即使很明顯的只是視覺上的退行。影響所及，在大眾化的講述中經常會以「多普勒紅移」而不是「宇宙學紅移」來描述受到時空擴張影響下的星系運動，而不會注意到在使用相對論的場合下計算的「宇宙學退行速度」不會與多普勒效應的速度相同。明確的說，多普勒紅移只適用於狹義相對論，因此v>c是不可能的；而相對的，在宇宙學紅移中v>c是可能的，因為空間會使物體（例如，從地球觀察類星體）遠離的速度超過光速。更精確的，「遙遠的星系退行」的觀點和「空間在星系之間擴展」的觀點可以通過坐標系統的轉換來連系。要精確的表達必須要使用數學的羅伯遜-沃克度量。 在廣義相對論的理論中，重力會造成時間的膨脹，這就是所謂的重力紅移或是愛因斯坦位移。這個作用的理論推導從愛因斯坦方程式的施瓦氏解，以一顆光子在不帶電、不轉動、球對稱質量的重力場運動，產生的紅移：
此處
·G是重力常數，
·M是創造出重力場的質量，
·r是觀測者的徑向坐標（這類似於傳統中由中心至觀測者的距離，但實際是施瓦氏坐標）
·c是光速。
重力紅移的結果可以從狹義相對論和等效原理導出，並不需要完整的廣義相對論。
在地球上這種效應非常小，但是經由莫士包耳效應依然可以測量出來，並且在Pound-Rebkaexperiment中首次得到驗證。然而，在黑洞附近就很顯著，當一個物體接近事件視界時，紅移將變成無限大，他也是在宇宙微波背景輻射中造成大角度尺度溫度擾動的主要角色。 對紅移現象的公認解釋為：速度造成紅移，當一列火車向我們賓士而來時，它的汽笛聲尖銳刺耳，因為火車的高速運動使聲波波長被壓縮，能量密度增加。相反，當火車離開我們飛馳而去時，它的汽笛聲則低沉幽緩，簡稱多普勒效應，光波的紅移道理類同。
把光波的紅移和聲波的多普勒效應等同看待無疑是一種「以太」依賴症，潛意識里還是把光波視為依靠某種介質傳播，就像聲波傳播依靠空氣、水等一樣。
造成紅移現象的本質原因是「重力場差」，相對運動速度的確能夠引起紅移或藍移，但相對運動速度只是產生「重力場差」的一種情形。
天文觀測數據表明，紅移現象遠遠多於藍移，這似乎與大爆炸理論能夠聯系起來，但如果大爆炸理論成立，宇宙怎麼會在大范圍上密度均勻呢？而且，近100多億年宇宙史（也許更長），暗能量早就應該煙消雲散了，怎麼還依然存在並驅動星系外移？如果說它還沒有消散完全，那麼如此強大的能量，宇宙當初為什麼能夠聚攏成一點呢？
天體的紅移現象多不是由於速度引起的，而是直接的「重力場差」造成的，需要特別說明的是這里用「重力場差」而不是重力場，原因在於它造成紅移是雙向的，如地球上能夠測到太陽光線的紅移，從太陽上測量來自地球的光線，也會發現紅移。太陽和地球之間的重力場的場差造成了它們之間的光線紅移。同理，行星之間由於存在重力場差，也會互相產生紅移。
客觀實際存在各種復雜情況，以下分別論述：
1.從金星向地球方向發射一枚火箭，使之成為圍繞太陽旋轉的「行星」，如果這枚火箭不能超越地球的公轉軌道，那麼，盡管火箭是朝向地球運動的，火箭發出的光從地球上測量仍然會產生紅移，紅移大小取決於火箭最終形成的公轉軌道與地球公轉軌道的重力場差。如果增大火箭的能量，使其軌道位於地球和火星之間，那麼，在火箭掠過地球軌道前，火箭發出的光從地球上測量就會產生藍移，藍移大小同樣取決於火箭公轉軌道與地球公轉軌道的重力場差，只是這時的重力場差為負值。但，如果火箭掠過了地球軌道，則重力場差變為正值，來自火箭的光線又變成紅移。
2.如果從金星發射的火箭有足夠大的能量，能夠飛出太陽系，這種情況更復雜一些，首先要把地球和太陽視為一個整體，把火箭放在銀河系重心形成的重力場里，計算重力場差產生紅移或是藍移的大小，然後附加太陽產生的重力場差的紅移效應，由於銀河重心產生的重力場差和太陽產生的重力場差在方向上並不會一致，它們二者是矢量疊加。
宇宙中星體或物體的相對運動，根本原因是它們處在不同的重力場中，這個重力場不能認為是可視空間中的某個星體引起的，而是整個宇宙重力場的疊加結果，也可以認為成相對運動的物體處在不完全相同的空間里，一些理論中描述的那種互相看不見的多維空間是不存在的，各種空間是融合的，一個處於某種狀態的質點，它只能占據該空間點的一部分。假設在某片空曠的宇宙空間里，有兩個相對靜止的物體，在不考慮它們之間的重力場差時，可以認為它們處在同一空間。而如果這兩個物體是處在某個重力場的不同位置，則它們是處在不完全相同的空間里，假設此時有一種魔力將它們突然移到同一處，那麼，二者依然是處於不同的空間里（重力場背景里），物體間的相對運動速度本質上都是由於它們處在不同的空間里而產生的。所以，如果兩個相對靜止的物體，給其中一個突然加速，我們可以把它理解成被加速的物體被突然置於不同的重力場背景中（或者說不同的空間里）。光的紅移現象都是由於光進入不同重力場環境造成的。
天文觀測到的紅移遠遠多餘藍移的原因在於：宇宙中任何星體都可以把自身視為宇宙重心而不動，如同黑洞，其它星體圍繞本重心分布和運動，從一個星體觀察整個宇宙，越是遙遠的星體，重力場差越大，所以，紅移也越大，直至無限大而無法觀測到，極其遙遠的星體發出的光會融入空間而化為平靜。