当天文学家凝视深邃的宇宙或遥远恒星的光谱时，他们需要考虑这些天体的运动。 这依赖于两种现象——红移和蓝移。
当物体离开我们时，它们的光会转移到更长的波长或光谱的红端——这就是红移。蓝移是相反的，当一个物体向我们靠近时，光被转移到光谱蓝色一侧的较短波长上。这些信息提供了一些重要的线索，比如距离。当你凝视一个遥远的星系时，它让你知道你离凝视时间的开端有多近。 这对于像詹姆斯韦伯太空望远镜这样的望远镜很重要，其利益相关者的任务是了解婴儿宇宙中最早的星系。
为了进一步了解红移和蓝移，我们采访了麻省理工学院物理学助理教授萨尔瓦多·维塔莱（Salvatore Vitale）。维塔莱对激光干涉仪引力波天文台（LIGO）在黑洞合并等重大事件后绘制的引力波（时空涟漪）进行数据分析。LIGO物理学家与天体物理学家合作，用红移和蓝移绘制到引力波的距离图——依靠多条路径来理解宇宙中一些最强大的力的合并。
理解蓝移和红移
虽然红移和蓝移听起来很神秘，但维塔莱说，我们在日常生活中通过救护车和警车上的警报器体验到了这一点。声音和光都有与之相关的波，所以这个类比是有效的：“当汽车向您靠近时，声音的传播距离会有所不同。”
随着警报声的接近，声音的频率增加，随着警报声的减弱，声音的频率降低。这是更为普遍的多普勒效应，即观察者体验到的波的频率与波源之间的明显差异。观察者和波源之间的运动差异产生了这种效果。
在可见光下观察物体时，宇宙对我们很“友善”。原子总是具有特征频率。这意味着我们可以准确地说出恒星中的氢在实验室中应该是什么频率。 因此，如果在恒星系统中观察到的氢的频率较低，则该恒星系统正在远离，反之亦然。
红移与宇宙膨胀
通常，在谈论宇宙膨胀时会讨论红移。138亿年前，一个被称为“大爆炸”的事件导致了时空的快速膨胀和扩张。天文学家仍然能看到宇宙大爆炸的回声，因为宇宙中的物体都在相互后退，从而经历了一定程度的红移。
距离最远的对象红移最高。由于测量了一种特殊类型的恒星爆炸（超新星）的红移，我们知道宇宙正在加速。天文学家称这些类型的超新星为“标准蜡烛”，因为它们具有一致的亮度。由于我们知道这些超新星的固有亮度，因此我们可以将它们的亮度与距离关联起来。
1998年，当时天文学家宣布超新星的消退速度比预期的要快得多。在此之前，天文学家假设宇宙以恒定速率膨胀。这使得人们认识到，宇宙在膨胀时正在加速，这是基于哈勃太空望远镜和许多其他天文台对超新星的两项独立研究，以确保他们所看到的是正确的。
为什么宇宙在加速膨胀是有争议的，但主要的假设是一种叫做“暗能量”的理论力量。天文学家称这种能量为“暗能量”，因为我们无法用传统的望远镜仪器来感知它，这些仪器只能观察光的波形。但我们可以测量能量的影响，因为我们可以看到宇宙的膨胀正在加速。
虽然我们无法确定为什么会加速，但这种现象的发现使发现团队在2011年获得了诺贝尔奖。
在詹姆斯·韦伯太空望远镜为第一束光做准备之际，天文学家们特别兴奋地利用它的红外能力回顾早期宇宙中的高红移天体，这些天体出现在一个被称为再电离时代的时期后不久，这第一批星系使宇宙呈现出透明的光泽。
激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和红移
LIGO是一个望远镜阵列，记录了时空中的巨大事件，这也依赖于红移测量。2017年10月，天文学家首次确认探测到引力波。他们看到了两颗碰撞的中子星的影响——或者超新星爆炸后留下的密集的、城市大小的恒星残骸。
虽然最初发现的引力波得到了很多的关注，但对天文学家来说，同样重要的是他们用可见光波绘制了这一事件。你可以利用光源发出的光来获得红移，也可以利用光源发出的引力波来获得距离。换句话说，对于这个事件和其他引力波事件，我们需要使用红移来理解距离。
我们如何测量距离呢？它可以追溯到1916年阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的方程式，当时他的广义相对论讨论了像中子星碰撞这样的大质量物体是如何扭曲时空结构的。上世纪90年代的超级计算机终于让研究人员能够精确地绘制出这些扭曲的现象。天文学家能够模拟爱因斯坦预测的方程。
如今，引力波科学家在不同距离上模拟不同类型的合并（例如中子星之间或黑洞之间）是很常见的。然后，当这些事件出现在现实世界中时，它们有“波形”或模型波长，可以用来将它们所看到的与预测的距离相匹配。这就是2017年真实发生的事情。
因此，距离和红移一起让天文学家能够测量宇宙的膨胀，这就是为什么引力波事件如此有意义，也是两个团队的工作获得了诺贝尔奖的深层原因。
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