Questions to the experts

Pour préciser ce que vous dites, la relation de l'effet Doppler (qui n'est vraie qu'approximativement pour des faibles vitesses) est valable algébriquement, c'est-à-dire avec un signe + ou - : si la source s'éloigne la vitesse est comptée positivement et la variation de longueur d'onde est aussi positive donc la longueur d'onde augmente, si elle se rapproche c'est le contraire, la longueur d'onde diminue.
L'expression "décalage vers le rouge" s'applique donc aux couleurs du visible qui se rapprochent du rouge (côté des grandes longueurs d'onde) lorsque la source s'éloigne : le jaune tendant vers l'orange, le bleu vers le vert, etc. (l'inverse quand elle se rapproche).
Cet effet serait effectivement très difficile (en fait impossible) à séparer de l'effet de température s'il n'y avait que l'émission thermique dite "du corps noir" qui relie la couleur d'une étoile à sa température. On peut en effet montrer que l'effet du décalage Doppler sur une émission thermique de corps noir est exactement équivalent à celui d'une variation de température. Heureusement il y a d'autres caractéristiques du spectre des étoiles qu'on peut détecter: ce sont les raies spectrales caractéristiques de chaque atome ou ion : par exemple le sodium émet deux raies intenses, qui donnent la couleur jaune-orangée caractéristique des réverbères aux carrefours. L'important est que la position (en longueur d'onde) de ces raies est indépendante de la température, seule leur intensité en dépendant. Un décalage en longueur d'onde ne peut venir QUE de l'effet Doppler (ou d'un très fort champ gravitationnel, mais ce dernier effet n'existe que dans des conditions très extrêmes, autour des trous noirs par exemple). En mesurant la longueur d'onde apparente de raies bien connues (ce qui suppose de les avoir correctement identifiées, ce qui n'est pas toujours facile pour les grands décalages...), on mesure bien la vitesse d'éloignement de l'étoile ou de la galaxie dans son ensemble (toutes les raies des étoiles se superposant approximativement au même endroit)."

Vous dites donc que si je connais les raies équivalentes à des éléments chimiques, il m'est possible de savoir si les raies que j'observe sur mon spectre sont dues simplement à la composition chimique de l'astre ou au décalage vers le rouge.
Enfin j'espère avoir bien compris !!
Mais le problème est que si on ne connaît pas la composition chimique de l'astre, comment peut-on alors faire la différence entre ce qu'on croit être des éléments chimiques et le simple fait qu'il y a décalage vers le rouge ? Comment être sure que ce n'est pas un élément chimique qui est rarement dans ce type d'astre ?
Au début de l'étude de spectres, on ne connaissait pas la composition chimique exactement des astres alors comment a-t-on pu faire la différence entre des raies donnant les éléments chimiques et celles qui indiquent ce fameux décalage ?

S'il n'y avait que quelques raies dans les spectres stellaires, on pourrait peut-être imaginer que par une coïncidence merveilleuse ces raies une fois décalées par effet Doppler tombent justement sur les fréquences d'autres raies existantes. Il serait alors impossible de distinguer un spectre du premier type décalé par effet Doppler d'un spectre du deuxième type non décalé. Avec quelques raies, cela tiendrait du miracle, mais avec les dizaines de raies que comptent les spectres stellaires, qui dessinent souvent des "motifs" très caractéristiques (des associations de raies bien reconnaissables comme des doublets, des triplets,...) c'est tout a fait impossible. Il peut arriver que certaines raies demeurent "non identifiées", mais il y a toujours suffisamment de raies identifiées dans les spectres pour effectuer des mesures très précises de décalage Doppler.
Cela ne sert d'ailleurs pas seulement, loin s'en faut, a mesurer le mouvement d'éloignement des galaxies. On en tire des informations très fines sur le mouvement de la matière a la surface, ou proche de l'étoile : chute sur l'étoile, éjection, rotation..."