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1842年にオーストリアの物理学者クリスチャン・ドップラーが提唱。発生源が観測者に近づくと波の周波数は高く、遠ざかると低く観測される。救急車のサイレン音の変化が典型例。天文学では銀河の赤方偏移を通じて宇宙膨張の発見に貢献し、医療・気象・速度計測まで幅広く応用されている。
1609年、ガリレオ・ガリレイが自作した屈折望遠鏡で天体を観測し、月の山々、木星の衛星、金星の満ち欠け、太陽黒点を発見した。肉眼以上の感覚能力を獲得した最初の科学的事例で、『星界の報告』（1610）によって公表され、コペルニクス体系を観測的に支持する決定的証拠となった。