Si se trata de la distancia entre, digamos, la Tierra y la luna, se basa en el tiempo que tarda una luz en recorrer el doble de la distancia.
Para galaxias lejanas, se basa en la frecuencia de la luz que se recoge de la fuente astronómica. El principio se basa en la ley de Hubble que establece que la velocidad con la que las galaxias se alejan de la Tierra es proporcional a la distancia entre las dos. La luz emitida por una fuente que retrocede sufre lo que se llama Doppler Redshift. Con una mayor velocidad de recesión, el espectro de ondas EM emitidas por la fuente cambia hacia el rojo (y hacia el azul cuando el objeto se acerca al observador, llamado Blueshift). Dado que la composición química de la mayoría de las estrellas se conoce aproximadamente, el espectro EM registrado de la luz emitida por la estrella se compara con el espectro de emisión específico de los productos químicos. A partir de esto, se llega a conocer el alcance del desplazamiento al rojo y, por lo tanto, la velocidad y la distancia desde la Tierra.
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