Otro uso de la señal transmitida (desde la Tierra hacia la nave espacial) y de la señal recibida (en la Tierra enviada desde la nave espacial), que trabajan en conjunto para el seguimiento, tiene en cuenta el llamado “Efecto Doppler” para determinar la velocidad a la que la nave espacial se aleja o se acerca a la Tierra. Si un objeto está enviando ondas, ya sean de sonido, de radio o de luz, se puede detectar el movimiento del objeto observando la frecuencia de las ondas recibidas y conociendo la frecuencia con la que se empezaron a emitir.

Para darse cuenta de cómo funciona el efecto Doppler, imagínese un reloj que produce un sonido alto de tic-tac en un recinto. Asuma que el reloj hace un tic-tac una vez por segundo y por lo tanto usted puede oír que los tic-tacs llegan cada vez por segundo al lugar donde usted se encuentra. Cada tic-tac viaja a la velocidad del sonido, recorriendo la misma distancia.

Ahora, suponga que el reloj empieza a moverse hacia usted. A medida que el reloj se aproxima, cada tic-tac llega un poco más rápido, debido a que el sonido tiene que recorrer una menor distancia que el tic-tac anterior. Debido a que los intervalos entre los tic-tacs recibidos han disminuido, podemos decir que la frecuencia percibida ha aumentado, es decir, que llegan con mayor frecuencia.

Por otro lado, si el reloj se mueve alejándose, cada tic-tac tiene que recorrer una distancia mayor para llegar hasta usted. El intervalo entre los tic-tacs ha aumentado y los tic-tacs llegan con menos frecuencia, es decir, a una frecuencia menor.

Si se midió con precisión el intervalo de tiempo entre los tic-tacs recibidos (y si se sabe que el reloj crea exactamente un tic-tac cada segundo, es decir, a un Hertz) se podrá saber la velocidad a la que el reloj se está acercando o alejando de usted. Si el reloj produce mil tic-tacs por segundo (un kHz, una frecuencia de audio) se podría oír fácilmente el cambio de frecuencia a medida que el reloj se acerca o se aleja de usted. Una medida precisa podría determinar la velocidad a la que se mueve el reloj.

El mismo principio se aplica a la señal de radio que la nave espacial Cassini-Huygens envía a la Tierra. En lugar de enviar un tic-tac por segundo, el transmisor de la nave envía una señal que oscila, es decir, que produce 8500 millones de tic-tacs cada segundo (los tic-tacs de la nave espacial Cassini recorren la distancia hasta la Tierra a la velocidad de la luz). Si la nave espacial se aleja, las señales llegan con una frecuencia menor a la que fueron producidas, como en el caso del reloj.

El método del efecto Doppler es importante para el rastreo de la nave espacial Cassini durante su misión. Sin embargo, un punto importante que debemos tener en cuenta es que para poder calcular la velocidad de la nave espacial, debemos conocer la frecuencia original con la que se enviaron las señales. Este es un reto para cualquier nave espacial, por lo tanto, los ingenieros han desarrollado formas para determinar cual es la frecuencia con que se están enviando las señales desde el transmisor, independientemente de lo que se reciba. El Oscilador Ultra-Estable permite tomar medidas muy precisas cuando sólo está disponible la señal recibida y el Modo coherente suministra la medida Doppler de mayor precisión cuando hay disponibilidad de la señal transmitida y la señal recibida.