Лучева́я ско́рость, проекция пространственной скорости астрономического объекта относительно наблюдателя на луч зрения. Лучевая скорость равна производной по времени от расстояния до объекта, поэтому лучевая скорость положительна, если объект удаляется от наблюдателя, и отрицательна, если объект приближается. Иногда лучевую скорость называют радиальной скоростью.

Лучевую скорость определяют путём спектральных наблюдений небесных объектов. Движение объектов вдоль луча зрения приводит к доплеровскому смещению линий в их спектрах на относительную величину $z=(λ-λ_0 )/λ_0,$ где $\lambda\ -$ измеренная длина волны спектральной линии, $\lambda_0\ -$ лабораторная длина волны (измеренная для неподвижного источника). В общем случае лучевая скорость объекта равна:$$v_r=c \frac{ (1+z)^2-1}{(1+z)^2+1} ,$$где $c\ -$ скорость света; в нерелятивистском приближении (при $v_r\ll c$):$$v_r≈cz.$$Измеренная земным наблюдателем лучевая скорость включает в себя проекцию на луч зрения орбитальной скорости движения Земли вокруг Солнца (достигающей ±30 км/с) и скорости осевого вращения Земли (достигающей на экваторе ±0,465 км/с). Вследствие этого результаты высокоточных измерений лучевой скорости обычно приводятся относительно центра масс (барицентра) Солнечной системы. Лучевые скорости внегалактических объектов дополнительно включают проекцию на луч зрения пространственной скорости Солнца в Галактике (достигающей приблизительно ±240–250 км/с), поэтому их лучевые скорости приводятся к системе отсчёта, связанной с центром Галактики. Лучевые скорости очень далёких галактик содержат также проекцию на луч зрения скорости нашей Галактики относительно реликтового излучения, достигающей около 630 км/с.

Круг астрофизических задач, решаемых на основе измерения лучевых скоростей, определяется точностью этих измерений, т. е. спектральным разрешением используемых спектрографов. Современные спектрографы высокого разрешения способны измерять лучевые скорости с точностью до нескольких метров в секунду, достаточной для обнаружения внесолнечных планет (по периодическим изменениям скорости звезды, вызванным её орбитальным движением вокруг общего центра масс звезды и планетной системы). Данные о лучевых скоростях, собственных движениях и расстояниях дают возможность изучать пространственное движение различных объектов в нашей Галактике, а именно – изучать вращение Галактики, определять галактические орбиты звёзд и звёздных скоплений, орбиты и массы двойных звёзд, оценивать массы звёздных скоплений. По лучевым и пространственным скоростям шаровых звёздных скоплений и карликовых галактик-спутников Галактики оценивается масса тёмной материи в галактическом гало. Измерения лучевых скоростей проводятся не только в оптическом, но и в других диапазонах электромагнитного излучения (ультрафиолетовом, инфракрасном, радиодиапазоне). Анализ доплеровского профиля радиолинии атомарного водорода (длина волны 21 см) позволяет измерять скорости вращения и массы далёких галактик, изучать движения газа в диске нашей Галактики, оценивать массы скоплений галактик. Широкое распространение получили проводимые в радио- и микроволновом диапазонах измерения лучевых скоростей мазерных источников в областях звездообразования и молекулярных облаках. В сверхкомпактных ядрах многих галактик, в том числе нашей Галактики, обнаружены движения звёзд и газа со скоростями в тысячи километров в секунду, доказывающие наличие там сверхмассивных чёрных дыр. Доплеровский профиль спектральной линии, отражающий распределение скоростей отдельных атомов, содержит важнейшую информацию о физических условиях в звёздных фотосферах (температуре, давлении, ускорении силы тяжести, скорости вращения звезды и скорости турбулентных движений газа в её фотосфере).

На протяжении более чем столетней истории измерения лучевых скоростей спектральные приборы неуклонно совершенствовались. С появлением твердотельных цифровых детекторов, ПЗС-матриц широкое распространение получили эшелле-спектрографы, допускающие компактную запись всего спектра в виде большого числа отдельных спектральных полосок, соответствующих разным порядкам интерференции. С помощью многообъектных спектрографов производится одновременная регистрация спектров большого числа звёзд или галактик, видимых в поле зрения телескопа, излучение которых собирается отдельными оптоволоконными световодами и пропускается сквозь единый оптический тракт спектрального прибора. Для изучения поля скоростей далёких галактик и газовых облаков применяются полевые спектрографы с набором микролинз, собирающих свет от соседних участков изображения объекта, а также интерферометры Фабри – Перо. Наиболее точно доплеровское смещение спектральных линий определяется методом цифровой корреляции наблюдаемого спектра с рассчитанным модельным спектром или спектром звезды с заранее известной лучевой скоростью.

Измеренные лучевые скорости звёзд Галактики, как правило, не превышают 500–600 км/с. Однако известны десятки звёзд, движущихся со скоростями, существенно превышающими эти значения; вероятно, такие ультрабыстрые звёзды не являются гравитационно связанными с Галактикой. Далёкие галактики и квазары удаляются от нас с большими скоростями, в пределе почти достигающими скорости света; при этом их цвет становится более красным из-за сдвига распределения энергии в красную область спектра (красное смещение).

В начале 21 в. выполняются 4 крупных международных проекта массового измерения лучевых скоростей, взаимно дополняющие друг друга:

• эксперимент RAVE (Radial Velocity Experiment), предусматривающий измерение лучевых скоростей примерно 1 млн звёзд южного неба в инфракрасном диапазоне на 1,2-метровом телескопе Англо-австралийской астрономической обсерватории;

• спектрально-фотометрический обзор неба SDSS, в рамках которого на 2,5-метровом телескопе обсерватории Апачи-Пойнт уже измерены лучевые скорости более 1,5 млн звёзд, галактик и квазаров;

• спектральный обзор LAMOST, выполняемый с 2012 г. на специализированном мультиобъектном оптоволоконном телескопе LAMOST Национальной астрономической обсерватории Китая; наблюдения ведутся вблизи небесного меридиана, измерены лучевые скорости более 8 млн звёзд и галактик;

• программа измерения лучевых скоростей сотен миллионов звёзд на космическом телескопе GAIA, которая была начата в 2014 г. и в рамках которой к 2023 г. измерены лучевые скорости более 34 млн звёзд.