Paul M. Sutter in Universe Today – Übersetzt von Harald Horneff
In dieser Serie erkunden wir die sonderbare, doch auch wunderbare Welt der astronomischen Fachsprache! Das Thema heute: Doppler-Verschiebung!
Wir haben alle schon einmal das Heulen der Sirenen eines Krankenwagens gehört, wenn er an einem vorbeirauscht. Nicht nur, daß die Sirenen bei der Annäherung lauter werden, sie ändern zudem auch die Tonlage. Wenn die Ambulanz näher kommt, verschiebt sich das Sirenengeheul zu höheren Frequenzen. Wenn der Krankenwagen vorbei ist, wird der Ton wieder tiefer.
Fährt man im Krankenwagen mit, würde das Heulen relativ unverändert bleiben: nicht nur mit der gleichen Lautstärke, sondern auch mit der gleichen Tonlage.
Der Unterschied beruht auf der Doppler-Verschiebung. Wenn die Ambulanz auf uns zu kommt, werden die aus der Sirene kommenden Schallwellen buchstäblich zusammengequetscht – durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs werden sie zusammengepresst. Wenn man Schallwellen zusammenpresst, verschieben sie sich zu höheren Frequenzen und erzeugen einen höher klingen-den Ton. Das Entgegengesetzte geschieht, wenn sich der Krankenwagen entfernt.
Was für den Ton gilt, gilt auch für das Licht. Wenn ein entfernter Stern sich auf uns zubewegt, wird das von ihm abgestrahlte Licht zu höheren Frequenzen verschoben. Diese höheren Frequenzen entsprechen blauerem Licht, daher der Name Blauverschiebung für diese Form der Doppler-Verschiebung, Rotverschiebung nennt man es für Objekte, die sich von uns entfernen.
Die Doppler-Verschiebung gibt Astronomen eine ganz einfache Möglichkeit, die Bewegung von Sternen zu messen. Zuerst bestimmen sie bestimmte Spektrallinien, bekannte Fingerabdrücke im Licht, die von den im Objekt vorkommenden Elementen und Molekülen stammen. Dann ver-gleichen sie die Wellenlängen dieser Fingerabdrücke mit den gleichen Fingerabdrücken, die aus dem Licht in einem irdischen Labor stammen. Die Messung der Verschiebung der Spektrallinien in diesem Licht erlaubt den Astronomen, die Geschwindigkeit des Objekts zu berechnen (was die Geschwindigkeit in Bezug auf unsere Sichtlinie angeht; die dreidimensionale Geschwindigkeit zu bestimmen ist sehr viel schwieriger).
Diese Doppler-Verschiebung ist benutzt worden, um die Geschwindigkeiten von mehr als einer Milliarde Sternen zu messen und ist ein geläufiges Verfahren, um Exoplaneten zu finden. Wenn ein Exoplanet seinen Heimatstern umkreist, wird der Stern ein wenig hin und her wackeln, was als eine periodische Blau- und Rotverschiebung beobachtet werden kann.
Man beachte, daß die Doppler-Verschiebung nicht für die Rotverschiebung verantwortlich ist, die durch die Ausdehnung des Universums verursacht wird. Diese beruht auf einer Dehnung der Raumzeit und nicht auf der Geschwindigkeit des Objekts selbst. Das ist aber ein anderes Thema.
