Der Dopplereffekt und die Astronomie

Gestern erst sprach ich mit jemanden der beim AIP (Leibnitz-Institut für Astrophysik Potsdam) arbeitet. Dort ist er als Physiker in die Arbeitsgruppe, Rund um einen neuen Spektrographen, eingebunden. Da dieser Spektrograph sehr genau ist und mit einer Messung auch die Rot- und Blauverschiebung des Lichts messen kann, kam ich auf den Gedanken doch mal etwas zum Dopplereffekt und dessen Wirkung in der Astronomie zu schreiben.

Was der Dopplereffekt ist und wie die Astronomie ihn verwendet und davon profitiert, könnt Ihr in diesem Artikel nachlesen.


Der Dopplereffekt

Jeder kennt den Dopplereffekt. Ihr habt Ihn mindestens schon einmal im Leben gehört. So kann man diesen Effekt hören, wenn ein Krankenwagen mit Sirene an einem vorbeifährt.

Am einfachsten erklärt wohl Dr. Sheldon Cooper diesen Effekt in der Serie Big Bang Theory. Ich habe mal ein entsprechendes Video mit der Sequenz herausgesucht:

Nun wisst Ihr zumindest im Ansatz, was der Dopplereffekt ist. Vielleicht können wir das aber auch noch ein wenig konkreter gestalten.

imageDie Definition des Dopplereffektes ist folgende:

Der Doppler-Effekt ist die zeitliche Stauchung bzw. Dehnung eines Signals bei Veränderung des Abstandes zwischen Sender und Empfänger währen der Dauer des Signals.

(Def. Wikipedia Doppler-Effekt)

Sprich, fährt ein Krankenwagen mit Sirene auf Euch zu, sendet er das akustische Signal (Welle) aus. Da der Krankenwagen auf Euch zufährt, wird das Signal gestaucht. Dadurch erscheint der Ton höher. Fährt der Krankenwagen nun an Euch vorbei, entfernt er sich von Euch und das Signal wird gedehnt. Dadurch hört man das Signal als tieferen Ton. Also das was Sheldon im Video so eindrucksvoll vorführt.

Diese kleine Grafik aus dem Wikipedia-Artikel zum Doppler-Effekt verdeutlicht noch einmal das erklärte:

Nun was hat das ganze mit der Astronomie zu tun? Schließlich hört man selten etwas, wenn Sterne sich bewegen.

Astronomie und der Dopplereffekt

Christian Doppler stellte als erstes die Behauptung auf, dass bei Sternenlicht die Farbänderungen durch diesen Effekt eine Rolle spielt. Im Jahre 1842 versuchte er die damaligen Astronomen davon zu überzeugen. Mittels Gedankenexperimenten und Vergleichen von Wasserwellen die von einem Boot erzeugt wurden, erkannte er damit als erster was es mit dem Dopplereffekt auf sich hat.

Leider lag er bei der Sternenbeobachtung daneben, den die Farbunterschiede die man mit dem Auge sehen kann, haben nichts mit dem Doppler-Effekt zu tun, sondern sind Temperaturunterschiede der Sterne. Trotzdem ist es Interessant und nach dem Tode von Doppler wiesen verschiedenste Wissenschaftler genau diesen Effekt sowohl in der Akustik als auch bei Lichtwellen nach.

Wobei wir beim letzteren also schon bei der Astronomie sind. Wenn der Doppler-Effekt für akustische Wellen funktioniert, sollte dieser doch auch für Lichtwellen funktioniert. Wie kann man aber nun Lichtwellen messen und was bedeutet diese Verschiebung der Wellenlänge?

Der Spektrograph

William Huggins ist einer der Pioniere der Spektralanalysen und fand als erster in den Spektrallinien von Sternen Verschiebungen.

So untersuchte er die Spektrallinie des Sterns Sirius und fand eine Rotverschiebung und deutete dieses richtiger Weise als Tatsache, dass Sirius sich beständig von uns entferne.

Damit war die Grundlage gelegt wie sich Sterne, Galaxien, Nebel und alle andere Objekte bewegen. (Rotverschiebung)

Nun habe ich den Artikel ja mit dem Kollegen vom AIP begonnen und möchte diesen auch damit beenden.

Spektrographen haben natürlich nur ein begrenzten Bereich den man erfassen kann. Doch mittlerweile sind die Messinstrumente so genau, dass man mit einer Aufzeichnung die Rotverschiebung (Blauverschiebung) einer einzelnen Galaxie und ca. 90.000 Sternen in der Galaxie messen kann.

Das hat mich natürlich sehr begeistert. Den so ist es Möglich mit nur einer Aufnahme die Rotation der Galaxie zu visualisieren. Schließlich dreht sich entweder jeder Stern der Galaxie von uns weg (Rotverschiebung) und dreht auf uns zu (Blauverschiebung).

Einen Artikel zum AIP-Spektrographen MUSE gibt es hier: 3D-Spektrograph MUSE nimmt Beobachtung auf

Natürlich gibt es auch schon Ergebnisse und so findet man auf der Seite der ESO erste Bilder von Galaxien.

MUSE colour-coded image of NGC 4650A

Bild: Galaxie NGC 4650A Colour Composite (ESO-Quelle)

Ich finde die Thematik und die heutigen Möglichkeiten einfach spannend und bin immer wieder erstaunt, was mit Gedankenmodellen früherer Wissenschaftler und heutiger Technik möglich ist.

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