Rotverschiebung Astrophysik Hilfe leichte Erklärung
Kann mir vielleicht mal jemand mit einer leichten Erklärung sagen, was die Rotverschiebung ist? Hab schon gegoogelt, aber finde keine einigermaßen leichte Erklärung :(
8 Antworten
Hallo lisaaa8,
1) Was ist die Rotverschiebung?
Um das zu verstehen muss man erst mal verstehen, was ein "Spektrum" genau ist.
Von einem Stern oder einer entfernten Galaxie empfangen wir ja elektromagnetische Strahlung aller möglichen Wellenlängen. Einen kleinen Teil dieser Wellenlängen können wir sehen - und bezeichnen diesen Teil deshalb als "Licht". Daneben gibt es aber große Wellenlängenbereiche, die man nicht sehen kann: Kurzwelligere Wellen als das sichtbare Licht bezeichnen wir als "Ultraviolette Strahlung", noch kurzwelligere als "Röntgenstrahlung" und noch kurzwelligere als "Gammastrahlung". Langwelligere Wellen als das sichtbare Licht bezeichnen wir als "InfrarotsStrahlung", noch langwelligere als "Mikrowellen" und noch kurzwelligere als "Radiowellen".
Die Verteilung der Intensität der elektromagnetischen Wellen, die wir von einem Stern oder einer Galaxie empfangen bezeichnen wir als das Spektrum dieses Objektes; also wie viel bei einer bestimmten Wellenlänge von dort bei uns ankommt.
In diesem kontinuierlichem Verlauf zeigen sich nun genaz charakteristische schwarze Linien, die sogenannten Spektrallinien. Die kommen daher, dass das Licht beim Verlassen der Sterne durch die Atmosphären dieser Sterne durch muss. In diesen Sternatmosphären schlucken die dort enthaltenen Elemente das Licht, das genau die Wellenlängen hat, die zu den Energieniveaus der Elektronenhüllen dieser Elemente passt.
Die in einer Sternatmosphäre enthaltenen Elemente hinterlassen mit diesen schwarzen Linien also einen charakteristischen Fingerabdruck im kontinuierlichen Spektrum. Anhand dieser Linien kann ein Physiker erkennen, welche Elemente in der Atmosphäre eines Sternes enthalten sind.
Ein Beispiel: Der Wasserstoff ist ein sehr häufiges Element und hinterlässt deshalb fast in allen Sternspektren sehr deutliche Linien. 3 davon sind die Hα-Linie bei 656 nm, die Hβ-Linie bei 486 nm und die Hγ-Linie bei 443 nm. Bei diesen Wellenlängen findet man deutliche schwarze Linien.
So und bei Spektren sehr entfernter Galaxien finden wir diese 3 Wasserstofflinien auch. Genau dasselbe charakteristische Spektrum ... ABER die Linien sind nicht mehr bei den eben angegebenen Wellenlängen, sondern etwas zu längeren Wellenlängen hin verschoben. Die Hα-Linie läge also nicht mehr bei 656 nm, sondern z.B. bei 680 nm.
Hier ist es in einem Bild dargestellt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Rotverschiebung#mediaviewer/File:Redshift.svg
Man sieht, dass das erzeugte Linienmuster in beiden Fällen dasselbe ist; es sind also dieselben Elemente dafür verantwortlich. Die Linien sind im Spektrum der entfernten Galaxie aber etwas zu längeren Wellen hin verschoben. Und weil "Rot" am langwelligeren Ende des sichtbaren Lichtes sitzt, nennt man dieses Phänomen "Rotverschiebung".
Wichtig: Es zeigte sich in Messungen der Rotverschiebungen von Galaxien bekannter Entfernung ein deutlicher ZUsammenhang zwischen Entfernung und Rotverschiebung: Je weiter eine Galaxie weg ist, desto stärker ist ihr Licht rotverschoben. Die Rotverschiebung kann deshalb umgekehrt für andere untersuchte Galaxien ein Maß für ihre Entfernung zu uns sein.
2) Wodurch entsteht dieser Effekt?
Der wichtigste Anteil der Rotverschiebung entsteht auf dem Weg zwischen der entfernten Galaxie und uns: Die kosmologische Rotverschiebung entsteht dadurch, dass zwischen uns und der entfernten Galaxie neuer Raum entsteht und das Licht sich deshalb durch die sich ausdehnende Raumzeit ausbreiten muss. Die Rotverschiebung ist also ein Beleg für die Expansion des Universums.
Das ist ähnlich wie beim Doppler Effekt, bei dem ja die Schallwellen einer Schallquelle gedehnt werden, wenn sie sich von uns entfernt. Allerdings auch nicht ganz genau so, denn Doppler-Effekt heisst ja, dass die Quelle sich bewegt. Die entfernte Galaxie bewegt sich aber relativ zu ihrer Umgebung genauso wenig wie wir. Nur der Raum zwischen ihr und uns dehnt sich aus. Das hat das gleiche Ergebnis wie beim Doppler-Effekt, nämlich eine Rotverschiebung. Aber die entfernte Lichtquelle bewegt sich nicht. Der Effekt entsteht erst auf dem Weg zu uns durch die Entstehung neuer Raumzeit. Deshalb sind bei der kosmologischen Rotverschiebung auch Werte möglich, die einer überlichtschnellen Geschwindigkeit entsprechen.
Ein geringer Anteil der Rotverschiebung kommt auch aus der sogenannten gravitativen Rotverschiebung: Das Licht verliert nach der allgemeinen Relativitätstheorie beim Verlassen des Schwerefeldes seiner Lichtquelle etwas Energie und wird deshalb rotverschoben. Bei der kosmologischen Entfernungsbestimmung muss man diesen Effekt dann herausrechnen.
Grüße
weckmannu,
wenn Dir meine Antwort nicht gefällt, ist das Dein gutes Recht.
Wenn ich etwas Falsches schreibe, bitte ich sogar um Korrektur.
Mir jedoch zu unterstellen, ich würde hier einfach fremde Texte abkopieren - ohne Quellenangabe - ist eine Frechheit.
Ich bitte entweder um einen Link zu dem Text, den ich hier unverändert eingestellt haben soll als Beleg.
Oder um eine Entschuldigung.
Ebensosehr ist es eine Frechheit, mir zu unterstellen, ich würde die Antwort schreiben, ohne dem FS helfen zu wollen.
Bei dem Kommentar frage ich mich ehrlich, wodurch ich ihn provoziert habe.
Was mich mehr stört, sind aber die 2 feigen, weil anonymen DH für den Kommentar, die diese ungerechtfertigte Unterstellung teilen, sich aber nicht trauen, ihren Namen drunter zu schreiben.
Wie willst Du einen solchen wissenschaftlichen Sachverhalt mit wenigen Worten erklären, ohne daß die Wort- und Sachverbesserer sofort über Dich herfallen.
Nein! Die Ute gibt schon seit langen kompetente selbstverfasste und auch für einen Laien gut verständliche Antworten!!
und hat sich ihre [DH] und [K] mehr als fast jeder andere hier verdient.
Ute - bleib da und mach weiter!
Roderic
Ich würde mir über solche Kommentare keine weiteren Gedanken machen.
Kann sein, dass weckmannu den Wald nicht erkennt, die Fragestellerin hat damit weniger Probleme und die Antwort entsprechend honoriert.
Übrigens, weckamnnu, auch ich warte gespannt auf den Beweis für das "Kopieren von Wiki-Texten".
Oder herrscht jetzt plötzlich von Deiner Seite aus "Schweigen im Wald"??
Danke für das Sternchen, ich freue mich sehr!
Genauso freue ich mich über die aufmunternden Kommentare.
(｡´ ‿｀♡)
(und ja, das Emoticon ist kopiert. Von hier: http://emojicons.com/)
Grüße
Was uteausmuenchen hier sehr schön erklärt hat, wird gut illustriert durch 4 Bilder an Stelle http://greiterweb.de/zfo/Noch-mehr-zu-Physik-und-Kosmologie.htm#msgnr0-156 .
Das Universum dehnt sich aus, die weit entfernten Galaxien entfernen sich daher von uns und zwar je weiter entfernt desto schneller. Die Sterne in den Galaxien senden Licht aus und zwar ein kontinuierliches Spektrum, das ist ein Gemisch aus allen möglichen Farben, wie bei unserer Sonne. Substanzen die zwischen dem Stern und uns liegen absorbieren einen Teil des Lichtes, und zwar ganz genau bestimmte Frequenzen des Lichts, also Farben. z.B. das Natrium nimmt eine ganz spezielle gelbe Farbe auf (und strahlt sie auch wieder ab,) Dadurch ergeben sich in dem kontinuierlichen Spektrum des Sterns dunkle Linien, für ganz bestimmte Moleküle. Da das Universum zwischen uns und dem Stern sich ausdehnt werden die Lichtstrahlen mit ausgedehnt und die Schwingungen des Lichts werden also langsamer. Das ganze Licht wird daher zum roten, langwelligeren Licht verschoben, wir sehen die dunklen Linien der verschiedenen Moleküle mitverschoben und können damit messen wie sehr die Wellenlänge des Lichts langsamer geworden ist. Daraus kann man dann die Entfernung der betreffenden Galaxie bestimmen
Dopplereffekt. Wenn es eine Rotverschiebung gibt, entfernt sich die Galaxie von uns, die elektromagnetischen Wellen werden gedehnt und die Frequenz geht runter.
Okay und was hat es sich mit den ganzen Spektren auf sich? :/
wenn das polizeiauto mit sirene auf dich zurast, klingt das anders, als wenns von dir mit sirene wegfährt. Nie aufgefallen?
Doch, ich weiß, dass wenn die Sirene bzw das Martinshorn von hinten auf mich zukommt, dass die Schallwellen enger werden, also dass das Auto (oder eine Galaxie) sich annähert, so liegt eine Blauverschiebung vor. Und wenn das Auto dann an mir vorbeigefahren ist, dehnen sich die Schallwellen aus und das Auto (oder Galaxie) bewegt sich von mir weg und es liegt eine Rotverachiebung vor. Aber das mit den Spektren, also diese Pfeile die von lila zu blau bis hin zu rot gehen, versteh ich irgendwie nicht....
Ist leider Unfug, denn die Wellen werden nicht gedehnt. Deshalb ist das auch nicht der Dopplereffekt.
Das gesamte Spektrum wird verschoben..in Richtung des einen Ende des sichtbaren Lichtes: zum Rot hin (danach kommt infrarot).
Rotverschiebung bedeutet nicht, dass die Farbe rot verschoben wird, sondern dass alle Farben Richtung Rot wandern. Das Gegenteil davon wäre die Violettverschiebung, weil Violett das andere Ende des sichtbaren Spektrums darstellt.
Was der Doppler-Effekt ist, weißt Du ja offenbar.
Ich vermute, es geht Dir um die sogenannten Linienspektren: Jeder Stern sendet im Grunde kein komplettes Spektrum aus, sondern es weist charakteristische Lücken auf. Diese Lücken sind sozusagen "Fingerabdrücke" der Elemente, entweder aus denen der Stern besteht oder die sich in seiner Umgebung befinden, das weiß ich leider nicht mehr genau.
Man kann jedem Element einige ganz bestimmte Linien an bestimmten Stellen des Spektrums zuordnen, diese Muster sind aus Experimenten bekannt. Man kann die "Dicke" dieser Linien und ihre Abstände zueinander messen.
Bei der Beobachtung von Sternen kann man nun feststellen, dass zwar bestimmte Linien in ihrer Dicke und ihren Abständen zueinander zu einem bestimmten Element passen, aber insgesamt an der "falschen Stelle" des Spektrums stehen: sie sind als zusammenhängende Gruppe verschoben.
Aus dem Unterschied der Positionen, an der die Linien im Spektrum eigentlich liegen müssten und an der sie tatsächlich gemessen werden, kann man nun über den Doppler-Effekt auf die Geschwindigkeit schließen, mit der sich der Stern von der Erde entfernt.
Bei der Polizei-Sirene kennst Du den Effekt "in beide Richtungen", der Ton wird höher, wenn das Auto auf Dich zu fährt, und tiefer, wenn es sich entfernt. Licht wird theoretisch "violetter", wenn sich die Lichtquelle auf Dich zu bewegt und "roter", wenn sie sich entfernt. (Man braucht allerdings immense Geschwindigkeiten, damit dieser Effekt bei Licht messbar ist, im Physik-Unterricht ist das nicht machbar.) Im All gibt es wegen der dauernden Expansion des Universums aber nur Sterne, die sich von uns weg bewegen, es gibt also nur eine Verschiebung nach "Rot".
OK, ich hab (aufgrund anderer Kommentare hier) noch mal etwas nachgelesen, offenbar hat man mir das damals in der Schule doch etwas vereinfacht erklärt :-( ...
Im Grunde handelt es sich bei dem Phänomen nicht um den Doppler-Effekt, bzw. nur zu ganz geringem Anteil. Wesentlich wirksamer ist die Tatsache, dass sich (vereinfacht ausgedrückt) durch die Expansion des Universums nicht nur alle Sterne in der Raumzeit voneinander entfernen, sondern die Raumzeit selber sich ebenfalls ausdehnt.
Aber ich muss zugeben, das übersteigt dann meine persönlichen Begriffsgrenzen so langsam, die Relativitätstheorie in ihren Feinheiten ist mir denn doch zu hoch ...
Vielleicht könnte man es so sagen: Der Doppler-Effekt ist zwar nicht die eigentlich wissenschaftlich korrekte Erklärung, liefert aber ein ganz gutes, leichter verständliches Modell.
Hallo! Hier hat Dir auch mindestens 1 absoluter Profi geantwortet ( ute ) - ein Geschenk bei solchen Fragen. Ich versuche es immer einfach.
Ich baue mal die Brücke vom Licht zum Schall. Fährt ein Motorrad auf Dich zu so ist das ein anderes Geräusch als wenn es sich von Dir entfernt. Warum? In einem Fall wird der Schall gestaucht - im anderen gedehnt.
Ähnlich ist es halt beim Licht, nur dass man da halt nicht mit dem Ohr sondern mit den Augen wahrnehmen kann. Es findet quasi eine Verlängerung ( Dehnung ) der gemessenen Wellenlänge gegenüber der normalen statt und schon verändert sich die Farbe Rot im Spektrum.
Übrigens können wir immer wieder das Spektrum der Sonne bewundern - der Regenbogen ist nichts anderes. Hier wirkt Wasser als Prisma.
Ich wünsche Dir alles Gute.
Ist das eine einfache Erklärung?
Ute sammelt sinnlose Punkte durch Kopieren von Wiki-Texten, ohne dem Frager helfen zu wollen. So sieht man doch den Wald vor Bäumen nicht!