Wodurch wird Licht im Universum aufgehalten? Welche Faktoren spielen dabei eine Rolle?
Licht bewegt sich ja solange im All fort, bis es auf etwas trifft. Jedoch ist meistens im All nichts. Wieso ist es dann nicht so, dass wir nur relativ wenige Sterne am Nachthimmel sehen? Liegt es an diesen Faktoren (Gaswolken, schwarze Löcher, schwarze Materie im Weltall) oder an unserer mangelnde Fähigkeit, Licht in geringen Mengen wahrzunehmen? Aber wieso sollte denn Licht von weit weit entfernten Sternen schwächer sein als von nahen, wenn nichts dazwischen liegt?
Ich hoffe ihr oder das Gute-Frage-Net-Team könnt es mir beantworten :)
15 Antworten
Hi,
das ist recht einfach zu beantworten. Zunächst einmal ist das Weltall gar nicht so leer, wie du vermutest, dazu aber später mehr. Viel wichtiger ist es zu wissen, warum das Licht mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.
Nehmen wir mal einen hypothetischen Referenzstern, dessen Werte nicht real sind, sondern nur der einfachen und verständlichen Rechnung dienen. Wenn du schonmal den Vollmond oder mit einer Sonnenschutzbrille die Sonne beobachtet hast, wirst du unzweifelhaft wissen, dass sie am Himmel in Form einer Scheibe erscheinen. Dies gilt für jedes Objekt am Himmel, also auch Sterne, wenngleich ihre Scheiben geradezu winzig erscheinen.
Nehmen wir für unseren Referenzstern einen Scheibendurchmesser von 1° bei Entfernung x an. Nehmen wir weiter an, bei Entfernung x treffen 100 Photonen des Sterns auf unsere Netzhaut. Nun entfernen wir uns von dem Stern, bis wir die Entfernung 2x erreichen. Erwartungsgemäß besitzt die Sternscheibe nur noch den halben Durchmesser (da wir ja doppelt so weit weg sind wie zuvor) sowohl durch die x-Achse als auch durch die y-Achse. Somit besitzt die Sternscheibe nur noch ein Viertel ihrer scheinbaren Größe - und lässt damit auch nur noch 25 Photonen auf unsere Netzhaut fallen. Oder wie es die anderen User sagten: Die Helligkeit nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Die anderen 75 Photonen, die bei Entfernung x noch auf die Netzhaut trafen, fliegen nun vorbei und landen im Gesicht oder fliegen sogar an deinem Kopf vorbei.
Ein weiterer Geischtspunkt ist, wie bereits angesprochen, dass das Universum nicht so leer ist, wie du annimmst. Genau genommen ist der Begriff Universum hier schon fehl am Platz; denn der absolute Großteil der beobachtbaren Objekte, bis auf wenigste Ausnahmen gehört zu unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Und die ist als typische Balspiralgalaxie völlig überfüllt mit kosmischen Gas- und Staubwolken. Genau in Richtung Zentrum der Milchstraße befinden sich in der tat extrem dichte Dunkelwolken, die den Blick ins Znetrum selbst versperren. Wären keinerlei Wolken vorhanden und die Sicht absolut frei, würde das Zentrum der Galaxie unsere Nacht erhellen und mit einer ähnlichen Leuchtkraft wie unser Vollmond erstrahlen. Aber man kann halt nicht alles haben.
Zu guter Letzt wäre dann noch die Lage des Sonnensystems zu nennen. Wir befinden uns nämlich in einer recht sternenarmen Gegend der Milchstraße. Das der absolute Großteil unserer Sternennachbarn selbst so leuchtschwach ist, dass er für das bloße Auge völlig unsichtbar ist, macht diesen Umstand nicht einfacher. Dies sind also die drei Haupgründe, warum wir nur so wenig Sterne am Himmel sehen könnte.
Für all jene, die in unmittelbarer Nähe einer Großstadt leben, und damit meine ich weniger als 100 km bis zur nächsten 100.000 Einwohner-Stadt, kommt noch ein weiterer Punkt hinzu: Lichtverschmutzung. Lichtverschmutzung ist kurzgesagt durch Kunstlicht aufgehellter Nachthimmel. Auch wenn der Himmel schwarz erscheint, so leuchtet er doch in der Tat, oder besser gesagt, er reflektiert das Licht von Straßenlaternen, Autos, Leuchtreklame u.ä. Durch diese diffuse Streulicht werden leuchtschwache Sterne und andere Himmelsobjekte unsichtbar, da der Himmel selbst nun heller strahlt.
Übrigens: Zwar ist die Dichte des Universums wirklich sehr gering, aber man sollte aufpassen, dass man sich diesbezüglich nicht verhaspelt. Den Begriff "Universum" sollte man nur dann verwenden, wenn man wirklich das Universum oder zumindest das sichtbare Universum meint, und nicht, wenn man nur einen Teil meint. Denn obwohl die Milchstraße aus unserer Sicht aus "praktisch Nichts" besteht, ist ihre mittlere Dichte doch rund 50.000.000 mal höher als die mittlere Dichte des Universums. Generell kann man sagen, je kleiner die Strukturen werden, desto höher wird die Dichte. Eine gute Webseite zur Verdeutlichung der Strukturen des Universums ist diese hier:
http://www.atlasoftheuniverse.com/
So, der Text ist wieder mal ein bisschen läger geworden als ursprünglich erwartet. Ich hoffe, damit sind alle fragen beantwortet. Falls nicht -> nochmal fragen. LG
Diese Frage ist in der Literatur zu finden unter dem Stichwort Olbersches Paradoxon. Bei einem unendlich großen Universum müsste der Nachthimmel gleichmäßig hell erscheinen, weil in jeder Richtung unendlich viele Sterne sichtbar sind.
Einfach gesagt sehen wir so wenige Sterne, weil es so wenige gibt, sprich die Anzahl der Himmelskörper und die sichtbare Ausdehnung des Universums sind endlich. Ein bißchen Absorption an Gaswolken und interstellarem Medium kommt dann auch noch dazu, Aber das ist vernachlässigbar. Es stimmt schon, dass ein Photon im Prinzip beliebig weit propagieren kann bevor es in irgendeiner Wechselwirkung vernichtet wird. Die Massenverteilung im Universum ist inhomogen und wir sehen nur einen kleinen Ausschnitt davon.
Du könntest auch fragen, warum sehen wir einen nahen Baum, groß und je weiter wir davon entfernt stehen, um so kleiner, bis wir Ihn gar nicht mehr sehen können. Aber nimmst du ein Fernrohr in die Hand und schaust dir den Baum an der weit entfernt steht und den wir mit bloßen Augen kaum noch sehen können, sehen wir Ihn wieder groß und deutlich. So auch mit den Sternen. Wir sehen den Himmel oder alles auf der Erde mit unseren Augen, unvergrößert und 1:1. In unserem Kopf steckt leider kein Teleskop mit dem wir alle Objekte ran Zoomen könnten. So sehen wir die Dinge die in unserer Nähe sind deutlich und weit entfernte Objekte, undeutlich und klein. Das gilt auch für den Raum. Je weiter ein Objekt entfernt ist, um so kleiner oder undeutlicher sehen wir es. Das Licht streut auch mit zunehmender Entfernung und wird von zahlreichen Dingen, abgelenkt oder stößt mit Ihnen zusammen. Der Raum ist erfüllt mit kleinen und großen Teilchen. Wenn ein Stern 10 Lichtjahre von uns entfernt steht, stoßen die Teilchen also abermilliarden mal, mit anderen Teilchen zusammen oder werden von großen Objekten, einfach abgelenkt. Unsere Augen sind auch ziemlich Licht-schwach. Erst ein Teleskop sammelt genug Licht, damit wir es sehen können, und das auch noch vergrößert.
Licht ist ein Strahl von vielen, vielen Photonen (mit verschiedenen Frequenzen). in der reise durch das Universum werden immer wieder Photonen absorbiert und gehen verloren. Es kann auch sein, dass sie Energie verlieren wenn sie durch ein Gas kommen, dann reisen sie mit einer tieferen Frequenz weiter.
Photonen können zwar über 13 Milliarden Jahre überleben, wie die Existenz der Kosmischen Hintergrundstrahlung beweist, aber ich denke, dieser kosmische Mikrowellen-Hintergrund ist nur ein schwacher Schatten dessen, was er früher war: weniger Energie, weniger Photonen...
Auf eine Frage habe ich aber so spontan keine Antwort: wenn Photonen unterwegs absorbiert werden, dann würde die sichtbare helligkeit von weit entfernten Sternen ja auch davon abhängen, was das Licht unterwegs so alles antrifft. Aber ich glaube nicht, dass man das bei den Berechnungen berücksichtigt... Vielleicht weil man davon ausgeht, dass das Universum in grösseren Masstäben homogen und isotrop ist...
doch, Licht von weit entfernten Sternen ist schwächer. deshalb verwendet man ja Supernovae, um Entfernungen zu bestimmen: von den Supernovae weiss man, wie hell sie sind, und je nachdem wie stark oder schwach ihr licht ist, so nah oder weit sind sie von uns entfernt...
Das gilt hier auf der erde für Scheinwerfer von Autos genauso...
Je nach medium (Vakuum, wasser, Luft, etc) bewegt sich das Licht schneller oder langsamer, deshalb hat man ja die diffraktion durch ein glasprisma, oder sieht einen Knick in einem geraden Stab, den man ins Wasser taucht...
Ja gut, aber wieso sollte das Licht schwächer werden auf dem Weg hierhin?
Die andere Antwort, die du bekommen hast, scheint die richtige zu sein: durch die weitere Ausdehnung im Raum "verdünnt" sich die Strahlung, d.h. die gleiche Anzahl Photonen verteilen sich auf mehr Raum, daher ist die Anzahl Photonen pro Einheit raum geringer...
ausserdem verliert das Licht an Frequenz: die Wellenlänge wird immer länger (die energie immer schwächer). Deshalb ist der Komische Mikrowellen-Hintergrund auch im Mikrowellen bzw. Radiowellen-Bereich: das sind die Elektromagnetischen Wellen mit der geringsten Frequenz (und höchsten Wellenlänge). In den 13,7 Milliarden jahren ist ihnen so viel an Energie verlorgen gegangen, dass sie nicht mehr sichtbar sind!
Heureka, das ist die Antwort. die Photonen verlieren an Frequenz (schwingungen werden immer langsamer), bis sie aus dem sichtbaren Spektrum herausfallen und sich in Infrarot, Mikrowellen, Radiowellen verwandeln...
Heureka, das ist die Antwort.
Scheint mir überaus plausibel und ist ein echt neuer Ansatz der Betrachtung. Klasse.
Wie kann man den bitte die durchschnittliche Dichte des Universums herausfinden :D? Trotzdem super Antwort! Hat mir wirklich geholfen!