Astronomie

Am 25. Mai 1842 stellte Christian Doppler der königlichen Böhmischen Gesellschaft sein Buch “Über das farbige Licht der Doppelsterne” vor und wurde damit in aller Welt berühmt.

Der Doppler-Effekt und die farbigen Sterne

Die Physiker hatten damals schon gelernt, die Frequenzen des Lichts (als elektromagnetische Schwingung) zu messen und stellten fest, dass rotes Licht eine kleinere Frequenz hat (ab 390 THz, das heißt 390 mit 12 Nullen Schwingungen in einer Sekunde) als blaues Licht (bis 770 THz).

Je schneller sich ein Stern von uns entfernt, desto mehr ist sein Licht zu kleineren Frequenzen, also zum Rot, hin verschoben. Das Licht bestimmter Elemente hat dabei kleinere Frequenzen als bei uns oder bei näheren Sternen wie dem kleinen gelben Stern Sonne.

Es war dabei eine große Hilfe, dass manche Stoffe nur eine ganz bestimmte Farbe (Frequenz) erzeugen (oder verschlucken). Bei der Untersuchung mit einem Glasprisma sieht man diese “Spektrallinien”.

Bei Doppelsternen kreisen meist ein kleinerer und ein größerer Stern um den gemeinsamen Schwerpunkt. Wenn ihre Bahnebene genau zur Erde weist, bedeckt der größere Stern regelmäßig den kleineren. Dann kann man die maximale Geschwindigkeit der beiden Sterne zum Zeitpunkt des größten scheinbaren Abstands mit Hilfe der Dopplerverschiebung sehr genau bestimmen. Trotz mangelhaftem Wissen über die Farben der Sternarten zur Zeit Dopplers – er stellte eine für die Astronomie sehr brauchbare Theorie auf, die erst später als richtig bewiesen werden konnte.

Astronomie heute: die Möglichkeiten des Doppler-Effekts

Heute kann man mit Hilfe des Dopplereffekts nicht nur die Geschwindigkeiten der Sterne und Galaxien im Verhältnis zu uns berechnen, sondern auch ihre Entfernungen, die Rotationszeiten (Umdrehungszeiten), die Auswurfgeschwindigkeiten von Supernovae und vieles mehr. Auch die Erforschung von Röntgensternen ist somit möglich.

Die moderne Astronomie wäre ohne die Erkenntnisse Christian Dopplers nicht vorstellbar, ja gar nicht möglich.


Gastbeitrag von Dr. Julia Weratschnig, Haus der Natur, Kuratorin Astronomie

Von Christian Doppler zum Nobelpreis 2019

In der Astronomie spielt der Doppler Effekt eine große Rolle, vor allem um Radialgeschwindigkeiten (auf die Erde zu / von der Erde weg) von Himmelsobjekten zu bestimmen: Bewegt sich z.B. ein Stern auf die Erde zu, so wird die Frequenz des vom Stern zu uns gelangenden Lichtes größer, bewegt er sich von der Erde fort, wird die Frequenz kleiner (Blau- bzw. Rotverschiebung). Bewegt sich ein Objekt auf einer Kreisbahn, so sehen wir also manchmal rot- und manchmal blauverschobenes Licht.

Dieses Verhalten kann bei Doppelsternsystemen, bei denen zwei Sterne um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen, sehr gut beobachtet werden. Aber auch Planeten, welche einen Stern umkreisen, verschieben das Massezentrum des Systems: Nicht nur der Planet kreist um den Stern, auch der Stern bewegt sich um dieses gemeinsame Massezentrum: er kreiselt. Dieser Effekt ist umso stärker ausgeprägt, je größer die Masse des Planeten ist. Mit hochauflösenden astronomischen Geräten kann diese Dopplerverschiebung des Sternenlichts beobachtet werden, und somit ein nicht selbstleuchtender Planet im System nachgewiesen werden.

Eine Hälfte des Nobelpreises für Physik 2019 wurde an die beiden Astrophysiker Michel Mayor und Didier Queloz verliehen. Dank exakter Vermessung der Dopplerverschiebung von Sternenlicht entdeckten sie im Oktober 1995 den ersten Exoplaneten, welcher einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Dieser Exoplanet war außerdem der erste jemals beobachtete „Hot Jupiter“, also ein Gasriese wie Jupiter, welcher aber sehr eng um seinen Zentralstern kreist.

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