Wie genau bestimmt man, wielange Licht unterwegs ist?

Question

Aufgabe:

Meine Frage:

Wie genau bestimmt man, wielange Licht unterwegs ist? Z.B. von weit entfernten Galaxien?

Wie hängen Wellenlänge und Reisezeit zusammen?

Bitte ein Beispiel.

Problem/Ansatz:

Ich brauche eine anschauliche Erklärung, die auch ein Laie nachvollziehen kann.

Answer 1

Huhu,

das kommt ein wenig darauf an, was man beobachtet. Mir fallen spontan drei Varianten ein.

1.

Für nahe Sterne kann man sich zunutze machen, dass die Erde um die Sonne kreist und daher den Standort ändert. Die Verschiebung des Sterns relativ zu weiter entfernten Sternen im Hintergrund geben einen Anhaltspunkt der sich über Geometrie (Dreiecksberechnung) abschätzen lässt. Fachbegriff wäre hier Parallaxe.

https://de.wikipedia.org/wiki/Parallaxe

2.

Wenn wir einen Stern haben für den sich die Parallaxe nicht mehr eignet, kann man sich den Sternentyp vornehmen. Ist dieser besonders auffällig und man kennt deren absolute Helligkeit, kann man sie mit der scheinbaren Helligkeit vergleichen und den Abstand errechnen.

3.

Die obigen Varianten sind aber für "weit entfernte Galaxien" eher unpraktisch. Hier kommt der Doppler-Effekt und seine Rotverschiebung ins Spiel. Dabei gilt zu wissen, dass sich das Universum immer weiter ausdehnt und diese Galaxien sich von uns entfernen. Durch die Fortbewegung der Galaxien verschiebt sich auch die Wellenlänge in längere Gefilde (Richtung rot). Vereinfacht ausgedrückt: Je roter eine Galaxie, desto weiter ist sie entfernt.

Woher weiß man aber, dass das rot nicht daher kommt, dass in der Galaxie recht viele rote Sterne sind? Dazu schaut man sich die Absorptionslinien an.

Für weitere Details schaue hier:

https://www.leifiphysik.de/astronomie/kosmologie/grundwissen/kosmologische-rotverschiebung

(Ich nehme etwas Grundwissen an, ansonsten kann ich auch noch ausführlicher werden)

Grüße

Comments

Danke für die Antwort. Meine konkrete Frage:

Warum kann man das so genau sagen, dass z.B. ein Lichtstrahl schon 7,5 Mrd.

Jahre unterwegs ist und nicht 6,5 oder 8,5 Mrd.

Wie kann man das dem Licht "ansehen"? Was passiert mit ihm auf der langen Reise?

Und überhaupt: Wie kann man es seinem Ursprungsort zuordnen bei soviel Licht, das im Kosmos unterwegs ist.

Ich möchte es meinem Neffen erklären, den so etwas interessiert. Leider hat mir die Sendereihe CENTAURI von Herrn Lesch nicht wirklich weitergeholfen. Es ist mir und meinem Neffen nicht anschaulich genug. Vlt. haben Sie anschaulichichere Modelle oder geeignete Links dazu.

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Freut mich, dass Du einen so begeisterten Neffen hast :). Ich hoffe bei mir findet sich bald ein ähnliches Interesse.

Ich probier es mal so:
Was die Richtung angeht ist das relativ einfach: Ein Lichtstrahl fliegt gerade auf uns zu. Du musst also nur "rückwärts schauen" und hast den Zielort, sobald Du auf eine Lichtquelle wie bspw eine Galaxie stoßt.
Das gilt leider nur pauschal, in Wirklichkeit ist es etwas komplizierter, wie bspw Gravitationslinse, die Licht so biegen, dass man Objekte hinter Schwerkraftzentren (wie bspw andere Galaxien) sehen kann.

Was das Alter angeht:

Hier spielen die Absorptionslinien die Hauptrolle: Wenn man einen Stern hat, der Licht aussendet, dieses aber erst durch die äußeren Schichten des Sterns muss und dabei bspw an Wasserstoff oder Helium hängen bleibt, wird ein Teil der Wellenlängen absorbiert. Dies hinterlässt Schatten im Absorptionsspektrum. Die Differenz der Schatten sind immer identisch (für die vorhandenen Elemente, die absorbieren). Man kann also schauen, wo sich ein Schatten bei einem nicht bewegenden Stern/Galaxie befinden müsste und schaut dann, was in Wirklichkeit passiert. Die Differenz (weiße Pfeile) wird zur Berechnung der Entfernung genutzt. Siehe Schaubild unten.

Dieses Bild erhält man übrigens, indem man einen eingefangen Lichtstrahl durch ein Prisma leitet.

Hilft das? :)

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Danke für die Mühe. Bis du Hobby-Astronom?

Ich kann mir nur bei den unendlich vielen Sternen nicht vorstellen, wie man Licht einem bestimmten Stern zuordnen kann. Oder man in Galaxien hineinschauen, kann, die als bloßer Punkt am Himmel erscheinen und dann sogar noch sagen, ob es in ihnen Regionen mit habitablen Zonen gibt. Das will nicht in mein Vorstellungsvermögen. Übrigens nicht das einzige Problem, das ich mit der Astrophysik habe.

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Ja, ich begeistere mich für die Astronomie. Früher mehr als heutzutage.

Dass das viel schwer vorstellbar ist, liegt in der Natur der Sache, aber die Schönheit und die unendlichen Weiten, laden zum Begeistern ein.