Wie alt ist Licht?
An die Astrophysiker unter euch: Bekanntermaßen dient das Licht anderer Sterne dazu, nachzuweisen, dass das Universum sich ausdehnt (aufgrund des auftretenden Dopplereffekts, also Rotverschiebung der Lichtteilchen/-wellen). Daneben wird anhand des von besonders weit entfernten Sternen erzeugten Lichts aber auch eine Aussage darüber getroffen, wie alt das Universum ist (ca. 13,7 Milliarden Jahre). Meine Frage lautet: wie stellt man fest, wie lange das Licht dieser Sterne zu uns unterwegs ist? Die Eigenschaften des Lichts ändern sich doch weder bei größeren Entfernungen noch sind sie zeitgebunden. Oder altert Licht etwa?
6 Antworten
Licht altert nicht und Licht verliert auch nicht an Energie!
Aber es gibt trotzdem einen einfachen Weg festzustellen, wieviele Jahre das Licht eines Sterns oder einer Galaxie schon auf dem Buckel hat:
Die Rotverschiebung
Licht hat neben dem Teilchencharakter auch einen Wellencharakter. Den kannst Du dir wir Schallwellen vorstellen. Stell dir einen Krankenwagen vor, der mit Tatü-Tata auf dich zugefahren kommt. Während er auf die zufährt, wird der Ton des Martinhorns höher, sobald er aber an dir vorbeigefahren ist, wird der Ton auf einmal tiefer. Das ist der sogenannte Doppler-Effekt. Wenn sich das Fahrzeug auf dich zubewegt, wird die Frequenz höher. Der Abstand der einzelnen Schallwellen wird kürzer. Entfernt sich das Auto, wird die Frequenz tiefer, der Abstand der einzelnen Wellen wird größer.
Genauso ist es mit dem Licht. Wir wissen ja mittlerweile, dass sich das Universum ausdehnt und zwar gleichmäßig. Alle Galaxien entfernen sich voneinander wie die Rosinen in einem Hefeteig im Backofen. Nahe Galaxien entfernen sich langsam und je weiter eine Galaxie weg ist, desto schneller entfernt sie sich auch von uns. Das ist die Inflationstheorie, erstmals von Hubble erkannt.
Wenn sich nun das Licht durch den sich ausdehnenden Raum bewegt, dehnen sich die Lichtwellen zusammen mit dem Raum aus. Der Abstand der einzelnen Wellen wird größer. Dadurch verschiebt sich die Farbe des Licht ins Rote (der Ton wird tiefer). Und je länger das Licht nun unterwegs ist, desto mehr verschiebt es sich ins rote. Man kann also die Entfernung der Lichtquelle anhand der Rotverschiebung ermitteln.
Aber woher weiß man nun, welche Farbe ein Stern hat um zu wissen, wieviel er ins Rote verschoben ist? Es gibt sogenannte Spektrallinien. Licht hat ja bekanntlich verschiedene Wellenlängen. Im sichtbaren bereich von etwa 300 nm (violett bis ultraviolett) bis ca. 700 nm (rot bis infrarot). Die einzelnen chemischen Elemente wie Wasserstoff z.B. leuchten nur bei bestimmten Wellenlängen. Und diese Linien in diesem Farbspektrum sind wie ein Fingerabdruck für ein Element. Wasserstoff hat z.B. ca. 5 dünne Linien im blauen Bereich des Lichtes (davon eine sehr kräftig) und 1 rote, kräftige Linie im sichtbaren Licht. Diese Linien haben immer die selbe Breite und den selben Abstand zueinander. Man braucht also nur im Licht der Sterne nach eben z.B. jenen Spektrallinien des Wasserstoffs suchen (z.B. Anhand des Abstandes) und vergleicht dann um wieviel die einzelnen Linien in den langwelligeren Bereich verschoben sind.
Über diesen Wert kann man dann errechnen, wie lange das Licht nun unterwegs war.
Unser Universum war die ersten ca. 400.000 Jahre dunkel. Da gab es kein Licht. Das älteste Licht, das wir also sehen können, ist etwa 13,3 Milliarden Jahre alt.
Entfernungen von nahen Galaxien misst man aber anders, z.B. mit sogenannten Standardkerzen (das sind Sterne, deren genaue Helligkeit man aufgrund von gesetzmäßigkeiten kennt). Das war ja aber nicht deine Frage. Wenn Du möchtest kann ich aber auch darauf etwas genauer eingehen.
Sehr schöne Antwort, vielleicht hättest du lediglich noch etwas klarer betonen sollen, dass die kosmologische Rotverschiebung im Normalfall nicht aus Sternenspektren gewonnen wird. Wirklich sinnvoll anzuwenden ist dieses Verfahren nur auf Galaxien in ausreichend großen Entfernungen, so dass die Eigenbwegung der Galaxie klein im Verhältnis zur sich aus der Expansion des Raumes ergebenden Fluchtgeschwindigkeit ist - in einigen zehn bis hundert Megaparsec lassen sich jedoch auch mit den größten Teleskopen keine "normalen" Sterne mehr auflösen.
Determining Distances to Astronomical Objects: http://www.talkorigins.org/faqs/astronomy/distance.html
Da ist es erklärt.
Schönen Dank. Du kennst nicht zufällig auch eine deutsche Seite im Netz? Könnte ansonsten etwas länger dauern, bis ich mir die englischen Fachbegriffe erschlossen hab;-).
Das wenige Licht, weit entfernter Galaxien reicht aus um das Spektrum zu erfassen und die Rotverschiebung zu bestimmen. Je größer sie ist desto schneller entfernt sich eine Galaxie. Die Wellen des ausgestrahlten Lichtes werden gedehnt. So also zum rotem Ende des Spektrums verschoben. Im Universum hängt die Geschwindigkeit auch mit der Distanz zusammen. Somit ist die Rotverschiebung der wichtigste Entfernungsmesser in der Astronomie. Wie kann man nun überhaupt solche Entfernten Objekte finden deren Licht sich kaum von der Kosmischen Hintergrundstrahlung absetzt? Die ältesten Galaxien werden mit speziellen Filtern enttarnt. Die ersten Galaxien hatten eine gewisse Besonderheit.
Die Besonderheit ist die starke Strahlung auf der Lyman Alpha Linie. Sie entsteht wenn Elektronen im Wasserstoffatom von Bahn 2 auf die innerste Bahn springen. Dadurch wird Energie im Ultraviolettem Spektralbereich frei und stellt eine Emissionslinie innerhalb des in allen Farben aufgefächertem Lichtbandes dar. So weit entfernte Galaxien sind weit ins rote verschoben. Und es muss eine Gravitationslinse vorliegen, um sie überhaupt finden zu können. Die Galaxienhaufen. Die dahinter liegenden Galaxien werden als lang gestreckte Geisterbögen sichtbar, die sonst nicht sichtbar wären. Über diesen Trick der Vergrößerung, ist man also erst auf diese alten Galaxien gekommen.
Das Licht, so weit entfernter Objekte ist nicht mit dem normalem Licht vergleichbar. Es ist eben sehr lang gestreckt und die Wellen sehr flach. Und da viele Störfaktoren, zwischen uns und den Objekten liegen, ist das Licht auch zerhackt. Vieles wird auf dem Weg zu uns, absorbiert und erreicht uns gar nicht. Nur Fragmente die man erst wieder zu einem ganzem zusammenfügen muss.
Das Alter des Universums kann auf verschiedene Weise berechnet werden und nicht nur über einen Weg. Als Beispiel über das Alter von Sternenhaufen oder die Berechnung der älteren Sterne oder eben über die Expansion des Universums. Berechnung der Geschwindigkeit und der Entfernung. Hoffe das meine Antwort noch einigermaßen verständlich ist? Ich hab aus Platzgründen nur die wichtigsten Dinge angesprochen. In allen Details wäre die Antwort zu unübersichtlich geworden, da vieles zusammen hängt. Gruß. Phönix
Ich vergleiche mal mit dem Schall: Wenn ein Motorrad auf Dich zu fährt, ist das ein anderer Ton (hoch) , als wenn es sich von Dir entfernt (tief). Warum? Der Schall erreicht hier Dich als ruhendes Objekt von einem bewegten Objekt (Krad) aus nicht mit Schallgeschwindigkeit, sondern einmal mit Schallgeschwindigkeit +Kradgeschwindigkeit und einmal mit Schallgeschwindigkeit - Kradgeschwindigkeit. Der schall wird also einmal gedehnt und einmal gestaucht. Aus der Veränderung der auf dein Ohr treffenden Töne könnte man jetzt nicht nur auf die Bewegungsrichtung des Motorrades, sondern auch auf seine Geschwindigkeit schliessen. Ähnliches passier mit dem Licht, hier findet eine Veränderung der Farbe Rot im Spektrum statt, die Berechnungen zur relativen (auf uns bezogen) Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung zulässt. ( Rotverschiebung, Spektralanalyse )
Das ist nett von dir, aber der Dopplereffekt war mir ja bekannt;-)
Für Laien sehr aufschlussreich und verständlich definiert ! :-))
Doppel DH ..... :-D
Nicht das Universum dehnt sich aus , sondern die Verteilung der darin befindlichen Materie ! Licht ( Strahlung ) ist Energie . Es unterliegt dem Energie - Erhaltungsgesetz !
Vielen Dank, das ist schon ausführlich genug;-). Ich denke anhand der ins Feld geführten Stichworte, werde ich mich selbst zurechtfinden.