Es gibt drei Arten der Rotverschiedung: einmal durch die Dehung der Wellen beim Expandieren des Raumes, dann durch die Auseinanderbewegung von Quelle und Beobachter (das allein ist der Dopplereffekt) und dann durch Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie ART.
Damit wollen wir uns in diesem Post beschäftigen:
Gravitationsrotverschiebung
Jedes Lichtphoton muss Energie aufwenden, wenn es einen Stern verlässt. Eine Rakete würde langsamer werden, Licht bleibt aber gleich schnell. Deshalb kann nur die Energie E = h*f (f Frequenz, h Plancksche Konstante) durch eine Reduzierung der Frequenz abnehmen.
Nach der Gleichung c = λ *f (c Lichtgeschwindigkeit, λWellenlänge, f Frequenz) muss die Wellenlänge bei kleinerer Frequenz zunehmen (da ja c unverändert bleibt).
Von einem Stern fortfliegendes Licht sehen wir also nach Rot verschoben.
Die Rotverschiebung z bei der Sonne liegt bei z= 0,000002.
Würde man das in eine Geschwindigkeit umrechnen (machen Astronomen oft, ist aber total unsinnig....), so käme man auf 636 m/sec.
Das ist wenig. Aber das Gravitationsfeld von Weißen Zwergen,
Neutronensternen oder Schwarzen Löchern ist größer und da kann man den
Effekt gut nachmessen.
Für ein schwaches Gravitationsfeld wie die Sonne berechnet sich z wie folgt: z = G * M /(r * c²), dabei ist G die Gravitationskonstante, M die Masse des Sternes, r der Abstand vom Zentrum und c die Lichtgeschwindigkeit)
Man kann die Gravitationsrotverschiebung auch über die gravitative Zeitdilation erklären (aber nicht beide Erklärungen zusammen nehmen!). Die Zeit in einem Gravitationsfeld verläuft langsamer. Wenn wir also eine Sternoberfläche beobachten, dann sehen wir die Lichtschwingungen dort langsamer, bei kleinerer Frequenz also bei längerer Wellenlänge.
Diese Erklärung ist in unseren Alltag eingezogen. Denn die Satelliten, die für unsere Navigationssysteme arbeiten, umkreisen die Erde in einem schwächeren Gravitationsfeld als auf der Oberfläche. Dort im Satelitten läuft also die Zeit schneller (es sind in der Tat Nanosekunden). Den Effekt (ebenso wie den Bewegungseffekt) müssen wir bei der Berechnung der Positionn auf der Erde berücksichtigen.
Die Gravitationsrotverschiebung ART wird also täglich durch unsere Navis getestet.
Bild: Andreas Müller, MPIEP, Garching
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen
Kommentar eingeben