Geschwindigkeitsbestimmung im All:
Der präzise Sternen-Tacho
04. Sep 2008 20:11
 |  Geschwindigkeitsbestimmung durch Farbanalyse des Sternenlichtes | Foto: Eso |
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Mit einem «Frequenzkamm» lassen sich Sternengeschwindigkeiten 1000 Mal genauer messen als bisher. Mit der neuen Technik kann man auch erdähnliche Planeten aufspüren.
Was sich in kosmischen Dimensionen abspielt, macht sich auf der Erde oft nur als Winzigkeit bemerkbar. Deshalb können Astronomen derzeit nicht direkt nachweisen, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Auch die Suche nach Planeten, die etwa so groß sind wie die Erde und um sonnenähnliche Sterne kreisen, ist schwierig. Ein internationales Forscherteam um Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik (MPQ) hat jetzt ein Messprinzip erprobt, das solche Beobachtungen ermöglichen soll.
Die neue Präzision in der Messung von Sternengeschwindigkeiten soll der sogennante Frequenzkamm ermöglichen, für dessen Entwicklung unter anderem Theodor Hänsch, Direktor des MPQ, im Jahr 2005 den Nobelpreis erhielt. In einem Frequenzkamm fächern Physiker einen Laserstrahl zu einer Reihe von Spektrallinien auf, deren Frequenzen, also Farben, sie sehr genau bestimmen können. Diese Spektrallinien vergleichen die Physiker mit dem Spektrum astronomischer Quellen.
Sternenlicht in der Farbanalyse
Das Licht, das Teleskope sammeln, wird über eine Glasfaser zum Spektrografen geleitet und dort in seine einzelnen Farben aufgefächert (siehe Abb. am Seitenanfang). Der Vergleich mit dem Frequenzkamm - zu erkennen als Linien mit regelmäßigem Abstand - ermöglicht es, die Farbe genau zu bestimmen.
SternengeschwindigkeitPlaneten außerhalb unseres Sonnensystems verraten sich nur indirekt: Wenn sie sich um ihren Stern drehen, spürt dieser einen Rückstoß und entfernt oder nähert sich der Erde periodisch. Das stellen Astronomen anhand des Dopplereffekts fest: In etwa wie die Sirene eines Krankenwagens, der sich nähert, höher klingt als wenn er sich entfernt, verschiebt sich auch das Licht eines sich bewegenden Sterns. Nähert er sich, erscheint sein Licht ins Blaue verschoben, entfernt er sich, wirkt es rötlicher. Bislang lassen sich auf diese Weise nur Planeten von der Größe des Jupiter oder Saturn aufspüren. Denn nur sie zerren so stark an ihrem Zentralstern, dass die Dopplerverschiebung von dessen Licht auf der Erde messbar ist. |
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Die Wissenschaftler hoffen, Verschiebungen von einem Zentimeter pro Sekunde feststellen zu können. Damit wäre die Methode etwa 1000 Mal genauer als derzeit verfügbare Verfahren. Die Suche nach erdähnlichen Planeten würde damit deutlich erleichtert.
Erde schubst Sonne
Bislang können Astronomen nur Änderungen in der Sternengeschwindigkeit beobachten, wenn sich die Objekte mit zehn Metern pro Sekunde auf die Erde zu oder von ihr weg bewegen. Zum Vergleich: Die Erde verpasst der Sonne einen Schubs von zehn Zentimetern pro Sekunde. «Im Vergleich zu der Geschwindigkeit von 220 Kilometern pro Sekunde, mit der sich die Sonne um das Zentrum unserer Galaxie dreht, ist das lächerlich», so Thomas Udem, der das Projekt am MPQ leitet.
Relativitätstheorie in Gefahr
Die höhere Messgenauigkeit könnte zudem helfen, innerhalb von rund zehn Jahren festzustellen, ob sich das Universum immer schneller ausdehnt. Dies ist eine Folgerung aus der Beobachtung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds.Mit der alten Messgenauigkeit müssten Astronomen mehrere tausend Jahre warten, um den vorausgesagten Effekt an einem geeigneten Objekt im All festzustellen. «Wenn wir das nicht nachweisen können, müssen wir die Allgemeine Relativitätstheorie, die im Gegensatz zur speziellen bislang nicht sehr gut experimentell belegt ist, verwerfen oder erweitern», erläutert Udem. (nz/MPQ)
