{"id":20095,"date":"2012-01-03T11:00:06","date_gmt":"2012-01-03T10:00:06","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2012\/01\/03\/die-rotverschiebung-und-die-vielen-entfernungen-der-kosmologie\/"},"modified":"2025-05-14T16:07:08","modified_gmt":"2025-05-14T14:07:08","slug":"die-rotverschiebung-und-die-vielen-entfernungen-der-kosmologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2012\/01\/03\/die-rotverschiebung-und-die-vielen-entfernungen-der-kosmologie\/","title":{"rendered":"Die Rotverschiebung und die vielen Entfernungen der Kosmologie"},"content":{"rendered":"

In vielen Artikeln und Pressemitteilungen \u00fcber Astronomie liest man S\u00e4tze wie „Das Licht dieser Galaxie hat 12 Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht.“<\/i> Folgt daraus, dass die Galaxie auch 12 Milliarden Lichtjahre entfernt ist? Nicht wirklich. In einem Universum, dass sich ausdehnt und in dem die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich gro\u00df ist, sind die Dinge ein wenig komplizierter.
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\nDass sich Himmelsobjekte bewegen, merken wir an der Rotverschiebung. Damit bezeichnet man ganz allgemein den Effekt, dass sich die Wellenl\u00e4nge einer elektromagnetischen Welle zwischen der Aussendung und dem Empfangszeitpunkt verl\u00e4ngert hat. Rotverschiebung kann auf verschiedene Arten zustande kommen. Am bekanntesten ist der Dopplereffekt<\/a>. Wir kennen ihn von vorbeifahrenden Einsatzfahrzeugen. Wenn sich ein Polizeiauto mit Sirene auf uns zu bewegt, dann h\u00f6ren wir die Schallwellen mit einer h\u00f6heren Frequenz. Da sich das Auto bewegt, w\u00e4hrend es Schallwellen aussendet, verk\u00fcrzt sich der Abstand zwischen zwei Wellenbergen. Wenn das Auto aus unserer Sicht davon f\u00e4hrt, ist es umgekehrt. Der Abstand erh\u00f6ht sich, die Frequenz wird niedriger und der Ton tiefer. Das funktioniert auch bei Licht. In der Astronomie kann man so zum Beispiel feststellen, ob sich ein Stern auf uns zu bewegt oder von uns weg. Bei einem Stern, der sich uns n\u00e4hert werden die Wellenl\u00e4ngen ein wenig zum kurzwelligen blauen Bereich des Spektrums verschoben; entfernt er sich, dann verschiebt sich alles zum roten Bereich hin. Durch die Messung der Spektrallinien<\/a> k\u00f6nnen wir feststellen, wie stark diese Verschiebung ist. Diese Linien finden sich \u00fcberall im Licht das von den Sternen ausgestrahlt ist. Sie werden von den verschiedenen chemischen Elementen erzeugt, die das Licht unterwegs trifft und jedes absorbiert einen charakteristischen Teil der Strahlung. Aus Labormessungen und theoretischen Untersuchungen wissen wir ganz genau, wo sich diese Linien im Spektrum befinden m\u00fcssen. Haben sich die Linien verschoben, dann bewegt sich die Lichtquelle. Mit dieser Methode sucht man zum Beispiel nach extrasolaren Planeten. Deren Bewegung bringt den Stern den sie umkreisen ein klein wenig zum Wackeln und so wackelt er mal ein bisschen auf uns zu, mal ein bisschen von uns weg. Die gemessene Rotverschiebung entlarvt die Existenz des Planeten.<\/p>\n

\"i-c18e7c5e37ed171eedc4714ad8fb2446-Hudf09z10nl-thumb-500x500.png\"<\/a><\/form>\n
UDFj-39546284, eine der am weitesten entfernten bekannten Galaxien (Bild:NASA, ESA, Garth Illingworth (University of California, Santa Cruz) and Rychard Bouwens (University of California, Santa Cruz and Leiden University) and the HUDF09 Team)<\/small><\/em><\/div>\n

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Im Universum bewegen sich die Himmelsk\u00f6rper aber nicht nur von selbst. Sie bewegen sich auch scheinbar, aufgrund der Expansion des Universum. Ich habe deswegen „scheinbar“ geschrieben, weil es sich bei der Expansion des Universums nicht um eine Bewegung der Galaxien durch<\/i> den Raum handelt. Das, was Edwin Hubble in den 1920er Jahren entdeckt hat<\/a>, war etwas ganz anderes. Er fand heraus, dass sich der Raum selbst ausdehnt. Die Galaxien entfernen sich alle voneinander, weil sich der Raum zwischen den Galaxien best\u00e4ndig ausdehnt (Die Galaxien selbst, und mit ihnen die Sterne und Planetensysteme und alles was sich auf ihnen befindet dehnen sich nicht<\/i> aus. Auf diesen kleineren Skalen wirkt die Gravitationskraft der Expansion entgegen und h\u00e4lt die Objekte zusammen. Darum wird unser Sonnensystem zum Beispiel nicht gr\u00f6\u00dfer, auch wenn sich das Universum ausdehnt). Wir k\u00f6nnen auch hier messen, wie sich die Spektrallinien der fernen Galaxien verschieben. Diese kosmologische Rotverschiebung<\/i> hat aber nichts mit dem Doppler-Effekt zu tun. Wie schon gesagt: Es ist nur eine scheinbare Bewegung; in Wahrheit dehnt sich nur der Raum aus und die Galaxien bewegen sich nicht (bzw. ist ihre Eigenbewegung auf diesen Skalen vernachl\u00e4ssigbar klein).<\/p>\n

Man gibt die Rotverschiebung in der Astronomie mit dem Parameter z<\/i> an:<\/p>\n\"i-add9654f6e1ca42cbc2e98919f88b5a7-rotverschiebung.png\"<\/form>\n

\u03bb0<\/sub> ist die Wellenl\u00e4nge bei der sich die Spektrallinie eigentlich befinden sollte, \u03bbbeoabachtet<\/sub> ist die Wellenl\u00e4nge, bei der man sie tats\u00e4chlich gemessen hat. Hat eine Galaxie zum Beispiel eine Rotverschiebung von z=2, dann ist die gemessene Wellenl\u00e4nge dreimal so gro\u00df wie erwartet. Eine Galaxie mit einer Rotverschiebung von z=5 zeigt Spektrallinien bei Wellenl\u00e4ngen die sechsmal gr\u00f6\u00dfer sind, als man es erwarten w\u00fcrde. Eine Galaxie mit z=5 bewegt sich also schneller von uns weg als eine mit z=2 und ist damit auch weiter entfernt. Aber wie<\/i> weit denn nun genau? Wie berechnet man aus der Rotverschiebung eine Entfernung?<\/p>\n\"i-b7d798025af6f2ed2c1ee3d96c156ec7-expansion.gif\"<\/form>\n

Bild: Richard Powell<\/a>, CC-BY-SA 2.5<\/a><\/small><\/em><\/div>\n

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Das ist knifflig. Eben weil<\/i> sich unser Universum ausdehnt, kann man einer Rotverschiebung nicht einfach eindeutig eine Entfernung zu ordnen. Es geht nicht darum, dass man die Entfernung nicht kennt, oder das es schwierig ist, sie zu berechnen. Es ist eine Definitionsfrage und h\u00e4ngt davon ab, wie man „Entfernung“ definiert. Im Alltag ist das recht eindeutig. Entfernung ist – im simpelsten Fall – das, was ich mit dem Meterma\u00df zwischen zwei Punkten messen kann. Soll ich die Entfernung zwischen zwei parkenden Autos bestimmen, ist das recht einfach. Wenn man mich aber fragt, wie weit zwei fahrende<\/i> Autos voneinander entfernt sind, dann wird es schon schwieriger. Die Entfernung \u00e4ndert sich ja st\u00e4ndig. Im Universum ist es noch ein wenig komplizierter. Eine Galaxie sendet zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Lichtstrahl aus. Wenn dieses Licht die Erde erreicht, dann ist viel Zeit vergangen. In dieser Zeit hat sich das Universum weiter ausgedehnt (siehe die Animation oben). Wir sehen<\/i> das Licht, das aus einer Zeit stammt, die in der Vergangenheit liegt und von einem Ort ausgesandt wurde, an dem sich die Galaxie heute schon l\u00e4ngst nicht mehr befindet. Wie genau definiert man in diesem Fall eine „Entfernung“? Den Astronomen sind einige M\u00f6glichkeiten eingefallen.<\/p>\n