Wir verwenden Cookies, um bestimmte Funktionen unserer Website zu ermöglichen und Zugriffe auf unsere Website zu analysieren. Wenn Sie auf unserer Website weitersurfen, stimmen Sie der Nutzung von Cookies zu. Mehr Informationen hierzu finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Ok

 

10.11.2004

Wie Farbe dem Menschen half, seinen Platz im Universum zu finden

Die Rotverschiebung im Licht ferner Galaxien zeigt: Das Weltall dehnt sich aus.

Der unwirtlichste Ort im Universum muss wohl der sein, von dem sich alle entfernen. Im Jahr 1917 veröffentlichte der amerikanische Astronom Vesto Slipher (1875 bis 1969) einen Fachartikel, der den Schluss nahe legte, dass Slipher diesen Ort gefunden hatte: die Milchstraße. Aus der so genannten Rotverschiebung im Lichtspektrum von 25 Galaxien hatte der Wissenschaftler den Schluss gezogen, dass sich 21 von ihnen von unserer Heimatgalaxie wegbewegen.

Es dauerte zwölf Jahre, bis Edwin Hubble (1889 bis 1953) das Stigma, der unbeliebteste Ort im Weltall zu sein, wieder von der galaktischen Heimat des Menschen nahm. Weil das Universum sich als Ganzes ausdehnt, bewegt sich nahezu jede Galaxie von jeder anderen weg – so wie sich jede Rosine in einem aufgehenden Teig von jeder anderen Rosine entfernt.

Die Rotverschiebung war der Schlüssel zu einer der elementarsten Erkenntnisse der Wissenschaft überhaupt: dem Wissen über die Ausdehnung des Weltalls.
Die Rotverschiebung war der Schlüssel zu einer der elementarsten Erkenntnisse der Wissenschaft überhaupt: dem Wissen über die Ausdehnung des Weltalls. Foto: Nasa/Caltech

Was Slipher und Hubble zu ihren Entdeckungen geführt hatte, war die Rotverschiebung des Lichts fast aller Galaxien: Im an sich kontinuierlichen Lichtspektrum jedes Sterns fehlen bestimmte Linien. Diese Linien sind charakteristisch für die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre des jeweiligen Himmelskörpers. Jedes chemische Element hat seinen ganz spezifischen "Fingerabdruck" aus fehlenden Farblinien im Licht.

Slipher und Hubble fanden diese charakteristischen Fingerabdrücke erwartungsgemäß im Licht aller beobachteten Galaxien – aber nicht da, wo sie sein sollten. Die Wellenlängen der fehlenden Farblinien waren bei den meisten Galaxien "rotverschoben" – sie waren also im vom Blau über das Gelb bis zum Rot reichenden Farbspektrum in Richtung zum roten Ende hin versetzt.

Vor Einstein hätte es für diese Rotverschiebung nur eine mögliche Erklärung gegeben: den nach Christian Doppler (1803 bis 1853) benannten Dopplereffekt. Bestens bekannt ist dieser Effekt aus der Akustik. Bei einem vorbeifahrenden Fahrzeug, beispielsweise einem Krankenwagen, ändert sich schlagartig die Tonhöhe. Solange das Fahrzeug auf den Beobachter zufährt, werden die Schallwellen "zusammengequetscht" – der Ton wird höher. Wenn es sich entfernt, werden die Schallwellen in die Länge gezogen – der Ton wird tiefer.

Entsprechend verhalten sich Lichtwellen. Bewegt sich eine Galaxie vom Betrachter weg, werden die Wellen länger, das Licht also zum Roten hin verschoben. Umgekehrt wird das Licht von Galaxien, die sich auf ihn zubewegen, blauverschoben. Zunächst schien es so, dass sich die beobachtete Rotverschiebung mithilfe des Dopplereffektes recht gut erklären lässt. Doch als Astronomen später auch sehr weit entfernte Galaxien vermaßen, stimmte die mit dem Dopplereffekt berechnete Rotverschiebung nicht mehr mit der beobachteten überein.  

Gemäß Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie gibt es aber zwei weitere mögliche Ursachen für die Rotverschiebung. Die eine ist der Energieverlust von Photonen, die einem starken Gravitationsfeld zu entkommen versuchen. Da für das Verhältnis von Energie und Wellenlänge eines Lichtteilchens gilt: "je geringer die Energie, desto größer die Wellenlänge", ist der Energieverlust ebenfalls mit einer Rotverschiebung gleichbedeutend. Dieser Gravitationseffekt spielt jedoch nur bei Objekten mit sehr großen Massen wie beispielsweise Schwarzen Löchern eine bedeutende Rolle und kann sonst vernachlässigt werden.

Die tatsächliche Erklärung für die Rotverschiebung der Galaxien – nämlich die Ausdehnung des Raumes selbst – hätte Einstein schon 1917 voraussagen können. Doch just in dem gleichen Jahr, in dem Vesto Slipher seine Ergebnisse über die Rotverschiebung der Galaxien veröffentlichte, veränderte Einstein die Gleichungen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie so, dass sie als Lösung nur noch ein statisches Universum zuließen. Dies nannte er später – wohl zu Recht – die größte Eselei seines Lebens.

Doch die Geschichte wurde noch paradoxer. Erst vor wenigen Jahren entdeckten die Astronomen aufgrund der Rotverschiebungen im Licht weit entfernter Supernovae, dass sich die Ausdehnung des Universums sogar beschleunigt. Solche Supernovae sind explodierende Sterne, die immer gleich hell leuchten und deshalb besonders gut zur Entfernungsbestimmung geeignet sind. Die heute von den Astronomen "Dunkle Energie" genannte Kraft, die Einstein nachträglich in seine Relativitätstheorie eingebaut hatte, existiert also wirklich. Doch anders als von Einstein gedacht hält sie das Universum nicht im Gleichgewicht, sondern zieht es noch schneller auseinander.

Somit haben die Farbverschiebungen im Licht anderer Galaxien gezeigt, dass die Milchstraße nicht unbeliebter ist als andere Galaxien. Von jeder beliebigen Galaxie bewegen sich ebenfalls (fast) alle anderen weg, weil das Universum sich als Ganzes ausdehnt. Ausgenommen sind nur eng benachbarte Galaxien, die durch Gravitationskräfte aneinander gebunden sind. Deshalb könnte es in ferner Zukunft in der Milchstraße doch ganz schön ungemütlich werden. Denn im Licht unserer Nachbargalaxie, dem Andromedanebel, haben Astrophysiker eine Blauverschiebung festgestellt. Mit etwa 500.000 Kilometern in der Stunde bewegt sich der Nachbar auf die Milchstraße zu. In voraussichtlich fünf Milliarden Jahren werden die Milchstraße und Andromeda miteinander kollidieren und verschmelzen. (at)