Überblick

Durchkämmte Spektren

Frequenzkamm und Atomuhr erlauben es, die Spektrometer genauer zu kalibrieren, mit denen sich extrasolare Planeten aufspüren und die Dynamik des Universums untersuchen lassen.

  • Thomas Udem
  • 07 / 2012 Seite: 45

Nur um wenige Zentimeter pro Sekunde ändert sich periodisch die Geschwindigkeit eines sonnen­ähnlichen Sterns, den ein erdähnlicher Planet umkreist. Um dieselbe Größenordnung wächst auch innerhalb von zehn Jahren die Geschwindigkeit, mit der sich ausgewählte Objekte von uns wegen der Expan­sion des Universums entfernen. Diese Geschwindigkeits­änderungen führen zu kleinsten Linienverschiebungen in Sternspektren. Die Kalibrierung von Spektrometern mithilfe eines Frequenzkamms sollte es ermöglichen, diese Verschiebungen nachzuweisen und damit neue Exoplaneten aufzuspüren oder die Beschleunigung des Universums „live“ zu beobachten.

Die Frage nach dem Alter des Universums ließ sich in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts noch gar nicht beantworten, und in der zweiten Hälfte wurden Werte genannt, die sich um einen Faktor zwei unterschieden. Doch inzwischen hat sich die Kosmologie zu einer präzisen Wissen­schaft entwickelt: Heute wissen wir, dass das Universum 13,72(12) Milliarden Jahren alt ist, mit einer Unsicherheit von weniger als einem Prozent. Auch andere Parameter sind wesentlich genauer bekannt. Dies verdanken wir präzisen Messungen der räumlichen Verteilung des kosmischen ­Mikrowellenhintergrunds sowie der Geschwindig­keiten von astronomischen Objekten. Grundlage dafür, dass sich Geschwindigkeiten über die Rotverschiebung von Spektrallinien messen lassen, ist der Doppler-Effekt.

Dieser Effekt beschreibt, wie sich die wahrgenommene Frequenz f einer Welle durch die Geschwindigkeiten der Quelle vq und des Empfängers ve ändert. In der Akustik gilt:

Hierbei sind c die Phasengeschwindigkeit der Welle und f0 die ausgesendete Frequenz im Ruhesystem der Quelle. Der Näherungsausdruck für c >> ve,q auf der rechten Seite verdeutlicht, dass es sich um einen rein geometrischen Effekt handelt. Setzt man dort für die Frequenz f0 = c/λ ein, zeigt sich, dass sich die Frequenzveränderung aus der Anzahl der Wellenfronten pro Zeiteinheit ergibt, die durch die Relativgeschwindigkeit Δv = vq – ve verloren gehen oder zusätzlich den Empfänger erreichen (je nach Vorzeichen von Δv). ...

Share |
thumbnail image: Durchkämmte Spektren

Aktuelles Heft

Inhaltsverzeichnis
10 / 2017

thumbnail image: PJ 10 2017

Anomalien von Wasser

Ursprung des Lebens

Fraunhofer-Linien

Phänomenta

Zugang Physik Journal

Nur DPG-Mitglieder haben vollen Zugriff auf alle Hefte und Online-Inhalte des Physik Journal und müssen sich dafür mit ihrer Mitgliedsnummer registrieren » 

Erst wenn die Artikel des Physik Journal älter als drei Jahre sind, stehen sie kostenlos und frei zugänglich zur Verfügung

Als DPG-Mitglied erhalten Sie den Physik Journal Newsletter, wenn Sie sich dafür bei der DPG registrieren »

Mediadaten

Die Mediadaten für Werbe­mög­lich­kei­ten im Phy­sik Jour­nal finden Sie als PDFs hier:
2017 deutsch / eng­lisch
2018 deutsch / englisch

Webinar

Warum reale akustische Systeme nur multiphysikalisch simuliert werden können

  • 02. November 2017

In diesem Webi­nar wird ge­zeigt, warum man bei­spiels­weise schon bei der Simu­la­tion eines „ein­fachen“ Laut­spre­chers auf multi­phy­si­ka­li­sche Kopp­lung an­ge­wie­sen sein kann, wenn man ex­pe­ri­men­tel­le Er­geb­nis­se kor­rekt re­pro­du­zie­ren will.

Alle Webinare »

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer