Das Licht der Sterne entschlüsseln
Wenn Licht durch ein Prisma oder ein optisches Gitter geleitet wird, zerfällt es in seine einzelnen Farben. Es entsteht ein Regenbogen aus Rot, Orange, Gelb, Grün bis hin zu Violett. Genau dieses Prinzip nutzt die Spektroskopie, um das Licht von Sternen, Galaxien und Nebeln zu analysieren. Dabei zeigt sich, dass das Licht der meisten Himmelskörper nicht gleichmäßig verteilt ist, sondern charakteristische dunkle oder helle Linien enthält, die sogenannten Spektrallinien. Diese entstehen, weil bestimmte chemische Elemente Licht ganz spezifischer Wellenlängen absorbieren oder aussenden, gleichsam wie ein kosmischer Fingerabdruck.
Vom Sternlicht zum Spektrum
Wie aus einem einzelnen Lichtpunkt ein Spektrum mit Fingerabdrücken wird und was die Bewegung eines Sterns damit macht, zeigt die Animation.
- Licht in Farben zerlegen. Ein Prisma oder ein feines Gitter fächert das Sternlicht in einen Regenbogen auf. Das ist das Spektrum.
- Dunkle Linien als Fingerabdruck. Gase in der Sternatmosphäre schlucken ganz bestimmte Farben. Jedes Element hinterlässt sein eigenes Muster, etwa Wasserstoff (H), Natrium (Na), Magnesium (Mg) und Kalzium (Ca).
- Die Farbe verrät die Temperatur. Heiße Sterne leuchten am hellsten im Blauen und zeigen kräftige Wasserstofflinien. Kühle Sterne strahlen vor allem rotes Licht ab, dort bilden sich sogar Moleküle wie Titanoxid (TiO).
- Bewegung verschiebt die Linien. Kommt ein Stern auf uns zu, rücken alle Linien ins Blaue, entfernt er sich, ins Rote. Das ist der Dopplereffekt. In der Animation ist das stark übertrieben. Echte Sterne bewegen sich meist mit einigen bis hundert Kilometern pro Sekunde, die Verschiebung ist winzig, aber genau messbar.
Aus diesen Spektrallinien können Wissenschaftler:innen eine erstaunliche Fülle an Informationen ablesen, etwa die chemische Zusammensetzung eines Sterns, seine Oberflächentemperatur, seine Rotationsgeschwindigkeit und sogar seine Bewegung relativ zur Erde. Letzteres gelingt durch den sogenannten Dopplereffekt. Bewegt sich ein Stern auf uns zu, verschieben sich seine Spektrallinien leicht ins Blaue, entfernt er sich, ins Rote. Auf diese Weise wurden nicht nur Exoplaneten entdeckt, sondern auch die Expansion des Universums nachgewiesen, eine der bedeutendsten Erkenntnisse der modernen Kosmologie.
Spektroskopie ist heute nicht mehr nur der professionellen Astronomie vorbehalten. Mit erschwinglichen Spektrografen-Aufsätzen lässt sich selbst an einem Amateurteleskop das Licht heller Sterne zerlegen und analysieren. An der NOE Volkssternwarte bieten wir die Möglichkeit, diese faszinierende Methode hautnah kennenzulernen und selbst zu erleben, wie viel ein einzelner Lichtstrahl über die unvorstellbaren Weiten des Universums zu erzählen weiß.
