Unter dem Begriff Rotverschiebung versteht man die Verschiebung von Spektrallinien hin zu größeren Wellenlängen. Handelt es sich hierbei um Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, dann bedeutet ihre Vergrößerung, dass sie näher an den Spektalbereich rücken, der von Menschen als rotes Licht wahrgenommen wird. Grundsätzlich muss man zwischen verschiedenen Arten der Rotverschiebung unterscheiden.
Rotverschiebung
durch den Doppler-Effekt
Besitzen eine Lichtquelle und ein Beobachter eine voneinander weg gerichtete
Relativbewegung, dann unterliegt die von der Quelle ausgesandte elektromagnetische
Strahlung einer Rotverschiebung. Diesen Effekt kann man sich in Analogie
zum akustischen DOPPLER-Effekt
vorstellen. Den akustischen DOPPLER-Effekt nimmt man wahr, wenn eine Schallquelle
mit hoher Geschwindigkeit an einem Beobachter vorbei fährt und dabei
eine deutliche Veränderung der Schallwellenlänge - erkennbar
an der Tonhöhe - registriert werden kann (z.B. ein vorbeifahrendes
Krankenauto mit Notsignal) (Bild 1). Beim akustischen DOPPLER-Effekt handelt
es sich um ein mechanisches Phänomen, der optische DOPPLER-Effekt
erfordert für genaue Betrachtungen die Anwendung der speziellen Relativitätstheorie.
Er wird auch als relativistischer
DOPPLER-Effekt bezeichnet. Genauere Information sind in einem gesonderten
Beitrag unter dem Stichwort "DOPPLER-Effekt"
auf der CD zu finden.
Grundsätzlich bleibt das Resultat aber gleich:
Eine sich entfernende Lichtquelle verursacht eine Rotverschiebung ihrer
Spektrallinien.
Anhand der Rotverschiebung im Spektrum beobachteter Sterne kann man schließen,
dass diese Himmelskörper eine radiale
Geschwindigkeitskomponente besitzen, die von der Erde weg gerichtet
ist.
Gravitationsrotverschiebung
Himmelskörper, die sehr große Massen und eine hohe Dichte besitzen,
erzeugen in ihrer unmittelbaren Umgebung ein sehr intensives Gravitationsfeld.
Durch dieses Gravitationsfeld erfolgt eine Gravitationsrotverschiebung.
Anschaulich erklärbar ist dieser Effekt im Teilchenbild des Lichtes
(Lichtquanten). Die Lichtquanten müssen zum Verlassen des Gravitationsfeldes
eine Arbeit verrichten, dabei verringert sich ihre Energie. Langwelliges
Licht ist energieärmer als kurzwelliges, also "verrötet"
sich die Strahlung. Im Prinzip tritt die Gravitationsrotverschiebung an
allen Himmelskörpern auf; allerdings sind die Effekte oftmals unmessbar
klein. An weißen Zwergen sind sie aber beispielsweise sehr gut nachzuweisen.
Die kosmologische Rotverschiebung ermöglicht die Bestimmung der Galaxienflucht. Fälschlicherweise wird in der Literatur gelegentlich behauptet, die kosmologische Rotverschiebung könne als DOPPLER-Effekt gedeutet werden. Für vereinfachende Analogiebetrachtungen ist ein solcher Vergleich zulässig, den exakten Effekt gibt er aber nicht wieder.
Die kosmologische Rotverschiebung wird durch das expandierende Universum selbst verursacht. In diesem Zusammenhang darf man sich die Galaxienflucht nicht als Bewegung der Sternsysteme in einen bereits vorhandenen Raum vorstellen. Vielmehr dehnt sich das Weltall mit seinen Bestandteilen - ähnlich wie die Oberfläche eines Luftballons - aus. Dieser Expansion unterliegt auch die elektromagnetische Strahlung, sie wird zu größeren Wellenlängen verschoben. Letztlich ist auch die Existenz der Hintergrundstrahlung auf diese Weise zu erklären. Die bei der Bildung neutraler Atome entkoppelte - thermisch 3000 Kelvin heiße und damit relativ kurzwellige Strahlung -unterliegt schon seit vielen Milliarden Jahren der Expansion des Universums. Dadurch ist sie zu ihrer heutigen Temperaturverteilung in den langwelligen Bereich des Spektrums gelangt und nunmehr als Mikrowellenstrahlung nachweisbar.