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Startseite/Astronomie und Himmel/Spektraler Doppler-Effekt

Spektraler Doppler-Effekt

Absorptionslinien auf dem Kontinuum verschieben sich mit der Radialgeschwindigkeit (Δλ/λ ≈ v/c).

Radialgeschwindigkeit

120 km/s

Bei nichtrelativistischen Geschwindigkeiten gilt Δλ/λ ≈ v/c. Stern- und Galaxienspektren folgen derselben Idee wie der akustische Doppler-Effekt: Bewegung längs der Sichtlinie verschiebt Emissions- oder Absorptionslinien.

Gemessene Größen

Δλ/λ ≈ v/c4.00×10⁻⁴

Zum Modell

Der spektrale Doppler-Effekt verschiebt Absorptionslinien auf dem Kontinuum, wenn die Quelle sich längs der Sichtlinie bewegt. Beim Entfernen wachsen die Wellenlängen (Rotverschiebung), beim Nähern fallen sie (Blauverschiebung). Nichtrelativistische Formel für Licht: Δλ/λ₀ ≈ v/c, wobei λ₀ die Laborwellenlänge, v die Radialgeschwindigkeit (positiv beim Entfernen) und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Entscheidend ist die relative Verschiebung Δλ/λ, nicht das absolute Δλ. Die Linien sind scharf, das Kontinuum glatt; Druckverbreiterung, Rotation und Turbulenz entfallen. Die Näherung gilt bei v ≪ c — für nahe Sterne und Planetensysteme, nicht für relativistische Jets und die kosmologische Rotverschiebung ferner Galaxien.

Für wen: Oberstufe und erstes Semester: Doppler-Effekt, Sternspektren, Radialgeschwindigkeit.

Wichtige Begriffe

  • doppler-effekt
  • rotverschiebung
  • blauverschiebung
  • radialgeschwindigkeit
  • absorptionsspektrum
  • spektrallinie
  • ruhewellenlänge

So funktioniert es

Ein Stern oder eine Galaxie, die sich von uns entfernt, streckt die Wellenlängen ins Rote; Bewegung auf uns zu staucht sie (Blauverschiebung). Astronomen messen winzige Verschiebungen bekannter Spektrallinien, um Radialgeschwindigkeiten und in der Kosmologie Rotverschiebungen zu bestimmen.

Häufige Fragen

Warum verschieben sich nicht alle Linien, sondern nur einige?
Tatsächlich verschieben sich alle Linien desselben Sterns um denselben relativen Betrag Δλ/λ. Hier wandert das ganze Bild. Der Eindruck, nur einige Linien seien gewandert, entsteht meist beim Vergleich verschiedener Elemente oder bei verschmelzenden Spektraldetails.
Sieht man jede Bewegung eines Sterns am Doppler-Effekt?
Nein, nur die Komponente längs der Sichtlinie — die Radialgeschwindigkeit. Querbewegung gibt keine Doppler-Verschiebung; sie misst man anders (Eigenbewegung, Parallaxe).
Wann bricht die Näherung Δλ/λ ≈ v/c zusammen?
Wenn die Geschwindigkeit einen merklichen Bruchteil von c erreicht. Dann braucht man die relativistische Formel. Für Planetensysteme und nahe Sterne reicht die lineare Näherung.
Woher kennt man die „ursprüngliche“ Wellenlänge?
Aus Laborspektren: jedes Element hat seinen eigenen Satz von Linien. Der Vergleich der beobachteten Wellenlänge mit der Laborwelle liefert Δλ und daraus die Geschwindigkeit.