Was ist eine Rotverschiebung?

Eine Rotverschiebung ist eine Frequenzverschiebung einer elektromagnetischen Welle, die durch die Bewegung eines Objekts verursacht wird. Licht von Objekten, die sich von einem Beobachter entfernen, wird mit seinen Lichtwellen in Richtung des roten Teils des Spektrums verschoben. Rotverschiebung wird häufig in der Astronomie beobachtet, insbesondere bei der Beobachtung sehr ferner Objekte. Der Effekt ist nicht auf elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich beschränkt, obwohl der Begriff aufgefangen hat, weil einige zurückweichende astronomische Objekte rot erschienen.

Rotverschiebung ist das Ergebnis des Doppler-Effekts. Der Doppler-Effekt gilt sowohl für Schallwellen als auch für elektromagnetische Wellen und wird vom Menschen häufig täglich wahrgenommen. Das Horn eines sich nähernden Zuges hat eine höhere Tonhöhe als wenn der Zug wegfährt, obwohl das Horn selbst ein Geräusch mit konstanter Tonhöhe erzeugt. Dies liegt daran, dass sich der Schall in einem bestimmten Medium mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit fortbewegt - es ist die Frequenz der Schallwelle, die sich aufgrund der Bewegung des Zuges ändert. Ein ähnlicher Effekt tritt bei Licht auf, wobei Licht mit einer niedrigeren Frequenz von einer Quelle stammt, die sich im Raum wegbewegt.

Im sichtbaren Lichtspektrum werden niederfrequente Lichtwellen vom Menschen als rot empfunden. Hochfrequente Lichtwellen werden als blau angesehen. Daher kommt es zu einer Rotverschiebung durch Licht, dessen Quelle sich von einem Beobachter entfernt. Eine Galaxie, die sich beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit von der Erde wegbewegt, hat möglicherweise eine rote Farbe. Ebenso könnte eine sich nähernde Galaxie blau aussehen, wenn ihre Geschwindigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.

Obwohl der Begriff Rotverschiebung eine Farbänderung impliziert, gilt der Doppler-Effekt für das gesamte elektromagnetische Spektrum. Alle Strahlung, von der sichtbares Licht eine Art ist, wird auf der Grundlage der relativen Geschwindigkeit der Strahlungsquelle verschoben. Ein astronomisches Objekt, das sich mit ausreichender Geschwindigkeit wegbewegt, kann sich aus dem gesamten sichtbaren Spektrum heraus "rotverschieben" - sogar über Rot hinaus. Die resultierende Strahlung, die von einem Beobachter empfangen wird, liegt im Bereich der Infrarotstrahlung, die für das bloße Auge unsichtbar ist. Daher verwenden Astronomen den Begriff Rotverschiebung, um eine Verschiebung der Strahlung in Richtung niedrigerer Frequenzen anzuzeigen.

In den 1920er Jahren beobachteten der amerikanische Astronom Edwin Hubble und andere, dass die meisten Galaxien rotverschoben zu sein schienen, wobei die Rotverschiebung proportional zu ihrer Entfernung von der Erde war. Je weiter entfernte Galaxien waren, desto schneller schienen sie sich von der Erde zu entfernen. Dieser Trend wird Hubbles Gesetz genannt und lieferte einige der ersten Beweise für ein expandierendes Universumsmodell, das aus einem Urknall stammt. Bei einer Explosion vergrößern Partikel unterschiedlicher Geschwindigkeit ihren Abstand zu allen anderen Partikeln. Dasselbe gilt für ein "explodierendes" Universum - alle Galaxien scheinen sich von jedem Beobachter zu entfernen.