Das Astro-Bild der Woche zeigt ein Beispiel für den sogenannten optischen Dopplereffekt: die Radiogalaxie Centaurus A. Die elliptische Riesengalaxie mit der Katalogbezeichnung NGC 5128 liegt rund zwölf Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Centaurus (Zentaur) und ist eine der nächstgelegenen aktiven Galaxien. Centaurus A enthält ausgedehnte Gas- und Staubwolken, die mit entsprechenden Instrumenten beobachtet werden können und anhand derer sich der optische Dopplereffekt demonstrieren lässt.
Mit dem Dopplereffekt ist jeder schon einmal in Berührung gekommen: Er beschreibt die Frequenzänderung einer sich relativ zum Beobachter bewegenden Signalquelle. Als klassisches Beispiel wird hier gerne die Sirene eines vorbeirasenden Notarztwagens genannt. Wenn er sich vom Beobachter entfernt, klingen die Töne der Sirene deutlich tiefer. Die Ursache dafür liegt in einer Veränderung der Frequenz beziehungsweise Wellenlänge, die sich merkbar vergrößert, wenn sich die Signalquelle entfernt.
Dieser akustische Dopplereffekt funktioniert mit Schallwellen, aber es gibt auch ein Pendant für elektromagnetische Wellen, das auf demselben Prinzip beruht. Nun kann man elektromagnetische Wellen, zu denen auch das sichtbare Licht zählt, nicht hören. Wie also stellt sich der Dopplereffekt für den Beobachter dar, wenn es keinen tiefer werdenden Ton gibt, den er hören könnte?
Auch bei elektromagnetischen Wellen kommt es zu einer Veränderung der Frequenz oder Wellenlänge, wenn sich die Signalquelle relativ zum Beobachter bewegt. Hier führt der Dopplereffekt dazu, dass der Beobachter eine Veränderung der Lichtfarbe wahrnimmt, welche direkt mit der Wellenlänge zusammenhängt. Bewegt sich die Signalquelle auf den Beobachter zu, erscheinen die Signale in den blauen (kurzwelligeren) Bereich verschoben. Entfernt sich die Signalquelle, kommt es zu einer Verschiebung in den rötlichen (längerwelligen) Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Dieses Phänomen ist auf dem Astro-Bild der Woche zu sehen. Das Bild basiert auf nahinfraroten Daten und auf Radiodaten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). ALMA wurde für diese Beobachtungen so konfiguriert, dass es Signale mit Wellenlängen um 1,3 Millimeter registriert, die von Kohlenmonoxid-Molekülen in der Galaxie Centaurus A emittiert werden. Aufgrund des Dopplereffekts verursacht die Bewegung der Gasmoleküle geringe Veränderungen bei der Wellenlänge, die von ALMA erkannt und durch entsprechende Nachbearbeitungen (Farbcodierung, etc.) sichtbar gemacht werden können.
Auf dem Bild markieren grünliche Bereiche Gas, das sich auf uns zu bewegt. Orangefarbene Gebiete dagegen kennzeichnen Gaswolken, die sich von uns entfernen. Man erkennt, dass sich das Gas auf der linken Seite der Galaxie auf uns zu bewegt, während sich das Gas auf ihrer rechten Seite von uns entfernt. Auf diese Weise lässt sich die Rotation einer Galaxie (oder auch anderer kosmischer Objekte) untersuchen. Die genauen Analysen liefern aber weit mehr als nur die Gewissheit, dass ein Objekt rotiert: Sie geben beispielsweise Informationen über die exakte Rotationsgeschwindigkeit oder die Art der sich bewegenden Moleküle preis.
Das Phänomen des Dopplereffekts ist daher ein äußerst wichtiges Werkzeug, das in vielen Forschungsgebieten zum Einsatz kommt, darunter Astronomie (wie oben beschrieben), aber auch bei der Wettervorhersage, wenn die Rotation eines Sturmsystems mit einem Doppler-Radar verfolgt wird.
Eine größere Version der Aufnahme gibt es unter:
http://www.eso.org/public/archives/images/large/eso1222a.jpg
Anmerkung der Redaktion
Die anderen drei Vorschläge für das Astro-Bild der Woche waren:
Bild 2: Die “TIE-Fighter”-Galaxie NGC 936
Bild 3: NGC 3628 – Das seltsamste Mitglied des Leo-Tripletts
Bild 4: Der Zentrum der Starburst-Galaxie NGC 253
(THK)
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