Doppler Effekt?

[The_Corona]

Hallo Leute,

Also, ich hab da mal ne Frage zum Dopplereffekt. Und zwar wird der ja verwendet um festzustellen wie schnell sich ein Objekt auf uns zu bzw. von uns wegbewegt (und dann auch wie weit Objekte von uns weg sind).

So weit so gut. Was mir aber einfach nicht einleuchten will, ist folgendes. Woher weiss ich wieviel ein Objekt jetzt ins Rote bzw. Blau verschoben ist ohne seinen "realen" Zustand zu kennen? Leuchted das so ein. Also ich müsste ja erstmal wissen wie ein Objekt tatsächlich strahlt, mir dann anschauen wie die Strahlung bei uns ankommt und kann dann sagen, aha, Objekt x ist um so viel ins rote verschoben -> ergo Objekt entfernt sich von uns.

Nur ich weiss ja nicht wie Objekt x tatsächlich strahlt. Will mir einfach nicht einleuchten.

Könnt mir höchstens vorstellen dass man einfach von einer Std. Strahlung einer Kategorie von Objekten ausgeht. Also dass man sagt eine Galaxy leuchtet real immer so und vergleich dann diesen angenommenen Wert mit dem gemessenen. Nur, so weit ich das versteh gehts bei dem Effekt um doch eher kleine Schwankungen, und dann kann man mit nur einer leichten Abweichung des angenommenen real und dem tatsächlichen realen Strahlungsbild das Objekt gleich um ein paar Mio. LJ falsch positiionieren.

Jetzt wo ich drüber nachdenk. Sucht man vielleicht nach best. Elementen in der Strahlung von denen man weiss wie die Strahlung und damit das Spektrum ausschaut.........hmm, also dass H zB immer "|:.|" irgendwo im Spektrum ist und man sucht dann nach diesem Muster........hmm, so würds mir noch am ehesten einleuchten.

Geht mir jetzte jedenfalls schon einige Zeit nicht mehr aus dem Kopf. Vielleicht kann mir ja hier geholfen werden ;-)

[blueflash]

Bei astronomischen Objekten geht man AFAIK tatsächlich von der Durchschnittstrahlung bestimmter Objekte aus, die man natürlich vorher ermittelt (zB anhand der Masse).

Bei anderen Objekten (also im näheren Umfeld) brauchst du ja nur die derzeitige Strahlung analysieren und dann ein signal auf einer wellenlänge senden, die sonst konstant ist. Schon kannst du prima die differenz bilden.

[Phaidon]

Hieß das ding nicht "Standartkerze"?

[Bynaus]

Jetzt wo ich drüber nachdenk. Sucht man vielleicht nach best. Elementen in der Strahlung von denen man weiss wie die Strahlung und damit das Spektrum ausschaut.........hmm, also dass H zB immer "|:.|" irgendwo im Spektrum ist und man sucht dann nach diesem Muster........hmm, so würds mir noch am ehesten einleuchten.

So ist es tatsächlich. Man sucht nach den sogenannten Absorbtionslinien im Spektrum des Sternlichts. Aufgrund von physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Elemente liegen diese Absorbtionslinien immer exakt an derselben Stelle - sind sie im Licht des Sterns in rote oder blaue verschoben, weiss man, ob sich das Objekt auf uns zubewegt oder nicht.

Mit "Standardkerzen" hat das nicht so viel zu tun. Diese braucht man für die Entfernungsbestimmung: man macht sich dort zu nutze, dass der Strahlungsausstoss eines bestimmten veränderlichen Sterntyps (den Cepheiden) von der Dauer eines Helligkeitsausbruchs abhängt - die Dauer kann man problemlos bestimmen, und daraus errechnet sich eine absolute Helligkeit - über die beobachtete Helligkeit bekommt man daraus die Entfernung. Mit dem Dopplereffekt hat das direkt nichts zu tun.

[Exar Kun1983]

Du meinst sicherlich die Rot-Blau Verschiebung mit der man unter anderem das Alter von Sonnen bestimmt.

Hab' mal gegoogelt, obwohl ich davon während einer Vorlesung auch schonmal gehört hatte, aber hab' da nicht so aufgepasst , obwohl's mich sowas eigentlich interessiert.

Rotverschiebung


Generell meint dieser Begriff eine Verschiebung von Spektrallinien (oder spektralen Komponenten) zum roten Ende des Spektrums hin.
Im Speziellen meint dieser Begriff eine wichtige astrophysikalische Grösse der Kosmologie: die kosmologische Rotverschiebung z (engl. redshift). Sie ersetzt oft die Angabe von Entfernungen, weil z einfacher bestimmbar ist, als die tatsächliche Entfernung des kosmologischen Objekts (in der Regel eine Galaxie). Die Entfernung folgt erst mit einem kosmologischen Modell, wie beispielsweise den Friedmann-Weltmodellen. Die kosmologische Rotverschiebung ist auch ein Mass für das Alter eines kosmischen Objekts: Je grösser die Rotverschiebung, umso älter das Objekt. Das liegt daran, weil der Blick an den Himmel im Prinzip ein Blick in die Vergangenheit ist: Das Licht, oder allgemeiner gesprochen die Strahlung, der Himmelsobjekte benötigt eine gewisse Zeit, bis sie auf der Erde ankommt, weil die Vakuumlichtgeschwindigkeit endlich ist.

Beobachtet man die Emission einer Quelle bei einer bestimmten Wellenlänge, so definiert man ganz allgemein die Rotverschiebung als Quotient der Differenz zwischen der Wellenlänge im Beobachtersystem (Index obs) und derjenigen im Emittersystem (Index em) über der Wellenlänge im Emittersystem (siehe Gleichung rechts).
Edwin Hubble konnte 1929 nachweisen, dass viele entfernte Galaxien eine Fluchtbewegung ausführen: Sie bewegen sich von uns weg. Es waren zwar nur 18 Galaxien, die Hubble untersuchte, doch mit wachsender Zahl hat sich dieses Ergebnis bestätigt. Dieser Zusammenhang ging als Hubble-Effekt in die Kosmographie ein. Das Hubble-Gesetz zeigt einen linearen Zusammenhang zwischen Rotverschiebung z und Distanz D mit einer Proportionalitätskonstante, der Hubble-Konstanten H0. Die Linearität hat jedoch nur im nahen Universum ihre Gültigkeit, nämlich bis zu einem maximalen Abstand von gut 400 Mpc oder z kleiner als 0.1. Für weiter entfernte Objekte bricht die Linearität zusammen. Allgemeiner handelt es sich bei H (ohne Index 0!) um den Hubble-Parameter, der zeitabhängig ist.

Hoffe, daß Dir das weiterhilft.

[The_Corona]

Thnx für die Antworten.

Allerdings hab ich jetzt speziell nach der letzten Antwort doch noch eine Frage.

Edwin Hubble konnte 1929 nachweisen, dass viele entfernte Galaxien eine Fluchtbewegung ausführen: Sie bewegen sich von uns weg. Es waren zwar nur 18 Galaxien, die Hubble untersuchte, doch mit wachsender Zahl hat sich dieses Ergebnis bestätigt. Dieser Zusammenhang ging als Hubble-Effekt in die Kosmographie ein. Das Hubble-Gesetz zeigt einen linearen Zusammenhang zwischen Rotverschiebung z und Distanz D mit einer Proportionalitätskonstante, der Hubble-Konstanten H0. Die Linearität hat jedoch nur im nahen Universum ihre Gültigkeit, nämlich bis zu einem maximalen Abstand von gut 400 Mpc oder z kleiner als 0.1. Für weiter entfernte Objekte bricht die Linearität zusammen. Allgemeiner handelt es sich bei H (ohne Index 0!) um den Hubble-Parameter, der zeitabhängig ist.

Umm, wie jetzt? Dachte die Rotverschiebung kann man zur Entfernungsbestimmung nur für weit entfernte Objekte einsetzten, da ja alles in unserere näheren Umgebung (also ich dachte immer so lokale Gruppe und so) sich eben so relativ zueinander beweget dass die allgemeine Ausdehnung des Universums vollkommen verloren geht und man somit auch keinen Zusammenhang mehr zwischen Rotverschiebung und Entfernung machen kann. Stimmt das so nicht?

Und ausserdem, ich nehm jetzt mal an dass das mit der Entfernungsbestimmung so funktioniert wie ich mir das jetz vorstell, kann dass ja erst ab einer bestimmten Entfernung funktionieren.

Nehmen wir an Galaxy x und Galaxy y befinden sich "real" (uns jetzt egal woher wir das wissen) in 20 bzw. 21 Mio Lichtjahren Entfernung zu uns. X ist dabei näher als y, die beiden sind meinentwegen gleich gross. Und sie sind so positioniert dass sie auf einer Linie zu uns stehen, dH x überdeckt y (sagen wir annähernd).

das ganze sieht dann so aus

Erde----------------------------------x----y

Jetzt ziehen sich die beiden aber natürlich aufgrund der Gravitation an, dH x wandert zu y und y zu x.

also soo

Erde----------------------------------x><y

Die beiden kommen sich also näher. Durch diese Bewegung erscheint jetzt natürlich x weiter weg als y, da x ja weiter ins rote verschoben ist als y. Sagen wir x hätte auf Grund seiner Entfernung eine (und der damit Verbundenen Ausdehnung) eine Rotverschiebung von 20 (rein aus der Luft gegriffen, keine Ahnung was das für Werte wären) und y meinetwegen von 20,5. Da aber x jetzt von y angezogen wird, und sich damit schneller von uns Entfernt als sie das nur auf Grund ihrer Entfernung tun würde, erhöht sich diese Zahl für x noch weiter, für y dageben sinkt sie. Sagen wir da kommt dann für x 20,3 und für y 20,2 raus -> man würde also daraus schliessen dass x weiter als y von uns entfernt ist.

DH jetzt für mich, diese Art der Entfernungsbestimmung kann erst ab Entfernungen relativ zuverlässig eingesetzt werden, in der die allgemeine Ausdehnung des Universum (also jetzt im Vergleich zm Beobachter, also uns) bereits so groß ist, dass sie etwaige relativ Bewegungen der Objekte untereinander völlig verschluckt. Ausserdem wird das ganze ja sowieso immer ungenauer je weiter die Objekte von uns weg ist. Ist auch völlig egal ob galaxy x jetzt 1.000 Mio LJ oder 1.001 Mio LJ von uns entfernt ist, und ob y vielleicht eine MIO LJ näher an uns dran ist.

Ich red schon wieder zu viel. Aber seh ich das so richtig oder hab ich da einen Denkfehler?

Thnx

[Bynaus]

Stimmt das so nicht?

Doch, das stimmt schon. Die Andromeda-Galaxie etwa bewegt sich auf uns zu und wird in etwa 2 Milliarden Jahren mit der Milchstrasse kollidieren. Aber der "Zusammenbruch der Linearität" bei grossen Distanzen ist wohl auf die beschleunigte Expansion des Universums zurück zu führen.

Was dein Beispiel mit den beiden Galaxien x und y angeht, die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Galaxien sind viel zu klein, um so grosse Unterschiede zu bewirken.

[Spocky]

Noch eine Ergänzung zu den Standardkerzen: Es gibt ja nicht nur die von Bynaus erwähnten Cepheiden, sondern auch eine bestimmte Form von Supernovae, bei denen weiße Zwerge durch nachträglichen Massenzuwachs noch zu Neutronensternen kolabieren. Da die Masse immer gleich ist, bei der das stattfindet, ist auch die Energie und die tatsächliche Helligkeit immer dieselbe. Ergo kann man aus der scheinbaren Helligkeit ebenfalls die Entfernung errechnen.

[J_T_Kirk2000]

Sorry falls das hier schon erwähnt wurde , aber soviel ich weiß , hinterläßt jedes Gas im Stern eine eigene und eindeutige Signatur im Farbspektrum des Lichts des Sterns .
Eine solche Signatur ist vergleichbar einmalig , wie ein Fingerabdruck , also in Hinsicht auf die Elemente unverwechselbar .
Indem man nun nach den einmaligen Abständen der Linien eines Elements im Farbspektrum des Sterns sucht , kann man nicht nur seine relative Entfernung zu uns und seine relative Bewegung zu uns feststellen , sondern sogar , woraus dieser hauptsächlich besteht .
Je nachdem in welche Richtung nun diese Spektrallinine der Elemente verschoben sind , kann man herausfinden , ob das Licht des Sterns und wie stark dieses rot- oder blauverschoben ist .
In Folge der Stärke der Rot- bzw. Blauverschiebung kann man dann feststellen , wie schnell sich dieser Stern sich , relativ betrachtet , von uns entfernt oder sich uns nähert .
Allerdings unterliegt diese Bewegung in Hinsicht auf die Spektralverschiebung einer gewissen Relativität in Folge der Raumzeitkrümmung in der Umgebung des entsprechenden Sterns .

[Bynaus]

Indem man nun nach den einmaligen Abständen der Linien eines Elements im Farbspektrum des Sterns sucht , kann man nicht nur seine relative Entfernung zu uns und seine relative Bewegung zu uns feststellen , sondern sogar , woraus dieser hauptsächlich besteht .

Das stimmt ausser für die relative Entfernung - die kann man aus der Position der Linien nicht heraus lesen. Ansonsten ist das vielleicht das erste Posting von dir, dem ich in allen Punkten zustimmen kann. (ausser die Raumzeitkrümmung: die gibt es natürlich, keine Wiederrede, aber sie dürfte vernachlässigbar klein sein)

[J_T_Kirk2000]

Ist sie auch vernachlässigbar bei Akkretionsscheiben schwarzer Löcher ?
Ich glaube das weniger , denn die dabei freiwerdenden Energiequanten hohen Potentials kommen aus nächster Nähe des Ereignishorizonts , also da , wo sie noch diesem Schwarzen Loch gerade so entkommen können und wo die Hitze durch Reibung der Materie der Akkretionsscheibe am höchsten ist .
Ähnlich wird es auch bei einem Stern beispielsweise sein , denn je schwerer dieser ist , je höher ist seine Dichte und ebenso seine Gravitation , was wieder bedeutet , daß die von ihm hervorgerufene Raumzeitkrümmung stärker ist .
Bei einem Hauptreihenstern , der etwa 20 bis 50 Lichtjahre von uns entfernt ist , mag die Beeinflussung der Spektralverschiebung durch die Raumzeitkrümmung des selben minimal sein , aber bei einem Roten Riesen oder einem Neutronenstern in vergleichbarer Entfernung würde diese schon um ein Vielfaches bedeutender in der Auswirkung .

[The_Corona]

Gut, thnx erstmal. Soweit alles klar

Und das mit der Linearität.....also versteh ich das so richtig.

Je weiter ein Objekt entfernt ist, umso länger hat das Licht (oder jede andere Information davon) gebraucht um zu uns zu gelangen -> ergo um so weiter blicken wir in die Vergangenheit zurück.

Hier heisst also Linerarität jetzt dass sich die Ausdehnung des Universum im Laufe der Zeit verlangsamt und man das miteinberechnen muss. dH dann anders doppelte rotverschiebung bedeutet nicht gleich doppelte Entfernung, sondern weniger als doppelte Entfernung. Richtig?

So ganz leuchtet mir das jetz wieder nicht ein.......es dehnt sich doch der Raum selber aus oder? oder bleibt der raum gleich groß und es dehnt sich nur die materie in diesem raum aus? Weil wenn sich der Raum selber ausdehnt, dann dürfte doch die Ausdehnung desselbigen überhaupt keine Rotverschiebung ergeben. Wenn alles gleichmäßig größer wird ist das doch eigentlich wurscht...weil ja relativ zueinander alles gleich bleibt.

Und noch was. Denk mir das einfach so. Die Entfernungungen (und Positionen) stimmen ja eigentlich sowieso hinten und vorne nicht, vor allem bei weit entfernten Objekten. Das erscheint alles immer nur so.

Hab da mal ne kleine Zeichnung angefertigt:



Hoffe das ist so halbwegs verständlich.

Also vor 1 Mrd. Jahren war das Objekt 500 MIO LJ von uns entfernt. Mittlerweile sind natürlich beide Objekte (also auch wir) gewandert. Das das Objekt aber in alle Richtung abstrahlt erreicht uns das Licht dennoch, allerdings sozusagen über weite Umwege. Auch wenn das Objekt heute erst 700 MIO LJ entfernt is, erscheint es uns doch so als wäre das Objekt 1 Mrd LJ von uns entfernt, bzw. ers wäre vor 1 Mrd Jahren soweit weg gewesen. Tatsächlich ist und war es aber viel näher.

Ich denk jetzt mal man kann nicht messen wie weit Objekte von uns entfernt sind (oder auch nur wie weit sie von uns entfernt waren als jenes Licht das wir heute empfangen, ausgesandt wurde). Oder habe ich wieder mal einen Denkfehler?


Thnx

[Bynaus]

@J_T_Kirk2000:
Nein, bei den Akkretionsscheiben SL vermutlich nicht. Wir sprachen aber von normalen Sternen...
Dass ein Stern umso dichter ist, je schwerer er ist, stimmt nicht. Für die Hauptreihe gilt sogar, dass Sterne umso dichter sind, je kleiner sie sind, denn die Fusionsprozesse in ihrem Inneren sind so langsam und niederenergetisch, dass der Strahlungsdruck geringer ist und der Stern sich stärker zusammenziehen kann. Erst recht bei Roten Riesen: diese haben eine viel viel geringere Dichte als die Sonne, eben weil sie je nach Fall, auch nur gerade die Masse der Sonne haben können, gleichzeitig aber gewaltig ausgedehnt sind.

Und bei Neutronensternen brauchst du schon gar nicht nach Spektrallinien suchen, die bestehen ja aus "Neutronen", und ausser in Spuren weisen sie sonst keine Elemente auf (ausser sie haben eine Akkretionsscheibe).

Hier heisst also Linerarität jetzt dass sich die Ausdehnung des Universum im Laufe der Zeit verlangsamt und man das miteinberechnen muss. dH dann anders doppelte rotverschiebung bedeutet nicht gleich doppelte Entfernung, sondern weniger als doppelte Entfernung. Richtig?

Umgekehrt: das Universum expandiert beschleunigt.

Weil wenn sich der Raum selber ausdehnt, dann dürfte doch die Ausdehnung desselbigen überhaupt keine Rotverschiebung ergeben.

Doch - denn ein Lichtstrahl, der sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem bestimmten Raumgebiet befindet, wird in der Zeit, in der er das Raumgebiet durchquert, etwas "gedehnt" - und gedehnte Wellen sind ins Rote verschobene Wellen.

Betreffend deiner Zeichnung: man misst nicht den Raumzeitweg des Lichtes, sondern nur den Raumweg - du kannst den gelben Pfeil nicht als "wahre zurück gelegte ENTFERNUNG" bezeichnen, denn die Richtung "nach oben" in deiner Zeichnung ist nicht "streckenartig", sondern "zeitartig".

[The_Corona]

Der gelbe strich ist eigentlich nicht mit Zeitbewegegung. Nimm die Zeichnungeinfach so als ganz normale "Karte" , vorher waren beide Objekte in der Position unten, jetzt sind sie nach oben gewandert (auf den gestrichelten Linien). Der gelbe Pfeil (also das Licht) muss ja nicht von der damaligen Position des Sterns zu unserer damaligen Position, oder von der heutigen Position des Sterns zu unserer heutigen, sondern von der damaligen Position des Sterns zu unserer heutigen Position .... ähmm, strahlen ;-). Oder nicht?

Wie das Universum dehnt sich immer schneller aus? echt? sollte das nicht umgekehrt sein weil am anfang, also kurz nach dem big bang die gesamte energie auf engstem raum nach aussen gedrückt hat, je weiter sich das universum ausdehnt, diese energie relativ zum raum aber immer weniger wird?

thnx nochmal

[J_T_Kirk2000]

Ich glaube auch , daß die scheinbar zunehmende Beschleunigung nur ein relativer Effekt der unteschielichen Bezugssysteme von entfernten Galxien zu unserer ist .
Wenn dies nämlich zutrifft , besagt dieser Effekt eher , daß die Ausdehnungsgeschwindigkeit sehr allmählich abnimnmt .

Was den Urknall und den Dopplereffekt anbelangt , so trifft es gleichermaßen zu , daß der Urknall überall war und daß er dennoch an einem Punkt im Universum eintrat , denn am Urknall entstanden ja erst Zeit und Raum .
Ähnlich ist es wohl auch mit dem Dopplereffekt .
Der Raum und die Zeit dehnen sich mit dem Ausdehnunghorizont des Universums weiter aus , aber wenn man eine Position eines beliebigen stellaren Objekts , welches in seiner Summe relativ betrachtet nur um sich selbst rotiert , wie eine Galaxie , anhand der Linienüberschneidung zu anderen , vergleichbaren Objekten ermittelt , wird sich diese nie verändern , egal wie sehr die räumlich Entfernung zunimmt , denn alles dehnt sich im Durchschnitt gleichschnell zur gleichen Zeit aus und strebt demnach voneinander weg .