Rotverschiebung

Licht besteht aus Wellen. Rotes Licht hat längere Wellen als blaues. Bewegt sich eine Lichtquelle von uns weg, werden die Wellen auf dem Weg zu uns gestreckt — sie werden länger und damit röter. Diesen Effekt nennt man Rotverschiebung. Er funktioniert ähnlich wie der Klang einer Sirene, die sich entfernt: Die Töne klingen tiefer, weil die Schallwellen auseinandergezogen werden. Bei Licht von fernen Galaxien passiert dasselbe, nur mit Lichtwellen statt Schallwellen. Astronomen messen, um wie viel sich das Licht verschoben hat, und können daraus ablesen, wie schnell sich ein Objekt entfernt und wie weit es weg ist.

Rotverschiebung als Beweis für die Expansion des Universums

Der amerikanische Astronom Edwin Hubble entdeckte in den 1920er-Jahren, dass fast alle Galaxien eine Rotverschiebung zeigen. Keine einzige war auf uns zu bewegt, fast alle entfernten sich. Und je weiter eine Galaxie entfernt war, desto stärker war ihre Rotverschiebung.

Das bedeutete: Das Universum dehnt sich in alle Richtungen aus. Dieser Befund war eine wissenschaftliche Revolution. Er widerlegte die bis dahin gängige Annahme eines statischen, unveränderlichen Universums. Ohne Rotverschiebungsmessungen gäbe es keinen Urknall als anerkannte Theorie.

Heute ist die Rotverschiebung auch ein Werkzeug, um die sogenannte Dunkle Energie zu untersuchen. Beobachtungen zeigen, dass die Expansion des Universums sich beschleunigt. Die Ursache dafür ist noch unbekannt — aber die Rotverschiebung von Tausenden Galaxien ist der Hauptbeleg dafür, dass es diese Beschleunigung gibt.

Wie Astronomen die Verschiebung messen

Jedes chemische Element sendet Licht in ganz bestimmten Farben aus. Wasserstoff zum Beispiel erzeugt immer dieselben charakteristischen Linien im Farbspektrum — wie ein Fingerabdruck. Astronomen kennen diese Muster aus Laborversuchen auf der Erde genau.

Wenn sie nun das Licht einer fernen Galaxie durch ein Spektroskop — ein Gerät, das Licht in seine Farben zerlegt — aufteilen, finden sie dieselben Muster. Aber sie sind verschoben: in Richtung Rot. Je größer diese Verschiebung, desto schneller entfernt sich die Galaxie. Den Grad der Verschiebung fasst man in einer einzigen Zahl zusammen, dem sogenannten z-Wert. Ein z-Wert von 1 bedeutet, dass die Wellenlänge des Lichts sich verdoppelt hat.

Es gibt auch eine Blauverschiebung — wenn sich ein Objekt auf uns zubewegt. Die Andromedagalaxie, unsere nächste große Nachbargalaxie, zeigt genau das. Sie rast mit etwa 110 Kilometern pro Sekunde auf die Milchstraße zu und wird in rund vier Milliarden Jahren mit ihr zusammenstoßen.

Rotverschiebung in Forschung, Technik und Alltag

Das James-Webb-Weltraumteleskop, das seit 2022 in Betrieb ist, wurde gezielt für Objekte mit sehr hoher Rotverschiebung gebaut. Die frühesten Galaxien, die kurz nach dem Urknall entstanden, haben ihr Licht als ultraviolettes oder sichtbares Licht ausgesandt. Nach Milliarden Jahren Reise ist dieses Licht so stark rotverschoben, dass es heute als Infrarot ankommt. Webb kann Infrarot sehen — und damit weiter in die Vergangenheit blicken als jedes frühere Teleskop.

Das Prinzip der Rotverschiebung steckt auch im Polizei-Radar und in Wetterradaren. Dort wird nicht Licht, sondern Radiostrahlung genutzt — aber der Grundgedanke ist identisch: Aus der Verschiebung der reflektierten Wellen lässt sich die Geschwindigkeit eines Autos oder eines Regenschauers berechnen. In diesem Kontext spricht man vom Doppler-Effekt, nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler, der das Prinzip 1842 zuerst beschrieb.

In Finanznachrichten taucht der Begriff gelegentlich auf, wenn über Raumfahrtunternehmen oder Teleskopprojekte berichtet wird — etwa wenn neue Rekorde bei der Entdeckung weit entfernter Galaxien gemeldet werden. Ein hoher z-Wert bedeutet dann: Diese Galaxie ist eine der ältesten und entferntesten, die je beobachtet wurden.