Fraunhofers Geräte und seine Linien (Bild: J Brew, CC-BY-SA 2.0
Diese “Spektralanalyse” hatte dramatische Folgen für die Astronomie. Auf einmal war es möglich, herauszufinden, woraus die Sterne bestehen. Man konnte herausfinden, wie heiß ein Stern ist, wie schnell er rotiert, wie stark sein Magnetfeld ist – und so weiter. Die Analyse der Fraunhoferschen Spektrallinien erlaubte es den Wissenschaftlern, die Sterne zum ersten Mal nicht nur als helle Punkt am Himmel zu sehen, sondern als die kompletxen Objekte, die sie tatsächlich sind.
Spektrallinien bilden aber auch die Grundlage unserer modernen Zeitrechnung. Früher war eine Sekunde über die Drehung der Erde definiert. Bis in die 1950er Jahre war eine Sekunde definiert als 1/86400 eines mittleren Sonnentags. Das war aber keine wirklich exakte Definition. Die Drehung der Erde ist nicht regelmäßig. Erdbeben oder Massenverlagerungen im Erdinneren können sie minimal verändern und die Gezeiten bremsen sie langsam ab. Also entschloss man sich, einen besseren Zeitstandard zu finden und entdeckte in den Spektrallinien.
Heute definiert man eine Sekunde so:
“Eine Sekunde ist das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung.”
Klingt kompliziert, ist es aber gar nicht. Bei genauerer Betrachtung sind Spektrallinien nicht einfach nur simple Linien, sondern in mehrere dünne Linien aufgespalten. Das ist die “Hyperfeinstruktur” und wie sie aussieht hängt davon ab, wie die Elektronen mit dem Magnetfeld des Atomkerns wechselwirken. Je nachdem wie die aussieht, kann ein Elektron ein bisschen mehr oder weniger Energie aufnehmen. Und wenn es Energie aufnimmt, wechselt es von einem Energieniveau auf ein anderes Dieser Wechsel ist der “Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus” der in der Definition erwähnt wird. Damit er stattfinden kann, muss das Elektron Licht einer ganz exakt definierten Wellenlänge absorbieren und die Schwingungsdauer dieses Lichts ist die Grundlage der aktuellen Definition einer Sekunde. Man misst diese Zeiträume mit sogenannten “Atomuhren” (ich habe früher schon mal mehr darüber geschrieben).
Ich hab noch ein bisschen mehr Zeit als das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung. Aber nicht viel mehr, denn morgen ist meine Zeitreise schon wieder zu Ende. Also auf zur letzten Etappe!
Kommentare (4)