Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2016. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen könnt findet ihr hier.
Das sagt der Autor des Artikels, Pascal Meger über sich:
Ich bin Schüler der 12. Klasse des Vincent-Lübeck-Gymnasiums in Stade. Ich habe noch nie zuvor einen Blog geschrieben, aber wollte es einfach einmal ausprobieren.
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Radialgeschwindigkeitsmethode
In meinem Blog möchte ich Ihnen gerne die interessante Radialgeschwindigkeitsmethode näherbringen, die sich mit der Entdeckung von Exoplaneten befasst.
Exoplaneten, oder auch extrasolare Planeten genannt, sind Planeten, die sich außerhalb unseres Sonnensystems befinden und so nicht um unsere Sonne, sondern um andere Sterne, kreisen.
Um solche Planeten zu finden benutzt man verschiedene Methoden.
Beispielsweise die Transitmethode, die direkte Beobachtung, die Gravitationslinsenmethode und, wie in der Überschrift gegeben, die Radialgeschwindigkeitsmethode.
Bild: https://de.wikipedia.org/wiki/Exoplanet#/media/File:Exoplanet_Discovery_Methods_Bar.png
Auch Gemeinfrei von der Autorin Aldaron
So bewiesen Schweizer Forscher erstmals vor ungefähr 21 Jahren, dass es einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gäbe.
Dieser Exoplanet erhielt den Namen „51 Pegasi b“. Dieser war schwerer als der Jupiter und war ein Gasplanet.
Mittlerweile (Stand 2016) gibt es durch diese Methoden 3406 entdeckte Exoplaneten.
Quelle: Exoplanet.eu
Für die Radialgeschwindigkeitsmethode ist der Dopplereffekt und die Spektroskopie von wichtiger Bedeutung.
Es gibt den akustischen und den optischen Dopplereffekt. Beim akustischen Dopplereffekt werden Schallwellen, die sich mit der Schallquelle bewegen, gestaucht und die, die sich von der Schallquelle entfernen, gestreckt.
Diesen Effekt kann man nun so ähnlich beim optischen Dopplereffekt anwenden.
Ein Planet, der sich um einen Stern dreht, zieht seinen Stern auch an, da einen Kraft vom Planeten auf den Stern wirkt, so aber auch von dem Stern auf den Planeten.
Dadurch rotiert der dazugehörige Stern auf einer Ellipsenbahn. Die elektromagnetischen Wellen des Lichtes werden in Richtung, in der sich der Stern bewegt, gestaucht und die Wellen, die sich gegensätzlich der Richtung bewegen, werden gestreckt.
Bild: https://de.wikipedia.org/wiki/Exoplanet#/media/File:Orbit3.gif
Dieses Werk wurde von seinem Urheber Zhatt als gemeinfrei veröffentlicht. Dies gilt weltweit.
Diese Wellen, die von einem Stern ausgehen, kann man nun mit Hilfe eines Spektroskopes auffangen.
Bild: Eigene Arbeit
Die elektromagnetischen Wellen treffen auf das Gitter des Spektroskopes, wodurch an einem Schirm ,oder auf einem elektrischen Gerät, einzelne Farbbänder projiziert werden.
Bild: Eigene Arbeit
Wenn sich nun ein Exoplanet in Richtung der Erde bewegt, dann bewegt sich auch sein Stern ein Stück in Richtung der Erde, wodurch die Wellen gestaucht werden. Dadurch ist die Wellenlänge kleiner, das zur Folge hat, dass die mit dem Spektroskop aufgefangenen Farbbänder blauverschoben sind. Entfernt sich nun ein Exoplanet wieder von der Erde, werden die Wellen gestreckt, so dass die Wellenlänge größer wird und die Farbbänder rotverschoben sind.
Generell analysiert man bei der Radialgeschwindigkeitsmethode nur die Farbbänder eines Sternes durch ein Spektroskop.
Wenn sich nun regelmäßig die Farbbänder in einem Spektroskop in den roten und blauen Bereich verschieben, bedeutet das, dass sich der Stern der Erde nähert und entfernt.
Und das passiert ja, wie bereits beschrieben, dadurch, dass sich ein Exoplanet um den Stern dreht und eine Anziehungskraft auf den Stern wirken lässt. So gilt das, wie bereits von Isaac Newton formulierte, Wechselwirkungsprinzip, in dem gilt, dass wenn ein Körper B eine Kraft auf einen anderen Körper A ausübt, gleichfalls Körper A eine gleichgroße entgegen gerichtete Kraft auf Körper B ausübt.
Durch die regelmäßige Veränderung der Farbbänder, lässt sich erschließen, dass sich ein oder mehrere Planeten um den Stern bewegen. Dafür muss der Planet noch nicht einmal optisch erfasst worden sein.
Wenn man nun die Masse des Sternes ermitteln kann, kann man auch die die Masse des Exoplaneten berechnen, denn um so schwerer der Exoplanet, desto größer die Ellipsenbahn des Sternes, da eine größere Kraft auf den Stern wirkt. Des Weiteren kann man erkennen, welche Umlaufzeit der Exoplanet um seinen Stern hat. Man muss nur beobachten wie lange es dauert, dass eine Rotverschiebung einsetzt, vorübergeht und erneut einsetzt. Die gemessene Zeit beträgt ungefähr die Umlaufzeit des Planeten.
Diese Methode hat dennoch den Nachteil, dass man mit ihrer Hilfe nur größere Planeten entdecken kann, da sie eine bestimmte Massen besitzen, um den Stern in eine Rotationsbahn zu bringen. Denn ein kleiner Planet kann bei einem großen Stern kaum eine Anziehungskraft aufbringen, die groß genug ist, um zu rotieren.
Dennoch sind viele Exoplaneten sehr groß, wodurch schon durch diese Methode knapp 604 Planeten entdeckt wurden (Stand: 24. Juli 2015).
Des Weiteren sind die Formeln zum Berechnen der Massen und Größen der Exoplaneten so kompliziert, dass ich sie nicht weiter erläutern werden.
Am Ende stelle ich mir die Frage, möglicherweise Sie auch, warum man sich so einen Aufwand macht, solche Planeten zu entdecken. Die Geräte dafür sind ja ziemlich teuer und zum Beobachten benötigt man sehr viel Zeit.
Ich denke, dass einer der Hauptgründe unsere Neugierde ist. Die Frage ist ja immer noch offen, ob wir alleine in diesem Universum sind, oder ob es noch andere Lebewesen gibt.
Manche der entdeckten Planeten ähneln der Erde, aber manche sind auch nur Gasriesen.
Des Weiteren stelle ich die Vermutung auf, dass die Exoplaneten, gerade erdähnliche Planeten, irgendwann im Laufe der Menschheit eine wichtige Rolle spielen könnte.
Stelle man sich einmal das Szenario vor, dass die Rohstoffe ausgehen.
Im Nachhinein gar nicht so unwahrscheinlich. Rohstoffe, wie Wasser oder fossile Brennstoffe werden immer knapper. Es könnte ja passieren, dass wir irgendwann Exoplaneten nutzen könnten, um solche Stoffe zu gewinnen und den Fortbestand der Menschheit zu sichern.
Dazu besteht auch die Möglichkeit, dass irgendwann die Menschen ihren Lebensraum selber komplett zerstört haben, indem sie weiterhin umweltschädliche Gase in die Atmosphäre strömen lassen.
Diese Szenarien müssen ja nicht eintreten, aber es könnte passieren. In diesen Fällen wäre ein erdähnlicher Exoplanet vielleicht hilfreich.
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