Rotverschiebung

Die Rotverschiebung (englisch: redshift) beschreibt das Phänomen, dass Licht zu längeren Wellenlängen hin verschoben wird, wenn sich die Quelle vom Beobachter entfernt. Der Name kommt daher, dass Rot am langwelligen Ende des sichtbaren Spektrums liegt. Das Gegenstück ist die Blauverschiebung bei sich nähernden Quellen.

Es gibt drei Arten der Rotverschiebung. Die Doppler-Rotverschiebung entsteht durch die Relativbewegung von Quelle und Beobachter, analog zum akustischen Doppler-Effekt. Die kosmologische Rotverschiebung resultiert aus der Expansion des Universums: Das Licht wird nicht verschoben, weil sich die Galaxie bewegt, sondern weil der Raum selbst sich ausdehnt und die Lichtwellen dabei gestreckt werden. Die gravitative Rotverschiebung (Einstein-Verschiebung) tritt auf, wenn Licht ein starkes Gravitationsfeld verlässt und dabei Energie verliert. Robert Pound und Glen Rebka bestätigten sie 1959 im Labor an einem Turm der Harvard University, indem sie die winzige Frequenzverschiebung von Gammastrahlen im Erdschwerefeld maßen.

Der amerikanische Astronom Vesto Slipher vermaß bereits ab 1912 die Spektren sogenannter Spiralnebel, darunter den Andromedanebel, und stellte dabei ungewöhnlich hohe Verschiebungen der Absorptionslinien fest. Erst Edwin Hubble erkannte 1929 anhand solcher Daten, dass fast alle Galaxien von uns wegstreben, und zwar umso schneller, je weiter sie entfernt sind. Diese Beobachtung, heute als Hubble-Gesetz bekannt, war der Schlüsselbeweis für die Expansion des Universums und stützte später die Urknalltheorie.

Der Rotverschiebungsparameter z gibt an, um welchen Faktor die Wellenlänge gestreckt wurde. Die am weitesten entfernten bekannten Galaxien, die das James Webb Space Telescope aufgespürt hat, etwa JADES-GS-z14-0, erreichen Rotverschiebungen von über z = 14, was bedeutet, dass wir sie in einem Zustand sehen, als das Universum weniger als 400 Millionen Jahre alt war.

Die Rotverschiebung ist das zentrale Werkzeug der beobachtenden Kosmologie. In der Science-Fiction wird sie gelegentlich als visueller Effekt bei relativistischen Geschwindigkeiten dargestellt, etwa in Alastair Reynolds' Offenbarungsraum, wo Raumschiffe nahe der Lichtgeschwindigkeit fliegen und das Sternenlicht sich merklich verschiebt. Poul Andersons Roman Tau Zero (1970) macht die relativistischen Effekte, zu denen Rot- und Blauverschiebung gehören, zum Handlungsmotor: Ein havariertes Raumschiff beschleunigt immer weiter, während die Besatzung die Folgen für Zeit und Wahrnehmung am eigenen Leib erlebt.