Licht und Astronomie

Wenn Sterngucker nachts nach draußen gehen, um in den Himmel zu schauen, sehen sie das Licht von fernen Sternen, Planeten und Galaxien. Licht ist entscheidend für die astronomische Entdeckung. Ob von Sternen oder anderen hellen Objekten, Licht wird von Astronomen ständig verwendet. Menschliche Augen "sehen" (technisch "erkennen") sichtbares Licht. Das ist ein Teil eines größeren Lichtspektrums, das als elektromagnetisches Spektrum (oder EMS) bezeichnet wird, und das erweiterte Spektrum wird von Astronomen zur Erforschung des Kosmos verwendet.

Das elektromagnetische Spektrum

Das EMS umfasst den gesamten Wellenlängen- und Frequenzbereich des vorhandenen Lichts: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, visuelle (optische), Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen. Der Teil, den Menschen sehen, ist ein winziger Teil des breiten Lichtspektrums, das von Objekten im Raum und auf unserem Planeten ausgestrahlt und reflektiert wird. Zum Beispiel ist das Licht des Mondes tatsächlich Licht der Sonne, das von ihm reflektiert wird. Der menschliche Körper strahlt auch Infrarotstrahlung aus (manchmal auch als Wärmestrahlung bezeichnet). Wenn die Menschen im Infrarotbereich sehen könnten, würden die Dinge ganz anders aussehen. Andere Wellenlängen und Frequenzen wie Röntgenstrahlen werden ebenfalls ausgesendet und reflektiert. Röntgenstrahlen können Objekte durchdringen, um Knochen zu beleuchten. Ultraviolettes Licht, das auch für den Menschen unsichtbar ist, ist sehr energisch und für sonnenverbrannte Haut verantwortlich.

Die Eigenschaften des Lichts

Astronomen messen viele Eigenschaften von Licht, wie z. B. Leuchtkraft (Helligkeit), Intensität, Frequenz oder Wellenlänge und Polarisation. Mit jeder Wellenlänge und Frequenz des Lichts können Astronomen Objekte im Universum auf unterschiedliche Weise untersuchen. Die Lichtgeschwindigkeit (299.729.458 Meter pro Sekunde) ist auch ein wichtiges Instrument zur Bestimmung der Entfernung. Zum Beispiel sind Sonne und Jupiter (und viele andere Objekte im Universum) natürliche Sender von Radiofrequenzen. Radioastronomen untersuchen diese Emissionen und lernen die Temperaturen, Geschwindigkeiten, Drücke und Magnetfelder der Objekte kennen. Ein Bereich der Radioastronomie konzentriert sich darauf, das Leben auf anderen Welten zu erforschen, indem Signale gefunden werden, die sie möglicherweise senden. Das nennt man die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI).

Welche Lichteigenschaften sagen Astronomen

Astronomieforscher interessieren sich häufig für die Leuchtkraft eines Objekts, die das Maß dafür ist, wie viel Energie es in Form von elektromagnetischer Strahlung abgibt. Das sagt ihnen etwas über die Aktivität in und um das Objekt.

Zusätzlich kann Licht von der Oberfläche eines Objekts "gestreut" werden. Das gestreute Licht hat Eigenschaften, die Planetenwissenschaftlern mitteilen, aus welchen Materialien diese Oberfläche besteht. Zum Beispiel könnten sie das gestreute Licht sehen, das das Vorhandensein von Mineralien in den Felsen der Marsoberfläche, in der Kruste eines Asteroiden oder auf der Erde aufdeckt. 

Infrarot-Offenbarungen

Infrarotlicht wird von warmen Objekten wie Protosternen (Sternen, die kurz vor der Geburt stehen), Planeten, Monden und braunen Zwergobjekten abgegeben. Wenn Astronomen einen Infrarotdetektor beispielsweise auf eine Gas- und Staubwolke richten, kann das Infrarotlicht der Protostellarobjekte in der Wolke durch Gas und Staub hindurchtreten. Das gibt den Astronomen einen Einblick in den Sternenkindergarten. Die Infrarotastronomie entdeckt junge Sterne und sucht nach Welten, die in optischen Wellenlängen nicht sichtbar sind, einschließlich Asteroiden in unserem eigenen Sonnensystem. Es gibt ihnen sogar einen Blick auf Orte wie das Zentrum unserer Galaxie, versteckt hinter einer dicken Wolke aus Gas und Staub. 

Jenseits des Optischen

Optisches (sichtbares) Licht ist, wie Menschen das Universum sehen. Wir sehen Sterne, Planeten, Kometen, Nebel und Galaxien, aber nur in dem engen Wellenlängenbereich, den unsere Augen erkennen können. Es ist das Licht, das wir entwickelt haben, um mit unseren Augen zu "sehen". 

Interessanterweise können einige Wesen auf der Erde auch in das Infrarot- und Ultraviolettlicht sehen, und andere können Magnetfelder und Geräusche wahrnehmen (aber nicht sehen), die wir nicht direkt wahrnehmen können. Wir alle kennen Hunde, die Geräusche hören können, die Menschen nicht hören können. 

Ultraviolettes Licht wird von energetischen Prozessen und Objekten im Universum abgegeben. Ein Objekt muss eine bestimmte Temperatur haben, um diese Lichtform zu emittieren. Die Temperatur hängt mit energiereichen Ereignissen zusammen, und deshalb suchen wir nach Röntgenstrahlenemissionen von Objekten und Ereignissen wie neugebildeten Sternen, die ziemlich energiegeladen sind. Ihr ultraviolettes Licht kann Gasmoleküle zerreißen (in einem Prozess, der als Photodissoziation bezeichnet wird), weshalb wir bei ihren Geburtswolken häufig neugeborene Sterne "fressen". 

Röntgenstrahlen werden von noch MEHR energetischen Prozessen und Objekten emittiert, beispielsweise von Strahlen aus überhitztem Material, die von Schwarzen Löchern wegströmen. Supernova-Explosionen geben auch Röntgenstrahlen ab. Unsere Sonne strahlt gewaltige Röntgenstrahlen aus, wenn sie eine Sonneneruption auslöst.

Gammastrahlen werden von den energiereichsten Objekten und Ereignissen im Universum abgegeben. Quasare und Hypernova-Explosionen sind zwei gute Beispiele für Gammastrahlenemitter, zusammen mit den berühmten "Gammastrahlenexplosionen".. 

Verschiedene Lichtformen erkennen

Astronomen haben verschiedene Arten von Detektoren, um jede dieser Lichtformen zu untersuchen. Die besten befinden sich in einer Umlaufbahn um unseren Planeten, abseits der Atmosphäre (die sich auf das Licht auswirkt, wenn es hindurchgeht). Es gibt einige sehr gute optische und Infrarot-Observatorien auf der Erde (sogenannte bodengestützte Observatorien), die sich in sehr großer Höhe befinden, um die meisten atmosphärischen Effekte zu vermeiden. Die Detektoren "sehen", wie das Licht hereinkommt. Das Licht könnte zu einem Spektrographen gesendet werden, der ein sehr empfindliches Instrument ist, das das einfallende Licht in seine Wellenlängenkomponenten aufteilt. Es erzeugt "Spektren", Graphen, mit denen Astronomen die chemischen Eigenschaften des Objekts verstehen. Beispielsweise zeigt ein Spektrum der Sonne an verschiedenen Stellen schwarze Linien. Diese Linien geben die chemischen Elemente an, die in der Sonne existieren.

Licht wird nicht nur in der Astronomie, sondern in einem breiten Spektrum von Wissenschaften, einschließlich der Medizin, zur Entdeckung und Diagnose, für Chemie, Geologie, Physik und Ingenieurwissenschaften verwendet. Es ist wirklich eines der wichtigsten Werkzeuge, mit denen Wissenschaftler den Kosmos untersuchen können.