AstroGeo Podcast: Fingerabdruck der Sonne – wie Helium entdeckt wurde
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Nachdem Astronominnen und Astronomen angefangen hatten, sich mithilfe von Teleskopen ein genaueres Bild von Sonne, Mond und Sternen zu machen, stand ihnen im 19. Jahrhundert eine weitere Revolution bevor: die Spektroskopie. Dabei wird das Licht eines Himmelskörpers nicht direkt ins Auge gelenkt, sondern durch ein Spektroskop. Das weiße Sonnenlicht wird so beispielsweise in alle Farben des Regenbogens aufgeteilt, von rot über orange und gelb bis hin zu grün und blau-violett.
Doch in diesem Regenbogenspektrum tauchten hunderte von dunklen Linien auf, manche von ihnen pechschwarz, andere eher dünn und blässlich. Wie sich herausstellen sollte, waren diese Absorptionslinien die eigentliche astronomische Revolution. Denn sie verrieten erstmals, welche chemischen Elemente ein Himmelskörper enthält. Mithilfe der Spektroskopie – oder, wie sie später genannt wurde, der Astrophysik – konnten Forschende nicht nur die Bewegung der Himmelskörper beobachten, sondern zum ersten Mal herausfinden, woraus sie bestehen. Es war etwas, von dem Philosophen wie der Franzose Auguste Comte nur wenige Jahre zuvor völlig überzeugt war, dass genau dies ein Ding der Unmöglichkeit sei und für immer bleiben werde.
Das Spektrum der Sonne verrät, dass es in der Sonnenatmosphäre Natrium, Kalzium oder Eisen gibt. Denn die Absorptionslinien im Sonnenspektrum entsprechen den Spektrallinien dieser Elemente, die Chemiker in ihren Laboren auf der Erde messen konnten. Die Linien sind wie eine Art Fingerabdruck eines chemischen Elements. Doch als ein englischer Astronom namens Norman Lockyer im Jahr 1870 sein Spektroskop auf die Sonne richtete, entdeckte er etwas ganz und gar Ungewöhnliches: eine Spektrallinie im orange-gelben Bereich, die sich keinem bekannten Element auf der Erde zuordnen ließ.
In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte des himmlischen Heliums: Bis heute ist das Edelgas das einzige Element, das zuerst im Weltraum entdeckt wurde, in der Atmosphäre der Sonne, bevor Jahrzehnte später der Nachweis in einem irdischen Labor gelang. Es ist eine Geschichte, in der totale Sonnenfinsternisse eine große Rolle spielen, Prismen, unerschrockene Astronomen – sowie Heißluftballons und eine waghalsige Flucht aus dem belagerten Paris während des Deutsch-Französischen Kriegs.
Weiterhören bei AstroGeo
- Folge 98: Das Erbe des Urknalls: Wie die Materie in unser Universum kam
- Folge 130: Als im Universum die Lichter angingen: Wo sind die ersten Sterne?
Weiterführende Links
- WP: Sonnenfinsternis
- WP: Belagerung von Paris (1870–1871)
- WP: Jules Janssen
- WP: Oran
- WP: Sonnenfinsternis vom 18. August 1868
- WP: Spektroskopie
- WP: Joseph von Fraunhofer
- WP: Fraunhoferlinien
- WP: Gustav Robert Kirchhoff
- WP: Robert Wilhelm Bunsen
- WP: Natriumdampflampe
- WP: Natrium-D-Linie
- WP: Protuberanz
- WP: Joseph Norman Lockyer
- WP: Helium
- WP: William Ramsay
Quellen
- Buch: Marcia Bartusiak (ed.) – Archives of the Universe (2004)
- Fachartikel: Sir Norman Lockyer’s Contributions to Science (1994)
- Fachartikel: On a gas showing the spectrum of helium, the reputed cause of D3, one of the lines in the coronal spectrum. Preliminary note (1895)
Quelle: NOAO/AURA/NSF
Hinweis für die Diskussion
Es werden nur Beiträge freigeschaltet, die sich mit dem Inhalt dieser Folge beschäftigen.
Weißes Licht ist alle Farben, die zerfallen zunächst in Grautöne, dann in einzelne Farben. Der Zeichner fängt mit Schwarz und Weiß an aus dem gleichen Grund, warum unsere Computer digital sind – eine solche Zweiteilung erfordert die einfachsten Filter, das primitivste Auge funktioniert mit Ja und Nein, und auch unsere Technologie kann nur sehr ungenaue, primitive Chips herstellen, die nur zwei Extreme auseinander halten können. Weil aber jede Lichtquelle mit der Distanz dunkler wird und das Licht nicht mehr unterschieden werden kann, sind Schwarz, Weiß, Grautöne, die Grundierung des Universums, und das führt bei manchen Leuten dazu, dass sie im Universum eine Computersimulation sehen – bloß weil es als Skizze mit Nullen und Einsen, Schwarz und Weiß, grob darzustellen wäre, wie es unsere Computer tun. Oder die Mathematik.
Alles ist binär mit entsprechender Distanz und wird analog bei näherer Betrachtung. Alles ist ein Teilchen aus der Ferne und eine Welle aus der Nähe. Also das genaue Gegenteil von dem, wie der Kurzsichtige es ohne Brille wahrnimmt. Was wir locker zu einem Bild zusammenklatschen können: Alles ist ein Teilchen in einem Brennpunkt, der vom Beobachter determiniert wird. Und da sind wir bei der Binsenweisheit, dass das Universum aus Blasen aus Blasen aus Blasen besteht, von denen jede unterschiedliche Strahlen derselben Lichtquelle unterschiedlich bricht, sodass zum Beispiel jeder Punkt der Erde eine persönliche und private Sonne hat, die aus den Lichtstrahlen besteht, die nicht woanders hingeflogen sind, ganz egal, ob dieser Punkt so groß ist wie die Erde oder so klein wie ein Brennpunkt auf der Netzhaut.
Und weil wir es uns sparen können, zwischen Licht und anderer Wirkung zu unterscheiden, weil’s eh das Gleiche ist, können wir sagen, dass alle Wirkung fraktal und relativ zum Betrachter ist. Was nicht mehr heißt, als dass es egal ist, ob die Sonne oder King Kong auf ein Hochhaus einprügelt, hinter jedem Fenster passiert was Anderes.
Was mich zu der Frage führt: Ist Helium immer und für jeden Beobachter Helium? Oder wird es zu einem anderen Element, wenn sich die Eigenschaften des Betrachters ändern? Allein das Spektroskop, das das Sonnenlicht in verschiedene Farben aufteilt, erschafft eine andere Welt als das Sonnenlicht allein.
Ich stelle mir Licht als Wellenlinie vor. Wenn diese Linie schrumpft, rücken die Kurven zusammen, ich bekomme erst UV, dann plötzlich einen dicken Balken Infrarot, der sich wiederum zu neuen Wellen falten kann. Wenn ich in den Farbkreis schaue, sehe ich eine Wendeltreppe hinab, auf der ich selber stehe, um mich herum werden die dicksten Strahlungsbrocken zu Materie, setzen sich weiterhin zusammen zu Atomen, Sternensystemen, Galaxien, Galaxiehaufen, Universen. Heiß und kalt, hell und dunkel, groß und klein, ist immer relativ. Unsere Sonne ist eigentlich grün, doch wir teilen das grüne Licht in ein ganzes Lichtspektrum auf, sodass es keine grünen Sonnen im Universum für uns gibt, so weit ich das verstanden habe – wir messen die Sonnen mit zwei verschiedenen Maßstäben.
Das heißt, für einen anderen Beobachter könnte Helium Teil eines anderen Elements sein, oder aus mehreren Elementen bestehen – sein Spektroskop würde in unserer Sonne kein Helium nachweisen, oder eine ganz andere Menge Helium, zusammengesetzt aus der Lichtsignatur anderer Elemente.
Einstein hat mit der Relativität und dem Standpunkt des Betrachters angefangen. Aber irgendwie scheint es sich nur durchgesetzt zu haben, wo die Physik es trotz aller Mühen nicht verhindern konnte, ansonsten wird weiterhin so getan, als wäre nix gewesen – als wäre das, was der Mensch wahrnimmt, die Wahrheit, und nicht bloß die ganz persönliche Wirkung, ein privates Universum in einer der unzähligen Blasen des Multiversums, das sich aus den Filtern und Eigenschaften des Beobachters und der Strahlung mischen, die auf ihn einströmt.
So tun, als wäre nix gewesen, als hätte es in Wissenschaft, Technologie und anderen Bereichen keine Revolutionen gegeben, dem Zeitenwandel nicht mehr nachgeben als unbedingt nötig – ist so unser Zeitgeist. Macht auch jede Zelle einer Bananenschale, auf die Sie getreten sind, kurz bevor sie zermatscht wird. Wirkt so, als würde etwas ins Rutschen geraten, und das schon seit 100 Jahren. Na dann, gute Reise, Weidmannsheil und weiche Landung im Porzellanladen.
zu #1
„Ist Helium immer und für jeden Beobachter Helium“
Voraussetzung zur Beantwortung muss sein, dass ein Beobachter außerhalb unseres Sonnensystems, die verschiedenen Elemente genauso geordnet hat wie wir auf der Erde, nach der Anzahl der Protonen im Kern , was wiederum zu dem Periodensystem der Elemente führt. Das ist nicht selbstverständlich,
Wenn sein Planet ein Gasgemisch aus , Stickstoff , Sauerstoff und Helium als Atmosphäre hat, dann wird er den Sauerstoff als brennbar bezeichnen und das Helium als unbrennbar.
Fazit: Die Spektrallinien sind nicht unbedingt notwendig um Helium zu entdecken.