Spektralanalyse - so funktioniert sie

Der Sprung von der Astronomie zur Astrophysik – Die chemische Zusammensetzung von Objekten erkennen durch Spektralanalyse.


Bei der Beobachtung des Sonnenspektrums entdeckte Joseph von Fraunhofer im Jahre 1814, dass an bestimmten Stellen dunkle Linien zu sehen sind. Daraus entwickelten Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Kirchhof Jahre später die Spektralanalyse. Dank diesem wichtigen Analyseinstrument kann man die chemische Zusammensetzung von Objekten erkennen, ohne diese physisch untersuchen zu müssen. Für Astronomen ein wichtiger Vorgang, wenn man bedenkt, dass Himmelskörper, aufgrund ihrer Entfernung oder hohen Temperatur, nicht berührbar sind. Mit dieser Methode gelingt es dennoch, Informationen über die chemischen Substanzen, aus denen Sterne bestehen, zu sammeln. Durch die Entwicklung der Spektralanalyse erfolgte der Sprung von der klassischen Astronomie zur Astrophysik.

Absorptionslinien und Emissionslinien
Jedes Objekt besteht aus Elementen, die auf einzigartiger Weise auf Licht reagieren. Wenn man ihr Spektrum analysiert kann man feststellen, dass einige von ihnen Lichtteilchen absorbieren. Dies geschieht bei jedem Element nur an einer ganz bestimmten Stelle und in einer ganz bestimmten Wellenlänge, die in seinem Spektrum dann in Form einer dunklen Linie sichtbar werden, die sogenannten Absorptionslinien. Andere Elemente wiederum, strahlen nur an einer ganz bestimmten Stelle und nur in einer ganz bestimmten Wellenlänge, Lichtteilchen aus – sogenannte Emissionslinien, die als helle Linie sichtbar sind. Wenn man von diesem Prinzip ausgeht, erkennt man also die Elemente, aus denen ein Objekt sich zusammensetzt, anhand der in der Spektralanalyse erscheinenden Absorptions- oder Emissionslinien.

Praktische Anwendung der Spektralanalyse
Ursprünglich wurde die Spektralanalyse auf sichtbares Licht angewendet, das durch einen Prisma oder ein Gitter gelenkt wurde. Heute findet sie auch Anwendung bei ultraviolettem und infrarotem Licht. Die Wärmeeinwirkung eines Lichtbogens verursacht eine Reaktion der chemischen Elemente eines Objektes, die diese entweder absorbieren oder reflektieren. Dieses Verhalten gestattet es, die chemische Zusammensetzung eines Objektes festzumachen. In der Welt der Astronomie und Astrophysik findet die Spektralanalyse starke Anwendung bei der Erforschung fremder Sterne. Durch sie können Wissenschaftler die Oberfläche der Sterne analysieren und chemische Substanzen, aus denen sie bestehen oder sich in ihrer unmittelbaren Atmosphäre befinden, identifizieren. Darüber hinaus kann man, durch die Verschiebung der Absorptionslinien, Informationen über die Geschwindigkeit, mit der sich Sterne zur Erde hin oder von ihr weg bewegen, sowie über Temperatur und Dichte der Elemente, dessen Spektrum analysiert wird, erhalten.