Dopplerverbreiterung

Von Spektrallinien

Basiswissen

Doppler-Effekt

• Spektrallinien können von Atomen ausgendet werden.
  

• Eine Ursache sind Übergänge von Elektronen in dem Atomhüllen.
  

• Sie springen zwischen zwei erlaubten Energiezuständen.
  

• Dabei kann ein Photon (Lichtteilchen) emittiert werden.
  

• Licht unterliegt dem Welle-Teilchen-Dualismus ↗
  

• Das heißt: den Teilchen kann man eine Wellenlänge zuordnen.
  

• Jeder Wellenlänge kann man eine Frequenz zuordnent lf-Formel ↗
  

• Diese Wellenlänge oder Frequenz gibt den Ort im Linienspektrum an.
  

• Bewegt sich das aussendende Atom auf den Beobachter zu oder weg, ...
  

• wird dadurch die Wellenlänge (und Frequenz) des Photons verändert.
  

• Das heißt: die Spektrallinie liegt dann an einem anderen Ort im Spektrum.
  

• Siehe dazu auch Doppler-Effekt ↗
  

Unterschiedliche Atom-Bewegungen

• Relativbewegungen von Atomen zu Betrachter beeinflussen also die Lage von Spektrallinien.
  

• Wie kommt dadurch eine Verbreiterung beobachteter Spektrallinien zustande?
  

• Man überlegt sich dazu, wo real Atome vorkommen die Spektrallinien erzeugen.
  

• Das können Atome im Außenbereich eines leuchtenden Sternes sein.
  

• Das können Atome in einem kosmischen (interstelaren) Gasnebel sein.
  

• Das können Atome in den Sternen einer Galaxie sein.
  

• Es gibt viele Gründe warum jedes Atom eine andere Geschwindigkeit haben kann.
  

• In Sternen bewegen sich die Atome aufgrund der Temperatur in zufälligen Richtungen.
  

• In Sternen können auch Konvektionsströmungen Atome in verschiedene Richtungen bewegen.
  

• Sterne als ganzes rotieren. Manchen Teile bewegen sich auf uns zu andere von uns weg.
  

• In interstellaren Gasnebeln bewegen sie die Atome auch wahllos hin und her.
  

• Galaxien als ganzes können rotieren. Manche Bereiche bewegen sich auf uns zu, andere von uns weg.
  

• Auf solche Weisen entstehen verschiedene Relativgeschwindigkeiten der Atome zu uns.
  

• Jede Relativgeschwindigkeit erzeugt ihren eigenen Doppler-Effekt.
  

• Jede Relativgeschwindigkeit erzeugt also eine Spektrallinie mit eigener Lage.
  

• Die Milliarden von Atomen in echten Gasen erzeugen also milliarden verschiedener Linien.
  

• Diese vielen verschiedenen Linien nehmen wir dann als kontinuierliches Spektrum wahr.
  

Gilt das nur für Licht?

• Nein, der Effekt kann bei jeder Strahlungsart auftreten.
  

• Atomkerne können zum Beispiel Gammastrahlung aussenden.
  

• Diese unterliegt dann auch der Dopplerverbreiterung.
  

• Siehe auch Gammastrahlung ↗