...wie schnell das Licht ist?
Lichtwellen reisen im luftleeren Raum, dem Vakuum, mit einer Geschwindigkeit von genau 299.792,458 Kilometer pro Sekunde. Das ergibt umgerechnet ein Tempo von mehr als einer Milliarde Kilometer pro Stunde! Um eine solche Geschwindigkeit genau zu messen, behelfen sich Wissenschaftler heutzutage mit einem Trick: Sie schicken Lichtwellen zu einem Ziel, das zwar sehr weit weg liegt, dessen Entfernung sie aber ganz genau kennen. Zum Beispiel zu einem Spiegel auf dem Mond, den Astronauten bei ihren Missionen dort hinterlassen haben. Schickt man nun einen starken Laser-Lichtblitz in Richtung des Erdtrabanten, wird dieser Blitz dort reflektiert. Der Mond ist im Mittel 384.000 Kilometer von der Erde entfernt - und das Licht braucht für die Strecke hin und zurück etwas mehr als zweieinhalb Sekunden. Die Berechnung der Lichtgeschwindigkeit ist jetzt einfach: 768.000 Kilometer für den Hin- und Rückweg des Lichts, geteilt durch 2,56 Sekunden. Übrigens: Schneller als Lichtwellen reist nichts und niemand auf dieser Welt.
Es gibt nichts, das schneller reist als das Licht
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Die Lichtlaufzeit ist die Zeit, die das Licht zum Durchlaufen einer bestimmten Strecke benötigt. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich und im Vakuum überall im Universum gleich ist, ist die Lichtlaufzeit gleichbedeutend mit einer Strecke, die das Licht im Vakuum in dieser Zeit durchläuft.
Lichtlaufzeiten spielen in astronomischen Dimensionen eine große Rolle. Die Lichtlaufzeit von der Sonne zur Erde beträgt etwa 8 Minuten und 20 Sekunden. Die Lichtlaufzeit vom Mond zur Erde beträgt etwa 1,3 Sekunden. Die Entfernung Erde Mond lässt sich zum Beispiel durch Bestimmung der Zeit, die ein Laserpuls von der Erde zum Mond und zurück braucht, messen (etwa 2,6 Sekunden). Auf der Mondoberfläche stehen geeignete Reflektoren für solche Experimente (→ Lunar Laser Ranging).
Die astronomische Entfernungsangabe Lichtjahr ist genaugenommen eine Lichtlaufzeit. Die etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernte Andromedagalaxie hat eine Lichtlaufzeit von ebendiesen 2,5 Millionen Jahren zur Erde.
Die Lichtlaufzeit muss auch bei der Satellitenkommunikation berücksichtigt werden. Beim GPS (Global Positioning System) wird zum Beispiel die Lichtlaufzeit zur genauen Positionsbestimmung verwendet.
Bei der Fernsteuerung von Robotersonden auf unserem Nachbarplaneten Mars bewirkt die Lichtlaufzeit von der Erde zum Mars von bestenfalls 3 Minuten, dass die Sonde kaum interaktiv gesteuert werden kann, da das Kamerasignal der Sonde erst frühestens nach 6 Minuten die Reaktion auf einen Steuerungsbefehl wiedergibt.
Vom Lichtlaufzeiteffekt wird gesprochen, wenn durch eine Ortänderung aufgrund der Keplergesetze periodische Signale später auf der Erde ankommen. Diese Signale müssen streng periodischer Natur sein wie bei Pulsaren, Bedeckungsveränderlichen und pulsatierenden Veränderlichen[1]. Durch den Lichtlaufzeiteffekt sind die ersten Exoplaneten um den Pulsar Lich und ein dritter Begleiter C bei dem Bedeckungsveränderlichen Algol gefunden worden[2]. Einige Entdeckungen unsichtbarer Körper aufgrund des Lichtlaufzeiteffekts stellten sich jedoch als Ungenauigkeiten in den periodischen Signalen heraus wie zum Beispiel die Entdeckung von Planeten um kataklysmische Veränderliche[3].
- ↑ S. K. Kozlowski, M. Konacki, P. Sybilski: Radio Pulsar Style Timing of Eclipsing Binary Stars from the ASAS Catalogue. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1204.3836v1.
- ↑ A. Wolszczan & D. A. Frail: A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257+12. In: Nature. Band 355, 1992, S. 145–147.
- ↑ Jonathan Horner, Robert A Wittenmyer, Jonathan P Marshall, Chris G Tinney and Oliver W Butters: The Curious Case of HU Aquarii – Dynamically Testing Proposed Planetary Systems. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1201.5730v1.
- Lichtgeschwindigkeit
- Lichtjahr
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Autor: Dr. Hannelore Dittmar-Ilgen Wie lange braucht eigentlich das Licht von der Sonne bis zur Erde? Diese Zeit lässt sich leicht berechnen, wenn man die Lichtgeschwindigkeit kennt (und natürlich den Abstand zwischen Sonne und Erde).
- Die Lichtteilchen, auch Photonen genannt, sind die Teilchen, die im Vakuum am schnellsten unterwegs sind, nämlich mit Lichtgeschwindigkeit.
- Im Vakuum beträgt die Lichtgeschwindigkeit (rund) 300 000 km/s. Hier steht "km/s" für die Einheit "Kilometer pro Sekunde". Das sind (in wissenschaftlicher Schreibweise und SI-Einheiten) 3 * 109 m/s.
- Der (mittlere) Abstand zwischen Sonne und Erde beträgt 150 Mio. km, ausgeschrieben: 150 000 000 km. Diese Zahl wird auch als Astronomische Einheit (abgekürzt AE) bezeichnet. Viele Abstände im Planetensystem werden in dieser Einheit angegeben.
- Die Formel für die Ausbreitung des Lichts lautet: s = v * t, da es sich hierbei um eine Bewegung mit gleicher Geschwindigkeit handelt. Dabei steht s für den zurückgelegten Weg, v für die Geschwindigkeit und t für die Zeit. Diese Formel muss nun nach der Zeit t umgerechnet werden. Es ergibt sich: t = s/v.
- Im betrachteten Fall ist s der Abstand Sonne - Erde und v die Lichtgeschwindigkeit. Beide Größen müssen Sie in die Formel einsetzen. Achten Sie jedoch auf die korrekten Einheiten, das heißt, Sie verwenden entweder Kilometer oder Meter als Einheit.
- Sie erhalten: t = s/v = 150 000 000 km/300 000 km/s = 1500 : 3 = 500 s.
- Das Licht benötigt also von der Sonne bis zur Erde rund 500 Sekunden. Das sind etwas mehr als 8 Minuten (genau: 8 Minuten und 20 Sekunden).
Erstaunt? Tatsächlich ist das Licht von der Sonne nicht "sofort" da, wie man vermuten könnte. Auch das vom Mond reflektierte Licht braucht einen Moment (knapp 1 Sekunde), bis es auf der Erde ankommt. Und das Licht von sehr weit entfernten Sternen ist schon mal einige Jahre unterwegs, bevor Sie es auf der Erde sehen können (hieraus resultiert übrigens die Einheit "Lichtjahre").
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