Fraunhoferlinien

Wenn man das Licht der Sonne durch ein Prisma oder ein Gitter in seine Farben zerlegt, erhält man kein lückenloses Regenbogenband, sondern ein Spektrum, das von zahlreichen feinen, dunklen Linien durchzogen ist. Diese Linien heißen Fraunhoferlinien, benannt nach dem deutschen Optiker und Physiker Joseph von Fraunhofer. Er begann um 1814, sie systematisch zu vermessen, katalogisierte über fünfhundert von ihnen und bezeichnete die auffälligsten mit den Buchstaben A bis G. Erste Beobachtungen solcher Linien hatte zuvor schon William Hyde Wollaston gemacht, doch Fraunhofer machte daraus eine präzise Wissenschaft.

Die Erklärung, was diese dunklen Linien bedeuten, kam einige Jahrzehnte später durch Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen. Sie erkannten, dass jedes chemische Element Licht bei ganz bestimmten Wellenlängen verschluckt. Die heißen Gase in der äußeren Sonnenatmosphäre absorbieren also genau jene Farben, die zu den dort vorhandenen Elementen gehören, und hinterlassen im Spektrum dunkle Lücken. Aus der Position dieser Linien lässt sich ablesen, woraus die Sonne besteht. So wurde die Spektroskopie geboren, eine der mächtigsten Methoden der gesamten Naturwissenschaft, denn plötzlich konnte man die Zusammensetzung von Himmelskörpern bestimmen, ohne sie jemals zu erreichen.

Die Tragweite dieser Entdeckung kann man kaum überschätzen. Bevor es die Spektralanalyse gab, galt es als ausgemacht, dass wir die chemische Beschaffenheit der Sterne niemals würden erfahren können. Die Fraunhoferlinien widerlegten diese Annahme auf einen Schlag. Über sie wurde unter anderem das Element Helium zuerst in der Sonne nachgewiesen, lange bevor man es auf der Erde fand, was sich sogar in seinem Namen niederschlägt, der auf den griechischen Sonnengott zurückgeht.

Für die moderne Exoplanetenforschung sind dieselben physikalischen Prinzipien von zentraler Bedeutung. Zieht ein Planet vor seinem Stern vorbei, durchdringt ein Teil des Sternenlichts dessen Atmosphäre. Die Gase dort hinterlassen ihre eigenen Absorptionslinien, die dem Spektrum des Sterns überlagert sind. Aus dieser Transmissionsspektroskopie lesen Astronomen ab, welche Stoffe in der Lufthülle eines fernen Planeten vorkommen. Genau hier setzt die Suche nach Biosignaturen an: Findet man Kombinationen wie Sauerstoff zusammen mit Methan oder andere Moleküle, die kaum ohne lebende Prozesse erklärbar sind, wäre das ein starker Hinweis auf außerirdisches Leben.

Die Science-Fiction greift dieses Werkzeug erstaunlich oft auf, meist im Hintergrund. Immer wenn in einem Roman ein Raumschiff einen unbekannten Planeten anfliegt und die Crew die Atmosphäre scannt, bevor sie landet, steckt im Grunde das Prinzip der Fraunhoferlinien dahinter. Carl Sagans Contact oder die nüchterne Hard-SF von Andy Weir spielen mit der Idee, aus dem Licht allein die Lebensfreundlichkeit einer Welt herauszulesen. Die unscheinbaren dunklen Striche im Sonnenspektrum sind damit nichts Geringeres als der Schlüssel zur chemischen Erkundung des gesamten Universums.