Lichtlaufzeit

Grundbegriff und Bedeutung

Die Lichtlaufzeit ist die Zeit, die Licht benötigt, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen. Weil die Lichtgeschwindigkeit endlich und im Vakuum überall gleich ist, kann eine Lichtlaufzeit zugleich als die Strecke verstanden werden, die Licht im Vakuum während dieser Zeit durchläuft. Besonders wichtig ist die Lichtlaufzeit bei astronomischen Entfernungen, weil Beobachtungen aus dem Weltall immer zeitverzögert auf der Erde eintreffen.

Astronomische Entfernungen und Messungen

Die Lichtlaufzeit von der Sonne zur Erde beträgt etwa 8 Minuten und 20 Sekunden, die vom Mond zur Erde etwa 1,3 Sekunden. Die Entfernung Erde–Mond kann bestimmt werden, indem man misst, wie lange ein Laserpuls von der Erde zum Mond und zurück benötigt. Diese Zeit beträgt etwa 2,6 Sekunden. Auf der Mondoberfläche befinden sich geeignete Reflektoren für solche Messungen; das Verfahren wird Lunar Laser Ranging genannt.

Die astronomische Entfernungsangabe Lichtjahr bezeichnet die Streckenlänge, die Licht in einem Jahr zurücklegt. Die etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernte Andromedagalaxie ist daher auch etwa 2,5 Millionen Jahre Lichtlaufzeit von der Erde entfernt. Das Licht, das heute beobachtet wird, wurde dort also vor etwa 2,5 Millionen Jahren ausgesendet.

Funksignale, GPS und Raumsonden

Funksignale breiten sich im Weltall mit Geschwindigkeiten aus, die annähernd der Lichtgeschwindigkeit entsprechen. In der Troposphäre und der Ionosphäre weichen ihre Ausbreitungsgeschwindigkeiten abhängig von der Frequenz leicht von der Vakuumlichtgeschwindigkeit ab. Dies muss beispielsweise bei der GPS-Technik berücksichtigt werden.

Beim GPS (Global Positioning System) wird die Signallaufzeit zwischen GPS-Satelliten und einem GPS-Empfänger zur genauen Positionsbestimmung verwendet. Sie entspricht annähernd der Lichtlaufzeit für dieselbe Strecke.

Auch die Fernsteuerung von Raumsonden wird durch die Signallaufzeit begrenzt. Bei einer Raumsonde auf einem Nachbarplaneten wie dem Mars benötigt ein Steuerungssignal von der Erde zum Mars im besten Fall 3 Minuten. Das Kamerasignal der Sonde kann eine Reaktion auf den Befehl daher frühestens nach 6 Minuten auf der Erde zeigen. Eine kaum interaktive Steuerung ist deshalb nicht möglich.

Lichtlaufzeiteffekt in der Astronomie

Vom Lichtlaufzeiteffekt spricht man, wenn periodische Signale durch eine Ortsänderung später auf der Erde ankommen. Ursache ist, dass sich die Position eines Himmelskörpers aufgrund der Keplergesetze verändert. Damit dieser Effekt ausgewertet werden kann, müssen die Signale streng periodisch sein, wie bei Pulsaren, Bedeckungsveränderlichen und pulsierenden Veränderlichen.

Durch den Lichtlaufzeiteffekt wurden die ersten Exoplaneten um den Pulsar Lich sowie ein dritter Begleiter C des Bedeckungsveränderlichen Algol gefunden. Einige Entdeckungen unsichtbarer Körper erwiesen sich jedoch später als Ungenauigkeiten in den periodischen Signalen. Dazu gehörte beispielsweise die vermeintliche Entdeckung von Planeten um kataklysmische Veränderliche.