Wie zwei Forscher in Heidelberg lernten, das Licht zu lesen: die Geburt der Spektralanalyse

Eine Flamme, ein Stück Glas und ein bisschen Neugier: Mehr brauchte es nicht, um eine der größten Ideen der Wissenschaft zu entzünden. Denn Licht ist niemals nur Licht. In seinen Farben steckt eine verborgene Botschaft, ein Fingerabdruck der Stoffe, aus denen die ganze Welt gemacht ist.

Ich erzähle Forschung am liebsten so, dass sie zum Frühstück passt, und diese Geschichte eignet sich dafür bestens. Sie handelt davon, wie zwei Männer in Heidelberg lernten, das Licht zu lesen, und damit ein Werkzeug schufen, das bis heute von den Labortischen bis zu den fernsten Sternen reicht.

Zwei Forscher in Heidelberg

Die beiden Hauptfiguren sind der Chemiker Robert Bunsen und der Physiker Gustav Kirchhoff. An der Universität Heidelberg taten sie sich ab dem Jahr 1859 zusammen, jeder ein Meister seines Fachs, um einer Frage nachzugehen, die damals viele Gelehrte in ganz Europa umtrieb.

Ihre Idee war so einfach wie kühn: Erhitzt man einen Stoff, so sendet er Licht in ganz bestimmten Farben aus. Diese Beobachtung fassten sie 1860 in einer gemeinsamen Arbeit zusammen, die den nüchternen Titel Chemische Analyse durch Spectralbeobachtungen trug und zur Geburtsurkunde einer neuen Methode wurde.

Das Geheimnis im Licht

Das Herzstück ihres Aufbaus war ein erstaunlich einfaches Gerät, das Spektroskop. Es bestand im Kern aus einem Prisma mit zwei Linsen und einem Okular, alles verpackt in einem hölzernen Kasten. Das Prisma zerlegte das einfallende weiße Licht in seine bunten Bestandteile, also in ein Spektrum.

Der entscheidende Gedanke dabei war, dass jedes chemische Element sein eigenes Muster aus farbigen Linien hinterlässt. Wie ein persönlicher Fingerabdruck verrät dieses Linienmuster, welcher Stoff gerade glüht, selbst wenn nur winzige Spuren davon vorhanden sind.

Der saubere Brenner

Damit das überhaupt funktionierte, brauchte es eine möglichst reine, fast farblose Flamme, die das Ergebnis nicht verfälschte. Genau dafür war der nach Bunsen benannte Brenner ideal, der in keinem Chemieunterricht mehr fehlt und dessen ruhige Flamme zum Sinnbild des Labors geworden ist.

Die Vorgehensweise war denkbar elegant: Man brachte eine Probe in die Flamme, ließ ihr Licht durch das Prisma fallen und las anschließend die entstehenden Linien ab. Aus einem bunten Leuchten wurde so eine präzise, fast schon buchstäbliche Lesart der Materie selbst.

Neue Elemente aus dem Heilwasser

Sehr schnell zahlte sich die Methode aus. Beim Untersuchen von Mineralwasser aus der Maxquelle im pfälzischen Bad Dürkheim stießen Bunsen und Kirchhoff auf Linien, die zu keinem bekannten Stoff passten. So entdeckten sie 1860 das Cäsium und ein Jahr später, 1861, das Rubidium.

Diese beiden neuen Elemente waren erst der Anfang. In kürzester Zeit spürten andere Chemiker mit derselben Technik rund zehn weitere unbekannte Elemente auf. Die Spektralanalyse verwandelte das Periodensystem in ein lebendiges Feld, das plötzlich Jahr für Jahr weiterwuchs.

Ein Fenster ins Weltall

Der vielleicht größte Sprung aber betraf nicht die Erde, sondern den Himmel. Denn dasselbe Licht, das eine Flamme aussendet, senden auch die Sterne. Mit der Spektralanalyse ließ sich zum ersten Mal bestimmen, aus welchen Stoffen ferne Himmelskörper überhaupt bestehen.

Auf einmal konnten Forscher die chemische Zusammensetzung von Objekten ablesen, die Millionen Lichtjahre entfernt schweben und die niemand je berühren wird. Von einem Labortisch in Heidelberg aus öffnete sich damit ein Fenster bis in die Tiefen des Weltalls.

Wie man Licht lesen lernte

Was mich an dieser Geschichte fasziniert, ist ihr Verhältnis von Aufwand und Wirkung. Aus einer Flamme, einem Prisma und viel Geduld entstand ein Prinzip, das Chemie, Physik und Astronomie zugleich veränderte und bis heute in den modernsten Instrumenten weiterlebt.

Jedes Mal, wenn Licht durch ein Prisma fällt und sich in seine Farben teilt, klingt ein wenig von jener Heidelberger Idee nach. Bunsen und Kirchhoff haben uns beigebracht, dass man das Licht lesen kann, und seither erzählt uns selbst ein ferner Stern, woraus er gemacht ist.