Umrechnung von Nanohertz in Mikrohertz

Informationen über Nanohertz (nHz)

Das Nanohertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einem Milliardstel Hertz. Sein Zeichen ist nHz. Ein Nanohertz ist eine Schwingung je Milliarde Sekunden, knapp zweiunddreißig Jahre; eine einzige Schwingung dieser Frequenz dauert also länger als die meisten Berufslaufbahnen.

Fast nichts nutzt sie, und dann wurde sie 2023 zu einer der meistbesprochenen Einheiten der Physik. Mehrere Kollaborationen von Pulsar-Timing-Arrays, unabhängig voneinander auf vier Kontinenten tätig, berichteten Hinweise auf einen Hintergrund von Gravitationswellen im Nanohertzbereich. Das Signal scheint von Paaren supermassereicher Schwarzer Löcher zu stammen, die einander in den Zentren verschmolzener Galaxien über die gesamte Geschichte des Universums hinweg umkreisen.

Das Messverfahren ist bemerkenswert. Millisekundenpulsare sind Neutronensterne, die sich hundertfach je Sekunde drehen und einen Strahl aussenden, der mit außerordentlicher Regelmäßigkeit über die Erde streicht und es mit Atomuhren aufnimmt. Eine Gravitationswelle, die die Galaxis durchquert, dehnt und staucht den Raum zwischen Erde und jedem Pulsar und verschiebt die Ankunftszeiten der Impulse um einige hundert Nanosekunden. Indem Dutzende Pulsare zwei Jahrzehnte lang beobachtet und auf ein bestimmtes Korrelationsmuster hin geprüft werden, weisen Astronomen Wellen nach, deren Wellenlängen in Lichtjahren gemessen werden.

Bei diesen Frequenzen könnte kein Gerät anders arbeiten. Ein Detektor muss in seiner Größe mit der gesuchten Wellenlänge vergleichbar sein, und eine Gravitationswelle von einem Nanohertz hat eine Wellenlänge von einigen Dutzend Lichtjahren. Die Galaxis selbst ist die Apparatur, und die Pulsare sind ihre Marken.

Sonst erscheint die Einheit nur in den langsamsten natürlichen Zyklen. Die Präzession der Erdachse benötigt rund 26 000 Jahre, etwa 1,2 Nanohertz. Die Bahnschwankungen von Exzentrizität, Schiefe und Präzession, die den Takt der Eiszeiten vorgeben, die Milanković-Zyklen, reichen von etwa 0,5 Nanohertz bis zu einem Zehntel davon.

Unterhalb des Nanohertz gerät der Begriff der Frequenz in Bedrängnis, denn nichts ist lange genug beobachtet worden, um einen vollen Zyklus zu sehen, und der Wert wird aus der Theorie erschlossen statt gezählt.

Ein Nanohertz entspricht 0,000000001 Hertz, einer Schwingung je Milliarde Sekunden oder 0,001 Mikrohertz.

Informationen über Mikrohertz (µHz)

Das Mikrohertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einem Millionstel Hertz. Sein Zeichen ist µHz. Ein Mikrohertz ist eine Schwingung je Million Sekunden, gut elfeinhalb Tage; die Einheit misst also Vorgänge, die im Rhythmus von Wochen, Monaten oder Jahren wiederkehren.

Am meisten genutzt wird sie in der Asteroseismologie. Sterne schwingen, und die Frequenzen dieser Schwingungen hängen von ihrem inneren Aufbau ab, so wie die Tonhöhe einer Glocke von Form und Wandstärke abhängt. Sonnenähnliche Sterne klingen bei einigen tausend Mikrohertz, Rote Riesen bei einigen Dutzend und die größten entwickelten Sterne unterhalb von eins. Weltraumteleskope wie Kepler und TESS maßen diese Frequenzen für Hunderttausende Sterne, indem sie deren Helligkeit um wenige Millionstel schwanken sahen.

Das Verfahren liefert Größen, die keine andere Methode bereitstellt. Aus dem Schwingungsspektrum leitet eine Astronomin Masse, Radius und Alter eines Sterns ab, und das Alter eines Sterns ist sonst kaum zu bestimmen. So werden heute die Alter planetentragender Sterne und damit ihrer Planetensysteme festgelegt.

Auch die Gravitationswellenastronomie beansprucht das Band. Das geplante weltraumgestützte Observatorium LISA soll zwischen etwa 100 Mikrohertz und einem Hertz empfindlich sein, einem Bereich, der verschmelzende supermassereiche Schwarze Löcher und die vielen tausend engen Doppelweißen Zwerge unserer eigenen Galaxis enthält. Bodengebundene Detektoren erreichen diese Frequenzen nicht, weil seismisches Rauschen sie überdeckt.

Die Geophysik nutzt die Einheit für die langsamsten Gezeitenanteile, darunter die vierzehntägige und die monatliche Mondgezeit sowie die halbjährliche und die jährliche Sonnengezeit, die zusammen die langperiodischen Schwankungen erzeugen, die Gezeitenvorhersagen berücksichtigen müssen. Die Polbewegung, das Taumeln der Erdrotationsachse, hat eine Periode von vierzehn Monaten, was etwa 0,8 Mikrohertz entspricht.

Klima- und Meeresforschung reichen noch tiefer. Die Südliche Oszillation von El Niño kehrt unregelmäßig alle zwei bis sieben Jahre wieder, weit unter einem Hundertstel Mikrohertz, und lange Eisbohrkerne lösen noch langsamere Zyklen auf.

Die Erde selbst liefert ein Musterbeispiel. Ihre Drehachse wandert in einem kleinen Kreis mit einer Periode von etwa 433 Tagen — die 1891 entdeckte Chandler-Schwankung —, was einer Frequenz von rund 0,027 Mikrohertz entspricht. Sie nachzuweisen kostete Jahrzehnte positionsastronomischer Arbeit, denn ein so langsames Signal lässt sich nur durch Beobachtung vieler Zyklen von der Drift trennen. Das ist die allgemeine Beschränkung des Bandes: eine Messung bei einem Mikrohertz braucht eine Aufzeichnung von mindestens einigen Millionen Sekunden, besser einigen zehn Millionen, sodass Geräte jahrelang stabil bleiben müssen, ehe ihre Daten lesbar sind. Die Einheit gehört daher den geduldigen Wissenschaften und nicht den schnellen.

Ein Mikrohertz entspricht 0,000001 Hertz, einer Schwingung je Million Sekunden oder 1000 Nanohertz.