Wenn sich ein Objekt bewegt – ob klein wie ein Molekül oder groß wie ein Stern –, verändert es das von ihm ausgesandte Licht. Bewegt es sich auf den Beobachter zu, verkürzt sich die Länge der Lichtwellen etwas. Hingegen vergrößert sich die Wellenlänge, wenn sich das Objekt entfernt. Astronomen nutzen diesen so genannten Doppler-Effekt, um die Geschwindigkeit ganzer Galaxien zu berechnen, Polizisten überführen damit rasende Autofahrer. Doch auch die Rotation eines Objekts verändert die Eigenschaften des Lichts: Forscher um Martin Lavery von der University of Glasgow nutzen diese Form des Doppler-Effekts nun, um daraus die Rotationsrate eines Objekts zu bestimmen.

Die Physiker umgehen dabei zwei Probleme, die entstehen, wenn ein rotierendes Objekt Licht aussendet: Während sich eine Seite des Objekts auf den Betrachter zubewegt und die Lichtwellen staucht, bewegt sich die andere Seite von ihm weg und verlängert gleichzeitig die Wellenlänge. Dadurch ist die Information über die Rotation verwischt. Weist die Rotationsachse direkt zum Betrachter, ist die Drehbewegung überhaupt nicht mehr erkennbar.

Um der Rotation trotzdem auf die Schliche zu kommen, benutzte Martin Avery deshalb zirkular polarisiertes Licht, bei dem sich ein Teil der elektromagnetischen Welle in Ausbreitungsrichtung dreht. Das Forscherteam richtete solches Licht eines Lasers auf eine rotierende Scheibe. Dabei verschob sich die Frequenz des polarisierten Lichts durch den Doppler-Effekt umso stärker, je schneller die Scheibe rotierte. Dieses Experiment wiederholten die Physiker in einer zweiten Variante mit unpolarisiertem Laserlicht: Aus der Reflexion extrahierten sie mit Filtern nun jene Komponenten der Strahlung, die zuvor durch die Rotation zirkular polarisiert worden waren. Auch dabei konnten sie die Rotationsrate der Scheibe bestimmen.

Die Ursache für die veränderte Polarisation sehen die Physiker in der Rauigkeit der Oberfläche – in ihrem Fall gewöhnlicher Aluminiumfolie. Auf einer perfekt glatten Oberfläche sollte das senkrecht auftreffende polarisierte Licht nämlich unverändert reflektiert werden. Auf einer unebenen Schicht verändert sich dagegen die Polarisation des Lichts.

Die Methode könnte zukünftig dazu genutzt werden, die Rotation von Sternen zu bestimmen. Bislang ist das nur bei relativ nahen Riesensternen gut möglich, auf deren Oberflächen erkennbar Sonnenflecken im Kreis wandern. Eine Messung der Rotationseschwindigkeit wäre zukünftig auch bei kleineren und weiter entfernten Sternen möglich, wenn es gelingt, aus dem Sternenlicht speziell zirkular polarisiertes Licht herauszufiltern.