Sternengeschichten
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- 23 Oct 2026
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Das Universum ist voll mit Sternen, Galaxien, Planeten und jeder Menge anderer cooler Dinge. Jedes davon hat seine Geschichten und die Sternengeschichten erzählen sie. Jeden Freitag gibt es eine neue Folge - das Universum bietet genug Material für immer neue Geschichten. STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR 2025! Tickets unter https://sternengeschichten.live Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)
Episodios 749
Sternengeschichten Folge 726: ICE und der erste Besuch bei einem Kometen
Ein Satellit will nicht in Pension Sternengeschichten Folge 726: ICE und der erste Besuch bei einem Kometen Diese Geschichte beginnt am 12. August 1978 und sie hat ihren Höhepunkt sieben Jahre später, mit einer …
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Ein Satellit will nicht in PensionSternengeschichten Folge 726: ICE und der erste Besuch bei einem Kometen
Diese Geschichte beginnt am 12. August 1978 und sie hat ihren Höhepunkt sieben Jahre später, mit einer einmaligen Begegnung im Weltall, die eigentlich gar nicht stattfinden hätte sollen. Und genaugenommen geht alles noch viel früher los. Bevor es aber zu verwirrend wird, fangen wir einfach mal an.
In den 1970er Jahren haben die amerikanische Raumfahrtagentur NASA und ihr europäisches Gegenstück, die ESA, beschlossen, ein paar gemeinsame Missionen zur Erforschung der Sonne und ihrer Wechselwirkung mit der Erde zu starten. Man wollte besser verstehen, wie das Magnetfeld der Sonne funktioniert, welchen Einfluss es auf das Magnetfeld der Erde hat, wie der Sonnenwind die Planeten beeinflusst, und so weiter. Das Programm hatte den Namen ISEE - International Sun Earth Explorer - und der erste ISEE-Satellit ist im Jahr 1977 ins All geflogen, genau so wie ISEE-2. Im Jahr darauf folgte ISEE-3 und diesen Satellit schauen wir uns jetzt ein wenig genauer an.
ISEE-3 sollte das Magnetfeld der Erde und seine Wechselwirkung mit dem Sonnenwind erforschen. Dafür wurde der Satellit in eine Umlaufbahn um den Lagrangepunkt L1 gebracht. Das ist ein Punkt, der auf der Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde liegt, circa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Ich habe in Folge 477 schon genauer über diese Arten der Umlaufbahnen gesprochen, die heute in der Raumfahrt sehr beliebt und wichtig sind. Aber als ISEE-3 dort im November 1978 angekommen ist, war der Satellit der erste, der sich dort aufgehalten hat. Wir lassen Umlaufbahnen und Sonnenforschung aber jetzt beiseite, denn das ist nicht die Geschichte, um die es heute geht. ISEE-3 hat seine Mission einigermaßen erfolgreich abgeschlossen und es gab vorerst keine weiteren Pläne, etwas mit dem Satelliten anzustellen.
Das blieb auch so, bis im Jahr 1981 wieder einmal und leider bei der NASA das Budget gekürzt werden musste. Eigentlich war geplant, gemeinsam mit der ESA Satelliten zu bauen, die den Halleyschen Kometen erforschen können. Der würde im Jahr 1986 auf seiner 76jährigen Umlaufbahn um die Sonne endlich wieder an der Erde vorbeikommen. Aber der Beitrag der NASA wurde gestrichen, die Kometensonde wurde abgesagt.
Das war natürlich schade, vor allem für die Wissenschaft. Das hat sich vermutlich auch der amerikanische Physiker Frederick Scarf gedacht. Er hat sich überlegt, ob man vielleicht doch noch irgendwie zum Halleyschen Kometen kommen kann, ohne dafür eine neue Raumsonde bauen zu müssen. Zum Beispiel, in dem man einfach eine alte verwendet. ISEE-3 würde sich gut dafür eignen; sie war noch intakt, hatte passende Messinstrumente an Bord und auch noch genug Ressourcen, um auf eine passende Bahn gesteuert zu werden. Es ist ein wenig unklar, wie genau Scarf es hinbekommen hat, die alte Sonde für die Kometenforschung zu requirieren. Er hat einen Weg gefunden “die Bürokratie zu überwinden”, wie er oft zitiert wird oder aber, wie er selbst einmal gesagt hat: “Wir haben ihn geklaut”. Das war natürlich ein wenig übertrieben, aber auf jeden Fall: Im Juni 1982 hat ISEE-3 die Umgebung des Lagrangepunkts L1 verlassen und sich auf eine komplizierte Bahn gemacht, die unter anderem fünfmal am Mond vorbeigeführt hat, um ausreichend viel Schwung zu sammeln, um schließlich auf einer Bahn zu landen, die sie in die Nähe des Halleyschen Kometen bringen würde.
Jetzt hat ISEE-3 auch einen neuen Namen bekommen: ICE, also International Cometary Explorer. Und bevor die Geschichte von ICE weitergeht, gehen wir noch einmal ein Stück zurück in der Vergangenheit.
Nämlich zum 20. Dezember 1900. An diesem Tag, kurz vor Weihnachten, war der französische Astronom Michel Giacobini bei seiner Arbeit an der Sternwarte von Nizza. Und tat das, was ihm schon einige Male zuvor gelungen war: Er entdeckte einen noch unbekannten Kometen. Es war ein Komet mit einer kurzen Umlaufbahn; im Gegensatz zu den 76 Jahren von Halley brauchte dieser Komet nur knapp 7 Jahre für eine Runde um die Sonne. Trotzdem konnte Giacobini ihn 1907 nicht wieder finden, als er eigentlich das nächste Mal an der Erde vorbeikommen sollte. Man dachte schon, man hätte den Kometen verloren, aber dann entdeckte der deutsche Astronom Ernst Zinner in ihm Oktober 1913. Deswegen trägt er heute die Namen beider Astronomen: Giacobini-Zinner.
Was hat das alles mit der ICE-Sonde zu tun, die ja eigentlich auf dem Weg zu einem anderen Kometen war, nämlich Halley? Sehr viel, denn es hat sich herausgestellt, dass sie auf dem Weg zu Halley auch ganz in der Nähe von Giacobini-Zinner vorbei kommen würde. Das war ein außerordentlicher Glücksfall. Für die Begegnung mit Halley im Frühjahr 1986 war eine ganze Armada an Satelliten auf den Weg geschickt worden. Immerhin wäre es das erste Mal, dass man einen Kometen aus der Nähe sehen würde. Die ESA hatte eine Sonde auf den Weg gebracht, die Sowjetunion hat zwei Sonden gemeinsam mit Frankreich gebaut und auch Japan hat zwei Sonden Richtung Halley geschickt. Dazu kamen noch diverse andere Raumsonden, die - so wie ICE - eigentlich etwas anderes zu tun gehabt hatten, aber trotzdem einen Blick auf den Kometen werfen sollten.
Aber ein paar Monate bevor all diese Satelliten und Raumsonden bei Halley ankommen würde, würde ICE an Giacobini-Zinner vorbei fliegen. Am 11. September 1985 flog sie durch seinen Schweif hindurch und passierte den Kern des Kometen in einem Abstand von nur 7800 Kilometern. Es war der erste Besuch einer Raumsonde bei einem Kometen und das von einem Satelliten, der dafür eigentlich gar nicht vorgesehen war. Deswegen gibt es auch keine Bilder von Giacobini-Zinner, den ICE hatte keine Kamera an Bord. Aber sie konnte mit ihren Messgeräten untersuchen, wie der Sonnenwind und das solare Magnetfeld mit dem Kometenschweif wechselwirkt. Der besteht ja, zum Teil, auch aus geladenen Teilchen, die durch Magnetfelder beeinflusst werden können. Man konnte auch bestätigen, dass der Komet nicht nur aus Wassereis sondern auch komplexeren Molekülen und Staub besteht. Es waren nicht viele Daten, die man sammeln konnte, aber zumindest mehr, als ICE dann bei Halley holen konnte. Dafür war sie am Ende doch zu weit entfernt - sie passierte den Kern von Halley in ungefähr 30 Millionen Kilometer Entfernung und konnte kaum brauchbare Daten sammeln.
Aber jetzt, wo ICE wieder reaktiviert war, lies man sie auch weiter laufen. 1991 gab die NASA die Finanzierung einer neuen Forschungsmission für ICE frei: Nun sollte die Sonne genauer unter die Lupe genommen werden; man wollte die coronalen Massenauswürfe erforschen und Daten für die Vorbereitung kommenden Sonden zur Sonnenforschung sammeln. 1997 wurde ICE dann aber endgültig stillgelegt. Die Sonde war immer noch im Weltraum und im Prinzip immer noch intakt - auch wenn die Datenverbindung immer schlechter lief.
Aber irgendwie hat die Sonde die Menschen nicht los gelassen. 2014 hat man ein weiteres Mal versucht, sie zu reaktivieren. Diesmal war es ein privates Programm, finanziert über Crowdfunding, bei dem man versuchte, wieder Kontakt mit ICE aufzunehmen. Das war gar nicht so einfach, die dafür nötige Hardware auf der Erde; die ganzen passenden Antennen und Transmitter waren bei der NASA längst nicht mehr vorhanden. Aber mit viel Kreativität und Bastelei ist es am Ende tatsächlich gelungen, über das Arecibo-Radioteleskop Kontakt mit ICE aufzunehmen. Man konnte entsprechende Kommandos an den Satelliten schicken um die Steuerdüsen zu aktivieren. Der Plan war, ICE in eine Umlaufbahn zu bringen, die in der Nähe der Erde liegt. Und zuerst schien das auch zu klappen. Aber dann hörten die Düsen auf zu feuern; vermutlich weil die Ressourcen mittlerweile doch ausgegangen waren. Die Bahn konnte also nicht verändert werden, aber immerhin hatte man noch Kontakt und versuchte, mit den noch vorhandenen Messgeräten andere wissenschaftliche Daten zu sammeln. Am 16. September 2014 war dann aber endgültig Schluss. Der Kontakt mit dem Satelliten brach ab und konnte auch nicht wieder hergestellt werden.
36 Jahre nach seinem Start ins All war die Mission von ISEE-3/ICE zu Ende. Der Satellit war der erste in einer Bahn um den Lagrangepunkt L1 und er war vor allem das erste menschengemachte Objekt, das zu einem Kometen geflogen ist und ihn aus der Nähe erforscht hat. Keine schlechte Leistung für einen Satelliten, der eigentlich schon längst nicht mehr aktiv war.
Sternengeschichten Folge 725: Sterile Neutrinos und dunkle Materie
Mal ist zu viel Masse da und mal zu wenig Sternengeschichten Folge 725: Sterile Neutrinos und dunkle Materie In dieser Folge der Sternengeschichten wird es wieder einmal spekulativ. Aber das muss manchmal sein …
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Mal ist zu viel Masse da und mal zu wenigSternengeschichten Folge 725: Sterile Neutrinos und dunkle Materie
In dieser Folge der Sternengeschichten wird es wieder einmal spekulativ. Aber das muss manchmal sein, immerhin wollen wir in der Wissenschaft ja Dinge herausfinden, die wir noch nicht wissen, und dazu muss man spekulieren. Es geht wieder einmal um eine der großen offenen Fragen der Astronomie: Woraus besteht die dunkle Materie? Die Antwort darauf könnte gleichzeitig auch eine Antwort auf eine der großen offenen Fragen der Physik geben: Was ist mit den Neutrinos los? Und die Antwort um die es in beiden Fällen geht, lautet: sterile Neutrinos.
Das Thema ist naturgemäß komplex, voll mit verwirrender Quantenmechanik und Begriffen wie Chiralität oder Dirac-Masse, aber keine Sorgen, wie gehen das alles der Reihe nach durch. Fangen wir sicherheitshalber noch einmal kurz mit der Dunklen Materie an. So bezeichnet man das seit den 1930er Jahren beobachtete Phänomen, dass sich Galaxienhaufen, Galaxien und Sterne so bewegen, als wäre da im Universum mehr Masse, als wir sehen können. Dieses Phänomen ist real und eine mögliche Lösung lautet: Da ist tatsächlich mehr Masse, als wir sehen. Und es kann nicht einfach nur Masse sein, die halt - im Gegensatz zu Sternen - nicht leuchtet, also zum Beispiel Planeten oder Wolken aus Gas usw. Die hätten wir erstens auf anderem Weg entdeckt und zweitens muss es viel, viel mehr davon geben, als sich sinnvollerweise erklären lässt. Von der Masse, die wir nicht sehen können, ist circa fünfmal mehr da, als wir Sterne und so weiter im Universum haben. Deswegen lautet die Hypothese: Es gibt eine Art von Materie; ein bislang unentdecktes Teilchen, das sich überall im Universum befindet und zwar Gravitationskraft ausübt, und so die Bewegung der Himmelskörper beeinflusst, aber ansonsten unsichtbar ist. Also kein Licht aussendet, kein Licht absorbiert, und so weiter - diese Art von Materie spürt nur die Gravitationskraft, aber nicht die elektromagnetische Kraft, die für alles zuständig ist, was mit Licht zu tun hat. Das klingt ein wenig seltsam, aber wir kennen Teilchen, die sich genau so verhalten: Nämlich die Neutrinos.
Über diese faszinierenden Elementarteilchen habe ich in Folge 289 der Sternengeschichten schon ausführlich gesprochen. Sie werden überall im Universum bei allen möglichen Arten von nuklearen Reaktionen, zum Beispiel bei der Kernfusion der Sterne erzeugt. Sie sausen in gigantischen Mengen ständig durch die Gegend und dabei unter anderem durch uns durch, um die 100 Milliarden treffen pro Sekunde auf jeden Quadratzentimeter von uns. Wir merken aber nichts davon, weil die Neutrinos nicht mit der elektromagentischen Kraft wechselwirken, sie spüren also die Atome der normalen Materie nicht und die normale Materie spürt nichts von ihnen. Das macht diese Teilchen naturgemäß schwer nachweisbar und wie wir es trotzdem geschafft haben, habe ich unter anderem in Folge 289 besprochen aber auch in Folge 265. Ich komme später noch kurz darauf zurück, aber wichtig ist vorerst: Neutrinos verhalten sich im Prinzip genau so, wie es die dunkle Materie tun sollte. Das Problem: Ihre Masse ist viel zu gering. Da reicht auch die unvorstellbare Menge an Neutrinos nicht, um die dunkle Materie erklären zu können. Außerdem sind Neutrinos zu "heiß", was natürlich nichts mit der realen Temperatur zu tun hat. Sie bewegen sich extrem schnell, nahe an der Lichtgeschwindigkeit. Das passt nicht zu dem, was wir beobachten. Die dunkle Materie hat mit ihrem Gravitationseinfluss dafür gesorgt, dass sich die normale Materie im frühen Universum zu den großen Strukturen, den Galaxienhaufen und so weiter geformt hat. Das geht aber nur, wenn die Teilchen der dunklen Materie selbst nicht so heiß sind. Wenn sie alle wild und schnell kreuz und quer durch die Gegend sausen, dann können sie nicht die Grundlage für die Strukturbildung im frühen Universum sein. Wir brauchen kalte dunkle Materie, also Teilchen, die ein bisschen langsamer sind.
Neutrinos zeigen uns also, dass es prinzipiell möglich ist, dass Teilchen existieren, die sich wie dunkle Materie verhalten. Sie sind aber nicht die richtige Art von dunkler Materie, also muss es da noch was geben, was wir noch nicht entdeckt haben. Hypothesen gibt es viele; in Folge 514 oder 470 habe ich schon ein paar davon vorgestellt. Heute bleiben wir aber bei den Neutrinos. Denn die sind selbst immer noch höchst mysteriös. Ich habe vorhin gesagt, dass ihre Masse zu gering ist, als das sie ein guter Kandidat für die dunkle Materie wären. Das ist richtig, aber eigentlich dürften Neutrinos gar keine Masse haben. Oder, um etwas genauer zu sein: Das Modell mit dem wir beschreiben, wie die Elementarteilchen sich verhalten, sieht nur linkshändige Neutrinofelder vor, die nicht an das Higgsfeld koppeln können.
Der letzte Satz macht ein paar weitere Erklärungen notwendig und ich werde mich bemühen, so kurz und verständlich wie möglich zu bleiben. In der modernen Quantenphysik werden Teilchen durch Quantenfelder erklärt. Vereinfacht gesagt: Ein solches Feld ist ein "etwas" (und anschaulicher kann man es abseits der Mathematik kaum erklären), und wenn man dieses Feld ausreichend stark anregt, nehmen wir die Anregung des Feldes als Teilchen war, also zum Beispiel als Elektron oder eben als Neutrino. Diese Quantenfelder können miteinander wechselwirken und damit erklärt man - wieder sehr vereinfacht gesagt - die Kräfte, die zwischen den Teilchen wirken. Ein ganz besonderes Feld ist das Higgsfeld: Wenn zum Beispiel das Elektronenfeld mit dem Higgsfeld wechselwirkt, oder "koppelt", wie man sagt, dann sieht das Resultat für uns so aus, als hätte das Elektron eine Masse. Oder anders gesagt: Die Stärke der Kopplung mit dem Higgsfeld bestimmt, wie groß die Masse des Teilchens ist, die wir beobachten. Und jetzt müssen wir noch kurz über die Chiralität oder "Händigkeit" sprechen. Wir haben - normalerweise - eine rechte Hand und eine linke Hand. Die eine ist die Spiegelung der anderen und sie lassen sich nicht perfekt zur Deckung bringen. Das kann man noch gut verstehen, aber wenn man in der Teilchenphysik die Begriffe "linkshändig" oder "rechtshändig" verwendet, dann hat das absolut nichts mit irgendwelchen anschaulichen Eigenschaften zu tun, weswegen ich auch gar nicht versuche, irgendwelche anschaulichen Vergleiche zu verwenden. Belassen wir es bei: Die Händigkeit ist eine Eigenschaft von Quantenfeldern, die bestimmt, wie sie mit anderen Quantenfeldern wechselwirken und sie kann zwei Zustände haben, die wir als "linkshändig" und "rechtshändig" bezeichnen. Das ist zwar nicht wirklich korrekt, aber gerade noch so wenig falsch, das man damit arbeiten kann.
Das Elektronenfeld hat zum Beispiel eine links- und eine rechtshändige Komponente und das macht es möglich, dass es an das Higgsfeld koppelt. Neutrinos beschreiben wir aber nur mit einem linkshändigen Feld und das kann nicht an das Higgsfeld koppeln. Neutrinos sollten also masselos sein, wir wissen aus Experimenten aber, dass sie eine, wenn auch kleine, Masse haben. "Wo ist das Problem?" könnte man sich da jetzt denken. Dann geben wir in die Mathematik der Quantenfelder halt auch ein rechtshändiges Neutrinofeld dazu - dann koppelt das Neutrino an das Higgsfeld und seine Masse lässt sich erklären. Das kann man machen, aber so einfach ist es nicht. Denn die Masse des Neutrinos ist wirklich, wirklich klein. So klein, dass sie sich quasi nicht messen lässt; wir wissen nur, dass sie nicht gleich Null sein kann. Das bedeutet, dass das Neutrinofeld, auch wenn wir es um einen rechtshändigen Teil ergänzen, nur extrem schwach an das Higgsfeld koppeln kann. Und dann müsste man erklären, warum das so ist und das können wir derzeit nicht.
Womit wir jetzt endlich bei den Teilchen aus dem Titel sind: Den sterilen Neutrinos. Wir kennen derzeit drei unterschiedliche Neutrinos, nämlich Elektron-Neutrinos, Myon-Neutrinos und Tauon-Neutrinos. Und wir wissen, dass sie sich ineinander umwandeln können. Alle drei sind linkshändige Neutrinos - es könnte aber auch sein, dass es eine vierte Neutrinoart gibt, die rechtshändig ist. Dieses hypothetische Teilchen hat man "steriles Neutrino" genannt und das "steril" bezieht sich darauf, dass so ein rechtshändiges Neutrino dann nicht mehr in der Lage wäre, über die "schwache Wechselwirkung" zu interagieren. Über diese Fundamentalkraft im Universum habe ich schon in Folge 408 ausführlich gesprochen; sie ist enorm wichtig, unter anderem dafür, wie Neutrinos ab und zu doch noch mit normaler Materie in Wechselwirkung treten und damit nachgewiesen werden können. Teilchen, die die schwache Wechselwirkung nicht spüren, nennt man aber "steril" und das sterile Neutrino wäre damit noch viel schwerer nachweisbar als die eh schon kaum nachweisbaren normalen Neutrinos. Dafür kann ein steriles Neutrino aber an das Higgsfeld koppeln und eine Masse haben. Und, über einen Mechanismus der sich "Seesaw", also "Wippe" nennt und den ich jetzt definitiv nicht im Detail erklären will, weil das alles noch verwirrender machen würde, könnte das sterile Neutrino quasi mit den anderen Neutrinos zusammenhängen und so vereinfacht gesagt ein bisschen seiner Masse auf sie übertragen. Wenn es sterile Neutrinos gibt, hätten wir also einerseits vielleicht eine Erklärung, wie anderen Neutrinos ihre Masse kriegen. Und andererseits hätten wir ein Teilchen mit einer vergleichsweise großen Masse, das weder elektromagnetisch noch mit der schwachen Wechselwirkung interagiert und damit ein idealer Kandidat wäre, um die dunkle Materie zu erklären.
Aber mit "hätte" kommen wir nicht weiter, die Frage lautet: Gibt es die sterilen Neutrinos oder nicht? Und die Antwort darauf ist ein klares: Möglicherweise! Seit den 1990er Jahren hat man bei mehreren Experimenten versucht, sie nachzuweisen. Das ist natürlich nicht so einfach, direkt lassen sich sterile Neutrinos - wie vorhin erklärt - nicht nachweisen. Man muss - vereinfacht gesagt - Neutrinos beobachten, die bei verschiedenen Kernreaktionen entstehen. Die normalen Neutrinos können sich - wie ich auch vorhin schon gesagt habe - ineinander umwandeln. Das heißt: Wenn bei einem radioaktiven Zerfall oder einer Fusionsreaktion zum Beispiel ein Elektron-Neutrino entsteht, dann kann und wird es sich nach kurzer Zeit in ein Myon-Neutrino umwandeln. Und dass kann sich ebenfalls umwandeln, und so weiter. Die Neutrinos wechseln zwischen den verschiedenen Arten hin und her und diese Neutrino-Oszillationen folgen konkreten Regeln, die allerdings leicht unterschiedlich sind, je nachdem ob es sterile Neutrinos gibt oder nicht. In den Experimenten versucht man also möglichst genau zu messen, ob es von bestimmten Neutrinoarten mehr oder weniger gibt, als man erwarten würde. Und wenn die Messungen von den Erwartungen abweichen, könnte das ein Hinweis auf die Existenz eines sterilen Neutrinos sein. Dazu muss man natürlich sehr viele Messungen anstellen, um sich sicher sein zu können, dass man nicht einfach durch Zufall mehr oder weniger Neutrinos gemessen hat, sondern dass ein echter, systematischer Effekt ist. Und tatsächlich hat man immer wieder Mal Hinweise auf solche systematischen Abweichungen gesehen - zum Beispiel 2018 beim MiniBOONE-Experiment am Teilchenbeschleuniger des Fermilab. Die haben sich, dann aber bei weiteren Messungen nicht bestätigt. Die Daten schließen sterile Neutrinos nicht aus. Aber sie schließen sterile Neutrinos aus, die die Eigenschaften haben, von denen wir gedacht hätten, dass sie sie höchstwahrscheinlich haben. Wenn es sie gibt, dann müssen sie zum Beispiel deutlich mehr Masse haben, als gedacht. Und wenn das so ist, dann können sie immer noch gute Kandidaten für die dunkle Materie sein und immer noch erklären, wie die anderen Neutrinos an ihre Masse kommen. Aber sie sind halt dann noch schwerere nachweisbar.
Neutrinos sind höchst faszinierende Teilchen. Es ist schon beeindruckend genug, dass wir sie überhaupt entdeckt haben, so wenig wie sie mit dem Rest des Universums wechselwirken. Aber es gibt sie und es gibt keinen Grund, warum es nicht auch Teilchen geben sollte, die noch weniger Kontakt zu unserer normalen Welt haben. Irgendeine Erklärung muss es für die Masse der Neutrinos geben und ebenso für die dunkle Materie. Wenn sterile Neutrinos die Antwort auf diese Frage sind, dann werden sie uns auch irgendwann ins Netz gehen - denn was das angeht ist die Teilchenphysik ebenso hartnäckig wie die Astronomie. Wenn es etwas zu finden gibt, dann schauen wir so lange, bis wir es auch gefunden haben.
Sternengeschichten Folge 724: Gammablitze, das Neil Gehrels Swift Observatorium und ein apruptes Ende
Ein Universum voller Explosionen Sternengeschichten Folge 724: Gammablitze, das Neil Gehrels Swift Observatorium und ein apruptes Ende Am 20. November 2004 ist in Cape Canaveral eine Delta-II-Rakete ins All …
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Ein Universum voller ExplosionenSternengeschichten Folge 724: Gammablitze, das Neil Gehrels Swift Observatorium und ein apruptes Ende
Am 20. November 2004 ist in Cape Canaveral eine Delta-II-Rakete ins All gestartet. An Bord war ein 1470 Kilogramm schwerer und fast 6 Meter großer Satellit, der kurz danach fast perfekt auf seiner Umlaufbahn in circa 600 Kilometer Höhe abgeliefert wurde. Das Projekt der NASA trug damals noch den Namen "Swift" und seine Aufgabe war es, die größten Explosionen des Universums zu erforschen.
Gemeint sind damit die Gammablitze über die ich schon ausführlich in Folge 42 der Sternengeschichten gesprochen habe. Kurz gesagt sind das Ereignisse, bei denen in sehr kurzer Zeit enorme Mengen an elektromagnetischer Strahlung frei werden, nicht nur aber vor allem im hochenergetischen Bereich, also im Gammastrahlungsbereich. Entdeckt hat man dieses Phänomen in den 1960er Jahren mit Satelliten, die eigentlich prüfen sollten, ob irgendwer auf der Erde heimlich Atomwaffentests durchführt. Stattdessen hat man gigantische Explosionen im All gefunden, die weit entfernt, außerhalb der Milchstraße, quasi überall stattfinden. Und ich habe deswegen bis jetzt von "Ereignissen" und "Phänomenen" gesprochen, weil lange Zeit nicht so wirklich klar war, um was es sich dabei eigentlich handelt. Die Energiemengen die da frei werden, sind so enorm, dass es eigentlich keinen vernünftigen physikalischen Prozess gibt, der so etwas erzeugt. Mittlerweile weiß man natürlich ein wenig mehr. Eine Quelle von Gammablitzen sind Hypernovae. Also sowas wie eine Supernova, nur noch heftiger. Wenn ein wirklich, wirklich großer Stern, mit mehr als der hundertfachen Masse der Sonne, die Kernfusion in seinem Inneren einstellt und sein Leben beendet, dann kann er auf so gewaltige Weise kollabieren, dass wirklich viel Energie frei wird. Solche Sterne hat es vor allem im frühen Universum gegeben (es gibt sie aber auch jetzt noch) und deswegen sieht man die Gammablitze der Hypernovae vor allem weit entfernt, in Bereichen, aus denen das Licht entsprechend lange bis zu uns braucht. Es gibt aber auch Gammablitze, die man mit einer Hypernova nicht erklären kann und Swift war unter anderem dazu da, diese Frage zu klären.
Einen Gammablitz zu erforschen ist schwierig. Man kann warten, bis man irgendwo am Himmel so einen Blitz sieht. Aber dann ist es schon fast wieder zu spät, denn sie dauern nur ein paar Sekunden bis höchstens ein paar Minuten. Kaum dass man das Ding gefunden hat, ist es schon wieder vorbei und natürlich kann man probieren, an der Stelle am Himmel zu schauen, wo der Blitz stattgefunden hat, ob da noch was zu sehen ist. Aber die hochenergetische Strahlung wird durch die Atmosphäre der Erde blockiert und es ist schwer, mit den Instrumenten die wir hier haben, entsprechende Forschung anzustellen. Man kann natürlich schon auch mit den passenden Teleskopen von der Erde aus Informationen sammeln, aber dazu muss man idealerweise vorher genau wissen, wohin man schauen muss oder zumindest sehr, sehr kurz nachdem der Blitz stattgefunden hat. Genau deswegen hat man Swift ja auch ins All geschickt und genau deswegen hat man sich genau überlegt, welche Instrumente man in den Satelliten einbaut. Da ist zuerst einmal BAT, das Burst Alert Telescope. Es ist dazu da, Gammablitze zu sehen. Wenn BAT eine Beobachtung gemacht hat, wird die Position sofort zur Erde geschickt, wo passende Teleskope darauf warten und mit Höchstgeschwindigkeit in Position gebracht werden. Gleichzeitig kann Swift das XRT und das UVOT einsetzen. XRT steht für X-Ray Telescope, was einfach nur "Röntgenteleskop" heißt und genau das ist. Das UVOT ist das Ultraviolet/Optical Telescope und kann den Himmel im ultravioletten und normalen, sichtbaren Licht beobachten. Beide sind dazu da, das Nachleuchten der Gammablitze zu beobachten. Denn auch wenn der Blitz selbst nur kurz dauert, kann danach auch noch Strahlung mit weniger Energie, also eben Röntgen-, UV- und normales Licht freigesetzt werden. Zum Beispiel weil Material, dass bei der Sternexplosion weggeschleudert wird, mit dem interstellaren Gas kollidiert und dabei neue Strahlung erzeugt. Dieses Nachleuchten zu beobachten ist ein wichtiger Schritt, wenn man wissen will, was da eigentlich passiert ist.
Die Swift-Mission war vorerst für zwei Jahre finanziert; gebaut hat man den Satelliten aber für eine Lebensdauer von mindestens sieben Jahren. Und dass sich der Bau gelohnt hat, hat man quasi unmittelbar gesehen. Noch während alles getestet wurde, hat man den ersten Gammablitz gesehen und dann jede Menge mehr. Im Mai 2010, also fast sechs Jahre nach dem Start waren es schon 500. Im Oktober 2015 hat man den 1000. Gammablitz beobachtet und das zeigt nicht nur den Erfolg der Mission, sondern auch die Tatsache, dass sie weit über die zwei beziehungsweise sieben Jahre verlängert worden ist. Aber dazu kommen wir später noch - schauen wir zuerst mal, was bei diesen 1000 Gammablitzen alles dabei war. Zum Beispiel GRB050509B, am 9. Mai 2005. Und so bezeichnet man Gammablitze: Am Anfang steht "GRB" für "Gamma Ray Burst" und die Zahlen geben das Datum an, an dem man das Ereignis beobachtet hat. In diesem Fall war es der erste Gammablitz mit kurzer Dauer - nur ein zwanzigstel einer Sekunde - für den eine ausreichend genaue Position angegeben werden konnte, um auch herauszufinden, wo genau das Ding stattgefunden hat. In dem Fall in einer elliptischen Galaxie, deren Licht circa 3 Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat. Kurz danach, am 4. September 2005 konnte ein Gammablitz gemessen werden, dessen Licht 12,5 Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat, der damals am weitesten entfernte Gammablitz überhaupt. Swift hat weitere Rekordereignisse gefunden: Den längsten Gammablitz mit 33 Minuten Dauer, im Februar 2006. Oder am 19. März 2008 einen Gammablitz, der so absurd hell war, das man ihn theoretisch sogar kurz mit freiem Auge sehen hätte können, wenn man im richtigen Moment zum Himmel geschaut hätte. Dann hätte man Licht gesehen, dass 7,5 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war, so weit, wie nichts anderes das wir ohne optische Hilfsmittel sehen können. Die Rekorde für den am weitesten entfernten, den längsten, den heftigsten, und so weiter Gammablitz wurden im Laufe der Zeit immer wieder gebrochen. Und die vielen Daten zeigten auch langsam, was es neben sehr großen Sternen, die explodieren, sonst noch für Mechanismen gibt, die Gammablitze erzeugen. Die sehr kurzen Ereignisse zum Beispiel stammen von Kollisionen, wenn zum Beispiel zwei Neutronensterne miteinander zusammenstoßen. Das passiert zwar nicht sehr oft, aber wenn es passiert, wird dabei so viel Energie frei, dass man die Kollision durch das halbe Universum sehen kann.
Swift hat aber nicht nur Gammablitze erforscht. Auch andere Ereignisse erzeugen hochenergetische Strahlung, zum Beispiel klassische Supernovae. Genau so eine hat Swift im Januar 2008 beobachtet, in einer 85 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Sie hatte schon eine paar Wochen vorher stattgefunden und Swift sollte ein paar zusätzliche Daten sammeln. Und während Swift das gemacht hat, gab es noch eine Supernova in dieser Galaxie. Das war ein riesiger Glücksfall, denn man konnte nun den gesamten Verlauf der Supernova verfolgen, das erste Aufleuchten und das Nachglühen. Normalerweise verpasst man die frühe Phase, in diesem Fall war man von Anfang an dabei und konnte so wertvolle Informationen sammeln. Swift hat das Auseinanderbrechen von Sternen beobachtet, die von einem schwarzen Loch zerissen werden, die Strahlungsausbrüche von roten Zwergsternen und im Jahr 2017 auch die berühmte Kilonova AT2017gfo. Am 17. August 2017 konnte man Gravitationswellen messen, die aus einer 130 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie stammen. Es war genau die Art von Gravitationswellen, die man erwarten würde, wenn dort zwei Neutronensterne kollidieren. In diesem Fall ließ sich das aber auch bestätigen. Denn sowohl Swift, als auch das Hubble-Weltraumteleskop und diverse andere Instrumente konnten in der Galaxie das Nachleuchten des Ereignisses beobachten. Damit war es zum ersten Mal gelungen, nicht nur eine Gravitationswelle zu messen, sondern auch das Licht zu beobachten, dass von diesem Ereignis stammt. Und man konnte nocheinmal bestätigen, dass es wirklich kollidierende Neutronensterne sind, die kurze Gammablitze auslösen.
Ich könnte noch sehr, sehr viel länger erzählen, was Swift alles beobachtet hat. Der Satellit hat wunderbar funktioniert und es ist deswegen auch nicht überraschend, dass man ihn weit über die geplante Lebensdauer hinaus betrieben hat. Im Jahr 2017 hat man ihn dann auch unbenannt: Aus "Swift" wurde das "Neil Gehrels Swift Observatory", benannt nach dem amerikanischen Astronom Neil Gehrels, der Experte für Gammaastronomie und leitender Forscher der Swift-Mission war und im Februar 2017 verstorben ist. Das nun nach ihm benannte Teleskop aber war noch aktiv, ein Ende aber leider absehbar. Swift hat keinen eigenen Antrieb und auch wenn es in 600 Kilometer Höhe ziemlich leer ist, ist dort noch ein kleines bisschen Restatmosphäre übrig. Dieser mininale Luftwiederstand, zusammen mit dem Einfluss des Sonnenwindes reicht aus, dass der Satellit langsam aber sicher sinkt. 2025 betrug die Höhe der Umlaufbahn nur noch 500 Kilometer und es hat sich abgezeichnet, dass es bald zu Ende geht. Die NASA wollte ein so wichtiges und erfolgreiches Teleskop aber nicht einfach aufgeben, vor allem weil man noch keinen wirklichen Ersatz hatte, der ebenso schnell auf Gammablitze reagieren konnte wie Swift. Im September 2025 hat man deswegen die private Weltraumfirma Katalyst beauftragt, das Teleskop wieder anzuheben. Dazu musste ein spezielles Raumfahrzeug gebaut und ins All geschickt werden und das schnell! Im Sommer 2026 musste es soweit sein, sonst hätte man vermutlich keine Chance mehr. Katalyst hat schnell gearbeitet und vielleicht sogar zu schnell. Das Raumschiff mit dem Namen LINK flog am 3. Juli 2026 ins All und am 25. Juli fiel seine Höhenkontrolle aus. Zwei der drei Schwungräder, die die Fluglage halten sollten, waren defekt und es gab noch andere Probleme. Man probierte sie zu lösen, aber am 19. August musste man aufgeben. Ein knappes Monat später, am 25. September 2026, verglühte LINK in der Erdatmosphäre. Damit war auch das Ende von Swift besiegelt. Es war mittlerweile so tief gesunken, dass für einen erneuten Versuch einer Anhebung keine Zeit mehr war. Aber immerhin hat das das Neil Gehrels Swift Observatorium 22 Jahre durchgehalten, 20 Jahre länger als ursprünglich geplant. In dieser Zeit hat es uns ein Universum voller gigantischer Explosionen gezeigt und wir haben sie dank dieses Instruments sehr viel besser verstanden als davor.
Sternengeschichten Folge 723: Kann sich die Lichtgeschwindigkeit verändern?
War früher alles schneller? Sternengeschichten Folge 723: Kann sich die Lichtgeschwindigkeit verändern? In dieser Folge der Sternengeschichten geht es wieder einmal an die Grundlagen. In dem Fall: Die …
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War früher alles schneller?Sternengeschichten Folge 723: Kann sich die Lichtgeschwindigkeit verändern?
In dieser Folge der Sternengeschichten geht es wieder einmal an die Grundlagen. In dem Fall: Die fundamentalen Naturkonstanten, die das Verhalten unseres Universums bestimmen. Und die Frage, ob diese Naturkonstanten vielleicht doch nicht so konstant sind, wie wir denken. Und ganz konkret um die Frage, ob die Lichtgeschwindigkeit sich vielleicht ändern kann.
Sicherheitshalber fange ich gleich mit dem an, was ich mit dieser Frage nicht meine. Wir wissen ja, dass das Licht tatsächlich nicht immer gleich schnell ist. Im Vakuum bewegt es sich mit der konstanten Geschwindigkeit von 299.792,458 Kilometer pro Sekunde. Aber wenn sich das Licht nicht durch das Vakuum bewegt, sondern durch Luft oder Wasser oder irgendein anderes Medium, dann wird es langsamer. Das ist ein bekannter Effekt, der die Ursache der Lichtbrechung ist und zum Beispiel dafür verantwortlich, dass die Sterne funkeln. Denn das Sternenlicht muss sich ja durch die Atmosphäre bewegen, wird dabei langsamer und dadurch abgelenkt. Eine genau Erklärung, warum das Licht langsamer wird, ist gar nicht so einfach, aber darum geht es ja heute sowieso nicht. Es geht auch nicht um Überlichtgeschwindigkeit oder ähnliches. Sondern tatsächlich um die Frage: Ist die Lichtgeschwindigkeit in Wahrheit vielleicht keine Naturkonstante?
Die Grundlage eines Großteils der modernen Physik und Astronomie sind die Erkenntnisse von Albert Einstein. In seiner speziellen Relativitätstheorie hat er im Jahr 1905 festgestellt, dass Licht immer gleich schnell ist. Oder genauer gesagt: Wenn ich die Geschwindigkeit des Lichts messe, macht es zum Beispiel keinen Unterschied, ob dieses Licht aus einer Taschenlampe kommt, die ich in der Hand halte oder aus den Scheinwerfern eines Hochgeschwindigkeitszuges. Die Geschwindigkeit die ich messe ist in beiden Fällen exakt gleich.
In Wahrheit steckt dahinter natürlich noch viel mehr, aber in dieser Folge ist definitiv zu wenig Zeit, um die gesamte Relativitätstheorie zu erklären. Im Prinzip geht es aber um das Äquivalenzprinzip von Einstein, das er dann ein wenig später im Rahmen seiner allgemeinen Relativitätstheorie entwickelt hat. Wer sich in einem Gravitationsfeld befindet und zwar im freien Fall, spürt lokal keine Gravitation. Das klassische Beispiel dafür ist der fallende Fahrstuhl: Wer das Pech hat, in einem abstürzenden Aufzug zu stehen, wird plötzlich scheinbar schwerelos, obwohl die Gravitation der Erde ja noch vorhanden ist, was man definitiv merkt, wenn der freie Fall im Erdgeschoß abrupt beendet wird. Deswegen sind auch Menschen in der Raumstation schwerelos - nicht weil da keine Gravitation mehr wirkt, sondern weil sie im freien Fall um die Erde sind. In so einem lokalen, frei fallenden Bezugssystem - wie es wissenschaftlich korrekt heißt - spürt man also keine Gravitation. Man spürt damit insbesondere auch keine Beschleunigung und deswegen gilt dort das, was die spezielle Relativitätstheorie sagt, die sich ja auf Systeme bezieht, die nicht beschleunigt werden: Licht breitet sich im Vakuum immer mit derselben Geschwindigkeit aus, egal wer beobachtet.
Was hat das jetzt alles mit einer veränderlichen Lichtgeschwindigkeit zu tun? Wenn ich irgendwo an einem konkreten Ort die Lichtgeschwindigkeit messe, dann muss mein Ergebnis 299.792,458 Kilometer pro Sekunde lauten. Die Allgemeine Relativitätstheorie lässt aber eine scheinbar veränderliche Lichtgeschwindigkeit zu. Einstein hat ja auch gesagt, dass Massen den Raum krümmen und Licht dieser Krümmung folgt. Ein Stern oder eine Galaxie kann Licht ablenken und wenn wir das aus großer Entfernung beobachten, dann kann es so aussehen, als hätte das Licht die Geschwindigkeit verändert.
So weit ist noch alles klar. Licht ist immer gleich schnell, aber ab und zu kann es so aussehen, als wäre es nicht so. 1957 hat der amerikanische Physiker Robert Dicke dann aber eine andere Idee gehabt. Dicke ist unter anderem bekannt für die Vorhersage der Existenz der kosmischen Hintergrundstrahlung, die einen der wichtigsten Belege für den Urknall bietet. Er hat aber auch probiert, eine Alternative zu Einsteins Beschreibung der Gravitation zu finden. Bei Einstein ist Gravitation ja der Effekt der gekrümmten Raumzeit. Masse krümmt den Raum und alles bewegt sich entlang dieser Krümmung. Für uns sieht das so aus, als würde die Masse eine Kraft ausüben. Dicke hat sich jetzt überlegt, dass man den Raum auch so ähnlich wie Glas beschreiben kann. Nicht buchstäblich natürlich, aber prinzipiell. Unterschiedliche Glassorten brechen Licht unterschiedlich stark, was man mit dem Begriff des "Brechungsindex" beschreiben kann. Vielleicht - und das war Dickes Idee - hat der Raum selbst auch so etwas wie einen Brechungsindex, der von der Masse abhängt, die sich im Raum befindet. Licht würde dann tatsächlich seine Geschwindigkeit ändern, wenn es an großen Massen vorbeifliegt. Das ist eine interessante Idee, aber eine vernünftige Beschreibung der Gravitation hat Dicke damit nicht hinbekommen.
Aber die Sache mit der veränderlichen Lichtgeschwindigkeit hat die Menschen nicht losgelassen. Nur: Warum eigentlich? Klar, es ist spannend zu wissen, ob das Licht immer gleich schnell ist oder nicht. Aber Einsteins Theorie war eigentlich ziemlich gut und ist es immer noch. Brauchen wir wirklich eine Theorie, in der das Licht nicht immer gleich schnell ist? Vielleicht schon. Denn es gab in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ein paar große Probleme, vor allem in der Kosmologie.
Das Urknall-Modell hatte sich nach der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung immer weiter durchgesetzt. Vor 13,8 Milliarden Jahren hat das Universum begonnen sich auszudehnen, es war am Anfang extrem heiß und dicht und ist im Laufe der Zeit immer weiter abgekühlt. Die Details habe ich in anderen Folgen erklärt, aber wichtig ist: Gut 380.000 Jahre nach dem Urknall war das Universum das erste Mal so kühl, dass sich Strahlung darin ausbreiten konnte. Damals ist von jedem Punkt im Universum Strahlung in Richtung jedes anderen Punktes losgeflogen. Diese Strahlung ist zum Teil immer noch unterwegs und weil sie eben von jedem Punkt des Universums ausgeht, wirkt sie für uns wie ein gleichmäßiger Hintergrund. Wir können sie beobachten und sie kommt - sehr sehr schwach - tatsächlich aus jeder Richtung des Himmels zu uns. Und sie tut das sehr gleichmäßig, oder anders gesagt: Die Energie bzw. die Temperatur dieser Strahlung ist fast identisch, egal aus welcher Richtung sie kommt.
Und das ist ein Problem. Denn das Licht braucht ja Zeit, um sich von einem Ort zum anderen zu bewegen. Und 380.000 Jahre nach dem Urknall hat es noch nicht ausreichend viel Zeit gehabt. Wenn wir - vereinfacht gesagt - in eine Richtung des Himmels schauen, dann kriegen wir von dort Hintergrundstrahlung die aus einer Ecke des frühen Universums kommt. Und wenn wir in die andere Richtung schauen, dann kommt da Strahlung die aus einer anderen Ecke des frühen Universums stammt. Und auch wenn das Universum früher kleiner war als heute, hatte das Licht noch keine Zeit gehabt, um von einer Ecke zur anderen zu fliegen. Oder etwas wissenschaftlicher gesagt: Es gab keine kausale Verbindung zwischen den beiden Ecken. Nichts, was in der einen Ecke passiert, hat Einfluss auf die andere Ecke haben können. Es war insbesondere nicht möglich, dass sich irgendeine Art von Temperaturausgleich herstellen hätte können. Wenn die eine Ecke heißer war als die andere, dann kann sich das ja prinzipiell ausgleichen, wenn Energie von der wärmeren zur kälteren fließt. Dafür muss sich diese Strahlung aber eben ausbreiten und das braucht Zeit, die nicht vorhanden war. Entweder das Universum war von Anfang an extrem homogon, das heißt: Es hat von Anfang an so gut keine Temperaturschwankungen geben. Oder aber wir müssten eine Hintergrundstrahlung beobachten, die sehr viel ungleichmäßiger ist, als wir sie tatsächlich sehen.
Das ist das "Horizontproblem" und einfach zu sagen: Na dann war halt früher alles gleichmäßig, ist ein wenig unbefriedigend. Denn warum sollte das so gewesen sein; ein paar minimale Schwankungen sollten auf jeden Fall existieren. Also hat man sich überlegt, wie man das sonst erklären kann. Und damit sind wir bei der variablen Lichtgeschwindigkeit. Wenn die damals schneller war als heute, dann hat die Zeit vielleicht gereicht, um einen Ausgleich herzustellen. Genau das war der Grund, warum Leute über so etwas nachgedacht haben.
John Moffat, ein kanadischer Physiker, hat sich zum Beispiel überlegt, dass das Universum vielleicht irgendwann eine Art Phasenübergang durchlaufen hat, so ähnlich wie ein Eisblock, der irgendwann schmilzt und flüssig wird. Natürlich war das Universum nicht wirklich fest und dann flüssig, aber vielleicht war es früher so beschaffen, dass Licht sich schneller ausbreiten konnte als heute. Oder aber die Lichtgeschwindigkeit ist tatsächlich keine Konstante, sondern eine Größe, die sich aus welchen Gründen auch immer - im Laufe der Zeit ständig ändert.
Man kann sowas alles mathematisch sinnvoll formulieren und daraus alle möglichen Dinge ableiten. Aber wir wollen ja wissen, wie es wirklich war. Und tatsächlich kann man so etwas - zumindest ein bisschen - testen. In der Astronomie können wir ja zum Glück in der Zeit zurück schauen. Je länger das Licht unterwegs ist, desto weiter blicken wir in die Vergangenheit. Und wir können zum Beispiel eine Supernova betrachten, die vergleichsweise nahe explodiert und eine, die sehr weit weg stattfindet. Wie so eine Sternexplosion im Detail abläuft, hängt unter anderem davon ab, wie schnell sich das Licht bewegt. Wenn die Lichtgeschwindigkeit früher anders war als heute, sollten ferne Supernovae anders aussehen als die in unserer Nähe. Das ist aber nicht der Fall. Auch andere, ähnliche Tests liefern bis jetzt keinerlei Hinweise darauf, dass sich der Wert der Lichtgeschwindigkeit im Laufe der Zeit verändert hat.
Und das Horizontproblem haben wir auf andere Weise gelöst. Bzw. so halb gelöst. In den Folgen 69 und 70 der Sternengeschichten habe ich über die "Inflation" gesprochen. Das ist eine Hypothese, die in den 1980er Jahren entstanden ist und nach der sich das sehr frühe Universum während eines unvorstellbar kurzen Zeitraums unvorstellbar stark ausgedehnt hat. Ein bisschen so, als würde sich ein Elementarteilchen spontan auf die Größe eines Fussballs aufblasen. Wenn das so war, dann wäre das Universum ganz früher viel kleiner gewesen als wir dachten; klein genug, dass sich alles gut ausgleichen konnte und erst dann hat es sich aufgeblasen. Es gibt gute Gründe für die Existenz so einer inflationären Phase, aber letztgültig bestätigt haben wir sie noch nicht. Für eine veränderliche Lichtgeschwindigkeit sprechen keine gute so guten Gründe; und trotzdem wir ausführlich geschaut haben, haben wir nichts gesehen, dass darauf hindeutet. Es wird noch viel zu entdecken geben, wenn wir den Anfang des Universums besser verstehen. Aber die Chancen stehen gut, dass das Licht sich auch damals schon so schnell bewegt hat, wie es das heute tut.
Sternengeschichten Spezial September 2026
Nancy Roman, Wasser und ein neues Buch Sternengeschichten Spezial September 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live In der September-Ausgabe von …
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Nancy Roman, Wasser und ein neues BuchSternengeschichten Spezial September 2026
STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live
In der September-Ausgabe von Sternengeschichten Spezial gibt es zuerst den dringenden Hinweis, dass ich am 1. Oktober einen Vortrag in Jena halte und am 3. Oktober Sternengeschichten LIVE in Lübeck stattfident.
Danach geht es um den erfolgreichen Szart des Nancy Grace Roman Weltraumteleskops, das ab nächsten Jahr wunderbare Wissenschaft liefern wird und jetzt schon die ersten Testbilder gesendet hat.
Ich beantworte eine Frage zur Herkunft des Wassers auf der Erde und ich stelle mein neues Buch vor: Die Astronomie der Rauhnächte - auch als Hörbuch.
Am 20. Oktober gibt es dann auch noch "Das Universum LIVE" in Wiener Neustadt.
Mein neues Buch heißt "Die Astronomie der Rauhnächte" und man kriegt es überall wo es Bücher gibt; ebenso wie das zugehörige Hörbuch.
Mein zweites neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch.
Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima". Und es gibt noch "Die Welt der Mikroben".
Die nächsten Live-Podcastaufzeichnungen von “Das Universum” im Radiokulturhaus werden am 21. September und am 16. Dezember stattfinden. Tickets gibt es hier.
Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier.
Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter)), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten)) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten))
Feedback zu den Spezialfolgen bitte unter [email protected]
Sternengeschichten Folge 722: Der erstaunliche Kern des Merkur
Im Inneren versteckt sich die Antwort Sternengeschichten Folge 722: Der erstaunliche Kern des Merkur Merkur ist der sonnennächste Planet in unserem Sonnensystem. Das werden die meisten wissen. Aber was weiß man …
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Im Inneren versteckt sich die AntwortSternengeschichten Folge 722: Der erstaunliche Kern des Merkur
Merkur ist der sonnennächste Planet in unserem Sonnensystem. Das werden die meisten wissen. Aber was weiß man sonst so über den Merkur? Da wird einem vermutlich vorerst gar nicht so viel einfallen und dass man den Planet Merkur gerne ein wenig unterschätzt habe ich schon in Folge 393 der Sternengeschichten erzählt. Dass liegt vor allem daran, dass es schwer ist, mit einer Raumsonde zu Merkur zu fliegen; viel schwerer als zu den anderen Planeten. Warum das so ist, ist ein Thema für eine andere Folge, aber nur weil Merkur schwer zu erreichen ist, heißt das nicht, dass es dort nichts zu erforschen gibt. Ganz im Gegenteil! Ich habe in Folge 393 auch kurz erwähnt, dass Merkur einen erstaunlich großen Kern hat und den schauen wir uns heute ein wenig genauer an.
So wie die Erde, Venus und Mars ist auch Merkur ein Gesteinsplanet. Das heißt, er besteht aus einem metallischen Kern, einem Mantel aus Gestein und darüber eine Kruste, die die Oberfläche bildet. Die Erde zum Beispiel hat einen Durchmesser von 12742 Kilometern. Der Kern der Erde hat einen Durchmesser von knapp 7000 Kilometern. Merkur ist der kleinste Planet des Sonnensystems, mit einem Durchmesser von 4878 Kilometern. Sein metallischer Kern dagegen hat einen Durchmesser von circa 4100 Kilometern. Der Mantel ist nur gut 600 Kilometer dick und die Kruste knappe 10 Kilometer. Oder anders gesagt: Der Merkur besteht eigentlich nur aus Kern, mit einer überraschend dünnen Gesteinshülle drumherum. Der metallische Kern des Merkur ist größer als der Mond der Erde; der Kern von Merkur ist verglichen mit dem Durchmesser des Planeten absurd groß und die Frage die sich sofort stellt lautet natürlich: Warum?
Wir fangen aber mit einer anderen Frage an: Woher wissen wir das eigentlich? Ich habe zu Beginn erwähnt, dass der Merkur sich nur schwer erforschen lässt, weil es so schwer ist, ihn zu erreichen. Deswegen waren auch erst zwei Raumsonden dort zu Besuch, einmal Mariner 10 in den 1970er Jahren, die dreimal am Planeten vorbeigeflogen ist und dann erst wieder die Sonde Messenger die den Planeten zwischen 2011 und 2015 umkreist hat, wie ich in Folge 681 ausführlich erzählt habe. Und das war wichtig, wie wir gleich hören werden. Dass Merkur anders ist als die anderen Planeten hat man aber auch schon vorher gewusst. Denn auch ohne dorthin zu fliegen kann man bestimmen, wie groß der Planet ist und welche Masse er hat. Daraus folgt die mittlere Dichte, die mit 5,4 Gramm pro Kubikzentimeter fast so groß wie die mittlere Dichte der Erde ist, obwohl die Erde sehr viel größer ist. Das bedeutet: Merkur muss verhältnismäßig sehr viel mehr schwere Elemente wie Eisen oder Nickel enthalten als die Erde; also einen überdurchschnittlichen metallischen Kern haben. Für Details muss man dann aber wirklich zum Merkur fliegen, womit wir jetzt wieder bei der Raumsonde Messenger sind, die den Planeten umkreist hat. Dabei wird sie natürlich ständig von der Erde aus überwacht und man kann sehr genau messen, ob die Raumsonde bei der Umkreisung des Planeten vielleicht ein bisschen schneller oder langsamer wird. Wenn das passiert, dann heißt das, das sie ein bisschen mehr oder weniger von Merkur angezogen wird und das bedeutet, vereinfacht gesagt, dass sie gerade über Regionen des Merkur fliegt, wo überdurchschnittlich viel oder weniger Masse existiert. Oder etwas anders und genauer gesagt: Aus der Beobachtung der Flugbahn kann man herausfinden, wie die Materie im Inneren des Planeten verteilt ist. Man kann außerdem die Rotation des Merkur messen und auch das Wackeln seiner Rotationsachse, was ebenfalls Aufschluss über die Verteilung der Masse im Inneren gibt. Das kombiniert man dann mit Computermodellen, die den Aufbau von Planeten beschreiben und schaut, was am besten zu den Beobachtungsdaten passt. Und beim Merkur ist das eben ein Kern mit circa 4100 Kilometer Durchmesser.
Und jetzt zur eigentlichen Frage: Wie kommt Merkur zu so einem enormen Metallkern? Eine der ersten und lange Zeit favorisierten Hypothesen war die eines großen Einschlags. Vielleicht war Merkur früher, nachdem er entstanden ist, ein deutlich größerer Planet. Circa 2,3 mal größer als jetzt, mit einem viel dickeren Mantel um den Kern. Er wäre dann ein ganz normaler Planet gewesen, mit einem Kern der zu seiner Größe passt. Aber dann könnte Merkur das passiert sein, was auch der jungen Erde vor 4,5 Milliarden Jahren passiert ist, als die Planeten gerade entstanden sind. Die Erde ist mit einem ungefähr marsgroßen Planeten kollidiert und aus den Trümmern dieses Zusammenstoßes ist der Mond entstanden. Damals war überhaupt noch viel mehr los im Sonnensystem; es sind viel mehr Protoplaneten durch die Gegend geflogen und sich in die Quere gekommen. Eine Kollision zwischen Merkur und einem anderen Himmelskörper ist also durchaus plausibel. Dabei könnte der Mantel quasi abgetragen worden sein, so dass nur der Kern übrig geblieben ist. Aber diese Hypothese hat ein paar Probleme. Messenger hat bei seiner Erforschung des Merkurs zum Beispiel viele flüchtige Elemente gefunden, also chemische Elemente, die leicht verdampfen und als Gas entweichen können. Bei so einer gewaltigen Kollision hätte sich der Großteil davon eigentlich ins All verflüchtigen sollen. Und warum sind so wenig von den Trümmern der Kollision wieder auf den Merkur zurückgefallen? Vielleicht hat das was mit der Nähe zur Sonne zu tun; die starke Strahlung und der Sonnenwind könnten die Trümmer weggepustet haben. Aber je genauer man sich die Kollisionshypothese angeschaut hat, desto mehr Unklarheiten hat man gefunden.
Deswegen hat man sich bei der Untersuchung des Problems verstärkt auf die Entstehung und die Chemie des Merkur konzentriert. Vielleicht ist der Merkur tatsächlich so entstanden, wie wir ihn heute sehen. Vielleicht haben irgendwelche Prozesse dafür gesorgt, dass sich das Material in der Scheibe aus Gas und Staub aus der die Planeten entstanden sind, irgendwie so sortiert hat, dass in Sonnennähe besonders viel metallreicher Staub vorhanden war. Das wäre eine elegante Erklärung, wenn uns ein plausibler Mechanismus einfallen würde, der so eine Sortierung macht…
Vielleicht ist der übergroße Kern des Merkur auch ein Resultat der Chemie. Es kann sein, dass Merkur unter sehr reduzierenden Bedingungen entstanden ist. Das hat nichts mit einem Preisnachlass zu tun, sondern bedeutet, dass das Material aus dem Merkur entstanden ist, wenig Sauerstoff enthalten hat. Ich lasse die Details jetzt aus, aber ein Mangel an Sauerstoff kann Einfluss auf die chemischen Reaktionen haben, die stattfinden können. Bei der Erde war es ja zum Beispiel so, dass in der ursprünglichen Kugel aus heißem Material das Eisen, zusammen mit Nickel und anderen schweren Elementen nach innen gesunken ist und den Kern gebildet hat, während die leichteren Silikate außen den Mantel gebildet haben. Ist aber wenig Sauerstoff vorhanden, kann Silizium sich zum Teil an das Eisen binden und mit ihm in den Kern sinken. Der Mantel verliert dann Silizium, wird dünner und der Kern besteht jetzt aus Eisen und Silizium und wird überdurchschnittlich groß. Das würde zu den Beobachtungsdaten passen, die zeigen, dass Merkurs Kern nicht komplett aus Eisen und Nickel bestehen kann, denn dann wäre das Magnetfeld des Planeten stärker, als es ist. Es wäre auch eine elegante Erklärung, aber auch sie passt nicht zu 100 Prozent. Erstens müssten wir dazu noch erklären, warum Merkur unter so sauerstoffarmen Bedingungen entstanden ist. Vermutlich hat es etwas mit seiner Sonnennähe zu tun, aber wir haben noch wenig Forschung in dieser Region gemacht und da gibt es viel, was wir noch nicht verstehen. Und zweitens braucht auch die chemische Erklärung zumindest noch ein bisschen katastrophale Hilfe: Auch hier muss am Ende ein bisschen Mantel anderweitig verloren gegangen sein. Durch eine kleinere Kollision, durch den Einfluss des Sonnenwindes oder durch einen Prozess, den wir noch nicht kennen.
Wenn wir das Rätsel um den Kern des Merkur einmal gelöst haben werden, werden wir auch sehr viel besser verstanden haben, wie Planeten allgemein entstehen und was sich in der Frühzeit unseres Sonnensystems alles abgespielt hat. Bis es soweit ist müssen wir aber noch sehr viel Forschung auf dem sonnennächsten Planeten durchführen. Fest steht nur: Merkur ist ein außergewöhnlicher Planet in dessen Inneren die Antwort auf ein paar sehr spannende Fragen versteckt ist.
Sternengeschichten Folge 721: Wie hell ist die Sonne?
Und wie kriegt man das raus? Sternengeschichten Folge 721: Wie hell ist die Sonne? Wie hell ist die Sonne? Sehr hell, so viel ist klar. Aber das reicht natürlich nicht, um eine Podcastfolge zu füllen. Aber …
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Und wie kriegt man das raus?Sternengeschichten Folge 721: Wie hell ist die Sonne?
Wie hell ist die Sonne? Sehr hell, so viel ist klar. Aber das reicht natürlich nicht, um eine Podcastfolge zu füllen. Aber: Kann man mit dieser Frage überhaupt eine Podcastfolge füllen. Und: Soll man das überhaupt machen? Was gibt es zur Helligkeit der Sonne schon groß zu erzählen? Die Antworten auf die letzten drei Fragen lauten: Ja, Ja und Sehr viel, denn wenn es nicht so wäre, gäbe es diese Folge der Sternengeschichten nicht.
Fangen wir mit der Antwort auf die letzte Frage an: Was gibt es über die Helligkeit der Sonne zu erzählen? Sie ist, wie schon gesagt, sehr hell. Aber da geht es schon los: Sie ist für uns auf der Erde sehr hell, weil wir der Sonne vergleichsweise nahe sind. Würden wir die Sonne von einem Mond des Saturn aus betrachten oder vom fernen Pluto, dann wäre sie definitiv weniger hell. Helligkeit ist also eine Frage der Distanz und das ist wichtig. Die Sonne ist ein Stern und dass sie an unserem Himmel mit ihrer Helligkeit so eine Sonderstellung einnimmt, liegt daran, dass die anderen Sterne alle absurd weit entfernt sind. Wir wissen also genaugenommen nicht, wie hell die Sonne wirklich ist. Wir können sie nicht ohne weiteres mit anderen Sternen vergleichen. Vielleicht leuchtet die Sonne sehr viel heller als die meisten anderen Sternen, vielleicht aber auch nicht - um das zu wissen, müssten wir zuerst herausfinden, wie weit die anderen Sterne entfernt sind. Ich will hier auch gar keine künstliche Spannung erzeugen; heute wissen wir das alles natürlich und wissen auch, dass die Sonne definitiv nicht zu den hellsten Sternen gehört, aber auch nicht zu den allerschwächsten. Sie ist, vereinfacht gesagt, Mittelmaß und wenn man wollte, könnte man das auch exakt in Zahlen ausdrücken. Das soll aber nicht das Thema dieser Folge sein sondern die Frage: Wie haben wir das eigentlich herausgefunden? Wie haben wir die Helligkeit der Sonne gemessen?
Dafür müssen wir uns zuerst kurz überlegen, was wir mit "Helligkeit" meinen. Wir könnten zum Beispiel die "Bestrahlungstärke" der Sonne messen, also die Energie in Watt pro Quadratmeter, die von der Sonne auf der Erde landet. Das geht vergleichsweise einfach, es gibt Messgeräte, die das direkt registrieren können und das erste Mal gemessen wurde das vom französischen Physiker Claude Pouillet im Jahr 1838. Es sind 1367 Watt pro Quadratmeter, was auch als die "Solarkonstante" bezeichnet wird und nichts mit der Helligkeit der Sonne zu tun hat, die uns hier interessiert. Das Wissen über die Solarkonstante ist natürlich enorm wichtig für alle möglichen Sachen, aber es hilft uns nicht dabei, die Helligkeit der Sonne im Vergleich zu den anderen Sternen zu verstehen. Dazu müssen wir uns mit der photometrischen Helligkeit beschäftigen. Ich habe davon in früheren Folgen immer wieder gesprochen: Wenn in der Astronomie von "Helligkeit" die Rede ist, dann meint man damit im Allgemeinen eine Vergleichsgröße: Wie hell erscheint uns ein Objekt im Vergleich zu einem anderen.
Auf diese Weise hat schon der antike Astronom Claudius Ptolemäus im 2. Jahrhundert die Helligkeit der Sterne klassifiziert. Die hellsten Sterne, die er am Himmel sehen konnte, hat er Sterne der "ersten Größenklasse" oder "Magnitude" genannt, die schwächsten waren von der "sechsten Magnitude". Das System hat sich im Laufe der Zeit gehalten, ist verfeinert worden und irgendwann auf eine solide mathematische Basis gestellt worden. Ich habe darüber in Folge 395 ein wenig genauer gesprochen und darüber, welche Sterne man heute als Referenz- und Vergleichssterne verwendet, um die Helligkeit anderer Sterne anzugeben.
Aber so weit sind wir jetzt noch nicht. Wir sind im 19. Jahrhundert und die Frage lautet immer noch: Wie hell ist die Sonne? Die Bestimmung der Helligkeit anderer Sterne ist vergleichsweise einfach: Man schaut sie sich an, entweder mit dem freien Auge oder dem Teleskop und vergleicht den Helligkeitseindruck mit dem von vorgegebenen Referenzsternen, deren Helligkeit bekannt ist. Und je nachdem wird die Helligkeit der Sterne dann entsprechend angegeben. Aber wie soll das bei der Sonne gehen? Erstens können wir die Sonne und die Sterne nie gleichzeitig am Himmel sehen. Und selbst wenn: Die Sonne erscheint uns als strahlend helle Scheibe, so hell, dass wir sie gar nicht vernünftig anschauen können und die Sterne sind kleine Punkte. Wie soll man da irgendwas vergleichen?
Einer der ersten, der eine halbwegs brauchbare Lösung für dieses Problem gefunden hat, war der englische Wissenschaftler William Hyde Wollaston. Am 11. Dezember 1828 hat er eine Arbeit veröffentlicht, die den Titel "Über eine Methode, das Licht der Sonne mit dem der Sterne zu vergleichen" trägt. Und diese Methode sah so aus: Wollaston hat eine kleine, mit Quecksilber gefüllte Kugel genommen, so wie die Kugeln am Ende der alten Quecksilberthermometer, die vielleicht manche noch kennen. Er ließ das Licht der Sonne auf diese Kugel fallen und in ihrer metallischen Oberfläche hat sich die Sonne gespiegelt. Diese Spiegelung hat er dann aus der Ferne mit einem Teleskop betrachtet und im Teleskop sah die winzige Spiegelsonne dann tatsächlich wie ein Stern am Nachthimmel aus. Aber natürlich konnte er immer noch nicht die Sonne und die restlichen Sterne gleichzeitig beobachten. Also hat er sich einen weiteren Trick ausgedacht: Er hat auch noch eine Kerze genommen und deren Licht ebenfalls an einer kleinen Quecksilberkugel gespiegelt. Dieses Spiegelbild hat er dann durch eine Linse beobachtet, die das Bild in eines seiner Augen umgelenkt hat. Gleichzeitig hatte er das andere Auge am Teleskop, wo er die Spiegelsonne sehen konnte. Jetzt musste Wollaston nur noch den Abstand der Kerze zur Linse so lange verändern, bis er beide Lichtpunkte gleich hell sehen konnte. Aber was soll das bringen? Es bringt dann sehr viel, wenn man die Messung in der Nacht mit einem Stern wiederholt. Das hat Wollaston gemacht und zwar mit Sirius. Wieder hatte er in einem Auge das Spiegelbild der Kerze und im anderen diesmal das Bild des Sterns Sirius aus seinem Teleskop. Und wieder hat er die Kerze verschoben, bis beide Lichtpunkte gleich hell erschienen sind. Jetzt konnte er vergleichen: Wie weit muss man die Kerze verschieben, bis sie so hell wie der Sirius erscheint? Und wie weit muss man dieselbe Kerze mit der selben Helligkeit verschieben, bis sie so hell wie die Spiegelsonne erscheint. Die Kerze war quasi der konstante Faktor, den er später aus dem Experiment herausrechnen und so zumindest mathematisch die Sonne und Sirius direkt vergleichen konnte. In Wahrheit war da natürlich noch ein wenig mehr Technik und Mathematik dahinter, aber am Ende kam Wollaston zu dem Schluss, dass die Sonne von der Erde aus gesehen ungefähr 20 Milliarden mal heller erscheint als der Sirius.
Das war schon keine schlechte Annäherung, aber die Methode von Wollaston war doch recht ungenau und fehleranfällig. Der erste, der nach modernen wissenschaftlichen Maßstäben die Helligkeit der Sonne wirklich gut gemessen hat, war der deutsche Astronom Karl Friedrich Zöllner. 1865 hat er sein Buch "Photometrische Untersuchungen mit besonderer Rücksicht auf die physische Beschaffenheit der Himmelskörper" veröffentlicht und darin ausführlich erklärt, was er gemacht hat. Er hat das von ihm schon früher erfundene "Astrophotometer" benutzt. Mit diesem Gerät kann man einerseits einen Stern am Nachthimmel durch ein Teleskop beobachten. Andererseits kann man gleichzeitig aber auch einen "künstlichen Stern" sehen, also in diesem Fall das Licht einer Kerze mit einer definierten Helligkeit. Das klingt ein wenig so wie das, was Wollaston gemacht hat, aber bei Zöllner war der Mechanismus deutlich ausgeklügelter. Er hat nicht einfach nur das Kerzenlicht verwendet, sondern es zuerst durch eine kreisförmige Öffnung fallen lassen, die dann der eigentliche künstliche Stern war. Er wollte keine flackernde Flamme sehen, sondern ein gleichmäßig leuchtendes, punktförmiges Objekt, eben so wie ein Stern. Mit Linsen hat er das Bild dieses künstlichen Sterns so klein wie möglich gemacht und mit anderen optischen Elementen konnte er die Helligkeit des künstlichen Sterns auf klar definierte, messbare und nachvollziehbare Weise verringern oder vergrößeren. Das alles war so konstruiert, dass Zöllner damit den realen Stern am Himmel und den künstlichen Stern gleichzeitig im Blickfeld hatte. Danach regelte er die Helligkeit des künstlichen Sterns solange, bis beide gleich hell waren und weil er ja erstens wusste, wie hell sein künstlicher Stern war - das war zuvor natürlich entsprechend kalibriert worden und zweitens wusste, wie stark er die Helligkeit des künstlichen Sterns verändert hatte, konnte er damit auch die Helligkeit des echten Sterns bestimmen.
Zöllners Astrophotometer war eine großartige Erfindung mit der die Helligkeitsmessung in der Astronomie viel genauer möglich war als früher. Und Zöllner konnte damit auch die Helligkeit der Sonne bestimmen. Dazu hat er das Licht der Sonne mit Linsen und Filtern zuerst abgeschwächt und so verkleinert, dass die Sonne wie ein Stern am Nachthimmel ausgesehen hat. Dann hat er sie, wie vorhin beschrieben, mit seinem künstlichen Stern verglichen und konnte dass dann mit den Messungen vergleichen, die er mit Sternen am Nachthimmel gemacht hat. Er hat nicht Sirius als Vergleich verwendet, sondern Capella und sein Ergebnis lautete: Die Sonne leuchtet von der Erde aus gesehen 55,8 Milliarden mal heller als Capella. Oder, wenn man es in die üblicheren Größenklassen beziehungsweise Magnituden umrechnet: Die Sonne hat eine Magnitude von -26,66.
Oder etwas anders gesagt: Capella ist ein Stern der nullten Größenklasse und die Sonne erscheint uns fast 27 Größenklasse heller als Capella. Im ursprünglichen System aus der Antike gab es ja nur die Klassen 1 (sehr hell) bis 6 (kaum noch zu sehen). Das hat natürlich irgendwann nicht mehr gerecht, man hat alles verfeinert, neu definiert, und so weiter und darum hatte man nun auch Sterne der nullten Größenklasse, also noch heller als die der 1. Magnitude. Und alles was noch heller war - der Mond, die Planeten oder eben die Sonne - musste dann eben mit negativen Magnituden angegeben werden. Mit Zöllners Methode konnte man auf die gleiche Weise die Helligkeit des Mondes während seiner Phasen messen; die der Planeten und hatte jetzt endlich nachvollziehbare Werte die mit den Sternhelligkeiten verglichen werden konnten. Mehr noch: Man konnte jetzt auch herausfinden, wie hell die Sonne im Vergleich mit anderen Sternen wirklich ist. Dazu verwendet man in der Astronomie das Konzept der "absoluten Helligkeit", bei dem man sich im Prinzip vorstellt, dass alle Sterne gleich weit und in einer vorgegebene Entfernung von der Erde weg sind und für diese Entfernung schaut man dann, wie hell sie uns erscheinen würden. Bei der Sonne kriegt man einen Wert von 4,8 Magnituden, was sie tatsächlich zu einem durchschnittlichen Stern macht. Rote Zwerge leuchten noch schwächer, mit absoluten Helligkeiten von 10 bis 15 Magnituden. Und die Riesen-, Überriesen- und Hyperriesen-Sterne können bis zu -15 Magnituden erreichen. Unsere Sonne steht ziemlich in der Mitte dieser Extreme - aber das wissen wir erst, seit wir herausgefunden haben, wie hell sie leuchtet. Sehr hell, aber eben nur für uns.
Sternengeschichten Folge 720: Infrarotgalaxien
LIRGs, ULIRGs, HyLIRGS und ELIRGs Sternengeschichten Folge 720: Infrarotgalaxien Galaxien leuchten, das ist bekannt und vorerst nicht weiter bemerkenswert. Galaxien leuchten im normalen Licht, deswegen können …
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LIRGs, ULIRGs, HyLIRGS und ELIRGsSternengeschichten Folge 720: Infrarotgalaxien
Galaxien leuchten, das ist bekannt und vorerst nicht weiter bemerkenswert. Galaxien leuchten im normalen Licht, deswegen können wir sie auch in normalen Teleskopen sehen, oder - im Fall der nahen Andromedagalaxie oder den Magellanschen Wolken - auch direkt mit unseren Augen. Galaxien leuchten aber deswegen, weil die Sterne, aus denen sie bestehen, Licht aussenden. Und Sterne geben mehr ab als nur das für unsere Augen sichtbare Licht. Sterne leuchten in allen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums und deswegen ist es auch keine große Überraschung, dass Galaxien ebenfalls zum Beispiel im ultravioletten oder infraroten Licht sichtbar sind. Ein bisschen überraschend war es dann aber schon, als die beiden amerikanischen Astronomen Frank Low und Douglas Kleinmann im Jahr 1968 bei ihren Beobachtungen herausgefunden haben, dass manche Galaxien sehr viel Infrarotlicht abgeben. Ihren damaligen Beobachtungen nach gab es Objekte, die mindestens so viel Energie im infraroten Teil des Spektrums abgestrahlt haben wie im optischen, also beim normalen Licht.
Das hatte man so nicht erwartet und man hatte es in der Form davor auch noch nicht gewusst. Es ist ja gar nicht so einfach, von der Erde aus Beobachtungen im infraroten Teil des Spektrums anzustellen. Man kann das zwar im Prinzip mit den selben Teleskopen erledigen, die auch die normalen Beobachtungen anstellen. Aber unsere Atmosphäre blockiert einen großen Teil der Infrarotstrahlung, die aus dem Weltall zu uns gelangt. Nur der kurzwelligste Teil des Infrarotlichts kommt durch, aber von den mittleren Wellenlängen wird schon das meiste blockiert und das langwelligste Teil komplett. Die Beobachtungen von Low und Kleinmann waren nur deswegen möglich, weil Low 1961 einen neuen, besseren und empfindlicheren Detektor erfunden hatte, der auch etwas langwelligere Infrarotstrahlung auf der Erde registrieren konnte. Die beiden haben ihre Beobachtungen fortgesetzt und festgestellt, dass solche "Infrarotgalaxien" keine Ausnahme sind. Alle Galaxien leuchten auch in den langwelligeren Bereichen des Infrarot und sie haben immer wieder welche gefunden, die das mit enormer Helligkeit tun. In einer Arbeit aus dem Jahr 1970 haben sie zum Beispiel gleich fünf Stück entdeckt, die 1000 mal mehr Infrarotstrahlung abgeben als normale Galaxien.
Zu dieser Zeit hat man sich in der Astronomie vor allem zwei Fragen zu diesem Thema gestellt. Erstens: Was ist die Ursache für die enorme Infrarothelligkeit mancher Galaxien? Und zweitens: Wie häufig sind diese Objekte tatsächlich? Vor allem die zweite Frage war schwer zu beantworten, denn auch mit den besten Detektoren kann man vom Erdboden aus nicht den gesamten Infrarotbereich beobachten. Das geht nur vom Weltall aus und damals gab es kein Weltraumteleskop, das für solche Beobachtungen geeignet war. Ohne eine Antwort auf die zweite Frage konnte man aber auch bei der ersten nur spekulieren. Ein bekannter Prozess, der auch Infrarotstrahlung erzeugt, ist ein "Synchrotronmodell". Das klingt kompliziert, aber eigentlich geht es nur um folgendes: Wenn sich geladene Teilchen, zum Beispiel Elektronen, sehr schnell durch ein Magnetfeld bewegen, dann senden sie dabei elektromagentische Strahlung aus. Wir wissen, dass es Galaxien - und jede Menge andere astronomische Prozesse - gibt, wo so etwas passiert. Zum Beispiel bei aktiven Galaxien, wo ein supermassereiches schwarzes Loch im Zentrum umgeben ist von jeder Menge Gas und Staub. Das ganze Zeug wirbelt mit enormer Geschwindigkeit um das schwarze Loch herum und diese schwarzen Löcher haben auch starke Magnetfelder. Man hatte damals schon die starke Radiostrahlung beobachtet, die auf diese Weise dort erzeugt wird, aber der selbe Vorgang kann auch Infrarot- und andere Strahlung erzeugen, je nachdem wie viel Energie gerade in den Elektronen steckt.
Aber, und das haben die Beobachtungen von Low und Kleinmann gezeigt, mit so einem einfachen Modell lassen sich die Beobachtungen nicht vollständig erklären. Die Variationen in der Infrarotstrahlung der Galaxien sind zu komplex, um alle von einem einzigen Prozess im Zentrum der Galaxien zu stammen. Da muss irgendetwas anderes passieren, aber was das genau ist, war noch unklar. Um das Rätsel zu lösen war ein kompletter Blick auf den Infrarothimmel nötig. Und der wurde im Jahr 1983 möglich: Da hat man das Weltraumteleskop IRAS ins All geschickt. Die Abkürzung steht für "Infrared Astronomical Satellite" und damit ist klar, um was es sich handelt: Das erste Infrarotweltraumteleskop, das von der NASA gemeinsam mit den Weltraumagenturen von Großbritannien und den Niederlanden gebaut wurde. Es war nur 10 Monate lang aktiv, aber in der Zeit hat es unser Wissen über den Weltraum maßgeblich erweitert. IRAS hat definitiv irgendwann eine eigene Folge der Sternengeschichten verdient, aber vorerst reicht es zu wissen, dass damit auch circa 20.000 Galaxien beobachtet wurden. Das erste Mal hatte man einen halbwegs vernünftigen Überlick über die Infrarothelligkeiten der Galaxien am Himmel und viele davon hatte man zuvor noch gar nicht gesehen. Diese Galaxien haben also im normalen Licht so schwach geleuchtet, dass wir sie nicht gesehen haben; erst mit dem Infrarotteleskop sind sie für uns sichtbar geworden. Oder anders gesagt: Diese Galaxien haben im Infrarotlicht sehr viel stärker geleuchtet als anderswo. Oder noch einmal anders gesagt: Man hatte eine neue Klasse von Galaxien entdeckt, die "Infrarotgalaxien", die den größten Teil ihrer Energie im infraroten Bereich des Lichtspektrums abgeben.
Das war aber noch längst nicht alles. Natürlich hat man sich jetzt noch intensiver als vorher mit diesen Objekten beschäftigt und danach gesucht. Und dabei festgestellt, dass es nicht einfach nur helle Infrarotgalaxien gibt, sondern auch enorm helle. Eine normale Infrarotgalaxien leuchtet im Infraroten mit einer Leuchtkraft von ungefähr 100 Milliarden Sonnenleuchtkräften. Es gab aber auch welche, die im Infrarotlicht so hell waren, wie eine bis zehn Billionen Sonnen, weswegen man diese Objekte als "Ultrahelle Infrarotgalaxien" bezeichnet hat. Und je weiter man beobachtet hat, desto extremer wurde die Sache. Man hat Galaxien mit der Infrarotreuchtleuchtkraft von 100 Billionen Sonnen gefunden und welche, die eine Billiarde mal heller waren als die Sonne. Daraus hat sich folgendes Klassifikationsscheme entwickelt. Die normalen Infrarotgalaxien werden LIRGs genannt, was für "Luminous Infrared Galaxy", also "helle Infrarotgalaxie" steht. Danach kommen die ULIRGs, die "Ultra-Luminous Infrared Galaxy". Es folgen die HyLIRGs, die "Hyper-Luminous Infrared Galaxy" und am Ende stehen - vorerst - die ELIRGs, also die "Extremely Luminous Infrared Galaxy".
Es bleibt aber immer noch die Frage: Was ist mit diesen Objekten los? Warum leuchten die so hell im Infrarotlicht? Auch hier haben die Beobachtungen von IRAS den Durchbruch gebracht. Das meiste Infrarotlicht senden diese Galaxien in den mittleren und längeren Wellen des Infrarot aus. Das ist aber genau das, was Staub macht. Natürlich leuchtet Staub nicht von selbst. Aber wenn man den ganzen kosmischen Staub erwärmt, der sich überall zwischen den Sternen einer Galaxie befindet, dann gibt er diese Energie vor allem in den mittleren und langen Wellenlängen des Infraroten wieder ab. Und was erwärmt den Staub? Energiereiche Strahlung von Sternen und das bedeutet: Junge Sterne. Wenn ein Stern gerade erst entstanden ist, gibt er sehr viel energiereiche ultraviolette Strahlung ab, die wunderbar geeignet ist, Staub zu erwärmen. Die Infrarotgalaxien müssen also Galaxien sein, in denen sehr viele neue Sterne entstehen. Aber, könnte man jetzt denken, müsste man das nicht sehen? Junge Sterne leuchten ja nicht nur im Ultraviolettlicht, sondern sind auch im normalen Licht sehr hell. Das ist richtig, aber Infrarotgalaxien sind nicht nur Galaxien mit sehr viel Sternentstehung, sondern brauchen eben auch sehr viel Staub. Und dieser Staub verdeckt das normale helle Licht der Sterne, und wir sehen nur die Infrarotstrahlung des aufgewärmten Staubs.
Es gibt noch einen zweiten Prozess, der vor allem bei der extremen Helligkeit der ULIRGs, HyLIRGS und ELIRGS eine Rolle spielt. Ich habe vorhin schon von der Synchrotronstrahlung erzählt, die aus der Umgebung der supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien stammt. Wenn diese Zentren jetzt ebenfalls von sehr viel Staub umgeben sind, kriegen wir da noch einmal extra Infrarotstrahlung obendrauf. Je nach Art der Galaxie kann das zentrale schwarze Loch sogar den dominierenden Anteil der Infrarotstrahlung beisteuern; wie das zum Beispiel bei den extremen ELIRGs der Fall ist.
Bleibt noch eine Frage: Warum sind manche Galaxien Infrarotgalaxien und manche nicht? Ein guter Weg, um eine "Luminous Infrared Galaxy" zu erzeugen, ist die Kollision und Verschmelzung zweier Galaxien, die viel Gas enthalten. Die gravitativen Störungen bei der Wechselwirkung zwischen den Galaxien wirbelt das Gas durcheinander und lässt daraus auf einen Schlag jede Menge Sterne entstehen. Wenn die Wechselwirkung zwischen beiden Galaxien sehr stark ist, kann viel Gas in das Zentrum der neu entstehenden Galaxie transportiert werden, und dort die Aktivität rund um das schwarze Loch erhöhen. Die LIRG wird dann zur ULIRG und leuchtet heller. Und wenn die schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien wirklich massereich sein, dann wird alles noch ein wenig extremer und wir kriegen eine HyLIRG oder ELIRG.
Mittlerweile ist die Erforschung dieser Infrarotgalaxien ein wichtiger Teil der Astronomie geworden. Einerseits machen es diese Objekte möglich, die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien zu untersuchen, wo wir es ansonsten nicht könnten. Vor der Entdeckung der Infrarotgalaxien war ein großer Teil der Sternentstehung im Universum vor uns verborgen. Und andererseits können wir mit den Infrarotgalaxien auch besser verstehen, wie Galaxien miteinander wechselwirken und verschmelzen. Die Infrarotgalaxien haben uns gezeigt, dass es auch dort, wo es im Universum scheinbar dunkel ist, jede Menge zu entdecken gibt.
Sternengeschichten Folge 719: Tachyonen - Schneller als das Licht
Wo ruft man mit einem Antitelefon an? Sternengeschichten Folge 719: Tachyonen - Schneller als das Licht Nichts ist schneller als das Licht. Das ist eine zentrale Erkenntnis von Albert Einsteins …
Notas del episodio
Wo ruft man mit einem Antitelefon an?Sternengeschichten Folge 719: Tachyonen - Schneller als das Licht
Nichts ist schneller als das Licht. Das ist eine zentrale Erkenntnis von Albert Einsteins Relativitätstheorie und ein Grundpfeiler der modernen Physik. Das heißt aber nicht, dass niemand darüber nachdenkt, wie man diese Geschwindigkeitsbeschränkung nicht doch irgendwie umgehen kann. Ich habe in Folge 252 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich über das Problem des Reisens mit Überlichtgeschwindigkeit gesprochen. In dieser Folge gibt es aber ein anderes Thema. Es geht nicht um Raumschiffe, mit denen wir Menschen überlichtschnell durch das Weltall reisen können. Sondern um die Frage, ob die Natur das mit dem Tempolimit der Lichtgeschwindigkeit wirklich ernst nimmt - oder ob es nicht vielleicht auch Teilchen geben könnte, die sich schneller bewegen.
Wir wissen, dass es Teilchen gibt, die sich langsamer als das Licht bewegen, nämlich quasi alle die wir kennen. Wir wissen auch, dass es Teilchen gibt, die sich exakt mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, nämlich alle die, die eine Ruhemasse von Null haben. Das sind zum Beispiel Photonen, also die quantenmechanischen Teilchen, aus denen das Licht besteht. Oder Gluonen, ebenfalls masselose Teilchen, die die Bindung zwischen den Partikeln des Atomkerns herstellen. Da ist die Sache in Wahrheit ein wenig komplizierter, aber das lasse ich jetzt am besten aus. Der Punkt ist: Wenn es Teilchen gibt, die langsamer als das Licht sind und Teilchen, die gleich schnell wie das Licht sind: Warum soll es dann keine geben, die schneller sind?
Diese Frage haben sich Leute schon gestellt, bevor Albert Einstein zu Beginn des 20. Jahrhunderts seine Relativitätstheorie entwickelt hat, aus der die Geschwindigkeitsgrenze des Lichts folgt. Auch das möchte ich hier nur kurz erklären, aber es läuft auf folgendes hinaus: Um etwas zu beschleunigen, braucht es Energie und zwar umso mehr, je mehr Masse das Ding hat, dass man beschleunigen will. Ein Spielzeugauto lässt sich sehr leicht anschieben, ein voll beladener LKW dagegen eher schwer. Das ist wenig überraschend und auch nicht neu. Aber eine der vielen überraschenden Konsequenzen von Einsteins Theorie ist der relativistische Massenzuwachs. Das soll heißen: Je schneller sich ein Objekt bewegt, desto mehr Masse hat es. Oder, ein klein wenig wissenschaftlich korrekter gesagt: Die Masse eines Objekts hängt von der Geschwindigkeit ab, die es relativ zu einem unbewegten Beobachter hat. Der Effekt ist aber durchaus real. Wenn man sich zum Beispiel an die alten Röhrenfernseher erinnert, dann haben die funktioniert, weil dort Elektronen beschleunigt und dann auf einen Leuchtschirm geworfen wurden, wo sie das Bild erzeugt haben. Damit das alles funktioniert, müssen die Elektronen durch Magnetfelder präzise abgelenkt werden. Und damit DAS funktioniert muss das Magnetfeld exakt auf die Masse der Elektronen abgestimmt werden und wenn man die relativistische Massezunahme ignoriert, dann würde der Fernseher nicht funktionieren.
Wenn jetzt aber ein Teilchen mehr Masse hat, wenn es sich schnell bewegt, braucht man auch mehr Energie als gedacht, wenn man es noch schneller machen will. Und wenn man das geschafft hat, schlägt die relativistische Massezunahme wieder zu und man braucht noch mehr Energie, um es noch weiter zu beschleunigen. Und so weiter: Irgendwann landet man an dem Punkt, wo man unendlich viel Energie benötigen würde, um ein Objekt bis zur Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und unendlich viel Energie ist eher schwer aufzutreiben. Deswegen kann sich nichts schneller als das Licht bewegen, so Einstein. Das einzige, was sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann, sind Teilchen die gar keine Ruhemasse haben, so wie eben die Photonen.
Aber, und jetzt kommen wir zur Überlichtgeschwindigkeit, nur weil es unmöglich ist, die Barriere der Lichtgeschwindigkeit zu durchdringen, heißt das ja nicht zwingend, dass nichts schneller als Licht sein kann. Es mag zwar nicht klappen, etwas von Unterlichtgeschwindigkeit auf Überlichgeschwindigkeit zu bringen. Aber was ist mit Teilchen, die einfach IMMER schneller als das Licht sind. Sie halten sich dann quasi im übertragenen Sinn immer auf der anderen Seite der Grenze auf, während die "normalen" Teilchen immer auf der einen Seite sind. Gut, sowas kann man sich durchaus denken. Aber kriegt man sowas auch irgendwie sinnvoll physikalisch formuliert? Diese Frage haben sich Oleksa Bilaniuk, Vijay Deshpande und George Sudarshan von der Universität Rochester in den USA im Jahr 1962 gestellt und in einem kurzen Fachartikel beantwortet.
Wenn man die Materie in die drei vorhin genannten Klassen einteilt - unterlichtschnell, lichtschnell und überlichtschnell - dann kriegt man im dritten Fall ein kleines Problem. Folgt man den Gleichungen der Relativitätstheorie, dann müssen solche Teilchen eine imaginäre Ruhemasse haben. Das klingt seltsam, und ist es auch. "Imaginär" heißt in diesem Zusammenhang nicht, dass es sich um eine eingebildete Masse handelt, sondern dass man imaginäre Zahlen braucht, um die Masse zu beschreiben. Diese Zahlen hat man vor ein paar Jahrhunderten erfunden, um Gleichungen wie x² = -1 lösen zu können. Wir alle wissen noch aus der Schule, dass minus mal minus plus ergibt. Oder anders gesagt: -1 mal -1 ergibt 1 (und nicht -1). Wenn ich eine Zahl mit sich selbst multipliziere, egal ob sie positiv oder negativ ist, ist das Ergebnis immer positiv. Eine Gleichung wie x² = -1 hat also keine Lösung - es sei denn man definiert eine neue Klasse an Zahlen. Genau das hat man mit den imaginären Zahlen getan. Im Fall der überlichtschnellen Teilchen errechnet sich aus der Relativitätstheorie eine Ruhemasse, deren Quadrat negativ ist - man kann die Ruhemasse also nur mit Hilfe imaginärer Zahlen beschreiben.
Rein mathematisch ist das ok. Aber physikalisch ist das schwierig. Es gibt für die imaginären Zahlen keine Entsprechung in der Realität; im Fall der Masse ist das wie mit den negativen Zahlen. Ein Objekt kann, vereinfacht gesagt, eine Masse von 5 Kilogramm haben. Aber es gibt nichts, was -5 Kilogramm schwer ist. Und es gibt auch nichts, was eine imaginäre Zahl an Kilogramm schwer ist. Aber das ist kein wirkliches Problem, haben Bilaniuk und seine Kollegen gesagt: Die Ruhemasse haben die überlichtschnellen Teilchen sowieso nie, weil sie sich ja dauernd so schnell bewegen. Und die Energie solcher Teilchen kann dann trotzdem ganz normale Werte annehmen. Obwohl "normal" hier vielleicht auch nicht das richtige Wort ist. Solche Teilchen würden sich sehr anders verhalten, als wir es gewöhnt sind. Je mehr Energie man in sie steckt, desto langsamer werden sie nämlich. Und man bräuchte unendlich viel Energie, um sie bis auf Lichtgeschwindigkeit abzubremsen, so wie bei den normalen Teilchen, nur andersrum.
Und bevor ich jetzt noch ein paar mal "diese Teilchen" sage, verwende ich jetzt den Namen, der sich in der Wissenschaft eingebürgert hat: Tachyonen. Der Begriff stammt vom amerikanischen Physiker Gerald Feinberg, der ihn in einer Arbeit aus dem Jahr 1967 eingeführt hat. Teilchen die schneller als Licht sind, sind "Tachyonen", frei übersetzt "schnelle Teilchen". Die, die sich langsamer als Licht bewegen, heißen "Tardyonen", vom lateinischen Wort "tardus", für "langsam" und die, die sich immer mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, hat er "Luxonen" genannt. Und er hat sich auch die Eigenschaften der hypothetischen Tachyonen angeschaut. Das Problem ist nicht nur die Sache mit der imaginären Masse, auch die Kausalität könnte Probleme schaffen. Wir wissen ja - auch dank Einstein - dass die Zeit ebenso flexibel ist wie die Masse. Wie schnell die Zeit vergeht, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der man sich in Bezug auf einen anderen Beobachter bewegt. Aber es ist trotzdem immer noch so, dass jede Ursache eine Wirkung hat; die zeitliche Reihenfolge von Ereignissen ist klar definiert. Ich erspare euch jetzt die ganzen Details, aber bei Tachyonen ist es nicht mehr ganz so eindeutig. Hier hängt die zeitliche Reihenfolge vom Bezugssystem ab; Ursache und Wirkung lassen sich nicht mehr eindeutig definieren. Und das führt, wie auch schon Einstein festgestellt hatte, dass man mit Tachyonen unter anderem Nachrichten in die Vergangenheit könnte.
Aber so einfach ist es dann doch nicht. Feinberg hat sich das angesehen und festgestellt, dass man mit Tachyonen eher keine vernünftigen Signale verschicken könnte. Man könnte ein potentielles Signal aus der Zukunft nicht von zufälligen Emissionen unterscheiden. Tachyonen sind aber auch anderweitig seltsam: Man kann auch schwer beschreiben, wie viele davon irgendwo sind. Wenn zum Beispiel ein Beobachter ein Stück Weltall anschaut und darin keine Tachyonen sieht, kann ein andere Beobachter mit einem anderen Bezugssystem und anderer Geschwindigkeit darin jede Menge Tachyonen entdecken. Und apropos entdecken: Diese ganzen theoretischen Überlegungen sind spannend, aber wenn es Tachyonen geben sollte: Könnte man das nachweisen?
Im Prinzip ja. Aber erst, wenn sie schon wieder weg sind. Wenn ein Tachyon an uns vorbei fliegt, ist es schneller als sein Bild. Das ist wie beim Überschall, wo zuerst zum Beispiel das Flugzeug kommt und die Geräusche die erst verursacht, erst danach bei uns ankommen. Beim Tachyon ist es genau so, nur das wir das Ding eben erst sehen, wenn es schon vorbei ist. Dann sehen wir es dafür doppelt, einmal in die Richtung in die es fliegt und einmal in der Richtung, aus der es kommt. Bis jetzt hat man so etwas aber nicht entdeckt. Es gab zwar im Jahr 2011 tatsächlich Hinweise, dass Neutrinos sich schneller als Licht bewegt haben. Aber das hat sich am Ende doch nur als Fehler im Experimentaufbau herausgestellt.
Wenn wir uns die Sache mit den Tachyonen physikalisch nüchtern ansehen, dann steht es eher schlecht um ihre Existenz. Tachyonen müssen zwar nicht direkt dem widersprechen, was wir dank Relativitätstheorie und Quantenmechanik wissen. Man könnte sie da irgendwie einbauen - das haben Gerald Feinberg, Oleksa Bilaniuk und seine Kollegen gezeigt. Aber es gibt auch einerseits keinen Grund, von ihrer Existenz auszugehen und bis jetzt keinerlei Beobachtungen, die so etwas nahelegen. Und andererseits würde man sich mit ihnen viel Ärger einhandeln, und müsste jede Menge Paradoxa auflösen. Und wir haben bis jetzt auch nicht mal den Ansatz einer Ahnung, warum es Tachyonen geben sollte. Keine Theorie, keine Hypothese verlangt, dass solche Teilchen existieren.
Die moderne Wissenschaft beschäftigt sich trotzdem noch mit dem Thema, denn man weiß ja nie, was man für spannende Sachen rausfinden kann, auch wenn man etwas untersucht, was nicht existieren kann. Und wir wissen ja längst noch nicht alles; das Universum hat mit Sicherheit noch die eine oder andere Überraschung für uns parat.
Wo die Tachyonen dagegen immer noch und immer weiter sehr populär sind, ist die Esoterik. Aber, weil es ja die Esoterik ist, haben die Leute dort eher wenig Ahnung von Wissenschaft. Wenn dort von irgendwelchen Produkten mit "Tachyon-Energie" oder "Tachyonen-Behandlungen" die Rede ist, dann ist da immer eher irgendeine nebulöse, nicht näher definierte Art von "kosmischer Energie" gemeint. Mit Relativitätstheorie, Quantenmechanik und Mathematik beschäftigt man sich dort wenig. Da empfehle ich dann doch lieber die Science-Fiction, die sich natürlich auch mit den Tachyonen beschäftigt hat. Zum Beispiel das Buch "The Quincunx of Time", auf deutsch "Der Zeitagent" von James Blish. Das ist genau die Geschichte, die Gerald Feinberg zu seiner Arbeit mit den Tachyonen inspiriert hat. Das Buch ist 1973 erschienen; 5 Jahre nach Feinbergs Arbeit. Dafür ist aber kein Tachyonentelefon verantwortlich, dass Nachrichten in die Vergangenheit schickt (darum geht es übrigens im Buch). Aber Blish hat dieses Thema schon 1954 in einer Kurzgeschichte verarbeitet und erst in den 1970er Jahren ein Buch daraus gemacht und es war die Kurzgeschichte, die Feinberg inspiriert hat. Manchmal sind Erklärungen eben auch einfach unspektakulär…
Sternengeschichten Folge 718: Bielas Komet
Die Welt steht auf kein' Fall mehr lang! Sternengeschichten Folge 718: Bielas Komet "Die Welt steht auf kein' Fall mehr lang". So lautet der Refrain des berühmten "Kometenlieds", das der österreichische Autor …
Notas del episodio
Die Welt steht auf kein' Fall mehr lang!Sternengeschichten Folge 718: Bielas Komet
"Die Welt steht auf kein' Fall mehr lang". So lautet der Refrain des berühmten "Kometenlieds", das der österreichische Autor Johann Nestroy als Teil seines Theaterstücks "Der böse Geist Lumpacivagabundus" geschrieben hat. Es geht darin um den Verfall der Welt, die Dummheit der Menschen und den deswegen nahenden Weltuntergang. Und untergehen wird die Welt durch den Einschlag eines Kometen. Dass Kometen als Unheilbringer und böse Omen angesehen werden, ist allerdings nicht neu. Das haben die Menschen schon in der Antike geglaubt; es wäre also nicht überraschend, wenn Nestroy sich für sein Lied an diesem Motiv bedient hätte. Im Fall des Kometenliedes gibt es aber einen realen Himmelskörper als Inspiration: 3D/Biela beziehunsweise Bielas Komet.
Dieser Himmelskörper wurde das erste Mal im Jahr 1772 beschrieben. Es ist davon auszugehen, dass er auch früher schon immer wieder mal am Himmel der Erde zu sehen war; aber wenn es entsprechende Beobachtungen gibt, dann lassen sie sich heute nicht mehr zweifelsfrei dem Objekt zuordnen, dass wir heute "Bielas Komet" nennen. Am 8. März 1772 aber hat der französische Astronom Jacques Laibats-Montaigne in Limoges einen bis dahin unbekannt Kometen entdeckt und konnte diese Entdeckung bei Beobachtungen in der nächsten Nacht bestätigen. Die Daten waren aber nicht gut genug, um daraus eine wirklich vernünftige Umlaufbahn zu berechnen und im April war der Komet nicht mehr zu sehen. Das nächste Mal hat er sich dann erst 1805 gezeigt. Es war wieder ein Franzose, der ihn zuerst gesehen hat: Jean-Louis Pons aus Marseille hat am 10. November 1805 einen Kometen beobachten und diverse andere Astronomen konnten ihn ebenfalls sehen. Er war so hell, dass er auch ohne Teleskop sichtbar war und auf der ganzen Welt konnte man ihn bis Dezember beobachten. Bei der Durchsicht der gesammelten Daten ist dem deutsche Astronom Heinrich Wilhelm Olbers aufgefallen, dass die Bahn der des Kometen aus dem Jahr 1772 ziemlich ähnlich sieht und es sich vielleicht um das selbe Objekt handelt. Aber es gab immer noch zu wenig Daten, um zweifelsfrei eine Umlaufbahn zu berechnen.
Dann kam das Jahr 1826 und der deutsch-österreichische Astronom Wilhelm von Biela. Biela stammt aus einem thüringischen Adelsgeschlecht, wurde aber Offizier im österreichischen Heer. Er nahm unter anderem an der Völkerschlacht von Leipzig teil, aber neben seiner militärischen Tätigkeit interessierte er sich auch für Astronom und führte immer wieder entsprechende Beobachtungen durch. Und dabei entdeckte er am 27. Februar 1826 den typischen Nebelfleck eines Kometen am Himmel. Mit seinen Beobachtungsdaten und denen anderer Astronomen war Biela in der Lage, eine Umlaufbahn zu berechnen und er stellte fest, dass sie sehr ähnlich der Bahnen war, die die Kometen aus den Jahren 1772 und 1805 hatten. So ähnlich, dass es sich um dasselbe Objekt handeln musste. Biela berechnete, dass es sich um ein Objekt handeln muss, dass auf einer Umlaufbahn von circa 6,5 Jahren um die Sonne kreist. Und mittlerweile waren die Daten so gut, dass auch andere seine Berechnungen bestätigen konnten. Man konnte jetzt also einerseits berechnen, wann dieser Komet wieder am Himmel der Erde auftauchen wird. Und andererseits nannte man das Objekt jetzt "Bielas Komet", zu Ehren des Mannes, der seine Bahn erstmals genau bestimmen konnte.
Und auf dieser Bahn sollte der Komet 1832 wieder zu sehen sein, frühestens im September. Und tatsächlich konnte der englische Astronom John Herschel den Kometen am 24. September in seinem Teleskop sehen. Bei seinem nächsten Besuch im Jahr 1839 waren die Bedingungen ungünstig für eine Beobachtung, aber 1846 klappte es wieder. Da wurde der Komet auch vom amerikanischen Marineoffizier Matthew Maury beobachtet. Er ist heute zwar vor allem als Meeresforscher bekannt für seine Erstellung von Wind- und Strömungskarten, der auch als erster die Rolle des Golfstroms für das Klima in Europa beschrieben hat. Aber wenn man die ganze Zeit auf dem Meer die Welt beobachtet, dann fällt einem natürlich auch ein Komet ins Auge. Und Maury stellt fest, dass es sich bei Bielas Komet offensichtlich um zwei Objekte handelt. Das Phänomen des "Doppelkometen" wurde auch von anderen Astronomen festgestellt. Anscheinend war der Komet seit den letzten Beobachtungen auseinandergebrochen. Heute wissen wir, dass so etwas durchaus immer wieder passiert - aber damals war Bielas Komet das erste Objekt, bei dem man so etwas beobachten konnte. Beim nächsten Vorbeiflug 1852 war die Trennung in zwei große Stücke deutlich zu sehen. Die beiden Komponenten haben klar erkennbar getrennt am Himmel geleuchtet; zwischen ihnen war ein Winkelabstand von einem Grad oder anders gesagt: doppelt so viel Platz, wie der Vollmond am Himmel einnimmt. Das nächste Mal hätte Bielas Komet im Jahr 1859 kommen sollen und danach im Jahr 1866. Aber diesmal war nichts zu sehen. Ebensowenig wie im Jahr 1872 oder im Jahr 1885. Der Komet war verschwunden.
Heute haben wir ein besseres Bild von den Vorgängen. Vermutlich hat das erste große Zerbrechen irgendwann zwischen 1842 und 1843 stattgefunden, als der Komet den sonnenfernsten Punkt seiner Umlaufbahn erreicht hat. Er war circa 6 astronomische Einheiten weit weg, also das sechsfache der Distanz zwischen Erde und Sonne und damit noch ein Stück hinter der Umlaufbahn des Jupiters. Warum das passiert ist, lässt sich nicht eindeutig sagen. Kometen sind ja keine massiven Felsbrocken, sondern Ansammlungen aus mehr oder weniger großen Gesteinsstücken, durchmischt mit Eis und Staub. Jedesmal wenn sich ein Komet auf seiner Bahn der Sonne nähert, wird ein Teil des Eises gasförmig, strömt ins All und reisst dabei Staub und Gestein von der Oberfläche mit sich. Und wenn das zu oft passiert, kann es sein, dass der ganze Komet den Zusammenhalt verliert und zerbricht. Es kann genauso gut auch sein, dass er irgendwo im All mit Trümmern von anderern auseinanderbrechen Kometen in Kontakt gekommen ist, die den Vorgang ausgelöst oder beschleunigt haben. Fest steht nur: Mittlerweile ist er weg. Wir können höchstens noch und mit ein bisschen Glück ein paar Bruchstücke von ihm sehen. So wie viele andere Kometen hat auch Bielas Komet eine Spur aus Staub entlang seiner Bahn hinterlassen. Und wenn die Erde diese Spur kreuzt, sehen wir mehr Sternschnuppen als sonst, weil die ganzen Staubteilchen bei ihrer Kollision mit dem Planeten die Atmosphäre zum Leuchten bringen. Über diese "Meteorströme" habe ich ja schon in einigen Folgen berichtet und im 19. Jahrhundert konnte man zwischen September und Dezember die "Andromediden" beobachten, also ein verstärktes Auftreten von Sternschnuppen, die aus Richtung des Sternbilds Andromeda zu kommen scheinen. Die meisten davon erreichen uns Mitte November und das waren teilweise wirklich viele. 1872 konnte man zum Beispiel teilweise mehrere Sternschnuppen gleichzeitig sehen, die über den Himmel sausen und 1885 waren es bis zu 300 Sternschnuppen pro Minute. Danach aber waren auch die Andromediden kaum noch zu sehen. Ein paar lassen sich ab und zu immer noch blicken, aber sie fallen kaum weiter auf. So wie der Komet selbst ist auch der von ihm ausgelöste Sternschnuppenschauer mittlerweile verblasst.
Deutlicher sind die Spuren, die Bielas Komet in der Literatur hinterlassen hat. Gehen wir noch einmal kurz zurück ins Jahr 1832. Das war das Jahr, für das die Rückkehr des Kometen dank Bielas Berechnungen das erste Mal gut vorhergesagt werden konnte. Damals waren überhaupt nur drei andere solcher periodischer Kometen bekannt, also Kometen, bei denen man wusste, dass sie einer regelmäßigen Bahn um die Sonne folgen. Einer davon war der Enckesche Komet der ebenfalls für 1832 erwartet wurde. Und der berühmte Halleysche Komet sollte 1835 an der Erde vorbeifliegen. Es war also kein Wunder, dass man damals einerseits viel über Kometen gesprochen hat und das andererseits die "Kometenfurcht" ausgebrochen ist, also die Angst der Menschen vor dem Unheil, dass ein Komet angeblich bringen soll beziehungsweise vor einer Kollision der Erde mit dem Kometen. Man wusste dank Bielas Berechnungen, dass sein Komet die Umlaufbahn der Erde tatsächlich kreuzt - bzw. fast. Aber man wusste auch, dass die Erde zu diesem Zeitpunkt ganz woanders auf ihrer Bahn sein wird und keine Gefahr besteht. Oder besser gesagt: Die Astronomie wusste das, den Medien war das aber egal und man hat fröhlich über Gefahren spekuliert oder gleich den Weltuntergang prophezeit. Es gab Leute, die Sintfluten vorhergesagt haben oder den Ausbruch der Cholera. Natürlich hat Johann Nestroy das alles mitbekommen und in seinem "Kometenlied" verarbeitet, dass 1833 in Wien uraufgeführt wurde. Ich erspare es den Hörerinnen und Hörern, dieses Lied hier vorzutragen. Möchte euch aber dennoch nicht die wunderbare Einleitung dazu vorenthalten, die der Schuster Knierim im Theaterstück erzählt. Er ist der einzige, der fest daran glaubt, dass der Komet die Welt zerstören wird und hat dafür gute Argumente:
"Die [Peppi] glaubt nicht an den Kometen, die wird Augen machen. – Ich hab die Sach schon lang heraus. Das Astralfeuer des Sonnenzirkels ist in der goldenen Zahl des Urions von dem Sternbild des Planetensystems in das Universum der Parallaxe mittelst des Fixstern-Quadranten in die Ellipse der Ekliptik gerathen; folglich muß durch die Diagonale der Approximation der perpendikulären Cirkeln der nächste Komet die Welt zusammenstoßen. Diese Berechnung ist so klar wie Schuhwix. Freilich hat nicht Jeder die Wissenschaft so im klein Finger als wie ich; aber auch der minder Gebildete kann alle Tag Sachen genug bemerken, welche deutlich beweisen, daß die Welt nicht lang mehr steht. Kurzum, oben und unten sieht man, es geht rein aufn Untergang los."
Sternengeschichten Folge 717: Lunar Laser Ranging
Laserangriff auf den Mond Sternengeschichten Folge 717: Lunar Laser Ranging "Professor Dicke, würden Sie bitte prüfen, ob das irgendeinen Sinn ergibt?". Diesen Satz hat James Faller im Jahr 1962 in die Ecke …
Notas del episodio
Laserangriff auf den MondSternengeschichten Folge 717: Lunar Laser Ranging
"Professor Dicke, würden Sie bitte prüfen, ob das irgendeinen Sinn ergibt?". Diesen Satz hat James Faller im Jahr 1962 in die Ecke einer kurzen Notiz geschrieben, die er seinem Chef, dem Physiker Robert Dicke zeigen wollte. Der Text von Faller trug den Titel "A Proposed Lunar Package (A Corner Reflector on the Moon)" und darin wird ein wissenschaftliches Experiment beschrieben, dass auf dem Mond durchgeführt werden könnte. Faller hat sich einen Reflektor vorgestellt, der auf der Mondoberfläche platziert wird und der von der Erde aus mit einem Laserstrahl angepeilt werden kann. Wenn das Laserlicht davon wieder zurück auf die Erde reflektiert wird, lässt sich aus der Laufzeit des Strahls die Distanz zwischen Erde und Mond messen. Robert Dicke schickte die Notiz von Faller mit der Anmerkung "Vielleicht können wir darüber mal diskutieren" zurück und offensichtlich haben sie das auch gemacht, denn als sieben Jahre später Neil Armstrong und Buzz Aldrin als erste Menschen auf dem Mond gelandet sind, hatten sie genau so ein Lunar Laser Ranging Experiment mit Gepäck.
Aber was soll es eigentlich bringen, Laserstrahlen zwischen Mond und Erde hin und her zu schicken? Mehr als man glauben würde, wie wir im Verlauf dieser Folge noch erfahren werden. Die Geschichte des "Lunar Laser Rangings", wie diese Art der Experimente offiziell heißt, hat aber nicht mit James Faller begonnen, sondern ein kleines bisschen davor. Am 9., 10. und 11. Mai 1962 haben der amerikanische Ingenieur Louis Smullin und der italienische Physiker Giorgio Fiocco, die damals beide am Massachusetts Institute of Technology, dem MIT, gearbeitet haben, ebenfalls probiert, Laserechos vom Mond zu erhalten. Die Ergebnisse haben sie kurz danach unter dem Titel "Optische Echos vom Mond" veröffentlicht, darin aber eigentlich nur festgestellt, dass es prinzipiell möglich ist, Laserstrahlen von der Erde aus in Richtung Mond zu schicken und die von der Mondoberfläche reflektierten Strahlen wieder zu registrieren. Wenn man damit aber wissenschaftlich sinnvolle Arbeit machen will, braucht es das, was James Faller sich überlegt hat: Reflektoren auf dem Mond.
So ein Laserreflektor besteht üblicherweise aus Tripelprismen, also Bauteilen aus Glas, die auftrefendes Licht wieder in die Richtung zurückschicken, aus der es gekommen ist. Wir kennen das alle aus dem Alltag, zum Beispiel von den "Katzenaugen", die wir an unsere Fahrräder montieren um besser sichtbar zu sein. Für Experimente auf dem Mond kann man aber nicht einfach ein paar Katzenaugen aus Plastik ins All schicken. Die Reflektoren, die 1969 mit der Apollo-Mission zum Mond geflogen sind, bestanden aus einigen hundert solcher Tripelprismen, die jeweils 4 Zentimeter im Durchmesser hatten. Sie bestanden aus einem speziellen Quarzglas, das besonders stabil gegenüber dem Einfluss der kosmischen Strahlung ist. Normale Materialien würden durch diese hochenergetische Strahlung sehr schnell so zerstört werden, dass sie nicht mehr sinnvoll reflektieren können. Das Glas entwickelt und die Prismen gebaut hat übrigens eine deutsche Firma: Heraeus aus Hanau. Und als Neil Armstrong und Buzz Aldrin am 21. Juli 1969 am Mond gelandet waren, gehörte zu ihren ersten Aufgaben dort auch die Installation des Laser-Reflektors. Zwei weitere sind mit Apollo 14 und Apollo 15 zum Mond geflogen und auch die sowjetischen Mondrover Lunokhod 1 und Lunokhod 2, die 1970 und 1973 auf dem Mond gelandet sind, waren mit kleinen Reflektoren ausgestattet.
Aber was stellt man nun mit diesen Dingern an und vor allem wie stellt man es an? Das Prinzip ist einfach: Man schickt einen Laserstrahl von der Erde ins All, der genau auf einen der Laserreflektoren gerichtet ist. Dort wird er reflektiert und mit einem passenden Teleskop wird der zurückkehrende Strahl registriert. Man misst die Zeit, die dieses Hin und Her gedauert hat und daraus lassen sich jede Menge spannende wissenschaftliche Daten ableiten. In der Praxis ist das alles aber sehr viel schwerer. Gleich der erste Versuch, direkt nach der Landung von Armstrong und Aldrin am 21. Juli 1969, ist fehlgeschlagen, weil der Astronom Joseph Miller und seine Kollegen von der Lick-Sternwarte in den USA den Laserstrahl auf die falsche Stelle gerichtet haben. Aber kurz danach, schon am 1. August 1969, waren sie erfolgreich. Und das war eine durchaus beeindruckende Leistung! Wir dürfen uns die Laserstrahlen nicht so vorstellen, wie die, wir zum Beispiel von den Laserpointern im Alltag kennen. Beziehungsweise schon, denn es sind ja in beiden Fällen Laserstrahlen. Aber mit einem Laserpointer zeigen wir auf Objekte, die vielleicht ein paar Meter entfernt sind. Der Mond ist aber gut 400.000 Kilomter weit weg und das ist etwas ganz anderes. Ein typischer Laserstrahl, der bei den Lunar Ranging Experimenten verwendet wird, ist kein eng fokusierter Strahl mehr, wenn er auf dem Mond auftrifft! Selbst der beste Laser lässt sich nicht unendlich weit fokusieren, der Strahl läuft irgendwann auseinander und um so weiter, je weiter er sich bewegt. Oder anders gesagt: Der Laserstrahl, der von der Erde aus auf den Weg geschickt wird, hat beim Eintreffen auf dem Mond einen Durchmesser von circa 6,5 Kilometern. Das ist sehr viel, aber dann auch wieder nicht. 6,5 Kilometer auf 400.000 Kilometer Entfernung ist eigentlich nichts, besonders dann, wenn man damit einen ganz bestimmten Punkt der Mondoberfläche treffen will. Das ist ungefähr so, als wolle man mit einem Gewehr eine 1-Cent-Münze treffen, die 3 Kilometer weit weg ist. Es ist also gar nicht so schlecht, wenn der Laserstrahl sich ein wenig aufweitet, denn das erhöht die Chance, den Reflektor zu treffen. Aber natürlich verliert man dadurch auch ein wenig Helligkeit. Oder besser sehr gesagt: Sehr viel Helligkeit. Ein typischer Laserpuls, den man für die Lunar Ranging Experimente verwendet besteht aus ein paar hundert Billiarden Photonen. Die meisten davon landen irgendwo, aber nicht auf der Oberfläche des Reflektors. Die, die dort wieder zurück zur Erde geschickt werden, kommen aber natürlich auch nicht fokusiert an. Von den Billiarden Photonen werden am Ende nur ein paar von den Teleskopen auf der Erde detektiert. Und "ein paar" heißt hier wirklich: Eine einstellige Zahl, irgendwas zwischen einem und fünf Photonen.
Man kann also nicht einfach mit einem Laser auf den Mond schießen und sieht dann dort den Reflektor aufleuchten. Es ist eine komplexe Aufgabe, die wenigen Photonen zu registrieren, die wieder zurück kommen. Beziehungsweise: Sie zu identifizieren. Wüsste man nicht vorher schon, wann sie wieder ankommen müssen und vor allem um welche Art von Licht es sich handelt, hätte man keine Chance. Auch deswegen ist es wichtig, diese Experimente mit Laserlicht zu machen: Alle Photonen, die der Laser aussendet haben exakt die selbe Energie und das gilt auch für die, die wieder zurückkommen. Oder anders gesagt: Das Licht des Lasers ist einfarbig und man muss nur nach Photonen mit genau dieser Farbe suchen. Einfach ist das alles immer noch nicht, man muss auch berücksichtigen, dass der Laser sich durch die Atmosphäre der Erde bewegt, dass der Mond sich bewegt, und so weiter. Aber mittlerweile sind wir sehr gut darin geworden, diese Experimente durchzuführen. Wir können die Reflektoren am Mond anpeilen und genau registrieren, wann und wie viel Licht zurück kommt. Mit sehr viel Mathematik und Statistik kann man diese Daten dann sinnvoll auswerten und das erste und direkteste Ergebnis ist die Distanz zwischen Erde und Mond. Wir wissen, wie schnell sich das Licht bewegt, und wenn wir wissen, wie lange es zum Mond und wieder zurück braucht, können wir bestimmen, wie weit der Mond weg ist. Und zwar sehr, sehr genau, bis auf den Millimeter. Das wiederum macht viele andere wissenschaftliche Messungen möglich. Ich habe in den vergangenen Folgen der Sternengeschichten immer wieder mal über das Phänomen der Gezeitenreibung gesprochen. Kurz gesagt: Der Mond übt Gezeiten auf die Erde aus; die Erde aber auch genau so auf den Mond. Das hat - ohne jetzt die Details zu wiederholen - zur Folge, dass sich die Erdrotation im Laufe der Zeit abbremst und das wiederrum führt dazu, dass der Mond sich im Laufe der Zeit von der Erde entfernt. Dank des Lunar-Rangings können wir das auch exakt messen: Der Abstand zwischen Erde und Mond vergrößert sich pro Jahr um 3,8 Zentimeter.
Das ist aber erst der Anfang! Wenn man über Jahre und Jahrzehnte immer wieder den Abstand zwischen Erde und Mond bestimmt, dann kann man natürlich auch sehr, sehr exakt bestimmen, auf welcher Bahn er sich bewegt; wie er sich um seine Achse dreht, und so weiter. Und mit diesen Daten lässt sich sehr viel anfangen. Die beobachtete Bewegung des Mondes stimmt zum Beispiel exakt mit dem überein, was aus Einsteins Relativitätstheorie folgt. Oder andersherum: Wenn wir mit noch präziseren Messungen noch bessere Daten bekommen, dann könnten die vielleicht Abweichungen zeigen und uns Hinweise darauf geben, wie eine Gravitationstheorie aussehen muss, die über Einstein hinaus geht. Aus der Rotation und der Bewegung des Mondes können wir aber auch Rückschlüsse über sein Inneres ziehen und da zeigen uns die Daten, dass der Kern des Mondes flüssig sein muss. Und so weiter: Die Lunar-Laser-Ranging-Experimente sagen uns nicht einfach nur, wie weit der Mond entfernt ist, sondern helfen uns dabei, das Verhalten des ganzen Himmelskörpers zu verstehen. Wir lernen dabei etwas über die Grundlagen der Physik und sogar über unsere eigene Erde. Denn wir können die Daten der Experimente auch nutzen, um die Position der Bodenstationen sehr exakt zu bestimmen. Und im Laufe der Zeit die Veränderung dieser Koordinaten, das heißt, den Einfluss der Bewegung der Kontinentalplatten auf der Erde, geologische Prozesse, die den Boden heben oder senken, und so weiter.
Wir können die Frage, die James Faller 1962 an seinen Professor gestellt hat, also heute klar und deutlich beantworten: Ja, das ergibt definitiv sehr viel Sinn!
Sternengeschichten Folge 716: Kallisto - Sprungbrett ins äußere Sonnensystem
Ein Mond voller Überraschungen Sternengeschichten Folge 716: Kallisto - Sprungbrett ins äußere Sonnensystem Unser Sonnensystem hat acht Planeten und diese Planeten haben zusammen sehr, sehr viele Monde. Wie …
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Ein Mond voller ÜberraschungenSternengeschichten Folge 716: Kallisto - Sprungbrett ins äußere Sonnensystem
Unser Sonnensystem hat acht Planeten und diese Planeten haben zusammen sehr, sehr viele Monde. Wie viele es genau sind, wissen wir nicht, weil wir noch nicht alle entdeckt haben und es auch keine eindeutige Definition dessen gibt, was ein "Mond" ist. Aber wenn wir die ausreichend großen Himmelskörper nehmen, bei denen kein Zweifel an ihrer Mondhaftigkeit besteht, dann sind da auf jeden Fall ein paar hundert von ihnen. Abgesehen vom Mond unserer Erde waren die ersten anderen Monde, die wir entdeckt haben, die des Jupiter. Beziehungsweise die vier größten Monde des Jupiters, die Galileo Galilei im Jahr 1610 gefunden hat. Es sind beeindruckende Himmelskörper: Da ist Io, das vulkanisch aktivste Objekt im Sonnensystem. Und Europa, der Eismond mit dem riesigen Wasserozean unter einer dicken Eiskruste, der als einer der besten Orte für die Suche nach außerirdischem Leben gilt. Und natürlich ist da Ganymed, mit einem Durchmesser von 5262 Kilometern der größte Mond des Sonnensystems und sogar noch größer als der Planet Merkur. Galileo Galilei hat damals aber vier Monde entdeckt und der vierte galileische Mond wird immer ein wenig ignoriert. Und genau deswegen bekommt er heute eine eigene Folge der Sternengeschichten. Wir werden uns Kallisto ganz genau ansehen. Kallisto, den man zwar immer mitaufzählt, wenn man die großen Monde des Jupiters und die großen Monde des Sonnensystems auflistet - über den man aber ansonsten eher wenig spricht. Dabei gäbe es genug zu erzählen!
Kallisto ist der zweitgrößte Mond des Jupiters und der drittgrößte Mond des ganzen Sonnensystems. Er hat einen Durchmesser von 4820 Kilometern und ist der äußerste der vier großen Jupitermonde. Der Abstand zwischen Jupiter und Kallisto beträgt circa 1,9 Millionen Kilometer, also circa das fünffache der Distanz zwischen Erde und Erdmond. Für eine Runde um Jupiter braucht Kallisto 16 Tage und 16,5 Stunden und die Umlaufbahn des Mondes ist fast exakt kreisförmig und kaum geneigt gegenüber der Äquatorebene des Jupiters. So wie der Erdmond hat auch Kallisto eine gebundene Rotation, das heißt er dreht sich während eines Umlaufs um Jupiter auch exakt einmal um seine eigene Achse und von Jupiter aus ist deswegen immer die selbe Seite von Kallisto zu sehen.
Ich habe vorhin gesagt, dass Kallisto der drittgrößte Mond des Sonnensystems ist und er ist fast genau so groß wie der Planet Merkur, dessen Durchmesser nur knapp 50 Kilometer größer ist. Aber auch wenn Kallisto fast so groß wie ein Planet ist; seine Masse ist deutlich geringer. Kallisto ist ein Eismond, das heißt er hat eine sehr geringe Dichte, weil er im Gegensatz zu einem typischen Planeten wie der Erde oder dem Merkur keinen Kern aus Metall hat, sondern nur aus Eis und Gestein besteht.
wenn wir uns die eisige Oberfläche von Kallisto anschauen, fallen sofort die unzähligen Krater auf. Tatsächlich hat nur der Saturnmond Phoebe eine höhere Dichte an Einschlagskratern als Kallisto. Und im Gegensatz zu anderen Himmelskörpern gibt es auf Kallisto auch fast nur Einschlagskrater. Man sieht dort keine Gebirgszüge, Hochebenen, Täler oder andere Oberflächenmerkmale - was daran liegt, dass seine Kruste vor allem aus Wassereis besteht, in dem sich fast kein Gestein befindet. Bei einer durchschnittlichen Temperatur von -140 Grad Celsius ist das Eis zwar härter als Stein, aber im Laufe der Zeit gibt die Eiskruste nach und etwaige Gebirge oder andere große Strukturen werden eingeebnet.
Eine Ausnahme bildet das gigantische Einschlagsbecken, dass den Namen "Valhalla" bekommen hat. Es fällt beim Anblick von Kallisto sofort ins Auge: Eine circa 600 Kilometer durchmessende helle Zentralregion ist von mehreren ringförmigen Strukturen umgeben, wobei die äußersten Ringe gut 3000 Kilometer durchmessen. Es muss durch einen enormen Einschlag entstanden sein, bei der ein großer Asteroid die äußere Kruste des Mondes komplett durchschlagen hat. Es ist schwer zu sagen, wann das passiert ist - die Schätzungen gehen davon aus, dass dieses Ereignis vor 2 bis 4 Milliarden Jahren stattgefunden hat. Aber auch wenn wir nicht wissen, wann das passiert ist, sagt uns die Existenz von Valhalla doch ein bisschen was über das Innere von Kallisto. Wenn ein vergleichbarer Einschlag zum Beispiel auf der Erde oder dem Mars stattgefunden hätte, würde man nicht nur einem enormen Krater erwarten, sondern auch eine entsprechende Struktur genau auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten. Dort, wo sich die seismischen Schockwellen des Impakts auf der anderen Seite des Himmelskörpers treffen, sollte es ebenfalls großflächige Zerstörungen der Oberfläche geben. Auf Kallisto sieht man so etwas aber nicht, was bedeutet, dass die Wucht des Einschlags von einem weichen Material unter der harten Eiskruste aufgenommen wurde. Das kann entweder Eis sein, dass etwas wärmer ist oder aber sogar flüssig. Oder anders gesagt: Unter der Eiskruste von Kallisto könnte sich ein flüssiger Ozean befinden. Das wärmere Eis oder das Wasser hat dann schnell den großen Krater des Einschlags gefüllt und die Eisdecke darüber hat sich wieder neu gebildet, aber nicht so schön wie zuvor: Das Result sind die konzentrischen Ringe in der Oberfläche von Kallisto, die wir heute als "Valhalla" bezeichnen.
Die Existenz eines unterirdischen Ozeans haben auch Messungen nahegelegt, die die Raumsonde Galileo in den 1990er Jahren gemacht hat. Damals wurden auch Messungen des Magnetfelds von Kallisto angestellt und man hat gesehen, dass dessen Stärke sich verändert, während sich der Mond durch das viel stärkere Magnetfeld des Jupiters bewegt. Ein Grund dafür könnte die Existenz einer elektrisch leitenden Flüssigkeit unter der Kruste von Kallisto sein: Oder anders gesagt: Ein unterirdischer, circa 10 Kilometer tiefer Ozean aus salzigem Wasser, der unter der gut 200 Kilometer dicken Eiskruste von Kallisto liegt.
Tatsächlich bestätigen könnten wir das erst, wenn wir bessere Daten bekommen. Im Gegensatz zu anderen Monden ist Kallisto bis jetzt leider nur sporadisch untersucht worden. 1973 und 1974 sind die Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 an Jupiter vorbeigeflogen und haben erste Detailbilder machen können. 1979 sind dann Voyager 1 und 2 ebenfalls kurz vorbei geflogen. Längere und ausführlichere Beobachtungen gab es nur in den acht Jahren, die Galileo zwischen 1995 und 2003 im Jupitersystem verbracht hat. Erst in den 2030er Jahren wird Kallisto wieder von der europäischen Raumsonde JUICE besucht worden sein - und irgendwann spazieren vielleicht auch Menschen auf der Oberfläche des Jupitermondes herum.
Schon seit den 1980er Jahren hat man sich Gedanken gemacht, wohin Menschen nach der erfolgreichen Landung am Mond noch überall hinfliegen könnten. Klar, da ist der Mars, der immer im Zentrum der menschlichen Aktivitäten im Weltraum steht. Aber ansonsten wird es schwierig, zumindest in der relativen Nähe der Erde. Auf dem Merkur wäre es zu heiß und auf der Venus ebenso. Und im äußeren Sonnensystem kommen die Gasplaneten, auf deren Oberfläche man natürlich nicht landen kann, weil sie als Gasplaneten keine Oberfläche haben. Also hat man sich ihre Monde angesehen, aber die sind auch ein wenig kritisch. Jupiter ist von einem Strahlungsgürtel umgeben, also einer Zone, in der sein starkes Magnetfeld jede Menge geladene Teilchen des Sonnenwindes eingefangen hat. Die Bedingungen dort sind unangenehm für Menschen; wir würden diese Strahlung nicht lange aushalten und auch für unsere Technik ist das keine optimale Umgebung. Als die Raumsonde Pioneer 10 durch den Strahlunsgürtel des Jupiter geflogen ist, hat sie dabei einen Strahlendosis registriert, die circa dem 1000fachen der Dosis entspricht, die für uns Menschen tödlich ist.
Die großen Monde Io, Europa und Ganymed befinden sich alle innerhalb dieses Gürtels und sind daher keine sonderlich guten Ziele für uns Menschen. Aber Kallisto liegt außerhalb von Jupiters Strahlungsgürtel! Die NASA hat im Jahr 2003 eine Studie mit dem Titel "Human Outer Planets Exploration" veröffentlicht. Darin ging es um Ziele im äußeren Sonnensystem, die nach einer Marslandung sinnvollerweise für die menschliche Raumfahrt ins Auge gefasst werden können. Und aus all den Gründen, die ich gerade aufgezählt habe, hat sich Kallisto als vielversprechend herausgestellt. Man wäre dort einer vergleichsweisen geringen Strahlung ausgesetzt; die Oberfläche des Mondes ist geologisch relativ stabil und man könnte dort eine wunderbare Basis für weitere Erkundungsmissionen einrichten. Auf Kallisto könnte man das viele Eis verwenden, um daraus Wasserstoff für den Raketenantrieb zu bekommen. Man könnte Kallisto als Ausgangspunkt für kurze Forschungsmissionen zu den anderen Jupitermonden verwenden oder als eine Art Rast- und Tankstelle auf dem Weg von der Erde noch weiter hinaus ins Sonnensystem. Ein Raumfahrzeug, das von Kallisto aus startet kann die Gravitationskraft von Jupiter nutzen, um durch ein Fly-By-Manöver quasi ins All geschleudert zu werden und so Treibstoff sparen. Und zu erforschen gäbe es auf Kallisto selbst natürlich auch mehr als genug.
2003 hat die NASA geschätzt, dass Menschen irgendwann in den 2040er Jahren auf Kallisto landen könnten. Dieser Zeitplan ist mittlerweile natürlich nicht mehr aktuell; vor allem weil es auch keinerlei ernsthafte Bestrebungen gibt, so eine Mission auch wirklich durchzuführen. Aber wer weiß, was die Zukunft der Raumfahrt noch bringen wird. Vielleicht wird Kallisto irgendwann wirklich unsere erste Basis im äußeren Sonnensystem. Und dann wird niemand mehr diesen Jupitermond ignorieren können.
Sternengeschichten Spezial August 2026
Und warum verschwinden manche Sternengeschichten-Folgen? STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Folge 7 der Spezial-Serie! Es geht um die totale Sonnenfinsternis …
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Und warum verschwinden manche Sternengeschichten-Folgen?STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live
Folge 7 der Spezial-Serie! Es geht um die totale Sonnenfinsternis am 12. August und große kosmische Zufälle. Wer wissen will, wann genau die (partielle) Finsternis zu sehen ist, kann für Österreich hier nachsehen; oder ihr googelt einfach; diese Infos finden sich überall. Ich weise außerdem auf die Abstimmung zum Wissensbuch des Jahres hin und freue mich über eure Stimme. Mehr zu Claudius Frage über die Größe der Sterne findet ihr in dieser Sternengeschichten-Folge. Henrys 3D-Karte zum Podcast könnt ihr hier sehen.
Die Sonnenfinsternisbrillen beim Astronomieverlag gibt es mit diesem Link bzw. mit dem Rabattcode STERNENGESCHICHTEN. Wer aus Österreich bestellt bitte einfach ne Mail an [email protected] mit dem Rabattcode schreiben.
Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch.
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Die nächsten Live-Podcastaufzeichnungen von “Das Universum” im Radiokulturhaus werden am 21. September und am 16. Dezember stattfinden. Tickets gibt es hier.
Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier.
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Sternengeschichten Folge 715: Astronomie vor Gericht: Streit um die kalte Sonne
Das Geheimnis der schwarzen Sonnenflecken Sternengeschichten Folge 715: Astronomie vor Gericht: Streit um die kalte Sonne "Der rotglühende Krater, durch den die SUNCRAFT hinabstürzte, war nur noch in seinen …
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Das Geheimnis der schwarzen SonnenfleckenSternengeschichten Folge 715: Astronomie vor Gericht: Streit um die kalte Sonne
"Der rotglühende Krater, durch den die SUNCRAFT hinabstürzte, war nur noch in seinen Ausläufern zu erkennen. Dort, wo sich blaue, schwefelgelbe, violettfarbene und jene erschreckend grünen Dunstwolken gezeigt hatten, stand jetzt eine lindgrüne Landschaft in dem klaren Bild – eine Landschaft, in der sich bewaldete Hügel abzeichneten, ein silbern spiegelnder See von ungeheuren Ausmaßen und an seinem Strande eine Ansammlung von Gebäuden, großen, kugelartigen Gebäuden, die sich kristallen und durchsichtig in die Flut von hellem, goldenem Licht erstreckten, das über der ganzen, weiten Landschaft lag."
Das ist eine Szene aus der Science-Fiction-Geschichte "Das Geheimnis der schwarzen Sonnenflecken" von Wayne Coover, die im Jahr 1955 veröffentlicht wurde. Darin fliegt das Raumschiff SUNCRAFT mit seiner Besatzung zur Sonne, um herauszufinden, ob man dort landen kann. Aus heutiger Sicht klingt das absurd; natürlich geht das nicht. Aber es ist ja auch nur eine Science-Fiction-Geschichte, da kann man sich sowas ja mal ausdenken. Tatsächlich beruht die Story von Wayne Coover aber auf einer wahren Begebenheit. Nicht die Sache mit der Landung auf der Sonne, so etwas haben wir natürlich nie probiert. Aber in den 1950er Jahren gab es Diskussionen darüber, ob die Sonne bewohnbar ist, es gab einen Streit, der am Ende vor Gericht entschieden werden musste und es gab sogar einen mysteriösen Todesfall.
Fangen wir im 18. Jahrhundert an, mit dem britischen Astronomen Wilhelm Herschel. Der hat im Jahr 1781 den Uranus entdeckt und sich darüber hinaus auch mit jeder Menge anderer astronomischer Themen beschäftigt. Unter anderem mit der Sonne und den Sonnenflecken. Ich habe davon ausführlich in Folge 333 der Sternengeschichten erzählt; die kurze Version dieser Geschichte geht so: Man wusste damals nicht viel über die Zusammensetzung der Sonne und Herschel ist bei seinen Hypothesen den Vorstellungen seiner Zeit gefolgt, in der man sich die Sonne als Himmelskörper wie die Erde gedacht hat. Sie ist eben nur sehr viel größer und sie ist von einer heißen, leuchtenden Schicht aus Wolken umgeben. Darunter aber könnte sie ein ganz normaler Himmelskörper sein, mit fester Oberfläche, angenehmen Temperaturen und warum sollte es dann dort nicht auch Lebewesen geben, die dort wohnen?
Die Sonnenflecken, so Herschel, könnten einfach Berge sein, die aus der leuchtenden Schicht herausragen. Oder aber es sind Löcher in der Leuchtschicht, durch die wir auf die kühlere Oberfläche darunter blicken. Dafür gab es auch Hinweise, des schottischen Astronomen Alexander Wilson, der bei seinen Beobachtungen Ende des 19. Jahrhunderts festgestellt hat, dass die Sonnenflecken sich so verhalten, als wären es tiefer gelegende Regionen der Sonnenatmosphäre; also Eindellungen oder Löcher. Was auch stimmt, wie wir heute wissen: Die Details sind komplex, aber es hat mit den Magnetfeldern der Sonne zu tun, und den Temperaturunterschieden im heißen Plasma, die sie verursachen und der Transparenz des Materials, und so weiter. Und am Ende führt das dazu, dass wir in den Sonnenflecken tatsächlich ein wenig tiefer in die Sonne hineinblicken als außerhalb davon.
Aber trotz allem sind die Sonnenflecken weder Berge, noch Löcher und darunter liegt keine kühle, feste Oberfläche auf der irgendwelche Sonnenmenschen leben. Das wissen wir mittlerweile ziemlich gut und wir wissen es schon seit Ende des 19. Jahrhunderts. Damals hat man zwar immer noch keine Ahnung gehabt, wie die Sonne ihr Licht und ihre Energie erzeugt; das kam erst im 20. Jahrhundert mit Einsteins Relativitätstheorie und der Erkenntnis, dass im Inneren der Sonne Wasserstoff durch Kernfusion in Helium umgewandelt wird. Aber auch im 19. Jahrhundert war schon klar, wie heiß die äußeren Schichten der Sonne sein müssen und welche Temperaturen deswegen zwangsläufig auch darunter herrschen müssen.
Aber wie das eben oft so ist, haben auch widerlegte Hypothesen ihre Fans. Im Fall der kühlen Sonne war das zum Beispiel der deutsche Physiker Hermann Fricke. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat er behauptet, dass das mit der Hitze kein Problem ist. Denn zwischen heißer Hülle und kühlem Kern liegt eine Schicht aus Wasser, die quasi isolierend wirkt. Einsteins Erkenntnisse hat Fricke nicht gelten lassen; er war ein überzeugter Gegner der Relativitätstheorie und hat unter anderem die "Deutsche Gesellschaft für Weltätherforschung und anschauliche Physik" gegründet.
Und jetzt kommen wir zu Godfried Bueren, ein Diplomingenieur und Patentanwalt aus Osnabrück. Die beiden haben sich in den 1920er Jahren im Zuge ihrer Arbeit kennengelernt, denn Fricke war auch Mitarbeiter des Reichspatentamtes, wo Bueren auch immer wieder zu tun hatte. Bueren war beeindruckt von Frickes Theorie der kalten Sonne und beschloss dessen Arbeit weiterzführen, nachdem Fricke 1949 gestorben war. Er hat überall nach Aufnahmen von Sonnenflecken gesucht und war bald ebenfalls der Ansicht, dass es sich eindeutig um Löcher handelt, die den Blick auf eine kühle Oberfläche freigegen. Die Sache mit der Schicht aus Wasser hat Bueren aber verworfen. Er war der Meinung, dass der feste Kern der Sonne voll mit Pflanzen bewachsen ist, die die Wärme von außen aufnehmen und die Sonnenoberfläche dadurch kühl halten. Mit dieser Theorie versuchte Bueren nun, den Rest der Astronomie zu überzeugen. Leider ohne großen Erfolg. Aber Bueren war nicht nur überzeugt von seiner Idee, sondern auch noch sehr wohlhabend. Also setze er einen Preis aus: Wer zeigen kann, dass die Sonne im Inneren tatsächlich heiß ist, bekommt 25.000 D-Mark. Und wer seine Theorie der kalten Sonne widerlegen kann, kriegt ebenfalls 25.000 Mark. Insgesamt waren also 50.000 Mark zu bekommen, was aus heutiger Sicht ungefähr 150.000 Euro wären. Nicht wenig Geld also, und das hat sich auch der Astronom Otto Heckmann gedacht. Er war nach dem zweiten Weltkrieg maßgeblich daran beteiligt, die deutsche Astronomie wieder mit der Forschung in der restlichen Welt zu vernetzen. Er war 1947 beteiligt an der Gründung der "Astronomische Gesellschaft in der britischen Zone", die 1949 dann auch in ganz Deutschland arbeiten konnte. Aber jeder Verein braucht Geld, oder, um es in den Worten von Heckmann zu sagen: "Was wäre nicht alles mit 50.000 DM anzufangen! Wie viele Reisekostenzuschüsse konnte man damit an junge Astronomen geben. Wie viele Gastaufenthalte konnte man damit finanzieren! Ja, die Zinsen allein konnten schon nützlich sein!"
Also machte sich Heckmann daran, das Preisgeld von Bueren zu verdienen. Zuerst einmal bat er den Patentanwalt aus Osnabrück um eine schriftliche Ausfertigung der genauen Bedingungen und man hat sich darauf geeinigt, dass eine Kommission das ganze beaufsichtigen sollte. Die bestand aus Werner Heisenberg, der immerhin im Jahr 1932 den Nobelpreis für Physik bekommen hat. Dann war noch Clemens Schaefer dabei, Professor für Astrophysik an der Uni Köln und ein Professor für Juristik der auf Rechtsschutz spezialisiert war. Die drei sollten die Einreichung der Astronomischen Gesellschaft beurteilen. Man wollte sich zuerst nur mit der ersten Aufgabe beschäftigen, also nachweisen, dass das Innere der Sonne tatsächlich heiß ist. Am 4. Oktober 1951 kam die Kommission zum erwartbaren Urteil: Die Einreichung der Astronomischen Gesellschaft belegt deutlich, dass im Inneren der Sonne hohe Temperaturen herrschen. Heckmann hat nun also Bueren kontaktiert, um die Übergabe der 25.000 Dmark zu organisieren.
Aber, und auch das war erwartbar, der dachte nicht daran, zu zahlen. Er hat die Belege der Wissenschaft nicht akzeptiert, man wäre von falschen Voraussetzungen ausgegangen und die Kommission hätte ihn nicht eingeladen, um seine Theorie vorzutragen. Das könne er nicht akzeptieren und deswegen hat Bueren die Angelegenheit an das Landgericht Osnabrück übergeben. Es soll der Astronomischen Gesellschaft verbieten zu behaupten, dass sie Anspruch auf seine 25.000 DMark hätte. Der Richter kam allerdings zu einem anderen Urteil: Es wäre alles korrekt verlaufen; bei der Ausschreibung und Prüfung durch die Kommission gibt es nichts zu beanstanden. Man kann sich denken, wie es weitergeht: Bueren hat die Sache vor das Oberlandesgericht gebracht und, als Bueren auch dort verloren hat, vor das Bundesgericht. Bevor dort aber verhandelt werden konnte, starb Bueren. Der nun schon 72jährige ist mit seinem Auto bei einer Fahrt durch die Lüneburger Heide durch das Geländer einer Brücke gefahren, in einen Fluss gestürzt und gestorben. Der Grund für den Unfall blieb unbekannt.
Die Verhandlung wurde aber weitergeführt, denn die Erben von Godfried Bueren wollten das Geld auch lieber selbst behalten anstatt es an die Astronomische Gesellschaft zu übergeben. Nachdem auch das Bundesgericht entsprechend geurteilt hatte, war die Sache endlich abgeschlossen: Die Erben von Bueren wurden zur Zahlung von 25.000 Mark, plus 4000 Mark an Zinsen verurteilt.
Eine kuriose Geschichte, die zeigt, wie Wissenschaft funktioniert und wie nicht. Prinzipiell ist das, was Bueren gemacht hat, ja nicht falsch. Er hatte eine Hypothese und er hat die wissenschaftliche Gemeinschaft gebeten, sie zu prüfen. Genau so muss es sein, so funktioniert Wissenschaft auch heute noch. Jede Arbeit muss von Expertinnen und Experten geprüft werden, bevor sie publiziert werden kann. Aber, und das ist der Punkt: Man muss das Ergebnis dieser Prüfung auch akzeptieren. Das hat Bueren nicht getan und spätestens hier hatte die Angelegenheit nichts mehr mit seriöser Wissenschaft zu tun. Auch heute noch gibt es immer wieder Leute, die meinen, sie hätten eine revolutionäre Idee und wünschen sich Anerkennung durch die Wissenschaft dafür. Einige davon kommen auf die selbe Idee, wie Bueren: Sie setzen Preisgelder aus, für diejenigen, die sie widerlegen. Es gab zum Beispiel einen Impfgegner, der der Meinung war, das Viren nicht existieren und er hat 100.000 Euro für den Nachweis der Existenz des Masernvirus ausgesetzt. Es gäbe noch mehr Beispiele dieser Art, aber am Ende wird Wissenschaft weder durch Preisausschreiben noch durch Gerichtsurteile gemacht. Was richtig ist und was nicht, entscheiden Beobachtung und Experiment. Und dass die Sonne nicht kalt ist, und keine Leute darauf wohnen, haben Beobachtung und Experiment mittlerweile mehr als deutlich gezeigt.
Anders kann es höchstens noch in der Science Fiction sein, wie in der Geschichte, die ich zu Beginn erwähnt habe. In "Das Geheimnis der schwarzen Sonnenflecken" wird der Autounfall von Bueren aufgegriffen. Auch dort ist es ein Vertreter einer alternativen Sonnentheorie, der durch einen mysteriösen Unfall stirbt. Nur dass es eben kein simpler Unfall war, sondern von dunklen Mächten verursacht. Oder sollte man sagen: von hellen Mächten? Denn man kann sich denken, wer dafür verantwortlich ist, das Geheimnis der Sonne zu schützen… Und was mit der Besatzung des Raumschiffs passiert, dass sich anschickt, auf ihr zu landen, kann man in der Geschichte nachlesen, wenn man will. Oder vielleicht auch nicht - Buerens Hypothese war leider nicht nur schlechte Wissenschaft, sondern hat auch keine allzu großartige Science Fiction inspiriert…
Sternengeschichten Folge 714: Der Dipole Repeller und die abstoßende Region im Universum
Nicht das Nichts vergessen Sternengeschichten Folge 714: Der Dipole Repeller und die abstoßende Region im Universum Die Kraft, die bestimmt wie das Universum als ganzes aussieht, ist die Gravitation. Und die …
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Nicht das Nichts vergessenSternengeschichten Folge 714: Der Dipole Repeller und die abstoßende Region im Universum
Die Kraft, die bestimmt wie das Universum als ganzes aussieht, ist die Gravitation. Und die Gravitation ist eine Kraft, die nur in eine Richtung wirkt. Massen ziehen einander immer an, es gibt keine "Anti-Gravitation", die in die Gegenrichtung wirkt. Deswegen war es auch ein wenig seltsam, als Anfang 2017 jede Menge Meldungen aufgetaucht sind, die von einer ganz besonderen Entdeckung berichtet haben. Weit draußen im Universum habe man eine Region gefunden, die uns nicht anzieht, sondern "abstößt", den sogenannten "Dipole Repeller". Genau das war auch der Titel der wissenschaftlichen Facharbeit, die Yehuda Hoffman von der Universität Jerusalem, gemeinsam mit Daniel Pomarède, Brent Tully und Hélène Courtois veröffentlicht haben. Und darin berichten sie natürlich nicht über die Entdeckung von Anti-Gravitation, sondern von der großräumigen Bewegung der Galaxien und Galaxienhaufen in unserer Umgebung.
Ich habe darüber ja schon mehr als einmal gesprochen; gerade erst vor kurzem in Folge in Folge 710 über Void-Galaxien. Es gibt im Universum einerseits riesige Strukturen aus Galaxien, die Galaxienhaufen und Superhaufen aus Galaxienhaufen. Und andererseits gibt es Regionen, in denen sich so gut wie nichts befindet, die Voids. Unsere eigene Galaxie, die Milchstraße ist Teil der Lokalen Gruppe und die ist Teil eines größeren Galaxienhaufens, der wieder Teil einer noch größeren Struktur aus gut 100.000 Galaxien ist, dem Superhaufen Laniakea. All diese Galaxien stehen natürlich nicht still; alles bewegt sich. Und genau um diese Bewegung geht es. Die Bewegung von Galaxien und Galaxienhaufen ist nicht mehr so simpel wie es bei den Planeten der Fall ist. Die bewegen sich - bei uns - alle um die Sonne herum und wir können diese Bewegung näherungsweise sehr einfach beschreiben. Bei den Galaxien gibt es nichts, was sie umkreisen. Aber sie bewegen sich auch nicht völlig wahllos. Ich habe in Folge 113 schon mal über den "Großen Attraktor" gesprochen. Auch das klingt mysteriös, ist aber - vereinfacht gesagt - nur eine Region im Universum wo sich überdurchschnittlich viele Galaxienhaufen befinden und die deswegen eine überdurchschnittlich große Anziehungskraft auf die Umgebung ausübt. Oder anders gesagt: Die Galaxien bewegen sich tendentiell dorthin, wo viele Galaxienhaufen sind. Das ist keine große Überraschung, aber es ist wichtig, dass wir das erforschen. Und vor allem ist es schwierig, das zu erforschen. Denn wir können ja nicht von außen auf das Universum schauen und in Ruhe beobachten, wie sich alles durch die Gegend bewegt. Wir können auch nicht einfach mal eben ALLE Galaxien kartieren. Es ist schon schwer genug, die ganzen weit entfernten Galaxien nur zu beobachten; wir müssen darüber hinaus aber auch noch ihre Entfernungen genau bestimmen und herausfinden, wie schnell sie sich wohin bewegen.
Genau deswegen macht man solche Studien wie sie Yehuda Hoffman und sein Team gemacht haben. Sie haben sich Daten von circa 8000 Galaxien aus unserer kosmischen Nachbarschaft angesehen, von denen gute Daten vorhanden waren. Das ist nur ein winziger Ausschnitt, aber der kann reichen, um auch etwas über das herauszufinden, was man nicht sehen kann. Wenn man in der Bewegung dieser Galaxien zum Beispiel einen Trend sieht, also feststellt, dass sich alle in eine bestimmte Richtung bewegen: Dann muss da logischerweise etwas sein, das dafür verantwortlich ist. In diesem Fall war das genau so und das, was dafür verantwortlich ist, ist der "Shapley-Superhaufen". Diese riesige Struktur ist circa 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und eine der größten bekannten Ansammlungen von Galaxien und wir wissen schon seit längerem über seine Existenz Bescheid. In der Arbeit über den Dipole Repeller haben sich Hoffman & Co die Sache aber auf eine andere Weise angesehen. Es würde zu weit gehen, im Detail zu erklären, wie sie die Bewegung der Galaxien betrachtet haben. Aber vereinfacht gesagt, haben sie ein sich mitbewegendes Koordinatensystem verwendet. Galaxien bewegen sich ja nicht einfach nur wegen der Anziehungskraft anderer Galaxien und Galaxienhaufen. Sondern sie bewegen sich auch durch die Expansion des Universums. Wir wissen, dass der Kosmos sich seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren ausdehnt und der Raum zwischen den Galaxien immer größer wird. Aber, und das ist ein wichtiger Punkt, das gilt nicht immer. Das Universum dehnt sich zwar aus und treibt die Galaxien auseinander. Gleichzeitig ziehen sich die Galaxien an und je nachdem wie viele Galaxien auf einem Haufen sind, kann diese Anziehungskraft den Haufen zusammenhalten. Das ist alles ein wenig verwirrend, und deswegen macht man so etwas wie bei diesen mitbewegenenden Koordinaten. Das heißt nichts anderes, als dass man die Bewegung der Galaxien, die von der Expansion des Universums verursacht wird, aus der gesamten Bewegung rausrechnet. Und dann kann etwas auf den ersten Blick seltsamen passieren.
Stellt euch vor, ihr fahrt mit dem Auto eine gerade Straße entlang, mit einer konstanten Geschwindigkeit von 50 Kilometer pro Stunde. Hinter euch fährt ein Auto in die selbe Richtung, aber mit nur 40 Kilometer pro Stunde. Beide Autos fahren, keines davon steht still. Aber jetzt kann ich das rein mathematisch ja auch anders betrachten. Ich kann mein Auto als Basis betrachten, als - aus meiner Sicht im Auto - in Ruhe. Oder anders gesagt: Die 50 Kilometer pro Stunde, mit denen ich unterwegs bin, rechne ich aus allen Geschwindigkeiten raus. Ich bin dann in Ruhe, meine Geschwindigkeit beträgt 0 km/h. Und das Auto hinter mir? Das entfernt sich aus meiner Sicht mit 10 km/h, denn es ist ja auch 10 km/h langsamer als ich. In meinen mitbewegten Koordinaten hat es nun aber eine Geschwindigkeit von -10 km/h, denn ich habe ja meine 50km/h von den 40km/h abgezogen. Man kann das alles auch so interpretieren, also würde ich das Auto hinter mir abstoßen. Beim Beispiel der Autos ist das alles nicht sonderlich überraschend, aber wenn es um Galaxien geht, hat das einerseits damals einige Leute sehr verwirrt und andererseits ist es da viel spannender.
Wenn man die "Gundgeschwindigkeit" der Expansion des Universums von allen Galaxienbewegungen abzieht, dann kriegt man ein Bild, in dem Regionen mit überdurchschnittlich vielen Galaxien anziehend wirken, genau so wie ich das vorhin beim Shapley-Superhaufen erklärt habe. Nur dass man hier jetzt den Beitrag dieser Anziehungskraft deutlicher sieht. Vor allem aber passiert in diesem Bild aber noch etwas: Regionen, in denen sich sehr viel weniger Galaxien als anderswo befinden, wirken tatsächlich "abstoßend". Nicht im realen, physikalischen Sinn; sie üben keine reale Abstoßungskraft aus. Aber so wie beim Beispiel mit den Autos sieht es durch den mathematischen Trick so aus, als würden sie andere Galaxien abstoßen.
Regionen mit unterdurchschnittlich vielen Galaxien, also die großen Voids, sind leer. Sie stoßen nichts ab, auch das bisschen an Masse was in den Voids ist, übt eine anziehende Gravitationskraft auf den Rest aus. Aber es ist eben eine sehr viel geringere Anziehungskraft als von den überdurschnittlich vollen Regionen der Superhaufen ausgeübt wird. Und das mathematische Modell mit den mitbewegten Koordinaten zeigt diesen Unterschied viel deutlicher. Auf diese Weise kann man Voids entdecken, von denen man vorher nichts gewusst hat, und genau darum geht es eigentlich. Voids zu entdecken ist schwer, weil da ja nichts ist, was man entdecken kann. Aber wenn man bei Analysen wie der von Hoffman & Co eine Region im Weltall entdeckt, die scheinbar "abstoßend" wirkt; wenn man also sieht, dass sich die Galaxien nicht nur auf eine bestimmte Gegend im Universum zu sondern auch alle von einer bestimmten Region WEG bewegen: Dann kann die Ursache dafür nur eine Void sein. Genau das ist der "Dipole Repeller": Eine Void, ungefähr 700 Millionen Lichtjahre entfernt, in der Richtung des Himmels, in der wir das Sternbild der Eidechse sehen können.
Der "Dipole Repeller" ist also kein mysteriöses Phänomen, sondern eine große Leere im lokalen Universum. Diese unterdichte Region beeinflusst die Geschwindigkeit der Galaxien ungefähr gleich stark wie sie durch die überdichte Region des Shapley-Superhaufens beeinflusst wird. Man darf das Nichts nicht ignorieren, wenn man das Universum verstehen will.
Sternengeschichten Folge 713: Lemuria und das Auf und Ab der Kontinente
Nix is fix! Sternengeschichten Folge 713: Lemuria und das Auf und Ab der Kontinente In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den versunkenen Kontinent Lemuria, die Heimat der ersten Menschen, die nach …
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Nix is fix!Sternengeschichten Folge 713: Lemuria und das Auf und Ab der Kontinente
In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den versunkenen Kontinent Lemuria, die Heimat der ersten Menschen, die nach dem Untergang ihrer Zivilisation die Kultur von Atlantis gegründet haben. Und wer sich jetzt fragt, was das soll, hat vollkommen recht. Keine Sorge, das hier ist nicht plötzlich zu einem Esoterik-Podcast geworden - aber Lemuria ist heute wirklich das Thema. Diese Folge der Sternengeschichten ist eine über unseren Planeten und über den langen Weg, den wir zurückgelegt haben, um zu verstehen, wie die Erde als Planet funktioniert. Es geht um das Wissen über die unmerklich langsamen Veränderungen der Erdoberfläche, die am Ende dennoch dafür verantwortlich sind, dass wir darauf leben können und die wir verstehen müssen, wenn wir verstehen wollen, was auf anderen Planeten im Sonnensystem und bei anderen Sternen passiert.
Die Geschichte von Lemuria beginnt in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Das war auch die Zeit, in der sich unser Bild der Erde und ihrer Lebewesen dramatisch gewandelt hat. Lange Zeit war in unserem Kulturkreis die Bibel das maßgebliche Werk, um die Welt zu verstehen. Dort steht, dass Gott die Erde in sieben Tagen erschaffen hat und das Gott ebenfalls der Schöpfer von Tieren, Pflanzen und Menschen ist. Nach dieser Schöpfung war alles fix und fertig und hat sich nicht mehr geändert; es sei denn, Gott wird unzufrieden und muss einen Teil der Schöpfung durch Katastrophen wie die Sintflut wieder auslöschen und danach ein bisschen umgestalten. Aber diese Geschichten haben irgendwann nicht mehr gereicht. Forscher wie Charles Darwin und Alfred Russel Wallace haben festgestellt, dass die Lebewesen auf der Erde nicht unveränderlich sind, sondern dass es so etwas wie "Evolution" gibt, die dafür sorgt, dass sich Tiere und Pflanzen sehr langsam, aber beständig verändern und dass das auch auf den Menschen zutrifft. Und der Geologe Charles Lyell hat gezeigt, dass solche langsamen Veränderungen auch für das Aussehen der Erde verantwortlich sind. Genau in dieser Zeit des Umbruchs hat sich der englische Zoologe Philip Lutley Sclater mit den Fossilien von Säugetieren in Indien, Sri Lanka und Madagaskar beschäftigt. Er hat Primaten erforscht, die Lemuren, die heute ausschließlich auf der östlich vor Afrika gelegenen Insel Madagaskar leben. Sclater hat aber Fossilien dieser Tiere auch in Indien und Sri Lanka gefunden und festgestellt, dass sie Fossilien sehr ähnlich sind, die man in Madagaskar finden kann. Oder simpel gesagt: Tiere, die geografisch weit voneinander und noch dazu durch einen Ozean getrennt sind, sind trotzdem eng miteinander verwandt. Wie kann dann sein?
Sie können nicht einfach von Madagaskar nach Indien geschwommen sein, das funktioniert nicht. Also hat Sclater in einer wissenschaftlichen Arbeit zu dieser Frage 1864 eine andere Lösung vorgeschlagen: "Die Besonderheiten der Säugetierfauna Madagaskars lassen sich am besten durch die Annahme erklären, dass ein großer Kontinent Teile des Atlantischen und des Indischen Ozeans einnahm … dass dieser Kontinent in Inseln zerbrach, von denen einige mit Afrika verschmolzen, andere mit dem Gebiet, das heute Asien bildet; und dass wir in Madagaskar noch heute Überreste dieses großen Kontinents vorfinden, für den ich den Namen Lemuria vorschlagen möchte!"
Sclater sagt also, dass Afrika, Indien und Südostasien früher durch Land verbunden waren und dieses Land ist später zum größten Teil versunken. Diesen versunkenen Kontinent nennt er "Lemuria" und aus damaliger Sicht war die Idee nicht so dramatisch, wie sie heute klingt. Vor Sclater haben schon andere festgestellt, dass es überraschende Verwandtschaften zwischen Pflanzen und Tieren in weit entfernten Regionen gibt und dass sie, ganz im Sinne der Darwinschen Evolution, einen gemeinsamen Ursprung haben müssen. Die weit entfernten Regionen müssen also durch heute verschwundene Landbrücken miteinander verbunden gewesen sein. Denn das war die einzige Möglichkeit, die Beobachtungen zu erklären. In der Geologie war damals (und noch bis in die 1960er Jahre) der sogenannte "Fixismus" verbreitet. Das bedeutet, man ist davon ausgegangen, dass die Erdkruste fix ist; und dass damit auch die Kontinente fix sind. Sie bewegen sich nicht, zumindest nicht hin und her. Was stattdessen aber sehr wohl passieren kann, ist ein Auf und Ab der Kontinente. Regionen der Erdkruste können sich heben oder senken; der Meeresspiegel kann steigen oder fallen. Dafür gab es auch jede Menge Belege; man hat Fossilien von Fischen und anderen Meereslebewesen im Hochgebirgen gefunden, man hat anderswo im Gestein Spuren eines früher höheren Meeresspiegels entdeckt, und so weiter. Im Rahmen dieser Überlegungen ist es nicht überraschend, dass es früher eine Landbrücke zwischen Afrika und Asien gegeben hat, die heute versunken ist.
Die Lemuria-Hypothese von Sclater hat deswegen auch bald Verbreitung erfunden. Ernst Haeckel, der deutsche Biologe der maßgeblich für die Verbreitung von Darwins Evolutionstheorie verantwortlich war, hat 1868 in einem seiner Bücher auch darüber spekuliert, ob Lemuria auch der Ort war, an dem sich die ersten Menschen entwickelt haben, bevor sie sich von Afrika ausgehend über die ganze Welt verbreitet haben. Friedrich Engels, den wir eher als Philosophen des Marxismus kennen, hat sich auch mit der Philosophie der Naturwissenschaft beschäftigt und 1876 geschrieben: "Vor mehreren hunderttausend Jahren, während eines noch nicht fest bestimmbaren Abschnitts jener Erdperiode, die die Geologen die tertiäre nennen, vermutlich gegen deren Ende, lebte irgendwo in der heißen Erdzone – wahrscheinlich auf einem großen, jetzt auf den Grund des Indischen Ozeans versunkenen Festlande – ein Geschlecht menschenähnlicher Affen von besonders hoher Entwicklung."
Lemuria und andere versunkene Landbrücken waren bis weit in das 20. Jahrhundert hinein ein plausibler Bestandteil geologischer und biologischer Forschung. Geändert hat sich das erst mit Alfred Wegener und seiner Theorie der Kontinentaldrift, also der Behauptung, dass die Kontinente sich eben doch auch hin und her bewegen können. Das Ende des Fixismus und damit auch der Landbrücken ist aber erst in den 1960er Jahren gekommen, als man das Phänomen der Plattentektonik tatsächlich auch nachweisen und erklären konnte - ich habe darüber ausführlich in Folge 647 der Sternengeschichten erzählt. Heute wissen wir, dass es keine Landbrücken und kein Lemuria gegeben hat. Afrika und Asien waren früher nicht getrennt; sie waren Teil des selben Kontinents der irgendwann auseinandergebrochen ist.
Seit wir die Plattentektonik verstanden haben, verstehen wir auch die Erde sehr viel besser als zuvor. Wir wissen, wie die tektonischen Vorgänge Gebirge auffalten, Vulkanismus verursachen, und so weiter. Wir wissen, dass in der Vergangenheit der Erde immer wieder "Superkontinente" entstanden sind, die dann wieder auseinanderbrechen und deren Einzelteile über den Planeten driften. Diese Vorgänge sind auch aus astronomischer Sicht interessant. Einerseits, weil die Plattentektonik eine wichtige Rolle dabei spielt, dass die Bedingungen auf der Erdoberfläche für uns lebensfreundlich sind. Treibhausgase wie Kohlendioxid können durch Vulkanismus in die Atmosphäre gelangen, können dann im Gestein gebunden werden und dieses Gestein wandert im Laufe der Jahrmillionen durch die tektonischen Prozesse in den Erdmantel, wo es aufgeschmolzen wird, bevor der ganze Zyklus wieder von vorne losgeht. Solche langfristigen Abläufe stabilisieren die Atmosphäre und wir vermuten, dass tektonische Prozesse ein wichtiger Bestandteil sind, wenn wir nach lebensfreundlichen Planeten anderswo im Universum suchen. Wenn wir die geologische Geschichte von Mars oder Venus verstehen wollen, müssen wir auch wissen, wie es dort mit der Plattentektonik aussieht. Auf der Venus zum Beispiel sehen wir keine Tektonik wie auf der Erde; es gibt auch keine Kontinente die sich bewegen. Das liegt vermutlich daran, dass ihre Kruste dicker ist und deswegen weniger Wärme aus ihrem Inneren an die Oberfläche gelangt. Vereinfacht gesagt: Der Druck kann sich nicht regelmäßig durch Vulkane oder Erdbeben entladen, wie auf der Erde, sondern staut sich auf bis irgendwann die gesamte Oberfläche in einem gewaltigen Vulkanisch-tektonischen Ereignis umgestaltet wird. Vielleicht läuft es auf der Venus aber auch anders; um es genau zu wissen, haben wir noch zu wenig Daten. Aber die Geschichte von Lemuria zeigt uns, wie wichtig es ist, zu verstehen wie ein Planet funktioniert. Wir können jede Menge spekulieren, und diese Spekulationen können durchaus plausibel sein, so wie es die über die Landbrücken und Lemuria aus damaliger Sicht ja auch waren. Aber solange wir nicht wirklich verstehen, was im Inneren das Planeten passiert, stehen die Chancen gut, dass wir uns irren - so wie es bei den Landbrücken und Lemuria der Fall war.
Die Geschichte von Lemuria zeigt übrigens auch und leider sehr gut, wie wissenschaftliche Erkenntnisse außerhalb der Wissenschaft falsch interpretiert und missbraucht werden. Wer sich heute nach Informationen über Lemuria umsieht, wird einerseits die Geschichten finden, die ich gerade erzählt habe. Darüber hinaus aber noch viel, viel mehr, die nach Science Fiction und Fantasy klingen. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde Sclaters Hyopthese nämlich unter anderem auch von Helena Blavatsky aufgegriffen, die damals die "Theosophische Gesellschaft" gegründet hat, eine Vorläuferin der diversen modernen Esoterik-Ideologien. Sie hat behauptet, dass auf der Erde ständig Kontinente versinken und das auf jedem versunkenen Kontinent andere "mystische" Menschenvorfahren gelebt haben. Auf Lemuria waren das Wesen, die noch keine echten Menschen waren. Sie haben zum Beispiel Eier gelegt um sich fortzupflanzen. Erst nach dem Untergang haben die Überlebenden von Lemuria die Kultur von Atlantis gegründet und erst als Atlantis auch untergegangen ist, sind daraus wir modernen Menschen entstanden. Das klingt alles sehr absurd, das ist auch alles sehr absurd und noch viel absurder ist es, dass es auch in der Gegenwart immer noch sehr viele Leute gibt, die das alles glauben.
Nun ja. Wer sowas gerne glauben möchte, kann das ruhig machen. Aber dann verpasst man leider die sehr viel spannendere Realität die uns zeigt, dass man sich durchaus auch mal irren kann, wenn man die Welt verstehen möchte. So etwas passiert, wenn man nicht genügend Daten hat. Aber man sollte versuchen, aus den Daten die man hat, das bestmögliche zu machen und man muss bereit sein, seine Ansichten zu ändern, wenn bessere Daten vorhanden sind. Der versunkene Kontinent Lemuria hat seinen Platz in der Geschichte der Naturwissenschaft verdient. Und wer weiß, welche Hyopthesen wir in Zukunft dank besserer Daten versinken lassen können.
Sternengeschichten Folge 712: Das Röntgenrätsel um Gamma Cassiopeiae
Ein verlässlicher Wegweiser Sternengeschichten Folge 712: Das Röntgenrätsel um Gamma Cassiopeiae Den Stern Gamma Cassiopeiae kann man schwer übersehen. Das Sternbild Kassiopeia ist für Mitteleuropa zirkumpolar …
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Ein verlässlicher WegweiserSternengeschichten Folge 712: Das Röntgenrätsel um Gamma Cassiopeiae
Den Stern Gamma Cassiopeiae kann man schwer übersehen. Das Sternbild Kassiopeia ist für Mitteleuropa zirkumpolar, das heißt, es ist das ganze Jahr über in der Nacht am Himmel zu sehen. Durch die markante Form ist es auch leicht zu erkennen, und es trägt nicht umsonst den Namen "Himmels-W". Und der Stern, der genau die mittlere Spitze des "W" bildet, ist Gamma Cassiopeiae. Und ich werde mich ab jetzt darauf beschränken, den Stern "Gamma Cas" zu nennen, denn es soll ja um das Rätsel gehen, dass dieser Stern uns in der Vergangenheit aufgegeben hat und nicht um seinen Namen. Obwohl es darüber tatsächlich auch einiges zu erzählen gibt: Gerade weil der Stern so gut zu finden und zu erkennen ist, wurde und wir er gerne für die Navigation und die Orientierung verwendet. Auch in moderner Zeit, zum Beispiel von den frühen NASA-Astronauten. Einer davon war Gus Grissom, der zweite Amerikaner und dritte Mensch überhaupt im All, der tragischerweise beim Test des Apollo-1-Raumschiffs 1967 ums Leben gekommen ist. Mit vollem Namen heißt er Virgil Ivan Grissom und weil er Gamma Cas bei seinem Training und den Raumflügen immer wieder zur Orientierung verwedent hat, hat er den Stern im Scherz "Navi" genannt - also "Ivan" rückwärts gelesen. Grissom hat auch ein paar andere Sterne seiner Navigationskarte auf diese Weise umbenannt und mit rückwärts geschriebenen Namen von Kollegen versehen. Aber wie gesagt: Es soll nicht um die Namen gehen, sondern um den Stern selbst.
Aus astronomischer Sicht ist er das erste Mal 1866 auffällig geworden. Am 23. August dieses Jahres hat der italienische Astronom Angelo Secchi eine kurze Nachricht an den Herausgeber der Fachzeitschrift "Astronomische Nachrichten" geschickt. Darin schreibt er unter anderem "Für den Augenblick kann ich nicht umhin, Sie auf eine merkwürdige Besonderheit des Sterns γ Cassiopeiae aufmerksam zu machen, die bisher einzigartig ist. Diese Besonderheit besteht darin, dass, während die große Mehrheit der weißen Sterne eine sehr klare und breite f-Linie zeigt — wie α Lyrae, Sirius usw. — γ Cassiopeiae an deren Stelle eine sehr schöne helle Linie besitzt, die viel glänzender ist als der gesamte übrige Teil des Spektrums."
Damit ist natürlich nicht gemeint, dass da irgendwelche Linien um den Stern verlaufen. Secchi hat ein Spektroskop getestet, er hat das Licht des Sterns also auf ein optisches Gerät fallen lassen, um es in seine Bestandteile aufzuspalten. Ich habe darüber in den Sternengeschichten schon sehr oft gesprochen: Das Licht der Sterne ist aus allen möglichen Farben zusammengesetzt und mit den richtigen Geräten kann man diese Mischung wieder in den bunten Regenbogen aller Farben aufspalten. Und wenn man dann noch genauer hinsieht, erkennt man dunkle Linien im Regenbogen, die Spektrallinien. Sie entstehen, sehr kurz gesagt, weil das Licht auf dem Weg aus dem Inneren eines Sterns dessen Gasschichten durchquert und die Atome des Gases bestimmte Teile des Lichts quasi blockieren. Von diesen Farben gelangt weniger ins All als von den anderen und am Ende sieht man die dunklen Linien. Das wusste man damals schon; Secchi hat aber das Gegenteil beobachtet. Dort wo andere Sterne dunkle Linien zeigen, hat Gamma Cas eine helle Linie. Nicht weniger Licht gelangt ins All, sondern mehr!
Das, was Secchi da beobachtet hat, war ein Stern mit Emissionslinien. Sie sind, im Gegensatz zu den Absorptionslinien nicht dunkel, sondern leuchten heller als der Rest des Regenbogens. Emissions- und Absorptionslinien entstehen auf die selbe Art und Weise und es wäre eine eigene Folge der Sternengeschichten wert, den Prozess im Detail zu erklären. Aber ich halte es kurz: Atome können angeregt werden, zum Beispiel durch die Strahlung eines Sterns und diese Energie der Anregung geben sie dann wieder ab, bei einer ganz bestimmten Lichtwellenlänge, also Farbe. Dann kommt es darauf an, ob man Licht untersucht, das von heißem Material stammt und sich durch kühleres Gas bewegt oder nicht. Den ersten Fall haben wir bei einem normalen Stern: Im Kern ist es heiß, dort strahlt Energie ab und dieses Licht bewegt sich dann durch die kühleren äußeren Schichten. Dort werden die Atome angeregt, durch Licht mit einer ganz bestimmten Farbe, und sie geben das Licht dieser Farbe dann auch wieder ab, aber das wird in alle Richtungen gestreut und am Ende fehlt ein bisschen was davon. Es kann aber auch sein, dass man ein heißes Gas hat, das aber vergleichsweise dünn ist. Wenn das dann durch Strahlung von irgendwo angeregt wird, geben die Atome dort wieder ihr charakteristisches Licht ab, aber weil drumherum eben nur das dünne Gas ist, wird dieses Licht dann nicht so stark gestreut. Anders gesagt: Eine helle Quelle von Licht die von kühleren Gas umgeben ist, erzeugt dunkle Linien. Ein heißes, dünnes Gas alleine erzeugt helle Emissionslinien, wenn es irgendwie angeregt wird. Aber Gamma Cas ist ja definitiv kein heißes dünnes Gas, sondern ein Stern. Dort sollte es Absorptionslinien geben, keine Emissionslinien. Was geht da ab?
Gamma Cas ist das, was man eine Be-Stern nennt. So nennt man heiße Sterne, die Emissionslinien zeigen und das erklärt natürlich noch nicht viel. Es sind Sterne, die erstens sehr massereich sind, also circa das 2 bis 20fache der Sonnenmasse. Diese Sterne sind auch deutlich heißer als die Sonne und manche von ihnen können sehr schnell um ihre eigene Achse rotieren. So schnell, dass sie Masse aus ihren äußeren Schichten ins All schleudern, die dann eine Art Ring oder Scheibe um den Stern bildet. Diese Scheibe aus heißem Gas ist es, die die Emissionslinien erzeugt, wenn das Material dort durch die Strahlung des heißen Sterns angeregt wird. Secchi konnte das damals natürlich noch nicht wissen, er hat die Überlagerung von Absorptions- und Emissionslinien gesehen und für ihn sah es so aus, als wäre da nur eine helle Linie.
Heute wissen wir, dass es einige solcher Sterne gibt wie Gamma Cas und wir wissen noch mehr. In den 1970er Jahren haben wir festgestellt, dass Gamma Cas nicht nur Emissionen im normalen Licht zeigt, sondern auch im Röntgenlicht. Jeder Stern leuchtet ein bisschen im hochenergetischen Licht der Röntgenstrahlung, aber Gamma Cas tut das sehr viel stärker, als es Sterne seines Typs normalerweise tun; circa 40 mal mehr als zu erwarten wäre.
Damit ein Objekt Röntgenstrahlung aussenden kann, muss es sehr stark aufgeheizt werden. Um das zu produzieren, was man bei Gamma Cas gemessen hat, bräuchte man ein heißes Gas mit mehr als 100 Millionen Grad. Und wir haben in der Nähe von Gamma Cas ja die Scheibe aus Gas - aber sie auf 100 Millionen Grad aufzuheizen: Das würde auch Gamma Cas nicht hinkriegen. Wenn man sich das Röntgenlicht anschaut, das von Gamma Cas kommt, sieht man auch, dass es nicht konstant leuchtet, sonder immer wieder einerseits kurzfristige Intensitätsausbrüche stattfinden, die ein paar Sekunden bis Minuten dauern und andererseits periodische Schwankungen in der gesamten Helligkeit beobachtbar sind. Womit sich ein weiters Mal die Frage stellt: Was geht da ab?
Es könnte sein, dass es irgendwelche magnetischen Wechselwirkungen zwischen Stern und Gasscheibe gibt. Sowas kennen wir ja auch von der Sonne, wenn da das elektrisch geladene Plasma ihrer äußeren Schichten durch die Gegend wirbelt, kommt es auch immer wieder zu "Kurzschlüssen" bei denen jede Menge Energie freigesetzt wird. Bei einem so großen und heißen Stern wie Gamma Cas könnte es noch wilder sein; da könnten die magnetischen Ströme des Sterns bis zur Scheibe reichen und wenn dann ein "Megakurzschluss" stattfindet, könnte so viel Energie ins Plasma der Scheibe gelangen, dass sie auf die extremen Temperaturen aufgeheizt wird. Oder aber, wir stehen vor einem ähnlichen Problem wie damals Angelo Secchi: Die Röntgenstrahlung kommt nicht nur vom Stern, sondern da ist noch etwas anderes. Zum Beispiel ein Weißer Zwerg oder Neutronenstern, der Gamma Cas umkreist. Wenn dann Material von Gamma Cas oder aus der Scheibe auf diesen Begleiter fällt, kann ebenfalls Röntgenstrahlung erzeugt werden.
Um das Rätsel zu lösen, muss man nicht nur die Röntgenstrahlung an sich messen, sondern sie so genau messen, dass man auch sieht, WO sie herkommt. Also nicht nur grob "aus der Richtung von Gamma Cas". Sondern sehr viel genauer und das ist schwer. Oder besser gesagt: Es war schwer, bis die japanische Weltraumagentur JAXA im Jahr 2023 die X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission gestartet hat und ein Weltraumröntgenteleskop mit dem unausprechbaren Namen XRISM ins All geschickt hat. Damit kann man nicht nur die Emissionslinien im Röntgenlicht extrem genau beobachtet, sondern auch sehr genau bestimmen, wo die Quelle dieses Röntgenlichts ist und wie schnell sich die Quelle bewegt. Zwischen 2024 und 2025 hat man Gamma Cas mit XRISM beobachtet und das Ergebnis lautet: Der Ort, von dem die Röntgenstrahlung kommt bewegt sich und er bewegt sich auf einer Umlaufbahn um Gamma Cas herum.
Wir haben jetzt also folgendes Bild: Da ist Gamma Cas, umgeben von einer Scheibe aus heißem Gas, das die Emissionslinien erzeugt, die Angelo Secchi als erster gesehen hat. Stern und Scheibe werden von einem weißen Zwergstern umkreist, dessen Gravitationskraft Material aus der Scheibe anzieht und der deswegen selbst von einer kleinen Scheibe aus Gas umgeben ist, das auf den weißen Zwerg stürzt. Dabei strahlt es Röntgenstrahlung ab, und weil der weiße Zwerg sich bewegt und mal mehr und mal weniger Material anzieht, sehen wir Veränderungen in der Intensität der Röntgenstrahlung.
Im Laufe der Zeit hat man einige Sterne gefunden, die ähnliche Röntgenemissionen zeigen wie Gamma Cas. Die Beobachtungen von XRISM legen nahe, dass auch dort Begleiter die Ursache sein können. Und das ist aus vielen Gründen spannend. Weiße Zwerge sind ja das, was von einem sonnenähnlichen Stern übrig bleibt, wenn dort die Kernfusion zum Erliegen kommt. Gamma Cas muss also früher mal ein normales Doppelsternsystem gewesen sein, und zwar ein enges System, denn nur dann kann es zu der Wechselwirkung zwischen Stern, Scheibe und weißem Zwerg kommen. Solche engen Doppelsterne sind aber genau das, aus dem noch später schwarze Löcher entstehen können. Denn irgendwann sind beide Sterne am Ende ihres Lebens angekommen; und die weißen Zwerge oder Neutronensterne zu denen sie sich entwickeln, umkreisen einander im Laufe der Zeit immer enger. Sie kommen einander immer näher, weil sie Gravitationswellen abgeben und irgendwann kommt es zur Kollision. Beide ehemaligen Sterne verschmelzen und mit einem großen Ausbruch an Gravitationswellen entsteht aus ihnen ein schwarzes Loch. Wir haben solche Ereignisse mit den Gravitationswellendetektoren schon beobachtet, aber nur den letzen Schritt der Verschmelzung. Systeme wie Gamma Cas zeigen uns, wie es davor dort aussieht und was passiert, bevor die Gravitationswellen entstehen, die wir dann irgendwann messen können.
Die Spitze des Himmels-W hat uns einige Rätsel aufgegeben. Und wird dabei helfen, andere Rätsel lösen zu können.
Sternengeschichten Spezial Juli 2026
Quasisatelliten, Live-Tour-Probleme und vagabundierende Planeten Sternengeschichten Spezial Juli 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Folge 6 der …
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Quasisatelliten, Live-Tour-Probleme und vagabundierende PlanetenSternengeschichten Spezial Juli 2026
STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live
Folge 6 der Spezial-Serie! Zu Beginn erzähle ich etwas über die Tianwen-2-Mission, die gerade beim Asteroid Kamo'oalewa angekommen ist, einem Quasisatelliten der Erde, um dort Bodenproben zu nehmen. Im "Backstage"-Teil geht es um die Schwierigkeiten, eine Live-Tour zu veranstalten und warum ich nicht überall hinkommen kann, wo ich gerne hinkommen würde. Danach beantworte ich eine Frage über vagabundierende Planeten und am Ende gehts auf in die Sommerferien.
Die Sonnenfinsternisbrillen beim Astronomieverlag gibt es mit diesem Link bzw. mit dem Rabattcode STERNENGESCHICHTEN. Wer aus Österreich bestellt bitte einfach ne Mail an [email protected] mit dem Rabattcode schreiben.
Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch.
Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima".
Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier.
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Sternengeschichten Folge 711: Das CLOUD-Experiment
Eine Wolke im Teilchenbeschleuniger Sternengeschichten Folge 711: Das CLOUD-Experiment In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den Himmel. Es geht um die Wolken, die dort ab und zu zu sehen sind und …
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Eine Wolke im TeilchenbeschleunigerSternengeschichten Folge 711: Das CLOUD-Experiment
In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den Himmel. Es geht um die Wolken, die dort ab und zu zu sehen sind und es geht um den Einfluss ferner Sterne und der nahen Sonne auf die Entstehung dieser Wolken. Das klingt erstmal seltsam, denn wie soll das, was fern der Erde irgendwo im All passiert, dafür sorgen können, dass an unserem Himmel Wolken entstehen? Aber bei genauerer Betrachtung ist die Sache gar nicht mehr seltsam, sondern sehr interessant. Und nicht nur das: Es ist auch höchst relevant, denn ob wir viele oder wenige Wolken am Himmel haben, hat Einfluss auf das Klima der Erde. Der Zusammenhang zwischen Wolken und Weltall ist so wichtig, dass am europäischen Kernforschungszentrum CERN sogar ein eigenes Experiment zur Erforschung dieses Phänomens durchgeführt wurde und genau das ist das Thema dieser Folge der Sternengeschichten.
Wir müssen dafür aber ein bisschen früher anfangen, im Jahr 1912 und mit dem österreichischen Physiker Victor Franz Hess, der damals in einem Ballon aufgestiegen ist, um Messungen der elektrischen Leitfähigkeit in der Atmosphäre durchzuführen. Dabei hat er das entdeckt, was wir heute "kosmische Strahlung" nennen und worüber ich in Folge 317 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich gesprochen habe. Kurz zusammengefasst handelt es sich dabei um geladene, hochenergetische Teilchen. Vor allem Protonen, aber zu einem kleinen Teil auch aus Alpha-Teilchen, also Atomkernen von Heliumatomen. Elektronen und ein paar andere Atomkerne sind auch in geringen Mengen dabei und die Quelle all dieser Partikel sind vor allem Sterne. Sie leuchten nicht nur, sondern schleudern auch Teilchen aus ihren äußeren Gasschichten hinaus ins All. Dazu kommen andere astrophysikalische Phänomene wie zum Beispiel Supernova-Explosionen, bei denen ebenfalls jede Menge Teilchen durch die Gegend geschleudert werden. Kurz gesagt: Das All ist voll mit geladenen Teilchen, die kreuz und quer durch die Gegend sausen. Für uns hier auf der Erde können wir die kosmische Strahlung in zwei Komponenten teilen. Da sind einerseits die Teilchen, die von unserer Sonne stammen. Und dann gibt es noch die galaktische kosmische Strahlung, also das, was von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangt.
Im Weltall ist die kosmische Strahlung gefährlich und gesundheitschädlich für uns; am Erdboden schützen uns Magnetfeld und Atmosphäre davor. Aber IN der Atmosphäre kann die kosmische Strahlung durchaus Auswirkungen haben. Wenn die hochenergetischen Teilchen auf die Moleküle der Luft treffen, können diese dadurch aufgespalten und ionisiert, also elektrisch geladen werden. Die Details sind komplex und wir kommen später noch darauf zurück. Aber durch die Ionisation können sich in der Luft auch leichter sogenannte Aerosole bilden, also kleinste Partikel, an denen sich Wassertröpfchen anlagern können. Die Aersole sind der Ausgangspunkt der Wolkenbildung und es gibt sie auch ganz ohne kosmische Strahlung. Pollen, Russ, Mikroorganismen, usw: Alles mögliche was in der Luft schwebt, kann die Entstehung von Wolken verursachen. Und eigentlich sollte die kosmische Strahlung da auch nicht weiter groß auffallen: Beziehungsweise nur, wenn sich ihre Intensität verändert, wenn also mal mehr und mal weniger davon auf die Erde kommt. Dann könnten wir, im selben Rhythmus, auch mal mehr und mal weniger Wolken haben. Und es gibt tatsächlich ein Phänomen, dass die Intensität der kosmischen Strahlung auf diese Weise steuern könnte: Die Aktivität der Sonne. Unser Stern ist unterschiedlich aktiv, das heißt die durch die Magnetfelder der Sonne gesteuerte Bewegung der geladenen Teilchen des Sonnenplasmas ist mal mehr und mal weniger turbulent, in einem Rhythmus von circa 11 Jahren. Dadurch ändert sich auch die Menge an Teilchen, die die Sonne ins All hinaus pustet. Es geht jetzt aber nicht um die Teilchen der Sonne selbst, sondern das, was sie mit den Teilchen anstellen, die von außerhalb des Sonnensystems kommen. Der Prozess ist kompliziert, aber im Wesentlichen läuft es so ab: Die galaktische kosmische Strahlung kommt von außen, in das Sonnensystem hinein. Die solare kosmische Strahlung bewegt sich von innen aus dem Sonnensystem hinaus. Wenn die Sonnenaktivität hoch ist, ist die Stärke dieses Teilchenstroms groß. Auch das Magnetfeld der Sonne verändert sich und die "Magnetosphäre", also der Einflussbereich des solaren Magnetfeldes vergrößert sich. Oder anders gesagt: Ist die Sonnenaktivität hoch, kann weniger galaktische kosmische Strahlung von außen ins Sonnensystem kommen. Es kommt weniger davon auf der Erde an und ihr Einfluss auf die Atmosphäre und die Wolkenbildung wird geringer. Oder noch einmal anders gesagt: Die Wolkenbedeckung der Erde könnte durch die periodische Sonnenaktivät und die dadurch verursachte periodische Veränderung der Intensität der galaktischen kosmischen Strahlung verändert werden. Die Konsequenzen sind unter Umständen sogar noch größer: Wenn in Zeiten hoher Sonnenaktivität weniger Wolken in der Atmosphäre entstehen, wird es auf der Erde heißer. Das Zusammenspiel von Sonnenaktivität und galaktischer kosmischer Strahlung könnte also das Klima der Erde beeinflussen.
Genau das war die Hypothese, die 1997 von den dänischen Physikern Eigil Friis-Christensen und Henrik Svensmark veröffentlicht wurde. Ihre Behauptung: Die Erwärmung der Erde, die man auch damals schon registriert hatte, hat nur wenig mit irgendwelchen menschengemachten Treibhausgase zu tun, sondern viel mehr mit der Sonnenaktivität. Ich habe darüber auch schon in Folge 368 der Sternengeschichten gesprochen und wer sich noch daran erinnert wird auch wissen, dass ich damals gesagt habe, dass diese Hypothese sich als falsch herausgestellt hat. Das ist immer noch der Fall, aber es lohnt sich, ein bisschen genauer darauf zu schauen, wie der Weg zu dieser Erkenntnis war. Denn erstmal ist die Hypothese von Svensmark und Friis-Christensen durchaus plausibel. All das, was ich vorhin beschrieben habe, ist tatsächlich so: Kosmische Strahlung kann einen Beitrag zur Wolkenbildung leisten. Unklar war zum damaligen Zeitpunkt aber noch das Ausmaß des Effekts. Svensmark war der Ansicht, dass der Einfluss der kosmischen Strahlung durchaus sehr relevant ist und viele andere sind ihm in dieser Interpretation gefolgt. Jede Menge Forscherinnen und Forscher waren aber auch skeptisch, weil die Datenlage nicht wirklich ausreichend war, um solche weitreichenden Aussagen treffen zu können. Und was macht man in so einem Fall? Seriöserweise forscht man weiter und kümmert sich vor allem um bessere Daten. Beides ist in den Jahren nach 1997 ausführlich passiert. In vielen hunderten wissenschaftlichen Arbeiten hat man sich auf alle möglichen Arten mit der Hypothese auseinandergesetzt. Und der britische Physiker Jasper Kirkby hat sich daran gemacht, ein Experiment zu entwerfen, um die Sache ein für alle mal zu klären. Schon 1998 hat er die Idee zu CLOUD gehabt. Das Wort bedeutet nicht nur "Wolke" auf englisch, sondern ist natürlich auch ein Akronym, wenn auch ein etwas bemühtes. CLOUD steht für "Cosmics Leaving OUtdoor Droplets", was so viel heißt wie "kosmische Strahlung erzeugt draußen Tropfen". Na ja…
Die Idee war aber gut. Kirkby war Physiker am europäischen Kernforschungszentrum CERN und hat sich gedacht: Hochenergetische Protonen und Alpha-Teilchen kriegen wir mit unseren Beschleunigern auch hin! Wir können quasi künstliche kosmische Strahlung produzieren und dann unter kontrollierten Bedingungen ihre Auswirkung auf Wolkenbildung untersuchen. Denn das war ja das Problem mit der Hypothese von Svensmark und Friis-Christensen: Man hat sie aus Beobachtungsdaten der Wolkenbedeckung abgeleitet, aus Messdaten der kosmischen Strahlung und die stammen natürlich alle aus der realen Welt. Und in der realen Atmosphäre geht jede Menge ab; da befinden sich jede Menge Gase, Teilchen, Aerosole, und so weiter und wir können das nicht alles auf einmal im Blick behalten. Viel deutlicher wird das Bild, wenn wir uns eine künstliche Atmosphäre basteln, wo nur das drin ist, was wir auch vorher reinstecken und wenn wir dann mit von uns selbst erzeugter kosmischer Strahlung drauffeuern. Dann haben wir alles unter Kontrolle und können genau schauen, unter welchen Bedingungen die kosmische Strahlung welchen Einfluss hat. Genau das war Kirkbys Idee zu CLOUD und genau das haben er und sein Team in den nächsten Jahren am CERN umgesetzt. 2006 wurde die ersten Tests gestartet, die gezeigt haben, dass die Anlage funktioniert und das macht, was sie machen soll. Und 2011 wurden dann auch die Ergebnisse des ersten echten CLOUD-Experimente publiziert. Bei den Testläufen hatte man vor allem Schwefelsäure untersucht, die in der realen Atmosphäre an der Entstehung von Wolkenbildungskernen beteiligt ist. Man hat aber auch gesehen, dass Schwefelsäure alleine nicht ausreicht, um ein realistisches Bild zu erhalten. Deswegen hat man für die echten Experimente auch noch andere Gase in die Testatmosphäre eingebracht. Zum Beispiel Ammoniak, und wenn man das in den Mengen hinzufügt, die man auch in der realen Atmosphäre findet, wird es spannend. CLOUD hat gezeigt, dass Ammoniak die Nukleationsrate von Schwefelsäure massiv erhöht. Nukleationsrate, das heißt die Rate, mit der sich Schwefelsäureteilchen zu größeren Aerosolen verbinden können. Und "massiv erhöht" heißt: Um das circa hundert bis tausendfache. Ammoniak kann sich an die Schwefelsäure anlagern und so dabei helfen, die Teilchen stabil zu halten, die ansonsten schnell wieder verdampfen würden. Die ersten CLOUD-Daten haben aber auch gezeigt, dass kosmische Strahlung zu einer Erhöhung der Nukleationsrate führt.
2013 hat man dann weitere Ergebnisse publizieren können. Diesmal hat man sich die Rolle von Aminen angesehen. Amine sind organische Moleküle, die zum Beispiel von Pflanzen erzeugt werden und die haben sich als noch effektiver herausgestellt, wenn es darum geht, die Wolkenbildungskerne anwachsen zu lassen und zu stabilisieren. So effektiv, dass der Einfluss der kosmischen Strahlung auf einmal gar nicht mehr so groß ist. Etwas vereinfacht gesagt: Ein sehr geringe Menge an Aminen in der Atmosphäre reicht aus, um quasi alles wegzunukleieren, was da ist - ob dann auch noch kosmische Strahlung ein wenig bei der Aerosolbildung hilft oder nicht, spielt fast keine Rolle mehr. Noch genauer hat man dann 2016 Bescheid gewusst: Da hat man mit CLOUD auch die Variationen der kosmischen Strahlung simuliert, die im Laufe eines Sonnenzyklus zu erwarten sind und festgestellt: Das führt nur zu einer Veränderung der Konzentration an Wolkenkondensationskernen von circa 0,1 Prozent. Spätere CLOUD-Messungen haben das bestätigt: Der Einfluss der galaktischen kosmischen Strahlung auf die Wolkenbildung existiert. Aber er ist viel zu klein, um auch nur irgendwie relevant für das Klima der Erde sein zu können. Gleichzeitig haben andere Forschungsarbeiten unabhängig von CLOUD auf anderen Wegen ebenfalls gezeigt, dass die Hypothese von Svensmark und Friis-Christensen zwar prinzipiell plausibel ist, der Effekt aber vernachlässigbar für das Klima.
Heute gibt es keinen wissenschaftlich seriösen Zweifel mehr daran, dass es die menschengemachten Treibhausgase sind, die das Erdklima erwärmen- und vom wissenschaftlich unseriösen Zweifel will ich gar nicht reden, denn natürlich geistert die Hypothese mit dem Einfluss der Sonnenaktivität auf das Klima immer noch durch die Welt, wird aber nur noch von Leuten vertreten, die entweder keine Ahnung vom Stand des Wissens haben oder ihn aktiv ignorieren um ihre eigenen Ziele durchzusetzen.
Die ganze Geschichte um die kosmische Strahlung und das Klima war aus wissenschaftlicher Sicht ein großer Erfolg. Es gab eine Hypothese, die Wissenschaft hat sich lange und ausführlich damit beschäftigt, und jetzt wissen wir mehr als vorher, auch wenn die Hypothese sich als falsch herausgestellt hat. Und auch CLOUD war ein großer Erfolg. Wir wissen jetzt zum Beispiel, wie wichtig die verschiedensten Spurengase wie Ammoniak oder Amine für die Wolkenbildung sind - und noch viel mehr. CLOUD hat auch untersucht, wie kosmische Strahlung sich zum Beispiel auf die Entstehung gesundheitsschädlicher Gase wie Ozon auswirkt; wir erforschen damit, wie extreme Strahlunsgereignisse wie Supernova-Explosionen unsere Atmosphäre vielleicht in der Vergangenheit beeinflusst haben, und so weiter. Die Wolkenkammer im Teilchenbeschleuniger wird auch in Zukunft noch weitere Erkenntnisse liefern. Und wir werden besser verstehen, wie die fernen Sterne unseren Himmel verändern können.
Sternengeschichten Folge 710: Void-Galaxien - ein Licht in der Dunkelheit
Ein Blick ins Nichts Sternengeschichten Folge 710: Void-Galaxien - ein Licht in der Dunkelheit In dieser Folge der Sternengeschichten geht es hinaus in die große Leere des Universums. Die ist aber nicht völlig …
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Ein Blick ins NichtsSternengeschichten Folge 710: Void-Galaxien - ein Licht in der Dunkelheit
In dieser Folge der Sternengeschichten geht es hinaus in die große Leere des Universums. Die ist aber nicht völlig leer - auch dort findet man Galaxien, mitten im Nichts. Aber, fragen sich jetzt vielleicht einige, wo sollen Galaxien denn sonst sein, wenn sie nicht mitten im Nichts sind? Der Weltraum ist leer und dort wo er nicht leer ist, befinden sich die Galaxien mit ihren Sternen. Und das ist zwar richtig, aber nicht ganz. In Folge 63 der Sternengeschichten habe ich schon mal über die großräumige Struktur des Universums gesprochen. Die Materie ist nämlich nicht gleichmäßig verteilt und wenn ich "Materie" sage, dann meine ich jetzt nicht einzelne Asteroiden, Planeten oder Sterne. Wir betrachten den Kosmos jetzt auf einer viel größeren Skala. Selbst einzelne Galaxien sind noch zu klein, wir schauen auf die Galaxienhaufen und die Superhaufen, die aus vielen Galaxienhaufen bestehen. Untersucht man, wie die im Weltall verteilt sind, dann zeigt sich ein interessantes Bild. Sie sind nicht gleichmäßig oder zufällig verteilt, sondern bilden eine Struktur, die man das "kosmische Netz" nennt. Die Galaxienhaufen reihen sich zu riesigen, fadenartigen Strukturen auf, den Filamenten. Und diese Filamente umschließen ebenso riesige Leerräume, die Voids. Voids können ein paar hundert Millionen Lichtjahre groß sein und auch die Filamente erreichen eine ähnliche Länge. Aber dieses Bild ist - wie ich zu Beginn gesagt habe - ein wenig vereinfacht. In den Voids ist nicht einfach Nichts. Im Vergleich zu den Filamenten rundherum sind sie zwar mehr oder weniger leer. Aber tatsächlich findet man auch in den Voids Materie, nur eben sehr, sehr viel weniger als in den Filamenten. Es gibt sogar Galaxien, die sich mitten in den Voids befinden und das sind - wenig überraschend - die Void-Galaxien.
Genau die schauen wir uns jetzt an und es wird sich lohnen, sie angesehen zu haben. Aber dazu kommen wir später noch. Nehmen wir zum Beispiel MCG +01-02-015. Mit dieser unspektakulären Bezeichnung ist eine Spiralgalaxie gemeint, die ungefähr 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Man kann sie - ein ausreichend starkes Teleskop vorausgesetzt - am Himmel dort sehen, wo sich das Sternbild der Fische befindet. Betrachtet man typische astronomische Aufnahmen dieser Galaxie, dann sehen sie auf den ersten Blick nicht weiter außergewöhnlich aus. In der Mitte die große Spiralgalaxie und drumherum jede Menge andere Galaxien. Aber man darf dabei nicht vergessen, dass die astronomischen Bilder uns nur einen zweidimensionalen Eindruck der dreidimensionalen Realität zeigen. Nur weil da ein paar Galaxien nebeneinander zu sehen sind, bedeutet das nicht, dass sie auch tatsächlich nahe beieinander liegen. Das wahre Bild zeigt sich erst, wenn man auch die echten, physischen Abstände der Galaxien bestimmt und dann sieht man, dass MCG +01-02-015 mitten in einer großen Leere liegt. In einem Umkreis von gut 100 Millionen Lichtjahren findet sich keine andere Galaxie. Sie befindet sich mitten in einer Void und wir können froh sein, dass wir selbst einen deutlich weniger isolierten Platz im Universum bewohnen. Unsere nächste große Nachbargalaxie ist die Andromeda, mit einer Distanz von circa 2,5 Millionen Lichtjahren. Und dann sind da noch jede Menge weitere Galaxien, die mit unserer Milchstraße zusammen die Lokale Gruppe bilden. Neben der Lokalen Gruppe gibt es noch weitere Galaxiengruppen in unserer Umgebung. 54 Millionen Lichtjahre von uns entfernt sehen wir zum Beispiel die mehr als 2000 Galaxien, die den Virgo-Galaxienhaufen bilden oder anders gesagt: Die Umgebung der Milchstraße ist voll mit tausenden Galaxien. MCG +01-02-015 existiert dagegen völlig isoliert vom Rest des Universums. Würden wir dort leben, hätte sich unser Wissen über den Kosmos vermutlich ganz anders entwickelt. Wir haben schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt, dass es andere Galaxien gibt und das Universum absurd groß ist. Würden wir dagegen von MCG +01-02-015 hinaus ins All blicken, wären unsere Teleskope erst irgendwann in den 1960er Jahren gut genug gewesen, um die Existenz anderer Galaxien entdecken zu können.
Aber zum Glück leben wir nicht in einer Void. Wir müssen nicht aus der Leere hinaus schauen, sondern können aus den dichtbesiedelten Filamenten des kosmischen Netzes die Voids und ihre Galaxien erforschen. Und haben mittlerweile schon einiges über sie herausgefunden. Es sind keine prinzipiell anderen Galaxien, die dort in der großen Leere entstehen. Aber wenn wir im Detail hinschauen, sehen wir ein paar relevante Unterschiede. Eine Untersuchung der Void-Galaxien hat zum Beispiel gezeigt, dass sie alle tendenziell jünger sind; das heißt die Sterne dort sind im Durchschnitt nicht so alt wie anderswo und sie haben eine geringere Metallizität. Der Grund dafür: Die Leere verzögert das Wachstum. Void-Galaxien bilden sich später und langsamer als andere Galaxien. Das ist auch nicht überraschend, denn in den Voids gibt es ja auch weniger Materie als anderswo und deswegen laufen die Prozesse anders ab. Ich kann in dieser Folge nicht die kompletten Grundlagen der Galaxienentstehung behandeln, aber kurz gesagt läuft das so ab: Das Universum ist voll mit riesigen Wolken aus dunkler Materie. In den Zentren dieser Wolken ist die Dichte der dunklen Materie ein bisschen größer als anderswo, deswegen ist dort auch die Gravitationskraft stärker und die normale Materie sammelt sich dort. Aus diesen Ansammlungen bilden sich im Laufe der Zeit jede Menge Sterne und eine Galaxie ist entstanden. Wie gesagt, das ist eine sehr vereinfachte Version eines enorm komplexen Vorgangs. Aber so entstehen Galaxien und so entstehen auch die Galaxien in den Voids. Nur dass da die Wolken aus dunkler Materie kleiner und weniger dicht sind. Die Gravitationskraft die sie ausüben ist geringer und es dauert länger, bis sie das bisschen an normaler Materie, das in den Voids vorhanden ist, zu Galaxien geformt haben. Da die Sterne deswegen dort tendenziell alle ein wenig jünger sind, sind auch noch nicht so viele am Ende ihres Lebens angelangt. Das ist der Grund, warum die Metallizität der Void-Galaxien geringer ist: Metalle sind in der Astronomie ja alle chemischen Elemente, die kein Wasserstoff und kein Helium sind. Und diese anderen Elemente müssen erst durch die Vorgänge im Inneren der Sterne erzeugt werden und verteilen sich dann in der Galaxie, wenn der Stern sein Leben beendet.
Es gibt auch Hinweise, dass die Void-Galaxien nicht völlig isoliert vom Rest des Universums existieren. Einerseits haben wir auch Gruppen von Void-Galaxien beobachtet. Nicht viele; die meisten von ihnen existieren tatsächlich alleine. Aber ab und zu findet man auch Gruppen, die aus zwei, drei oder manchmal noch mehr Galaxien bestehen. Diese Void-Gruppen beeinflussen sich dann so, wie es auch die Galaxien in den normalen Galaxiengruppen tun. Sie können miteinander verschmelzen, dadurch neue Sternentstehung anregen, und so weiter. Aber es gibt auch die Vermutung, dass Material von den Filamenten in die Voids gelangt. Denn auch die Leere hat Struktur. Das bisschen an Gas und anderer Materie in den Voids bildet ebenfalls schwache Filamente, dünne Ranken, und so weiter, die sich durch das Nichts ziehen und die wirken mit ihrer Gravitationskraft quasi wie Pipelines, durch die weiteres Gas aus dem kosmischen Netz zu den Void-Galaxien gelangen kann.
Aber trotz dieser schwachen Verbindungen zur Außenwelt leben die Void-Galaxien mehr oder weniger abgetrennt vom kosmischen Netz. Genau das macht sie aber so interessant für die Wissenschaft. In den wuseligen wilden Galaxienhaufen passieren jede Menge Dinge. Alles beeinflusst sich gegenseitig und es ist schwierig, ein klares Bild der Vorgänge zu kriegen. In den Voids lebt eine Galaxie aber quasi wie in einem Labor, abgeschirmt von all den äußeren Einflüssen, die ihre Erforschung verkomplizieren. Die Void-Galaxien zeigen uns, was mit einer Galaxie passiert, wenn sie einfach nur da ist und nicht vom Rest des Universums beeinflusst wird. Mit diesem Wissen können wir die viel komplexere Realität im kosmischen Netz besser verstehen. Das Licht in der Dunkelheit der Voids macht auch den Rest des Universums ein klein wenig heller für uns.
Sternengeschichten Spezial Juni 2026
Interstellare Kometen, Radtouren und schwarze Löcher Sternengeschichten Spezial Juni 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Folge 5 der Spezial-Serie! Ich …
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Interstellare Kometen, Radtouren und schwarze LöcherSternengeschichten Spezial Juni 2026
STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live
Folge 5 der Spezial-Serie! Ich erzähle zu Beginn etwas über das interstellare Objekt 3I/Atlas, dass sehr viel älter (und kälter) als das Sonnensystem ist und uns etwas über Planetenentstehung weit vor unserer Zeit erzählen kann. Dann geht es ein wenig um den Sommer und ums Radfahren in der echten und der virtuellen Welt. Ich beantworte eine Frage aus der Hörerschaft zur dunklen Materie und schwarzen Löchern und dann ist die Spezialfolge mit eine Hinweis zur Sonnenfinsternis auch wieder zu Ende.
Die wissenschaftliche Arbeit zu 3I/Atlas gibt es hier.
Die Sonnenfinsternisbrillen beim Astronomieverlag gibt es mit diesem Link bzw. mit dem Rabattcode STERNENGESCHICHTEN. Wer aus Österreich bestellt bitte einfach ne Mail an [email protected] mit dem Rabattcode schreiben.
Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch.
Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima".
Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier.
Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter)), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten)) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten))
Feedback zu den Spezialfolgen bitte unter [email protected]
Sternengeschichten Folge 709: Der Grabstichel und der heimatlose Quasar
Der Himmel im Caelum Sternengeschichten Folge 709: Der Grabstichel und der heimatlose Quasar Der Grabstichel ist seltsam. Vor allem, weil die meisten heutzutage nicht mehr wissen, was ein Grabstichel eigentlich …
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Der Himmel im CaelumSternengeschichten Folge 709: Der Grabstichel und der heimatlose Quasar
Der Grabstichel ist seltsam. Vor allem, weil die meisten heutzutage nicht mehr wissen, was ein Grabstichel eigentlich ist, aber dazu kommen wir noch. "Grabstichel" oder auf lateinisch "Caelum" ist auch der Name eines der achtundachtzig offiziellen Sternbilder des Himmels. Es ist aber eines der unspektakulärsten Sternbilder, zumindest auf den ersten Blick.
Von Mitteleuropa aus ist es extrem unspektakulär, denn von hier aus ist es eigentlich gar nicht zu sehen. Nur im Dezember kann man einen Teil des Sternbilds kurz sehen, aber zu sehen gibt es da eigentlich nichts. Nur zwei der Sterne dort sind heller als die 5. Größenklasse und wer die Helligkeitsklassifizierung der Astronomie kennt, weiß, dass das nicht sonderlich hell ist. Das ist gerade so an der Grenze dessen, was wir mit freiem Auge sehen können, wenn der Himmel wirklich dunkel ist. Und die restlichen Sterne sind noch leuchtschwächer. Zu den Sternen kommen wir dann noch; zuerst schauen wir kurz auf die Geschichte des Grabstichels. Eine spannende mythologische Geschichte aus der Welt der griechischen Götter ist hier nicht zu erwarten. Der Grabstichel gehört zu den vierzehn Sternbildern des südlichen Himmels, die der französische Astronom Nicolas-Louis de Lacaille im 18. Jahrhundert festgelegt hat. Er hat ab 1750 vom Kap der guten Hoffnung an der Südspitze Afrikas aus den Himmel beobachtet und kartografiert. Sein Katalog enthielt um die 10.000 Sterne des Südhimmels und um die alle in die damals auch in der wissenschaftlichen Astronomie noch üblichen Schubladen der Sternbilder einsortieren zu können, hat er ein paar neue definieren müssen. Denn am Südhimmel waren große Bereiche noch ohne Sternbilder; diese Gegend konnte man von Europa und Griechenland aus, wo die Gelehrten der Antike gelebt haben, nicht sehen. Von Südafrika aus natürlich sehr wohl und die Menschen, die schon immer dort gelebt haben, hatten natürlich eigene Sternbilder - aber das hat Leute aus Europa damals nicht interessiert. Also hat de Lacaille neue Sternbilder definiert und dabei keine mythologischen Gestalten verwendet sondern das wissenschaftliche Zeitalter der Aufklärung gefeiert. Er hat seine Sternbilder nach wissenschaftlichen Instrumenten benannt und der Grabstichel war da mit dabei.
Und ein Grabstichel ist ein Werkzeug, mit dem man Metall oder Holz gravieren kann, zum Beispiel dann, wenn man einen Kupferstich oder Holzstich anfertigen will. Das klingt jetzt nicht sehr nach Wissenschaft, aber wir befinden uns ja im 18. Jahrhundert. Da gab es keine Fotografie und wenn man Dinge abbilden und diese Abbildungen reproduzieren wollte, musste man sie malen. Oder, ein wenig exakter, einen Kupfer- oder Holzstich anfertigen. Für die Wissenschaft waren reproduzierbare Bilder damals so wichtig wie heute und der Grabstichel hat seinen Platz als wissenschaftliches Instrument am Himmel durchaus verdient.
Aber vielleicht nicht gerade diesen Platz… Wie gesagt: Das Sternbild ist erstens klein und zweitens findet man dort kaum helle Sterne. Und unter den nicht so hellen sind auch keine einzigartigen Objekte dabei; es ist eine vergleichsweise typische Auswahl. Noch am spannendsten ist vielleicht der Stern RR Caeli. Er ist 69 Lichtjahre entfernt und eigentlich zwei Sterne. Ein roter Zwergstern und ein weißer Zwerg umkreisen einander einmal alle 7 Stunden und beide werden außenrum von zwei Planeten umkreist, die beide größer als der Jupiter sind. Das vermutet man zumindest, aber entsprechende Beobachtungen aus dem Jahr 2012 sind ein wenig zweifelhaft - vielleicht gibt es dort auch keine Planeten und nur das Paar aus Zwergsternen. Abseits der Sterne findet man in dieser Region des Himmels aber leider auch keine enorm spannenden Galaxien, Nebel oder anderen Objekte. Mit einer Ausnahme: HE 0450-2958.
Die Bezeichnung klingt nicht sonderlich aufregend, aber als man dieses Objekt 2005 entdeckt hat, war die Aufregung in der Astronomie trotzdem groß. Pierre Magain und sein Team von der Universität Lüttich in Belgien haben das Ding gefunden und das "Ding" ist ein Quasar. Diese Objekte waren ja schon oft Thema in den Sternengeschichten: Kurz gesagt handelt es sich dabei um den aktiven Kern einer Galaxie. In den Zentren großer Galaxien sitzen supermassereiche schwarze Löcher. Wenn dann auch noch jede Menge Gas, Staub und anderes Zeug in der Zentralregion der Galaxie rumwirbelt, dann wirbelt viel davon auch in die Nähe des und in das schwarze Loch hinein. Dabei wird es aufgeheizt und strahlt hell. Manchmal so enorm hell, dass man diese leuchtenen Galaxienzentren auch noch über Milliarden Lichtjahre Entfernung hinweg sehen kann. Sie schauen dann auf den ersten Blick aus wie Sterne, daher auch der Name: Quasar steht für "quasi stellar", weil es natürlich keine Sterne sein können, die über solche Distanzen so hell strahlen. Normalerweise sehen wir auch nicht nur den Quasar sondern auch die ihn umgebende Galaxie. Nicht so bei HE 0450-2958: Da war nix zu finden, es war ein "nackter Quasar" beziehungsweise der "Quasar ohne Heimat" wie er in der Astronomie dann bald genannt worden ist.
Der heimatlose Quasar war ein bisschen ein Rätsel, denn eigentlich braucht es eine Galaxie, damit sich so ein supermassereiches schwarzes Loch überhaupt bilden kann. Das kann nicht isoliert und von selbst entstehen. Aber, und das war der erste Erklärungsversuch: Vielleicht sind zwei Galaxien miteinander kollidiert und der Quasar ist dabei irgendwie rausgeschleudert worden. Theoretisch ist das möglich: Wenn Galaxien aufeinander treffen, dann verschmelzen sie im Laufe der Zeit und auch die beiden zentralen Löcher verschmelzen miteinander. Dabei entstehen Gravitationswellen und wenn die nicht exakt symmetrisch abgestrahlt werden, kann das resultierende schwarze Loch eine Art "Kick" bekommen und mit ein paar hundert bis tausend Kilometer pro Sekunde aus der Galaxie geschleudert werden.
Oder aber, der Quasar ist gar nicht heimatlos, aber man kann seine Galaxie nicht sehen, weil es eine dunkle Galaxie ist, also eine, die ausschließlich aus dunkler Materie besteht. Auch so etwas ist plausibel. Wir wissen, dass der Großteil der Masse einer Galaxie aus dunkler Materie besteht, also Materie, die nicht leuchtet und auch kein Licht absorbieren oder sonst irgendwie damit wechselwirken kann. Es ist quasi unsichtbare Materie, die wir nur durch ihre Gravitationswirkung nachweisen können. Wir kennen mittlerweile auch Galaxie, die sehr, sehr viel dunkle und fast keine normale, leuchtende Materie enthalten. Und vielleicht gibt es auch komplett dunkle Galaxien.
Oder aber, der Quasar ist gerade erst dabei, seine Galaxie zu bauen. Vielleicht braucht es doch nicht zuerst eine Galaxie, in der dann ein Quasar entsteht. Vielleicht kann ein Quasar doch alleine entstehen und wenn er dann seine Strahlung in die Umgebung abgibt, und die dann auf die riesigen kosmischen Wolken aus Gas trifft, die es überall gibt, wird dort dadurch die Entstehung von Sternen ausgelöst, die am Ende eine Galaxie bilden. Wir wissen, dass auch dieser Prozess in vielen Galaxien eine wichtige Rolle spielt, aber die Details sind auch hier noch unklar.
Am Ende hat sich die Sache leider als etwas weniger spektakulär herausgestellt. Ausführliche Beobachtungen haben gezeigt, dass da doch eine vergleichsweise normale Galaxie um den angeblich nackten Quasar herum existiert. Sie ist nur vergleichsweise lichtschwach, durch Wechselwirkungen mit anderen Galaxien stark gestört; hat also eine sehr ungewöhnliche Form und wird vom Quasar selbst sehr stark überstrahlt.
Auch der "nackte Quasar" ist also nur ein normaler Teil des Himmels, so wie der ganze Rest des Sternbilds Grabstichel auch. Irgendwie ist das aber auch passend. Denn das lateinische Wort "Caelum" heißt nicht nur Grabstichel, sondern ist zufällig auch das lateinische Wort für "Himmel".
Sternengeschichten Folge 708: Dunkle Kometen
Der Asteroid, der ein Komet sein wollte Sternengeschichten Folge 708: Dunkle Kometen Im September 2003 hat das Teleskop des NEAT-Projekts auf Hawaii genau das getan, was es tun sollte: Nämlich einen neuen …
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Der Asteroid, der ein Komet sein wollteSternengeschichten Folge 708: Dunkle Kometen
Im September 2003 hat das Teleskop des NEAT-Projekts auf Hawaii genau das getan, was es tun sollte: Nämlich einen neuen Asteroiden entdeckt. NEAT steht für Near-Earth Asteroid Tracking und war ein Programm der NASA, das zwischen 1995 und 2007 den Himmel nach Asteroiden abgesucht hat. Mehr als 40.000 davon hat man am Ende gefunden und der mit der Bezeichnung 2003 RM war einer davon. Auf den ersten Blick war an diesem Objekt, das im September 2003 entdeckt wurde, nichts weiter auffällig. Es war ein weiterer, kleiner Felsbrocken im All, vielleicht ein paar Dutzend Meter groß auf einer Umlaufbahn um die Sonne. 2003 RM ist ein erdnaher Asteroid, das heißt, seine Bahn bringt ihn in die Nähe der Erdbahn. Aber 2003 RM ist nicht gefährlich und nähert sich unserem Planeten nicht übermäßig an.
Dass es sich dabei trotzdem um ein sehr außergewöhnliches Objekt handelt, hat man erst viel später entdeckt. 2023 haben der amerikanische Astronom Davide Farnocchia und sein Team eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht, mit dem Titel: "2003 RM: Der Asteroid, der ein Komet sein wollte". Darin berichten sie vom Nachweis einer substanziellen nichtgravitativen Beschleunigung des kleinen Asteroids. An sich ist auch das keine große Neuigkeit. Über nichtgravitative Kräfte habe ich schon in Folge 112 erzählt. Damit sind, wenig überraschend, alle Kräfte gemeint, die auf einen Himmelskörper wirken, aber nicht die Gravitationskraft eines anderen Himmelskörpers sind. Insbesondere ist damit sehr oft der "Jarkowski-Effekt" gemeint. Kurz zusammengefasst geht es dabei um den Effekt, denn die Erwärmung und Abkühlung eines Asteroids auf seine Bewegung hat. Sonnenstrahlung wärmt den Asteroid und diese Wärme wird wieder ins All abgegeben. Wenn das ungleichmäßig passiert, dann kann die Wärmestrahlung dadurch eine kleine resultierende Kraft auf den Asteroid ausüben. Er hat dann eine Bewegung, die nicht mehr allein durch die Gravitationskraft der anderen Himmelskörper erklärt werden kann. Wir haben die Auswirkungen des Jarkowski-Effekts schon bei vielen Asteroiden nachgewiesen. Bei 2003 RM muss aber etwas anderes passieren. Farnocchia & Co konnten zeigen, dass der Jarkowski-Effekt in diesem Fall nicht in der Lage ist, das beobachtete Ausmaß der Nichtgravitativen Kraft zu erklären.
Es gibt aber natürlich noch andere Erklärungsmöglichkeiten. Eine Art von Himmelskörpern, bei denen wir ebenfalls starke nichtgravitative Kräfte beobachten, sind die Kometen. Sie bestehen ja zu einem großen Teil aus Eis, das sich erwärmt, wenn sich der Komet der Sonne nähert. Das Eis wird gasförmig und strömt hinaus ins All. Dabei wirkt es wie eine Art kleiner Raketenantrieb, der den Kometen ein Stückchen verschiebt. Aber dieses Ausgasen passiert normalerweise nicht unbemerkt; ganz im Gegenteil. Wenn das Eis gasförmig wird und ins All entkommt, reißt es dabei jede Menge Staub von der Oberfläche des Kometen mit sich ins All. So entsteht die "Koma", eine riesige Staubwolke, die den Kometenkern umgibt. Nur deswegen können wir Kometen überhaupt so gut sehen; ansonsten wären die kleinen Felsbrocken viel zu dunkel. Aber die Staubkoma kann so viel Licht reflektieren, dass wir einen Kometen unter Umständen auch ohne optische Hilfsmittel hell am Nachthimmel leuchten sehen können. Wenn dann noch die Strahlung der Sonne einen Teil des Staubs quasi davon bläst, entsteht der beeindruckende Kometenschweif.
2003 RM hat aber weder eine Koma, noch einen Schweif. Trotzdem muss dort auch irgendwas ausgasen, ansonsten lässt sich seine Bewegung kaum erklären. Der Asteroid macht also das, was normalerweise ein Komet macht, ohne dabei aber wie ein Komet auszusehen. In den Jahren danach hat man noch mehr solcher Objekte entdeckt und ihnen den Namen "dunkle Kometen" gegeben. Natürlich ist die Grenze zwischen Asteroiden und Kometen fließend. Es gibt Kometen, die im Laufe ihrer Runden um die Sonne so viel Staub und Eis verloren haben, dass sie keine Koma und keine Schweif mehr bilden können und sich kaum noch von Asteroiden unterscheiden. Und es gibt "aktive Asteroiden", also Asteroiden, die aus verschiedenen Gründen ein kometenähnliche Aktivität zeigen, und Staub und Eis hinaus ins All pusten. Das ist auch nicht überraschend, denn Asteroiden und Kometen sind ja auf die selbe Weise entstanden, nur an unterschiedlichen Orten im Sonnensystem. Die Kometen haben sich weiter entfernt von der Sonne gebildet, wo mehr Eis als Baumaterial zur Verfügung stand. Aber auch Asteroiden können Eis enthalten, das unter bestimmten Umständen ausgasen kann. Aber das sieht man normalerweise eben. Und andererseits haben die "toten" Kometen, die ihr Eis und ihren Staub verloren haben, ja auch nichts mehr, das ausgasen und nichtgravitative Kräfte verursachen kann.
Die dunklen Kometen verhalten sich da ganz anders. Man sieht die Auswirkung der nichtgravitativen Kraft, weil diese Objekte sich entsprechend bewegen. Man sieht aber nicht das, was man normalerweise sieht, wenn Eis aus einem kleinen Himmelskörper ausgast. Was also ist da los? Es gibt viele Hypothesen, warum sich die dunklen Kometen so verhalten, wie sie es tun. Sie sind tendenziell klein, so wie 2003 RM es ja auch ist. Das bedeutet aber auch, das nur vergleichsweise wenig Gas ausströmen muss, um sie relevant zu bewegen und vielleicht reicht das nicht, um auch eine sichtbare Koma zu erzeugen. Das Eis der Kometen ist im Allgemeinen auch vor allem Wassereis, es gibt aber auch andere gefrorene Stoffe, zum Beispiel Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid. Dieses Gas ist ein bisschen flüchtiger als Wasserdampf und reißt unter Umständen weniger Staub mit sich. Oder aber die dunklen Kometen besitzen weniger Staub auf ihrer Oberfläche als üblich. Normalerweise sind Asteroiden ja eher fliegende Schutthaufen als kompakte, steinige Objekte. Ihre Oberfläche ist voll mit Staub und losem Material, das leicht ins All gerissen werden kann. Bei Kometen ist das ähnlich, aber es gibt auch Prozesse, die so einen Asteroid quasi abstauben können. Zum Beispiel Kollisionen, oder aber auch eine schnelle Rotation. Ich habe ihn Folge 112 auch kurz über den sogenannten YORP-Effekt gesprochen: Da führt asymmetrische Erwärmung und Abkühlung eines Himmelskörpers zu einer Erhöhung seiner Rotationsrate. Wenn sich der Asteroid zu schnell um seine Achse dreht, kann er quasi auseinanderfallen und die einzelnen Bestandteile des fliegenden Schutthaufens trennen sich. Dabei kann auch Staub verloren gehen und die dunklen Kometen könnten das letzte Stadium so einer katastrophalen Fragmentation sein. Vielleicht ist auch das Material aus dem der dunkle Komet besteht ein wenig gröber als der übliche feine Staub und entkommt so schwerer ins All.
Es gibt viele Möglichkeiten, die Existenz der dunklen Kometen zu erklären und vermutlich spielen alle Effekte auf die eine oder andere Weise eine Rolle. Klar ist auf jeden Fall: Es lohnt sich, sie zu erforschen. Einerseits, weil sie schlicht und einfach interessant sind. Und andererseits, weil sie ein paar wichtige Informationen liefern könnten. Die dunklen Kometen können keine echten Kometen sein, also keine Objekte die fern der Sonne entstanden sind, wo genug gefrorenes Baumaterial zur Verfügung gestanden hat. Ansonsten würden sie sich ja auch wie echte Kometen verhalten… Die dunklen Kometen müssen dort entstanden sein, wo auch die anderen Asteroiden entstanden sind, also näher an der Sonne. Aber sie enthalten ausreichend viel gefrorenes Material um eine relevante Ausgasung zu haben. Das bedeutet: Es muss in der Entstehungszeit des Sonnensystems auch näher an der Sonne Bereiche gegeben haben, in denen leicht flüchtige Stoffe wie eben Eis existiert haben. Das ist interessant, denn wenn das so war, dann hat das Auswirkungen auf unsere Vorstellungen zur Entstehung von Planeten wie der Erde. Wir haben ja - zum Glück - jede Menge leicht flüchtige Stoffe, wie zum Beispiel Wasser. Ein großer Teil davon ist durch Asteroiden und Kometen die nach der Entstehung der Erde bei uns eingeschlagen sind, geliefert worden. Aber wenn es dieses Zeug auch viel näher an der Sonne gegeben hat, als wir bisher gedacht haben, dann ist vielleicht auch mehr davon direkt bei der Entstehung der Erde in den Planeten quasi eingebaut worden, als wir vermutet haben. Die dunklen Kometen sind immer noch nicht restlos verstanden. Aber wenn wir irgendwann Licht in ihre Dunkelheit gebracht haben, verstehen wir vielleicht auch unsere eigene Erde ein wenig besser.
Sternengeschichten Folge 707: Das Asymptotische Schweigen der Singularität
Am Anfang war das Schweigen Sternengeschichten Folge 707: Das Asymptotische Schweigen der Singularität "Am Anfang war das Wort". So beginnt die Schöpfung der Welt im Johannes-Evangelium der christlichen Bibel …
Notas del episodio
Am Anfang war das SchweigenSternengeschichten Folge 707: Das Asymptotische Schweigen der Singularität
"Am Anfang war das Wort". So beginnt die Schöpfung der Welt im Johannes-Evangelium der christlichen Bibel. Als wissenschaftliche Quelle ist die natürlich nicht zu gebrauchen. Und in diesem Fall gilt das ganz besonders, denn vielleicht war am Anfang nicht das Wort, sondern Schweigen. In der heutigen Folge der Sternengeschichten geht es um ein Konzept aus der theoretischen Kosmologie, das mit dem schönen Begriff "Asymptotisches Schweigen" bezeichnet wird. Und wie so gut wie alles aus der theoretischen Kosmologie ist das, worum es geht, eigentlich kaum in normaler Sprache zu beschreiben sondern nur mit sehr viel sehr komplizierter Mathematik. Aber ich werde mich bemühen, dass wir am Ende dieser Folge zumindest einen brauchbaren Eindruck davon haben, worum es geht.
Dazu müssen wir zuerst zwei andere Konzepte betrachten: Singularitäten und Lichtkegel. Fangen wir mit den Singularitäten an. Ich habe darüber schon in einigen anderen Folgen der Sternengeschichten gesprochen. Eine Singularität ist in der Astronomie ein Ort, an dem die Gravitation so außerordentlich stark ist, dass die Krümmung der Raumzeit divergiert. Oder, etwas vereinfacht: Ein Ort, an dem die Krümmung der Raumzeit unendlich groß ist. Singularitäten sind Orte, an denen die normale Beschreibung der Raumzeit nicht mehr funktioniert; sie sind demnach auch gar keine Orte IN der Raumzeit mehr. Eine Singularität ist zum Beispiel das, was sich hinter dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs verbirgt. Beziehungsweise: Die Theorien mit denen wir schwarze Löcher zur Zeit beschreiben, führen am Ende zu einer Singularität. Wenn - wie bei der Entstehung eines schwarzen Lochs - Masse unter ihrer eigenen Gravitationskraft immer weiter in sich zusammenfällt, wird auch ihre Dichte immer größer. Dadurch wird die Raumkrümmung in der Umgebung der Masse immer größer und wenn nichts diesen Prozess aufhält, landen wir am Ende bei einem Punkt mit unendlicher Raumkrümmung; einer Singularität. Wir gehen heute davon aus, dass irgendetwas passiert, bevor es so weit ist und dass Singularitäten in echt nicht existieren können. Aber mit letzter Sicherheit wissen wir es nicht. Eine andere Art der Singularität ist der Urknall: Auch das ist, in der derzeitigen wissenschaftlichen Beschreibung, ein Zeitpunkt, an dem die gesamte Energie beziehungsweise Masse des Universums in einem Punkt konzentriert war und die Raumkrümmung unendlich groß gewesen sein muss.
Singularitäten selbst können wir mit den derzeitigen Theorien der Wissenschaft nicht beschreiben. Das ist kein Fehler; das liegt in der Natur der Sache, denn Singularitäten sind ja gerade die Momente/Zeitpunkte, in denen physikalische Größen wie eben die Raumkrümmung oder die Energiedichte oder die Temperatur unendlich groß werden - oder, wenn es um die Ausdehnung der Objekte geht, unendlich klein. Unendliche Größen sind aber unphysikalisch, so etwas kann nicht existieren. Singularitäten sagen uns also vor allem, dass wir das, was da passiert, nicht vernünftig beschreiben können. Wir können mit unseren Theorien aber durchaus beschreiben, was passiert, wenn man sich einer Singularität nähert. Wir können beschreiben, was kurz davor passiert beziehungsweise wie beim Urknall, kurz danach. Und auch das Asymptotische Schweigen ist etwas, was mit den Bedingungen unmittelbar vor einer Singularität zu tun hat.
Zuerst müssen wir uns aber noch die Sache mit den Lichtkegeln anschauen. Das ist ein Konzept aus der Relativitätstheorie. Die sagt uns ja, dass sich nichts schneller als das Licht durch das Universum bewegen kann. Wenn wir Informationen von einem Ort des Kosmos zu einem anderen schicken wollen, dann geht das nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit ist aber nicht einfach nur ein Geschwindigkeitslimit, sondern auch quasi eine Obergrenze für Kausalität. Das kann man sich in etwa so vorstellen:
Wenn ich hier auf der Erde genau JETZT ein Signal hinaus ins Weltall schicke, dann dauert es circa 1,3 Sekunden, bis es beim Mond angekommen ist. Schneller geht es nicht. Und das bedeutet: Was auch immer auf der Erde passiert, für den Mond ist es frühestens 1,3 Sekunden später relevant. Wenn die Erde spontan verschwinden würde, würde der Mond den Verlust ihrer Anziehungskraft erst nach 1,3 Sekunden spüren. Und so weiter - in diesem Fall merkt man das kaum. Aber wenn nicht die Erde, sondern die Sonne plötzlich verschwinden würde, würden wir das erst nach 8 Minuten merken. 8 Minuten lang würde sich die Erde weiter auf ihrer Umlaufbahn bewegen, so als ob nichts wäre. Weil aus Sicht der Erde ja auch nichts passiert ist! Kausalität, also der Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung, kann sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Wirkung - die Erde verlässt ihre Umlaufbahn - kommt in diesem Fall erst 8 Minuten nach der Ursache - dem Verschwinden der Sonne - weil man die Distanz zwischen Sonne und Erde höchstens mit Lichtgeschwindigkeit zurücklegen kann und das 8 Minuten dauert. Würde man die Sonne von unserem Nachbarstern Alpha Centauri aus beobachten, der knapp 4 Lichtjahre entfernt ist, dann würde man dort das Verschwinden erst 4 Jahre später bemerken, als man es auf der Erde bemerkt hat. Obwohl es auch nicht unbedingt korrekt ist, in diesem Fall von "später" zu reden, denn es ist ja schon der frühestmögliche Zeitpunkt an dem man es merken kann, zumindest von Alpha Centauri aus gesehen. Es kommt eben immer auf den Standpunkt an - genau darum geht es ja in der Relativitätstheorie und Einstein hat sich viele Gedanken darüber gemacht, was "Gleichzeitigkeit" eigentlich wirklich bedeuten soll und warum es so etwas auf einem universalen Maßstab nicht geben kann.
Aber das soll uns jetzt vorerst nicht interessieren. Wichtig ist: Die Lichtgeschwindigkeit legt fest, welche Bereiche des Universums kausal miteinander verknüpft sind. Beziehungsweise welche Bereiche des Universums einander beeinflussen können. Wir wissen ja, dass das Universum expandiert. Je weiter zwei Orte voneinander entfernt sind, desto schneller dehnt sich der Raum zwischen ihnen aus. Stellen wir uns jetzt zwei Orte im Universum vor, die so enorm weit voneinander entfernt sind, dass sich der Raum zwischen ihnen mit mehr als der Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Das ist übrigens erlaubt, denn erstens darf sich nur nichts schneller als das Licht DURCH den Raum bewegen; mit der Expansion des Raums selbst hat das nichts zu tun. Und zweitens ist auch das wieder ein Punkt, wo es auf den Blickwinkel ankommt. Der Raum dehnt sich nicht wirklich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, es kommt immer darauf an, wie man es betrachtet. Ich habe das ausführlich in Folge 249 der Sternengeschichten erzählt und wer möchte, kann das dort nochmal nachhören.
Also: Wir haben zwei Orte und der Raum dazwischen dehnt sich schneller als das Licht aus. Das bedeutet dann aber auch: Die beiden können einander niemals irgendwie beeinflussen. Licht von einem Ort kann niemals den anderen erreichen. Es gibt keinerlei kausalen Zusammenhang zwischen den beiden Orten; sie befinden sich quasi in unterschiedlichen Universen. Oder anders gesagt: Die Lichtkegel der beiden Orten überschneiden sich nicht, denn mit Lichtkegel meint man genau den Bereich, der von einem bestimmten Ort aus zumindest theoretisch irgendwie kausal beeinflusst werden kann.
So. Jetzt haben wir zwei grundlegende Konzepte für das Verständnis des Asymptotischen Schweigens. Jetzt fehlen noch Jewgeni Michailowitsch Lifschitz, Isaak Markowitsch Chalatnikow und Wladimir Alexejewitsch Belinski. Diese drei sowjetischen Physiker haben die Sache mit dem Asymptotischen Schweigen in den 1970er und frühen 1980er Jahren entdeckt. Wie ich schon zu Beginn gesagt habe: Die Mathematik die dahinter steht, ist enorm komplex. Aber im Prinzip geht es um folgendes: Die drei haben sich angeschaut, was ganz in der Nähe einer Singularität mit der kausalen Beziehung zwischen benachbarten Orten passiert. Man könnte ja eigentlich denken, dass das nicht schwer zu untersuchen ist. Wenn da, wie bei einem schwarzen Loch oder dem Urknall, die gesamte Materie immer weiter komprimiert wird, dann rückt alles immer weiter zusammen. Und dann muss es ja eigentlich viel leichter sein, dass alles da miteinander wechselwirkt und sich beeinflusst. Aber, und das war das überraschende Ergebnis, so ist es nicht. Das, was bei, beziehungsweise in der unmittelbaren Umgebung einer Singularität passiert, ist viel komplizierter. Die Raumzeit wird nicht einfach nur immer stärker und stärker gekrümmt. Das passiert zwar, aber nicht in alle Raumrichtungen gleich schnell gleich stark. Unterschiedliche Raumregionen verändern sich unterschiedlich schnell. Das klingt jetzt erstmal nicht sonderlich aufregend. Aber vielleicht hilft ein Vergleich: Stellt euch vor, ihr würdet mit einer Freundin jeden Tag eine Nachricht austauschen. Darin erzählt ihr einander, was so los ist, gebt euch Ratschläge, was man im Leben so tun und verändern könnte, und so weiter. Aber plötzlich kommt ein böser Zauberer und verhext euch. Ihr altert viel schneller als der Rest der Welt; euer Leben verändert sich in Minuten so stark wie es bei anderen vielleicht nur in ein paar Jahren der Fall ist. Und, das ist wichtig - für euch beide läuft das unterschiedlich schnell ab. Jetzt macht es gar keinen Sinn mehr, wenn ihr euch weiterhin jeden Tag eine Nachricht schickt. Deine Freundin hat sich in der Zeit vielleicht so enorm verändert, dass das, was du schreibst, überhaupt nicht mehr relevant ist. Ihr könnt keinen sinnvollen Einfluss auf das Leben der jeweils anderen Person nehmen.
Ok, das ist vielleicht ein etwas schiefes Beispiel; unter Umständen vielleicht sogar zu schief. Aber Lifschitz, Chalatnikow und Belinski haben herausgefunden, dass genau so etwas ähnliches mit den Punkten der Raumzeit in der Nähe einer Singularität passiert. Die Raumzeit wird nicht einfach nur gekrümmt, sie wird im übertragenen Sinn wild und chaotisch hin und her gedreht und durcheinander gewirbelt. Sie verändert sich unterschiedlich schnell je nachdem um welche Raumrichtung es geht. Und wenn man das alles mathematisch korrekt untersucht kommt am Ende raus: Die kausalen Zusammenhänge zwischen den Punkten verschwinden. Die jeweiligen Lichtkegel werden immer schmaler und überlappen sich nicht mehr. Nicht, weil die Lichtgeschwindigkeit sich ändert. Sondern, und das ist wieder sehr vereinfacht gesagt, weil dem Licht der Raum fehlt, durch den es irgendwie anderswo hingelangen könnte. Die Raumzeit ist so wild, dass jeder einzelne Punkt sich absurd schnell verändert und so schnell, dass keine Information von anderen Punkten rechtzeitig eintreffen und diese Entwicklung irgendwie beeinflussen kann. Es gibt keine räumliche Kopplung mehr, oder anders gesagt: Der Raum fällt quasi auseinander. Die Punkte des Raums sind nicht mehr kausal miteinander verbunden. Alles wird extrem lokal. Nichts was an einem bestimmten Ort passiert hat irgendeinen Einfluss auf das, was an einem anderen Ort passiert. Oder noch einmal anders gesagt: Es gibt keine Kommunikation mehr. Und das Phänomen wird um so stärker, je näher wir der Singularität kommen. Das ist das "Asymptotische Schweigen" - am Ende kann überhaupt keine Kommunikation mehr stattfinden, es gibt nur noch Schweigen.
Es ist ein bisschen schwer zu sagen, was daraus nun genau folgt. Einerseits ist das alles, wie gesagt, eine rein mathematische Sache. Wir haben nichts davon in echt beobachtet. Das Asymptotische Schweigen folgt, wenn man die Gleichungen der Relativitätstheorie auf eine bestimmte Art löst. Wir wissen aber, dass diese Gleichungen noch nicht das letzte Wort sein können. Am Ende brauchen wir eine Theorie, die in der Lage ist, nicht nur mit enormer Raumkrümmung umzugehen, sondern auch die quantenmechanischen Phänomene der Mikrowelt berücksichtigt. Wir brauchen eine Quantentheorie der Gravitation und dann können wir schauen, was da wirklich bei den angeblichen Singularitäten los ist. So eine Theorie haben wir noch nicht, aber es gibt Ansätze, die zeigen, dass das Asymptotische Schweigen vielleicht wirklich Teil so einer Quantengravitation sein könnte. Was das für unser Verständnis der schwarzen Löcher heißt oder für den Urknall oder ein mögliches Ende des Universums, wenn es in fernster Zukunft wieder mal in sich zusammenfallen und zu einer Singularität werden könnte: Das müssen wir dann erst noch rauskriegen. Aber vielleicht war das Schweigen nicht nur am Anfang. Vielleicht endet auch alles wieder in Schweigen.
Sternengeschichten Folge 706: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper
Vom Mini-Neptun zur Supererde Sternengeschichten Folge 706: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper In dieser Folge der Sternengeschichten geht es nicht um etwas, sondern um etwas, wo nichts ist. Es …
Notas del episodio
Vom Mini-Neptun zur SupererdeSternengeschichten Folge 706: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper
In dieser Folge der Sternengeschichten geht es nicht um etwas, sondern um etwas, wo nichts ist. Es geht um eine Lücke und zwar um die "Planetenlücke" oder die "Fulton-Lücke". Damit ist allerdings keine Lücke IN einem Planeten gemeint. Auch nicht eine Lücke zwischen Planeten. Die gibt es natürlich immer; zwischen den Planeten eines Planetensystems ist immer jede Menge leerer Weltraum; das ist normal und wäre kein Thema für eine eigene Podcastfolge. Die Lücke, um die es geht, ist eine, die sich nicht im echten Raum befindet, sondern eine, die mit den Eigenschaften der Planeten zu tun hat. Und um das zu verstehen, müssen wir uns deshalb zuerst einmal ansehen, was für Planeten es im Universum gibt.
Fangen wir im Sonnensystem an. Die acht Planeten die wir haben, kennen wir alle: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Merkur ist der kleinste davon und Jupiter der größte. Und wenn ich jetzt und im folgenden "der kleinste" und "der größte" sage, dann beziehe ich mich auch tatsächlich auf die Größe, also den Radius des Planeten. Oft bin ich - und nicht nur ich alleine - da ja ein wenig ungenau und meine einen Planeten mit einer großen Masse, wenn ich von einem "großen" Planeten spreche. Im Fall von Merkur und Jupiter wäre das egal; der Merkur ist auch der Planet mit der kleinsten Masse im Sonnensystem und Jupiter der mit der größten und ganz allgemein haben größere Planeten meistens auch eine größere Masse. Aber der Unterschied zwischen Größe und Masse wird später noch relevant.
Ordnen wir jetzt also mal die Planeten des Sonnensystems ihrer Größe nach. Merkur hat 0,38 Erdradien, dann kommt Mars mit 0,53 Erdradien. Dann die Venus, die mit 0,94 Erdradien fast so groß wie die Erde selbst ist. Größer als die Erde ist Neptun, mit 3,8 Erdradien, dann kommt Uranus mit 4 Erdradien und dann die beiden Riesen im Sonnensystem; Saturn und Jupiter mit 9,5 beziehungsweise 11,2 Erdradien. Auf den ersten Blick ist daran nichts besonders auffällig. Wir haben kleine Planeten und große Planeten und welche dazwischen. Bei genauerer Betrachtung sieht man aber ein paar Besonderheiten. Auf der einen Seite haben wir Planeten wie Mars, Venus und Erde, die alle zwischen einem halben und einem ganzen Erdradius groß sind. Und auf der anderen Seite die "Eisriesen" Uranus und Neptun mit circa dem 4fachen Erdradius. Und warum wir diese Himmelskörper "Eisriesen" nennen und sie von den noch größeren Gasriesen wie Jupiter und Saturn trennen, ist wieder eine ganz andere Geschichte die auf eine andere Folge warten muss. So oder so sehen wir eine Lücke, nämlich zwischen der Erde und Neptun. Es gibt im Sonnensystem keine Planeten die doppelt oder dreifach so groß sind wie die Erde. Das muss aber erstmal nichts bedeuten, denn es gibt ja auch jede Menge Planeten außerhalb des Sonnensystems. Wir kennen tausende davon und wir wissen, dass da auch jede Menge Himmelskörper dabei sind, die wir in dieser Form bei uns nicht finden. Zum Beispiel die "Supererden", über die ich in Folge 34 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich gesprochen habe. Das sind Planeten, die mehr Masse (Achtung, jetzt geht es wieder um die Masse) als die Erde haben, aber weniger als Neptun. Diese Supererden sind dann aber auch tendenziell ein wenig größer als die Erde, bis zum eineinhalbfachen Radius. Obwohl sie größer und massereicher als die Erde sind, haben sie immer noch eine feste Oberfläche und einen Mantel aus Gestein, so wie die Erde. Von denen haben wir da draußen im All schon einige entdeckt, genau so wie "Sub-Neptune" oder "Mini-Neptune". Das sind Planeten, deren Radius kleiner ist als der des Neptun. Diese Planeten haben vermutlich einen felsigen Kern, der von einer ausgedehnten Gashülle aus Wasserstoff und Helium umgeben ist, so wie es auch bei Neptun der Fall ist.
Es gibt also da draußen Planeten, die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind. Aber, und das ist der Punkt um den es in dieser Folge geht: Planeten können anscheinend nicht einfach irgendwelche Größen haben. Nimmt man alle Planeten zusammen, die wir kennen und schaut sich ihre Größe an, dann findet man darunter viele kleine Planeten, wie die Erde und auch Supererden, die ein bisschen größer sind. Und man findet jede Menge größere Planeten wie Neptun und einen ganzen Haufen Mini-Neptune, die ein wenig kleiner sind. Tatsächlich sind die Mini-Neptune der häufigsten Planetentyp in der Milchstraße, aber auch das ist wieder eine andere Geschichte. Wir finden aber keine oder nur sehr wenige Planeten mit einem Radius der zwischen dem eineinhalbfachen und dem doppelten Erdradius liegt. Das ist die Lücke, um die es geht und es ist tatsächlich eine Lücke. Wir haben mittlerweile genug Planeten anderer Sterne untersucht. Wenn diese fehlenden Planeten genau so häufig wären wie die anderen, dann hätten wir sie gefunden. Es ist auch kein Problem der Präzision. Natürlich ist es nicht einfach, die Größe eines Planeten zu bestimmen, der einen anderen Stern umkreist. Dazu müssen wir unter anderem wissen, wie groß der Stern selbst ist. Aber auch da haben wir in den letzten Jahrzehnten immer genauere Daten gewonnen und die Lücke ist immer noch da. Aus irgendeinem Grund scheint das Universum etwas gegen Planeten zu haben, die eineinhalb bis zweimal so groß wie die Erde sind.
Das erste Mal im Detail erforscht und dargestellt wurde die Lücke in der Verteilung der Planetengrößen im Jahr 2017 in einer wissenschaftlichen Arbeit unter der Leitung des amerikanischen Astronomen Benjamin Fulton, weswegen man die Planetenlücke oft auch als "Fulton-Gap", also "Fulton-Lücke" bezeichnet. Und natürlich hat man sich seitdem jede Menge Gedanken darüber gemacht, was die Ursache dafür sein könnte. Es wäre eigentlich überraschend, wenn Planeten der fehlenden Größe nicht entstehen könnten. Nichts was wir über die Entstehung von Planeten wissen sagt uns, dass sich gerade Himmelskörper mit dem 1,5 bis 2fachen Erdradius nicht bilden können. Es ist viel wahrscheinlicher, dass sie genau so entstehen wie die Planeten mit anderen Größen. Aber danach passiert irgendwas, was die größeren von ihnen schrumpfen lässt. Denn dass die kleineren zu wachsen beginnen ist eher unmöglich; es gibt kaum sinnvolle physikalische Prozesse, die dazu führen, dass ein Planet größer wird, zumindest nicht die Art von Planeten, die uns hier interessieren. Ein Gasplanet kann sich zum Beispiel ausdehnen, wenn er erwärmt wird. Aber ein Gesteinsplanet wie eine Supererde kann nicht plötzlich auf die doppelte Größe anwachsen. Wir suchen also nach Prozessen, die Planeten in der Lücke, also Planeten mit dem 1,5 bis 2fachen Erdradius schrumpfen lassen. Es muss ein Prozess sein, der die größeren Himmelskörper, also die Mini-Neptune nicht betrifft, denn die bleiben ja übrig. Aber alles, was kleiner ist als ein Mini-Neptun muss durch diesen Prozess auf die Größe einer Supererde geschrumpft werden.
Wenn wir verstehen wollen, was hier passiert, müssen wir uns kurz noch einmal den Zusammenhang zwischen Planeten, Planetenentstehung und Atmosphären anschauen. Nur kurz, aber das ist nötig, wenn wir die Planetenlücke verstehen wollen. In der ursprünglichen Wolke aus Gas und Staub, aus der Planeten um einen jungen Stern entstehen, befindet sich jede Menge Wasserstoff und Helium. Planeten, deren Kern während der ersten Entstehungsphase groß genug geworden ist, haben auch eine große Masse und können mit ihrer deswegen starken Anziehungskraft auch große Menge an Wasserstoff und Helium festhalten. Sie legen sich gewaltige Atmosphären zu, so wie Jupiter oder Saturn. Kleine Himmelskörper, wie zum Beispiel die Erde, können die leicht flüchtigen Gase wie Wasserstoff und Helium nicht festhalten und haben am Ende nur sehr dünne Atmosphärenschichten. Dazwischen sind Planeten wie Uranus und Neptun, die Wasserstoff und Helium festhalten können, aber nicht so viel wie Jupiter oder Saturn. Die Mini-Neptune haben noch weniger davon und die Planeten, die in unsere Lücke fallen würden, noch ein bisschen weniger. Es kommt aber nicht nur auf die Masse an, ob ein Planet seine Atmosphäre halten kann, sondern auch darauf, was sein Stern macht. Junge Sterne geben im Allgemeinen sehr viel mehr energiereiche Ultraviolettstrahlung ab als ein alter Stern wie unsere Sonne. Diese energiereiche Strahlung regt die Gasmoleküle einer Atmosphäre an und sie können sich dadurch leichter aus der Anziehungskraft ihres Planeten lösen. Der junge Stern ist quasi wie ein Sandstrahler, der die Atmosphären von Planeten abträgt. Es gibt aber noch einen zweiten Weg, wie Energie in eine Atmosphäre gelangen kann, nämlich durch den Planeten selbst. Junge Planeten sind noch sehr warm, sie haben viel thermische Energie gespeichert und geben die auch ab und zwar ebenfalls in ihre Atmosphäre. Auch dadurch können die Gasmoleküle angeregt werden und entkommen.
Wenn sich die Wasserstoff/Helium-Atmosphäre so ins All verflüchtigt, wird der Planet natürlich kleiner. Diese Wasserstoff/Helium-Atmosphären können sehr ausgedehnt sein; nicht die dünne Luftschicht, die wir von der Erde kennen. Selbst wenn nur ein bisschen dieser Atmosphäre verloren geht, schrumpft der Planet deutlich. Er verliert aber auch Masse und hat es dadurch NOCH schwerer, den Rest seiner Atmosphäre zu halten. Es ist ein Teufelskreis und am Ende hat der Planet seine ganze Wasserstoff/Helium-Hülle verloren und übrig bleibt der nackte Kern aus Gestein und Metall, also das, was wir als "Supererde" klassifizieren (auf denen sich im Laufe der Zeit wieder eine andere Atmosphäre entwickeln kann, die nicht aus Wasserstoff und Helium besteht und nicht so leicht flüchtig ist). Die größeren Planeten, also die Mini-Neptune und Eisriesen wie Neptun und Uranus sind von diesem Prozess nicht oder nur wenig betroffen. Sie haben von Anfang an genug Masse, um den Großteil ihrer Wasserstoff- und Heliumatmosphäre trotz Sternstrahlung und eigener innerer Wärme festzuhalten. Ihre atmosphärischen Hüllen überleben und so kriegen wir auf einer Seite der Lücke eben genau diese Sub-Neptune und Eisriesen und auf der anderen Seite die Supererden und Gesteinsplaneten wie die Erde. Dazwischen bleibt kaum etwas übrig und genau deswegen gibt es diese Lücke.
Ein junger Planet muss mit einer gewissen Grundmasse an Atmosphäre starten (und braucht dazu auch einen ausreichend massereichen Kern um sie festhalten zu können). Dann schafft er es auch, diese Atmosphäre zu behalten. Ist die Grundmasse an Atmosphäre aber zu gering, dann sorgen die gerade beschriebenen Prozesse dafür, dass er sie im Laufe der Zeit komplett verliert. Viele der Supererden, die wir heute überall in der Milchstraße beobachten, haben als Mini-Neptune begonnen, aber es nicht geschafft, diesen Zustand aufrecht zu erhalten.
Wir wissen noch nicht genau, welcher der beiden Prozesse - Sternstrahlung oder "Photoevaporation", wie es korrekt heißt oder die eigene innere Wärme der Planeten - wirklich für die Planetenlücke verantwortlich ist. Vermutlich spielen beide eine Rolle. Es ist auch noch nicht sicher, ob die Sub-Neptune, die ihre Atmosphäre verlieren, am Ende wirklich zu Supererden werden, also großen Gesteinsplaneten mit fester Oberfläche oder ob sich da doch etwas anderes draus entwickelt, dass nur so groß wie eine Supererde, aber ganz anders aufgebaut ist. Wir müssen noch mehr Planeten noch genauer beobachten und noch mehr Daten sammeln. Es wird noch ein wenig dauern, bis wir wirklich verstanden haben, was in der Planetenlücke passiert ist. Aber allein aus der Tatsache ihrer Existenz wissen wir schon, dass sehr viele Planeten eine sehr dramatische Jugend gehabt haben müssen.
Sternengeschichten Spezial Mai 2026
Sternbedeckung und der mysteriöse Raum Sternengeschichten Spezial Mai 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Sternengeschichten Spezial! In der Spezialfolge …
Notas del episodio
Sternbedeckung und der mysteriöse RaumSternengeschichten Spezial Mai 2026
STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live
Sternengeschichten Spezial! In der Spezialfolge für den Mai erzähle ich von einem fernen Asteroid, der letztes Jahr einen Stern bedeckt hat. Das hat uns gezeigt, dass dieses kleine Ding überraschenderweise eine Atmosphäre hat und das in der fernen, dunklen Ecke des Sonnensystems mehr passiert, als man denken würde. Ich habe die Frage von Phillip beantwortet, der wissen wollte "Was ist Raum?". Und ich habe ein bisschen über das Problem gesprochen, das Plattformen wie Spotify für Podcasts darstellen.
Mehr zur Sternbedeckung findet man hier oder hier.
STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Der nächste Auftritt wird am 3. Juni in Wien stattfinden und Karten gibt es hier. Karten für die Live-Aufzeichung von "Das Universum" am 16.6. in Wien gibt es hier
Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt.
Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima".
Feedback zu den Spezialfolgen bitte unter [email protected]
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Sternengeschichten-Hörbuch: https://www.penguin.de/buecher/florian-freistetter-sternengeschichten/hoerbuch-mp3-cd/9783844553062
Sternengeschichten Folge 705: Rheticus und der Beginn der kopernikanischen Revolution
Durchbruch aus Vorarlberg Sternengeschichten Folge 705: Rheticus und der Beginn der kopernikanischen Revolution Im Mittelalter haben die Menschen geglaubt, dass die Erde das Zentrum des Universums ist. Dann kam …
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Durchbruch aus VorarlbergSternengeschichten Folge 705: Rheticus und der Beginn der kopernikanischen Revolution
Im Mittelalter haben die Menschen geglaubt, dass die Erde das Zentrum des Universums ist. Dann kam Nikolaus Kopernikus und hat im Jahr 1543 sein berühmtes Werk veröffentlicht, in dem er zeigt, dass sich die Planeten alle um die Sonne herum bewegen. Das war die berühmte "kopernikanische Wende" und auf sie ist die wissenschaftliche Revolution der Neuzeit gefolgt, mit Galileo Galilei, Isaac Newton, Johannes Kepler und so weiter. Diese Darstellung der Ereignisse ist nicht falsch. Aber sie ist auch nicht ganz richtig. Ich habe in Folge 403 ja schon einmal ausführlich über das Leben und die Arbeit von Nikolaus Kopernikus erzählt, aber damals eine sehr wichtige Person nicht erwähnt. Das möchte ich in dieser Folge nachholen. Es geht heute also um Georg Joachim Rheticus, ohne den es die kopernikanische Wende nicht oder erst später gegeben hätte. Rheticus ist eigentlich als Georg Joachim Iserin zur Welt gekommen; am 16. Februar 1514, in der Stadt Feldkirch, die heute im österreichischen Bundesland Vorarlberg liegt. Sein Vater war der Stadtarzt und seine Mutter eine Adlige aus Italien. Als Georg 14 Jahre alt war, bekam sein Vater allerdings Schwierigkeiten mit den Behörden. Die Ereignisse lassen sich nicht mehr genau rekonstruieren, aber vermutlich gab es Streit mit ein paar einflussreichen Familien aus Feldkirch. Georgs Vater war nicht nur Arzt, sondern ein allgemein gebildeter Mensch; er war ein Büchersammler; hat seine eigene Medizin hergestellt; astrologische Vorhersagen getätigt, und so weiter. Das hat ihm aber eine Anklage als Hexer und Betrüger eingebracht, er wurde entsprechend verurteilt und hingerichtet. Georg hat danach sicherheitshalber den Familiennamen seiner Mutter angenommen und sich ab da Georg Joachim de Porris genannt oder eingedeutscht: Georg Joachim von Lauchen. Ich werde ihn ab jetzt aber dann so nennen, wie er später als Wissenschaftler genannt wurde, nämlich mit dem lateinischen Namen Rheticus.
Die erste Station auf dem Weg hin zum Forscher war für Rheticus die Lateinschule in Feldkirch und danach ein Studium der Mathematik in Zürich. Das hat er 1531 beendet und danach ging er an die Universität von Wittenberg, wo er 1536 ein Studium der "sieben freien Künste" abschloss. So hat man damals die Disziplinen genannt, die quasi die Grundlage für jede weiter Ausbildung dargestellt haben, also Grammatik, Rhetorik und Dialektik und Arithmetik, Geometrie, Musik und Astronomie. In Wittenberg hat Rheticus auch Philipp Melanchton kennengelernt, der - gemeinsam mit Martin Luther - nur ein paar Jahrzehnte zuvor eine der wichtigsten Personen im Streit mit der katholischen Kirche und der Reformation war. Melanchton jedenfalls hat Rheticus geholfen, eine Stelle als Professor für Mathematik und Astronomie in Wittenberg zu bekommen. Und er hat ihm die Möglichkeit gegeben, ein wenig durch die Welt zu reisen, um andere Mathematiker und Astronomen zu treffen und von ihnen zu lernen. Auf dieser Reise ist Rheticus 1539 auch nach Frauenburg gekommen um dort Nikolaus Kopernikus zu besuchen.
Eigentlich sollte es nur ein kurzes Treffen werden; geworden ist daraus ein dreijähriger Aufenthalt. Rhetiucs war 25 Jahre alt; Kopernikus schon 70. Trotzdem verstanden sich die beiden auf Anhieb hervorragend und Rheticus wurde der erste, einzige und letzte Schüler von Nikolaus Kopernikus. Der hatte die Arbeit, für die er heute berühmt ist, schon seit gut 10 Jahren abgeschlossen, aber nichts davon veröffentlicht. Rheticus hat die Rohfassung von Kopernikus' Bericht über die Bewegung der Himmelskörper aber natürlich trotzdem sehr genau studiert. Und auch wenn die Arbeit noch nicht druckreif war, wollte Rheticus trotzdem den Rest der gelehrten Welt darüber informieren. Mit Zustimmung von Kopernikus hat er deswegen eine Zusammenfassung geschrieben und in nur 10 Wochen das kleine Buch "Narratio Prima", also "Erster Bericht" geschrieben. Mit vollem Titel heißt es "De libris revolutionum Copernici narratio prima" beziehungsweise "Erster Bericht über das Werk 'Über die Umläufe' des Kopernikus". Es wurde 1540 veröffentlicht und war schnell ein großer Erfolg. Bei der Arbeit an der Narratio Prima hatte Rheticus auch gemerkt, dass das eigentliche Werk von Kopernikus noch längst nicht so weit war, wie gedacht. Das Manuskript hätte deutlich umgeschrieben, mathematisch erweitert und umorganisiert werden müssen; eine Arbeit, zu der sich doch schon recht alte Kopernikus aber nicht imstande gesehen und den Text daher in der Schublade liegen lasse hatte. Jetzt aber war Rheticus da und hat einerseits, in Abstimmung mit Kopernikus, eine überarbeite Version verfasst. Und andererseits konnte er Kopernikus auch überreden, das Buch endlich zu veröffentlichen.
Im Frühjahr 1543, kurz vor Kopernikus' Tod, war es dann soweit: "De revolutionibus orbium coelestium" oder auf deutsch "Über die Umlaufbahnen der Himmelssphären" wurde gedruckt. Rheticus konnte den Publikationsprozess allerdings nicht komplett beaufsichtigen; er musste eine Stelle an der Universität Leipzig antreten. Die letzte Korrektur der Druckfahnen übernahm Andreas Osiander; ein Theologe und Reformator, der - ohne Rücksprache mit Rheticus und Kopernikus - dem Werk noch ein Vorwort beigefügt hat. Darin erklärt er, dass das Planetenmodell von Kopernikus nur ein reines Rechenmodell wäre, das definitiv nicht den Anspruch erhebt, die Realität zu beschreiben. Das war schon frech genug; noch frecher war es, dass er das nicht als eigenen Zusatz gekennzeichnet hatte, sondern so tat, als wäre das eine Aussage von Kopernikus selbst. Rheticus selbst hatte eigentlich ein anderes Vorwort verfasst, in dem er erklärte, dass sich das kopernikanische Weltmodell durchaus mit den Aussagen der Bibel vereinen lässt. Er hat seine Argumente auf einem Prinzip des frühen Kirchenlehrers Augustinus von Hippo basiert. Der lebte im 4. und 5. Jahrhundert, als sich die noch junge christliche Kirche ausgebreitet hat beziehungsweise bemüht war, sich durch Missionierung andersgläubiger Menschen auszubreiten. Das war nicht immer einfach und schon damals gab es Diskussionen über die Konflikte zwischen den Aussagen in der Bibel und der Realität. Ich will hier nicht zu weit in die Theologie abschweifen, aber im Wesentlichen hat Augustinus und mit ihm später Rheticus folgendes gesagt: In der Bibel steht nur das, was nötig ist, um den Menschen den Weg zur Erlösung möglich zu machen. Und es steht dort so, dass es für die Menschen möglichst einfach zu verstehen ist. Mit wissenschaftlich exakten Aussagen ist daher in der Bibel nicht zu rechnen. Ein gutes Beispiel aus Rheticus Zeit ist die Entdeckung von Amerika. Davon stünde nichts in der Bibel, weil es aus theologischer Sicht nicht relevant war. Genauso steht in der Bibel nichts über die wahre Bewegung der Himmelskörper, weil auch das nicht wichtig ist, wenn man Menschen zum Glauben an Gott bringen will.
Diese theologische Abhandlung von Rheticus, mit der das neue kopernikanische Weltbild mit den Lehren der Kirche in Einklang gebracht werden sollte, wurde von Osiander aber nun entfernt und dieser Text wurde erst sehr viel später wieder entdeckt. So oder so: Das Werk von Kopernikus war jetzt endlich in der Welt und ohne Rheticus wäre das nicht - oder wenn, dann erst viel später - passiert. Es war nicht so sehr die Angst vor der Kirche, die Kopernikus mit der Veröffentlichung zögern hat lassen. Tatsächlich ist sein Buch erst 1616 von der Kirche auf den Index der verboteten Bücher gesetzt worden, also gut 70 Jahre nach seinem Tod und der Veröffentlichung. Aber Kopernikus wusste eben auch, dass sein Werk noch nicht fertig ist und erst durch die Hilfe von Rheticus konnte es in eine Form gebracht werden, mit der auch Kopernikus zufrieden war.
Wenn man sagt, dass es ohne Rheticus keinen Kopernikus gegeben hätte, wäre das vermutlich zu sehr vereinfacht. Aber nicht viel… und es wäre übrigens auch ungerecht, das Leben von Rheticus nur auf seine Zusammenarbeit mit Kopernikus zu reduzieren. Er war Kartograph, hat als Arzt gearbeitet und er war vor allem auch Mathematiker. Wir neigen dazu, den Wert mathematischer Arbeit aus dem Mittelalter und der frühen Neuzeit zu unterschätzen, weil das, was zum Beispiel Rheticus gemacht hat, aus unserer Sicht immer ein wenig langweilig aussieht. Rheticus hat sich extrem für die Eigenschaften von Dreiecken interessiert und für das, was wir heute "Trigonometrie" nennen. Also die Berechnung von Winkel und Winkelfunkionen, wie Sinus, Kosinus, und so weiter. Das ist natürlich auch heute noch sehr wichtig in der Mathematik, aber wir tippen das halt einfach in den Taschenrechner oder den Computer. Damals gab es da aber nicht. Wenn man den Sinus eines Winkels wissen wollte, waren das langwierige Berechnungen. Und damit man die nicht immer wiederholen musste, gab es Bücher mit langen Tabellen, wo man die entsprechenden Werte nachschlagen konnte. Aber damit es solche Bücher gab, musste die irgendwer schreiben und davor all diese Werte auch berechnen und das möglichst ohne Fehler zu machen. Rheticus hat genau das gemacht und seine mathematischen Fähigkeiten waren auch enorm wichtig für die Überarbeitung von Kopernikus' Werk.
Rheticus hat die späteren Jahren in seinem Leben vor allem als Arzt verbracht. In den 1550er Jahren hat er Medizin in Prag studiert und dann in Krakau als Doktor praktiziert. Nebenbei hat er sich immer noch mit Mathematik und Astronomie beschäftigt und seine Tabellenwerke verfasst. Er starb am 4. Dezember 1574 und ich möchte diese Folge mit einem Zitat von Rheticus beenden, dass erstaunlich gut in die Gegenwart passt. Rheticus schreibt darin an den Bürgermeister von Feldkirch über die wissenschaftliche Ausbildung junger Menschen:
"Denn will man die Jugend begeistern, so kommt es darauf an, dass sich die führenden Persönlichkeiten für die Wissenschaft einsetzen. […] Es steht den Regierenden gut an, die Studien nicht nur kraft ihres Einflusses anderen zu empfehlen. Vielmehr müssen sie auch der verkehrten Meinung der Masse entgegentreten, dass nur der materielle Gewinn zählt."
Sternengeschichten Folge 704: Der Asteroid Eros
Versehentliche Asteroidenlandung Sternengeschichten Folge 704: Der Asteroid Eros Samstag, der 13. August 1898 war ein heißer Tag in Berlin und auch in der Nacht zum Sonntag ist nicht sonderlich kühl geworden …
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Versehentliche AsteroidenlandungSternengeschichten Folge 704: Der Asteroid Eros
Samstag, der 13. August 1898 war ein heißer Tag in Berlin und auch in der Nacht zum Sonntag ist nicht sonderlich kühl geworden. In der Sternwarte der Berliner Urania war es drückend schwül, aber der Astronom Gustav Witt und sein Assistent Felix Linke haben sich trotzdem an die Arbeit gemacht. Witt wollte einen verloren gegangenen Asteroiden finden: Eunike, der 10 Jahre zuvor entdeckt, aber danach nur mehr spärlich beobachtet wurde und seit ein paar Jahren gar nicht mehr. Witt hatte eine Ahnung, wo am Himmel er sich aktuell befinden musste und wollte die Umlaufbahn von Eunike mit neuen Daten besser bestimmen. Stattdessen haben die beiden Astronomen aber einen anderen Asteroid entdeckt, einen Asteroid, den davor noch niemand entdeckt hat. Dieser Asteroid sollte sich bald als Objekt einer ganz neuen Klasse herausstellen; er hat eine wichtige Rolle beim Verständnis des Sonnensystems gespielt und es war der erste Asteroid auf dem wir gelandet sind.
Aber so weit ist die Geschichte noch nicht. Bleiben wir noch in den 1890er Jahre und bei der Entdeckung von Eros. So hat Witt den neuen Asteroid genannt und das war schon die erste Auffälligkeit. Bis dahin sind alle Asteroiden mit weiblichen Namen benannt worden. Witt hat diese Regel als erster gebrochen und den Namen des griechischen Gotts der Liebe ausgewählt. Und, so wie alle anderen Asteroiden auch, hat Eros eine fortlaufende Nummer bekommen: 433; es war also der 433. Asteroid, den man entdeckt hatte. Mit dieser Nummer war Witt allerdings unzufrieden. Denn Eros war kein Asteroid, wie man ihn bisher kannte. In Folge 443 der Sternengeschichten habe ich über den Asteroid Ceres gesprochen, den ersten Asteroid überhaupt den man im Jahr 1801 gefunden hat. Seine Umlaufbahn befindet sich zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter und das war auch bei allen anderen Asteroiden so, die man seit damals entdeckt hat. Bis auf Eros: Seine Umlaufbahn liegt zwischen denen von Mars und Erde. Beziehungsweise liegt sie dort fast; sie reicht ein bisschen über die Marsbahn hinaus oder anders gesagt: Eros nähert sich einerseits der Erde und kreuzt andererseits die Bahn des Mars. Sowas kannte man damals nicht und Witt war der Meinung, dass man Eros daher nicht mit den anderen Asteroiden in eine Gruppe zusammenfassen sollte. Asteroiden sollten nur die Objekte sein, die sich zwischen Mars und Jupiter befinden. Sein Kollege, Julius Bauschinger vom Astronomischen Recheninstitut in Heidelberg - zuständig für die Katalogisierung der Asteroiden war allerdings anderer Meinung. Die Bahn von Eros liegt zwar nicht dort wo die anderen Asteroiden sind, aber ist auch nicht weit weg. Und, so Bauschinger, man wird in Zukunft sicherlich noch mehr Asteroiden wie Eros finden. Womit er, wie wir heute wissen, völlig recht gehabt hat. Ich habe in Folge 271 der Sternengeschichten ausführlich über die Gruppe der "Erdnahen Asteroiden" gesprochen, deren Bahnen sich zwischen den Umlaufbahnen von Venus und Mars befinden. Heute kennen wir jede Menge davon - und Eros war der erste aus dieser Asteroidenklasse der entdeckt wurde. Und sein Entdecker, Gustav Witt, war nichtmal der erste, der ihn gesehen hat. In der selben Nacht, von Samstag dem 13. August 1898 zum Sonntag dem 14. August, aber ein paar Stunden davor, hat der französische Astronom Auguste Charlois in Nizza ebenfalls eine Aufnahme gemacht, auf der Eros zu sehen war. Das hat Charlois aber erst ein paar Tage später gemerkt, weil er am Sonntag nicht gearbeitet und die Fotoplatten nicht ausgewertet hat. Also wurde Witt zum offiziellen Entdecker - so kanns gehen.
Aber genug von der Entdeckung und zurück zu Eros. Wir wissen heute, dass es sich um einen erdnahen Asteroid aus der Gruppe der Amors handelt. So nennt man die Asteroiden, die der Erde nahekommen, aber die Erdbahn nicht kreuzen. Sie können sich entweder komplett zwischen den Bahnen von Erde und Mars bewegen, oder aber die Bahn des Mars kreuzen, so wie es Eros tut. Für eine Runde um die Sonne braucht Eros ein Jahr und 278 Tage. Er kommt Erde und Mars zwar nahe, aber die Gefahr einer Kollision besteht vorerst nicht. Die Minimaldistanz zwischen Erde und Eros liegt bei circa 23 Millionen Kilometer - das ist genug Sicherheitsabstand. Und das ist gut; immerhin hat Eros einen mittleren Durchmesser von circa 17 Kilometer - der Einschlag so eines Brockens wäre mehr als ausreichend für ein ordentliches Massensterben. Das mit der Größe hat die Menschen aber einige Zeit lang verwirrt. Es ist ja nicht so einfach, die Größe eines Asteroiden zu bestimmen. Man sieht ja nur einen Lichtpunkt im Teleskop. Wenn der Asteroid hell leuchtet, kann das heißen, dass er viel Licht der Sonne reflektiert, weil er groß ist und man kann aus der Helligkeit grob auf den Durchmesser schließen. Aber so einfach ist es nicht immer. Und im Fall von Eros war die Helligkeit auch nicht konstant. Man hat beobachtet, dass er mit einer Periode von ein paar Stunden heller und dunkler wird. Das bedeutet, dass der Asteroid eine unregelmäßige Form haben kann und genau das ist hier der Fall. Eros sieht ein wenig aus wie eine Banane, in seiner längsten Richtung ist der Asteroid 34 Kilometer lang, in die anderen beiden Richtungen circa 11 Kilometer. Je nachdem ob er uns gerade seine lange oder kurze Seite zeigt, sehen wir mehr oder weniger Licht, das reflektiert wird.
Wirklich viel Aufmerksamkeit hat Eros im Dezember 1900 bekommen. Lange Zeit waren ja die Größenverhältnisse im Sonnensystem unbekannt. Das soll heißen: Man hat zwar die relativen Abstände der Himmelskörper gekannt, aber nicht die absoluten Distanzen. Oder anders gesagt: Man hat zum Beispiel gewusst, dass der Mars circa 1,5 mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde. Aber nicht, was das in Kilometer bedeutet. Dazu muss man den Abstand zwischen Erde und Sonne kennen und das war schwer rauszukriegen. Aber wenn man diesen Abstand hat beziehungsweise wenn man irgendeine Distanz zwischen zwei Himmelskörpern absolut bestimmt hat, kann man damit alle anderen relativen Distanzen umrechnen. Nur diese eine, erste Messung war kritisch.
Man hat 1822 durch die Beobachtung des Venustransits eine erste Näherung der sogenannten "Astronomischen Einheit" bekommen (wie das genau gelaufen ist, habe ich in einer anderen Folge erzählt), also des mittleren Abstands zwischen Erde und Sonne und ihn mit circa 155 Millionen Kilometer bestimmt. Aber so richtig genau war das Ergebnis nicht. Ein paar Jahrzehnte später, 1873, hat man versucht, das Resultat durch die Beobachtung der Parallaxe des Asteroiden Flora zu verbessern. "Parallaxe", das ist die scheinbare Positionsveränderung eines Himmelskörpers wenn man ihn von unterschiedlichen Orten der Erde aus beobachtet. Je nachdem unter welchem Blickwinkel man den Asteroiden Flora betrachtet, erscheint er gegenüber den Sternen im Hintergrund leicht verschoben. Diese scheinbare Positionsänderung ist umso größer, je näher der Asteroid der Erde ist, was bedeutet: Aus dem Ausmaß der Positionsänderung - der Parallaxe - kann man den Abstand bestimmen. Bei der Beobachtung von Flora kam man auf einen Wert für die Astronomische Einheit von 148 Millionen Kilometer. Ein großer Unterschied zu den 155 Millionen Kilometer von früher. Zu groß - man brauchte genauere Daten. Jetzt kommt der Auftritt von Eros: Man hat ziemlich bald nach seiner Entdeckung bemerkt, dass er der Erde vergleichsweise nahe kommen kann. Näher auf jeden Fall als alle anderen damals bekannten Asteroiden und je näher ein Objekt der Erde ist, desto besser ist der Effekt der Parallaxe zu beobachten. Im Dezember 1900 sollte sich Eros besonders weit nähern und das wollte man nutzen, um die Astronomische Einheit endlich vernünftig zu bestimmen.
Das Ergebnis: 149.488.000 Kilometer, mit einer Messungenauigkeit von nur 38.000 Kilometer. 1931 ist Eros sogar noch näher an die Erde gekommen und man konnte das Ergebnis auf 149.675.000 Kilometer mit einer Messungenauigkeit von 17.000 Kilometer verbessern. Noch besser ist unser Wert für die Astronomische Einheit erst 1962 geworden, als man exakte Messungen mit Radartechnik machen konnte. Dafür aber war Eros unser bestes Instrument, um die Abstände im Sonnensystem zu bestimmen. Eros ist auch danach immer wieder Ziel astronomischer Beobachtungen gewesen. Und in den 1990er Jahren hat man sich daran gemacht, diesem besonderen Asteroid einen besonderen Besuch abzustatten. Am 17. Februar 1996 hat die NASA die Raumsonde NEAR ins All geschickt. Die Abkürzung steht für "Near Earth Asteroid Rendezvous" und genau das war das Ziel: Ein Rendezvous mit einem erdnahen Asteroiden, nämlich Eros. Man wollte das erste Mal zu einem Asteroid fliegen, ihm umkreisen und in Ruhe aus der Nähe untersuchen. Ende 1998 war man bei Eros angekommen, es gab aber ein paar technische Probleme. Das Haupttriebwerk hat sich ungeplant abgeschaltet und man konnte nicht in eine Umlaufbahn einschwenken. Die Raumsonde ließ sich zwar wieder stabilisieren, aber es hat nur für einen Vorbeiflug in circa 3800 Kilometer Entfernung gereicht. Aber immerhin hat man da schon mal ein paar erste Bilder aufnehmen können. Mit diversen Korrekturen und Kurswechseln hat man es dann am 14. Februar 2000 doch noch geschafft: NEAR war in einer Umlaufbahn um Eros; zuerst mit einem Abstand von circa 350 Kilometer. Die Sonde ist dann aber immer näher an den Asteroid gerückt, bis sie am Ende in nur 35 Kilometer Abstand um Eros gekreist ist. Endlich konnte man einen Asteroiden aus nächste Nähe erforschen.
Eros ist, wenig überraschend, voller Krater. Aber, und das war überraschend, es gibt auch Bereiche, wo kaum Krater zu finden sind. Man geht davon aus, dass Eros vor ungefähr einer Milliarde Jahre mit einem größeren Brocken kollidiert ist. Dabei wurden jede Menge Bruchstücke über die Oberfläche von Eros verteilt. Die Schockwellen, die dabei entstanden sind, haben dabei die kleineren Krater in bestimmten Bereichen der Oberfläche von Eros zerstört; sie sind quasi kaputt geschüttelt worden. Man hat auch "Staubteiche" entdeckt, also kleinere Vertiefungen auf Eros, die mit Staub gefüllt sind.
Im Januar 2001 hat man begonnen, die Umlaufbahn von NEAR weiter abzusenken. Zuerst ist die Raumsonde in 5 bis 6 Kilometer Abstand vorbei geflogen, dann in nur noch 2 bis 3 Kilometer. Die Mission hat sich ihrem geplanten Ende genähert und man wollte noch so viel wie möglich beobachten. Am Schluss sollte NEAR mit Eros kollidieren. Das ist am 12. Februar 2001 auch passiert, aber nicht so wie geplant. Man hat die die Umlaufbahn von NEAR immer näher an Eros herangebracht und das so kontrolliert, dass aus dem Zusammenstoß eine sanfte Landung wurde. Das hat das Kontrollteam ziemlich überrascht, denn NEAR war nicht darauf ausgelegt, zu landen und hatte keine Landemechanismen oder ähnliches. Aber sie hat die Landung denoch überlebt und konnte weiterhin Daten zur Erde senden. Man hat die Mission also nochmal um 2 Wochen verlängert und NEAR dann in einen Ruhe- und Energiesparmodus versetzt. Bis November 2001 lag die Sonde im Schatten und die Solarmodule konnten keinen Strom mehr produzieren. Erst im Dezember 2002 hatte sie wieder volles Sonnenlicht, einer Reaktivierung von NEAR hat aber leider nicht funktioniert.
Mittlerweile haben wir Besuche und Landungen bei diversen anderen Asteroiden wiederholt. Aber Eros war der erste Asteroid, den wir aus der Nähe gesehen haben und Eros war der erste Asteroid, auf dem wir gelandet sind.
Sternengeschichten Folge 703: Das Green Bank Treffen, Außerirdische und der Orden des Delfins
Der Anfang der SETI-Forschung Sternengeschichten Folge 703: Das Green Bank Treffen, Außerirdische und der Orden des Delfins Am Halloween-Abend des Jahres 1961 haben sich 10 Wissenschaftler in der abgelegenen …
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Der Anfang der SETI-ForschungSternengeschichten Folge 703: Das Green Bank Treffen, Außerirdische und der Orden des Delfins
Am Halloween-Abend des Jahres 1961 haben sich 10 Wissenschaftler in der abgelegenen Ortschaft Green Bank in West Virgina getroffen. Die Zusammenkunft war nicht geheim, aber man hat sie auch nicht an die große Glocke gehängt. Es waren Astronomen, Informatiker, Biologen und Ingenieure die am Radio-Observatorium von Green Bank zusammengekommen sind und sie waren zum größten Teil die führenden Experten auf ihrem Gebiet. Ihr Ziel: In Ruhe und ausführlich darüber zu diskutieren, ob es irgendwo intelligente Außerirdische gibt und wie man sie kontaktieren könnte.
Das klingt nach dem Beginn eines Science-Fiction-Films, hat aber genau so tatsächlich stattgefunden. Damals, im Jahr 1961, hat sich die Wissenschaft das erste Mal seriös und umfassend mit der Frage nach der Suche und einer möglichen Kontaktaufnahme mit außerirdischen Lebewesen beschäftigt, also der Disziplin, die man heute "SETI" nennt, "Search for Extraterrestrial Intelligence". Heute ist dieses Thema immer noch ein wenig außergewöhnlich, aber man macht sich auch nicht mehr lächerlich, wenn man wissenschaftlich untersucht, ob es außerirdisches Leben gibt; wenn man sich mit Astrobiologie beschäftigt oder darüber nachdenkt, ob und wie Kommunikation mit intelligenten Lebewesen außerhalb der Erde funktionieren könnte. Anfangen hat das aber alles damals in Green Bank. Und dieses Treffen in Green Bank kam nicht aus dem Nichts. Der zweite Weltkrieg war noch nicht so lange her und dort hat man auch das erste Mal Raketen im großen Maßstab eingesetzt. Leider vor allem als Waffe, von Deutschland in Form der V2-Raketen. Aber nach Kriegsende wurden die restlichen Raketen von den USA (und der Sowjetunion) als Basis für die Entwicklung eigener Raumfahrtprogramme genutzt. Die Nachkriegszeit war auch die Zeit, in der UFOs populär wurden. Immer mehr Menschen haben berichtet, dass sie irgendwelche seltsamen fliegenden Objekte gesehen hätten und unabhängig des Wahrheitsgehaltes dieser Aussagen, war das Thema in den 1950er Jahren in der Öffentlichkeit weit verbreitet. Die Science Fiction hat sich sowieso damit beschäftigt, aber auch die Wissenschaft hat darüber nachgedacht, ob es vielleicht außerirdisches Leben geben könnte. Der berühmte Physiker Enrico Fermi hat sich gefragt, warum wir noch keine Aliens gesehen haben, obwohl sie doch, wenn es sie gibt, genug Zeit gehabt haben müssten, die ganze Milchstraße zu besieden - das ist das, was wir heute "Fermi-Paradoxon" nennen und wovon ich in Folge 410 ausführlich gesprochen habe. Stanley Miller und Harold Urey haben 1953 ihr berühmtes Experiment durchgeführt, dass "Miller-Urey-Experiment" oder, etwas volkstümlicher, das Experiment mit der "Ursuppe". Sie haben gezeigt, dass sich schon unter recht simplen Bedingungen, wie sie auf der frühen Erde geherrscht haben, die Grundbausteine für die Entstehung des Lebens bilden können. Man hat die DNA entschlüsselt, hat Fortschritte beim Verständnis der Planetenentstehung gemacht und 1957 flog mit "Sputnik" der erste Satellit ins Welltall. Die NASA wurde 1958 gegründet und Raumfahrt und außerirdisches Leben waren keine Science Fiction mehr, sondern etwas, worüber sich auch die Wissenschaft Gedanken machen konnte.
Das haben insbesondere Giuseppe Cocconi und Philip Morrison getan. Cocconi, ein Physiker aus Italien, war 1959 in den USA zu Besuch. Dort hat er Morrison getroffen, einen amerikanischen Physiker, der unter anderem am Manhattan-Projekt, also dem Bau der ersten Atombombe mitgearbeitet hatte. Cocconi dagegen awr Experte für hochenergetische Teilchen und Strahlung. Er war, so wie Morrison, unter anderem an der Gammastrahlung interessiert. Cocconi hat sich mit Gammastrahlen beschäftigt, die an Beschleunigern produziert werden, Morrision mit denen, die wir im Weltall beobachten können. Das hat Cocconi auf eine Idee gebracht: Wenn wir Menschen Gammastrahlen erzeugen können, und wir sie aus dem Weltall empfangen: Könnten dann Aliens die Gammastrahlen nicht für Kommunikation benutzen? Die beiden haben die Frage diskutiert und sind zu dem Schluss gekommen: Nein, Gammastrahlung ist nicht die beste Wahl für interstellare Kommunikation, viel besser geeignet ist Radiostrahlung. Ihre Ergebnisse haben sie am 19. September 1959 in einer Facharbeit mit dem Titel "Suche nach interstellarer Kommunikation" veröffentlicht, der durchaus einiges an Aufsehen erregt hat. Heute können wir sagen, dass dieser Artikel quasi den Anstoß für die SETI-Forschung gegeben hat. Gleichzeitig und ohne dass Cocconi und Morrison davon gewusst hatten, hat sich der Radioastronom Frank Drake ebenfalls mit dem Thema beschäftigt. Er hat im Frühjahr 1960 ein großes Radioteleskop an einen vielversprechenden Punkt am Himmel gerichtet um dort nach Botschaften von Aliens zu suchen. Ohne Erfolg, aber dieses "Projekt Ozma" war die erste Suche dieser Art.
All diese Aktivitäten haben auch James Peter Pearman interessiert. Er war Mitglied des Space Science Board der Nationalen Akamdemie der Wissenschaften in den USA: Diese Einrichtung wurde 1958 gegründet um beratend bei den Raumfahrtaktivitäten der USA tätig zu sein. Dort gab es auch eine Gruppe, die sich mit außerirdischem Leben beschäftigt hat, aber vor allem wegen der Frage, ob es vielleicht irgendeine Art der Kontamination geben könnte, wenn Menschen ins All fliegen oder zum Mond. Aber 1961 hat sich das Space Science Board auch der Frage gewidmet, ob und wie man die Suche und Kommunikation mit etwaigen Aliens wissenschaftlich sinnvoll erforschen kann. Also haben Drake und Pearman überlegt, eine kleine Konferenz dazu zu veranstalten. Und sie haben vor allem überlegt, wen man einladen sollte.
Natürlich Cocconi und Morrison. Aber auch Otto Struve, einer der bekanntesten und bedeutensten Astronomen seiner Zeit und damals Direktor des National Radio Astronomy Observatory. Denn treffen wollte man sich an der Radiosternwarte in Green Bank, wo auch Frank Drake damals gearbeitet hat und das musste Struve natürlich erlauben. Man hat noch jede Menge andere Leute eingeladen, aber neben Drake, Pearman und Struve hatten am Ende nur sieben weitere Leute zugesagt. Der junge Astronom Carl Sagan, der damals - im Gegensatz zu heute - noch weitestgehend unbekannt war. Der chinesisch-amerikanische Astronom Su-Shu Huang. Dana Atchley, ein Ingenieur und Bernard Oliver, ein Elektrotechniker. Der Biologe Melvin Calvin und der Neurophysiologe John Lilly. Philip Morrison war auch dabei; Giuseppe Cocconi hatte abgesagt. Es waren also nur zehn Forscher, die zugesagt hatten und diese zehn waren es, die an Halloween 1961 in Green Bank eingetroffen sind. Ich könnte über jede dieser Personen eine eigene Folge machen; aber wenn ich in dieser Folge erzählen würde, was sie alles gemacht haben, würde sie vermutlich ein paar Stunden dauern. Also belassen wir es dabei, dass sie alle qualifiziert waren, um über Aliens nachzudenken - sofern man bei diesem Thema überhaupt irgendwie qualifiziert sein kann.
Auf dem Programm des Treffens standen drei große Ziele: Erstens: Herauszufinden, wie wahrscheinlich es ist, dass sich irgendwo anders im Universum intelligentes Leben entwickelt hat und wie wahrscheinlich eine Kontaktaufnahme ist. Zweitens: Herauszufinden, ob es sich lohnt, mit der existierenden Technologie auf die Suche nach Aliens zu gehen oder ob man warten muss, bis bessere Technik entwickelt wird. Und Drittens: Einen entsprechenden Aktionsplan für das Space Science Board zu entwickeln.
Frank Drake war bestens vorbereitet, um Frage Nummer 1 zu diskutieren. Direkt zu Beginn der Konferenz hat er das präsentiert, was wir heute als die "Drake-Gleichung" kennen und worüber ich in Folge 304 der Sternengeschichten ausführlich erzählt habe. Drake hat darin alle Faktoren zusammengestellt, die bestimmen, ob sich irgendwo Aliens entwickeln und ob wir mit ihnen kommunizieren können. Seine Gleichung beinhaltet zum Beispiel die Anzahl der Sterne in der Milchstraße, die Anzahl der Sterne, die Planeten haben, die Anzahl der Planeten, die Leben beherbergen können, die Anzahl der Planeten auf denen sich Leben und intelligentes Leben entwickelt, die Anzahl der technischen Zivilisationen darunter und ihre Lebensdauer. Damals wusste man über so gut wie keinen dieser Faktoren irgendetwas aus wissenschaftlicher Sicht verlässliches - aber genau deswegen war man ja zusammengekommen. Man hat also über die Faktoren der Drake-Gleichung diskutiert und die Diskutanten waren gut qualifiziert dafür. Otto Struve hatte sich zum Beispiel intensiv mit der Frage nach Planeten anderer Sterne beschäftigt. Damals hatte man noch keine solche Exoplaneten gefunden; das kam erst in den 1990er Jahren. Aber Struve war überzeugt, das fast jeder Stern Planeten haben muss. Das stimmt, wie wir heute wissen, auch wenn Struves Argumente aus heutiger Sicht nicht mehr ganz richtig sind (aber das ist wieder eine ganz andere Geschichte). Su-Shu Huang war ebenfalls Spezialist für Planeten und er war auch der erste, der sich über das Konzept der "habitablen Zone" Gedanken gemacht hat, also die Bereiche um einen Stern herum, wo die Energie des Sterns gerade ausreicht, so dass auf der Oberfläche eines passenden Planeten Wasser und Leben existieren kann. Dana Atchley war Spezialist für Kommunikation und hat Drake schon mit entsprechendem Equipment für sein Projekt Ozma ausgeholfen. Bernard Oliver hat unter anderem an Mikrowellen-Sendern und Empfängern gearbeitet und war Forschungsdirektor bei Hewlett Packard. Carl Sagan war damals noch recht unbekannt, aber interessiert an allem, was mit dem Thema zu tun hat und von Joshua Lederberg für die Konferenz empfohlen, dem Direktor des Space Science Board. Philip Morrison war als SETI-Pioneer sowieso qualifiziert und das galt auch für den Biologen Melvin Calvin. Wie qualifiziert er war, haben die Teilnehmer an der Konferenz direkt erfahren, als plötzlich ein Anruf aus Schweden kam: Calvin hat den Nobelpreis für seine Forschung zur Photosynthese gewonnen. Und dann war da noch John Lilly. Er war deswegen eingeladen, weil er kurz davor sein Buch "Mensch und Delfin" veröffentlicht hatte. Darin berichtet er von seiner Forschung, um die Sprache der Delfine zu verstehen. Aber nicht nur das: Lilly war auch der Meinung, es sei möglich, den Delfinen beizubringen, auf englisch zu sprechen. Für diese Forschung bekam er sogar Fördergelder der Regierung, mit der ein entsprechendes Forschungszentrum auf einer Karibikinsel gebaut hat. Drei Delfine lebten dort direkt mit Menschen zusammen, in einer Art Aquariums-Haus. Man ging beim Treffen in Green Bank natürlich nicht davon aus, dass irgendwo im All Delfine herumschwimmen. Aber irgendwie muss man mit den Aliens ja kommunizieren, und wie kann man das besser lernen, als wenn man zuerst mit einer nicht-menschlichen Intelligenz auf der Erde kommuniziert. Lillys Versuche, die Sprache der Delfine zu verstehen und ihnen unsere Sprache beizubringen, war eine gute Vorbereitung für das SETI-Projekt.
Lillys Forschung hat die anderen sogar so sehr beeindruckt, dass sie ihrer Gruppe den informellen Namen "Orden des Delfins" gegeben haben. Melvin Calvin hat nach dem Ende des Treffens sogar kleine Delfin-Anstecknadeln mit den eingravierten Namen der Teilnehmer verschickt. Trotzdem ist das Treffen in Green Bank eine einmalige Angelegenheit geblieben. Pearman hat die Ergebnisse der Diskussion an das Space Science Board geschickt und damit war der Auftrag vorerst erfüllt. Die Mitglieder des Delfin-Ordens blieben in losem Kontakt, aber haben das mit dem Delfin bald fallen gelassen. Denn Lillys Forschung hat sich als weniger beeindruckend herausgestellt, als sie ausgesehen hat. Die Delfine haben kein Englisch gelernt und Lillys Methoden sind immer weiter in unwissenschaftliche New-Age-Konzepte abgeglitten. Als er dann auch noch LSD an die Tiere verteilt hat, war es auch mit den Fördergeldern vorbei.
Das Treffen in Green Bank war aber dennoch nicht folgenlos. Die Drake-Gleichung, die damals entwickelt wurde, ist auch heute noch die Grundlage jeder SETI-Forschung. Und auch wenn wir bisher noch keinen Kontakt mit Aliens hatten und noch nicht mal irgendeine Art von Leben außerhalb der Erde entdeckt haben: Das Thema wurde damals das erste Mal mit wissenschaftlicher Ernsthaftigkeit diskutiert. Was davor nur Science Fiction war und ein Gebiet, auf dem man sich bestenfalls lächerlich machen kann, ist durch das Green Bank Treffen zum Teil rehabilitiert und zu einer seriösen Forschungsrichtung geworden. Die Sache mit den Delfinen war ein Reinfall. Aber ohne den Orden des Delfins wäre SETI nicht zu dem geworden, was es heute ist.
Sternengeschichten Folge 702: Der Forbush-Effekt
Die Sonne fährt die Schilde hoch Sternengeschichten Folge 702: Der Forbush-Effekt Wir Menschen auf der Erde spüren den Einfluss der Sonne jeden Tag; ohne ihre Strahlung könnten wir hier nicht leben. Auf den …
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Die Sonne fährt die Schilde hochSternengeschichten Folge 702: Der Forbush-Effekt
Wir Menschen auf der Erde spüren den Einfluss der Sonne jeden Tag; ohne ihre Strahlung könnten wir hier nicht leben. Auf den weiter entfernten Planeten strahlt sie aber nicht mehr so hell und im äußeren Sonnensystem ist es so kalt, als wäre die Sonne überhaupt nicht da. Aber sie ist da und ihr Einfluss reicht weiter, als man es sich vielleicht vorstellt. Und damit ist nicht die Gravitationskraft gemeint, die sie ausübt; die reicht theoretisch ja sogar unendlich weit. Das, was auf der Sonne passiert hat Auswirkungen auf das gesamte Sonnensystem und die Phänomene, die als "Forbush-Ereignis" bezeichnet werden, demonstrieren das wunderbar.
Bevor wir uns aber damit beschäftigen, wer oder was Forbush ist und was es dazu ereignisvolles zu erzählen gibt, müssen wir uns mit etwas beschäftigen, von dem ich schon ausführlich in Folge 317 gesprochen habe, nämlich der kosmischen Strahlung. Ich halte die Wiederholung kurz, aber im Prinzip besteht die kosmische Strahlung aus hochenergetischen Teilchen, deren Ursprung im Weltraum liegt. Wir wissen darüber Bescheid, seit sie 1912 vom österreichischen Physiker Victor Franz Hess entdeckt worden ist und man kann ihren Ursprung grob in zwei Quellen einteilen. Einmal ist da die Sonne, die nicht nur Licht abstrahlt, sondern auch ständig Teilchen aus ihren äußeren Gasschichten ins All schleudert. Einerseits tut sie das ständig und vergleichsweise ruhig, in Form des Sonnenwindes, von dem ich auch schon oft hier erzählt habe und andererseits macht sie das manchmal auch sehr dramatisch, wenn sie zum Beispiel koronale Massenauswürfe durchs Planetensystem schleudert. Die Ursache für diese Eruptionen liegen in der dynamischen Wechselwirkung des Gases aus dem die Sonne besteht und ihrem Magnetfeld. Ab und zu gibt es da quasi Kurzschlüsse, bei denen sehr viel Energie frei wird und große Mengen an solarer Materie ins All hinaus geworfen werden. Die Details sind komplex und noch nicht vollständig verstanden, aber der Punkt ist: Unser Stern schleudert mal mehr und mal weniger Teilchen mit großer Energie durch die Gegend. Es sind geladene Teilchen, vor allem Protonen und Elektronen, aber auch schwerere Atomkerne anderer chemischer Elemente.
Das ist allerdings nichts, was nur die Sonne macht. Alle anderen Sterne tun das ebenfalls und es gibt noch mehr astronomische Prozesse, die so eine Art der Teilchenstrahlung erzeugen. Sie entstehen bei Supernova-Explosionen, in der Umgebung schwarzer Löcher oder in den gewaltigen Jets, also riesigen Materieströmen, die aus den Zentren ferner Galaxien hinaus ins All schießen. All diese Prozesse (und noch mehr) sind für die zweite Komponente der kosmischen Strahlung verantwortlich, die galaktische kosmische Strahlung. Diese Teilchen haben im Allgemeinen eine sehr viel höhere Energie als die in der solaren kosmischen Strahlung, aber die eine wie die andere ist äußerst unangenehm für uns Menschen. Wenn Teilchen mit so viel Energie auf die Atome in unserem Körper treffen, dann können sie dort Reaktionen auslösen; Atome können zerfallen; Moleküle ihre Bindung verlieren, und so weiter. Wenn wir zulange der kosmischen Strahlung ausgesetzt sind, dann werden wir krank oder sterben. Aber wenn wir uns nicht im Weltall aufhalten, dann schützt uns zum Glück unsere Atmosphäre. Die kosmische Strahlung trifft zuerst auf die Atome der Lufthülle, bevor sie uns erreichen kann. Auch dort oben, hoch über unseren Köpfen, löst sie atomare Reaktionen aus; lässt Stickstoff- oder Sauerstoffatome zerfallen und die entstehenden Zerfallsprodukte zerfallen weiter, können neue Zerfallsreaktionen auslösen, und so weiter. Oder anders gesagt: Jedes Teilchen der kosmischen Strahlung das auf die Atmosphäre der Erde trifft, löst einen Schauer aus Teilchen aus, die "Sekundärstrahlung" genannt wird und das was davon am Ende noch auf dem Erdboden ankommt, ist für uns weitestgehend ungefährlich.
Das bedeutet, dass wir die kosmische Strahlung von der Erde aus nur indirekt über die Sekundärstrahlung messen können. Aber genau das hat man in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gemacht. Nach der Entdeckung des Phänomens 1912 hat man natürlich versucht, möglichst viel darüber und ihren Ursprung herauszufinden. Parallel hat man auch immer besser verstanden, wie die Sonne funktioniert. In Folge 10 haben ich vor langer Zeit schon mal über das Sonnenwetter gesprochen; so nennt man alle Phänomene, die mit der elektrisch-magnetischen Aktivität der Sonne zu tun haben. Wenn es da zum Beispiel einen wirklich heftigen Kurzschluss gibt und große Mengen an Material bei einem koronalen Massenauswurf in Richtung Erde geschleudert werden, kann das durchaus dramatische Folgen bei uns haben. Die können ästhetisch anspruchsvoll sein, weil die Interaktion zwischen den geladenen Teilchen von der Sonne und dem irdischen Magnetfeld zum Beispiel Polarlichter verursacht. Die Folgen können aber auch katastrophal sein, wenn die solare kosmische Strahlung Satelliten ausfallen lässt oder die kurzfristige Störung im Erdmagnetfeld Stromleitungen kollabieren lässt. Einer, der sich ab den 1930er Jahren intensiv mit all diesen Phänomenen beschäftigt hat, war der amerikanische Physiker Scott Forbush. 1937 hat er einen kurzen Aufsatz veröffentlicht, mit dem Titel "Über die Effekte in der Intensität der kosmischen Strahlung, die während des jüngsten magnetischen Sturms beobachtet wurden". Mit "magnetischer Sturm" ist das gemeint, was ich vorhin kurz angedeutet habe: Wenn die Sonne bei einem koronalen Massenauswurf jede Menge geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit und Energie in Richtung Erde schleudert, dann bringt das unser Magnetfeld kurzfristig durcheinander. Das kann man messen und so ein Ereignis hat zwischen 25. und 30. April 1937 stattgefunden. Forbush ist aber aufgefallen, dass es da nicht nur Variationen beim Magnetfeld gegeben hat. Zwei andere Messstationen; eine in Maryland in den USA und eine in Huancayo in Peru haben die Intensität der kosmischen Strahlung überwacht. Die Intensität der kosmischen Strahlung ist während des magnetischen Sturms um vier Prozent geringer geworden, was weit über den üblichen Variationen gelegen ist. Es kann Zufall sein, dass die Abnahme der kosmischen Strahlung zeitgleich mit dem magnetischen Sturm aufgetreten ist. Oder auch nicht. Forbush schreibt am Ende seiner Arbeit: "Auch wenn die hier vorgelegten Belege für sich genommen nicht als schlüssiger Beweis dafür gelten können, dass die beobachteten Änderungen in der Intensität der kosmischen Strahlung auf das äußere Feld des magnetischen Sturms zurückzuführen sind, so scheint diese Hypothese doch die vernünftigste zu sein." In einer längeren Arbeit aus dem Jahr 1938 hat Forbush dass sehr viel genauer untersucht und Daten weiterer magnetischer Stürme in seine Analyse inkludiert. Das Fazit: Nicht alle magnetische Stürme führen zu einem Rückgang der kosmischen Strahlung aber bei vielen ist das der Fall und dieser Rückgang kann global gemessen werden, egal wo auf der Welt die Messstation steht.
Mittlerweile können wir das Phänomen, das Forbush damals entdeckt hat, genauer einordnen. Wenn die Sonne bei einer großen Eruption eine große Wolke aus geladenen Teilchen ihres Plasmas ins All schleudert, dann verschwindet die nicht einfach so. Sie bewegt sich durch das ganze Sonnensystem hindurch. Wenn sie dabei in der Nähe der Erde vorbei kommt, wirkt sie für einige Zeit wie eine Art von Schutzschild. Es sind ja elektrisch geladene Teilchen, die da durch die Gegend geschleudert werden und die können die ebenfalls elektrisch geladenen Teilchen der galaktischen kosmischen Strahlung abhalten. Solange das Schutzschild da ist, trifft also weniger galaktische kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre und unsere Detektoren am Boden messen einen Rückgang der Sekundärstrahlung. Wie stark dieser Rückgang ausfällt hängt davon ab, wie groß die Sonneneruption war und wie stark das Magnetfeld ist, dass die geladenen Teilchen der ausgestoßenen Plasmawolke erzeugen. Und es hängt natürlich auch davon ab, wie nahe diese Wolke an der Erde vorbei kommt. Typischerweise beträgt der Rückgang einige Prozent, kann aber in besonderen Fällen auch 10 bis 20 Prozent betragen. Das ganze passiert schnell; es braucht nur ein paar Stunden, bis sich die Intensität der kosmischen Strahlung verringert. Danach dauert es dann ein paar Tage, bis alles wieder den Normalzustand erreicht hat und das Forbush-Ereignis, wie das Phänomen mittlerweile genannt wird, vorbei ist.
Vielleicht ist dem einen oder der anderen an diesem Punkt ein Gedanke gekommen: Ich habe vorher gesagt, dass es zwei Komponenten der kosmischen Strahlung gibt; die die von der Sonne kommt und die galaktische, die von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangt. Koronale Massenauswürfe, die Forbush-Ereignisse verursachen sind eine Ursache für die solare kosmische Strahlung. Sollte man da bei so einer Sonneneruption nicht MEHR kosmische Strahlung erwarten? Ja und Nein. Wenn ein koronaler Massenauswurf stattfindet und auf die Erde trifft, dann führt das natürlich zu einer kurzfristigen Erhöhung der Intensität der kosmischen Strahlung. Das passiert schnell und es passiert anfangs vor allem nur an bestimmten Orten der Erde, weil die Teilchen von der Sonne sich entlang der Magnetfeldlinien der Erde bewegen. Das gilt nicht nur für koronale Massenauswürfe, sondern generell für die solare kosmische Strahlung. So ein Ausbruch auf der Sonne verursacht also einen kurzen Anstieg kosmischer Strahlung, der nicht überall auf der Erde gemessen werden kann. Die galaktische kosmische Strahlung dagegen kommt aus allen Richtungen zu uns. Wenn es bei dieser Komponente Veränderungen gibt, dann wirken die sich überall auf der Erde aus. Das heißt, man kann die beiden Teile der kosmischen Strahlung gut unterscheiden und ein Forbush-Ereignis betrifft nur eine Verringerung der galaktischen kosmischen Strahlung.
Was fangen wir mit diesem Wissen an? Einerseits ist es natürlich gut, wenn wir Bescheid darüber wissen, wie sich die kosmische Strahlung verhält und verändert, damit wir unsere Satelliten, Raumfahrzeuge und vielleicht auch die Menschen schützen können, die sich gerade im Weltall befinden. Andererseits sind solche Forbush-Ereignisse aber auch ein Beispiel dafür, wie nicht nur die Sonne sondern die gesamte Heliosphäre funktioniert. So bezeichnet man den gesamten magnetischen Einflussbereich der Sonne und der reicht bis weit über den Bereich der bekannten Planeten hinaus. Die Grenze der Heliosphäre liegt grob 100 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, also noch weit hinter den Umlaufbahnen von Neptun, Pluto und den restlichen Asteroiden des Kuiper-Gürtels. Und ein Forbush-Ereignis muss nicht zwingend nur auf der Erde stattfinden. Wir haben den selben Effekt auch auf dem Mars gemessen und auch mit den Instrumenten von Raumsonden wie Pioneer 10 und Voyager 1 und 2, die sich weit im äußeren Sonnensystem befinden und die Grenze der Heliosphäre mittlerweile überschritten haben. Forbush-Ereignisse zeigen uns, dass die Sonne nicht nur ein helles Licht am Himmel ist, sondern ein dynamischer Himmelskörper der das ganze Sonnensystem im Griff hat. Die atomare Reaktionen im Inneren unsers Sterns, die chaotischen Ströme des geladenen Plasmas und die wilde Dynamik seines Magnetfelds haben Einfluss auf die fernsten Regionen im Sonnensystem. Die geladenen Teilchen die die Sonne durch die Gegend schleudert, verändern was von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangen kann oder nicht. Forbush-Ereignisse zeigen uns in aller Deutlichkeit die Dynamik der Sonne und die Heliosphäre in Aktion.
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