Sternengeschichten

Der erste Hinweis auf dunkle Energie Sternengeschichten Folge 463: Waltraut Seitter: Die erste Astronomin Deutschlands und die Expansion des Universums Waltraut Seitter war die erste Astronomin Deutschlands. Und bevor sich jemand beschwert: Das ist natürlich falsch. Es hat immer schon Frauen gegeben, die sich mit Astronomie beschäftigt haben, schon lange bevor es so etwas wie Deutschland gab und ich habe in den vergangenen Folgen der Sternengeschichten auch immer wieder von ihrem Leben und ihrer Forschung erzählt. Es gab auch in Deutschland Astronominnen, lange bevor Waltraut Seitter am 13. Januar 1930 in Zwickau geboren wurde. Aber in einer ganz konkreten Hinsicht war Waltraut Seitter tatsächlich die erste Astronomin Deutschlands und ganz unabhängig davon lohnt es sich, auf ihr Leben in der Astronomie zu schauen. Waltraut Carola Seitter wurde in Zwickau geboren, zur Schule ging sie aber in Köln. Dort hat sie unter anderem als Straßenbahnschaffnerin gearbeitet und als technische Zeichnerin; vermutlich inspiriert von der Arbeit ihres Vaters, der Ingenieur bei den Horch-Werken war, einem Autohersteller, der später dann als "Audi" bekannt geworden ist. Nach ihrem Abitur im Jahr 1949 begann sie ebenfalls in Köln ein Studium der Physik, Mathematik, Chemie und Astronomie. Ein paar Jahre später führte sie ihr Studium in Massachusetts fort, dass sie dort auch 1955 beendete und am Smith College in Northampton als Dozentin für Astronomie arbeitete. Dann ging es wieder zurück nach Deutschland, nämlich ans Observatorium Hoher List der Universität Bonn. Dort beendete sie auch ihre Doktorarbeit und zwar im Jahr 1962. Es folgten ein paar Jahre als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Universität Bonn und eine Gastprofessur an der Vanderbilt University in Nashville, Tennessee. Danach wurde sie Professorin am Smith College, wo sie schon während ihrer Studienzeit gelernt und gearbeitet hatte. 1975 kehrte sie ein weiteres Mal zurück nach Deutschland, diesmal um eine Stelle als Professorin des Astronomischen Instituts der Universität Münster anzunehmen, wo sie auch Direktorin wurde. So weit klingt das alles nach einer normalen, erfolgreichen Karriere in der Astronomie. Was ja auch stimmt - mit einer Ausnahme. Ganz und gar nicht normal an Waltraut Seitters Lebenslauf war die Tatsache, dass es bis 1975 keine Frau in Deutschland gab, die einen Lehrstuhl für Astronomie besetzte. Seitter war die erste Professorin für Astronomie Deutschlands. Es ist ein wenig peinlich, dass es bis in die Mitte der 1970er Jahre gedauert hat, bevor man einer Frau so eine Stellung zugestanden hat. Aber immerhin HAT Seitter ihre Professur bekommen und das alles andere als unverdient. Zu Beginn ihrer wissenschaftlichen Karriere beschäftigte sich Seitter vor allem mit den spektroskopischen Eigenschaften der Sterne, also der Analyse ihres Lichts, aus dem sich zum Beispiel herausfinden lässt, aus was so ein Stern besteht, wie weit er entfernt ist oder wie schnell er sich bewegt. Ziemlich bald verlagerte sich ihr Forschungsschwerpunkt aber auf Novae, Supernovae und andere Arten eruptiver Sterne. Das sind alle Arten von astronomischen Phänomenen, bei denen ein Stern seine Helligkeit in kurzer Zeit sehr dramatisch ändert. Der bekannteste Fall ist sicherlich die Supernova: Hier explodiert ein großer Stern am Ende seines Lebens und leuchtet für kurze Zeit dabei so hell wie all die Milliarden Sterne einer Galaxie zusammen. Eine Nova ist, wie der Name andeutet, so ähnlich, nur nicht so super. Dafür braucht man zwei Sterne, einen kleinen Stern, der sein Leben schon beendet hat und zu einem weißen Zwerg geworden ist. Dem also das passiert ist, was unserer Sonne in ein paar Milliarden Jahren passieren wird. Wenn die Sonne den Brennstoff in ihrem Inneren verbraucht hat und die Kernfusion dort langsam zum Erliegen kommt, wird sie zuerst ihre äußeren Atmosphärenschichten ins All hinaus pusten. Zurück bleibt der innere Rest, eine Kugel aus extrem verdichteten Gas, so groß wie die Erde. Das ist ein weißer Zwerg und dort findet keine Kernfusion mehr statt. Es sei denn, es handelt sich um ein Doppelsternsystem. Dann gibt es in seiner Nähe noch einen zweiten Stern und wenn die beiden sich wirklich nahe sind, kann Material von diesem Stern auf den weißen Zwerg fallen. Das kann ausreichen, damit dort plötzlich wieder Kernfusion einsetzt. Der weiße Zwerg leuchtet ebenso plötzlich hell auf und wird zur Nova. Je nachdem wie das genau abläuft, kann dieses Aufleuchten unregelmäßig oder regelmäßig stattfinden. Novae und Supernovae sind für sich genommen schon sehr spannende Phänomene und sie verraten uns viel darüber, wie Sterne funktionieren. Sie sind aber auch interessant, wenn man mehr über das ferne Universum wissen will. In anderen Galaxien kann man keine Einzelsterne mehr beobachten; dafür sind sie zu weit weg. Aber wenn es dort zum Beispiel eine Supernova gibt, ist die so hell, dass man sie auch noch aus großer Entfernung wahrnehmen kann. Und weil man weiß, wie eine Supernova abläuft, kann man auch vorhersagen, wie hell sie eigentlich leuchten sollte. Zumindest gilt das für bestimmte Arten von Supernova-Explosionen, die aus immer den gleichen Gründen auf immer die gleiche Art stattfinden und damit auch immer die gleiche Leuchtkraft haben. Der einzige aus der Ferne wahrnehmbare Unterschied ist die Helligkeit, die wir von der Erde aus sehen und dieser Unterschied hat seine Ursache im Abstand. Je weiter weg die Supernova und damit die Galaxie, desto schwächer können wir sie beobachten. Anders gesagt: Die Beobachtung von Supernovae kann man zur Distanzbestimmung verwenden. Nutzt man dann die Technik der Spektroskopie, analysiert also die Zusammensetzung des Lichts der Supernova, kann man daraus auch die Geschwindigkeit messen, mit der sich die Supernova und die Galaxie in Bezug auf uns bewegen. Das ist tatsächlich fundamentaler, als es auf den ersten Blick aussieht. Wir wissen ja seit den 1920er Jahren, dass sich das Universum ausdehnt. Darüber habe ich ja schon in den Folge 249 und 250 der Sternengeschichten ausführlich gesprochen. Da sich wegen dieser Expansion, auf großen Maßstäben, alles von allem entfernt, können wir beobachten, wie sich ferne Galaxien umso schneller von uns fortbewegen, je weiter sie entfernt sind. So weit, so gut - aber man muss auch noch berücksichtigen, dass die Astronomie in der einmaligen Lage ist, in die Vergangenheit zu blicken. Licht braucht Zeit, um die gigantischen Entfernungen im Kosmos zu überbrücken. Licht ferner Galaxien kann Milliarden Jahre zu uns unterwegs sein und wenn wir es dann hier im Teleskop auffangen, sehen wir die Galaxie so, wie so vor Milliarden Jahren ausgesehen hat. Zusammengenommen heißt das: Durch die Beobachtung von Supernova-Explosionen in fernen Galaxien können wir erstens bestimmen, wie weit diese Galaxien genau von uns entfernt sind. Wir können zweitens herausfinden, wie schnell sie sich von uns entfernen. Und weil das Licht unterschiedlich weit entfernter Galaxien unterschiedlich lange zu uns unterwegs ist, können wir schließlich drittens bestimmen, wie schnell sich Galaxien zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der Vergangenheit voneinander entfernt haben. Zumindest in der Theorie. In der Praxis ist das alles sehr knifflig zu beobachten. Aber man WILL es natürlich beobachten; es ist ja durchaus relevant zu wissen, wie sich das Universum in der Vergangenheit verhalten hat. Lange Zeit hat man sich das so vorgestellt: Mit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren hat das Universum angefangen, sich auszudehnen. Die Expansion des Raums treibt die Galaxien voneinander fort. Gleichzeitig wirkt aber zwischen den Galaxien auch die anziehende Gravitationskraft. Die Expansion schiebt die Galaxien auseinander, die Gravitationskraft wirkt dieser Expansion aber entgegen und bremst sie ein bisschen. Die Expansion des Kosmos sollte also seit dem Urknall immer langsamer geworden sein und je nachddem wie viel Materie insgesamt im Universum vorhanden ist und wie stark daher die Gravitationskraft ist, die sie ausüben kann, kann die Expansion vielleicht irgendwann komplett zum Stillstand kommen. Schauen wir wieder zurück zu Waltraut Seitter. In den 1980er Jahren rief sie das "Münster Redshift Project" ins Leben. Über Jahre hinweg untersuchte ein ganzes Team von Astronominnen und Astronomen die großräumige Verteilung von Galaxien im Universum, bestimmte Abstände und Geschwindigkeiten. Aus der Arbeit an diesem Projekt entstanden Dutzende Forschungsartikel, es gab internationale Konferenzen dazu und 1998 veröffentlichte Waltraut Seitter gemeinsam mit ihrem Kollegen Peter Schuecker eine Arbeit mit dem Titel "Die Abbremsung der kosmischen Expansion". Um zu verstehen, was daran so besonders ist, müssen wir kurz noch einen Blick auf den sogenannten "Deceleration parameter" werfen, den "Abbremsungsparameter". Das ist eine in der Kosmologie verwendete Maßzahl, die vom "Skalenfaktor" abhängt. Ohne zu sehr in die mathematischen Details zu gehen, beschreibt man damit die relative Ausdehnung des Universums. Wenn man die Entfernung zwischen zwei Galaxien zu einem bestimmten Zeitpunkt misst und das mit der Entfernung zu einem fixen Referenzzeitpunkt vergleicht, ist das Verhältnis dieser beiden Entfernungen gerade der Skalenfaktor. Wenn sich die Ausdehnungsrate des Universums verändert, dann ändert sich auch der Skalenfaktor und diese Änderung wird durch den Abbremsungsparameter beschrieben. Der Deceleration Parameter beschreibt also, mit welcher Rate die Expansion des Universums im Laufe der Zeit langsamer oder schneller wird. Obwohl der Name "Abbremsungsparameter" ja schon zeigt, dass man allgemein davon überzeugt war, dass es langsamer werden sollte. Nun. Seitter und Schuecker haben sich die Daten aus dem Münster Redshift Project sehr genau angesehen und probiert, daraus einen Wert für den - zu der Zeit - noch nicht konkret gemessenen Abbremsungsparameter zu berechnen. Man ging davon aus, dass der Wert irgendwo zwischen 0,5 und 0,1 liegen sollte; je nachdem wie viel Materie tatsächlich insgesamt im Universum vorhanden ist. Aber er sollte auf jeden Fall größer als Null sein, denn genau das wäre von einem Universum zu erwarten, dass im Laufe der Zeit immer langsamer expandiert. Das war auch ungefähr das Ergebnis, zu dem Seitter kam. Am Ende ihres Artikels wird festgestellt: Folgt man den Annahmen über die Verteilung von Galaxien im Universum, die damalige Modelle liefern, dann kriegt man aus den Beobachtungsdaten einen Wert von 0,1. Nimmt man aber nur die reinen Beobachtungen, dann scheint der Wert kleiner als 0,1 zu sein, schreiben Seitter und Schuecker. Und je nachdem mit welchen Methoden sie ihre Daten auswerteten, gab es sogar manchmal Werte des Parameters, die kleiner als Null waren. Das schrieben Seitter und Schuecker aber formalen Aspekten ihrer mathematischen Methoden zu und betrachteten es nicht als realen Effekt. Trotzdem beenden sie ihren Artikel mit der Aussage, dass ihre Beobachtungsdaten nicht mit bestimmten Standardmodellen der Kosmologie übereinstimmen. Nur ein paar Monate nachdem Seitter und Schuecker diese Arbeit veröffentlicht hatten, gab es eine der größten Entdeckungen, die in der Astronomie bis dahin stattgefunden hatten. Zwei internationale Forschungsteams hatten unabhängig voneinander ebenfalls Supernova-Explosionen in fernen Galaxien beobachtet. Mit Methoden, die sehr viel genauere Aussagen zuließen als die in der Arbeit von Seitter und Schuecker. Das Resultat war bei beiden Gruppen gleich und gleichermaßen unerwartet: Der Abbremsungsparameter war eindeutig negativ. Oder anders gesagt: Die Expansion des Universums wird gar nicht langsamer, sondern schneller! Es dehnt sich immer schneller aus und niemand weiß, warum das so ist. Es muss etwas im Kosmos geben, eine Kraft, eine Energie oder sonst irgendwas, die für diese beschleunigte Expansion sorgt. Wir haben diesem unbekannten Phänomen den Namen "dunkle Energie" gegeben, wissen aber immer noch nicht so genau, worum es sich dabei handelt. Waltraut Seitter hat die dunkle Energie nicht entdeckt. Aber ihre Arbeit hat die Grundlage dafür gelegt und sie hat die ersten, zarten Hinweise auf dieses rätselhafte Phänomen der beschleunigten Expansion geliefert. Die erste Astronomin Deutschlands starb am 15. November 2007. Vier Jahre später wurden die Entdecker der dunklen Energie mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. Vermutlich hätte sie sich darüber gefreut.

Mythen-Königin und Star der Wissenschaft Sternengeschichten Folge 462: Die Wega Dass es da draußen am Himmel mehr als genug Sterne gibt, sollte alle Hörerinnen und Hörer mittlerweile wissen. Ebenso wie die Tatsache, dass man eigentlich über jeden Stern eine spannende Geschichte erzählen kann. Es gibt aber Sterne, die für uns Menschen und auch für die Wissenschaft eine besondere Rolle einnehmen. Dazu gehört natürlich die Sonne, aber dass muss man eigentlich nicht mehr extra erwähnen. Man kann darüber streiten, welcher Stern nach der Sonne der für uns wichtigste Stern ist. Aber auf einer entsprechenden Liste mit Kandidaten müsste man auf jeden Fall auch die Wega listen. Dieser Stern gehört zu denen, der von der Wissenschaft am intensivsten untersucht worden ist und der auch in den Mythen der Menschheit eine prominente Rolle gespielt hat. Fangen wir also mal mit den Grundlagen an. Die Wega findet man im Sternbild Leier. Und man findet sie dort ziemlich leicht, denn sie ist dort der hellste Stern. Es sind überhaupt nur vier andere Sterne des Nachthimmels heller als die Wega und ihre Helligkeit wird uns später noch beschäftigen. Die Wega ist uns vergleichsweise nahe, der Abstand zur Sonne beträgt nur 25 Lichtjahre. ES handelt sich um einen jungen Stern, der ein paar hundert Millionen Jahre alt ist - so genau lässt sich das nicht sagen - aber auf jeden Fall nicht älter als eine halbe Milliarde Jahre. Wega hat eine mehr als doppelt so große Masse wie die Sonne und die fast 40fache Leuchtkraft unseres Sterns. Als großer, junger Stern ist die Wega auch sehr viel heißer als die Sonne und leuchtet bläulich weiß. So weit die nackten Fakten - aber schon lange bevor wir dieses astronomische Wissen hatten, hat der Stern die Fantasie der Menschen angeregt. Der Name kommt - wie so oft bei den Sternen - aus dem arabischen und leitet sich von "an-nasr al-wāqi" ab, was so viel wie "herabstoßender" bedeutet und das, was da herabstößt, ist ein Adler. In der heutigen Einteilung der Sternbilder hat die Wega in der Leier aber nur indirekt mit dem Adler zu tun. Die Wega bildet nämlich zusammen mit Altair, dem hellsten Stern im Sternbild Adler und Deneb, dem hellsten Stern im Schwan das sogenannte "Sommerdreieck". Altair und Deneb sind ebenfalls sehr helle und markante Sterne und bilden zusammen mit Wega, mit man am Namen ja auch erkennen kann, am Sommerhimmel ein sehr gut zu erkennendes Dreieck. Im alten Ägypten und in Indien wurden Wega und die Sterne in der Umgebung als Raubvogel betrachtet und über die arabische Astronomie kam der Name dann auch nach Europa. Die schönste Geschichte über die Wega kommt aber aus dem asiatischen Raum. Es gibt viele Variationen, aber meine Lieblingsversion ist die vom Kuhhirten und der Weberin. Orihime war die Tochter des Himmelsgottes und hat immer ordentlich und brav ihren Job als Weberin erledigt. Damit sie vor lauter Arbeit aber auch noch was anderes tut, hat ihr Vater sie mit Hikoboshi verkuppelt, einem Rinderhirten. Wie das so ist in Mythen und Geschichten haben sich die beiden sofort massiv ineinander verliebt. So sehr, dass sie - nicht überraschend bei jungen und verliebten Menschen - ihre Arbeit vernachlässigt haben. Es wurde keine Kleidung mehr für den Himmelsgott gewebt und niemand hat sich um die Rinder gekümmert. Der Himmelsgott war nicht mehr so begeistert von seiner Entscheidung die beiden zu verkuppeln und hat sie auf unterschiedliche Seiten des großen Himmelsflusses verbannt. Hat aber nichts geholfen, denn jetzt waren beide zu traurig, um ihre Arbeit zu machen. Also dürfen sich die beiden zumindest einmal im Jahr treffen, am 7. Tag des 7. Monates eines jeden Jahres. Allerdings nur, wenn es an diesem Tag nicht regnet, da sonst der Himmelsfluss zu breit wird, um überquert zu werden. Am Himmel wird Orihime durch den Stern Wega symbolisiert und Hikoboshi durch Altair. Wenn der Himmel klar ist, kann man auch den Himmelsfluss zwischen den beiden erkennen, der natürlich von der Milchstraße dargestellt wird. Und am 7. Tag des 7. Monats, also im Juli, kann man beide Sterne hoch am Himmel stehen sehen. Und sogar das Happy-End kann man sehen. Denn natürlich kann die Liebe nicht einfach vom Wetter abhängen! Was tun also Orihime und Hikoboshi, wenn zu viel Wasser im Himmelsfluss ist und sich nicht treffen können? Dann kommt ein Schwarm hilfreicher Elstern und bildet eine Brücke. Und wenn man sich die Milchstraße zwischen den beiden Sternen ganz genau ansieht, dann erkennt man dort eine dunklen Bereich. Das ist die Elsternbrücke des Mythos und in der Realität eine riesige Staubwolke, die das Licht der hellen Sterne in der Milchstraße verdeckt. Die Geschichte von Orihime und Hikoboshi wird auch heute noch jedes Jahr in Japan beim Tanabata-Fest gefeiert. Man könnte noch viel mehr Mythen über Wega erzählen. Aber die Wissenschaft hat im Laufe der Zeit ihre eigenen Geschichten über Wega erzählt. Ein heller Stern wie die Wega hat die Astronomie natürlich immer schon interessiert. Und am 17. Juli 1850 wurde die Wega zum ersten Stern - nach der Sonne natürlich - der fotografiert wurden ist und zwar von den Astronomen William Bond und John Adams Whipple an der Sternwarte des Harvard College. 1872 hat Henry Draper das erste Sternspektrum mit dem Licht von Wega aufgenommen. Die Spektroskopie ist im 19. Jahrhundert zu einem wichtigen Instrument der Astronomie geworden: Spaltet man das Licht in seine Bestandteile auf, erhält man nicht nur den üblichen Regenbogen aus Farben, sondern sieht darin auch dunkle Bereiche. Sie entstehen, wenn das Licht auf seinem Weg aus dem Inneren des Sterns durch seine äußeren Schichten auf die dort befindlichen Atome trifft. Jedes chemische Element blockiert einen ganz charakteristischen Bereich des Lichts und dort sieht man dann eine dunkle Linie im Regenbogen. Viel wichtiger aber: Man kann damit herausfinden, woraus die Sterne bestehen und wenn man die Spektren unterschiedlicher Sterne vergleicht, kann man sie klassifizieren und in Gruppen einteilen. Für jede Einteilung braucht man aber mindestens einen Referenzpunkt und für die Spektralklassifikation wurde das die Wega. Die Wega hat sich überhaupt als sehr praktischer Referenzsstern erwiesen. Ihre Helligkeit beträgt ziemlich genau 0 Magnituden. Das ist diese etwas gewöhnungsbedürftige Helligkeitsklassifikation in der Astronomie, über die ich ja schon früher gesprochen habe. Im antiken Griechenland hat man die hellsten Sterne am Himmel zur "0ten Größenklasse" gezählt und die, die gerade noch so zu sehen waren, zur "6ten Größenklasse". Diese Einteilung hat man später dann auf wissenschaftliche Grundlagen gestellt und wir verwenden sie noch heute. Und auch da braucht man irgendwas, mit dem man die Helligkeiten vergleichen kann, und weil die Wega mit ihrer Helligkeit nahe an der 0ten Größenklasse liegt, wurde sie auch dafür zum Referenzstern. Ebenso wie bei der Einteilung der Sternfarben, wo man einen Stern als Referenz braucht, der möglichst weiß leuchtet, was bei der Wega der Fall ist. In anderer Hinsicht hat sich die Wega aber als ganz und gar nicht normal erwiesen. Diese spannende Geschichte fängt 1983 an, als das Weltraumteleskop IRAS auf seine Mission geschickt wurde. Es sollte - erstmals - den gesamten Himmel im Infrarotlicht katalogisiert werden. Dabei hat IRAS natürlich auch Wega im Blick gehabt und dort etwas entdeckt, was man mit dem wenig spannenden Wort "Infrarotexzess" bezeichnet. Anders gesagt: Man hat bei Wega mehr Infrarotlicht gemessen, also von dort eigentlich kommen sollte. Man kann ziemlich genau sagen, wie viel Licht bei einer bestimmten Wellenlänge ein Stern mit einer bestimmten Temperatur aussendet. Und Wega hat mehr Infrarotlicht ins All geschickt, als bei einem Stern dieser Temperatur zu erwarten war. Die Ursache: Staub! Wega ist von einer Scheibe aus Staub umgeben. Dieser Staub wird vom Licht des Sterns aufgeheizt und gibt die Wärme in Form von Infrarotlicht wieder ab. Das kommt zum normalen Infrarotlicht des Sterns dazu und deswegen sieht man dort einen Infrarotexzess. Es war das erste mal, dass man so etwas bei einem Stern beobachtet hat. Und das war durchaus eine Sensation. Denn der Staub muss irgendwo her kommen. Ein sehr, sehr junger Stern kann durchaus von sehr viel Staub umgeben sein; das ist der Staub, der noch von der Entstehung des Sterns übrig ist und aus dem später Planeten entstehen. Wega ist zwar noch jung, aber schon zu alt für diese Art von Staub. Das, was man bei Wega sieht, ist eine "Trümmerscheibe". Also Staub, der entsteht, weil dort schon größere Himmelskörper - mindestens Asteroidengroß - miteinander kollidieren und Staub produzieren. Das klingt jetzt nicht so spektakulär. Aber 1983 hatte man noch keine Planeten anderer Sterne entdeckt. Man wusste nicht, ob anderswo überhaupt Planeten entstehen können. Es wäre zwar unwahrscheinlich, wenn die Sonne der einzige Stern mit Planeten wäre - aber solange man anderswo nichts findet, eben auch nicht unmöglich. Der Staub bei Wega war nun zwar kein Planet. Aber auf jeden Fall ein deutliches Anzeichen, dass dort genau die Prozesse ablaufen, die ablaufen müssen, damit Planeten entstehen. Denn wenn sich aus dem ursprünglichen Staub um einen Stern herum schon Asteroiden gebildet haben, die bei durch ihre Kollisionen eine Trümmerscheibe erzeugen, dann ist das genau das, was auch auch vor 4,5 Milliarden Jahren im Sonnensystem passiert ist. Wega war also der erste ganz konkrete Hinweis darauf, dass auch anderswo im Universum Planeten entstehen und damit auch zu finden sein müssen. Was ja dann auch 1995 passiert ist - allerdings nicht bei Wega. Dort haben wir im Laufe der Zeit zwar immer mehr Hinweise auf die Existenz von Planeten gefunden. Die Staubscheibe ist klumpig und schief, irgendwas muss also dafür sorgen, dass der Staub dort ungleichmäßig verteilt ist und die Gravitationskraft eines dort rumschwirrenden Planeten könnte genau diese Ursache sein. Aber nachweisen konnten wir so einen Planeten noch nicht. Wir haben die Wega so ausführlich untersucht wie kaum einen anderen Stern. Aber längst noch nicht alle ihre Geschichten entdeckt.

Antisternengeschichten Sternengeschichten Folge 461: Antisterne Heute gibt es eine Anti-Sternengeschichte. In der es dann logischerweise um Antisterne geht. Das sind keine Sterne, die irgendwie gegen alles sind; auch keine Sterne, die dunkles "Antilicht" ausschicken. Es sind Sterne, die nicht aus Materie bestehen, sondern aus Antimaterie. Beziehungsweise sind sie genau das, sofern es sie gibt. Das wissen wir nämlich noch nicht. Aber es wäre nicht unmöglich. Und wenn es sie tatsächlich geben sollte, könnten sie die Antwort auf eines der größten ungelösten Rätsel der Wissenschaft geben. Die Frage lautet: Warum gibt es etwas? Und bevor jemand das falsch versteht: Damit ist nicht gemeint "Warum gibt es das Universum?". Obwohl das natürlich auch eine große, unbeantwortete Frage ist. Aber die Frage um die es geht, setzt kurz nach der Entstehung des Universums an. Beim Urknall entstand aus sehr, sehr viel Energie sehr, sehr viel Materie. WARUM der Urknall passiert ist, wie gesagt, eine andere Frage. Aber wenn wir sein Stattfinden mal voraussetzen, dann wissen wir aus den uns bekannten Naturgesetzen, dass Materie und Energie erstens ja quasi das gleiche sind; nichts anderes besagt ja die berühmte Formel von Albert Einstein: E=mc². Energie ist Masse und der Umrechnungskurs zwischen beiden ist das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit. Daraus folgt also, dass es kein Problem ist, aus Energie Materie zu kriegen. Zweitens wissen wir aber auch, dass die Materie auf diese Weise immer paarweise entsteht. Wir kriegen ein Teilchen und ein dazu passendes Anti-Teilchen. Was Antimaterie ist, habe ich in Folge 311 ja schon einmal erzählt. Es klingt immer ein bisschen geheimnisvoll, mysteriös und nach Science-Fiction. Ist aber völlig real und gar nicht so dramatisch anders. Antimaterie ist einfach nur Materie mit einer anderen elektrischen Ladung. Das Elektron zum Beispiel ist ein Elementarteilchen, das elektrisch negativ geladen ist. Und ein Anti-Elektron ist dann - vereinfacht gesagt - genau das gleiche Teilchen, nur elektrisch positiv geladen. In der Realität ist es ein wenig komplizierter, da muss man auch noch ein paar schwer zu veranschaulichende Quanteneigenschaften der Teilchen berücksichtigen. Aber im Prinzip ist ein Anti-Elektron nicht viel anders als ein Elektron; nur eben elektrisch entgegengesetzt geladen. Das gilt auch für andere Teilchen: Ein Proton, also eines der beiden Teilchen aus denen ein Atomkern aufgebaut ist, ist elektrisch positiv geladen. Ein Anti-Proton ist negativ geladen. Obwohl man hier eigentlich ein wenig genauer sein muss. Das Proton ist ja kein Elementarteilchen, es ist aus drei Quarks zusammengesetzt. Aus einem "Down-Quark" und zwei "Up-Quarks". Auch die Quarks haben eine elektrische Ladung; das up-Quark eine positive Ladung, das Down-Quark eine negative. Die sind aber nicht gleich groß, deswegen kriegt man aus den drei Quarks am Ende eine positive Ladung raus, die das Proton hat. Und natürlich gibt es auch Anti-Quarks mit entsprechend entgegengesetzten Ladungen. Nehmen wir jetzt also nicht ein Down- und zwei Up-Quarks, sondern ein Anti-Down- und zwei Anti-Up-Quarks, kriegen wir ein Anti-Proton. Das ist deswegen wichtig, weil es im Atomkern ja auch noch die Neutronen gibt. Die heißen so, weil sie elektrisch neutral, also weder positiv, noch negativ geladen sind. Jetzt könnte man meinen, dass es deswegen keine Anti-Neutronen geben könnte. Denn wie soll die entgegengesetzte Ladung eines neutralen Teilchens aussehen? Aber auch das Neutron ist aus Quarks zusammengesetzt. Hier sind es ein Up- und zwei Down-Quarks, deren jeweilige elektrische Ladungen sich gegenseitig gerade aufheben, so dass das Neutron am Ende elektrisch neutral ist. Wenn man nun aber ein Anti-Up- und zwei Anti-Down-Quarks nimmt, heben sich deren Ladungen ebenfalls auf und man kriegt wieder ein elektrisch neutrales Teilchen raus. Das ist dann ein Anti-Neutron, mit der gleichen neutralen Ladung wie das Neutron. Aber zusammengesetzt aus Anti-Quarks und nicht aus Quarks. Das ist ein wenig verwirrend, aber relevant, wenn zufällig mal ein Neutron auf ein Anti-Neutron treffen sollte. Dann passiert das, was Materie und Antimaterie immer gerne machen, wenn sie sich begegnen. Genau so wie aus Energie ein Teilchenpaar von Materie und Antimaterie entstehen kann, können Materie und Antimaterie gemeinsam den umgekehrten Prozess ablaufen lassen. Das heißt dann "Annihilation" und bedeutet nichts anderes, als dass die beiden Teilchen zusammen ihre Masse wieder in Energie umwandeln können. Oder anders gesagt: Trifft Materie auf Antimaterie, dann werden beide Teilchen zerstört und nur Energie bleibt übrig. Womit wir wieder bei der Materie kurz nach dem Urknall sind. Die ist jetzt entstanden und aus Symmetriegründen sollte da eigentlich gleich viel Materie wie Antimaterie im Universum vorhanden sein. Sie entstehen ja immer paarweise… und vernichten sich auch paarweise. Was eigentlich unmittelbar danach stattgefunden haben muss. Die gesammte frisch entstandene Materie und Antimaterie muss sich gleich nach ihrer Entstehung wieder gegenseitig ausgelöscht haben. Im Universum dürfte also gar keine Materie existieren; nur Energie. Jetzt wissen wir aber, dass da sehr viel Materie ist. All die Sterne, die Planeten, wir Menschen: Wir sind Materie. Irgendwas muss also damals passiert sein und dazu geführt haben, dass ein wenig Materie übrig geblieben ist. Dafür gibt es eigentlich nur zwei Möglichkeiten: Entweder es ist eben NICHT gleich viel Materie und Antimaterie entstanden. Wenn die Mengen unterschiedlich waren, konnten sie sich auch nicht komplett auslöschen. Oder aber es gab gleich viel von beidem, Materie und Antimaterie hatten aber zumindest teilweise keine Gelegenheit sich zu treffen. Wenn sich ein Teil der Antimaterie irgendwie isoliert von der Materie befunden hat und auch isoliert geblieben ist, dann konnte auch keine Annihilation stattfinden. Das hätte aber Konsequenzen. Denn diese Antimaterie kann ja nicht einfach so von selbst verschwinden. Sie muss heute immer noch da sein. Sie kann natürlich nicht einfach so irgendwo in der Gegend rumliegen. Man muss keine Angst haben, im Supermarkt nach einer Konservendose zu greifen, nur um festzustellen, dass es eine Anti-Konserve war, bevor man in einem Lichtblitz verschwindet. Es muss genügend leerer Raum zwischen Materie und Antimaterie sein. Deswegen können wir uns auch ziemlich sicher sein, dass zum Beispiel keine Antimaterie in unserem Sonnensystem vorhanden ist. Würde zum Beispiel der Pluto aus Antimaterie bestehen, hätten wir das schon längst gemerkt. Denn zwischen den Himmelskörpern befindet sich ja jede Menge Staub. Ok, verglichen mit dem Staub auf der Erde ist im All dann doch weniger zu finden. Aber immer noch genug. Immer wieder würde ein Staubteilchen mit dem Anti-Pluto kollidieren und einen Lichtblitz erzeugen. Die Energie würde vor allem in Form von Gammastrahlung frei werden und wir würden sehen, wie der Pluto im Gammalicht leuchtet. Tut er aber nicht; wir haben auch sonst nirgendwo im Sonnensystem seltsame Quellen von Gammastrahlung gefunden. Aber noch weiter draußen, zwischen den Sternen, ist es vielleicht anders. Sterne sind isoliert voneinander, sie sind durch enorme Distanzen von mehreren Lichtjahren getrennt. Zwischen ihnen ist so viel Platz, dass Kollision extrem unwahrscheinlich sind. So unwahrscheinlich, dass man länger warten müsste als das Universum alt ist, um rein statistisch irgendwann mal zwei davon zusammenstoßen zu sehen. Ein Stern und ein Antistern würden sich also nie begegnen. Und ein Antistern würde aus der Entfernung nicht viel anders aussehen als ein normaler Stern. Er würde aus Antiwasserstoff und Antihelium bestehen. Denn auch das ist natürlich möglich: Wasserstoff besteht aus einem Proton, das von einem Elektron umkreist wird. Lässt man dagegen ein Anti-Proton von einem Anti-Elektron (oder Positron, wie es offiziell heißt) umkreisen, dann funktioniert das genau so. Wir haben solche Anti-Atome sogar schon in Teilchenbeschleunigern künstlich hergestellt. Nur in extrem winzigen Mengen, ein paar tausend Atome, aber immerhin. Anti-Wasserstoff kann existieren und Anti-Helium ebenso. Das hat einen Kern aus Anti-Protonen und Anti-Neutronen und wird von Positronen in der Atomhülle umkreist. Und nach allem was wir wissen, läuft der Rest ebenso ab. Genau so wie in einem Stern wie der Sonne Wasserstoff zu Helium fusionieren kann und dabei Energie frei wird, würde ein Antistern Antiwasserstoff zu Antihelium fusionieren und - keine Antienergie freisetzen, sondern natürlich ganz normale Energie (Antienergie gibt es nicht). Ein Antistern leuchtet also theoretisch genau so wie ein normaler Stern. Aber es gibt auch zwischen den Sternen ein wenig Zeug; ein bisschen Staub, ein bisschen Gas. Ab und zu käme also auch ein Antistern in Kontakt mit normaler Materie. Das würde nicht dazu führen, dass er verschwindet. Dafür reicht ein bisschen Staub nicht aus. Aber der Zusammenstoß würde ein wenig Gammastrahlung freisetzen. Und das könnte man im Prinzip beobachten. Natürlich beobachten wir schon lange Gammastrahlung; die wird ja auch bei jeder Menge anderer kosmischer Prozesse frei. Bei Supernova-Explosionen zum Beispiel oder in der Umgebung schwarzer Löcher. Wir haben Weltraumteleskope im All, die nur nach Gammastrahlungsquellen suchen, zum Beispiel das Fermi-Teleskop. Aber vielleicht ist diesen Teleskopen ja auch unbemerkt der eine oder andere Antistern ins Netz gegangen? Genau das haben französische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Jahr 2021 überprüft. Sie haben alle Quellen durchgeschaut, die Fermi gefunden hat, immerhin 5787. Sie haben alle aussortiert, bei denen man durch andere Beobachtungen schon wusste, worum es sich handelt. Sie haben auch alle Quellen aussortiert, deren Ursprung eine ausgedehnte Region sein muss, also Galaxien, Gaswolken, und so weiter. Übrig blieben also kleine, kompakte Quellen von Gammastrahlung bei denen man nicht weiß, worum es sich handelt. Das muss nicht heißen, dass es Anti-Sterne sind. Aber es könnten Antisterne sein. 14 Stück dieser Antistern-Kandidaten hat man entdeckt. Die Forscherinnen und Forscher sagen selbst, dass es sehr viel wahrscheinlicher ist, dass es sich um irgendwas anderes handelt; bislang noch unentdeckte Neutronensterne zum Beispiel oder die aktiven Zentren ferner Galaxien. Aber vielleicht sind es ja doch Antisterne. Und wenn das so wäre, kann man aus den Beobachtungen hochrechnen, wie viele insgesamt in der Milchstraße sein müssen: Jeder 400.000te Stern wäre demnach ein Anti-Stern! Das ist eine überraschend große Zahl, wenn man berücksichtigt, dass die Milchstraße aus insgesamt knapp 200 Milliarden Sternen besteht. Die Suche nach unbekannten Gammastrahlungsquellen reicht natürlich noch lange nicht aus, um die Existenz von Antisternen eindeutig nachzuweisen. Da brauchen wir mehr Daten und vielleicht werden wir einen Anti-Stern nie zweifelsfrei identifizieren können. Vielleicht gibt es sie gar nicht; vielleicht ist der Grund dafür, dass es Materie gibt ja auch wirklich eine noch unbekannte Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie. Die dann dazugeführt hat, dass nach dem Urknall tatsächlich ein wenig mehr Materie da war als Antimaterie. Auch dafür gibt es Hinweise aus Experimenten in der Teilchenphysik. Irgendwas läuft da seltsam mit der Antimaterie; das ist klar. Und irgendwann werden wir rausfinden, was das ist. Dann wissen wir auch, warum es etwas gibt im Universum und nicht einfach nur nichts.

Aliendonner und Antiblitze Sternengeschichten Folge 460: Antimaterie-Blitze und außerirdische Gewitter Ein Gewitter ist ein beeindruckendes Ereignis. Zumindest dann, wenn man es wirklich unmittelbar erlebt. Wer schon einmal Blitz und Donner nicht aus der Ferne und der Sicherheit des eigenen Hauses erlebt hat, sondern in freier Natur und mittendrin; wer die Blitze in nächster Nähe einschlagen sehen und den sofort darauf folgende Donner ohrenbetäubend krachen gehört hat, kann nachvollziehen, wieso die Menschen früher davor ernsthaft Angst gehabt haben. Wieso sie sich in Blitz und Donner das Wirken von Göttern vorgestellt haben. Ein Gewitter ist auch heute noch spektakulär und furchteinflößend; daran ändert auch nichts, dass wir wissen, was da passiert. Die Details der Entstehung eines Blitzes sind erstaunlich kompliziert. Aber alles fängt mit einer Wolke an. Mit einer Cumulonimbuswolke, auf deutsch: einer Gewitterwolke. Sie kann sich bis zu 10 Kilometer hoch auftürmen, dort oben in der kalten Atmosphäre bilden sich aus den Wassertropfen, die die Wolke bilden, Eiskristalle. Dann braucht es noch starken Wind in der Wolke; Luft muss mit 5 bis 20 Meter pro Sekunde nach oben strömen. Das kann passieren, wenn die Luftfeuchtigkeit hoch genug ist, und Wasserdampf zu kleinen Wassertropfen kondensiert. Dabei wird Wärme freigesetzt und die Luft in der Wolke wird wärmer, als sie es in dieser Höhe eigentlich sein sollte. Deswegen steigt sie auf, kühlt sich dabei ab und das verstärkt die Kondensation. Dadurch wird noch mehr Wärme frei; die Luft steigt weiter und noch schneller nach oben. Hoch über dem Boden ist es kalt genug, dass die Wassertropfen gefrieren, die Eiskristalle werden immer größer, bis sie schwer genug sind, um trotz der Aufwinde nach unten zu fallen. Die schweren Hagelkörner kollidieren dabei mit den noch leichteren und nach oben strömenden Eiskristallen. Dadurch werden sie elektrisch geladen; das ist genau so, wie wenn man mit einem Stück Fell an einem Luftballon reibt, der dann statisch geladen ist. Durch die Reibung werden Elektronen aus den Atomhüllen der leichten Eiskristalle herausgelöst und an die größeren Hagelkörner abgegeben. Die einen sind nun also elektrisch negativ geladen, die anderen elektrisch positiv. Die einen sinken nach unten, die anderen steigen nach oben. Am Ende findet man oben und unten in der Wolke große Ansammlungen an Teilchen mit unterschiedlicher elektrischer Ladung. Irgendwann kommt es zu einem Ausgleich dieser Ladungen; es fließt ein elektrischer Strom: Genau das ist ein Blitz. Es kann innerhalb der Wolke blitzen, aber auch zwischen Wolke und Boden. Und ist im Detail noch viel komplizierter, als ich das jetzt dargestellt haben. Auf jeden Fall aber wird in sehr kurzer Zeit sehr viel Energie frei. Ein typischer Blitz dauert nur einen Sekundebruchteil; es gab aber auch schon Blitze, die über 10 Sekunden gedauert haben. Im Durchschnitt legt der elektrische Strom eine Strecke von ein paar Kilometern zurück, man hat aber auch welche gemessen, die ein paar hundert Kilometer lang waren. Aber egal wo und wie lange es blitzt: Die Luft wird dabei in unmittelbarer Nähe des Blitzes schlagartig auf bis zu 30.000 Grad Celsius erhitzt. Aufgrund der elektrischen Ladung sind Blitz und die Luft im Blitzkanal von einem Magnetfeld umgeben, dass die Ausdehnung der Luft verhindert. Sie wird also extrem erhitzt und die Luftmoleküle wollen sich dadurch sehr schnell bewegen. Sie können aber wegen des Magnetfeldes nirgendwo hin, das heißt, der Druck steigt enorm an. Wenn der Blitz dann eingeschlagen hat und das Magnetfeld verschwindet, kann sich die Luft endlich ausdehnen, was sie dann auch explosionsartig tut. Das Resultat ist der Donnerknall, der jeden Blitzeinschlag begleitet. Donner und Blitz begleiten uns Menschen schon von Anfang an. Gewitter gab es schon lange, bevor das erste Leben auf der Erde sich entwickelt hat. Jeden Tag schlagen ein paar Millionen Blitze auf der Erde ein; ein paar 100 pro Sekunde. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt toben ein paar tausend Gewitter irgendwo auf dem Planeten. Die Wissenschaft hat sich schon immer intensiv mit den Gewittern beschäftigt - aber trotz der langen Forschungsgeschichte finden wir immer wieder etwas Neues heraus. Zum Beispiel, dass bei Gewittern Antimaterie erzeugt wird! Das wissen wir dank des Fermi-Gammastrahlenteleskops. Das Ding fliegt durchs Weltall und sucht eigentlich nach Gammablitzen im fernen Universum, zum Beispiel weil irgendwo in einer anderen Galaxie zwei Neutronensterne kollidieren. 2011 hat das Fermi-Weltraumteleskop aber auch Gammastrahlung in der Nähe von Gewitterwolken auf der Erde entdeckt. Das ist überraschend, weil Blitze zwar natürlich leuchten. Auch ein bisschen im hochenergetischen Gammalicht. Darüber hinaus hatte die von Fermi beobachtete Gammastrahlung aber eine ganz bestimmte Energie, nämlich genau die, die frei wird, wenn Elektronen mit ihren Antiteilchen, den Positronen, kollidideren, sich dabei auslöschen und so in reine Energie umwandeln. 2017 haben Forscherinnen und Forscher aus Japan die Sache dann im Detail untersucht. Und festgestellt, was passiert. Zuerst erzeugt die Blitzentladung ein kleines bisschen Gammastrahlung. Das ist normal und war zu erwarten. Die hochenergetische Strahlung kann nun aber ein Neutron aus dem Atomkern von Stickstoffatomen in der Luft herausschlagen. Dadurch entsteht ein radioaktives Isotop des Stickstoffs, das zu Kohlenstoff zerfällt. Dabei wird ein Proton im Atomkern in ein Neutron umgewandelt und bei dieser Kernreaktion wird ein Positron frei. Also das Antiteilchen des Elektrons und wenn beide aufeinandertreffen, löschen sie sich aus und erzeugen Strahlung mit der von Fermi beobachteten charakteristischen Energie. Ein Gewitter ist also nicht nur ein beeindruckendes Naturereignis, sondern eines, das wie ein Teilchenbeschleuniger Kernreaktionen auslösen und Antimaterie produzieren kann. Und wenn schon hier bei uns auf der Erde so verrückte Sachen passieren, wie muss es dann erst auf anderen Planeten aussehen? Aber gibt es dort überhaupt Gewitter? Damit ein Gewitter stattfinden kann, braucht es eine Atmosphäre. Damit fällt der Merkur schon mal raus, genau so wie der Mond, die ja beide keine Atmosphäre haben. Aber was ist zum Beispiel mit dem Mars? Der hat eine Atmosphäre; die ist aber extrem dünn und reicht eigentlich nicht für die Bildung von Gewitterwolken. Es gibt aber immer wieder große Staubstürme und die Staubteilchen in der Marsatmosphäre können im Prinzip eine elektrische Ladung aufbauen. Es könnte also Blitze auf dem Mars geben. 2009 glaubte man auch, konkrete Hinweise auf Blitzentladungen am Mars entdeckt zu haben. Man hat nicht die Blitze selbst beobachtet, aber Mikrowellenstrahlung die aus einem Staubsturm zu kommen schien. Weitere Beobachtungen konnten das aber nicht bestätigen. Laborexperimente mit Staubteilchen haben gezeigt, dass der niedrige Luftdruck der Marsatmosphäre verhindert, dass sich wirklich starke elektrische Ladungen aufbauen. Wenn es auf dem Mars tatsächlich blitzen sollte, dann sind die Gewitter dort auf jeden Fall sehr schwach. Wie sieht es auf unserem anderen Nachbarplaneten aus, der Venus? Die hat ja mehr als genug Atmosphäre; sie ist extrem dicht, viel dichter als auf der Erde. Wolken gibt es dort auch. Und Blitze? Diverse Raumsonden haben immer wieder mal entsprechende Radiogeräusche beobachtet, die auf Gewitter hindeuten könnte. Die japanische Raumsonde Akatsuki hat 2020 einen Lichtblitz in der Atmosphäre der Venus gesehen, der ein Blitz gewesen sein könnte. Aber es fehlt auch hier ein eindeutiger Nachweis. Die Wolken der Venus sind auch nicht mit den Wolken der Erde zu vergleichen. Sie bestehen nicht aus Wasser und sie bewegen sich vor allem viel, viel schneller. Sie sausen um den Planeten herum, mit enormer Geschwindigkeit und das könnte die Entstehung echter, sich horizontal auftürmender Gewitterwolken verhindern. Bei Jupiter lässt sich die Frage nach außerirdischen Blitzen dagegen mit einem definitiven Ja! beantworten. Der größte Planet des Sonnensystems ist ja quasi ausschließlich Atmosphäre, ein Gasplanet ohne feste Oberfläche. Seit wir in den 1970er Jahren die Voyager-Sonden zu den Gasplaneten des äußeren Sonnensystems geschickt haben, beobachten wir auch Gewitter in der Atmosphäre des Jupiter. Das erste Mal 1979, fotografiert von Voyager 1 und seitdem immer wieder von allen möglichen Raumsonden. Die dabei frei werdenen Radiowellen passten aber nicht zu dem, was wir von den Blitzen auf der Erde kennen. Erst die Raumsonde Juno konnte 2016 ein wenig Licht auf die Angelegenheit werfen. Juno war näher an Jupiter dran als die Raumsonden zuvor und konnte mit ihren Instrumenten die Radiostrahlung der Blitze genauer vermessen als alle anderen. Und dabei feststellen, dass sich die Blitze im Prinzip so verhalten wie Blitze auf der Erde. Sie finden nur ganz woanders statt: Bei uns gibt es die meisten Gewitter in den Tropen, in der Nähe des Äquators. An den Polen der Erde blitzt es dagegen eher selten. Auf Jupiter ist es genau umgekehrt. Der Grund dafür hat vermutlich mit der Wärmeverteilung zu tun: Die Erde kriegt ihre Wärme von außen; von der Sonne. Die Sonnenstrahlung ist am Äquator am stärksten und an den Polen am schwächsten. Dort wo die meiste Wärme in der Atmosphäre sitzt, finden auch die meisten Gewitter statt. Jupiter ist viel weiter von der Sonne weg; die Sonnenstrahlung spielt dort also keine so große Rolle. Die aus dem Inneren des Riesenplaneten kommende Wärme dafür viel mehr. Oder genauer gesagt: Die äußere und die innere Wärme wirken auf Jupiter ganz anders zusammen als auf der Erde. Die Sonnenstrahlung ist auch bei Jupiter am Äquator stärker als an den Polen. Durch die von außen zugeführte Energie sind die äquatorialen Atmosphärenschichten stabiler; die an den Polen aber nicht. Dort kann das warme Gas aus den tieferen Schichten von Jupiter deshalb leichter aufsteigen; die Atmosphäre ist dort turbulenter und Gewitterwolken können sich einfacher bilden. Die Daten von Juno zeigen, dass Gewitter insgesamt auf Jupiter so häufig sind wie auf der Erde. Auch auf Saturn hat man Gewitter beobachtet. Die Raumsonde Cassini konnte dort Gewitterstürme sehen, die monatelang dauerten. Auch auf Uranus blitzt es. Bleibt noch Neptun: Der fernste Planet des Sonnensystems ist dem Uranus sehr ähnlich. Aber Gewitter hat man dort noch nicht gesehen. Man hat zwar ein paar Ereignisse aufgezeichnet, die auf Blitze hindeuten. Aber viel zu wenig, um sicher sein zu können. Das muss nicht heißen, dass es dort keine Gewitter gibt. Es wäre überraschend, wenn das der Fall wäre, denn - wie gesagt - Uranus und Neptun sind sich sehr ähnlich. Aber eben nicht identisch; vielleicht sorgt die leicht unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Atmosphären dafür, dass Gewitter bei Neptun ein wenig seltener sind als bei Uranus. Und dann ist Neptun ja auch viel weiter entfernt als Uranus; und dadurch auch schwerer zu beobachten. Wir müssten endlich mal wieder Raumsonden dort hinaus schicken; dann würden wir sicher auch die Blitze in der Atmosphäre von Neptun beobachten können. Es gibt noch viele Orte, an denen wir nach Gewittern suchen können. Viele andere Sterne haben Planeten; manche davon haben Atmosphären und wo Atmosphären sind, kann es auch Blitz und Donner geben. Es ist zwar schwer, die Gewitter auf den Planeten anderer Sterne nachzuweisen. Dazu müssten wir Radiosignale von dort empfangen und dafür sind unsere Instrumente nicht gut genug. Aber irgendwann klappt es vielleicht und es wäre durchaus interessant, über die extrasolaren Gewitter Bescheid zu wissen. Aus der Häufigkeit und der Verteilung von Blitzen kann man einiges über die Vorgänge in der Atmosphäre herausfinden, in der sie stattfinden. Extrasolare Gewitter können uns also sagen, wie das Wetter auf anderen Planeten ist, wie und ob sich dort Wolken bilden, und so weiter. Wenn wir die Gewitter über längere Zeit hinweg beobachten könnten, dann könnten wir vielleicht sogar Aussagen über das Klima dort machen. Und - wie ich anfangs erzählt habe - Blitze können auch Kernreaktionen in der Atmosphäre auslösen; sie können Einfluss auf die chemische Zusammensetzung haben. Und ganz unabhängig von den besonderen Prozessen bei denen Antimaterie frei wird: Blitze sind Energie. Je mehr freie Energie verfügbar ist, desto mehr und speziellere chemische Reaktionen können stattfinden. Und wenn die chemischen Reaktionen irgendwann SEHR speziell werden, wird aus der Chemie vielleicht irgendwann Leben…

Wir sind ein Universum, holt uns hier raus! Sternengeschichten Folge 459: Ist das Universum ein schwarzes Loch? Leben wir in einem schwarzen Loch? Doofe Frage, könnte man meinen. Aber tatsächlich ist das eine Frage, die sehr oft gestellt wird. Es ist eine Frage, mit der sich auch die Wissenschaft beschäftigt. Es ist also auch eine Frage für die Sternengeschichten! Wir müssen aber zuerst einmal klären, was wir meinen, wenn wir fragen, ob das Universum ein schwarzes Loch ist. Nehmen wir die Sache zuerst einmal wörtlich. Und fangen wir noch einmal kurz mit den schwarzen Löchern an. Darüber habe ich in den Folge 40 und 41 in der Sternengeschichten schon ausführlich gesprochen. Ganz simpel und in so wenig Worten wie möglich ist ein schwarzes Loch eine Region in der Raumzeit, in der ausreichend viel Masse auf ausreichend kleinem Raum konzentriert ist. So ausreichend, dass die Krümmung der Raumzeit so stark wird, dass nichts mehr aus dieser Region rauskommt. Um den Einflussbereich einer Masse zu verlassen, muss man ausreichend schnell sein. Je stärker die Raumkrümmung, desto größer die Gravitationskraft, desto schneller muss man sein. Und wenn die Raumkrümmung stark genug ist, wird diese Fluchtgeschwindigkeit irgendwann größer als die Lichtgeschwindigkeit. Nichts kann schneller als das Licht sein, also kommt aus so einer Region auch nichts mehr raus. Eine wichtige Größe die man hier kennen muss, ist der "Ereignishorizont". Das ist genau das Ausmaß der Region mit ausreichend starker Raumkrümmung. Was ein schwarzes Loch "wirklich" ist, interessiert uns vorerst nicht. Masse wird konzentriert, und irgendwann ist es dadurch möglich, dieser Masse so nahe zu kommen, dass man eine Gravitationskraft spürt, die einen nicht mehr entkommen lässt. Der Abstand zur Masse, bei dem das der Fall ist, ist der Ereignishorizont. Die Details des Ereignishorizonts sind kompliziert; in erster Näherung kann man aber sagen, dass er nur von der Masse des schwarzen Lochs abhängt. Und von der Gravitationskonstante und dem Wert der Lichtgeschwindigkeit. Als Näherungsformel kann man annehmen, dass der Ereignishorizont gleich der Masse, multipliziert mit 1,485 mal 10 hoch minus 27 Meter pro Kilogramm ist. Setzt man die Masse der Sonne - 2 mal 10 hoch 30 Kilogramm ein, kommt man auf einen Wert von 2970 Meter. Das bedeutet, dass man die Masse der Sonne in eine Kugel mit einem Radius von 2970 Meter quetschen muss, damit ein schwarzes Loch entsteht. Jetzt machen wir mal etwas anderes. Wir nehmen die geschätzte Masse des beobachtbaren Universums. Und berechnen, wie groß der Ereignishorizont hier wäre. Tut man das, dann kommt man auf ein Ergebnis, das ungefähr dem "Hubble-Radius" entspricht. Wir wissen ja, dass sich das Universum ausdehnt. Darüber habe ich ja erst in der letzten Folge gesprochen. Alle fernen Galaxien die wir beobachten, entfernen sich von uns. Und zwar um so schneller, je weiter sie entfernt sind. Das ist keine ECHTE Bewegung der Galaxien DURCH den Raum. Sondern etwas, was wir als sich bewegende Galaxien wahrnehmen, weil der Raum ZWISCHEN den Galaxien immer größer wird. Irgendwo, weit, weit, weit entfernt wird es also Galaxien geben, die sich so schnell von uns entfernen, dass das Licht es nicht mehr schafft, uns zu erreichen. Der Raum entfernt sich genau so schnell in die eine Richtung, wie sich das Licht in die andere Richtung ausbreitet. Oder anders gesagt: Die Galaxie entfernt sich mit Lichtgeschwindigkeit von uns. Nochmal: Die Galaxie bewegt sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum. Das verbieten die Naturgesetze. Zwischen uns und dieser fernen Galaxien wird der Raum einfach so schnell so viel größer, dass wir eine Bewegung mit dieser Geschwindigkeit beobachten. Jemand an einem anderen Beobachtungsort, zum Beispiel zwischen uns und dieser fernen Galaxie, würde NICHT sehen, wie sich die Galaxie mit Lichtgeschwindigkeit entfernt. Dieser Beobachter ist ja näher dran; es ist weniger Raum dazwischen und deswegen läuft die Expansion von dieser Warte aus langsamer ab. Das ist verwirrend, man muss ein wenig darüber nachdenken bis man es verstanden hat. Aber darum geht es eigentlich auch gar nicht in dieser Folge. Es geht darum, dass wir eine Entfernung definieren können, in der sich Objekte von uns aus gesehen mit Lichtgeschwindigkeit zu entfernen scheinen. Diese Entfernung nennen wir den "Hubble-Radius" und man kann sie als den Radius des Universums betrachten. Es gibt gute Gründe, das NICHT zu tun. Wir wissen, dass das gesamte Universum viel größer ist als der Hubble-Radius. Sein muss, weil der Hubble-Radius ja vom Beobachtungsstandpunkt abhängt. Andere Beobachter anderswo im Universum würden den gleichen Wert für den Hubble-Radius berechnen, ihre "Hubble-Sphäre", also das, was innerhalb des Hubble-Radius liegt, würde aber einen ganz anderen Bereich umfassen als unsere. Das, worauf es ankommt, ist folgendes: Die Masse des Universums, die innerhalb seines Hubble-Radius liegt, ist mehr oder weniger so groß wie die Masse, die ein schwarzes Loch mit gleichem Radius haben müsste. Folgt daraus als, dass das Universum ein schwarzes Loch ist? Nein! Das hat mehrere Gründe. Zuerst der komplizierte Grund: Der Ereignishorizont eines schwarzen Lochs ist kein fixes Ding; kein physikalisches Objekt. Da ist nicht wirklich irgendwas im All, auf das man stößt, mit dem man zusammenprallt, oder so. Würde man sich auf ein schwarzes Loch zubewegen, würde man nicht merken, dass da ein Ereignishorizont ist. Den sieht man nur von außen, wenn man sich nicht bewegt. Das ganze kann man verstehen, wenn man die mathematischen Gleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie betrachtet. Was wir jetzt aber nicht tun wollen. Es geht nur darum, dass die Lage des Ereignishorizonts eines schwarzen Lochs von der Position und Geschwindigkeit des Beobachters abhängt. Man kann also nicht einfach sagen: Aus der Menge an Masse im Universum errechnet sich ein Ereignishorizont von X und der ist so groß wie der Hubble-Radius, deswegen ist das Universum ein schwarzes Loch. So einfach ist das mit dem Ereignishorizont nicht. Vor allem, weil die Masse im Universum extrem gleichmäßig verteilt ist. Das wäre in einem schwarzen Loch NICHT der Fall. Hier muss die Masse extrem stark konzentriert sein; ohne Leerräume dazwischen. Sonst kriegt man die nötige Raumkrümmung nicht zustande, die ein schwarzes Loch ausmacht. Also: Das Universum sieht nicht wie ein schwarzes Loch aus. Aber was ist mit der Rechnung? Es kann doch kein Zufall sein, dass der Hubble-Radius dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs mit gleicher Masse so ähnlich ist? Ist es auch nicht. Ich will auch hier nicht in die mathematischen Details gehen. Aber sowohl der Berechnung des Ereignishorizonts als auch der Berechnung der Massendichte im Universum liegen die selben Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie zugrunde. In beiden Formeln muss man grundlegende Naturkonstanten wie die Gravitationskonstante oder die Lichtgeschwindigkeit miteinander verknüpfen und das kann man nicht auf beliebig viele Arten tun. Will man aus diesen Konstanten und einer Masse, eine Längenskala bestimmen, hat man eigentlich nur eine Wahl und die führt dann eben in beiden Rechnungen auf das annähernd gleiche Ergebnis. Das Universum ist kein schwarzes Loch; was man ja auch daran merkt, dass es expandiert. Das ist genau das Gegenteil von dem, was Masse in einem echten schwarzen Loch machen würde; da würde alles auf das Zentrum zu fallen. Und - wie ich in der letzten Folge sehr ausführlich erklärt habe - ein Zentrum hat das Universum ja auch nicht. Das Universum in dem wir leben, ist großartig und faszinierend. Das gilt auch für schwarze Löcher. Dass wir IN einem schwarzen Loch leben, ist aber trotzdem enorm unwahrscheinlich. Wenn, dann sollten wir uns in dem Zusammenhang den Urknall anschauen. Vielleicht war der Urknall ein schwarzes Loch? Aber das ist eine ganz andere Geschichte, mit der wir uns ein anderes Mal beschäftigen müssen.

Alles dreht sich nur um mich Sternengeschichten Folge 458: Im Mittelpunkt des Universum Willkommen im Mittelpunkt des Universum! Wenn wir ehrlich sind, denken wir doch alle, dass wir der Mittelpunkt des Universums sind, oder nicht? Geht ja auch kaum anders; wir alle betrachten das Universum quasi aus dem Inneren unseres Gehirns und von dort aus kann es nur so aussehen, als würde sich alles um uns drehen. Aber heute geht es nicht um Psychologie sondern um die durchaus aus astronomischer Sicht berechtigte Frage: Wo ist der Mittelpunkt des Universums? Aus historischer Sicht hat man dieses Zentrum lange Zeit in das Zentrum der Erde gelegt. Das lag natürlich einerseits daran, dass man nicht gewusst hat, was da draußen noch alles ist. Mit "Universum" hat man damals - wir sind jetzt in der griechischen Antike - etwas ganz anderes gemeint als das, was wir uns heute vorstellen. Das Universum war die Erde. Um die Erde herum waren ein paar himmlische Sphären, wie die Schalen einer Zwiebel. An diesen Schalen waren die Planeten montiert und ganz außen war die Schale mit den Lichtern der Sterne. Das wars; das Universum war die Erde mit ein bisschen Beiwerk drumherum. Es gab auch philosophisch-wissenschaftliche Gründe, die Erde als Zentrum zu betrachten. Über den Aufbau der Materie wusste man damals noch nicht viel; auch nicht, wie die fundamentalen Kräfte funktionieren. Man konnte auch nicht viel wissen; es gab keine Messinstrumente, Mikroskope, Teilchenbeschleuniger oder sonst irgendwas, mit dem man das herausfinden konnte. Den Leuten ist nicht viel anderes übrig geblieben, als sich mehr oder weniger logisch klingende Hypothesen auszudenken. Eine davon geht auf Aristoteles zurück: Das ist der, der die Materie in die vier klassischen Elemente Feuer, Wasser, Erde und Luft eingeteilt hat. Alles sollte aus diesen grundlegen Materieformen bestehen. Und jeder dieser Arten von Materie sollte eine ganz bestimmte Art der Bewegung innewohnen; die wäre quasi von Werk an fix eingebaut. Alles wo viel vom Element Luft enthalten ist, steigt nach oben. Denn der "natürliche Ort" der Luft ist der Himmel und alles will immer zu seinem natürlichen Ort zurück. Deswegen steigt Rauch auf und bleibt nicht am Boden liegen. Der natürlich Ort des Elements Erde dagegen ist das Zentrum des Universums. Dort will sie hin und wenn wir beobachten, dass Sachen zu Boden fallen, muss das daran liegen, dass das Zentrum des Universums unter unseren Füßen ist. Im Mittelpunkt der Erde und es ist nur logisch, dass die Erde genau diesen Mittelpunkt besetzt, denn wo sonst soll sich im Universum das ganze Zeug ansammeln? Mit dem damaligen Wissen (oder dem Mangel daran) klingt das plausibel. Aber auch in der Antike gab es schon Gelehrte, die das anders gesehen haben und sich andere Welten wie die Erde vorgestellt haben, was die Frage nach dem Mittelpunkt dann wieder kompliziert macht. Aber wie gesagt: Mehr als spekulieren konnte man damals nicht. In der frühen Neuzeit verstand man schon ein wenig mehr. Isaac Newton hat erklärt, warum Zeug wirklich zu Boden fällt und die Sache mit der Gravitationskraft herausgefunden. Johannes Kepler hat aus Beobachtungsdaten herausgefunden, dass sich die Erde um die Sonne dreht und nicht umgekehrt; wir also nicht das Zentrum von allem sein können. Aber selbst dann waren noch viele überzeugt, dass nun eben die Sonne im Zentrum des Universums sein müsste. Vor allem, weil man lange Zeit auch nicht wusste, was man mit dem ganzen Rest der Sterne anfangen soll. Man wusste nicht, wie weit sie entfernt sind; das konnte der deutsche Astronom Friedrich Wilhelm Bessel erst 1838 messen. Ab da wusste man: Das Universum ist sehr, sehr viel größer als die "Erde mit Beiwerk", die sich die alten Griechen vorgestellt hatten. Und warum sollte die Sonne da genau im Mittelpunkt all dieser Sterne stehen? Auch dafür gab es - aus damaliger Sicht - nicht unplausible Gründe. Wenn man zum Himmel schaut, dann sieht man überall Sterne. Es gibt keine Richtung, in der der Himmel grundlegend anders aussieht. Wenn zum Beispiel die eine Hälfte des Himmels voll mit Sternen wäre, die andere aber komplett leer, dann wäre das ein Zeichen dafür, dass wir uns irgendwo am Rand einer Ansammlung von Sternen befinden. Wir sehen die Sterne aber überall und egal wohin wir schauen: Im Prinzip sieht alles ähnlich aus. Das haben viele als Hinweis gedeutet, dass wir uns eben doch im Zentrum befinden. Aber, wird jetzt der eine oder die andere einwenden, was ist denn mit den anderen Galaxien? Richtig - aber wir wissen ja erst seit den 1920er Jahren, dass es so etwas wie "andere Galaxien" überhaupt gibt! Bis dahin war unklar, ob die nebelartigen Gebilde am Himmel aus unvorstellbar weit entfernten Sternen bestehen oder tatsächlich einfach nur kosmische Wolken in unserer Nähe sind. Noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts hat man heftig diskutiert, wo sich die Sonne in der Milchstraße befindet und ob die Milchstraße alles ist, was im Universum existiert oder nicht. Es gab Argumente für die Behauptung, dass wir im Zentrum der Milchstraße sitzen und darüber hinaus nichts existiert; wir also im Zentrum des Universums sind. Aber auch Argumente dagegen. Die Sache hat erst die Beobachtung von Edwin Hubble und seinen Kollegen geklärt. Sie haben gezeigt, dass es jede Menge Galaxien da draußen gibt; das wir weder im Zentrum der Milchstraße sind, noch die Milchstraße alles ist, was existiert. Aber die Sache mit dem Zentrum war immer noch unklar. Hubble hat nämlich auch gezeigt, dass sich alle anderen fernen Galaxien von uns weg bewegen. Umso schneller, je weiter sie entfernt sind. Es sieht ganz so aus, als würden wir im Mittelpunkt einer großen Expansionsbewegung stehen. Egal wohin wir schauen, alles entfernt sich von uns. Daraus folgt, dass die anderen Galaxien früher viel näher bei uns waren. Und wenn wir weit genug in die Vergangenheit schauen, dann waren sie alle genau da, wo wir jetzt sind. Ist vielleicht die Milchstraße das Zentrum des Universums, von dem aus sich alles in alle Richtungen davon bewegt? Lassen wir die Historie jetzt mal sein und schauen wir auf das, was wir heute wissen. Die Expansion des Universums ist real; es bewegt sich tatsächlich alles von uns fort. Oder besser gesagt: Alles bewegt sich von allem anderen fort. Würden wir unsere Beobachtungen von irgendeinem anderen Punkt im Universum aus anstellen, würden wir dort genau so beobachten, dass sich alle Galaxien von uns fortbewegen. Das klingt verwirrend, ist es aber eigentlich gar nicht. Nehmen wir ein anderes Beispiel: Ich sitze auf einem Fahrrad und fahre mit 15 km/h einen schnurgeraden Radweg entlang. Vor mir auf dem Weg sind zwei schnellere Räder unterwegs; eines mit 20 km/h, eines sogar mit 25 km/h. Und hinter radelt jemand mit nur 10 km/h vor sich hin. Aus meiner Sicht stellt sich die Sache nun so dar: Ich sehe, wie sich das Rad hinter mir mit 5 km/h entfernt: Ich bin ja genau um diese 5 km/h schneller und radle dem Rad hinter mir davon. Das Rad vor mir entfernt sich aber auch mit 5 km/h von mir, weil es um diese 5 km/h schneller ist als ich. Und das Rad ganz an der Spitze entfernt sich sogar mit 10 km/h von mir. Aus meiner Sicht bewegen sich also alle anderen Räder von mir weg, umso schneller je weiter sie entfernt sind. Genau das gleiche würde aber auch die Person beobachten, die vor mir radelt. Sie ist um 5 km/h schneller als ich und sieht, wie ich mit mit diesen 5 km/h von ihr entferne. Das Rad hinter mir entfernt sich aus Sicht dieser Person sogar mit 10 km/h und das Rad an der Spitze saust mit 5 km/h davon. Auch hier sieht man also: Alle anderen Räder entfernen sich. In Wahrheit radeln wir aber alle hintereinander in die gleiche Richtung; nur eben unterschiedlich schnell. Niemand ist der Mittelpunkt von irgendwas. Die Analagie mit den Rädern kann man nicht 1:1 auf das Universum umlegen. Aber sie zeigt, dass das mit dem Mittelpunkt schwierig ist. Wir müssen berücksichtigen, dass wir selbst uns auch bewegen. Aber wir müssen auch noch sehr viel mehr Dinge berücksichtigen. Halten wir zuerst einmal fest: Vor 13,8 Milliarden Jahren gab es den Urknall. Seitdem dehnt sich das Universum aus. Wegen dieser Expansion sehen wir, wie sich alles andere von uns entfernt, was aber nicht daran liegt, das wir der Mittelpunkt von irgendwas sind. Sondern nur daran, dass wir diese Bewegung mit allen anderen Galaxien mitmachen. Aber muss es dann nicht trotzdem einen Mittelpunkt geben? Den Ort, an dem der Urknall stattgefunden hat? Der Ort, wo diese ganze Bewegung angefangen hat? Das klingt logisch, ist es aber nicht. Der Denkfehler liegt darin, sich den Urknall tatsächlich als Explosion vorzustellen. Bei einer Explosion ist es ja wirklich so, dass sie irgendwo an einem konkreten Ort stattfindet. Und sich danach alles von diesem Ort entfernt. Wir könnten - egal wo wir uns in der Trümmerwolke dieser Explosion befinden - schauen, wie sich das ganze andere Zeug bewegt. Das, das noch nahe am Zentrum ist, muss sich am schnellsten bewegen; die weit entfernten Trümmer sind schon langsamer geworden und wenn wir das alles genau messen, können wir ausrechnen, wo die Explosion stattgefunden hat. Beim Universum hat aber keine Explosion stattgefunden. Die Galaxien bewegen sich nicht deswegen alle voneinander fort, weil sie bei einer Explosion vor 13,8 Milliarden Jahren in alle Richtungen davon geschleudert worden sind. Die Expansion des Universums ist eine Expansion des Raums. Das heißt: Wir sehen die Galaxien deswegen sich entfernen, weil der Raum zwischen ihnen und uns sich ausdehnt. Die Galaxien werden einfach "mitgezogen". Der Urknall war keine "Explosion", die im Raum an einem bestimmten Ort stattgefunden hat. Der Urknall war das Ereignis, bei dem der Raum erst entstanden ist. Beziehungsweise, um die ganzen philosophischen Probleme mal wegzulassen, die man immer kriegt wenn man vom ultimativen Anfang spricht, lassen wir die Zeit einfach mal nur bis FAST zum Urknall zurücklaufen. Der Raum wird immer kleiner und kleiner. Das Universum schrumpft. Es schrumpft nicht IM Raum; der Raum selbst wird immer kleiner und kompakter. Bis wir irgendwann an einem Zeitpunkt angelangt sind, an dem das ganze Universum so groß wie ein Fußball ist. Es ist kein Fußball, der irgendwo im Raum liegt. Der Fußball ist alles, was ist. Alle Orte, die heute über das ganze gewaltige Universum verstreut sind, befinden sich jetzt IN diesem Fußball. Würden wir noch weiter zurück gehen, würde alles noch weiter schrumpfen. Der Urknall war das Ereignis, bei dem diese enorm dichte Struktur aus Raumzeit angefangen hat, sich auszudehnen. Es war keine Explosion im Raum; es war ein Ereignis, bei dem alle Punkte im Raum angefangen haben, sich voneinander zu entfernen. Oder etwas anders gesagt: Beim Urknall waren alle Orte ein einziger Ort. Oder noch etwas anders ausgedrückt: Der Urknall hat an jedem Ort stattgefunden! Seit damals ist das Universum gewachsen und wir können durchaus sagen, dass heute jeder Punkt im Universum der Punkt ist, an dem der Urknall passiert ist. Weil jeder Punkt früher mit jedem anderen Punkt ein Punkt war: Der Punkt, an dem alles angefangen hat. Das kann man sich nicht vorstellen; ich weiß. Das ist auch noch nicht einmal das komplette Bild. Wenn ich von Fußbällen und ähnlichem rede, dann stellt man sich zwangsläufig dreidimensionale Objekte im dreidimensionalen Raum vor. Wir haben es aber mit einer vierdimensionalen Raumzeit zu tun. Und mit der Unendlichkeit, die alles noch ein wenig komplizierter macht. Aber belassen wir es einmal dabei: Wenn es kein Zentrum des Universums gibt; wenn jeder Punkt des Universums das Zentrum ist: Wie ist das dann mit der kosmischen Hintergrundstrahlung? Darüber habe ich ja in Folge 316 schon ausführlich gesprochen. Wenn wir mit Radioteleskopen zum Himmel schauen, dann sehen wir - egal in welche Richtung wir blicken - immer die gleiche Strahlung mit der gleichen Temperatur auf uns zukommen. Das ist die kosmische Hintergrundstrahlung und sie entstand 400.000 Jahre nach dem Urknall, als das Universum sich weit genug ausgedehnt und abgekühlt hatte, damit die in ihm vorhandene Energie in Form von Licht nicht mehr von den ganzen Teilchen aufgehalten wurde, sondern sich frei ausbreiten konnte. Wenn dieser Hintergrund aber überall im Universum gleich ist, kann man da nicht doch irgendwie einen Mittelpunkt daraus basteln? Müssen wir nicht doch in einem Mittelpunkt sein, wenn sie in jede Richtung gleich aussieht? Wenn man so will, dann ja. Wir sind im Mittelpunkt des "Beobachtbaren Universums". Das ist jener Teil des Universums, den wir von der Erde aus prinzipiell beobachten können. Licht braucht Zeit um sich zu bewegen. Wir können nur das sehen, bei dem das Licht es geschafft hat, in den letzten 13,8 Milliarden Jahren bis zu uns zu gelangen. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ÜBERALL im Universum entstanden, gleichzeitig. Damals hat sie sich von jedem Punkt des Universums aus auf den Weg gemacht. Wenn wir heute zum Himmel schauen, dann sehen wir genau den Teil dieser Strahlung, der JETZT von allen anderen Punkten bei uns ankommt. Wären wir irgendwo anders im Universum, dann würden wir den gleichen Hintergrund sehen - die Strahlung wäre aber Strahlung, die von anderen Punkten kommt, nämlich von denen, die für diesen Ort gerade passend liegen. Es ist wie beim Mittelpunkt: Es gibt keinen einzigen Ort, an dem die kosmische Hintergrundstrahlung entstanden ist und den wir beobachten können. Sie ist überall entstanden; auch da wo wir jetzt sind. Da ist sie halt schon längst weg und anderswo. Es gibt keinen Mittelpunkt des Universums. Oder jeder Punkt ist der Mittelpunkt des Universums. Das kann man sehen, wie man es am liebsten hat.

Tama Rereti und die ersten Sterne am Himmel Sternengeschichten Folge 457: Das Kreuz des Südens Diejenigen, die diese Folge aus dem Osten Deutschlands anhören, werden bei "Kreuz des Südens" vielleicht an die Mischung aus Aprikosenlikör und Rum denken, die dort lange Zeit unter diesem Namen verkauft worden ist. Darum soll es aber heute nicht gehen. Es geht um Sterne; es geht - genauer gesagt - um ein Sternbild. Das "Kreuz des Südens" das Thema dieser Folge ist, finden wir nicht in einer Flasche, sondern am Himmel. Obwohl wir es auch auf der Flasche finden. Das Sternbild "Kreuz des Südens" gehört zu den beliebtesten und bekanntesten Sternbildern und ist deswegen eben nicht nur am Himmel zu sehen, sondern auch überall sonst. Auf Schnapsflaschen, Landesflaggen, Firmenlogos, und so weiter. Aber bleiben wir erst mal beim Himmel. Das Kreuz des Südens ist - wie der Name schon andeutet - am südlichen Himmel zu sehen. Und mit Süden ist nicht Süddeutschland, Italien, oder sonst irgendwas in der Art gemeint. Wir müssen von Mitteleuropa viel weiter in den Süden; wir müssen bis zum Äquator, um eine Chance zu haben, das Sternbild zu sehen. Oder eben gleich auf die Südhalbkugel der Erde, von wo aus man die südliche Hälfte des Nachthimmels naturgemäß am besten sehen kann. Wenn man dort dann das Sternbild des Zentauren sucht, findet man in der Ecke des Himmels auch das Kreuz des Südens. Wenn man nicht weiß, wo der Zentaur ist, dann orientiert man sich am besten mit einer Himmelskarte. Oder man sucht die Milchstraße, denn das Kreuz des Südens liegt mitten in diesem hellen, milchigen Band, das sich vor allem am Südhimmel prächtig beobachten lässt. Sofern es dunkel genug ist, natürlich. Das Kreuz des Südens ist klein; von allen 88 offiziellen Sternbildern des Himmels ist es das kleinste. Aber es ist auffällig! Man erkennt es - wenig überraschend - an der Kreuzform, die die vier hellsten Sterne dieses Sternbilds bilden. Und deswegen hat es für die Menschen auch schon immer eine wichtige Rolle gespielt. In Ozeanien hat man das Kreuz des Südens immer schon in die diversen Mythologien eingebaut. Auf den Inseln zwischen Australien und Papua-Neuguinea hat man die Sterne zu einem Dreizack angeordnet; ein wichtiges Instrument in einer Kultur, die von Fischerei dominiert ist. In Brasilien hat man in der Konstellation einen Rochen erkannt. Bei den Māori in Neuseeland trägt das Kreuz des Südens den Namen "Melipal" und stellt den Anker des Schiffes des Kriegers Tama Rereti dar. Damals lebten die Menschen erst kurz auf der Erde. Es gab noch keine Sterne am Himmel und nachts war es stockfinster. In der dunklen Nacht lebten die die Taniwha, mächtige und gefährliche Naturgeister und Wächter der Welt, die alle auffraßen, die sich nachts draußen herumtreiben. Tama Rereti lebte am Ufer eines großen Sees und weil seiner Familie das Essen ausging, fuhr er hinaus um zu fischen. Nach erfolgreichem Fang wollte er wieder zurück, aber plötzlich war kein Wind mehr da. Tama Rereti wartete ab und schlief ein. Währenddessen wurde sein Boot bis ans nördliche Ende des Sees getrieben; weit entfernt von seinem Dorf. Als er aufwachte, musste er feststellen, dass er es vor Einbruch der Dunkelheit nicht mehr nach Hause schaffen würde. Tama Rereti hatte keine Angst vor den Taniwha, aber er wollte trotzdem zurück nach Hause. Zuerst aber machte er sich etwas zu essen. Er briet seine Fische über dem Feuer und stellte fest, dass die Steine in seiner Feuerstelle in der Nacht zu leuchten anfingen. Das brachte ihn auf eine Idee: Anstatt über den See zurück zu ruden, auf dessen Grund die Taniwha lebten, steuerte er sein Boot hinauf in den Himmel. Dort warf er die die leuchtenden Steine links und rechts über Bord. Als er endlich zuhause ankam, war der Himmel übersäht mit leuchtenden Punkten. Am nächsten Tag bekam er Besuch von Ranginui, dem Gott des Himmels. Der war gar nicht böse darüber, was Tama Rereti mit seinem Reich angestellt hatte, sondern freute sich über die vielen neuen Lichter. Jetzt konnten die Menschen endlich auch nachts durch die Welt gehen, ohne Angst vor der Dunkelheit. Und um alle immer daran zu erinnern, wie die Sterne an den Himmel gekommen sind, bat Ranginui den Krieger, sein Kanu dauerhaft am Himmel zu belassen. Ich habe diese sehr schöne Geschichte deswegen so ausführlich erzählt, um zu zeigen, dass es eben nicht nur die ganzen Legende aus der klassischen griechischen und römischen Mythologie gibt, die wir uns normalerweise über die Sterne erzählen. Das sind nur die Geschichten, die wir hier in Europa uns erzählen (und nicht einmal da stimmt es, denn auch hier gibt es viel mehr Kulturen als die Griechen und Römer der Antike!). Überall auf der Welt haben die Menschen zum Himmel geschaut und sich Geschichten erzählt. Wir hier im globalen Norden neigen aber gerne dazu, diese Vielfalt der Himmelsbeoachtung zu ignorieren. Aber dazu später noch mehr. Würden wir uns nur auf die griechische Antike beschränken, gäbe es über das Kreuz des Südens auf jeden Fall nicht viel zu erzählen. Man kannte dort die Sterne des Kreuz des Südens. Vor ein paar tausend Jahren war die Erdachse noch in eine andere Richtung des Himmels geneigt als heute und das Kreuz des Südens war auch von Mittel- und Nordeuropa aus sichtbar. Trotzdem ist es nicht in der Liste der 48 klassischen Sternbilder gelandet, die schon in der Antike zusammengestellt worden ist. Man hat die Sterne einfach dem Sternbild des Zentauren zugeschlagen. Und vor ungefähr 2500 Jahren war das Kreuz des Südens dann von Europa aus nicht mehr sichtbar und man hat sich vorerst nicht mehr damit beschäftigt. Das hat sich erst im 16. Jahrhundert wieder geändert, als die Menschen aus Europa anfingen, auf ihren Entdeckungs- und Eroberungsfahrten auch die südlichen Ozeane zu bereisen. Den christlich geprägten Leuten ist das Kreuz am Himmel natürlich sofort aufgefallen und gegen Ende des 16. Jahrhunderts tauchte es dann auch auf den ersten Himmelskarten auf. Es war vor allem auch deswegen ein sehr nützliches Sternbild, weil man damit die Richtung zum Südpol bestimmen konnte. Genau so wie man auf der Nordhalbkugel der Erde die Konstellation des Großen Wagens nutzen kann, um die Nordrichtung zu bestimmen, geht das auf der Südhalbkugel mit dem Kreuz des Südens. Dazu muss man nur die längere Achse des Kreuzes ungefähr um das 4,5fache verlängern. Die Sterne, die das Kreuz des Südens bilden, sind aus astronomischer Sicht nicht weiter aufsehenerregend. Der hellste Stern - Acrux - ist 321 Lichtjahre von der Erde entfernt und besteht eigentlich aus drei Sternen. Wir sehen aber nur den hellsten der drei, der wirklich hell leuchtet und kaum übersehen werden kann. Der zweithellste Stern ist Becrux, ein blauer Riesenstern, 353 Lichtjahre weit weg. Gacrux, der dritthellste Stern ist nur 88 Lichtjahre weit weg und einer der uns nächstgelegenen roten Riesensterne. Decrux, der vierthellste Stern, ist 345 Lichtjahre weit weg und langsam fragt sich sicher der eine oder die andere, was das für komische Namen sind? Acrux, Becrux, Gacrux und Decrux? Klingt ein bisschen wie in einem Asterix-Heft - die Namen haben aber wieder mit unserer Ignoranz anderer Kulturen zu tun. Viele der hellen Sterne am nördlichen Himmel haben Eigennamen. Sirius, Polaris, Beteigeuze, Vega, und so weiter. Das sind die Namen, die Griechen, Römer und Araber im Laufe der Zeit vergeben haben und die wir heute noch benutzen. Für Sterne auf der Südhalbkugel, die wir vom Norden aus nicht sehen können, gibt es solche Namen nicht. Beziehungsweise gibt es natürlich Namen, nämlich die, die von den Menschen in Australien, Neuseeland, Südamerika, Afrika, und so weiter vergeben worden sind. Aber das hat uns nicht interessiert; wir haben uns daher an die Katalogbezeichnungen gehalten. 1603 hat der deutsche Astronom Johann Bayer ein weit verbreitetes System eingeführt: Sterne werden nach dem Sternbild benannt in dem sie sich befinden und anhand ihrer Helligkeit sortiert. Der hellste Stern bekommt den griechischen Buchstaben "Alpha", gefolgt vom lateinischen Namen des Sternbilds. "Alpha Centauri" zum Beispiel: Der hellste Stern im Sternbild Zentaur. Oder "Beta Geminorum", der zweithellste Stern im Sternbild Zwilling, den wir besser unter seinem Namen "Pollux" kennen. Das Kreuz des Südens hat den lateinischen Namen "Crux" und die Sterne dort heißen im Bayer-Katalog dann eben Alpha Crucis, Beta Crucis, Gamma Crucis, und so weiter. Was einfach zu "Acrux", "Becrux", "Gacrux" und "Decrux" verkürzt worden ist. Seit 2016 sind das sogar die von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) offiziell anerkannten Namen der Sterne. Es wäre nett gewesen, diese eher doofen Namen zu verwerfen und sich an den traditionellen Namen zu halten, die auf der Südhalbkugel immer schon verwendet worden sind. Aber zumindest bei "Epsilon Crucis" hat man genau das gemacht. Der hieß - zum Glück - noch nicht "Epcrux". Und deswegen hat die IAU ihm den Namen "Ginan" gegeben. Das ist ein Begriff, den das Wardaman-Volk aus dem nördlichen Australien verwendet. Sie beschreiben damit ein Konzept aus ihren Mythen über die Erschaffung der Welt. Ginan war eine Art Tasche, voller Lieder, aus denen die Welt entstanden ist. In Australien hat man überhaupt einen ganz besonderen Blick auf den Himmel. Die Sternbilder dort sind nicht immer nur STERNbilder. Wenn man das Kreuz des Südens in einer klaren und dunklen Nacht beobachtet, dann erkennt man dort einen dunklen Fleck. So als würde eine dunkle Wolke vor den Sternen liegen. Genau das ist auch der Fall: Man kann dort den "Kohlensack" sehen, eine sogenannte Dunkelwolke. Die fällt vor allem deswegen auf, weil sie von uns aus gesehen direkt vor der Milchstraße mit ihren unzähligen Sternen steht. Solche Wolken aus Gas und Staub gibt es überall zwischen den Sternen; sie sind oft mehrere hundert Lichtjahre groß und die Regionen, in denen neue Sterne entstehen. Meistens können wir diese Wolken ohne optische Hilfsmittel nicht sehen, aber wenn sie am Himmel gerade vor der sternenhellen Region der Milchstraße stehen, fallen sie natürlich auf. Die Aborigines in Australien haben sie auch gesehen und daraus ihre eigenen Konstellationen gebastelt. Der Kohlensack ist - gemeinsam mit anderen Dunkelwolken - Teil des "Himmels-Emu", eine von dunklen Flecken gebildete Figur die einem Emu ähnelt. Das Kreuz des Südens ist ein wunderbares Beispiel für den Einfluss, den Sterne immer schon auf uns gehabt haben. Die ganze Welt ist voll mit Geschichten über diese Sterne. Wir finden das Kreuz des Südens heute auf den Flaggen von Brasilien, Australien, Neuseeland, Papua-Neuguinea und Samoa. Jede Menge Bundesstaaten dieser Länder haben es auch auf ihren regionalen Fahnen. In der brasilianischen Hymne singt man "A imagem do Cruzeiro resplandece", was so viel heißt wie "Das Bild des Kreuzes scheint"; in Australien lautet eine Zeile der Hymne "Beneath our radiant Southern Cross we'll toil with hearts and hands". Man besingt das Kreuz in Samoa; es taucht in der Popmusik auf, in der Literatur, im Logo der Europäischen Südsternwarte, auf den australischen Münzen, dem Vereinswappen des brasilianischen Fußballvereins Cruzeiro Belo Horizonte und dem Logo von Mercosur, dem "Gemeinsamen Markt Südamerikas", eine internationale Wirtschaftsorganisation ähnlich der frühen Europäischen Union. Und wenn wir von den staatlichen und wirtschaftlichen Symbolen weg und in die wunderbaren und vielfältigen Mythen der Völker dieser Erde schauen, dann ist das Kreuz des Südens auch dort überall zu finden. Die Sterne haben uns von Anfang an begleitet und bis heute nicht losgelassen. Seien wir also dankbar, dass Tama Rereti sie damals an den Himmel gesetzt hat.

Fremd und ursprünglich Sternengeschichten Folge 456: Der interstellare Komet Borisov Am 30. August 2019 beobachtete der russische Hobby-Astronom Gennadi Borissow den Himmel. Obwohl die Astronomie bei ihm mehr als nur ein Hobby ist. Borissow hatte nie Astronomie studiert, aber er kannte sich am Nachthimmel aus. Sein Job am Sternberg-Institut für Astronomie der Moskauer Lomonossow-Universität war zwar nicht die Forschung, aber die technische Betreuung der Teleskope. Das Gerät, mit der an diesem Abend den Himmel beobachtete, stand aber nicht in Moskau und gehörte auch nicht der Lomonossow-Universität. Es war ein selbstgebautes Teleskop mit einem 65 Zentimeter großen Spiegel und es stand in seiner eigenen, kleinen Sternwarte auf der Halbinsel Krim. Von dort aus sah er einen Lichtpunkt, der sich zwischen den anderen Lichtpunkten über den Himmel bewegte. Nur sehr langsam, es war kein Flugzeug oder Satellit. Außerdem wusste Borissow, nach was er suchte. Immerhin hatte er bis dahin schon neun Kometen und einen Schwung Asteroiden entdeckt. Er berechnete die Koordinaten des unbekannten Dings am Himmel, sah in den entsprechenden Datenbanken nach und stellte fest: Er war der erste, der es gesehen hatte. Die Entdeckung eines bis dahin noch unentdeckten Himmelskörpers ist immer etwas besonderes; egal ob man die Suche nur als Hobby oder als Beruf betreibt. WIE außergewöhnlich die Entdeckung von Borrisow war, sollte sich aber erst noch zeigen. Die ersten Berechnungen der Bahn des Himmelskörpers deuteten darauf hin, dass es sich um einen erdnahen Asteroid oder Kometen handeln könnte. Ein Objekt also, dass sich in der Nähe der Erdbahn befindet; in diesem Fall sogar eines, das die Bahn der Erde kreuzt. Was natürlich das Interesse an dem Ding deutlich erhöhte. Jede Menge andere Menschen begannen es zu beobachten, um möglichst schnell möglichst gut über die Umlaufbahn Bescheid zu wissen. Immerhin bestand ja die Möglichkeit, dass es vielleicht mit der Erde kollidiert. Je mehr Daten bekannt wurden, desto seltsamer wurde die Sache. Im Herbst 2019 war die Sache dann klar: Das Objekt hatte keine "Umlaufbahn". Es bewegt sich nicht um die Sonne herum. Beziehungsweise tut es das nur einmal. Es kam von außerhalb des Sonnensystems, würde im Dezember 2019 sich der Sonne maximal angenähert haben um sich dann wieder auf den Weg hinaus und zurück in den interstellaren Raum zu machen, aus dem es gekommen war. Gennadi Borissow hatte etwas gefunden, was erst ein einziges Mal vorher jemand gefunden hatte: Einen interstellaren Himmelskörper, der auf einen kurzen Besuch in unser Sonnensystem gekommen war. Am 9. Oktober 2017 hatte der Astronom Robert Weryk von der Universität Hawaii den interstellaren Asteroid 'Oumuamua gefunden, von dem ich in Folge 349 der Sternengeschichten mehr erzählt habe. Die Entdeckung damals war eine Sensation. Man hatte zwar damit gerechnet, dass es solche Himmelskörper geben muss. Und auch damit, dass man sie früher oder später finden wird. Aber die Realität ist dann doch immer aufregender als man sie sich vorstellt. 'Oumuamua war ganz anders als die Asteroiden die wir aus unserem Sonnensystem kennen. Seine Form war ungewöhnlich, ebenso wie die Art seiner Bewegung durch das Sonnensystem. Manche ließen sich sogar dazu hinreißen, ihn zu einem außerirdischen Raumschiff oder einer Alien-Raumsonde zu erklären. Dafür gibt es natürlich keine Belege; stattdessen deuten die Daten darauf hin, dass es sich um ein Bruchstück eines dem Pluto ähnlichen Himmelskörpers handelt der einen anderen Stern umkreist. So wie unser Pluto muss sich auch dieser andere eisige Himmelskörper fern von seinem Stern befinden und so wie Pluto muss er von einer dicken Schicht aus gefrorenem Stickstoff bedeckt sein. Bei den chaotischen Prozessen in der Frühzeit eines Sonnensystems ist durch eine Kollision ein Stück dieses Eises ins All und in den interstellaren Raum geschleudert worden. Bei seiner langen Reisen durch die Galaxie haben die Verwitterungsprozesse durch die kosmische Strahlung aus dem Stickstoffeisberg das seltsam geformte Ding gemacht, das schließlich durch unser Sonnensystem geflogen ist. Und als sich 'Oumuamua dann der Sonne genähert hat, ist der Stickstoff aufgetaut, als Gas davon geströmt und hat so einen zusätzlichen Schub erzeugt, der die Bewegung des Asteroids verändert hat. Weil es sich um gefrorenen Stickstoff gehandelt hat und nicht um das Eis, das normalerweise in Asteroiden und Kometen zu finden ist, konnten wir das mit unseren darauf ausgelegten Beobachtungen nicht sehen. 'Oumuamua war ein außergewöhnlicher Besucher und leider so schnell verschwunden wie er aufgetaucht war. Wir hatten keine Chance, ihn genauer zu beobachten. Umso gespannter haben alle auf den nächsten interstellaren Asteroiden beziehungsweise Kometen gewartet. Würde der auch so seltsam sein? Oder vielleicht noch seltsamer? Nun, zuerst einmal bekam das Ding, das Gennadi Borissow gefunden hatte, seine offizielle Bezeichnung "2I/Borisov". "2I" für das zweite interstellare Objekt das entdeckt wurde und "Borisov" nach der Person, die es gefunden hat. Man hat diese Klassifizierung nach der Entdeckung von 'Oumuamua eingeführt; einerseits um die interstellaren Besucher von denen unseres eigenen Sonnensystems abzugrenzen. Und andererseits, weil es nicht so einfach ist, sie in die bisherigen Klassen der "Asteroiden" und "Kometen" einzusortieren. Das ist ja schon in unserem Sonnensystem nicht so einfach. Beide Arten von Himmelskörpern sind auf die gleiche Weise entstanden; aus dem Staub und Gas in der ursprünglichen Materialscheibe die die gerade erst geborene Sonne vor 4,6 Milliarden Jahren umgeben hat. Die Kometen haben sich ein bisschen weiter weg von ihr gebildet, dort wo es kühler war. Sie haben deswegen mehr gefrorene Gase mitbekommen als die Asteroiden, die sich näher an der Sonne gebildet haben. Wenn ein Komet der Sonne nahe kommt, dann können diese gefrorenen Gase auftauen, sich ausdehnen und Staub von der Oberfläche mit sich ins All reißen. Das erzeugt dann die hell leuchtende Kometenwolke mit dem langen Schweif. Bei Asteroiden dagegen passiert nix, wenn sie in der Nähe der Sonne vorbei fliegen. Manchmal aber eben schon, wenn so ein Asteroid zufällig auch mehr Eis enthält. Und manchmal passiert auch bei Kometen nix, wenn sie ihr Eis schon verloren haben. 'Oumuamua aber hat sich von Anfang an weder wie ein klassischer Asteroid, noch wie ein typischer Komet verhalten. Bei Borissow dagegen war die Sache klar: Er sah genau so aus, wie wir uns einen typischen Kometen vorstellen. Zuerst einmal war er deutlich größer als 'Oumuamua. Der war knapp 200 Meter groß und vermutlich sehr lang und flach; Borisov dagegen ein annähernd rundes Objekt mit einem Durchmesser von 500 bis 1000 Metern. Genau so wie es auch die Kometen in unserem Sonnensystem üblicherweise sind. Als er sich der Sonne genähert hat, fing Eis an seiner Oberfläche an aufzutauen; man konnte beobachten wie die Umgebung von Borisov immer staubiger wurde; in unmittelbarer Nähe der Sonne ist sogar ein kleines Stück abgebrochen. Diese entkommende Gas hat die Bahn des Kometen ein wenig verändert - alles so wie bei den Kometen in unserem Sonnensystem. Ein paar Dinge waren dann aber doch sehr anders. Natürlich zuerst einmal die Umlaufbahn: Borisov bewegte sich nicht in der Ebene, in der sich die Planeten und die meisten anderen Himmelskörper im Sonnensystem bewegen. Er kam in einem Winkel von 45 Grad zu dieser Ebene. Was aber auch noch nicht so außergewöhnlich ist; auch unsere eigenen Kometen kommen aus allen Richtungen angeflogen; sie stammen ja aus der Oortschen Wolke, die das Sonnensystem kugelförmig begrenzt, wie ich in Folge 321 erzählt habe. Sie tun das aber wesentlich langsamer als Borisov: Der war mit einer Geschwindigkeit von 32 Kilometern pro Sekunde unterwegs! Bei dem Tempo reicht die Gravitationskraft der Sonne nicht aus, um ihn festzuhalten. Nachdem Borisov also im September 2019 die Bahn des Jupiter passiert hatte, ging sein Flug unaufhaltsam weiter. Am 26. Oktober kreuzte er die Ebene der Ekliptik, also die vorhin erwähnte Ebene in der sich die Erde und die anderen Planeten um die Sonne bewegen. Am 8. Dezember 2019 hat er den sonnennächsten Punkt seiner Bahn erreicht - war dabei aber noch knapp 300 Millionen Kilometer von ihr entfernt. Am 28. Dezember 2019 erreichte er auf seiner Bahn den erdnächsten Punkt; ebenfalls bei einem Abstand von fast 300 Millionen Kilometern. Und seitdem entfernt er sich von uns. Bis er das Sonnensystem komplett verlässt, werden zwar noch ein Jahrhundert oder zwei vergehen. Aber aus dem Blickfeld unserer Teleskope ist er schon viel früher verschwunden, circa ein Jahr nach seiner Entdeckung war es auch schon wieder vorbei. Auch hier hat die Zeit nicht gereicht, so viele Daten zu sammeln, wie man wollte. Aber die Daten, die man sammeln konnte, waren dennoch beeindruckend. Man konnte zum Beispiel nachweisen, dass Borisov sehr viel gefrorenes Kohlenstoffmonoxid enthält. Das ist ein Zeichen dafür, dass er dort, wo er entstanden ist, nie recht nahe an seinen Stern gekommen sein kann. Er muss sich in den äußersten, sehr kalten Regionen der Materialscheibe gebildet haben, die den Stern umgeben hat, von dem er kommt. Nur dort kann das Kohlenstoffmonoxid in dieser Form und Menge existieren. Und von dort ist es auch nicht schwer, durch irgendwelche gravitative Störungen in den interstellaren Raum zu gelangen. Wie viel Zeit er dort verbracht hat, wissen wir nicht. Aber es ist wahrscheinlich, dass die Sonne der erste Stern in seinem Leben ist, dem Borisov eine nahe Begegnung abgestattet hat. Das zeigen Beobachtungen die an der Europäischen Südsternwarte in Chile durchgeführt worden sind. Dort hat man sich angeschaut, wie sehr das Licht polarisiert wird, das von der Staubhülle reflektiert wird, in die Borisov sich bei der Annäherung an die Sonne gehüllt hat. Die Polarisation gibt an, in welche Richtung die Lichtwellen schwingen und wie stark sich diese Richtung ändert. Das wiederum hängt von den Eigenschaften der Staubteilchen ab und die werden unter anderem durch den Grad der Verwitterung bestimmt. Natürlich gibt es im All keinen Wind oder kein fließendes Wasser; aber es gibt Erosion, wie ich in Folge 130 schon mal erklärt habe. Die wird zum Beispiel durch die kosmische Strahlung verursacht, die in der Nähe von Sternen besonders stark ist oder durch Einschläge von Mikrometeoriten, die man auch vor allem innerhalb von Planetensystemen findet. Den Grad der Verwitterung kann man an der Polarisation ablesen und bei Borisov waren die Daten außerordentlich. Seine Oberfläche ist so gut wie gar nicht verwittert; es ist der ursprünglichste Himmelskörper den wir bis jetzt beobachtet haben. Seit er - wann auch immer - entstanden ist, ist im quasi nichts zugestoßen, dass ihn verändert hat. Auch die Asteroiden und Kometen in unserem Sonnensystem sind sehr ursprüngliches Material aus der Zeit der Planetenentstehung vor 4,5 Milliarden Jahren. Deswegen erforschen wir sie ja auch so intensiv. Aber sie sind eben nicht GANZ ursprünglich, weil sie den Bedingungen im Sonnensystem ausgesetzt waren. Borisov aber war so frisch, wie ein Komet nur sein kann. So lange zumindest, bis ihn die Sonne kaputt gemacht hat. Auf später gefundenen alten Aufnahmen die den Kometen zeigen konnte man ableiten, dass er irgendwann Anfang Dezember 2018 angefangen haben muss, ein wenig aufzutauen. Von da an verlor er ungefähr 2 Kilogramm Staub pro Sekunde ans All und ein paar Dutzend Kilo Eis. Das ging so weiter bis dann im März 2020 - wie oben schon erwähnt - sogar ein ganzes Stück vom Kometen abgebrochen ist. Nach seinem Besuch im Sonnensystem ist Borisov also nicht mehr so ursprünglich wie zuvor. Trotzdem wäre es schön gewesen, ihn ein bisschen besser erforschen zu können. Aber ihm eine Raumsonde nachzuschicken, ist quasi unmöglich. Dafür ist er viel zu schnell. Und wir haben ihn zu spät entdeckt, um eine Mission vorzubereiten. Um Objekte wie Borisov oder 'Oumuamua aus der Nähe zu erforschen, bräuchten wir eine Raumsonde, die quasi schon im Standby-Modus im All wartet und sofort losfliegt, wenn wir einen neuen interstellaren Besucher entdecken. Und das werden wir! Wir wissen, dass es Milliarden von ihnen zwischen den Sternen geben muss. Überall dort wo sich Planeten bilden, werden auch Asteroiden und Kometen - und Eisberge, wie bei 'Oumuamua - in den interstellaren Raum geschleudert. Der Weltraum ist zwar groß. Aber ab und zu kommen sie zu uns auf Besuch. Mit etwas Glück sind wir bei den nächsten Malen besser vorbereitet.

Aktiv sein im Kosmos Sternengeschichten Folge 455: Die Geschichte der aktive Galaxienkerne Die Geschichte der aktiven Galaxienkerne beginnt zu einer Zeit, als wir noch nicht einmal so richtig wussten, was "Galaxien" eigentlich sind. 1909 wollte der amerikanische Astronom Edward Fath herausfinden, worum es sich bei den "Spiralnebeln" handelte. Also den Dingern, die man im Teleskop am Himmel sehen konnte und die nebelförmig aussahen und spiralig. Wie ich schon in Folge 49 der Sternengeschichten zur "Großen Debatte" erzählt habe, gab es damals ja zwei Meinungen. Die einen dachten, es wären tatsächlich spiralförmige Nebel. Also große Mengen an Gas die sich zwischen den Sternen befinden. Die anderen waren der Ansicht, dass die Spiralnebel nur so aussehen wie Nebel. In Wahrheit aber aus Milliarden von Sternen bestehen, die aber so weit entfernt sind, dass sie uns wie eine diffuse Wolke erscheinen. Im ersten Fall wären die Sterne die wir am Himmel sehen alle Sterne die es gibt; die Milchstraße also die einzige Ansammlung von Sternen im Universum. Im zweiten Fall wäre die Milchstraße nur eine von vielen solcher Ansammlungen von Sternen, die durch unvorstellbar große Leerräume voneinander getrennt sind. Sie wäre nur eine Galaxie unter vielen. Wir wissen heute, dass das genau so ist. Das wissen wir aber erst seit den 1920er Jahren. Als Edward Fath an der Lick-Sternwarte durch das Telekop geschaut hat, war die Sache noch offen. Er wollte das Licht der Spiralnebel untersuchen und nach Emissions- und Absorptionslinien suchen. Darüber habe ich ja erst in Folge 449 gesprochen, zur Sicherheit aber noch einmal eine kurze Erinnerung: Man kann Licht in seine Bestandteile aufspalten, also schauen, wie viel Licht einer bestimmten Wellenlänge in der Mischung enthalten ist. Macht man das, kann man in diesem "Lichtspektrum" unter Umständen helle und dunkle Linien sehen. Die dunklen Linien sind Absorptionslinien und sie entstehen, wenn zum Beispiel das Licht eines Sterns beim Durchgang durch seine äußeren Atmosphärenschichten ein wenig blockiert wird. Unterschiedliche chemische Elemente blockieren unterschiedliche Wellenlängen und genau dort sieht man dann im Spektrum dunkle Linien. Helle Linien, also die Emissionslinien, kriegt man, wenn zum Beispiel interstellare Gaswolken durch Strahlung von außen zum Leuchten angeregt werden. Auch hier sendet jedes Element sein eigenes Muster an Linien aus. Fath wollte also wissen: Entspricht das Licht der Spiralnebel eher dem Licht, das ein Haufen Sterne aussenden würde; also mit einem Spektrum das vor allem dunkle Linien enthält. Oder ähnelt es mehr dem Licht, das man von einer großen Gaswolke kriegt, die Emissionslinien aussendet. Die meisten Spiralnebel, die er beobachtete, haben tatsächlich Linien gezeigt, die mehr zu einer großen Ansammlung von Sternen passen. Ein Nebel aber, der heute die Bezeichnung NGC 1068 trägt, zeigte zusätzlich auch helle Emissionslinien - und wir kommen später noch darauf zurück. Fath jedenfalls konnte die Frage nach der Natur der Nebel nicht abschließend klären, das gelang erst Edwin Hubble, der 1923 den Abstand zum Andromedanebel bestimmte und dabei nachwies, das es sich um eine "Andromedagalaxie" handeln muss. Im Zuge der Forschung die dafür nötig war, mussten auch Edwin Hubble und seine Kollegen, jede Menge Lichtspektren von Galaxien (und ich sage ab jetzt immer Galaxien, auch wenn ich von einer Zeit rede, in der man noch "Nebel" dazu gesagt hat) beobachten. Und fanden dabei immer wieder Emissionslinien. Der erste, der diese hellen Linien systematisch untersucht hat, war der amerikanische Astronom Carl Seyfert. Er hat 1943 eine Arbeit über die Beobachtung von sechs Galaxien veröffentlicht. Alle zeigten eine Lichtspektrum, das von Sternen zu stammen schien, dem aber jede Menge helle Linien überlagert waren. Seine Messungen waren genau gunug, um nachzuweisen, dass sich die von ihm beobachteten Emissionslinien von denen unterscheiden, die man in normalen Gaswolken sehen würde. Die Position der Linien im Lichtspektrum kann einem sagen, aus welchem Material das Zeug besteht, dass die Linien verursacht. Man kann aber auch die Breite der Linien messen und erhält daraus Informationen über die Bewegung dieses Materials. Das ist im Detail recht kompliziert, wird aber unter anderem durch rotierendes Zeug verursacht. Bei einer rotierenden Scheibe aus Gas etwa, kommt aus unserer Sicht immer ein Teil des Gases auf uns zu, während sich einer anderer von uns weg bewegt. Diese Bewegung verschiebt die Spektrallinien ein wenig; einmal in die eine Richtung und einmal in die andere. Die Effekte überlagen sich und wir beobachten eine Linie, die ein wenig breiter ist als sie sein sollte. Linienverbreiterungen können aber auch entstehen, wenn die Gasteilchen sich sehr schnell bewegen, weil sie sehr heiß sind, also viel Energie abbekommen haben; zum Beispiel durch Kollisionen mit anderen Gasteilchen oder durch Strahlung heißer Sterne in der Umgebung. Jedenfalls: Seyfert konnte nachweisen, dass die Linien in den Galaxien die er beobachtet hat, anders aussehen als die Linien, die man von den Gaswolken in unserer Milchstraße kennt. Das waren sehr interessante Ergebnisse, die damals aber als nicht interessant genug angesehen wurden, um sich wirklich intensiv mit dem Phänomen zu beschäftigen. Das fing erst nach dem zweiten Weltkrieg an, in den 1950er Jahren und dank einer ganz neuen Disziplin. Über die Geschichte der Radioastronomie habe ich ja schon in Folge 223 gesprochen - ab 1945 begann man diese neue Technik auch in der Astronomie einzusetzen. Man stellte fest, dass auch Sterne langwelliges Licht in Form von Radiostrahlung abgeben. Und fand ein paar extrem starke Radioquellen am Himmel. Zuerst waren diese Objekte nur im Radiolicht sichtbar; aber schon kurze Zeit später war man auch in der Lage, mit normalen Teleskopen die Objekte zu identifizieren, aus denen diese starke Radiostrahlung kam. Es waren Galaxien und das war überraschend. Denn die - wie man da ja schon wusste - waren enorm weit weg. Und trotzdem so enorm hell im Radiolicht. Was auch immer dort diese starke Strahlung produziert musste wahnsinnig viel davon produzieren. Man wusste nicht wirklich, was die Ursache dafür sein konnte. Extrem heißer Staub, lautete ein Vorschlag - aber so heißen Staub kann es eigentlich nicht geben und das würde auch nicht so wirklich zu den Beobachtungen passen. Oder die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern der Galaxien und schnellen, elektrisch geladenen Teilchen, die von Sternen in der Umgebung ins All geschleudert werden. Das wäre prinzipiell möglich und hätte auch halbwegs gepasst. Und wurde deswegen eine Zeit lang als Erklärung für die Existenz dieser extragalaktischen Radioquellen akzeptiert. Dann kam die Entdeckung der Quasare. Darüber habe ich in Folge 52 schon ausführlich gesprochen. In den 1960er Jahren began man an der Sternwarte der Universität von Cambridge mit einer umfassenden Katalogisierung der Radioquellen am Himmel. Gleichzeitig suchte man mit normalen Teleskopen nach den Gegenstücken im für unsere Augen sichtbaren Licht. Man fand jede Menge neue Radiostrahler, die aber gar nicht wie Nebel oder Galaxien aussahen. Sondern sich im normalen Licht einfach nur als Lichtpunkte zeigten. Deswegen hat man sie "Quasi Stellare Radioquellen" genannt oder kurz "Quasare". Eines dieser Objekte hat eine besondere Rolle in dieser Geschichte gespielt: 3C 273. Das "3C" steht für den "Dritten Cambridge Katalog der Radioquellen" und es geht um das 273te Objekt in diesem Katalog. Bis zu seiner Untersuchung wusste man nicht so recht, was die Quasare sind; man hielt sie für seltsame veränderliche Sterne, auch wenn das nicht so wirklich zu den Daten passte. 1963 konnten die Astronomen Maarten Schmidt und Bev Oke dann aber die Distanz zu 3C 273 messen. Das Ding war ein paar Milliarden Lichtjahre weit weg und damit definitiv kein Stern, egal wie seltsam. Es musste sich um eine Galaxie handeln, die so weit weg ist, dass wir nicht mehr als einen schwach leuchtenden Punkt sehen. Aus der aber aus irgendeinem Grund enorm viel Energie kommt. Immer mehr Quasare konnten als extragalaktische Objekte identifiziert werden. Und langsam fingen die Puzzleteile an, sich zu verbinden. Schon 1958 dachte der armenischen Astronom Victor Ambartsumian bei einer Konferenz darüber nach, dass in den Zentralregionen ferner Galaxien gigantische Explosionen stattfinden könnten. In den galaktischen Zentren müssten sich irgendwelche Himmelsobjekte mit gigantischer Masse befinden, die dafür verantwortlich sind. Welcher Natur diese Dinger sein könnten, konnte er auch nicht sagen. Sicherlich keine Sterne. Aber seine Idee der "aktiven Galaxienzentren" war im Gespräch und verbreitete sich immer weiter. Es kristallisierte sich langsam ein Bild heraus: In den Zentren mancher Galaxien passieren außergewöhnliche Dinge. Dort wird enorm viel Energie frei. Einerseits in Form von Radiowellen, weswegen wir am Himmel jede Menge Quasare sehen können. Andererseits aber auch hochenergetische Strahlung, die Gas und anderes Zeug zum Leuchten anregt und so die hellen Emissionslinien im Spektrum erzeugt. Weitere Beobachtungen zeigten, dass es wirklich nur die Zentralregion einer Galaxie sein konnte, die da so leuchtet und wohl auch nur ein kleiner Teil davon. Das hat man aus den Helligkeitsänderungen geschlossen: Wie schnell sich die Helligkeit eines Objekts ändern kann, hängt unter anderem von seiner Ausdehnung ab. Bei einem großen Objekt mitteln sich die Helligkeitsschwankungen über seine Oberfläche zum Teil raus; je kleiner es dagegen ist, desto schneller kann es gehen. Vielleicht hilft auch dieser etwas hinkende Vergleich: Wenn ich meine Hand vor eine Taschenlampe halte, ist das Licht sofort nicht mehr zu sehen und es ist sofort wieder zu sehen, wenn ich sie wieder wegnehme. Will ich dagegen eine hell leuchtende Videowand verdunkeln, dann dauert es ein bisschen, bis ich irgendeine Barrikade weit genug davor geschoben habe, so dass das Licht blockiert ist. Auf jeden Fall wusste man im Laufe der 1960er Jahre: Irgendwas in den Zentren mancher Galaxien setzt enorm viel Energie frei. Es gab viele Hypothesen: Vielleicht eine Art Kettenreaktion von Supernova-Explosionen? Wenn die Sterne dort enorm dicht beieinander stehen und einer davon am Ende seines Lebens explodiert, könnte die Schockwelle die anderen Sterne ebenfalls zur Explosion bringen. Oder vielleicht sitzt da eine Art von "Mega-Stern", der ein paar Millionen mal mehr Masse hat als ein normaler Stern und entsprechend hell leuchtet? 1964 hatten der in Österreich geborene und vor den Nazis nach Amerika geflüchtete Astronom Edwin Salpeter und der sowjetische Physiker Jakow Seldowitsch die gleiche Idee: Was, wenn im Zentrum dieser Galaxien ein enorm massereiches schwarzes Loch sitzt? Und Material sich - angetrieben durch seine Gravitationskraft - enorm schnell um das schwarze Loch dreht? Es würde aufgeheizt werden und dabei jede Menge Strahlung abgeben. Die Idee wurde aber eher ignoriert; erst als der britische Astronom Donald Lynden-Bell sich die Sache 1969 nochmal genauer ansah, wurde sie populär. Er behauptete, dass supermassereiche schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien häufig sein sollten und zeigte, dass sich dadurch all die Phänomene erklären lassen, die man in den letzten Jahrzehnten dort beobachtet hatte. Womit wir jetzt fast schon bei der Gegenwart angekommen sind. Den letzten Rest der Forschungsgeschichte überspringen wir am besten und schauen auf das, was wir heute über die aktiven Galaxienkerne wissen. Beziehungsweise über die AGNs, die "active galactic nuclei", wie der Fachbegriff heißt. Der typische Fall eines AGN sieht so aus: Im Zentrum einer großen Galaxien befindet sich ein schwarzes Loch mit einer Masse von etwa 100 Millionen Sonnenmassen. Das ist, wie gesagt, ein durchschnittlicher Fall. Es können auch "nur" ein paar Millionen Sonnenmassen sein, oder auch ein paar Milliarden. So ein schwarzes Loch hat einen Ereignishorizont von etwa 300 Millionen Kilometern; das entspricht dem doppelten Abstand zwischen Erde und Sonne. Damit aus dem schwarzen Loch aber auch ein aktiver Galaxienkern wird, braucht es ausreichend viel Material. Gas und Staub vor allem, und das ganze Zeug muss in die Nähe des schwarzen Lochs gelangen. Dort kann es dann eine schnell rotierende Scheibe um den Ereignishorizont bilden. Dabei wird es aufgeheizt und setzt Strahlung frei; das verursacht die Emissionslinien, die Fath das erste Mal in der Galaxie NGC 1608 beobachtet hatte und weil die Scheibe schnell rotiert, sind die Linien verbreitert, wie Seyfert es in seinen Daten gesehen hatte. Es verursacht auch die Radiostrahlung, die man bei den Quasaren sehen konnte. Das Modell erklärt auch, wieso wir Quasare und aktive Galaxienkerne nur in so großer Entfernung sehen. Wir blicken bei diesen Distanzen ja in die Vergangenheit; wir sehen Galaxien so, wie so vor Milliarden Jahren waren, als das Universum noch jung war. Damals war in den Galaxien noch jede Menge Gas und Staub vorhanden; damals waren die Voraussetzungen vorhanden, damit die schwarzen Löcher in den Galaxienkernen aktiv werden konnten. In alten Galaxien, wie unserer Milchstraße, ist das anders. Hier ist das Material schon weitestgehend verbraucht. Es sind Sterne daraus entstanden beziehungsweise hat es die Aktivität des schwarzen Lochs aus der Galaxien hinaus geschleudert. Auch im Zentrum der Milchstraße sitzt natürlich ein schwarzes Loch. Aber es ist nicht mehr aktiv, zumindest nicht sehr. Wir beobachten schon auch Strahlung aus dem galaktischen Zentrum, aber in viel geringerem Ausmaß als bei den fernen Galaxien aus der Vergangenheit. Mittlerweile sind Existenz und Natur der aktiven Galaxienkerne immer wieder erforscht und bestätigt worden. Wir wissen, dass sie eine zentrale Rolle spielen, wenn wir das Universum verstehen wollen. Die aktiven Galaxienkerne haben einen großen Einfluss auf den Rest der Galaxie; sie können die Entstehung neuer Sterne auslösen oder verhindern. Durch die Beobachtung der aktiven Galaxienkerne können wir die grundlegende Struktur des Universums erforschen; die Verteilung und Entwicklung der Materie oder die Gültigkeit von Quantenmechanik und Relativitätstheorie prüfen. Aber so interessant all das auch ist - es ist ein Thema für eine andere Folge der Sternengeschichten.

Wo leuchtet das erste Licht? Sternengeschichten Folge 454: Die ersten Sterne des Universums Eigentlich hat die Astronomie kein großes Problem damit, Sterne zu finden. Das Universum ist voll damit, egal wohin man den Blick richtet - man wird Sterne sehen. Sehr oft stören sie sogar, weil ihr Licht das überstrahlt, was man eigentlich sehen will. Im Allgemeinen will man ja einen ganz bestimmten Stern beobachten; eine ganz bestimmte Galaxie oder Planet. Und wenn dann überall Sterne rumleuchten, kann das nervig sein. Eine ganz bestimmte Art von Stern hat sich den Teleskopen der astronomischen Forschung aber noch nicht gezeigt. Es geht um die allerersten Sterne des Universums. Sterne existieren nicht ewig. Sie entstehen irgendwann und irgendwann verschwinden sie auch wieder. Unsere Sonne ist vor 4,6 Milliarden Jahre entstanden. Sie war also definitiv nicht der erste Stern im Universum, denn das ist schon 13,8 Milliarden Jahre alt. Es gibt aber natürlich auch ältere Sterne. Und irgendwann muss es die allerersten Sterne gegeben haben. In der Astronomie teilt man die Stern in "Populationen" ein. Unsere Sonne gehört zur Population I; das sind Sterne, die - so wie sie - vor ein paar Milliarden Jahren entstanden sind und zur Zeit gerade quasi in der Blüte ihres Lebens stehen. Sterne, die schon circa 10 Milliarden hinter sich haben und damit deutlich vor der Sonne entstanden sind, gehören zur Population II. Es gibt sie noch im Universum, wir haben schon jede Menge davon beobachtet. Man findet sie meistens in den Außenbereichen von Galaxien. Aber trotz ihres hohen Alters waren auch sie nicht die ersten Sterne. Das wissen wir aufgrund ihrer Metallizität. Davon habe ich in Folge 337 der Sternengeschichten mehr erzählt. Als "Metall" gilt in der Astronomie alles, was kein Wasserstoff und kein Helium ist. Wir wissen natürlich schon, dass das chemisch nicht korrekt ist. Aber es macht Sinn, den ganzen Rest der chemischen Elemente zusammenzufassen, selbst wenn die - aus historischen Gründen immer noch verwendete - Bezeichnung "Metalle" nicht ganz richtig ist. Denn nach dem Urknall gab es im Universum nur Wasserstoff und Helium. Sehr viel mehr Wasserstoff als Helium und sonst nichts. Aus den Elementarteilchen der beim Urknall entstandenen Materie haben sich nur diese beiden einfachsten Atome gebildet. Für mehr hat die Zeit nicht gereicht; es haben nur ein paar Minuten lang die Bedingungen geherrscht, unter denen sich Atomkerne bilden konnten. Mehr als Wasserstoff und Helium war da nicht drin. Ok, es sind noch vereinzelt Atome von Lithium und Beryllium entstanden, das dritt- und vierteinfachste Element. Aber in wirklich verschwindend geringen Mengen und für alle anderen Atomkernen muss man so viele Kernbausteine zusammenbasteln, dass das in den paar Minuten nach dem Urknall nicht geklappt hat. Sterne wie die Sonne bestehen zwar - wie alle Sterne - so gut wie komplett aus Wasserstoff und Helium. Aber schon bei ihrer Entstehung hat sie ein paar Metalle gehabt. Die waren in der großen Gaswolke vorhanden, aus der sie sich gebildet hat. Und wo kommen die her? Von anderen Sternen, die diese Elemente im Laufe ihres Lebens durch Kernfusion in ihrem Inneren erzeugt und dann an ihrem Lebensende bei großen Explosionen durch den Kosmos geschleudert haben. Auch die älteren Sterne der Population II enthalten Metalle. Weniger als die der Population I, aber immer noch so viele, dass wir daraus schließen können, dass sie ebenfalls nicht von Anfang an da gewesen sein können. Auch sie müssen ihre Metalle von anderen Sternen bekommen haben, die vor ihnen existiert haben. Genau darum geht es: Um Sterne, die KEINE Metalle enthalten. Um Sterne, die nur aus Wasserstoff und Helium bestehen. Sterne der Population III: Die ersten Sterne im Universum. Es muss sie gegeben haben. Denn irgendwo müssen die ganzen chemischen Elemente, die weder Wasserstoff noch Helium sind, ja hergekommen sein. Das kann nur durch die Kernfusion im Inneren von Sternen passiert sein. Und wenn nach dem Urknall nur Wasserstoff und Helium vorhanden waren, dann müssen logischerweise die allerersten Sterne ausschließlich aus Wasserstoff und Helium bestanden haben. In ihrem Inneren haben sie die ersten NEUEN chemischen Elemente produziert und den Kosmos nach ihrem Tod damit angereichert. Wir haben keinen Zweifel an der Existenz von Sternen der Population III. Aber es ist enorm schwierig, sie zu finden. Wir gehen davon aus, dass diese allerersten Sterne enorm gewaltig waren. Je komplexer ein Atom ist, desto leichter kann es Energie loswerden. Ich erspare mir die ganzen Details der Quantenmechanik: Aber es läuft darauf hinaus, dass ein Atom nur dann Energie abstrahlen kann, wenn eines der Elektronen aus seiner Hülle seine Position ein wenig verändert. Komplexere Atome haben mehr Elektronen und mehr Möglichkeiten für solche Übergänge. Wasserstoff besteht aber nur aus einem Kernbaustein und einem Elektron drum herum. Bei Helium sind es zwei Elektronen. Das ganze Wasserstoff-Helium-Gemisch das nach dem Urknall vorhanden war, war also einerseits schon mal warm, weil es so kurz nach dem Urknall generell wärmer war als heute. Und andererseits konnte es diese Wärme nicht so gut loswerden, wie das eine interstellare Gaswolke heute tun kann, in einem kälteren Universum und durchsetzt mit allen möglichen schweren Elementen, die Wärme gut abstrahlen können. Die Temperatur einer solchen Wolke bestimmt aber, wann und wie sie unter ihrer eigenen Gravitation kollabieren kann. Was sie tun muss, damit aus einer diffusen Wolke ein echter Stern wird. Je heißer sie ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen. Und je schneller die sich bewegen, desto länger können sie dadurch der Gravitationskraft, die die Wolke zusammenfallen lassen will, etwas entgegensetzen. Oder anders gesagt: In einer wärmeren Wollke braucht es sehr viel mehr Masse und damit eine stärkere Gravitationskraft, wenn man einen Stern kriegen will. Heute liegt die theoretische Obergrenze für die Masse eines Sterns bei ungefähr dem 150fachen der Sonnenmasse. Das ist keine fixe Grenze; wir wissen nicht ganz genau, wie schwer ein Stern heute wirklich werden kann. Es gibt auch heute noch Bedingungen, unter denen ein Stern vielleicht mehr Masse haben kann. Aber damals, als das Universum daran ging, das erste Mal Sterne entstehen zu lassen, muss die Grenze bei ein paar hundert Sonnenmassen gelegen haben; vielleicht sogar dem 1000fachen der Sonnenmasse. Jetzt könnte man meinen, dass das die Suche einfacher macht. Ein massereicher Stern sollte ja einfacher zu finden sein als ein winziger Zwergstern, oder? Im Prinzip schon. Aber je mehr Masse ein Stern hat, desto heißer ist es in seinem Inneren. Und desto schneller läuft dort die Kernfusion ab. Ein massereicher Stern hat seinen Brennstoff also deutlich früher aufgebraucht als ein kleiner Stern, der quasi auf Sparflamme brennt. Unsere kleine Sonne hat eine Lebensdauer von 10 bis 12 Milliarden Jahren. Ein gewaltiger Stern der Population III wäre nach 2 bis 5 Millionen Jahren schon durch. Das heißt, das mit Sicherheit keiner dieser gewaltigen Sterne vom Anfang des Universums bis heute überlebt hat. Jetzt wiederum könnte man auf die Idee kommen, dass die Suche nach ihnen dadurch komplett aussichtslos wäre. Wie sollen wir etwas finden, was seit mehr als 13 Milliarden Jahren nicht mehr existiert? Aber da kommen die großen Entfernungen in der Astronomie ins Spiel. Wenn wir Licht beobachten, dass sehr, sehr lange zu uns unterwegs war, dann blicken wir zurück in die Vergangenheit. Eine Galaxie, deren Licht 13 Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat, erscheint uns so, wie sie vor 13 Milliarden Jahren ausgesehen hat, als das Universum selbst quasi noch ein Kind war. Wir sind in der Lage, so weit zurück zu schauen. Unsere Teleskope können solche alten - oder jungen, je nachdem wie man es betrachtet - Galaxien sehen. Ihr Licht haben sie nur ein paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall hinaus in den Kosmos gestrahlt. Der aber dehnt sich ja aus. Während das Licht unterwegs war, ist der Raum den es durchquert, immer mehr geworden. Deswegen ist ein Teil dieses Lichts heute eben immer noch unterwegs und wir haben eine Chance, es zu detektieren. Die Suche nach dem Licht der allerersten Sterne ist also durchaus schwierig, aber nicht chancenlos. Wir haben Sterne beobachtet, die enorm alt sind und enorm wenig Metalle enthalten. Aber eben noch keinen, der wirklich fast so alt wie das Universum selbst und frei von Metallen ist. Oder vielleicht doch: Im Jahr 2015 hat ein portugiesisch-niederländisches Team aus Lisabon und Leiden eine Galaxie entdeckt, deren Licht wirklich lange unterwegs war. 12,9 Milliarden Jahre - wir sehen sie also sie, wie sie ausgesehen hat, als das Universum selbst nur knapp 800 bis 900 Millionen Jahre alt war. Wie man sich denken kann, leuchtet eine so weit von uns entfernte Galaxie nur schwach. Diese hier war aber sehr viel heller, als man es erwartet hätte. Jetzt ist es an sich nicht ungewöhnlich, das weit entfernte Galaxien aus der Frühzeit des Universums viel Strahlung abgeben. Das liegt an den aktiven Galaxienkernen, also den Zentren ferner Galaxien, in denen Materie um ein gigantisches schwarzes Loch kreist und dabei Unmengen an Energie abgibt. In aktiven Galaxien sieht man aber vor allem Röntgen- und Radiostrahlung und die konnte man hier nicht sehen. Stattdessen war da nur helles Licht, wie man es von Sternen erwartet. Und eine genaue Analyse zeigte: In der hellen Regionen gibt es nur Anzeichen von Wasserstoff. Und Helium. Und sonst nichts. Die Galaxie - den Namen CR7 trägt, was einerseits für die Katalognummer 7 des Beobachtungsprojekts "Cosmic Redshift" steht, andereseits aber, leider, auch für den Spitznamen des portugiesischen Fußballers Christian Ronaldo und seine Rückennummer 7 - diese Galaxie also zeigte ganz klar die Spuren des Lichts von Sternen der Population III. Aber nicht alle waren mit der Interpretation der Daten einverstanden - zwei Jahre später veröffentlichte ein britisches Forschungsteam ihre eigenen Beobachtungen von CR7 und zeigten, dass sie einerseits die früheren Daten nicht reproduzieren konnten und andererseits die restlichen Beobachtungen durchaus mit einer normalen aktiven Galaxie vereinbar sind, in der zwar alte Sterne existieren, aber keine Sterne der Population III. Es ist eben schwer, so weit entfernte Objekte mit der nötigen Genauigkeit zu beobachten, um eindeutige Aussagen machen zu können. Klarheit werden erst neue Beobachtungen bringen, die mit besseren Instrumenten durchgeführt werden. Vielleicht lohnt es sich aber doch, auch in unserer Nähe nach den ersten Sternen zu suchen. Ein indisches Forschungsteam hat 2017 eine Arbeit veröffentlicht, in der sie argumentiert, dass nicht alle der ersten Sterne solche Massemonster gewesen sein müssen. Ihre Simulationen zeigen, dass bei manchen der Entstehungsprozess quasi unterbrochen werden kann, so dass sie am Ende nur eine Masse haben, die sogar noch kleiner als die der Sonne ist. Damit würde sich ihre Lebensdauer dramatisch erhöhen; sie könnten dann tatsächlich auch heute noch im Universum existieren. Unklar ist allerdings, wo man am besten nach ihnen suchen sollte. Manche meinen, dass sie überall zwischen den normalen, jüngeren Sternen verteilt sind. Manche sagen voraus, dass man sie eher im Zentrum der Milchstraße finden kann; andere dagegen, dass man viel mehr in den Außenbereichen der Galaxie suchen muss. Kurz: Wenn es sie überhaupt gibt, dann können sie nach dem was wir jetzt wissen, überall sein. Womit wir wieder beim Problem vom Anfang wären: Es gibt einfach verdammt viele Sterne. Irgendwo müssen auch die allerersten Sterne sein. Entweder hier in unserer Umgebung, in unserer eigenen Milchstraße. Oder vielleicht weit entfernt in Raum UND Zeit, so dass sie uns nur der astronomische Blick in die Vergangenheit zeigen kann. Fest steht nur: Es muss sie geben. Und wenn wir in der Astronomie wissen, dass es eine bestimmte Art von Himmelskörper geben MUSS, dann geben wir keine Ruhe, bis wir die Dinger auch gefunden haben!

Alles ist elektrisch Sternengeschichten Folge 453: Das elektrische Universum und das mächtige Gefühl des Staunens In den Sternengeschichten habe ich auch immer viel von der historischen Entwicklung der Astronomie erzählt. Weil es spannend ist, weil es interessant ist zu wissen, wer wann was herausgefunden hat und vor allem wie. Dadurch lernt man nämlich auch, welche Fehler wir auf dem Weg zur Erkenntnis gemacht haben. Und wir haben jede Menge davon gemacht! Es ist ein Vorurteil zu denken, die Wissenschaft würde behaupten, alles letztgültig verstanden zu haben. Ganz im Gegenteil; wenn es so wäre, dann bräuchte es ja keine Wissenschaft mehr. Allen Forscherinnen und Forschern ist mehr als deutlich bewusst, wie viel wir noch nicht wissen. Daraus folgt aber auch nicht, dass alles, was wir jetzt wissen, Gefahr läuft, irgendwann falsch zu sein. Isaac Newton und Albert Einstein sind ein gutes Beispiel dafür. Newton hat im 17. Jahrhundert ein Modell aufgestellt, mit dem er unter anderem beschreiben konnte, wie sich die Himmelskörper bewegen. Albert Einstein hat im frühen 20. Jahrhundert das gleiche getan. Newtons Gravitationstheorie war höchst erfolgreich; sie war quasi die Grundlage auf der die moderne Naturwissenschaft erst aufgebaut werden konnte. Mit Newtons Theorie konnte man die Bewegung der Himmelskörper sehr viel genauer vorhersagen als heute. Man konnte damit erklären, wie Ebbe und Flut funktionieren, warum die Erde so aussieht, wie sie aussieht, und so weiter. Newtons Beschreibung der Natur war super. Aber war sie auch "richtig"? Manche Dinge ließen sich damit nur schlecht beschreiben. Die Bewegung des Planeten Merkur, zum Beispiel. Newton konnte außerdem nicht erklären, WARUM die Gravitation eigentlich zwischen den Himmelskörpern wirkt, er konnte nur mathematisch beschreiben, wie sie es tut. Albert Einsteins Theorie der Gravitation - die allgemeine Relativitätstheorie - konnte dagegen sehr gut erklären, wie Merkur sich bewegt, wie ich in Folge 222 ausführlich erzählt habe. Sie hat die Gravitation als Auswirkung der Krümmung von Raum und Zeit beschrieben. Einsteins Theorie konnte all das, was Newtons Theorie konnte, nur deutlich besser und sie konnte darüber hinaus auch völlig neue Phänomene vorhersagen und erklären, die komplett außerhalb von Newtons Reichweite liegen. Ist Einsteins Theorie also richtig und Newtons Theorie falsch? Das kann man so sagen, aber man sollte es eigentlich nicht. Die absoluten Kategorien "richtig" und "falsch" lassen sich hier nicht anwenden. Newtons Gravitationstheorie beschreibt das Universum schlechter als das von Einstein. Aber in vielen Fällen immer noch ausreichend genau. Wenn es zum Beispiel darum geht, die Bewegung von Planeten zu berechnen, weil man eine Raumsonde zum Mars schicken will, dann kommt man mit Newtons Theorie immer noch wunderbar aus. Wenn ich berechnen will, wie ein Flugzeug fliegt; wie schnell ein Ball zu Boden fällt oder wie stark die Stützpfeiler einer Brücke sein müssen: Dann rechnen wir das heute immer noch mit Newtons Theorie aus und nicht mit der von Albert Einstein. Wir tun das, obwohl wir wissen, dass Einsteins Theorie besser ist. Aber wir wissen auch, dass die Unterschiede zwischen den beiden Modellen in sehr, sehr vielen Fällen nur minimal sind und keine Rolle spielen. Statt uns auf "richtig" und "falsch" zu konzentrieren, sollten wir lieber von Erweiterungen sprechen. Albert Einstein hat Newtons Theorie nicht widerlegt oder ersetzt. Sondern erweitert. Oder anders gesagt: Die Gravitationstheorie von Newton war eine Annäherung an die genauere Beschreibung, die Albert Einstein gefunden hat. Die allgemeine Relativitätstheorie wird erst dann relevant, wenn sehr starke Gravitationskräfte im Spiel sind oder Geschwindigkeiten, die nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegen. Dort wo das nicht der Fall ist, liefern beide Theorien quasi identische Ergebnisse. Das ist es, was Wissenschaft eigentlich Tag für Tag versucht: Eine immer genauere und bessere Beschreibung der Realität zu finden. Die dabei aber immer das bestehende Wissen inkludieren muss. Denn das basiert ja auf realen Beobachtungen. Newton hat seine Theorie aufgestellt, um die tatsächlich am Himmel zu sehende Bewegung der Himmelskörper mathematisch zu beschreiben. Eine Erweiterung von Newtons Theorie kann da nicht einfach komplett andere Ergebnisse liefern, sie muss die Realität ebenso genau beschreiben und dann noch besser sein. Die Geschichte der Wissenschaft ist voll mit "falschen" Theorien wie Newtons Gravitation. Nur dass die eben nicht wirklich "falsch" sind, sondern meistens eben einfach nur dem bestmöglichen Stand der damaligen Erkenntnis entsprochen haben. Und modifiziert beziehungsweise erweitert worden sind, als man bessere Erkenntnisse, neue und genauere Daten oder unerwartete Entdeckungen gemacht hat. Eine veraltete Theorie ist nicht zwingend falsch und war im Allgemeinen echte Wissenschaft, als sie noch nicht veraltet war. Aber natürlich gibt es Ausnahmen. Im Laufe der Geschichte sind auch immer wieder Theorien aufgetaucht, die alles Bestehende komplett in Frage gestellt und ein völlig neues Bild des Universums präsentiert haben. Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie war so ein Fall; also jetzt nicht die Sache mit der Gravitation, sondern das mit "Nichts kann schneller als Licht sein" und "Bewegte Uhren gehen langsamer", und so weiter. Das war tatsächlich ein radikaler Wandel; bis dahin dachte man, dass Raum und Zeit getrennt voneinander existieren und absolut sind, also quasi einfach nur eine Bühne, auf der alles andere stattfindet. Einstein hat behauptet, dass beide Phänomene zusammenhängen und diese "Raumzeit" tatsächlich auch "etwas" ist. Er hat gezeigt, dass die Zeit unterschiedlich schnell vergeht, je nachdem wie schnell man sich bewegt. Und so weiter. Das waren dramatische Behauptungen. Aber Einstein konnte Vorhersagen machen, die immer und immer wieder bestätigt wurden. Und er konnte zeigen, dass seine Theorie auch all das was vorher da gewesen war, umfasst und erklären kann. Die Entwicklung der Quantenmechanik war ein ähnlich radikaler Wandel des Weltbildes. Aber nicht immer, wenn jemand behauptet, das Universum sei radikal anders als man bisher geglaubt hat, hat man es auch mit echter Wissenschaft zu tun. Womit wir jetzt endlich beim "elektrischen Universum" aus dem Titel der Folge sind. Damit wird keine in sich konsistene Theorie zur Beschreibung des Kosmos bezeichnet. Es handelt sich eher um eine von verschiedensten Leuten zusammengetragene und immer wieder unterschiedlich interpretierte Sammlung an Gedanken, die alle auf einer Grundthese basieren: So gut wie alle Phänomene im Universum werden durch elektrische Kräfte verursacht. Das steht im Widerspruch zu den derzeitigen Erkenntnissen von Astronomie und Physik. Hier ist die Gravitationskraft die Kraft, die das Universum auf großen Skalen dominiert. Die Bewegung der Planeten um die Sonne; die Entstehung von Sternen, die Eigenschaften von Galaxien, die Bildung von Planeten: Und so weiter - all das können wir nur verstehen, wenn wir die Gravitation berücksichtigen. Im Kontext des "elektrischen Universum" wird das aber als falsch angesehen; hier verlässt man sich auf die Elektrizität. Der Urspung dieser Hypothese lässt sich nicht eindeutig zurück verfolgen. Im Jahr 1883 hat ein anonymer englischer Autor, der sich selbst "Torpedo" genannt hat, ein Heftchen mit dem Titel "Das elektrische Universum: Leuchtende Gedanken zur Überlegung und Fakten aus vielen Quellen" veröffentlicht. Darin erklärt er, dass die Dinge nicht so sind, wie man sie uns glauben machen will. Und in Wahrheit alles ganz anders ist. Die Astronomie wisse zum Beispiel gar nicht, wie Licht und Wärme von der Sonne funktionieren würden. Warum etwa ist es in England im Dezember und Januar so viel kälter als im Juni, wo doch die Erde auf ihrer elliptischen Bahn näher an der Sonne sei als im Sommer? Mit der Neigung der Erdachse hätte das nichts zu tun, so Torpedo, das könne auch gar nicht sein. Denn Licht sei zwar Licht, aber er könne sich nicht vorstellen, dass auch Wärme so funktioniert wie ein Lichtstrahl. Wenn die Sonne ein heißes Objekt sei, dann müsse es wärmer sein, wenn wir näher dran sind und Ende. Und weil es im englischen Winter kalt ist, könne die Sonne nicht heiß sein. Die Wärme die wir auf der Erde spüren, käme stattdessen durch elektrische Effekte in unserer Atmosphäre zustande. 1883 ist schon ein bisschen her. Aber auch damals hätte jemand wie Torpedo eigentlich schon wissen können, dass diese Argumentation Unsinn ist. Ja, es stimmt: Die Erde kommt auf ihrer Bahn der Sonne tatsächlich Anfang Januar am nächsten. Das hat aber nichts damit zu tun, dass es bei uns im Winter kalt ist. Was man - auch im 19. Jahrhundert - leicht dadurch feststellen kann, dass auf der südlichen Hälfte der Erde die Temperaturen im Januar alles andere als kalt sind. In Australien befindet man sich dann etwa mitten im Hochsommer. Die Jahreszeiten werden - wie man heute schon in der Schule lernt - tatsächlich durch die Neigung der Erdachse verursacht. Im Winter trifft das Sonnenlicht unter einem flacheren Winkel auf die Erde und die Sonne steht auch kürzer am Himmel und deswegen erreicht uns weniger Energie. Und dass Wärme tatsächlich nichts anderes als Licht ist, das wir mit unseren Augen nicht sehen können, kann man sich heute mit jeder Wärmebildkamera ansehen (oder auch jeder Handykamera, die einem zum Beispiel das ansonsten unsichtbare Infrarotlicht zeigt, das aus einer Fernbedienung kommt). Torpedo schreibt noch seitenweise weiter, bevor er dann dazu übergeht, die Leute um Geld zu bitten, um von ihm das Geheimnis des Perpetuum Mobiles zu kaufen und seltsame Gedanken über Religion äußert. Absurde Thesen über das Universum und Pseudowissenschaft findet man in der Geschichte in großer Menge; und über irgendein komisches Flugblatt aus dem 19. Jahrhundert müsste man eigentlich gar nicht diskutieren. Die Idee des "elektrischen Universums" existiert aber auch heute noch. Nicht in der Welt der echten Wissenschaft - aber abseits davon taucht es immer wieder auf. Es ist, wie gesagt, nicht möglich, einen allgemeinen Überblick darüber zu geben, was diese Hypothese umfasst. Es gibt keine einheitliche Theorie des elektrischen Universums, nur jede Menge überall verstreute Gedanken. Die aber nicht sonderlich tiefgehender sind als die von Torpedo im 19. Jahrhundert. Ein Beispiel: Auch die modernen Anhänger des elektrischen Universums sind der Meinung, die Sonne wäre kein heißer Ball aus Gas, in dem Kernfusion stattfindet und der deswegen Licht und Energie produziert. Stattdessen sei die Sonne eine "elektrische Entladung", die über einen entsprechenden "galaktischen Stromkreis" versorgt wird. Auch die Planeten sind nicht entstanden, als sich Material in einer Scheibe aus Gas und Staub durch Gravitationskraft zusammengeballt hat, sondern verdanken ihrer Existenz elektrischen Phänomenen. Jetzt seien sie zwar in elektrische Felder gehüllt, die die elektrischen Kräfte im Sonnensystem abschirmen, weswegen es so aussieht, als spiele nur die Gravitationskraft eine Rolle. Das aber könne sich jederzeit ändern… und elektrische Entladungen überall stattfinden. Die vielen Krater, die man auf diversen Himmelskörper sehen kann, seien ein Beleg dafür. Denn die Krater sind ja alle annähernd kreisförmig; wenn sie aber durch Kollisionen mit Asteroiden entstanden sind, müssten sie ja auch oval, langgestreckt und so weiter sein, je nachdem unter welchem Winkel das Objekt auftrifft. Stattdessen würden die Krater durch gigantische Blitzentladungen entstehen. Und so weiter. So gut wie alles, was die moderne Astronomie herausgefunden hat, wird von Anhängern des elektrischen Universums angezweifelt. Angefangen bei der Entstehung des Universums selbst bis hin zu den Zeitskalen (Die Erde sei vielleicht viel jünger als die Geologie behauptet). Nichts ist so, wie die Wissenschaft behauptet, alles ist ganz anders, nämlich elektrisch. Natürlich lässt sich jede dieser Behauptungen widerlegen. Am Ende landet man aber immer da, wo man auch schon bei Torpedo im 19. Jahrhundert war. Er hat damals argumentiert: Ich kann mir nicht vorstellen, wie die Jahreszeiten entstehen. Also kann es nicht so sein, wie die Wissenschaft behauptet. Und genau so läuft es heute immer noch: Ja, es klingt auf den ersten Blick seltsam, dass alle Krater annähernd rund sind, egal unter welchem Winkel die Asteroiden einschlagen. Aber wenn man WIRKLICH darüber nachdenkt, die entsprechenden Kräfte und freiwerdenden Energien berechnet (wobei man natürlich die Gravitation berücksichtigen muss), dann sieht man leicht, dass diese Energie so gewaltig ist, dass der Krater durch eine Explosion verursacht wird, die dann eben immer einen kreisförmigen Krater erzeugt - wie ich auch in der Folge 220 im Detail erklärt habe. Und ja, es ist auch schwer, sich die Quanteneffekte im Inneren der Sonne anschaulich vorzustellen. Das heißt aber nicht, dass sie nicht da sind und man kann deswegen nicht folgern - wie die Anhänger des elektrischen Universums es tun - dass dort keine Kernfusion möglich ist. Man darf sich nicht wundern, dass die Welt seltsam wirkt, wenn man sie an den Grenzen der eigenen Vorstellungskraft misst. Aus "Ich kann mir nicht vorstellen, wie das funktioniert" darf man eben gerade nicht folgern "Wenn ich mir nicht vorstellen kann, wie das funktioniert, dann KANN es auch nicht funktionieren". Isaac Newton konnte sich auch nicht vorstellen, WIE die Gravitationskraft zwischen den Planeten wirkt. Aber er wusste, wie er diese Wirkung mathematisch sehr genau beschreiben konnte. Und das hat ihm gereicht. Er hat seine Theorie deswegen nicht einfach verworfen. Und später kam dann ja eh Einstein und hat das erklärt, was Newton sich noch nicht vorstellen konnte. Es wäre leicht, sich über die Anhänger des elektrischen Universums lustig zu machen. Genau so leicht wäre es, diejenigen zu verspotten, die denken, die Erde wäre eine Scheibe (die gibt es ja leider auch). Aber das wäre weder zielführend, noch angemessen. Ja, das elektrische Universum ist durch nichts belegt. Es ist eben gerade KEINE Theorie, die alles das erklären kann was wir schon wissen und das besser als es bisher möglich war. Es kann die Realität nur schlechter beschreiben als die Theorien, die es ersetzen will; ganz viele Phänomene kann das elektrische Universum gar nicht erklären und am wichtigsten: Die allermeisten Aussagen sind durch reale Beobachtungen und bestehendes Wissen schlicht und einfach widerlegt. Trotzdem wäre es zu einfach, die Leute, die sich das alles ausgedacht haben, "dumm" zu nennen. Das elektrische Universum ist eine schlechte, konfuse, sehr oft falsche und in sich widersprüchliche Beschreibung des Kosmos. Aber sie zeigt auch den dringenden Wunsch, dieses Universum verstehen zu wollen! Genau hier trifft die Pseudowissenschaft auf die echte Wissenschaft. Beide sind davon getrieben, zu wissen, wie alles funktioniert! Ich als Astronom kann diesen Wunsch oder besser gesagt, diesen Drang absolut verstehen! Und ich kann auch verstehen, dass es oft wahnsinnig hart und kompliziert ist, sich das nötige Wissen und die nötigen Methoden anzueignen, die man braucht, wenn man diesem Drang auf eine wissenschaftlich brauchbare Art und Weise nachkommen will. Man muss Jahre an der Universität bringen; muss lernen, muss rechnen, und scheitert unterwegs immer wieder. Das bis zum Ende durchzuziehen ist schwer und nicht unbedingt deswegen, weil man einfach zu blöd dafür wäre. Man braucht auch Glück; man braucht aber vor allem die Möglichkeiten, sich all diese Jahre dem Studium widmen zu können. Das können nicht alle. Und deswegen ist es verständlich, wenn man dann von außen auf die Erkenntnisse der modernen Wissenschaft blickt und sich denkt: Das verstehe ich nicht. Das klingt seltsam. Das klingt nicht logisch. Das muss falsch sein. Und wenn man dann trotzdem verstehen will, wie die Welt funktioniert, dann sucht man sich eben einen eigenen Weg! Der dann aber leider oft in die Irre führt und bei so etwas wie dem elektrischen Universum oder der flachen Erde landet. Der Astronom Carl Sagan hat einmal gesagt: "Die Wissenschaft vermag ein mächtiges Gefühl des Staunens zu wecken. Aber das gelingt auch der Pseudowissenschaft. Spärliche und schlechte populärwissenschaftliche Darstellungen lassen ökologische Nischen frei, welche die Pseudowissenschaft prompt ausfüllt." Wir alle sind von diesem "mächtigen Gefühl des Staunes" angetrieben. Die Wissenschaft sollte den Menschen dabei helfen, es selbst erleben zu können und sich nicht über diejenigen lustig machen, die es dort befriedigen, wo es aus ihrer Sicht befriedigt wird. Wenn die Wissenschaft sich nicht darum kümmert, ihre Erkenntnisse so zu erklären, dass ALLE die das möchten daran teil haben können; wenn sie sich nicht darum kümmert, ihre Erkenntnisse auch verständlich für alle darzustellen - dann darf sie sich auch nicht wundern, wenn die Menschen sich abwenden. Wir treiben Wissenschaft, um das "mächtige Gefühl des Staunens" selbst erleben zu können. Mindestens ebenso wichtig wie die Forschung sollte es uns aber auch sein, dieses Gefühl an alle anderen Menschen zu vermitteln.

Der langsame Atem der Erde Sternengeschichten Folge 452: Die Keeling-Kurve Die Keeling-Kurve ist genau das, wonach sie klingt. Eine Kurve. Eine Linie in einem Diagramm, wie man sie in wissenschaftlichen Arbeit zuhauf finden kann. Die Keeling-Kurve aber ist außergewöhnlich. Es hat lange gedauert, sie zeichnen zu können. Lange wurde überhaupt bezweifelt, dass es möglich ist sie zu zeichnen oder dass das überhaupt notwendig ist. Und jetzt, wo wir sie sehen können, zeigt sie uns nicht nur, wie komplex der Rhythmus unseres Planeten ist, sondern auch wie empfindlich das Gleichgewicht ist, dass das Leben auf der Erde ermöglicht. Die Geschichte der Keeling-Kurve kann man im Jahr 1896 beginnen lassen. Da hat der schwedische Chemiker und Nobelpreisträger Svante Arrhenius zwar nicht als erster, aber als erster wissenschaftlich eindeutig und quantitativ beschrieben, dass Kohlendioxid in der Erdatmosphäre prinzipiell in der Lage ist, die globale Temperatur zu verändern. Arrhenius war auch der erste, der explizit darauf hingewiesen hat, dass die menschlichen Aktivitäten den CO2-Gehalt in der Atmosphäre erhöhen. Ende des 19. Jahrhunderts hat das natürlich noch in einem sehr geringen Ausmaß stattgefunden. Aber auch damals haben wir schon Kohle und Erdöl verbrannt und dadurch CO2 in die Atmosphäre entlassen, das zuvor für Millionen Jahre unter der Erde gespeichert war. Ausgehend vom damaligen Niveau des weltweiten CO2-Ausstoß hat Arrhenius berechnet, dass man eine Erhöhung der Temperatur durch den dadurch ausgelösten Treibhauseffekt erst in ein paar Jahrhunderten messen würde können. Das Messen war damals überhaupt ein Problem. Man war schlicht und einfach nicht in der Lage, zu messen, wie viel CO2 sich in der Atmosphäre befindet. Oder gar herauszufinden, ob die Menge ansteigt. Natürlich hat man es versucht. Aber die Ergebnisse waren komplett unterschiedlich. Mal hat man den einen Wert gemessen; mal einen anderen. Man ging aber sowieso davon aus, dass die CO2-Konzentration von Ort zu Ort unterschiedlich ist. Und dass alles, was wir an CO2 in die Atmosphäre entlassen, vom Wasser der Ozeane aufgenommen wird. Und wenn es keinen globalen, halbwegs einheitlichen Wert der CO2-Konzentration gibt, dann kann man den auch nicht messen. Es mochte zwar durchaus interessant sein zu wissen, wie viel CO2 an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit in der Atmosphäre existiert. Aber globale Messungen hielt man nicht für möglich. Ein erster Hinweis darauf, dass man die ganze Sache mit dem CO2 doch ein wenig genauer anschauen sollte, kam in den 1950er Jahren. Die Scripps Instituition of Oceanography ist ein Zentrum zur Erforschung der Meere. Es befindet sich in Kalifornien und wurde damals von Roger Revelle geleitet. Er wollte wissen, wie das mit der Aufnahme von CO2 durch die Ozeane genau ist. Wird wirklich das gesamte CO2 aufgenommen, das wir durch Verbrennung und andere Aktivitäten freisetzen? Und wenn es vom Meerwasser aufgenommen wird, wie durchmischt es sich dann? Die wichtigste Frage aber war: Wie findet man so was raus? Kohlendioxid besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Das Molekül hat kein Etikett, auf dem steht, dass es aus dem Auspuff eines Autos stammt, aus dem Schlund eines Vulkans oder sonst irgendeiner anderen Quelle. Wie soll man herausfinden, wo die Moleküle herkommen? Die Antwort lieferte Hans Eduard Suess. Der österreichische Physiker floh vor dem zweiten Weltkrieg ins Ausland und landeten schließlich an der Universität von Kalifornien, gleich in der Nähe der Scripps Institution. Damals interessierte er sich für die C-14-Methode. Denn wenn man das ganze auf atomarer Ebene betrachtet, haben die Teilchen oft doch ein Etikett. Kohlenstoffatome gibt es in unterschiedlichen Variationen. Jedes Atom hat in seinem Kern immer 6 Protonen, ansonsten wäre es kein Kohlenstoff. Die Anzahl der sich ebenfalls im Atomkern befindlichen Neutronen kann aber unterschiedlich sein. Der "normale" Kohlenstoff hat sechs davon, insgesamt sind im Kern also 12 Teilchen, weswegen er auch "C-12" genannt wird. Fast 99 Prozent des gesamten Kohlenstoffs sind C-12. Es gibt aber auch noch andere Varianten; es können auch 7 Neutronen im Kern sein. Dann kriegt man C-13, der knapp ein Prozent der Kohlenstoffmenge ausmacht. Eine winzige Menge aller Kohlenstoffatome ist C-14, hat also 8 Neutronen im Kern. Das ist fast schon ein bisschen viel; so viele Neutronen mag der Kern des Atoms nicht. Er zerfällt daher nach einer gewissen Zeit - was nichts anderes heißt, das C-14 radioaktiv ist. Die sogenannte Halbwertszeit liegt bei 5730 Jahren; hat man also eine bestimmte Menge an C-14 und wartet man 5730 Jahre, ist die Hälfte davon verschwunden. Wartet man noch einmal 5730 Jahren, ist die Hälfte dieser Hälfte weg. Und so weiter. Ich erkläre das deswegen so ausführlich, weil es für die Geschichte wichtig ist. Und damit ist nicht nur diese Sternengeschichte gemeint, sondern auch die Geschichte an sich. Denn 5730 Jahre sind keine lange Zeit, zumindest nicht wenn man das ganze physikalisch betrachtet. Die Erde etwa ist 4,5 Milliarden Jahre alt. Was auch immer an C-14 an ihrer Entstehung beteiligt war, ist seitdem schon längst radioaktiv zerfallen. Wir finden aber trotzdem überall noch C-14-Atome. Es muss also eine Quelle geben, die ständig neue C-14-Atome produziert. Diese Quelle existiert am Rand der Atmosphäre, wo Teilchen der kosmischen Strahlung mit Atomen der Lufthülle kollidieren. Die dadurch ablaufenden Kernreaktionen erzeugen unter anderem C-14. Der radioaktive Kohlenstoff wird also immer wieder nachgeliefert. Und findet sich daher überall dort, wo sich auch der normale Kohlenstoff findet. Auch und vor allem in Lebewesen, die ohne Kohlenstoff nicht existieren können. Solange ein Lebewesen - ein Baum, ein Tier, ein Mensch - lebendig ist, nimmt es durch die Nahrung immer neuen Kohlenstoff und damit auch eine winzige Menge C-14 auf. Wenn man dann aber erstmal gestorben ist, isst man normalerweise auch nichts mehr. Die zum Zeitpunkt des Todes vorhandene Menge an C-14 beginnt nun also zu verschwinden. Alle 5730 Jahre ist eine weitere Hälfte zerfallen. Hat man nun also alte Knochen gefunden, ein Stück Holz eines alten Bauwerks oder irgendein anderes Material, das früher mal lebendig war und Kohlenstoff enthält, muss man nur die noch vorhandene Menge an C-14 messen und kann daraus berechnen, wie alt der Knochen, das Holz, und so weiter ist. In der Praxis ist es noch ein bisschen komplizierter und noch komplizierter wird die Sache durch den "Suess-Effekt" der, wenig überraschend, von Hans Suess entdeckt wurde. Der Kohlenstoff, den wir in Form von Erdöl, Kohle oder anderen fossilen Stoffen verbrennen, lag zuvor sehr, sehr lange Zeit unter der Erde. Die fossilen Brennstoffe sind aus Lebewesen entstanden, aus Pflanzen und Tieren, die vor langer Zeit auf der Erde gelebt haben. Die Details lasse ich aus, aber unter bestimmten Umständen können sich daraus nach dem Absterben die organischen Verbindungen bilden, die wir dann "Öl" oder "Kohle" nennen. Das aber braucht viel Zeit, so viel, dass die C-14-Atome in den fossilen Brennstoffen schon quasi komplett zerfallen sind. Was Suess bei seiner Forschung 1957 nachweisen konnte, war die Tatsache, dass der Anteil von C-14 in der Atmosphäre sinkt. Da die Produktion am Rand der Atmosphäre aber konstant weiterläuft kann das nur heißen, dass es irgendwie verdünnt wird. Das also in letzter Zeit relevante Mengen an Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt sind, die kein C-14 enthalten. Und die einzige Quelle für diese Art von Kohlenstoff sind die fossilen Brennstoffe. Anders gesagt: Suess konnte, gemeinsam mit Roger Revelle, zeigen, dass sich das von Menschen freigesetzte CO2 in der Atmosphäre anreichert. Das bedeutet aber auch, dass NICHT alles von den Ozeanen aufgenommen wird. Es muss also ein Teil davon in der Atmosphäre verbleiben. Bei seiner weiteren Forschung konnte Revelle zeigen, dass sogar die Mehrheit des CO2 NICHT im Meer landet; die Menge die in der Luft bleibt war so groß, dass man eigentlichen auch global messen können sollte, wie die Menge dort immer mehr wird. Womit wir jetzt bei Charles David Keeling angekommen sind. Der Amerikaner wurde am 20. April 1928 geboren und hatte sich in seiner Doktorarbeit mit der Messsung von CO2-Mengen beschäftigt. Nicht in der Atmosphäre, sondern in Gewässern und Steinen. Aber mit den sehr präzisen Messgeräten die er dafür konstruierte, hat er dann auch mal nachgesehen, wie viel davon in der Luft rumschwirrt. Die ersten Messungen hat er direkt in Pasadena, an seinem Wohn- und Arbeitsort durchgeführt. Sie schwankten stark und deswegen ging er ein bisschen nach außerhalb, in die Natur. Auch da sah er schwankende Wert, je nach der Tageszeit an der er die Proben genommen hatte. Nachts war mehr CO2 in der Luft als tagsüber. Aber nach einiger Zeit stellte er fest, dass der Wert vom Nachmittag immer gleich war und bei etwa 310 ppm lag. Das "ppm" steht für "parts per million" und heißt so viel, dass von einer Million Moleküle in der Luft nur 310 CO2-Moleküle waren. Die Konzentration lag also bei 0,31 Promille oder 0,031 Prozent. Nicht viel, aber immerhin ein konkreter Messwert. Keeling wollte aber wissen wo die täglichen Schwankungen herkommen und hat dafür ein weiteres Mal die verschiedenen Kohlenstoff-Varianten benutzt. C-12 ist ein wenig leichter als C-13, das ja ein Neutron mehr im Atomkern enthält. Pflanzen, die ja Kohlenstoff und CO2 aufnehmen, mögen das leichtere C-12 lieber. Das Verhältnis von C-13 zu C-12 ändert sich also je nachdem wie stark die Pflanzen gerade Fotosynthese betreiben. Die täglich wechselnden Werte passten genau zur Aktivität der Pflanzen. Die nachmittäglichen Werte blieben aber gleich und bestätigten Keeling darin, dass man auch einen "Hintergrund"-Wert für die CO2-Konzentration in der Atmosphäre messen können müsste, der global gilt. 1956 wurde Revelle auf die Arbeit von Keeling aufmerksam und die beiden taten sich zusammen, um ein entsprechendes Messprogramm zu organisieren. Keeling bekam Fördergelder und besorgte damit extrem genaue Messgeräte. Die stellte er an Orten auf, an denen möglichst keine störenden Einflüsse existierten. Keine Menschen, keine Industrie, keine Pflanzen. Das erste Gerät, mit dem auch die ersten Messungen durchgeführt wurden, kam 1958 auf den Mauna Loa auf Hawaii. Die anderen verteilte er später unter anderem in der Antarktis und in Kalifornien; eines behielt er in seinem Labor um damit überall auf der Welt und mit Flugzeugen hoch in der Atmosphäre eingesammelte Proben zu untersuchen. Der erste Datenpunkt, der im März 1958 am Mauna Loa gemessen wurde, zeigte eine CO2-Konzentration in der Atmosphäre von 313 ppm. Dann begann die Konzentration zu steigen, sank im Mai aber wieder um im Oktober ein Minimum zu erreichen von dem aus im März wieder Ausgangswert erreicht wurde. Das gleiche passierte im Jahr 1959. Keeling war anfangs ein wenig verwirrt und dachte schon, es wäre doch nicht möglich, eine vernünftige Messung der Hintergrundkonzentration durchzuführen. Vielleicht hatte er doch Störquellen übersehen? Aber er maß weiter und hatte bald die Lösung gefunden. Wieder waren es die Pflanzen. Auf der Nordhalbkugel der Erde gibt es mehr Landmassen als auf der südlichen Hälfte. Deswegen wachsen im Norden auch mehr Pflanzen. Wenn die im Nordhalbkugelfrühling zu blühen beginnen, holen sie jede Menge CO2 aus der Atmosphäre. Gleichzeitig ist auf der Südhalbkugel Herbst und dort lassen die Pflanzen die Blätter fallen. Sie verrotten und setzen CO2 frei. Weil aber im Süden weniger Pflanzen leben als im Norden, gleicht sich das nicht aus. In der zweiten Jahreshälfte ist es dann umgekehrt. Erst nach einem Jahr ist alles wieder auf gleich. Keeling war begeistert von diesem Ergebnis: "Zum ersten Mal können wir dabei zusehen, wie die Natur CO2 aus der Atmosphäre holt um im Sommer Pflanzen wachsen zu lassen und wie es im Winter wieder zurück gegeben wird." Will man etwas poetischer sein, dann kann man sagen: Die regelmäßig schwankenden Werte von Keelings Messungen zeigen, wie das Leben auf der Erde langsam im Laufe eines Jahres ein- und wieder ausatmet. Keeling sah aber noch etwas anderes: Die Messungen schwankten zwar im Laufe eines Jahres auf und ab. Am Ende eines Zyklus erreichte die CO2-Konzentration aber nie exakt den Ausgangspunkt des Vorjahres. Sondern lag immer ein kleines bisschen darüber. Die mittlere CO2-Konzentration der Atmosphäre stieg an. Genau so wie Svante Arrhenius es 1896 vorhergesagt hatte. Genau so, wie viele Forscherinnen und Forscher es schon seit langem vermutet hatten. Jetzt konnte man es das erste Mal mit konkreten Messungen nachweisen: Die menschliche Aktivität, unser immer weiter steigender Verbrauch fossiler Brennstoffe führt dazu, dass immer mehr CO2 in die Atmosphäre gelangt. Keeling ist es gelungen, die Messungen Jahr für Jahr weiterzuführen. Es gab immer wieder mal Versuche, das Programm aus finanziellen Gründen einzustellen. Aber Keeling beharrte, lobbyierte und hörte einfach nicht auf zu messen. Heute finden CO2-Messungen nicht nur an Keelings ursprünglichen Stationen statt, sondern überall auf der Welt an vielen Orten und von vielen Institutionen. Deswegen haben wir nun auch eine seit 1958 durchgehende Messreihe der CO2-Konzentration. Das ist die "Keeling-Kurve". Sie ist das Resultat eines eindrucksvollen wissenschaftlichen Projekts. Und sie zeigt uns ebenso eindrucksvoll, was wir gerade mit der Erde anstellen. Die Kurve schwankt immer noch Jahr für Jahr; die Erde atmet immer noch langsam vor sich hin. Aber gleichzeitig steigt die Kurve auch steil nach oben. Jahr für Jahr wird die mittlere CO2-Konzentration größer. Als Keeling mit den Messungen 1958 anfing, lag sie bei 313 ppm. Im Frühjahr 2013 überschritt die Kurve das erste Mal die Marke von 400 ppm. In den 1960er Jahren stieg die Konzentration noch um etwa 0,8 ppm pro Jahr. 20 Jahre später lag das Wachstum bei 1,6 ppm, war also doppelt so schnell. In den 2010er Jahren lag die Wachstumsrate dann schon bei 2,4 ppm. Fast jedes Jahr wird ein neuer Rekordwert erreicht. Im März 2021 hat man einen Wert von 418 ppm gemessen. Das ist viel. Aus den in uralten Eisschichten gefangenen Luftblasen und mit anderen Methoden kann man mittlerweile auch die CO2-Konzentration für Zeitpunkte rekonstruieren, die vor Keelings Messkampagne liegen. Weit davor. Das letzte Mal, als die CO2-Werte vergleichbar hoch waren, war vor mehr als 3 Millionen Jahren, lange bevor es Menschen gab. Wir erhöhen die CO2-Konzentration in einem Tempo, das sehr viel schneller ist, als alle natürlichen Prozesse es tun können. Die Welt hat keine Zeit, sich an diese dramatisch verändernden Bedingungen anzupassen. Die Keeling-Kurve zeigt uns, dass es nicht so weiter gehen kann. Wir steuern mit unserem CO2-Ausstoß auf einen Zustand zu, denn kein Mensch bis jetzt je erlebt hat.

Was heiß macht und was nicht Sternengeschichten Folge 451: Der Treibhauseffekt auf anderen Himmelskörpern Der Treibhauseffekt ist ein wichtiges Phänomen. Wir begegnehm ihm heute hauptsächlich in der Diskussion zur Klimakrise in Form des menschengemachten Treibhauseffekt der unseren Planeten immer wieder aufheizt, was ich ja in Folge 434 der Sternengeschichten ausführlich erklärt habe. Es gibt ihn aber auch als ganz natürliches Phänomen. Die Details der Physik und Chemie die dem Treibhauseffekt zugrunde liegen, habe ich in Folge 241 genauer erklärt. Die Kurzversion lautet: Moleküle können unterschiedlich durchlässig für unterschiedliche Arten von Strahlung sein. Unsere Atmosphäre zum Beispiel lässt das sichtbare Licht der Sonne problemlos passieren, weswegen es den Erdboden erwärmen kann. Wenn die Wärme in Form von Infrarotstrahlung dann aber wieder vom Boden wieder zurück ins All strahlen will, trifft sie auf Kohlendioxidmoleküle in der Luft. Oder auf Methan oder Wasserdampf. Das sind Treibhausgase, die das sichtbare Licht mit seiner kurzen Wellenlänge zuvor noch ungehindert durchgelassen haben. Die langwellige Wärmestrahlung nun aber quasi blockieren und teilweise zurück zum Boden schicken. Dadurch heizt sich der Planet weiter auf. Das ist, wie gesagt, prinzipiell ein natürliches Phänomen und eines, das durchaus wichtig für die Existenz des Lebens ist. Ohne die Atmosphäre der Erde und die darin enthaltenen Treibhausgase wie Wasserdampf, wäre unser Planet viel kälter. Die Durchschnittstemperatur würde circa -18 Grad Celsius betragen. Dass die Erde lebensfreundlich ist, liegt also am natürlichen Treibhauseffekt. Mit dem menschengemachten Treibhauseffekt, also durch die zusätzlichen Treibhausgase die wir in die Atmosphäre entlassen, sind wir aber nun gerade dabei, die Erde lebensfeindlich heiß zu machen. Darum soll es heute aber nicht gehen, so wichtig dieses Thema auch ist. Stattdessen schauen wir auf die anderen Himmelskörper des Sonnensystems. Gibt es dort auch einen Treibhauseffekt und wenn ja, was für Konsequenzen hat das? Damit ein Treibhauseffekt stattfinden kann, braucht es prinzipiell mal einen Himmelskörper mit einer nennenswerten Atmosphäre. Davon haben wir im Sonnensystem überraschend wenige. Wenn wir die Erde ausnehmen, dann bleiben unter den restlichen Planeten nur die Venus und der Mars. Der Merkur ist ein Planet ohne Lufthülle; der Mond hat auch keine. Die Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun bestehen nur aus dichtem Gas und das Konzept des Treibhauseffekts kann man dort in der Form nicht so anwenden wie bei uns. Die ganzen Asteroiden und die meisten Monde der anderen Planeten sind zu klein, um eine vernünftige Atmosphäre halten zu können. Die einzige Ausnahme ist Titan, der größte Mond des Saturns. Venus, Mars und Titan: Das sind, neben der Erde, die einzigen Himmelskörper im Sonnensystem bei denen man die Frage nach einem außerirdischen Treibhauseffekt sinnvoll untersuchen kann. Beginnen wir mit dem Mars, der eigentlich ein Grenzfall ist. In Folge 236 habe ich die Atmosphäre des Mars ja schon einmal ausführlich besprochen. Und die Folge mit der Feststellung begonnen, dass er eigentlich gar keine solche hat. Der "Luftdruck" dort beträgt weniger als ein Prozent von dem, was wir hier auf der Erde haben. Es ist also kaum etwas da, was den Mars in Form eine Atmosphäre umgibt. Das was da ist, besteht zwar fast ausschließlich aus dem Treibhausgas Kohlendioxid. Aber weil eben so wenig Atmosphäre vorhanden ist, kann der Mars keine Wärme speichern, da hilft auch das CO2 nicht. Unter anderem deswegen ist der Mars auch so enorm kalt. Es gibt keinen natürlichen Treibhauseffekt, der ihn aufwärmen könnte. Wir wissen aber, dass es früher in der Geschichte unseres Nachbarplaneten wärmer gewesen sein muss. Wir finden überall auf dem Mars die Spuren von Wasser, das über seine Oberfläche geflossen sein muss. Irgendein Mechanismus muss also den Mars irgendwann einmal wärmer gemacht haben. Wir reden hier von der Zeit kurz nach seiner Entstehung; kurz nach der Entstehung aller Planeten vor 4,5 Milliarden Jahren. Planeten aus Metall und Gestein; mit einer festen Oberfläche die im inneren Bereich des Sonnensystems entstanden sind; Planeten also wie die Erde, die Venus und der Mars, haben bei ihrer Entstehung immer auch eine gewissen Menge an Wasser mitbekommen. Gespeichert im Gestein konnte es durch diverse geologische und chemische Prozesse an die Oberfläche gelangen. Und wenn die von einer passenden Atmosphäre eingehüllt wird, die für Temperaturen zwischen 0 und 100 Grad Celsius sorgt, kann es dort flüssig bleiben und Seen, Flüsse oder gar Ozeane bilden. Was am frühen Mars für angenehme Temperaturen gesorgt hat, wissen wir noch nicht. Vielleicht war Wasserstoff verantwortlich: Aus geologischen Gründen die genau zu erklären hier jetzt zu weit führen würden, war es auf dem Mars für Wasserstoff einfacher, aus dem Gestein seiner Planetenkruste auszugasen als auf der Erde. Wasserstoff gilt jetzt an sich nicht als klassisches Treibhausgas. Aber in Kombination mit den richtigen anderen Molekülen - zum Beispiel Kohlendioxid, kann es dennoch eine entsprechende Wirkung haben. Vereinfacht gesagt: Wenn Wasserstoffmoleküle mit Kohlendioxidmolekülen kollidieren, können sie durch diese Zusammenstöße zusätzliche Energie aufnehmen. In diesem energiereicheren Zuständen können die Wasserstoffmoleküle dann als Treibhausgas wirken. Wenn der frühe Mars eine der Erde vergleichbar dichte Atmosphäre aus Wasserdampf und CO2 gehabt hat und dazu noch 5 bis 20 Prozent Wasserstoff aus der Planetenkruste ausgegast ist, könnte das für einen ausreichend starken Treibhauseffekt gesorgt haben, um die Temperaturen dort über den Gefrierpunkt zu heben. Vielleicht ist auch etwas anderes passiert; das wissen wir nicht und können es höchstens dann rausfinden, wenn wir den Mars besser als heute und vor allem nicht nur aus der Ferne sondern auch direkt vor Ort erforschen. So oder so: Die Warmzeit auf dem Mars war begrenzt. Der kleine Planet hatte zu wenig Masse um seine Atmosphäre dauerhaft zu halten. Vor allem hatte er zu wenig Masse, um sein Magnetfeld dauerhaft aufrecht zu erhalten. Ohne Magnetfeld ist eine Atmosphäre schutzlos dem Sonnenwind ausgesetzt. Die Teilchen, die die Sonne ständig aus ihrer eigenen Atmosphäre ins Weltall schleudert wirken wie ein Sandstrahler, der die Lufthülle eines Planeten wie des Mars im Laufe der Zeit abträgt. All das, was dem Mars fehlt, hat die Venus zu viel. Unser anderer Nachbarplanet kann sich über einen Mangel an Atmosphäre wirklich nicht beschweren. Dort herrscht auf der Oberfläche ein Druck, den man bei uns erst 900 Meter tief unter dem Meeresspiegel finden kann. Diese gewaltige dichte Hülle aus Gasen besteht fast komplett aus Kohlendioxid und deswegen gibt es auf der Venus einen Mega-Treibhauseffekt, der die Oberflächentemperatur dort auf 460 Grad Celsius aufheizt. Aber auch diese heute komplett lebensfeindliche Welt war nach ihrer Entstehung wahrscheinlich ein lebensfreundlicher Planet. Die Venus ist fast so groß und schwer wie die Erde und wird bei ihrer Entstehung wahrscheinlich auch ähnlich viel Wasser mitbekommen haben wie wir. Computermodelle zeigen, dass die Bedingungen vor 4,5 Milliarden Jahren dort durchaus nicht unangenehm waren. Die Venus liegt näher an der Sonne als die Erde, was prinzipiell problematisch ist. Ein paar Faktoren haben aber vielleicht dafür gesorgt, dass sich unser Nachbar trotz der geringeren Distanz zur Sonne nicht zu stark aufgeheizt haben könnte. Die Venus dreht sich heute sehr langsam um ihre Achse. Für eine komplette Drehung benötigt sie 117 Erdtage. Bei uns auf der Erde ist ein Punkt auf der Oberfläche maximal ein paar Stunden dem Sonnenlicht ausgesetzt. Sieht man mal von den Polarnächten in Arktis und Antarktis ab, kommt früher oder später immer die Nacht. Auf der Venus mit ihrer langsamen Drehung kann ein Bereich der Oberfläche aber wochenlang im hellen und warmen Sonnenlicht liegen. Das sollte eigentlich zu einer noch stärkeren Aufheizung führen. Was auch der Fall ist; wenn dann aber ausreichend viel Wasser vorhanden ist, kann das verdampfen und eine dicke Wolkendecken produzieren. Und die schirmt den Planeten dann vor dem Sonnenlicht ab und führt zu einer Abkühlung. Ein weiterer Faktor auf der Venus könnte die Geografie sein. Die Daten die wir heute über die Venus haben, legen nahe, dass es dort früher viel mehr Landfläche gab als auf der Erde, die ja zum größten Teil mit Wasser bedeckt ist. Mehr Land und weniger Ozean bedeutet weniger Wasser, das verdampfen kann und damit auch weniger stark als Treibhausgas in der Atmosphäre wirken kann. Packt man all das in ein Computermodell zur Simulation der Bedingungen auf der jungen Venus, zeigt sich ein Planet, auf dem es ähnlich lebensfreundlich war wie auf der Erde. Nicht zu heiß, nicht zu kalt und mit flüssigem Wasser auf der Oberfläche. Aber so wie beim Mars hat auch die Venus diesen Zustand nicht lange durchgehalten. Für ein stabiles Klima braucht es ein halbwegs stabiles Gleichgewicht zwischen Quellen und Senken für Treibhausgase. Die Venus hat jede Menge Quellen, aber vernünftige Senken konnte man nicht identifizieren. Dort fehlt zum Beispiel die Plattentektonik die wir hier auf der Erde haben, und die immer wieder im Gestein gebundenes Kohlendioxid tief in die Erdkruste hinab transportiert und für lange Zeit dort hält. Mehr als 700 Millionen Jahre hat die Venus - zumindest im Computermodell - ihre lebensfreundlichen Bedingungen nicht halten können. Danach hat die starke Sonnenstrahlung zu viel Wasser als Wasserdampf in die Atmosphäre befördert; danach hat sich zu viel CO2 dort angesammelt; dann ging es so richtig los mit dem Treibhauseffekt. Eine extrem starke Feedback-Schleife ist entstanden: Der Treibhauseffekt hat die Temperatur erhöht, was noch mehr Treibhausgase in die Atmosphäre befördert hat, wodurch es noch heißer wurde, und so weiter. Am Ende ist die Venus das geworden, was sie heute ist: Eine lebensfeindliche Hitzehölle mit keinem Tropfen Wasser auf ihrer Oberfläche. Bleibt noch der Titan. In Folge 157 habe ich ihn den "faszinierendsten Mond des Sonnensystems" genannt. Was er meiner Meinung auch ist. Der Saturnmond hat einen Durchmesser von 5150 Kilometer, womit er größer als der Merkur ist. Er ist weit von der Sonne entfernt, und man würde davon ausgehen, dass es dort ziemlich kalt ist. Ist es auch: Die Durchschnittstemperatur an seiner Oberfläche liegt bei -180 Grad Celsius. Trotzdem ist er keine Eiswüste, wie die anderen Monde im äußeren Sonnensystem. Der Titan hat eine Atmosphäre, und was für eine! Der "Luftdruck" dort ist um 50 Prozent höher als auf der Erde; nur dass es natürlich keine Luft ist, die den Mond umgibt. Sie besteht vor allem aus Stickstoff, mit geringen Anteilen von Methan und Argon. Insgesamt ist die Masse der Gase in Titans Atmosphäre aber größer als die der Erde! Und darunter passieren auch jede Menge spannende Sachen. Flüssiges Wasser gibt es nicht, dafür aber flüssiges Methan. Es bildet Flüsse und Seen, es regnet aus Wolken auf den Mond herab. So etwas findet man auf keinem anderen Himmelskörper des Sonnensystems. Was man darüber hinaus auch nur auf dem Titan findet, ist ein "Anti-Treibhauseffekt". Bleiben wir aber zuerst beim normalen Treibhauseffekt. Eigentlich sollte es auf dem Titan circa -191 Grad Celsius kalt sein. Stickstoff, Methan und Wasserstoffmoleküle in seiner Atmosphäre sorgen aber für einen natürlichen Treibhauseffekt, der die Oberfläche um 21 Grad aufheizen würde. Wasserstoff und Stickstoff wären eigentlich gar keine Treibhausgase. Aber - so wie vorhin beim Mars - es kommt auf die Bedingungen an. In der extrem dichten Atmosphäre des Titan können die Moleküle öfter kollidieren, höherenergetische Zustände einnehmen und so als Treibhausgas wirken. -191 Grad plus ein Treibhauseffekt von 21 Grad: Macht -170 Grad Celsius. So warm ist der Titan aber nicht, was am Anti-Treibhauseffekt liegt. Der funktioniert - wenig überraschend - wie der Treibhauseffekt, nur umgekehrt. Der normale Treibhauseffekt lässt kurzwellige Sonnenstrahlung passieren, die langwellige aber nicht. Am Titan gibt es aber extrem hochliegende Nebelschichten. Sie bestehen vermutlich aus komplexeren Molekülen die aus Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff zusammengesetzt sind. In den äußeren Schichten der Titanatmosphäre können sie sich bilden, weil dort das energiereiche Sonnenlicht die Methanmoleküle in einzelne Kohlenstoff- und Wasserstoffatome aufspalten kann. Das geht nur dort draußen an der Grenze zum All; weiter nach unten kann dieser energiereiche Teil der Sonnenstrahlung durch die dichter werdende Atmosphäre nicht gelangen. Dort oben aber können sich die einzelnen Atome nun zu neuen Molekülen verbinden und die wirken als Anti-Treibhausgase. Sie reflektieren einen Teil des normalen Sonnenlichts, der nun nicht mehr zur Titanoberfläche gelangt und nichts zu ihrer Erwärmung beitragen kann. Gleichzeitig lassen sie langwellige Wärmestrahlung passieren und erleichtern so seine Abkühlung. Insgesamt für das zu einer Abkühlung von 9 Grad, was den natürlichen Treibhauseffekt von 21 Grad auf 12 Grad reduziert. Deswegen ist der Titan nur knapp 10 Grad wärmer als er es sein sollte und nicht knapp 20 Grad. In diesem Ausmaß existiert der Anti-Treibhauseffekt nur auf dem Titan. Auf der Erde gibt es zwar Schwefelverbindungen, die durch Vulkane hoch hinaus in die Atmosphäre geschleudert werden können und dort ähnlich wie auf dem Saturnmond eine Abkühlung verursachen. Der Effekt ist aber sehr viel geringer als auf dem Titan. Der seltsame Saturnmond ist eine komplett fremde Welt - aber eine, von der wir trotzdem etwas über die Erde lernen können. Um die Klimakrise die auf unserem Planeten stattfindet, besser zu verstehen, müssen wir auch genau wissen, wie sich die Treibhausgase verhalten. Dazu gehört nicht nur das Kohlendioxid, sondern auch das Methan. Das hat einen komplizierteren Aufbau als CO2 und ist deswegen schwieriger im Labor zu untersuchen. In der dichten, starken Atmosphäre des Titan gibt es aber wirklich viel Methan und dort kann man es quasi in einem natürlich Labor studieren. Und wir haben dort ja auch schon eine Raumsonde hingeschickt - 2005 ist die Huygens-Sonde durch die Atmosphäre des Titan geflogen und auf seiner Oberfläche gelandet. Mit den Daten die dabei gesammelt wurden, konnte man besser verstehen, wie Methan auf unterschiedliche Teile der Sonnenstrahlung reagiert. Und damit auch bessere Modelle erstellen, um die Klimakrise auf der Erde zu erforschen. Der Treibhauseffekt ist wichtig. Venus, Erde und Mars sind zur gleichen Zeit entstanden und waren sich nach ihrer Entstehung sehr ähnlich. Vermutlich gab es damals auf allen drei Himmelskörpern flüssiges Wasser und lebensfreundliche Bedingungen. Heute ist nur noch die Erde übrig; der Mars ist eine Eiswüste und die Venus eine Hitzehölle. Mit verantwortlich dafür ist der Treibhauseffekt. Er hat unsere Nachbarn lebensfeindlich gemacht; dem irdischen Leben dagegen dauerhaft das Überleben ermöglicht. Das zeigt nur um so deutlicher, dass wir alles daran setzen müssen, diesen Zustand durch den menschengemachten Treibhauseffekt nicht zu zerstören.

Kipplige Klimakrise Sternengeschichten Folge 450: Kippelemente im Klimasystem "Kippelemente" klingt wie etwas, das man in einem Möbelhaus kaufen kann. Es hat aber etwas mit dem Klima unseres Planeten zu tun. Und weil das Klima und seine menschengemachte Veränderung ein enorm relevantes Thema ist, handelt diese Folge der Sternengeschichten davon. Kippelemente sind wichtig, wenn wir verstehen wollen, was die Zukunft auf der Erde für uns bereit hält und welche Folgen unsere Handlungen haben können. Sie sind auch wichtig, wenn es darum geht, das komplexe System zu verstehen, dass unsere Erde ist. So ein Planet ist viel mehr als nur ein heller Punkt am Himmel; jeder Planet da draußen ist eigene, vollständige und komplizierte Welt. Die Erde allerdings ist - noch - der einzige Planet, den wir im Detail erforschen können. Wenn wir all die Welten da draußen im Sonnensystem und dem Rest des Universums verstehen wollen, müssen wir mit der Arbeit hier bei uns auf der Erde anfangen. Genau darum war das Klima ja schon öfter mal Thema in den Sternengeschichten. Vereinfacht gesagt ist Klima das, was aus dem Wetter wird, wenn man jede Menge Statistik drauf wirft. Oder anders gesagt: Wetter ist das, was jetzt gerade in unserer Atmosphäre stattfindet. Der Regen, der irgendwo fällt; die Sonne die anderswo scheint oder der Wirbelsturm, der aufzieht. Betrachtet man all diese Wetterphänomene statistisch; berechnet man Durchschnittswerte und schaut sich lange Zeiträume von mindestens ein paar Jahrzehnten an: Dann hat man es mit dem Klima zu tun. Das Wetter kann sich schnell ändern. Eine Nacht kann frostig sein; ein paar Stunden später scheint aber unter Umständen schon wieder die Sonne und die Temperaturen sind 10 bis 20 Grad höher. Regen und Sonne können sich innerhalb von Minuten abwechseln. Änderungen des Klimas laufen viel langsamer ab. Die durchschnittliche Temperatur, gemittelt über ein ganzes Land und eine komplette Jahreszeit wird sich von einem Jahr auf das nächste nicht dramatisch ändern. Eben weil man Durchschnittswerte verwendet, haben kurzfristige oder kleinräumige Wetteränderungen nur eine geringe Auswirkung. Aber auch das Klima ändert sich. Betrachten wir Jahrhunderttausende, dann sehen wir zum Beispiel, wie sich Eiszeiten und Warmzeiten auf dem Planeten abwechseln, wie ich etwa in Folge 55 der Sternengeschichten schon erklärt habe. Seit circa 150 Jahren findet eine Klimaveränderung statt, die - dafür dass es sich um eine Änderung im Klima handelt - dramatisch schnell abläuft. Diesen Klimawandel haben wir Menschen verursacht, in dem wir immer mehr Treibhausgase in die Atmosphäre entlassen haben - darüber habe ich ausführlich in Folge 434 der Sternengeschichten gesprochen. Die Veränderung im Klima läuft in diesem Fall so ungewöhnlich schnell und hat so dramatische Auswirkungen, dass man sie nicht mit dem harmlos klingenden Wort "Wandel" bezeichnen, sondern korrekter von einer "Klimakrise" sprechen sollte. Wenn es aber um Kippelemente geht, dann wird dieser schnelle Wandel des Klimas noch einmal verschärft. Vielleicht kann man sich die Veränderung des Klimas wie einen Fahrstuhl vorstellen; so einen alten Aufzug, der gemütlich in Schrittgeschwindigkeit oder noch langsamer zwischen Stockwerken hinauf und hinunter fährt. Das würde dem natürlich Klimawandel entsprechen. Wir Menschen haben in den letzten 150 Jahren die zulässige Gewichtsgrenze in der Aufzugskabine aber deutlich überschritten. Anstatt gemächlich nach unten zu fahren, saust der Fahrstuhl nun rasant dem Boden entgehen. Aber würden wir den Aufzug ein wenig entlasten, würde er die Geschwindigkeit wieder verringern. Den Einfluss eines Kippelements könnte man in diesem Bild mit dem Reißen des Seils vergleichen, das die Kabine hält. Dann fällt der Fahrstuhl unaufhaltsam in den Keller und wir können nichts mehr dagegen unternehmen. Das klingt dramatisch. Das ist es auch. Die Geschichte der Kippelemente wird uns zeigen, wie enorm komplex das Klimasystem der Erde ist. Und dass ein ausreichend komplexes System seinen Zustand oft erschreckend schnell verändern kann. Ein wenig wissenschaftlicher beschrieben als vorhin im Beispiel mit dem Fahrstuhl, kann man sich ein Kippelement als kritische Schwelle vorstellen, bei der schon eine kleine Änderung ausreicht um den Zustand eines Systems deutlich und nachhaltig zu verändern. Wenn ich meine Kaffeetasse morgens mitten auf den Frühstückstisch stelle, dann steht sie dort relativ sicher. Wenn ich dann die Zeitung lese, mich über die Nachrichten ärgere und wild herumgestikuliere (alles nur fiktive Beispiele natürlich!), dann kann es sein, dass ich dabei gegen die Tasse stoße. Ich werde sie dabei ein wenig verschieben und sie wird ihre Position auf dem Tisch ändern. Sie steht dann nicht mehr dort, wo sie vorher stand, aber ansonsten ist nicht viel passiert. Habe ich sie aber aus Versehen ganz an den Rand gestellt, dann befindet sie sich an einer kritischen Schwelle. Dann reicht eine winzige Berührung, um sie vom Tisch auf den Boden zu befördern und so das System "Kaffeetasse" drastisch zu verändern. Die Idee eines "Kippelements" oder "Tipping Points", wie das englische Fachwort dazu heißt, ist nicht schwer zu verstehen. Deutlich schwerer ist es, solche Kippelemente im komplexen System des irdischen Klimas zu identifizieren. Wo stehen - bildlich gesprochen - die Klimakaffeetassen auf der Erde, die wir lieber nicht anstupsen sollten? Die Forschung zu diesem Thema ist noch jung; das Konzept der Kippelemente für das Klima hat der deutsche Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber im Jahr 2000 zur Diskussion gestellt. Gemeinsam mit anderen Forschern aus Deutschland und Großbritannien hat der dann 2008 einen Fachartikel geschrieben. Darin wurde zuerst einmal exakt definiert, was ein Kippelement im Klimasystem ausmacht. Angenommen man hat eine Eigenschaft im System, die von einem bestimmten Parameter abhängt. Zum Beispiel die Eigenschaft, dass ein bestimmter Teil der Erdoberfläche von Eis bedeckt ist. Und es reicht schon eine kleine Änderung aus so dass sich diese Eigenschaft qualitativ ändert. In unserem Beispiel wäre das der Fall, wenn schon eine kleine Änderung der Durchschnittstemperatur ausreicht, um die Eigenschaft "Ein Teil der Erdoberfläche ist von Eis bedeckt" dauerhaft und deutlich zu verändern. Also keine Änderung von "Ein Teil der Erde ist von Eis bedeckt" zu "Ein kleinerer Teil der Erde ist von Eis bedeckt". Sondern eher eine Zustandsänderung zu "Die Erde ist eisfrei". Wir werden auf das Beispiel mit dem Eis zurückkommen; in ihrer Arbeit haben Schellnhuber und seine Kollegen die Definition von Kippelementen aber noch ein wenig weiter eingeschränkt. Ihnen ging es nicht um alle möglichen Kippelemente, die prinzipiell auftreten können. Sondern um die, die durch menschliche Eingriffe in das Klimasystem verursacht werden können und die relevant für die Entscheidungen sind, die wir treffen müssen, wenn wir mit der Klimakrise umgehen wollen. Es nützt zum Beispiel nichts, wenn wir wissen, dass unsere Aktivitäten ein Kippelement in mehr als 1000 Jahren auslösen werden. Das sollte uns zwar interessieren; aber wir werden keine politischen Entscheidungen treffen, die so weit in die Zukunft reichen. Dazu sind wir gesellschaftlich nicht in der Lage; so weit voraus zu denken sind wir Menschen nicht gewöhnt. Anhand dieser (und ein paar anderer) Kriterien, haben die Forscher nun probiert, für unsere zukünftigen Entscheidungen relevante Kippelemente im Klimasystem der Erde zu identifizieren. Das ist schwierig - weil das Klima deutlich mehr ist, als nur die statistische Betrachtung des Wetters. Über lange Zeiträume hinweg wird das Klima auch von geologischen Phänomenen beeinflusst. Von der Veränderung bei Meeresströmungen. Davon, wie viele Pflanzen wachsen; wie viele Bakterien im Meer leben, und so weiter. Aber ein paar ziemlich sichere Kandidaten für Kippelemente konnten gefunden werden. Zum Beispiel das Meereis in der Arktis. Also nicht die Gletscher, die man auf Grönland findet, sondern die Eisdecke, die den arktischen Ozean bedeckt. Dieses Eis ist hell und kann Sonnenlicht gut reflektieren. Dieser Teil des Lichts trägt dann auch deutlich weniger zu einer Erwärmung der Erde bei. Wenn wir aber zum Beispiel durch den vermehrten Ausstoß von Treibhausgasen dafür sorgen, dass die Temperaturen immer weiter steigen, wird auch das arktische Eis schmelzen. Das führt zu einer negativen Feedback-Schleife. Das Meerwasser ist deutlich dunkler als das Eis. Es kann weniger Licht reflektieren; stattdessen nimmt es die Sonnenenergie auf und erwärmt sich. Wodurch NOCH mehr Eis schmilzt, noch mehr dunkles Wasser sichtbar wird, das noch mehr Wärme aufnehmen kann. Bis das ganze kippt, das Meereis verschwunden ist und auch nicht wiederkommt, weil es dafür zu warm ist. Das Klimasystem der Erde hat dann einen neuen Zustand erreicht, einen bei den es keinen kühlenden Effekt mehr durch die Reflexion am arktischen Eis gibt. Das Eis, dass sich auf den Landflächen von Grönland und der westlichen Antarktis befindet ist ein weiterer Kippunkt. Das Eis auf Grönland beispielsweise ist bis zu drei Kilometer dick. Anders gesagt: Die Oberfläche des Eispanzers befindet sich entsprechend weit über dem Meeresspiegel und dort ist es - wie auf allen hohen Bergen - kalt. Erwärmt sich die Erde, schmilzt der Eispanzer. Seine Oberfläche rückt nach unten, wo es wärmer wird und das Eis NOCH schneller schmilzt. Wieder setzt eine Feedbackschleife ein; wieder kippt das System in einen neuen Zustand. Und dann fehlt nicht nur die Reflexionswirkung des Eises; das ganze Schmelzwasser hat auch den Meeresspiegel um bis zu sieben Meter ansteigen lassen. Die Daten zeigen uns, dass der Kipppunkt in diesem Fall schon bei einem globalen Anstieg der Temperatur um 2 Grad im Vergleich zum vorindustriellen Niveau erreicht sein könnte. Das ist genau das "2-Grad-Ziel", auf das wir die Klimakrise einbremsen wollen und an dem wir zu scheitern drohen, weil wir die entsprechenden Maßnahmen nicht treffen. Ein weiteres Kippelement sind die Permafrostböden in der Arktis; also in Sibirien und Kanada. So nennt man Boden, der dauerhaft gefroren ist, im Sommer wie im Winter. Was gut ist, denn in diesem Boden befindet sich jede Menge CO2 und Methan. Es stammt aus organischem Material, als von Tieren und Pflanzen, die vor langer Zeit gestorben sind und seitdem von Bakterien zersetzt werden. Der gefrorene Boden hält diese Treibhausgase fest; wird es aber wärmer, dann taut er auf und entlässt CO2 und Methan in die Atmosphäre. Wo sie den Treibhauseffekt verstärken, für noch mehr Erwärmung sorgen, was den Permafrost noch schneller abtauen lässt. Feedback - Kipppunkt - neuer Zustand des Klimasystems. Ein Zustand, der sich nicht korrigieren lässt, denn es hat Jahrtausende gedauert, bis sich das ganze Material dort eingelagert hat. Im neuen Zustand des Klimasystems wird der Boden so schnell nicht wieder frieren; als Lagerplatz für Treibhausgase ist der Permafrostboden verloren. Kippelemente haben aber nicht nur mit dem Auftauen von Eis und Boden zu tun. Auch diverse Strömungsphänomene können kippen. Das Meer ist nicht einfach nur ein Haufen Wasser. In den Ozeanen existieren Strömungen, die um den ganzen Planeten reichen. Wenn an der Oberfläche viel Wasser verdunstet oder sich viel Eis bildet, dann steigt der Salzgehalt des verbleibenden Wassers. Salziges Wasser sinkt nach unten; dort gibt es andere Strömungen; Wassermassen werden vermischt und weniger salziges Wasser kann wieder aufsteigen. Die Realität der ozeanischen Strömungen ist noch sehr viel komplizierter; ihre Existenz ist für uns aber enorm wichtig. Der "Golfstrom" zum Beispiel transportiert gigantische Mengen an warmen Wasser aus der Karibik über den Atlantik und an Nordeuropa vorbei. Dort kühlt das Wasser in der Arktis ab und sinkt nach unten, wo es in der Tiefe wieder zurück nach Süden fließt. Dieses "Förderband" bringt aber auch Wärme nach Europa, weswegen es zum Beispiel in Großbritannien halbwegs erträgliche Temperaturen hat und nicht so kalt ist, wie etwa im nördlichen Kanada, obwohl beide Regionen ungefähr gleich weit vom Nordpol entfernt sind. Das kalte und dichte Salzwasser, das vor Grönland in die Tiefe sinkt, treibt den Golfstrom an. Wenn nun vermehrt Süßwasser von schmelzenden Eisdecken und Gletschern ins Meer strömt, wird dieses Absinken erschwert und der Golfstrom wird schwächer. Das wird jetzt schon beobachtet und wenn er ganz ausfallen sollte, wird es deutliche Auswirkungen auf das Klima in Nordeuropa haben. Ähnliche Kippelemente können den jetzt regelmäßigen Monsun in Asien oder Afrika destabilisieren, was sehr viel mehr extreme Flut- oder Dürrekatastrophen zur Folge hätte. Auch die großen Wälder der Erde sind potentielle Kippelemente. Der Amazons etwa ist auch deswegen ein Regenwald, weil über dem Wald jede Menge Wasser verdunstet, dass dann in der ganzen Region abregnet. Je mehr der Wald schwindet; je mehr davon abgeholzt wird, je mehr Waldbrände stattfinden, desto kritischer wird die Lage. Es wird immer weniger Regen geben und der verbleibende, auf regelmäßigen Regen eingestellte Wald, wird absterben. Eine Graslandschaft wird sich entwickeln und die hat einen völlig anderen Einfluss auf das Klima als ein Wald, in dem ja auch jede Menge Kohlenstoff in Form von Bäumen langfristig gespeichert ist. Es gibt noch weitere Kippelemente; ihnen allen gemeinsam aber ist, dass durch sie die Erde vergleichsweise schnell in einen deutlich anderen Zustand versetzt wird als vorher und sich der ursprüngliche Zustand langfristig nicht mehr wiederherstellen lässt. Die Erforschung komplexer, chaotischer Systeme ist schwierig. Exakte Vorhersagen sind noch schwieriger. Sicher aber ist: Je mehr die Erde sich erwärmt, desto wahrscheinlicher ist es, dass ein Kippelement ausgelöst wird. Und wenn das einmal passiert ist, landen wir im schlimmsten Fall bei einer Kaskade. Der gekippte Zustand macht die Lage noch dramatischer, was neue Kippelemente auslöst, und so weiter. Noch ist es nicht so weit. Es muss nicht so weit kommen. Wir können etwas dagegen unternehmen. Und wir müssen das auch tun. Wir sollten uns nicht auf das Risiko einlassen, dass die Kippelemente darstellen. Ist es einmal so weit, bleibt uns nichts anderes übrig, als irgendwie zu versuchen, mit dem neuen Zustand des Klimasystems nach dem Umkippen klar zu kommen. Wir können aber nicht exakt vorhersagen, wie dieser Zustand aussehen wird. Da ist es doch besser, wir lassen es gar nicht so weit kommen. Denn wir wissen sehr gut, was wir tun können, um die Erwärmung der Erde zu begrenzen. Wir müssen es nur tun…

Sonnige Farbenspiele Sternengeschichten Folge 449: Die Chromosphäre der Sonne Am 12. Mai 1706 befand sich der britische Kapitän Henry Stanyan gerade in Bern. Er beobachtete etwas, was man nicht oft beobachten kann: Eine totale Sonnenfinsternis. Mehr als vier Minuten verdunkelte sich der Himmel komplett. Und als die Sonne danach gerade wieder sichtbar wurde, sah Stanyan einen "blutroten Streifen" aus Licht, der von der linken Seite der Sonne ausgehend 6 bis 7 Sekunden lang sichtbar war. Das Licht war heller als die Venus, wie Stanyan bemerkte; er konnte sehen wie die Dinge dadurch einen Schatten warfen. Er wusste nicht, worum es sich dabei handelt - aber er schrieb sofort einen Brief an John Flamsteed, den königlichen Astronom an der Sternwarte in Greenwich um zu fragen, was das seltsame Licht gewesen sein konnte. Eine Antwort auf seine Frage erhielt er nicht; Flamsteed schrieb zwar sehr ausführlich zurück um zu erklären, wie man genau bestimmen können, welche Ortszeit in Bern zum Zeitpunkt der Finsternis geherrscht hatte. Zum roten Licht hatte er aber nichts zu sagen. Heute geht man im Allgemeinen davon aus, dass Henry Stanyan die erste konkrete Beobachtung des Teils der Sonne gemacht hat, die wir die "Chromosphäre" nennen. Wir haben es nicht mit dem Inneren unseres Sterns zu tun; es geht um die Atmosphäre der Sonne. Was man sich aber nicht so vorstellen darf, wie die Atmosphäre hier auf der Erde. Unser Planet ist ein Objekt aus Metall und Gestein, mit einer festen Oberfläche, die von einer Hülle aus diversen Gasen umgeben ist. Die Sonne ist ein Himmelskörper, der komplett aus Gas besteht. Fast ausschließlich Wasserstoff und Helium; im Kern 15 Millionen Grad heiß. Sie hat keine feste Oberfläche im eigentlichen Sinn. Aber man kann durchaus von einer "Sonnenoberfläche" sprechen und wenn man das tut, dann meint man damit die sogenannte "Photospäre". Das bedeutet "Lichthülle" und wenn man die Sonne betrachtet - was man ohne entsprechende Vorkehrungen natürlich nicht so einfach tun sollte, wenn man keine Augenschäden riskieren will - dann ist es genau das, was man dort sieht. Die Photosphäre ist die Gasschicht der Sonne, aus der das Licht stammt, das wir beobachten können. In den Kern der Sonne, in ihre tief liegenden Schichten können wir nicht blicken. Die Lichtteilchen, die von dort zu uns kommen, werden in alle Richtungen gestreut, weil das Gas dort extrem dicht ist. Erst dort, wo genügend Platz ist, kann sich Licht mehr oder weniger ungehindert direkt nach außen bewegen und es ist dieses Licht, dass wir auf der Erde sehen. Bei der Sonne ist die Photosphäre ungefähr 400 Kilometer dick und an ihrem Ende ist noch lange nicht Schluss. Das da noch etwas ist, wusste man schon lange. Bei einer totalen Sonnenfinsternis schiebt sich ja der Mond von der Erde aus gesehen genau vor die Sonnenscheibe. Da beide Objekt für uns zufällig annähernd gleich groß erscheinen, kann der Mond die Sonne auch komplett bedecken. Sobald er das tut, werden rund um ihn herum aber leuchtende, wabernde, strahlenförmige Lichter sichtbar. Dieser wie eine Krone aussehende Struktur wird darum auch "Korona" genannt und stellt die äußerste Schicht der Sonnenatmosphäre dar. Ich hab über sie schon ausführlich in Folge 134 der Sternengeschichten gesprochen; wir können sie deswegen normalerweise nicht sehen, weil das Gas dort zwar enorm heiß ist, aber auch extrem dünn. Das Licht, das davon ausgeht ist viel zu schwach, als das wir es sehen könnten. Es wird vom Licht aus der Photosphäre komplett überstrahlt und nur wenn diese bei einer Finsternis durch den Mond verdeckt ist, können wir das Leuchten der Korona wahrnehmen. Die unterste Schicht der Sonnenatmosphäre ist also die Photosphäre. Ganz außen ist die Korona. Und dazwischen? Da ist das, um das es heute gehen soll: Die Chromosphäre. Sie schließt sich an die Photosphäre an und ist bei der Sonne circa 2000 Kilometer dick. Die Dichte des Gases nimmt stark ab; an der Grenze zur Photosphäre findet man noch circa 100 Billiarden Atome pro Kubikzentimeter. Das klingt viel, ist aber das, was man hier auf der Erde als "Grobvakuum" bezeichnen würde. Also das, was man in "vakuumverpackten" Lebensmitteln finden würde beispielsweise, wo die Dichte nur circa 100 mal niedriger ist als bei normalem Luftdruck in der Erdatmosphäre. An der äußeren Grenze der Chromosphäre ist die Dichte aber mehr als eine Million mal geringer geworden. Auch die Temperatur nimmt ab, von ungefähr 5500 Grad Celsius an der Grenze zur Photosphäre, auf circa 3500 Grad an der äußeren Grenze. Die Chromosphäre besteht aus Gas, was auch sonst. Und ebenfalls wenig überraschend aus Wasserstoff und Helium, die beiden Hauptbestandteile der Sonne. Interessant wird es aber, wenn man sich die Spektrallinien anschaut. Ich hab die bis jetzt ja immer vereinfacht so erklärt: Wenn Licht durch Gas hindurch strahlt, dann können die Atome aus denen das Gas besteht, ein paar dieser Lichtteilchen absorbieren. Schaut man sich das Licht dann ganz genau an, spaltet es also in seine Bestandteile auf, was so viel heißt wie: Man misst ganz genau, wie viel Licht bei den unterschiedlichen Wellenlängen vorhanden ist, dann sieht man, dass bei bestimmten Wellenlängen sehr viel weniger Licht vorhanden ist als bei anderen Wellenlängen. Oder anders gesagt: Man sieht das ganze bunte Licht des in die Regenbogenfarben aufgespaltenen Sonnenlichts, mit ein paar dunklen Linien dazwischen. Und das ist ja auch so. Es gibt aber zwei verschiedene Arten von Spektrallinien, nämlich Absorptionslinien und Emissionslinien. Die dunklen Linien im Sonnenlicht sind Absorptionslinien. Jedes Atom hat eine ganz charakteristische Anordnung von Elektronen in seiner Hülle. Je nachdem wie diese Teilchen angeordnet sind, können sie nur Licht mit ganz bestimmten Wellenlängen aufnehmen und deswegen kann man aus dem Muster dunkler Linien herausfinden, um welche Atome es sich handelt. Umgekehrt geht es aber auch: Wenn man von außen Energie in die Elektronen steckt - zum Beispiel durch Kollisionen der Atome oder durch die Bestrahlung mit Licht - dann geben sie diese Energie irgendwann auch wieder ab. Auch das tun sie nur bei einer ganz charakteristischen Wellenlänge. Und anstatt einer dunklen Linie kriegt man nun eine helle, farbige Linie, eine Emissionslinie. Die Details sind kompliziert; was genau man kriegt hängt - sehr vereinfacht gesagt - davon ab, ob man eine Lichtmischung hat, die von heißem Material ab- und durch kühles Material gestrahlt wird oder umgekehrt. Wir sehen normalerweise nur Absorptionslinien im Sonnenlicht, weil wir normalerweise auch nur das Licht des heißen Sonneninneren sehen, das durch die kühlere Photosphäre strahlt. Ist das aber bei einer Finsternis blockiert, können wir auch die Emissionslinien sehen, die vom kühleren, dünnen Gas der Chromosphäre ausgesandt werden. So hat man übrigens das chemische Element Helium entdeckt, von dem ich in Folge 141 mehr erzählt habe. Bei einer Sonnenfinsternis im Jahr 1868 hat man die Emissionslinien der Chromosphäre beobachtet und darin Linien gefunden, die von keinem damals bekannten chemischen Element verursacht worden sein konnten. Also hat man dieses neue Element nach dem Ort seiner Entdeckung "Helium" genannt, vom griechischen Wort "helios" für Sonne. Erst später konnte man es dann auch auf der Erde nachweisen. Aber von Kapitän Stanyan im Jahr 1706 bis 1868 ist es ein großer Sprung; schauen wir also kurz nochmal zur Geschichte. Nach Stanyan haben auch andere Forscher immer wieder dieses seltsame rote Leuchten beobachtet, das bei einer Finsternis am Rande der Sonne kurz sichtbar wurde. Edmund Halley war zum Beispiel einer davon und 1851 hat der britische Astronom George Airy sie das erste Mal detailliert beschrieben. Er sah eine "gezackte" Struktur in der er Berge zu erkennen glaubte, die auf der Sonnenoberfläche wären. Weswegen er der Schicht auch den Namen "Sierra" gab, also eine geografische Bezeichnung für ein Gebirge. Ein schöner Name, der sich allerdings nicht durchgesetzt hat. Das Wort "Chromosphäre" stammt vom Astronom Joseph Lockyer, der gemeinsam mit und unabhängig vom Franzosen Jules Janssen die vorhin erwähnte Entdeckung des Heliums im Jahr 1868 gemacht hat. Er nahm die rötliche Farbe der Gasschicht zum Anlass, sie "Chromosphäre", also "Farbhülle" zu taufen. Diese rote Farbe sagt uns auch, aus was sie besteht. Wasserstoff kann verschiedene Emissionslinien erzeugen, eine der hellsten liegt bei einer Wellenlänge von 656,3 Nanometern. Sie wird auch "H-Alpha-Linie" genannt und befindet sich im roten Teil des Lichtspektrums. Und da die Chromosphäre rötlich leuchtet, muss dort jede Menge Wasserstoff sein. Die H-Alpha-Linie ist auch praktisch, wenn man die Chromosphäre beobachten will, wenn gerade mal keine Finsternis stattfindet. Dann kann man einen Filter verwenden, der nur Licht mit der H-Alpha-Wellenlänge durchlässt und kriegt einen guten Blick auf die Chromosphäre. Dort kann man dann auch gleich die "Berge" bewundern, die Airy zu sehen glaubte. Heute nennen wir sie allerdings "Spikulen". Entdeckt und halbwegs vernünftig beschrieben hat diese Strukturen der italienische Astronom Angelo Secchi im Jahr 1877. Er hat sie mit Flammen verglichen, die wie bei einem Feuer ständig aus der darunter liegenden Schicht der Sonne empor zündeln. Womit er nicht ganz unrecht hatte. Erstens sieht es genau so aus und zweitens stammen die Spikulen tatsächlich aus der Photosphäre. Sie entstehend dort, wo in der Photosphäre auch Sonnenflecken auftreten, also dort, wo die Magnetfelder gerade besonders stark sind. Diese Magnetfelder sind auf der Sonne ständig in Bewegung, sie werden von dem heißen, elektrisch geladenen Material quasi mitgerissen. Und entlang solcher Magnetfelder kann sich heißes Material auch ausbreiten. Die Spikulen tun das in eine Höhe von bis zu 10.000 Kilometer und können bis zu 1000 Kilometer dick sein. Das Material schießt mit mehr als 100 Kilometer pro Sekunde in die Chromosphäre; nach höchstens fünf Minuten fällt alles wieder zurück zur Sonne. Es ist also tatsächlich ein wenig so, wie Flammen oder noch besser: Wie Spritzer aus heißem Gas die aus der brodelnen Sonnenoberfläche nach oben schießen. Wie sie genau entstehen und sich ausbreiten ist einerseits kompliziert, andererseits noch nicht völlig klar. Es kommt auf die Wechselwirkung der Magnetfelder an, aber auch auf Stoßwellen im sich bewegenden Material der Sonne selbst. Sie sind die "Gischt des wogenden Photosphären-Ozeans", wie es der deutsche Astronom Otto Kiepenheuer sehr poetisch genannt hat. Ebenfalls in der Chromosphäre beobachten kann man Filamente und Protuberanzen. Wobei Protuberanzen eigentlich nichts anderes sind, als Filamente die man von der Seite betrachtet. Und beides ist Material von der Sonne, das mit enorm hoher Geschwindigkeit extrem hoch hinaus geschleudert werden kann. Sie entstehen - sehr vereinfacht gesagt - durch magnetische Kurzschlüsse, bei denen sehr viel Energie frei wird. Es sind quasi enorme Explosionen, die das heiße Gas wegschleudern, dass sich dann entlang der Magnetfeldlinien in Bögen weit durch die Chromosphäre hinauf und wieder zurück bewegt. Genau so eine Protuberanz hat vermutlich auch Kapitän Stanyan damals im Jahr 1706 beobachtet. Es gibt noch diverse andere dynamische Phänomene im Gas der Chromsophäre zu sehen und wir sind immer noch dabei, alles zu verstehen. Was wir auf jeden Fall noch nicht verstehen, ist der Zusammenhang zwischen Chromosphäre und der weiter außen liegenden Korona. Eigentlich sollte man ja davon ausgehen, dass es einfach so weiter geht, wie bisher. Das Gas wird immer weniger dicht und die Temperatur sinkt immer weiter. Was die Dichte angeht, stimmt das auch. Die Temperaturen steigen aber jenseits der Chromosphäre wieder an. Und das durchaus heftig: Bis auf ungefähr eine Million Grad! Das ist viel, auch wenn man berücksichtigt, dass so weit außen kaum noch Gas vorhanden ist, das heiß werden kann. Aber das, was da ist, IST heiß. Und irgendwo muss die Energie dafür herkommen. Es kann sein, dass diese Energie aus den weiter unten liegenden Magnetfeldern kommt; es kann auch sein dass sie durch Schallwellen übertragen wird, die im heftigen Gebrodel der Sonnenoberfläche entstehen. Aber wie es genau ist, wissen wir nicht. Die Chromosphäre markiert also quasi auch die Grenze unseres Verständnis der Sonne. Was wir sehen können - die Photosphäre - und was darunter liegt - das Sonneninnere - verstehen wir halbwegs gut. Aber je weiter wir nach außen gehen, desto unklarer werden die Dinge. Zum Glück haben wir mittlerweile Teleskope mit passenden Filtern, wir haben Weltraumteleskope die sich fast innerhalb der Korona aufhalten können - wir müssen also nicht auf eine Sonnenfinsternis warten um einen nur sekundenlangen Blick auf das rötliche Leuchten der Chromosphäre zu haben. Die Sonne ist der Stern, der die Grundlage des Lebens auf der Erde ist und der mit seinem Verhalten das ganze Sonnensystem dominiert. Wir sollten alle Teile der Sonne verstehen und ganz besonders die Chromosphäre!

Zuständigkeiten beim Weltuntergang Sternengeschichten Folge 448: Der Asteroid Apophis Ein Astronom (so gut wie nie eine Astronomin) steht in der Kuppel einer Sternwarte. Er blickt durch ein Teleskop und erschrickt plötzlich. Er springt auf, läuft zu einem Computer, tippt ein bisschen darauf rum. Panisch greift er zum Telefon während wir am Bildschirm zusehen können, wie ein Asteroid mit einer großen Explosion auf der Erde einschlägt. Tja. So ungefähr sehen die Szenen zu Beginn der einschlägigen Katastrophenfilmen aus, in deren weiteren Verlauf die Menschheit den Weltuntergang durch einen Asteroideneinschlag abwehren muss. Solche Filme mögen zwar unterhaltsam sein. Mit der Realität haben sie aber natürlich nichts zu tun. Wenn wir wirklich mal einen Asteroid finden sollten, der sich auf einem Kollisionskurs mit der Erde befindet, würde das ganz anders ablaufen. Was man sehr schön am Beispiel des Asteroids Apophis sehen kann - bei dem es tatsächlich mal so aussah, als könnte er auf der Erde einschlagen. Roy Tucker, David Tholen und Fabrizio Bernardi, zwei amerikanische Astronomen und einer aus Italien, haben am 19. Juni 2004 bei Beobachtungen am Kitt Peak National Observatorium in Arizona einen Asteroid entdeckt. Was an sich noch nicht weiter ausgewöhnlich wäre. Asteroiden werden andauernd entdeckt; es gibt ja auch enorm viele davon im Sonnensystem. So wie alle frisch entdeckten Asteroiden hat auch dieser eine sogenannte "provisorische Bezeichnung" bekommen. Also eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen, die vom Zeitpunkt der Beobachtung abhängen. In diesem Fall war das "2004 MN4". Und haben die drei dann sofort den amerikanischen Präsidenten, die UNO, das Pentagon oder den ADAC angerufen? Nein, natürlich nicht. Wieso auch? Man wusste ja zu diesem Zeitpunkt nur: Da ist ein Asteroid. Und konnte aus den ersten Beobachtungen nur eine vorläufige Umlaufbahn berechnen. Das ist immer so; das ist auch verständlich: Je weniger Beobachtungspunkte man hat, desto ungenauer ist die daraus berechnete Bahn. Man wusste zwar, dass es sich um einen erdnahen Asteroid handelt, also die Gruppe von Asteroiden die sich zwischen den Umlaufbahnen von Venus und Mars befinden und von denen ich in Folge 271 mehr erzählt habe. Aber ansonsten wusste man noch nicht viel. Es dauert, bis man eine Bahn WIRKLICH gut bestimmt hat. So wie man das in den Filmen oft sieht, funktioniert es jedenfalls nicht. Das fängt schon damit an, dass man nicht mit den eigenen Augen durchs Teleskop schaut. Da hängt eine Kamera dran, die Aufnahmen macht. Diese Aufnahmen schaut man sich nachher auf einem Computer an und vergleicht sie mit früheren Bilder der gleichen Himmelsregion. Man sucht nach Lichtpunkten, die auf dem neuen Bild zu sehen sind, auf dem alten aber nicht. Das kann dann aber natürlich ein schon bekannter Asteroid sein, der sich gerade durch die entsprechende Gegend am Himmel bewegt. Oder ein Satellit. Oder ne Supernova. Oder sonst irgendwas. Man muss ein paar mehr Bilder machen und schauen, ob sich der Lichtpunkt ein bisschen bewegt. Idealerweise nicht im Abstand von ein paar Minuten - in so einer kurzen Zeit bewegt sich nicht viel - sondern in ein paar Stunden oder Tagen. Wenn es sich bewegt und wenn es vorher nicht bekannt war, dann stehen die Chancen gut, dass es sich um einen Asteroid handelt. Das kurze Stück der Umlaufbahn, die man dann in den Aufnahmen direkt beobachtet hat, kann man benutzen, um auf die komplette Umlaufbahn zu schließen. Aber halt nur innerhalb von - anfangs noch sehr großen - Fehlergrenzen. Man kann also nicht einfach durch ein Teleskop schauen und aus einer einzigen Beobachtung sofort wissen, ob und wo der Asteroid einschlagen wird. Es wird also auch niemand aufspringen um den Präsidenten anzurufen. Was man aber sehr wohl macht und das auch sehr schnell, ist die Meldung an das "Minor Planet Center". Diese Einrichtung der Internationalen Astronomischen Union ist die offizielle Sammelstelle für alle Beobachtungen von Asteroiden, Kometen und anderen kleinen Himmelskörpern. Hat man etwas unbekanntes entdeckt, dann beeilt man sich aus zwei Gründen, das MPC zu informieren: Erstens, um die eigene Priorität anzumelden. Wer die Entdeckung als erstes dem MPC meldet, gilt auch als die Person, die den Asteroid offiziell entdeckt hat. Und zweitens, um an mehr Daten zu kommen. Denn irgendwann ist die Beobachtungsnacht zu Ende. Spätestens wenn die Sonne aufgeht. Oder schon früher, wenn Wolken kommen. Anderswo auf der Erde ist es aber noch Nacht und dort kann weiter beobachtet werden. Und wenn in der folgenden Nacht schlechtes Wetter ist, müssen die Beobachtungen anderswo durchgeführt werden, wo der Himmel klar ist. Es kann auch sein, dass der Asteroid vom eigenen Standpunkt aus gar nicht mehr am Himmel zu sehen ist; anderswo aber schon. Kurz gesagt: Ist eine Entdeckung erst mal beim MPC registriert, können alle anderen die das wollen, die entsprechenden Daten sehen. Die Seite des Minor Planet Center ist öffentlich im Internet einsehbar. Und viele Beobachterinnen und Beobachter schauen dort regelmäßig nach, bei welchen Objekten noch Messungen nötig sind. Solche Beobachtungen fanden in den Monaten nach der Entdeckung von 2004 MN4 statt und die Bahn des Asteroids konnte immer genauer berechnet werden. Am 21. Dezember 2004 flog er in der Nähe der Erde vorbei, wodurch er besonders gut beobachtet werden konnte. Mit den dabei gewonnenen Daten konnte man die Bewegung des Objekts weiter in die Zukunft berechnen. Und stellte fest: Am 13. April 2029 würde er ganz besonders nahe an der Erde vorbeifliegen. Ein klein wenig erschreckend nahe… So nahe, dass man eine Kollision nicht ausschließen konnte. Es gibt zwei wichtige Datenbanken, die sich mit der Gefahr durch erdnahe Asteroiden beschäftigen: Eine ist "Sentry", das "Earth Impact Monitoring" der NASA, die andere heißt "NEODyS" und wird von den Universitäten Pisa und Valladolid (in Italien und Spanien) betrieben. Beide verarbeiten die Daten des Minor Planet Center quasi automatisch und prüfen, ob irgendein Asteroid eine Gefahr für uns darstellen könnte. Und beide entdeckten die potenzielle Kollision für den 13. April 2029. Am 23. Dezember 2004 berechneten diese Dienste eine Kollisionwahrscheinlichkeit von 1 zu 300, also circa 0,3 Prozent. Später am gleichen Tag hatte man schon mehr Daten zur Verfügung und konnte die Bahn genauer berechnen. Die neue Kollisionwahrscheinlichkeit lag nun bei 1 zu 62, also 1,6 Prozent Chancen auf eine Kollision. Am 25. Dezember 2004 gab es noch mehr Daten und eine Kollisionswahrscheinlichkeit von 2,2 Prozent. Das ist ein ziemlich außergewöhnlicher Vorgang, denn normalerweise läuft die Sache anders. Anfangs hat man wenig Daten und kennt die Bahn nur grob. Deswegen kann man sehr oft nicht ausschließen, dass eine Kollision stattfindet; die Chancen das sie tatsächlich passiert sind aber sehr gering. Es ist viel wahrscheinlicher, dass die wahre Umlaufbahn an der Erde vorbei führt und man das ziemlich schnell erkennt, wenn mehr Beobachtungen vorhanden sind. Je mehr Daten, desto weiter sinkt die Kollisionwahrscheinlichkeit: Das ist das, was üblicherweise passiert. In diesem Fall war es aber umgekehrt: Je besser man die Bahn bestimmte, desto HÖHER war die Wahrscheinlichkeit einer Kollision. In dieser Situation haben sich die beteiligten Forscherinnen und Forscher übrigens tatsächlich Gedanken darüber gemacht, ob und wen sie anrufen sollten. Aber auch hier lief alles deutlich anders ab als im Kino. Da waren keine Kontrollräume mit großen Bildschirmen, blinkenden Symbolen, und so weiter. Es war der 25. Dezember, es war Weihnachten. Die Forscherinnen und Forscher waren keine Angestellten der Regierung, sondern ganz normale Leute die an Unis gearbeitet haben. Beziehungsweise an diesem Feiertag eben zuhause waren. Und eigentlich mit ihren Familien feiern wollten, dann aber doch an ihren Computern gesessen sind, Daten ausgewertet haben und sich Emails geschrieben haben. Es gab damals keinen offiziellen Ablaufplan, wer zu informieren sei. Hätten die amerikanischen Leute im Team den US-Präsidenten - damals George W. Bush - anrufen sollen? Wie genau? Nur weil man Astronom ist, hat man ja nicht unbedingt die Nummer des Präsidenten? Hätten die italienischen und spanischen Astronom:innen ihre Staatsoberhäupter informieren sollen? Und was hätten die dann getan? Übrigens: Geheimhalten hätte sich so etwas auch nicht. Das wird in den Kinofilmen ja gern mal gemacht, "damit keine Panik ausbricht". Aber wie ich schon gesagt habe: Die Beobachtungsdaten, die jeweils aktuell berechneten Umlaufbahnen und die Kollisionswahrscheinlichkeiten stehen alle vollständig und öffentlich im Internet. Das wird live und automatisch aktualisiert; das kann man nicht geheimhalten. Und selbst wenn, dann würde es den Astronom:innen erstens auffallen, dass da plötzlich alle Daten über einen bestimmten Asteroid gelöscht worden sind. Und zweitens wäre das Ding ja immer noch am Himmel zu sehen! Und man kann den Leuten nicht verbieten, zum Himmel zu schauen; man hätte den Asteroid trotzdem weiter beobachtet. Und eben WEIL alles über den potenziell gefährlichen Asteroid öffentlich im Internet einsehbar war, haben immer mehr Astronominnen und Astronomen auf der ganzen Welt Beobachtungen angestellt und an das Minor Planet Center geschickt. Am 27. Dezember 2004 konnte man die Bahnberechnung ein weiteres verbesseren. Die Kollisionswahrscheinlichkeit stieg weiter, auf 2,7 Prozent. Am Nachmittag des 27. Dezember wurde dann ein "precovery" gemacht. Das ist wie ein "discovery", nur in der Vergangenheit. Es funktioniert so: Hat man ein Objekt entdeckt und kennt eine vorläufige Umlaufbahn, dann kann man die Bewegung nicht nur in die Zukunft berechnen, sondern natürlich auch für die Vergangenheit. Und wenn man weiß, wo ein Asteroid in der Vergangenheit war, kann man in Datenbanken nach Aufnahmen dieser Himmelsregion suchen, die aus ganz anderen Zwecken gemacht worden sind. Und wo der Asteroid vielleicht unbemerkt abgebildet worden ist. Man kann ja nicht immer ALLE Lichtpunkte auf so einem Bild im Detail untersuchen, vor allem dann, wenn man gar nicht auf Asteroidensuche ist. In diesem Fall hat man aber genau so ein Bild aus der Vergangenheit entdeckt, auf dem der Asteroid zu sehen war. So etwas ist super: Denn bei der Bahnberechnung kommt es darauf an, Daten für möglichst weit auseinander liegende Zeitpunkte zu haben. Jetzt konnte man also die ganzen Beobachtungen der Gegenwart mit dem Bild aus der Vergangenheit kombinieren. Mit einem Schlag wurde die Umlaufbahn sehr viel exakter und zwar so exakt, dass man ausschließen konnte, dass der Asteroid am 13. April 2029 mit der Erde kollidiert. Man kannte die Bahn jetzt auch genau genug, um nicht mehr die provisorische Bezeichnung "2004 MN4" verwenden zu müssen. Immer dann, wenn die Bewegung eines Asteroiden einigermaßen sicher beschrieben werden kann, darf man ihm einen "richtigen" Namen geben. Die Entdecker entschieden sich in diesem Fall für "Apophis", nach dem altägyptischen Gott der Finsternis und des Chaos. Und wahrscheinlich auch nach dem bösen Alien in der Fernsehserie "Stargate SG-1", von der David Tholen und Ray Tucker große Fans waren. Ganz sicher war man sich aber immer noch nicht, was Apophis und die Erde angeht. So ein erdnaher Asteroid fliegt ja nicht nur einmal an der Erde vorbei, sondern immer wieder. Für den 13. April 2029 war man jetzt zwar sicher. Aber auch 2036, 2051 und 2068 waren sehr nahe Begegnungen vorhergesagt bei denen man eine Kollision vorerst nicht ausschließen konnte. In diesem Fall haben weitere Beobachtungen auch nur bedingt geholfen. Denn es ist verdammt schwer, vorherzusagen, was NACH einer nahen Begegnung passiert. Der vorherberechnete Abstand zwischen der Erde und Apophis für den 13. April 2029 liegt bei nur 31.750 Kilometer über der Erdoberfläche. Bei diesem geringen Abstand wird die von der Erde auf den Asteroid ausgeübte Gravitationskraft besonders stark, er kriegt quasi einen ordentlichen Schubs und wird danach auf einer anderen Bahn weiterfliegen als zuvor. Wie dieser Schubs genau ausfallen wird, lässt sich allerdings nur schwer vorhersagen. Weswegen die Prognosen für die weiteren Begegnungen unklar waren. Deswegen hat man Apophis weiter beobachtet. Er kam immer wieder in der Nähe der Erde vorbei - nie so nahe, dass es gefährlich werden würde. Aber doch so nahe, dass man ihn nicht nur mit normalen Teleskopen beobachten kann, sondern auch mit Radarteleskopen. Das heißt, man konnte Radarstrahlen von der Erde zu Apophis schicken, sie dort abprallen lassen und die Reflexion auf der Erde messen. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen Erde und Apophis extrem genau bestimmen, was auch die Bahnbestimmung genauer macht. Im Laufe der Jahre konnte man langsam immer weiter Entwarnung geben. 2036 würde er an uns vorbeifliegen; 2051 ebenso. Als letztes noch offen war eine potenzielle Kollision am 12. April 2068, mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,00026 Prozent. Nicht mehr viel und eigentlich nichts, über das man sich groß sorgen muss. Aber nach Messungen während eines Vorbeiflugs von Apophis an der Erde am 6. März 2021 konnte man die Bahnbestimmung ein weiteres Mal verbessern. Und damit war dann klar, dass er auch 2068 nicht die Erde treffen wird. Apophis wird im 21. Jahrhundert nicht mit der Erde kollidieren. Was das 22. Jahrhundert angeht, kann man noch keine Aussagen machen. So weit lässt sich die Umlaufbahn eines erdnahen Asteroiden nicht mit der nötigen Exaktheit berechnen. Aber selbst wenn Apophis in ferner Zukunft doch mal auf Kollisionskurs sein sollte, wird er keinen Weltuntergang verursachen. Er hat einen Durchmesser von circa 325 Metern, was zwar reicht, um die Region, in der er abstürzen würde, gewaltig zu verwüsten. Aber nicht, um ein globales Massensterben zu verursachen, so wie damals bei den Dinosaurieren, wo ein 10 Kilometer großer Asteroid mit uns kollidiert ist. Und im 22. Jahrhundert hat man ja dann hoffentlich die Techniken zur Asteroidenabwehr, die ich in den Folge 76, 77 und 78 vorgestellt habe, schon im Griff und kann der Sache entspannt entgegensehen. Und bis dahin hat man sich dann vermutlich auch geeinigt, wer wen zu welchem Zeitpunkt anrufen soll…

Außeriridsche Kalenderkunde Sternengeschichten Folge 447: Sol und Dhanus - Zeitmessung auf dem Mars Derzeit - und vermutlich auch noch in absehbarer Zukunft - ist unser Nachbarplanet ausschließlich von Robotern bewohnt. Wir Menschen stellen uns zwar schon seit Jahrhunderten vor, wie es ist dorthin zu reisen und dort zu leben. Ein Flug zum Mars mit Menschen an Bord und erst recht dort dauerhaft zu leben ist aber nicht nur ein enorm komplexes Vorhaben, sondern auch extrem gefährlich. Wir haben noch nicht einmal richtig angefangen, all die Probleme zu lösen, die für so etwas gelöst werden müssen und einen ganzen Haufen Probleme vermutlich noch nicht mal entdeckt. Vielleicht kriegen wir es hin, einen kurzen Besuch dort zu absolvieren. Es wird aber auf jeden Fall noch ein wenig dauern, bis Menschen auf dem Mars auch dauerhaft leben. Trotzdem muss man sich auch jetzt schon ein wenig Gedanken darüber machen, wie man bestimmte Dinge dort organisiert. Zum Beispiel die Zeitmessung. Der Mars ist ein Planet. Ein wenig kleiner als die Erde, aber auch dort gibt es das, was es hier auf der Erde gibt: Nämlich Tag und Nacht. Der Mars rotiert um seine Achse und so wie dadurch auf der Erde die Sonne auf- und untergeht, passiert das auch auf dem Mars. Die Erde braucht bekanntlich 24 Stunden für eine Umdrehung (bzw. ein kleines bisschen weniger, aber dazu gleich mehr). Das ist der "Sonnentag", den man von einem "Sterntag" unterscheiden muss, wie ich in Folge 307 ausführlich erklärt habe. Man muss die Rotation eines Himmelskörpers ja immer in Bezug auf irgendeinen konkreten Punkt messen. So ein Bezugspunkt können die Sterne sein; die sind so weit weg, dass sie ihre Position nicht verändern, während die Erde - oder der Mars - sich um die Achse dreht. Ich kann mir also einen bestimmten Stern aussuchen, seine Position messen und dann warten, bis sich der Mars genau so weit gedreht hat, bis ich den Stern exakt wieder an der gleichen Position sehen kann. Die Dauer dieser Rotation ist ein Sterntag und auf der Erde sind das 23 Stunden, 56 Minuten und 4,1 Sekunden. Diese Zeitspanne ist wichtig, wenn man an astronomischen Beobachtungen interessiert ist. Für den Alltag ist aber die Sonne viel wichtiger. Misst man jetzt also die Zeit die vergeht, bis die Sonne nach einer Rotation der Erde wieder exakt an der gleichen Position des Himmels steht, kriegt man einen "Sonnentag" und der ist ein wenig länger als der Sterntag. Denn während die Erde um ihre Achse rotiert, hat sie sich ja auch ein kleines Stückchen entlang ihrer Bahn um die Sonne herum bewegt. Was bedeutet, dass die Sonne jetzt ihre scheinbare Position am Himmel ein bisschen verändert hat und die Erde sich noch ein bisschen weiter drehen muss, um das auszugleichen. Deswegen ist der Sonnentag mit 24 Stunden um knapp 4 Minuten länger als der Sterntag. Aber wir waren ja eigentlich am Mars. Dort dauert der Sterntag 24 Stunden 37 Minuten und 22,66 Sekunden; der Sonnentag ist auch hier mit 24 Stunden, 39 Minuten und 35,24 Sekunden länger. Dass die Tageslänge am Mars bis auf die knapp 40 Minuten identisch mit der Tageslänge der Erde ist, ist übrigens reiner Zufall. Es gibt keine Gesetzmäßigkeiten die die Rotationsdauer der Planeten irgendwie ordnet. Wie schnell sich ein Planet um seine Achse dreht, hängt - zumindest vereinfacht gesagt - vor allem von den ganzen chaotischen Prozessen ab, die während der Planetenentstehung stattgefunden haben. Die ganzen Kollisionen, die notwendig sind, damit aus kleinen Himmelskörpern große Planeten entstehen, bestimmen am Ende auch, wie sich der Planet um seine Achse dreht. Auf der Venus dauert ein Tag mehr als 100 Erdtage; auf dem Saturn nur wenige Stunden. Die Dauer eines Sonnentags auf dem Mars, also die 24 Stunden 39 Minuten und 35,24 Sekunden, werden als "Sol" bezeichnet. Ein bisschen ein komisches Wort, weil es ja auf Latein "Sonne" bedeutet und es eigentlich um den Mars geht. Aber man hat es eben gewählt, um den SONNENtag zu bezeichnen. Es hat übrigens auch nichts mit dem "Sol" zu tun, das man in den alten Folgen der Fernsehserie "Star Trek" hören kann. Dort wird damit ja die Geschwindigkeit des Raumschiff Enterprise bezeichnet; bzw. das Ausmaß der Überlichtgeschwindigkeit. Nur das im englischen Original der Serie nie jemand von "Sol" spricht, da wird immer nur "Warp" verwendet. Warum man sich für die deutsche Übersetzung ein neues Wort ausgedacht hat - "sol" soll "speed over light" bedeuten - kann ich nicht sagen. In der Wissenschaft hat man es aber so oder nicht mit Überlichtgeschwindigkeitsraumschiffen zu tun und da steht "Sol" für den Sonnentag am Mars. Jetzt könnte man sich fragen, welche Rolle es überhaupt spielt, wie lang ein Tag auf dem Mars ist. Wohnen ja eh noch keine Menschen dort, bei denen irgendwann der Wecker klingelt und die zur Arbeit müssen. Oder die Abends schnell nach Hause müssen, um nicht von der Dunkelheit überrascht zu werden. Das ist richtig - aber wir haben im Laufe der Zeit jede Menge Raumsonden, Landeeinheiten und Rover auf dem Mars abgesetzt, wie ich ja schon in Folge 429 erzählt habe. Und denen ist die Uhrzeit nicht egal. Also im Prinzip schon, aber man will mit den Dingern am Mars ja arbeiten. Und muss dabei natürlich auf den Wechsel von Tag zu Nacht aufpassen. Im Dunkeln fährt es sich auch für einen Marsrover schlecht; der muss wissen, wohin er fährt und dazu muss er Bilder von der Umgebung machen. Das gilt umso mehr für die Forschung: Wenn man am Mars irgendeinen Stein untersuchen will, irgendwelche Experimente durchführt: Dann braucht man dazu Licht. Und das bisschen an Wärme, was auf dem eiskalten Planeten untertags gibt. In der dunklen und bis zu -100 Grad kalten Nacht kann man viele Dinge nicht machen. Die Menschen, die auf der Erde die Aktivitäten der Marsmissionen planen, müssen sich also zwangsläuig nach den dortigen Gegebenheiten richten. Wenn also eine Landeeinheit oder ein Rover auf der Oberfläche unseres Nachbarplaneten aufsetzt - was man natürlich auch eher dann macht, wenn dort die Sonne scheint - wird das als "Sol 0" bezeichnet. Das hat sich deswegen durchgesetzt, weil man natürlich nicht sofort mit der Arbeit loslegen kann. Erst mal muss alles geprüft werden, und so weiter und die eigentlich Arbeit kann frühestens am nächsten Tag losgehen. Beziehungsweise eben am nächsten Sol, der dann offizieller Sol 1 der Mission ist. Bei der NASA - in den ersten 60 Jahren der Marsmissionen die einzige Organisation die überhaupt etwas erfolgreich auf dem Mars landen lassen konnte - hat sich ein ganzer Haufen neuer Begriffe eingebürgert, um den Überblick über die Zeit zu behalten. Mit "yestersol" wird der vorherige Sol bezeichnet; analog ist "tosol" der aktuelle Sol und "solmorrow" der kommende Sol. Auf deutsch gibt es solche neuen Wörter noch nicht, hier kommt man aber mit "gestern", "heute" und "morgen" im Prinzip aber auch mit Begriffen aus, die im Gegensatz zu den entsprechenden englischen Wörtern kein "tag" bzw. "day" beinhalten. Und in der Wissenschaft sowieso immer englisch geredet. Es gibt übrigens keine globale Zählung der Marstage. Jede Mission fängt wieder neu bei Sol 0 an und zählt die verstreichende Zeit individuell. Aber was, wenn irgendwann doch einmal Menschen auf dem Mars leben? Dann wird sicher nicht jede neue Gruppe von frisch gelandeten Siedlungswilligen ihre eigene Zählung mit Sol 0 starten. Dann wird man sich auf eine gemeinsame Zeitmessung einigen müssen. Das fängt dann zuerst bei der Messung der Uhrzeit an. Wir brauchen ja für den Alltag auch kleinere Zeiteinheiten als nur Tage. Würde man einfach eine irdische Uhr mit auf den Mars bringen, hätte man ein Problem: Die hört bei 24 Uhr auf, zeigt danach 0 Uhr an und beginnt einen neuen Tag. Schon am ersten Sol würde also alles aus dem Ruder laufen, weil ja die knapp 40 Minuten fehlen, die ein Marstag länger als ein Erdtag ist. Eine schöne Lösung hat sich der Science-Fiction-Autor Kim Stanley Robinson für seine Mars-Trilogie ausgedacht. Hier gibt es Uhren, die um Punkt Mitternacht einfach für 39 Minuten und 36 Sekunden stehen bleiben. Man hat also jede Nacht eine Art "Geisterstunde" in der es keine offizielle Uhrzeit gibt. Was aber auch nicht tragisch ist, weil man um die Zeit ja sowieso oft schläft. Man kann auch einfach Uhren bauen, die ein wenig langsamer laufen. Dann hätte ein Sol immer noch 24 Stunden wie ein Tag auf der Erde. Nur dass eine Mars-Stunde dann knapp 61 irdische Minuten dauert, eine Mars-Minute 61,6 irdische Sekunden und eine Mars-Sekunde 1,027 Erd-Sekunden. Das ist vielleicht ein bisschen gewöhnungsbedürftig - aber wir alle haben uns doch schon mal gewünscht, dass ein Tag ein wenig länger dauert, weil wir mit der Arbeit noch nicht fertig geworden sind oder wir gerade sehr viel Spaß haben. Auf dem Mars wäre es dann genau so! Man kann natürlich auch ein ganz anderes System basteln. Falls wir nicht nur auf dem Mars wohnen, sondern weiterhin auf der Erde und auch noch Kontakt zwischen den beiden Planeten besteht, dann wäre es natürlich wünschenswert, wenn beide zumindest eine gemeinsame Basis haben. Eine Sekunde - die offizielle wissenschaftliche Einheit für die Zeitmessung - sollte überall gleich lange dauern. Dann müsste man auf dem Mars die traditionelle Einteilung der Minute in 60 Sekunden, der Stunde in 60 Minuten und des Tages in 24 Stunden aufgeben. Und würde dann zB einen Mars-Sol bekommen, der 25 Stunden dauert, wobei jede Stunde 67 Minuten und jede Minute 53 Sekunden hat. Was vermutlich enorm verwirrend wäre, aber den Leuten im Laufe der Zeit genau so normal vorkommen würde wie unsere 24/60/60-Einteilung, die ja eigentlich auch seltsam ist, wenn man genauer darüber nachdenkt. Es reicht aber nicht, nur die Tage und Stunden in den Griff zu kriegen. Wir brauchen am Mars auch noch einen Kalender um den Ablauf der Jahre zu messen. Wie das auf der Erde funktioniert, habe ich schon vor langer Zeit in Folge 5 der Sternengeschichten erklärt. Ein Jahr, also ein Umlauf der Erde um die Sonne dauert ein bisschen mehr als 365 Tage. Weswegen wir alle paar Jahre ein Schaltjahr mit 366 Tagen einführen müssen, damit alles halbwegs passt. Und was die Einteilung des Jahres in Monate angeht, ist bei uns alles ziemlich konfus. Wie ich in Folge 101 genauer erklärt habe, haben wir im Laufe der Zeit immer wieder am Kalender rumgebastelt, weswegen jetzt manche Monate 30 Tage haben, manche 31, der Februar überhaupt nur 28, sofern er nicht gerade 29 Tage hat. Auf dem Mars hätte man die Chance, das gleich von Anfang an ordentlich zu machen. Das hat sich der Raumfahrtingenieur Thomas Gangale auch gedacht und schon 1985 einen entsprechenden Kalender vorgeschlangen. Dieser "Darische Kalender" - benannt nach seinem Sohn Darius - muss erst mal damit klar kommen, dass ein Marsjahr 668,5907 Sols dauert. Auch hier müssen wir also mit Schaltjahren arbeiten: Ein Zeitraum von 10 Marsjahren enthält sechs Jahre mit 669 Sols und vier mit 668 Sols. So oder so ist das sehr viel länger als das Jahr auf der Erde. Weswegen man auf dem Mars auch nicht mit 12 Monaten auskommt. Der Darische Kalender enthält 24 Monate, wobei auf vier Monate mit 28 Sols immer ein fünfter Monat mit 27 Sols folgt. Bis auf die Schaltjahre, die einen Sol länger sind; da hat der letzte Monat des Kalenders auch 28 Sols. Was die Wochen angeht läuft auf dem Mars alles gleich wie auf der Erde. Jede Woche hat sieben Sols, was praktisch ist, weil so ein Marsmonat immer genau vier Wochen zu je sieben Sols lang ist. Es sei denn, man hat gerade einen Monat mit nur 27 Sols. In dem Fall entfällt dieser Tag einfach. Wäre dieser letzte Tag eines Monats also laut Kalender ein Sonntag, dann geht es vom Samstag direkt zum Montag weiter. Was ebenfalls gewöhnungsbedürftig ist, aber den Vorteil hat, das man sich nicht so Sachen fragen muss wie: Auf welchen Wochentag fällt denn Weihnachten dieses Jahr? Der Kalender des Mars ist fix; jedes Datum hat immer den gleichen Wochentag. Nur für die Namen hat sich Gangale ein paar neue Begriffe ausgedacht. Am Mars gibt es nicht Montag, Dienstag, und so weiter. Die Marswoche beginnt mit dem Tag "Solis", dann kommt "Lunae", dann "Martis", "Mercurii", "Jovis", "Veneris" und die Woche endet mit "Saturni". Das sind einfach nur die lateinischen Bezeichnungen für Sonne, Mond, Mars, Merkur, Jupiter, Saturn und Venus. Und auch auf der Erde haben die Wochentage ja ihren Ursprung in den Himmelskörpern - was man an "Sonntag", "Montag" oder zb dem englischen "Saturday" noch gut hören kann. Die 24 Monate hat Gangale nach den Sternbildern der Ekliptik benannt, also den Sternbildern, die wir auch als Sternzeichen aus dem Horoskop kennen. Davon gibt es aber nur 12, weswegen er auch noch die entsprechenden Bezeichnungen der Sternzeichen aus der altindischen Sprache Sanskrit benutzt hat. Das Marsjahr beginnt also am Solis, dem 1. Sagittarius, dem Monat der nach dem Schützen benannt ist. Dieser Monat endet am 28. Sagittarius, einem Saturni. Dann folgt der 1. Dhanus, wie das Sternbild Schütze auf Sanskrit heißt. Wer gerne ungewöhnliche Wörter hört - hier ist die Liste der restlichen 22 Marsmonate: Capricornus, Makara, Aquarius, Kumbha, Pisces, Mina, Aries, Mesha, Taurus, Rishabha, Gemini, Mithuma, Cancer, Karka, Leo, Simha, Virgo, Kanya, Libra, Tula, Scorpius, Vrishika. Das Marsjahr beginnt übrigens nicht im tiefsten Winter wie bei uns. Bzw. gilt das ja auf der Erde nur für die Nordhalbkugel; im Süden feiert man Silvester mitten im Sommer. Gangale hat seinen Kalender so gelegt, dass der erste Tag eines Jahres mit dem Frühlingsanfang auf der nördlichen Hemisphäre des Mars zusammenfällt. Outdoorparties sind aber am Mars trotzdem nicht zu empfehlen; egal welche Jahreszeit: Dort ist es eiskalt! Man kann noch weiter herumbasteln, um einen Kalender für den Mars zu bauen. Und das hat man natürlich auch gemacht, sowohl in der Science-Fiction als auch in der Wissenschaft. Mal mit weniger Monaten, mal mit längeren Wochen; mal mit Übereinheiten wie "Quartalen". Mal fängt das Jahr im Frühling an, mal nicht. Und so weiter. Und genaugenommen ist das alles zwar ganz interessant. Aber doch auch ein wenig Fleißarbeit. Bis auf dem Mars ein Bedarf nach einem Kalender herrscht, wird noch sehr, sehr viel Zeit vergehen. Und wenn dann irgendwann doch einmal Menschen dort leben sollten, dann werden wir es vermutlich sowieso so machen, wie wir es immer tun. Und uns nicht an irgendwelche gut geplanten und organisierten Vorgaben halten. Sondern aus unseren Geschichten, Bräuchen und Traditionen irgendein sehr kompliziertes und unhandliches Regelwerk basteln und uns weigern, auch nur irgendwas davon zu ändern.

Die Wächter der Lokalen Gruppe Sternengeschichten Folge 446: Das Konzil der Riesen Heute geht es um das "Konzil der Riesen". Das klingt ein bisschen wie aus einem Fantasy-Roman. Hat aber gar nichts damit zu tun, sondern mit Kosmologie. Und Galaxien. Dazu reisen wir in die "Lokale Gruppe". Das klingt ein wenig langweilig; ist aber die offizielle Bezeichnung für unsere Ecke im Universum. Also die Ansammlung von Galaxien, zu der auch die Milchstraße gehört; unsere Heimatgalaxie in der sich die Sonne befindet. Die lokale Gruppe habe ich in Folge 371 schon einmal ausführlich vorgestellt; das werde ich jetzt nicht wiederholen. Die Kurzversion: Die Lokale Gruppe besteht aus den beiden großen Galaxien der Milchstraße und der Andromeda. Dazu kommen noch ein paar Dutzend kleinere Galaxien, die alle durch ihre Gravitationskraft aneinander gebunden sind. Das heißt, dass sie sich nicht unabhängig voneinander durch den Weltraum bewegen können, sondern einander mit ihrer Gravitationskraft in Form eines Galaxienhaufens zusammenhalten. Dieser Haufen hat einen Durchmesser von circa 8 Millionen Lichtjahren. Aber hinter der lokalen Gruppe hört das Universum natürlich nicht auf. Es gibt unzählige andere Galaxienhaufen, die sich zu noch größeren Superhaufen zusammenfinden, die wiederum Super-Superhaufen bilden, und so weiter. Und zwischen diesen gigantischen Strukturen gibt es ebenso gigantische Leerräume. Schaut man ein wenig über die lokale Gruppe hinaus, findet man also weitere Galaxien. Die nicht willkürlich angeordnet sind. Die Galaxien in unserer Umgebung bilden zusammen mit der lokalen Gruppe die sogenannte "Lokale Scheibe". Der offizielle englische Fachausdruck dafür lautet "local sheet" und es handelt sich tatsächlich um eine Region, die ungefähr 50 Millionen Lichtjahre durchmisst und nur 1,5 Millionen Lichtjahre dick ist. Eine Scheibe, voll mit Galaxien, die alle mehr oder weniger die gleiche "Pekuliargeschwindigkeit" haben. Das Wort "pekuliar" bedeutet so viel "eigentümlich"; so eigentümlich ist die Sache aber gar nicht. Man meint damit in der Astronomie einfach nur die Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf etwas anderes. In diesem Fall ist die Sache ein wenig knifflig, weil es um Kosmologie geht. Seit über hundert Jahren wissen wir, dass das Universum sich ausdehnt. Edwin Hubble und seine Kollegen haben in den 1920er Jahren gemessen, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen und zwar um so schneller, je weiter sie voneinander entfernt sind. Man muss aber aufpassen, wie man diese Aussage interpretiert. Das gilt so allgemein nur, wenn man das Universum wirklich auf sehr großen Skalen betrachtet. Die Erde selbst etwa, hat immer die gleiche Größe, die dehnt sich nicht aus. Auch die Abstände der Planeten des Sonnensystems zur Sonne bleiben gleich. Und vorhin habe ich gesagt, dass die Galaxien der lokalen Gruppe durch ihre Gravitationskraft aneinander gebunden sind; hier sorgt die Expansion des Universums also auch nicht dafür, dass sich alle voneinander entfernen. Man kann sich die Expansion als eine Kraft vorstellen und die Gravitation als andere Kraft. Bei - kosmologisch gesehen - kleinen Abständen, ist die Gravitationskraft stärker als die Expansion und hält die Dinge zusammen. Deswegen bleibt der Abstand der Planeten zur Sonne gleich und auch die lokale Gruppe löst sich nicht auf. Nur wenn es um sehr weit voneinander entfernte Objekte geht, spielt die Expansion des Alls eine Rolle. Man darf die Bewegung der Galaxien aufgrund der Expansion des Raums auch nicht mit einer Bewegung DURCH den Raum verwechseln. Vereinfacht gesagt wird der Raum zwischen den Galaxien immer größer und die Galaxien werden dadurch voneinander weg "geschoben". Wir sehen trotzdem, wie sie sich - gemeinsam mit dem Raum - von uns entfernen und können die entsprechende Geschwindigkeit messen, mit der sie das tun. Das ist aber nicht die Pekuliargeschwindigkeit, um die es geht. Das ist tatsächlich die Geschwindigkeit, mit der sich eine Galaxie DURCH den Raum bewegt. Und bestimmt man die für die großen Galaxien in unserer Umgebung, dann sieht man, dass die alle recht gut übereinstimmen. Und sich von der Pekuliargeschwindigkeit der weiter entfernten Galaxien unterscheidet. Genau das ist die lokale Scheibe: Eine große Gruppe an Galaxien, die sich alle mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegen. Wer wissen möchte, wohin die Reise geht: Zum sogenannten "Leo Spur". Das ist eine andere "lokale Scheibe", also eine andere Ansammlung von Galaxien die sich Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit teilen. Bis wir dort ankommen, werden aber noch circa 10 Milliarden Jahre vergehen; wir können uns als noch entspanden. Der Grund der gemeinsamen Bewegung der Galaxien in der lokalen Scheibe ist eine weitere Lokalität: Nämlich die "Lokale Leere". Ich habe vorhin schon von der großräumigen Struktur des Universums gesprochen: Riesige Superhaufen aus Galaxien, getrennt von ebenso riesigen Leerräumen. Die aus den Galaxien-Superhaufen gebildeten Strukturen werden offiziell "Filamente" genannt, die Leerräume heißen "Voids". Die lokale Scheibe ist, auf einem etwas kleinerem Maßstab, genau so ein Filament, ebenso der Leo Spur (der das uns nächstgelegen Filament ist). Und direkt an die lokale Scheibe grenzt eine Void. Wir wissen nicht, wie groß dieser Leerraum genau ist, aber so um die 50 Millionen Lichtjahre im Durchmesser wird das Nichts schon groß sein. Und diese lokale Leere schiebt uns in Richtung Leo Spur. Ok, das ist physikalisch nicht ganz sauber. Ein Leerraum kann nicht "schieben"; der macht gar nichts; der ist einfach nur da und leer. Aber wenn überall um uns herum andere Galaxien sind, nur in einer Richtung - nämlich da wo der Leerraum ist - nicht, dann wirken die entsprechenden Gravitationskräfte genau so zusammen, dass es aussieht, als würde der Leerraum uns von sich wegschieben. Fassen wir einmal kurz zusammen; mit dem ganzen lokalen Dies und lokalen Das wird es ja schnell verwirrend. Wir leben in der Milchstraßengalaxie. Zusammen mit einem Schwung anderer Galaxie bildet sie eine Galaxiengruppe, die "Lokale Gruppe" genannt wird. Die Lokale Gruppe wiederum bildet mit noch mehr anderen Galaxien die lokale Scheibe, ein Filament, das quasi eine Wand bildet, die an die lokale Leere grenzt, einen enorm großen Teil des Universums in dem sich so gut wie gar nichts befindet. So etwas ist gut zu wissen; man sollte immer darüber informiert sein, wo man in der Welt und im Universum steht. Als sich der Astronom Marshall McCall von der York Universität in Toronto im Jahr 2014 die lokale Scheibe etwas genauer angeschaut hat, hat er aber noch etwas viel spannenderes entdeckt: "A Council of Giants" lautet der vielversprechende Titel seiner Facharbeit, also das "Konzil der Riesen". Schaut man sich die Abstände der hellsten Galaxien in der lokalen Scheibe in Bezug auf die Milchstraße bzw. die Lokale Gruppe an, stellt man etwas interessantes fest. Sie liegen immer zwischen 11 und 16 Millionen Lichtjahren. Oder anders gesagt: Die 12 hellsten und größten Galaxien der lokalen Scheibe bilden einen Ring um die Lokale Gruppe herum. Und so wie ein Konzil ja normalerweise gebildet wird, um wichtige Entscheidungen zu treffen, scheint auch das Konzil der Riesen bestimmt zu haben, was mit der Milchstraße passiert. Sie bilden quasi eine Grenze, die den gravitativen Einflussbereich der Lokalen Gruppe markiert. Und vielleicht sogar dafür gesorgt, dass sie überhaupt erst entstanden ist. McCall hat bei seiner Untersuchung herausgefunden, dass sich die Lokale Gruppe ziemlich genau dort befindet, wo sich die gravitativen Kräfte der Gruppe und der Galaxien des Konzils gegenseitig ausbalancieren. Der Einfluss der Galaxien im Konzil könnte dafür gesorgt haben, dass sich aus den Gasmassen im All die Galaxien der Lokalen Gruppe gebildet haben. Oder aber zumindest beeinflusst haben, wie die Galaxien der Lokalen Gruppe angeordnet sind. Dass zwei so große Galaxien wie die Milchstraße und die Andromeda genau im Zentrum des Galaxienrings und einander so nahe sind, dass sie in in ein paar Milliarden Jahren miteinander verschmelzen werden, kann Zufall sein. Es ist aber auch sehr unwahrscheinlich. Da wir bis jetzt nur eine lokale Scheibe im Detail beobachten können, ist es schwer, daraus allgemeine Regeln abzuleiten. Aber die Angelegenheit ist auf jeden Fall spannend. Wir wissen immer noch nicht genau, wie das mit der Entstehung von Galaxien, Galaxiengruppen, Filamenten und so weiter wirklich abläuft. Nach den bisherigen Kenntnissen fängt alles mit dunkler Materie an. Von der gibt es im Universum deutlich mehr als von der normalen, sichtbaren Materie aus der Sterne, Planeten oder Menschen bestehen. Sehr viel mehr und im frühen Universum hat sie gigantische Wolke gebildet. Dort, wo diese Wolken am dichtesten waren, hat sich die normale Materie angesammelt, aus der dann Galaxien voller Sterne entstanden sind. Um so eine Konfiguration wie die lokale Scheibe, die Lokale Gruppe und das Konzil der Riesen zu erhalten, muss aber die dem ganzen zugrundeliegende lokale Ansammlung an dunkler Materie schon im Wesentlichen eine scheiben- bzw. filamentartige Struktur gehabt haben. Wir werden unsere kosmische Nachbarschaft weiter untersuchen müssen. Oft es ist einfacher, in große Ferne zu schauen als die eigene Umgebung zu erkennen. Wir tun uns leichter, die Struktur des Universum auf großen Skalen zu kartografieren. So haben wir das irgendwie "schwammige" Aussehen des Kosmos entdeckt; also die vielen Voids, die von Filamenten begrenzt sind. Das alles auch in unserer Nähe zu untersuchen ist schwieriger; hier müssen wir Abstände und Positionen viel genauer bestimmen, um ein vernünftiges Bild zu bekommen. Aber es sieht so aus, als wäre die Struktur des Universums auch im kleinen seinem großräumigen Verhalten ähnlich. Und wer weiß, ob in anderen Filamenten und Galaxienhaufen nicht auch noch ein paar Riesenkonzile zu finden sind…

Wissenschaft vs Religion? Sternengeschichten Folge 445: Die Astrotheologie von William Derham Nein, ich habe mich nicht versprochen. Es geht heute um die Astrotheologie. Und damit sind keine Science-Fiction-Religionen gemeint oder irgendwelche UFO-Sekten. Es geht um echte Wissenschaft, es geht um Religion und es geht um die Verbindung zwischen beiden Bereichen. Das klingt aus heutiger Sicht ein wenig seltsam. Wir sind daran gewöhnt, dass Wissenschaft gerade NICHTS mit "glauben" zu tun hat. Wissenschaft ist das, was man weiß und wenn man daran glauben muss, kann es keine Wissenschaft sein. Wir sind auch daran gewöhnt, dass es gerade zwischen Wissenschaft und Religion immer wieder zu Konflikten kommt. Und erinnern uns dann an die vielen Geschichten aus der Vergangenheit, wo die Religion der Wissenschaft nicht gerade freundlich gesinnt war. Der Kampf von Charles Darwin und seiner Evolutionstheorie gegen die Lehren der Bibel. Galileo Galilei, der vom Papst verurteilt wurde, weil er behauptet hat, dass die Erde sich um die Sonne bewegt. Giordano Bruno, der am Scheiterhaufen verbrannt wurde, weil er der Meinung war, die Lichter am Himmel wären Sterne, von Planeten umkreist auf denen Leben existiert. Letzters stimmt so übrigens nicht, die Gründe für den Konflikt zwischen Bruno und der Kirche waren nicht so sehr astronomischer Natur - aber das ist ein Thema für eine andere Folge der Sternengeschichten. Kurz gesagt: Religion und Wissenschaft sind wie Wasser und Feuer, wie Hunde und Katzen, wie Lieferdienste und Türklingeln - erbitterte Feinde die nichts miteinander zu tun haben wollen. Nur stimmt das so natürlich nicht. Es stimmt heute nicht und hat in der Vergangenheit noch viel weniger gestimmt. Dazu gehen wir am besten zurück an den Anfang der modernen Naturwissenschaft; ins 17. Jahrhundert. Da wurde am 26. November 1657 William Derham in England geboren. Nur knapp 15 Jahre nach Isaac Newton; knapp 10 Jahre nach der Geburt von Gottfried Wilhelm Leibniz: Also mitten in die Ära, als man in Europa damit begann, die Welt auf eine völlig neue Art und Weise verstehen zu wollen. Die großen Erkenntnisse, auf denen die Naturwissenschaft heute noch aufbaut, wurden damals gewonnen. Newtons Gravitationstheorie, die Mathematik von Leibniz und René Descartes, Robert Boyles Theorien über Chemie, die mikroskopischen Beobachtungen von Robert Hoooke. Und so weiter: Damals entwickelte sich die Wissenschaft in der Form, in der sie auch heute noch betrieben wird. Und Willam Derham ist ein wunderbares Beispiel dafür. Nach einem Studium in Oxford wurde er 1681 zum anglikanischen Priester geweiht. Und verbrachte den Rest seines Lebens im Dienst der Kirche. Aber Derham interessierte sich nicht nur für die Religion. Sondern auch für alles andere. Und neben seiner Arbeit als Priester fand er genug Zeit, eigene Forschungen anzustellen. Zum Beispiel über Uhren: Man vergisst leicht, wie viel damals noch unbekannt war; wie viel noch nicht erfunden und wie viel man über die Welt noch nicht gewusst hat. Uhren im eigentlichen Sinn gab es damals nicht. Es gab Kirchturmuhren, die aber eher ungenau liefen und hauptsächlich dazu da waren, die Gläubigen zur halbwegs rechten Zeit in die Kirche zu rufen. Es gab Sanduhren, Wasseruhren, und so weiter - aber nichts, mit dem man die Zeit wirklich exakt messen konnte. Erst 1637 kam Galileo Galilei die Idee, dass man vielleicht ein genau abgestimmtes Pendel benutzen könnte, um die Zeit vielleicht sogar mit der Genauigkeit von einigen Sekunden zu messen. Er selbst baute allerdings keine und beließ es bei der Idee. Die erste echte Pendeluhr hat der niederländische Forscher Christiaan Huygens 1657 gebaut, also im Jahr von Derhams Geburt. Es war also eine absolut neue Erfindung, der Höhepunkt der damals aktuellen Möglichkeiten. Und immer noch ein enorm spannendes Thema für alle an Wissenschaft und Technik interessierten Menschen. Zu denen auch William Derham gehörte, was er mit seinem 1696 erschienenen Buch "Artificial Clockmacker" zeigte. Darin erklärte er bis ins letzte Detail, wie eine Pendeluhr funktioniert und wie man sie bauen kann. Es war das erste Buch seiner Art und Derham musste sich das notwendige Wissen über Pendeluhren selbst beibringen, um es schreiben zu können. Mit einer Pendeluhr gelang es ihm auch, die Geschwindigkeit des Schalls deutlich besser zu messen, als es bis dahin möglich war. 1709 stand er auf einem Kirchturm und beobachtete den Lichtblitz einer weit entfernt abgefeuerten Kanone. Mit dem Pendel maß er, wie lange es dauerte, bis er den dazugehörenden Knall hören konnte. Den Abstand zwischen Kanone und Kirchturm konnte er direkt messen und daraus die Schallgeschwindigkeit berechnen. Es waren aber nicht nur Physik und Technik, die Derham beschäftigt haben. Er hat Insekten gesammelt, das Verhalten von Wespen und Käfern untersucht oder das Zugverhalten von Vögeln. Er hat sich mit Pflanzen beschäftigt und mit Meteorologie. Er hat Tiere beobachtet und untersucht um herauszufinden, wie sie sich unterscheiden. Dabei ist ihm durchaus auch aufgefallen, dass es innerhalb der Arten jede Menge Variationen gibt; die Sache mit der Evolution hat er aber nicht entdeckt - das kam erst später mit Charles Darwin. Derham war Geologe, hat Gesteinsschichten untersucht und nach mineralischen Quellen gesucht. Kurz gesagt: Er war das, was man damals einen "Naturphilosophen" genannt hat (und wozu wir heute "Naturwissenschaftler" sagen würden). Es war damals auch absolut nicht unüblich, die Interessen quer durch alle Wissensgebiete zu streuen. Damals wusste man noch kaum was über die Welt und die Naturgesetze. Und wenn man nichts weiß, dann kann man auch überall neue Phänomene entdecken. Alle Wissenschaftler waren damals mehr oder weniger Universalwissenschaftler. Es gab noch keine Spezialisierung wie es sie heute zwangsläufig gibt, weil wir schon so viel wissen, dass man gar nicht mehr alles lernen kann. Und natürlich hat Derham sich auch für die Astronomie interessiert. Er hat die Sonnenflecken - die ebenfalls noch nicht allzu lange vorher entdeckt wurden - beobachtet, die Jupitermonde oder die Polarlichter erforscht. Jetzt könnte man vielleicht auf die Idee kommen, dass Derham angesichts all dieser wissenschaftlichen Tätigkeiten gar kein "echter" Gläubiger war. Vielleicht war der Job des anglikanischen Pfarrers ja nur eine bequeme Art, ohne allzuviel Arbeit den Lebensunterhalt zu verdienen und die viele Freizeit für naturwissenschaftliche Forschung zu nutzen? Hier darf man allerdings nicht den Fehler machen, die Vergangenheit mit dem Blick der Gegenwart zu betrachten. William Derham hat die Arbeit für die Kirche sehr ernst genommen und hat es immerhin zum persönlichen Kaplan des Prinzen von Wales gebracht, dem späteren König George II. Und um jeglichen Zweifel auszuräumen, müssen wir uns nur die Bücher ansehen, die er nach seinem Buch über die Pendeluhr geschrieben hat. 1713 erschien "Physico-Theologie, oder eine Darstellung der Existenz und der Eigenschaften Gottes anhand seiner Schöpfung". Zwei Jahre später veröffentlichte er "Astro-Theologie, oder eine Darstellung der Existenz und der Eigenschaften Gottes anhand einer Studie des Himmels". Das ist zumindest die wörtliche Übersetzung des englischen Titels; die schon 1728 erschienene deutsche Übersetzung hat den wesentlich blumigeren Titel "Astrotheologie, Oder Himmlisches Vergnügen in Gott : Bey aufmerksamen Anschauen des Himmels und genauer Betrachtung der himmlischen Cörper ; zum augenscheinlichen Beweis, daß ein Gott, und Derselbe ein Allergütigstes, Allweises und Allmächtiges Wesen sey". Womit wir jetzt bei der im Titel dieser Folge versprochenen Astrotheologie angekommen sind. William Derham hat seine astronomischen Beobachtungen - und das, was er anderswo in der astronomischen Fachliteratur lesen konnte - verwendet, um darzulegen, dass es einen Gott geben muss. Man kann das 345 Seiten starke Werk auch heute noch lesen. Vieles davon ist aus moderner Sicht durchaus spannend. Er stellt zum Beispiel fest, dass die Sterne am Himmel ähnliche Objekte sein müssen, wie die Sonne und nur deswegen kleiner erscheinen, weil sie unvorstellbar weit weg sind. Deswegen müssen sie auch mit ihrem eigenen Licht leuchten, denn auf diese Entfernungen können sie unmöglich Licht der Sonne reflektieren wie das die Planeten tun. Und wenn sie leuchten, dann muss das auch einen Grund haben. Derham ist sich sicher: Die Sterne leuchten deshalb, um das gleiche tun zu können wie unsere Sonne. Sie leuchten, um ihre eigenen Planeten in Licht und Wärme zu tauchen. Denn was wäre ansonsten der Zweck der Sterne? Wieso sollte das Universum voll mit leuchtenden Himmelskörpern sein, die nichts anderes tun, als unsere irdischen Nächte minimal heller zu machen? Jeder Stern muss von Planeten umkreist werden, meint Derham. Und das mache auch Sinn: Denn so eine Vorstellung des Universum sei "viel großartiger und einem allmächtigen Schöpfer würdiger" als einfach nur ein Universum, in dem außer der Sonne und ihren Planeten nur noch ein Haufen heller Lichter am Himmel existieren. Er spekuliert sogar darüber, dass das Universum unendlich groß sein müsste, um der Schöpfung eines Gottes würdig zu sein. Die Menschheit und die Erde stellt er hier nicht besonders hervor. Er nennt es eine "geschmackslose Sicht", dass alles auf der Welt nur für die Menschen gemacht sei. Wir sind nicht das Zentrum das Universums; wir sind nicht der Höhepunkt der Schöpfung. Wir sind nur ein winziger Teil der grandiosen und unendlich großen Schöpfung Gottes, dessen Herrlichkeit durch die unzähligen Sterne mit ihren unzähligen - natürlich bewohnten - Planeten nur noch erhöht wird. Auf diese Weise argumentiert Derham im ganzen Buch. Er beschäftigt sich darin mit der Bewegung der Planeten des Sonnensystems, mit den Unterschieden zwischen geozentrischen und heliozentrischen Weltbild; mit dem Aussehen der Milchstraße, der (damals noch unbekannten) Natur von Kometen. Er beschreibt die Flecken in der Atmosphäre des Jupiters, die Berge und Täler auf dem Mond, die Phasen von Mars und Venus. Er beschäftigt sich mit der noch neuen Gravitationstheorie von Isaac Newton, mit Sonnenfinsternissen, den Gezeiten, und so weiter. Es ist ein Überblick über den Stand des astronomischen Wissens der damaligen Zeit, ergänzt durch Derhams eigene Beobachtungen. Und in allem, was Derham über das Universum erklärt, sieht er einen Beweis für die Existenz und das Wohlwollen Gottes. Das mag aus heutiger Sicht seltsam klingen. Aber Derham war weder der erste, noch der einzige, der auf diese Weise gedacht hat. Isaac Newton etwa war ein zutiefst gläubiger Mensch; ebenso wie so gut wie alle anderen die damals die Welt erforscht haben. Es gab aus damaliger Sicht keinen Widerspruch zwischen Religion und Wissenschaft. Dass das Universum - und mit ihm die Erde und die Menschheit das Resultat - eines bewussten Schöpfungsaktes ist, stand damals außer Frage. Etwas anderes konnte sich niemand vorstellen und nicht, weil die Menschen damals so viel dümmer als wir heute. Die Schöpfung war integraler Teil des damaligen Weltbildes und die Menschen konnten nicht anders, als innerhalb dieses Weltbildes zu denken. Und wenn die Welt einen Schöpfer hat, dann ist es absolut legitim, diese Schöpfung zu erforschen, um unter anderem auch mehr über den Schöpfer zu erfahren. Man stelle sich vor, wir würden heute ein paar Kilometer tief ins Innere der Erde bohren, und dort kein geschmolzenes Gestein finden, sondern Kabelstränge, Maschinen, Computer und jede Menge anderes Zeug. Angesichts dieser Belege für den künstlichen Urspung des Planeten würden wir auch mit aller Macht danach forschen, wer ihn erschaffen hat. Und aus damaliger Sicht war die Welt eben ebenso klar und deutlich erschaffen. Dass so etwas grandioses wie ein Planet oder ein Stern "von selbst" entstehen kann; dass Menschen, Tiere und Pflanzen sich über unvorstellbare Zeiten hinweg aus mikroskopisch kleinen Wesen entwickelt haben: Das konnte man damals nicht nur nicht wissen, sondern nicht einmal ahnen. Die wissenschaftliche Beschäftigung mit der Natur war aus damaliger Sicht einfach nur ein anderer Weg, die Schöpfung Gottes zu verstehen. Was nicht heißt, dass es keine Konflikte gab. Man konnte es sich durchaus mit der Kirche verscherzen. Die hatte ganz konkrete Vorstellungen, wie das "Wort Gottes" zu verstehen sei und wer anderer Meinung war, bekam Probleme. Isaac Newton zum Beispiel war grundlegend anderer Meinung als die Kirche, was die Dreifaltigkeit des christlichen Gottes anging. Diese "Ketzerei" musste er geheim halten, ansonsten hätte er es - trotz seiner Genialität und seines Ruhms - schwer gehabt. Religion und Wissenschaft haben eine Beziehung, die man heutzutage wahrscheinlich mit "es ist kompliziert" beschreiben würde. Im Laufe der Zeit ist jede Menge sehr wichtige Forschung von Angehörigen der Kirche durchgeführt worden. Selbst Charles Darwin studierte Theologie; dass er sich gleichzeitig intensiv mit Biologie beschäftigt hat, lag daran, dass er stark von der "Naturtheologie" beeinflusst war, die unter anderem auf der Physiko- und Astrotheologie von William Derham aufgebaut hat. Heute sieht die Welt natürlich ein wenig anders aus. Das, was William Derham und seine Kollegen so sehr beeindruckt hat, dass sie es nur durch die grandiose Schöpfung eines Gottes erklären konnten, haben wir durch mehr Wissen als natürliche Vorgänge erkannt, die kein bewusstes Eingreifen eines Schöpfers brauchen. Wir wissen, wie Planeten entstehen und Sterne. Wir wissen, wie wir Menschen uns entwickelt haben; wir wissen sehr viel mehr als früher und wissen deshalb auch, dass wir keinen Schöpfer benötigen, um die Welt zu erklären. Wir wissen das alles aber unter anderem deswegen, weil Derham, Newton, und all die anderen frühen Wissenschaftler ihre religiös inspirierte Forschung durchgeführt haben. Man kann auch heute noch gläubig sein und Wissenschaft betreiben. Im Gegensatz zu früher ist es aber nicht zulässig, den Glauben als Begründung für die Wissenschaft heranzuziehen. Ein Phänomen mit "Gott hat es gemacht" zu erklären, hat nichts mit moderner Wissenschaft zu tun. Die braucht objektive und nachvollziehbare Begründungen und vor allem braucht sie eine Grundlage, an die man NICHT glauben muss. Wissenschaft ist das, was auch dann noch richtig ist, wenn man aufhört daran zu glauben.

Das Ding aus einer anderen Galaxie Sternengeschichten Folge 444: Kapteyns Stern Heute geht es um Kapteyns Stern. Und der gehört keinem Kapitän; auch mit Captain Kirk oder Captain Picard hat das alles nichts zu tun. Sondern mit der Suche nach dem Aufbau des Universums, kollidierenden Galaxien und uralten Planeten. Und ja, ein Kapitän kommt auch vor. Irgendwie zumindest - nämlich Jacobus Cornelius Kapteyn. Das war ein niederländischer Astronom, der am 19. Januar 1851 geboren wurde und sich darauf spezialisiert hatte, fotografische Aufnahmen des Sternenhimmels zu analysieren. Diese Technik der Astrofotografie war auch gegen Ende des 19. Jahrhunderts noch recht neu, aber es war klar, was für ein Potenzial in ihr steckt. Man konnte viel mehr Sterne viel genauer beobachten als früher, als man noch selbst durchs Teleskop schauen und alles händisch aufzeichnen musste. Kapteyn hat zwar an der Universität Groningen in den Niederlanden gearbeitet, sich aber vor allem mit den Sternen des südlichen Himmels beschäftigt. Und zwar mit den Aufnahmen, die der englische Astronom David Gill zwischen 1885 und 1890 an der Sternwarte von Kapstadt gemacht hatte. 10 Jahre lang arbeitete Kapteyn an diesen Bildern und das Resultat war der 454.875 Sterne umfassende Katalog der "Cape Photographic Durchmusterung" (und wer sich über das deutsche Wort in diesem englischen Titel wundert, sollte noch einmal Folge 441 hören). Wer so eine Aufgabe angeht, sollte sich darauf einstellen, sehr genau zu arbeiten. Und Kapteyn war genau: Er verglich die neuen fotografischen Aufnahmen des Südhimmels mit früheren Messungen und Katalogen. Und entdeckte dabei auf einer Karte von 1873 einen Stern, der auf den aktuellen Bildern fehlte. Das war merkwürdig, denn eigentlich verschwinden Sterne nicht so ohne weiteres vom Himmel. Robert Innes, ein schottischer Astronom der als Assistent von Gill in Kapstadt arbeitete, fand dann aber auf den neuen Bildern einen Stern, der ein Stück abseits der Position des verschwundenen Objekts war. Seine Hypothese: Der Stern ist gar nicht verschwunden; er hat sich nur überraschend schnell bewegt. Und in den paar Jahren, die zwischen der alten und der neuen Beobachtungen lagen, hat er sich weiter bewegt, als die übrigen Sterne das am Himmel tun. Diese Hypothese wurde bestätigt und der Stern bekam den Namen "Kapteyns Stern". Was eigentlich ziemlich ungerecht ist, denn "Innes' Stern" wäre angesichts der Umstände viel passender gewesen. Oder zumindest "Kapteyn Innes' Stern". Aber dann hätten vielleicht alle geglaubt, irgendein Kapitän Innes hätte das Ding entdeckt… So oder so - der Stern heißt jetzt nun mal, wie er heißt. Bevor wir uns seinem Stern widmen, schauen wir aber kurz noch, was Herr Kapteyn sonst noch so getrieben hat. Unter anderem wollte er mehr über die Eigenbewegung der Sterne am Himmel herausfinden. Also die Bewegung, die so ein Stern tatsächlich und real durch den Weltraum absolviert. Man hatte im Laufe der Zeit immer wieder Sterne entdeckt, die ihre Position am Himmel verändert haben. Aber das waren immer nur sehr kleine Abweichungen, ohne Teleskop schwer zu messen und ohne genaue fotografische Daten zum Vergleich so gut wie gar nicht. Aber Kapteyn hatte ja jede Menge Aufnahmen und konnte sehr viele Sternbewegungen analysieren. Und entdeckte dabei, dass sie sich im großen und ganzen nicht völlig zufällig bewegen, sondern eine gemeinsame Drehung beschreiben. Oder anders gesagt: Die Milchstraße rotiert! Das hatte man theoretisch schon vorhergesagt; Kapteyn war aber der erste, der es auch konkret durch Beobachtungsdaten nachweisen konnte. Obwohl man damals noch nicht wusste, dass es "unsere Galaxie" ist, die rotiert. Wir befinden uns immer noch in den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts; die großen Entdeckungen von Edwin Hubble & Co liegen noch in der Zukunft. Man stritt immer noch darüber, ob die Sterne, die wir am Himmel sehen können, ALLES darstellen, was es im Universum gibt. Beziehungsweise, ob unsere Milchstraße, also die Ansammlung all der Sterne am Himmel, identisch mit dem Universum ist oder ob die nebligen Flecken, die man auch am Himmel sehen könnte, andere gigantische Sternensysteme sind, nur viel, viel weiter entfernt. Heute wissen wir: Unsere Milchstraße ist nur eine von unzähligen Galaxien im Universum, die durch gigantische Leerräume voneinander getrennt sind. Kapteyn jedenfalls tat sein bestes, mit den vorhandenen Daten das herauszufinden, was sich damit herausfinden ließ. Aus den Positionen und Entfernungen die er aus den Fotografien ableiten konnte, probierte er ein Modell der Galaxie oder eben - aus damaliger Sicht - ein Modell des Universums abzuleiten. Er kam zu dem Ergebnis, dass sich die bekannten Sterne in einer Art Scheibe von circa 40.000 Lichtjahre Durchmesser anordnen, von deren Zentrum die Sonne etwa 2000 Lichtjahre entfernt ist. Was aus heutiger Sicht falsch ist, aber auch irgendwie richtig. Denn die Milchstraße IST eine Scheibe und die Sonne befindet sich NICHT in ihrem Zentrum. Auch das war damals umstritten; es gab durchaus auch die Auffassung, dass wir uns im Mittelpunkt aller sichtbaren Sterne befinden. Kapteyns Modell hat der Realität sehr viel besser entsprochen, nur die Größen und Abstände passten nicht. In Wahrheit ist die Milchstraße ungefähr 100.000 Lichtjahre groß und die Sonne ungefähr 26.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. Kapteyn wusste damals noch nichts über das interstellare Medium, also all das Gas und den Staub und das andere Material das man zwischen den Sternen finden kann und das das Licht der Sterne abschwächt. Das muss man aber berücksichtigen, wenn man Entfernungen richtig berechnen will. Kapteyns Forschung über die Bewegung der Sterne war auf jeden Fall ein Schritt in die richtige Richtung. Womit wir wieder bei dem Stern sind, der heute seinen Namen trägt. Man war überrascht, wie schnell er sich am Himmel bewegt. Zum damaligen Zeitpunkt war kein anderer mit einer größeren Eigenbewegung bekannt. Sowas ist immer ein Anzeichen dafür, dass ein Stern der Sonne vergleichsweise nahe ist. Denn bewegen tun sich alle Sterne; bei denen die uns nahe sind, sieht man das aber am Himmel viel deutlicher. Heute wissen wir, dass sich Kapteyns Stern 12,83 Lichtjahre von der Sonne entfernt befindet. Damit landet er auf Platz 24 der uns nächstgelegenen Sterne und er wird im Ranking im Laufe der Zeit weiter nach hinten rutschen. Seine größte Annäherung an uns liegt nämlich schon knapp 11.000 Jahre zurück; damals betrug der Abstand zur Sonne nur 7 Lichtjahre. Seitdem entfernt er sich immer weiter von uns. Das ist aber noch längst nicht alles, was diesen Stern außergewöhnlich macht. Zum einen fährt er quasi gegen die Einbahn: Er umrundet das Zentrum der Milchstraße "retrograd", also entgegen der Richtung, in der das die allermeisten anderen Sterne tun. Das liegt an seiner Herkunft: Kapteyns Stern ist ein sogenannter "Halo-Stern". Ich habe vorhin erzählt, dass die Milchstraße im Prinzip eine große Scheibe aus Sternen ist. Das stimmt auch. Aber diese Scheibe ist von einem "Halo" umgeben. Das ist ein kugelförmiger Bereich der die Scheibe umgibt und wo man vor allem Kugelsternhaufen findet. Und alte Sterne, die sich nicht um die Gepflogenheiten der Scheibe kümmern und einfach irgendwie um das Zentrum kreisen. Was man dort auch findet, sind Sternströme. Darüber habe ich in Folge 177 ja schon ausführlich gesprochen: Kurz gesagt handelt es sich dabei um Überreste fremder Galaxien. Wenn eine kleine Zwerggalaxie in die Nähe einer großen Galaxie wie unserer Milchstraße kommt, dann verschmelzen beide. Oder besser gesagt: Die große Milchstraße reißt die Sterne der kleinen Galaxie mit ihrer Gravitationskraft auseinander. Im Laufe der Zeit verteilen sie sich dann in der Milchstraße, bilden aber währenddessen noch Sternströme. Also Sterne, die sich alle mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegen. Kapteyns Stern gehört genau zu so einer Gruppe und man geht davon aus, dass sie aus dem Kugelsternhaufen "Omega Centauri" stammen. Und der wiederum ist vermutlich das übrig gebliebene Zentrum einer Zwerggalaxie, die vor langer Zeit von der Milchstraße eingefangen und "aufgefressen" wurde. Durch die gravitative Wechselwirkung wurden Sterne aus den äußeren Regionen heraus gerissen und das ist auch Kapteyns Stern passiert. Damit erklärt sich auch sein hohes Alter: Man schätzt ihn auf knapp 12 Milliarden Jahre. Kapteyns Stern ist nicht nur der uns nächstgelegene Halo-Stern; er ist vermutlich auch der uns nächstgelegene Stern, der nicht in der Milchstraße sondern einer anderen Galaxie entstanden ist! Das ist natürlich auch einer der Gründe, warum er seit seiner Entdeckung immer wieder erforscht worden ist. Und das eine oder andere wird man dort sicher noch finden. Kapteyns Stern ist ein roter Zwergstern, der nur knapp 40 Prozent der Masse unserer Sonne hat und nur ein tausendstel mal so hell leuchtet wie sie. Man braucht also auf jeden Fall ein Teleskop, wenn man ihn sehen will und sollte das dann im Süden aufstellen. Irgendwo auf der Südhalbkugel oder zumindest im nördlichen Afrika oder im Süden von Europa. Die Teleskope, die Kapteyns Stern im Jahr 2014 ein weiteres Mal in die Medien brachten, standen in Chile und Hawaii. Und damit wollte man zwei Planeten entdeckt haben, die den Stern umkreisen. Einer davon mit der 7fachen Masse der Erde, der anderen mit circa der fünffachen Masse unseres Planeten. Der äußere von beiden ist zu weit vom schwach leuchtenden Stern entfernt um auf seiner Oberfläche halbwegs lebensfreundliche Temperaturen zu haben. Er ist auch so massereich, dass man gar nicht sicher sagen kann, ob er überhaupt eine echte Oberfläche hat oder ob es sich eher um einen Eisriesenplaneten wie Uranus oder Neptun handelt. Aber der kleinere, innere Planet ist dem roten Zwerg nahe genug, dass es dort vielleicht lebensfreundliche Temperaturen geben könnte. Sofern die beiden Himmelskörper wirklich existieren. Weitere Beobachtungen haben nämlich Zweifel an der Entdeckung aufgeworfen. Aber wenn es wirklich Planeten gibt, die Kapteyns Stern umkreisen, dann wären das sehr außergewöhnliche Forschungsobjekte. Planeten, die deutlich älter sind als alle die, die wir bis jetzt gefunden haben. Planeten, die nicht in unserer Milchstraße entstanden sind, sondern weit draußen in einer anderen Galaxie. Wer weiß… vielleicht besucht irgendwann in ferner Zukunft ja tatsächlich mal ein "Captain" eines Raumschiffs diesen außergewöhnlichen Stern um dort nach dem Rechten zu sehen.