Der Sternenhimmel im Laufe der Jahrtausende

Der Sternenhimmel im Laufe der Jahrtausende
(Referat zu L1 vom 22.3.2010, Helmut Koller)
Veränderungen unseres Sternenhimmels dauern sehr lange. Für einen irdischen
Beobachter müssen große Zeiträume vergehen bis sie sich deutlich abzeichnen. Die
Zeitmaßstäbe für diverse Änderungen/Verschiebungen reichen je nach Ursache von
Jahrtausenden bis vielen Mio. Jahren:
1.) Verschiebung des konventionellen Systems der Himmelskoordinaten wegen
Nutation der rotierenden Erdkugel in Jahrtausenden,
2.) Relativbewegung der „Fixsterne“ (relativ zu unserer Sonne) in der
Größenordnung von 100.000en Jahren,
3.) Enstehen und Vergehen einzelner Sterne. Ihre Lebensdauer reicht von Mio.
bis Mrd. von Jahren.
ad 1) Himmelskoordinaten und Nutation
Diese Verschiebung betrifft den gesamten von der Erde aus beobachteten
Sternenhimmel gleichermaßen.
Die Himmelskoordinaten werden nach einem Äquatorialsystem angegeben. Im
Prinzip wird einfach das Gradnetz der Erde auf das Himmelsgewölbe projiziert. Somit
liegen die HIMMELSPOLE in der selben Richtung wie die Erdpole, durch welche die
Rotationsachse der Erde geht. Der HIMMELSÄQUATOR entspricht dem
„verlängerten/ausgedehnten“ Erdäquator.
Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Begriffe und Bezugskreise
(Nullgradlinien) des Erd-/ Himmelsäquatorialsystems:
Erde
Länge
Breite
Himmel
Erde
Himmel
Gradnetz geteilt in:
Verlauf der Nullgradlinien
Deklination (δ)
durch Greenwich
durch Frühlingspunkt*
Rektaszension (RA od. α) Erdäquator
Himmelsäquator
*Zum Frühlingspunkt:
Die nebenstehende Skizze zeigt die
Verhältnisse
am
Himmelsgewölbe,
wobei hier die Rotationsachse der Erde
und somit Erd- und Himmelspole genau
in der Senkrechten liegen!
Die Lage eines Gestirnes wird durch
seine „Richtung“ und seine „Höhe“
bestimmt.
Richtung:
Koordinate
am
Himmelsäquator
ausgehend
vom
Frühlingspunkt, welcher 0° markiert.
(Skalierung in Stunden – 360° = 24h) =
Rektaszension
Höhe: 0-90° nördliche bzw. südliche
Deklination (also „oberhalb“ bzw.
„unterhalb“ des Äquators.
Der Frühlingspunkt ist einer der beiden Schnittpunkte der EKLIPTIK (=am Himmel
projizierte jährliche Bahn der Sonne) mit dem HIMMELSÄQUATOR. Wir erreichen
diesen Punkt jedes Jahr am 21.3. – zu diesem Datum herrscht Tag-Nachtgleiche.
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Um die Dynamik am Sternenhimmel und der Jahreszeiten zu verstehen, ist es
wichtig sich vor Augen zu führen, dass die Erdachse (= ihre Rotationsachse) nicht
normal auf die Umlaufebene Erde um Sonne(= Ekliptikebene) steht. Die
Ekliptikebene und die Ebene des Himmeläquators schließen einen Winkel (ε) von ca.
23° ein.
Die folgende Skizze verdeutlicht die eigentliche Lage des Himmeläquators zur
Ekliptikebene.
ACHTUNG, vgl. vorige Skizze: Die Erdachse liegt nun nicht in der Senkrechten –
sondern in einem Winkel von 23°. Damit stehen die Ekliptikebene und die Ebene des
Himmelsäquators ebenso in einem Winkel von 23° zueinander.
Abb. 2: Lage des Himmeläquators zur Ekliptik
Wenn die Sonne im Frühlingspunkt (am 21.3.) steht bzw. genau gegenüber am 23.9. herrscht Tagund Nachtgleiche. Gäbe es die Neigung der Erdachse nicht, würden Ekliptik und der Himmelsäquator
zusammenfallen (sich decken), und somit wäre an jedem Tag im Jahr Tag- und Nachtgleiche.
Weiters vollführt die Erdachse eine Taumelbewegung (NUTATION). Mit ihr wandert
der Himmelsnordpol (wie Südpol) entlang einer Kreisbahn, wobei ein Durchlauf
dieses Kreises ca. 26000 Jahre benötigt. Der jetzige Polarstern bleibt relativ dazu
weitgehend in Ruhe. Das bedeutet: In wenigen 1000 Jahren werden sich andere
Sterne finden, die den Himmelsnordpol markieren – so wie es heute unser Polarstern
tut.
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Diese Taumelbewegung der Erdachse wird natürlich auch vom Himmelsäquator
vollführt – ähnlich einem flachen Teller, der zu einer Oberfläche geneigt in Rotation
versetzt wird, und nun entlang des Tellerrandes abrollt. Man stelle sich diese
Bewegung des Himmelsäquators vor – unter Betrachtung von Abb. 2. Dann wird klar,
dass die Schnittpunkte Himmeläquator X Ekliptikebene nicht fixiert sind. Sie
vollführen ebenso wie die Nutation der Erdachse eine Umkreisung in 26000 Jahren.
Einer der beiden Schnittpunkte ist aber der Frühlingspunkt, der ja der Angelpunkt für
die Vermessung des Sternenhimmels ist. Seine Wanderung muss also berücksichtigt
werden. Für präzise Sternenkarten bedeutet das, dass das Datum an dem der
Frühlingspunkt angenommen wurde vermerkt sein muss, da für genaue Messungen
bereits über wenige Jahre erhebliche Abweichungen der Himmelskoordinaten
zustande kommen – eben wegen der Nutation der Erdachse.
ad 2) Relativbewegung von Fixsternen
Die meisten Sterne unserer Galaxis kreisen um das galaktische Zentrum. Unsere
Sonne benötigt für einen Umlauf 200 Mio. Jahre – bei einer Geschwindigkeit von 220
km/s.
Es gibt aber Einzelsterne und Sternengruppen die einen deutlich anderen
Geschwindigkeitsvektor haben. Sie vollführen eine Relativbewegung zur Sonne;
wobei nur wenige Sterne Relativgeschwindigkeiten über 140 km/s erreichen.
Im Laufe von vielen Tausend Jahren werden sich allerdings einzelne
Sternkonstellationen beträchtlich ändern – siehe dazu folgende Skizze zum
Sternbild: Cassiopea.
vor 100.000 Jahren
heute
in 100.000 Jahren
ad 3) Entstehung und „Sterben“ von Sternen
Die Lebensdauer von Sternen reicht von vielen Mio. bis einigen Mrd. Jahren – wobei
kleinere Sterne älter werden, da der Prozess der Kernfusion wesentlich „sparsamer“
abläuft.
Dazu sei die Geschichte der Entstehung der Krebsnebels (=Krabbennebel)
angeführt. Er findet sich im Sternzeichen Stier und stellt die auseinanderdriftenden
Überreste eines ehemaligen Sternes dar.
Am 4. Juli 1054 entdeckte ein chinesischer Hofastronom erstmals einen zweiten
Stern, der auch tagsüber neben der Sonne sichtbar war. Auch in Nordamerika stellen
Zeichnungen diese Supernovaexplosion dar, aus welcher der Nebel anschließend
entstand. Der nebelartige Überrest wurde 1731 von John Bevis sowie unabhängig
davon durch Charles Messier am 28. August 1758 entdeckt. Als man Anfang des 20.
Jahrhundert die ersten Fotografien aufnahm, stellte sich heraus, dass der Nebel
expandiert. Durch Zurückberechnung dieser Expansion schloss man auf eine
Supernovaexplosion vor rund 900 Jahren. Tatsächlich fand 1054 dort eine
Supernova statt.
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