Die Energie im Inneren der Sonne

01|ÜberdenAutor
FlorianFreistetter
FlorianFreistetterpromovierteamInstitutfürAstronomieder
UniversitätWienundhatdanachanderSternwartederUniversität
JenaunddemAstronomischenRechen-InstitutinHeidelbergals
Astronomgearbeitet.ZurZeitlebterinJena,bloggtüber
WissenschaftundschreibtmanchmalBücher.
http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/
02|Inhalt
01
02
ÜBERDENAUTOR
INHALT
03
SONNE
DieEnergieimInnerenderSonne
04
05
WEITERESTERNENGESCHICHTEN
01
SternströmeundZwerggalaxien
02
KollidierendeGalaxien
03
DasDreikörperproblem
04
DerKuipergürtel
05
DiegeologischeGeschichtedesMars
06
DerLyman-Alpha-Wald
07
DiegroßeSauerstoffkatastrophe
08
DasLargeSynopticSurveyTelescope
09
DasaufregendeLebendesTychoBrahe
IMPRESSUM
03|Sonne
DieEnergieimInneren
derSonne
VONFLORIANFREISTÄTTER
SogutwiediegesamteEnergiediewiraufderErdeverwenden,
stammtvonderSonne.BeiSolarenergieistderZusammenhang
direkterkennbar.AberauchbeimReststecktamEndedieSonne
dahinter.
DIEENERGIEIMINNERENDERSONNE
S
twiediegesamteEnergiediewiraufderErdeverwenden,
stammtvonderSonne.BeiSolarenergieistder
Zusammenhangdirekterkennbar.AberauchbeimRest
stecktamEndedieSonnedahinter.Windentstehtdurch
dieTemperaturunterschiedeinderErdatmosphäredievonder
Sonneverursachtwerden.DerWasserkreislaufwirddurchdieSonne
angetrieben.FossileBrennstoffeenthaltendieSonnenenergie,die
vorJahrmilliardendortgespeichertwurde.SelbstdieKalorienin
unsererNahrungsindultimativaufdieSonnezurückzuführen:
PflanzennutzenihrLichtdirektfürdiePhotosyntheseundwandeln
esinchemischeEnergieumundwennwirFleischessen,dannhaben
dieseTiereihreeigeneEnergiezuvorebenfallsausPflanzenoder
anderenTierendiePflanzenessengewonnen.MitderAusnahme
vonKernenergiestammtallesvonderSonne(unddieradioaktiven
ElementewurdenimmerhininanderenSternenproduziert).
AberwiegenauschafftesdieSonne,diegroßenMengenanEnergie
bereitzustellen?Klar,dortwirdWasserstoffzuHeliumfusioniert.
AberwieläuftdasimDetailab?Undwiegelangtdas,wasimInneren
unseresSternserzeugtwirddannamEndezurErde?
DakommtdieEnergieher.Aberwie?Bild:NASA/ESA)
DieEntstehungeinesSternsisteinziemlichkniffligesThema,und
eines,überdasmanziemlichvielerzählenmuss,umeskomplettzu
verstehen.EinwenigdavonhabeichschonindenFolgen1und110
derSternengeschichtenerzählt.FürdieseFolgereichtes,wennwir
dieganzenFrühphasenderSternentstehungüberspringenund
gleichzueinemfertigenSternwieunsererSonnespringen.
DamiteinSternüberhauptWasserstoffzuHeliumfusionierenkann,
mussdieTemperaturhochgenugsein.JehöherdieTemperatur,
destoschnellerbewegensichdieAtomeundjeschnellersiesich
bewegen,destogrößeristdieWucht,mitdersiebeiKollisionen
aufeinanderprallen.Undnurwenndiegroßgenugist,kanndie
Abstoßungskraftüberwundenwerden,diezwischenihnenwirkt.
DenndieWasserstoffatomesindjaelektrischgeladenundstoßen
einanderab,wennsiezunahekommen.BeziehungsweisedieKerne
derWasserstoffatomesindesundumdiegehtesbeiderFusion
auch.DieTemperaturenimInnerenvonSternensindimAllgemeinen
immersohoch,dassdienegativgeladenenElektronenderAtomhülle
sichlösenundnurnochderelektrischpositivgeladeneKernübrig
bleibt.UndwenndadieTemperaturnochhöheralsungefähr3
MillionenGradist,könnendieAtomkerneverschmelzen,wennsie
aufeinandertreffen.
ImKernderSonneliegtdieTemperaturbeiungefähr15Millionen
Grad;dasreichtalsofürdieKernfusion.NebenderTemperaturmuss
esaberauchnochgenugTeilchengeben,damitamEnde
ausreichendEnergieerzeugtwird.AberimInnerenvonSternenist
auchdieDichteenormgroß.InderSonneliegtderDruckbei200
MilliardenBar,istalso200Milliardenmalgrößeralsdernormale
atmosphärischeDruckaufderErdoberfläche.
EsgibtalsosehrvieleTeilchenaufsehrwenigRaumdiesichsehr
schnellbewegen.Siekönnenkollidieren,verschmelzenunddabei
Energiefreisetzen.Aberdasistnatürlichnochlängstnichtalles!
WasserstoffkannaufverschiedeneArtundWeisezuHeliumwerden.
EinwichtigerWegistdiesogenannte“Proton-Proton-Reaktion”.
Siebeginnt,wennzweiWasserstoffkernezuKerneines
Deuteriumatomsverschmelzen.DeuteriumistnochkeinHelium
sonderneinIsotopdesWasserstoffs.EinnormalesWasserstoffatom
hatimKernjanureineinzigesProton;einWasserstoffkernistnichts
anderesalseinProton.Treffenzweidavonaufeinander,kanneines
ineinNeutronumgewandeltwerdenundmanbekommteinen
neuenKernderauseinemProtonundeinemNeutronbesteht.
DiesesElementnenntmanDeuteriumundzusätzlichwirdbeider
ReaktionnocheinPositronundeinNeutrinofrei.DasNeutrinosaust
sofortdavon,dadieseTeilchenjasogutwieniemitandererMaterie
reagieren.DasPositronistdasAntiteilchendesElektronsundvon
denengibtesimKernderSonneebenfallsjedeMenge(alldie
ElektronenzumBeispiel,diefrühermalTeilderAtomhüllender
Wasserstoffatomewaren).DasPositrontrifftalsoziemlichschnellauf
einElektron,beidevernichtensichgegenseitigundeswirdEnergiein
FormvonGammastrahlungfrei.
DieSachegehtabernochweiter:DerDeuteriumkernkannnunmit
einemweiterenWasserstoffkernreagieren.NunentstehteinAtom
mitzweiProtonenundeinemNeutronimKern;alsosogenanntes
“Helium-3”.TypischerweisereagierenimnächstenSchrittnunzwei
Helium-3-KerneumamEndeendlichdasstabileundnormale
Helium-AtommitzweiProtonenundzweiNeutronenzuerzeugen.
ZusätzlichwerdenhierauchnochzweiWasserstoffkernefrei,diefür
neueReaktionenzurVerfügungstehen.
InungefährneunProzentallerFällekanninderSonneaberauch
nocheinandererWegeingeschlagenwerden.DieSonnegehörtja
zurdrittenGenerationderSterne,enthältalsonebendembeim
UrknallerzeugtenElementenWasserstoffundHeliumauchschon
andere,schwererechemischeElementediezuvorinanderen
Sternenerzeugtwordensind.Diekönnennunebenfallsfür
Kernreaktionenverwendetwerden.AusHelium-3undnormalen
HeliumkannzumBeispielBerylliumentstehen,daszuLithiumzerfällt
unddaswiederumkannmitWasserstoffzuHeliumfusionieren.Ein
weitererWegführtüberdieVerwendungvonBerylliumundBor.
WelcheReaktionmitwelcherHäufigkeitstattfindet,hängtvonder
Temperaturab.DamitdieKernreaktionenmitBeryllium,Boroder
LithiumwirklicheffektivlaufenbrauchtesaberTemperaturen,die
höhersind,alssiederzeitimInnerenderSonneherrschen;diese
Prozessewerdenalsoerstspätersorichtigrelevant,wennunser
Sterneinwenigheißergewordenist.UndinSternen,dienochviel
größersindalsunsereSonnegibteswiederganzandereProzesse.
ZumBeispieldensogenanntenBethe-Weizsäcker-Zyklus.Damit
dieserProzessfunktioniertmusseinSternnichtnurWasserstoffund
Heliumbesitzen,sondernauchschongeringeMengenan
Kohlenstoff.DannkanneinekomplexeKettevonReaktionenaus
WasserstoffHeliummachen.AllesbeginngtmitKohlenstoffund
Wasserstoff,diezuStickstoffverschmelzen.DiesesStickstoff-Atomist
allerdingsinstabilundzerfälltzueinemIsotopdesKohlenstoffs,das
nunmiteinemweiterenWasserstoffzustabilenStickstoff
verschmelzenkann.DerfusioniertmitWasserstoff,erzeugtein
instabilesSauerstoffatom,daszueinemanderenIsotopstabilen
Stickstoffsverschmilzt.DaskannnuneinweiteresMalmit
WasserstofffusionierenunderzeugtjetztendlichHeliumundein
neuesKohlenstoffatom;genauvonderArtdasauchschonganzzu
Beginnbeteiligtwar.AmEndeistalsoübereinengroßenUmwegaus
WasserstoffHeliumgewordenundderKohlenstoffistnicht
verbrauchtwordensondernwurdenuralsKatalysatorverwendet.
WelcherProzessfürdieEnergieproduktionderSonneverantwortlich
warwusstemanübrigenslangenicht.MankannjanichtindenKern
hineinschauenundnachsehen,welcheAtomedaherumsausenund
verschmelzen.Bethe-Weizsächer-ZyklusundProton-Proton-Reaktion
unterscheidensichaberinderArtundderMengederNeutrinos,die
dabeifreiwerden.DieseTeilchenzudetektierenistaberenorm
knifflig,wieichinFolge103derSternengeschichtenjabeschrieben
habe.Eshatbisindie1960erJahrengedauert,bismanNeutrinos
ausdemInnerenderSonnenachweisenundfeststellenkonnte,dass
dieEnergieproduktiondortüberdieProton-Proton-Reaktion
stattfindet.
Mittlerweileweißmanauch,
dassderBethe-WeizsäckerZykluserstabTemperaturen
vonmehrals14Millionen
Gradfunktioniertunderstab
30MillionenGradsorichtig
effektivwird.Erspieltalsovor
allemingroßenSterneneine
SobeginntdieProton-Proton-Reaktion
(Bild:gemeinfrei)
wichtigeRolle,abernichtbei
sokleinenund
vergleichsweisekühlenwieunsererSonne.
GenaugenommenwäreesaberinderSonnenichteinmalheiß
genug,umdienormaleProton-Proton-Reaktionablaufenzulassen.
ImallererstenSchrittmüssendajazweiWasserstoffkernezueinem
Deuteriumkernverschmelzen.BeidenTemperaturenimKernder
Sonnekommtdasabernursehrseltenvor.Soselten,dasses
eigentlichnichtreichenwürde,umdieMengeanEnergiezuerklären,
diesieproduziert.DieAbstoßungskraftistzustarkunddie
durchschnittlicheGeschwindigkeitderWasserstoffkernezugering.
Warumestrotzdemfunktionierthatmanerstverstanden,alsdie
Quantenmechanikentwickeltwurde.Dersogenannte“Tunneleffekt”
sorgtbeiTeilchendafür,dasssieeinanderauchnahekommen
können,obwohldieAbstoßungskraftzugroßist.DaeinTeilchenin
derquantenmechanischenBeschreibungkeineneindeutigen
Aufenthaltsorthat,sondernmiteinergewissenWahrscheinlichkeit
überallzufindenist,bestehtaucheinegewisseWahrscheinlichkeit,
dasssichzweiProtonennahegenugfüreineFusionkommen;die
abstoßendeBarrierederelektrischenKräftewirdalsoquasi
durchtunnelt.
Sooderso:AmEndeistausvierWasserstoffkerneneinHeliumkern
geworden.DieserHeliumkernhateinbisschenwenigerMassealsdie
beideneinzelnenWasserstoffkernezusammengenommen.Die
überschüssigeEnergieistdie,diebeiderFusionabgegebenwird.
NimmtmanalleReaktionenzusammen,bleibenamEndeknapp25
Mega-Elektronenvolt,dieimInnerenderSonnefreiwerden.Das
klingtviel,istabereigentlichziemlichwenig.IneinemhalbenLiter
Bierodereinem50-Gramm-RiegelSchokoladesteckenungefähr250
Kilokalorien.Dassind6500BilliardenMega-Elektronenvolt!Oder
andersgesagt:1040BilliardenWasserstoffkernemüssenzu260
BilliardenHeliumkernenverschmelzen,damitdiegleicheMengean
Energiefreiwird,dieineinemgroßenGlasBierodereinemkleinen
Schokoriegelsteckt.AberdasistkeinProblem:InjederSekunde
werdeninderSonne564MillionenTonnenWasserstoffin560
MillionenTonnenHeliumumgewandeltundvierMillionenTonnen
ihrerMasseinEnergie.DasistgenugfüreinigeGläserBier…fürein
343TrillionenproSekundeumgenauzusein.
AbernochistdieEnergieimKerngefangen.Bissiezuunsaufdie
Erdegelangt,hatsienocheinenweitenWegvorsich.
DieSonneproduziertinihremInnerenausderFusionvon
WasserstoffzuHeliumEnergie.Daspassiertnurinihreminnersten
Kern,dortwodieTemperaturenausreichendhochsind.Undnur
dortwirdauchdieEnergiefreigesetzt.Damusssieirgendwieraus
unddasistgarnichtsoeinfach.BisalldieEnergieaufderErde
landenkannumunsdortzurVerfügungzustehen,musseiniges
geschehen.
EsgibtzweiMöglichkeiten,wieEnergieimInnereneinesSterns
transportiertwerdenkann.EinmaldenTransportdurchStrahlung
unddanndenTransportdurchKonvektion.
BeidenKernreaktionenwirddieEnergieinFormvon
hochenergetischenPhotonenfrei.DieseArtdesLichtsnenntman
“Gammastrahlung”undeshateinesehrgeringeWellenlänge;zu
geringalsdaswiresmitunserenAugensehenkönnten.
NormalerweisekönntesichGammastrahlunggenausoausbreiten
wiedieanderenArtendesLichtsbzw.derelektromagnetischen
Strahlung.ImKernderSonneistdafüraberkeinPlatz.Dortistdie
DichteenormhochundwenndiePhotonensichaufdenWegnach
draußenmachen,kommensienichtweit.SchonnachkurzerZeit
treffensieaufdievielendortherumsausendenElektronen.Sie
werdenabsorbiertundkurzdanachvomElektronwieder
abgestrahlt.DieRichtungwechseltdabeikomplettzufälligundesist
daherebensodemZufallüberlassen,wieschnelldiePhotonenbei
ihremWegausderSonnehinausvorankommen.
StrukturderSonne(Bild:NASA)
WasimInnereneinesSternesvorsichgeht,hatimJahr1926der
britischeAstronomArthurStanleyEddingtonbesondersschönund
poetischbeschrieben.Soschön,dassichesgernedirektzitieren
möchte,auchwennvieleDetailsderEnergieproduktionimInneren
derSonnedamalsnatürlichnochnichtbekanntwaren.Inseinem
Buch“TheInternalConstitutionoftheStars”schreibter:
“DasInnereeinesSternsisteinDurcheinandervonAtomen,
ElektronenundPhotonen.NurmitHilfederneuestenEntdeckungen
derAtomphysikkönnenwirdenFeinheitendiesesTanzesfolgen.Wir
habendamitbegonnen,dasInnereeinesSternszuerforschenund
findenunsplötzlichbeiderErforschungdesInnereneinesAtoms
wieder.VersuchteuchdenAufruhrvorzustellen!ZerzausteAtome
sausenmit80KilometernproSekundeherumundihrekunstvollen
HüllenausElektronenwerdenimGetümmelinFetzengerissen.Die
verlorenenElektronenbewegensichhundertMalschnellerumeinen
neuenRuheplatzzufinden.Passtauf!EsgabfasteineKollision
zwischeneinemsichnäherndenElektronundeinemAtomkern.Aber
dasElektronbeschleunigtundsaustineinerengenKurveumden
Kernherum.EinpaartausendsolcherBeinahe-Kollisionübersteht
dasElektronin10-10Sekundenabermanchmalkommtesinder
KurveinsSchleudernundseineEnergiewirderhöhtoder
vermindert.Aberdannschleudertesstärkeralssonstundwirdganz
vomAtomgefangenundfestgehalten.SeinLebeninFreiheitistzu
Ende.AbernurfüreinenkurzenMoment.KaumdassdasAtom
diesenneuenSkalpanseinemGürtelbefestigthat,trifftesaufein
Lichtteilchen.IneinergroßenExplosionmachtsichdasElektron
wiederaufdenWegzuneuenAbenteuern.Anderswokollidieren
zweiAtomfrontalundprallenvoneinanderab,mitdesaströsen
FolgenfürihrspärlichesGewand.”
DurchdiesesGewuselausTeilchenmusssichdieEnergieihrenWeg
bahnen.DerBereichimInnerenderSonne,indemso
ausgesprochenwildzugehtumfasstetwa70ProzentihresRadius,
alsovomZentrumausgemessenknapp487.000Kilometer.Den
Weg,dendiePhotonenabertatsächlichzurücklegenistdankder
vielenBegegnungenmitdenElektronenviel,viellängerundmacht
einpaarzehntausendLichtjahreaus!
ErstweiteraußeninderSonnewirdeseinwenigruhiger.Hier
beginntnundiesogenannte“Konvektionszone”.DieTemperaturen
sindnunsoweitgesunken,dassdieAtomenichtmehralleihre
ElektronenausderHülleverlorenhaben.Diedichtedes
Sonnenplasmasistnungeringgenug,dasssichStrömungen
ausbildenkönnen.PlasmaanderGrenzezudenheißeren,inneren
Bereichenwärmtsichauf,verringertseineDichteundkanndadurch
aufsteigen.Weiterobenkühltesab,dieDichtewirdwiedergrößer
undessinktzurückindasheißeInnerederSonne.Soentstehtein
Kreislaufausauf-undabsteigendemMaterial,durchdendieEnergie
dasletzteStückbisandieSonnenoberflächetransportiertwird.
ImDurchschnittdauertessoungefährt100.000Jahrebisdieim
KernderSonneerzeugteEnergieanihreOberflächegelangt.Durch
dievielenKollisionenmitdenElektronenistausder
hochenergetischenGammastrahlungnungrößtenteilsnormales,
sichtbaresLichtgeworden.AnderOberflächeistdieSonne
deswegenauchnurnochknapp6000Gradheißundkeine15
MillionenGradmehrwieimKern.
DierestlicheReisevon150MillionenKilometerbiszurErdelegtdie
Strahlungrechtfixzurück.ImnunleerenWeltraumstehtihrnichts
mehrimWegundnach8Minutenistsiebeiunsangekommen.
Natürlichnichtalles.Abgesehendavon,dass–wiegesagt–schon
einigesunterwegsbeimStrahlungstransportverlorengegangenist,
strahltdieSonnejaauchnichtexklusivinRichtungderErde.Siegibt
ihreEnergieinalleRichtungenabundwirkriegennureinenkleinen
Teildavon.ImDurchschnittsinddas1367WattproQuadratmeter;
allerdingsauchnuraußerhalbderAtmosphäre.Vielesdavonwird
nochanWolken,SchneeunddemrestlichenMaterialder
Erdoberflächereflektiert.IstderHimmelklar,erreichenunsnoch
etwa1050WattproQuadratmeter.WennwiralldieseEnergieauch
tatsächlichnutzenwürde,wäredasabertrotzdemnochziemlich
viel…
Dasläuftsoseitetwa4,5MilliardenJahrenundeswirdnochfür5bis
6MilliardenJahreweiterhinsolaufen.AuchwenndieSonne4
MillionenTonnenihrerMasseproSekundeverliert,hatsiedochnoch
ausreichendvielWasserstoffübrig,umbisindieferneZukunft
Energiezuproduzieren.
Nochbesserwärees,wennsieeinwenigkleinerwäre.Dannwäresie
zwarauchkühler,abersiekönnteviel,viellängerleuchten.Inkleinen
Sternen,densogenanntenrotenZwergen,wirdebenfalls
WasserstoffinHeliumumgewandelt.DadieTemperaturendortaber
geringersind,istauchdieKonvektionszonevielgrößer.BeidenMiniSternenreichtsiebisfastandenKernselbstheran.Dasbedeutet,
dasshierdergesamteSternregelmässigdurchgemischtwird.Die
KonvektionsströmebringenständigfrischenWasserstofftiefinden
Kernhinunter,woerdieKernfusionamLaufenhält.
BeiderSonneistdasanders.HierkannnurderWasserstofffürdie
Fusionverwendetwerden,dersichimKernbefindet.ImLaufeder
ZeitwirderverbrauchtundimmermehrHeliumsammeltsichan.
Wiesichdasauswirkt,habeichinFolge35derSternengeschichten
ausführlicherklärt.UmHeliumzuneuenElementenzufusionieren
reichendieTemperaturenimKernderSonnenichtaus;erstwenn
dieWasserstofffusionmangelsNachschubfastkomplett
zusammenbrichtunddieSonnenununterihremeigenenGewicht
kollabiert,wirdauchdasHeliumstarkgenugaufgeheiztum
fusionierenzukönnen.DiesePhasedauertaber–verglichenmitder
gesamtenLebensdauerderSonne–nichtallzulange.Siebeendetihr
LebenalsnormalerSternundwirdzueinemrotenRiesenundeinem
weißenZwerg.
KleinereSternekönnenihrenWasserstoffvielgründlicherund
effektiververbrauchenundtundaswegendergeringen
Temperaturenauchnochlangsamer.Darumkönnensieeinige
BillionenJahrelangüberleben;alsohunderteMalelängeralsdie
bisherigeLebensdauerdesgesamtenUniversum!Größeristalso
nichtimmerbesser;dasgiltauchfürSterne.Abertrotzdemwillman
vielleichtnichtunbedingtinderNäheeinesrotenZwergsleben.Und
manmüssteihnenschonrechtnahekommen;dasiesoschwach
leuchtenmüssteeinPlanetihnenvielnäherseinalsdieErdeder
SonneumausreichendEnergiefürlebensfreundlicheTemperaturen
abzukommen.DaskannaberProblemeschaffen,dennroteZwerge
neigenzuenormstarkenAktivitätsausbrüchen.DieBewegungdes
PlasmasbeeinflusstauchdieStärkederMagnetfelderderSterne
undweilsichdasPlasmabeirotenZwergendurchdenganzenStern
bewegtundnichtnurineinerschmalenZonewiebeiderSonne
könnendieFelderdortauchvielstärkerwerden.Eskanndortviel
größereSternflecken,PortuberanzenundSternstürmegebenund
siekönnenihreHelligkeitsehrschnellsehrstarkändern.Dasmag
zwaraussichererEntfernungrechtnettaussehen;dortlebenwill
manabervielleichtnichtunbedingt.
UnsereSonneistalsotrotzihrervergleichsweiserechtkurzen
LebensdauereinrechtangenehmerSterndernichtnursonettist,
schonseitMilliardenJahrenEnergiefürunsbereitzustellensondern
dasauchnocheinpaarMilliardenJahrelangtutohnezwischendurch
großartigÄrgerzumachen.Undwennwirirgendwannmallernen,
dieseEnergieauchvernünftigzunutzen,stehtunsvielleichtauch
eineebensolangeZukunftbevor.
04|WeitereSternengeschichten
STERNSTRÖMEUNDZWERGGALAXIEN
EinSternstromisteigentlichvorerstnureineSternassoziation,
alsoeineloseGruppevonSterneninnerhalbeinerGalaxie.Die
SterneeinesSternstromszeichnensichallerdingsdurchsehr
ähnlicheBewegungsrichtungenundGeschwindigkeitenaus.Ihren
UrsprunghabendieSternströmeinZwerggalaxien.Diesekleinen
SternsystemefindetmanalsBegleiterallergroßenGalaxien.Auch
unsereMilchstraßehatzweiDutzendbekannteZwerggalaxienals
SatellitenundvermutlichnocheinpaarDutzend,diewirnicht
entdeckthaben.
WenneineZwerggalaxieeinergroßenGalaxiewieunserer
Milchstraßezunahekommt,könnendieGezeitenkräftedafür
sorgen,dasssiekomplettauseinandergerissenwird.Beinahen
BegegnungenzwischengroßenundkleinenGalaxienkönnenvorerst
auchnurGruppenvonSternenausderkleinerenherausgerissen
werden.DiebildendanneinenSternstrominnerhalbdergrößeren
Galaxie.EsmüssenauchkeineSternesein,auchdieGaswolkendie
sichzwischendenSterneneinerGalaxiebefindenkönnen
Sternströmebilden.EinBeispieldafüristdersogenannte
“MagellanscheStrom”.Dabeihandeltessichumeineetwaeine
MillionLichtjahrelangeWasserstoffwolke,dieunsereMilchstraßemit
denbeidenZwerggalaxienderMagellanschenWolkenverbindet.
DieMagellanschenWolkenexistierennochundkönnenamsüdlichen
HimmelsogarmitfreiemAugebeobachtetwerden.Andere
Zwerggalaxienhabensichabermittlerweilekomplettverabschiedet
undexistierennurnochalsGruppevonSternenmitähnlicher
BewegungsrichtunginnerhalbderMilchstraße.ZumBeispielder
“Helmi-Strom”.DerbestehtauseinpaarMillionenSternendieeine
mehrfachumdieganzeGalaxisgewickelteSpurbilden.
KünstlerischeDarstellungdesVerlaufseinigerbekannterSternströme(Bild:NASA/JPL-Caltech/R.
KünstlerischeDarstellungdesVerlaufseinigerbekannterSternströme(Bild:NASA/JPL-Caltech/R.
Hurt(SSC/Caltech))
EinerderSternedesHelmi-Stromsistbesondesinteressant.Erheißt
HIP13044undimJahr2010habenAstronomendorteinenPlaneten
entdeckt.DieEntdeckungeinesPlanetenbeieinemanderenSternist
mittlerweilekeineallzugroßeNeuigkeitmehr.BeiHIP13044aber
waresanders.AlsTeildesHelmi-StromswardieserSternmitsamt
seinesPlanetenfrüherTeileineranderenGalaxie!Alldieübrigen
extrasolarenPlanetenbefindensichinunserergalaktischen
NachbarschaftundsinddaherauchindergleichenUmgebung
entstandenwiedieHimmelskörperunsereseigenenSonnensystems.
MitderaktuellenTechnikhabenwirsogutwiekeineChance,jemals
Planetenzubeobachten,dieSterneinanderenGalaxienumkreisen.
Dafürsindsieeinfachzuweitweg.
EinSternstromallerdingsisteinerseitsinnerhalbunserereigenen
MilchstraßeundderBeobachtungdaherprinzipiellzugänglich.
AllerdingshaterseinenUrsprungaußerhalbunsererGalaxie.Ein
PlanetdereinenSterneinesSternstromsumkreistkannunsalso
zeigen,wiediePlanetenaussehen,dieinanderenGalaxien
entstandensind.DieseEntdeckunghatnureineneinzigen
Schönheitsfehler:BeiweiterenBeobachtungenkonntedieExistenz
desPlanetenvonHIP13044leidernichtbestätigtwerden.
Aberdasheißtnicht,dassessolche“extragalaktischen”Planeten
innerhalbunserereigenenMilchstraßenichtgibt.ZumBeispieldie
gleichfünfPlanetendiedenSternKepler444umkreisen.Dieser
Sternisterstaunliche11MilliardenJahrealtunddiePlaneten
gehörendamitzudenältestenPlanetendiejemalsentdecktworden
sind.DerSternistaußedemnochTeildesArkturus-Sternstroms.Bei
demistnochnichtganzsicher,oberwirklichderletzteÜberrest
einerehemaligenZwerggalaxieistoderseinenUrsprungdochinder
Milchstraßeselbsthat.WennestatsächlichextragalaktischePlaneten
sind,dieKepler444umkreisen,dannsindesnichtnur
HimmelskörperdieineinervölliganderenRegiondesUniversums
entstandenalsunserSonnensystemsondernauchnoch6Milliarden
Jahrefrüher!
Sooderso:DiezukünftigeBeobachtungderSternströmewirdmit
SicherheiteinigePlanetenansLichtbringen,dieaußerhalbunserer
Milchstraßeentstandensindundwirwerdendarausviellernen
können.AbernichtnurüberPlaneten,auchübervieleandere
PhänomeneimUniversum.DaistzumBeispieldieGalaxieSegue2.
“Segue”stehtfür“SloanExtensionforGalacticUnderstandingand
Exploration”undesiststrittig,obderName“Galaxie”fürdieseim
Jahr2007entdeckteGruppevonSternenüberhauptzutreffendist.
Siebestehtausnuretwa1000Sternen,wasverdammtwenigist.Eine
echteGalaxiehateinpaarhundertMilliardenSterne;eine
Zwerggalaxietypischerweisenocheinpaarhunderttausendbis
Millionen.1000istwirklichwenig.Abertrotzdemkönnteeseine
Galaxiesein,dennmitihrengroßenKollegenteiltsieeinewichtige
Eigenschaft:SieistineineriesigeWolkeausdunklerMaterie
eingehüllt.
DastrifftaufalleGalaxienzu;diehellleuchtendenSternesindjanur
einkleinerTeildergesamtenMaterieeinesSternsystems.Dasmeiste
davonbestehtausderinFolge25nähererklärtendunklenMaterie.
DieGesamtmassevonSegue2entsprichtmiteinpaar
hunderttausendSonnenmassenvielehereinertypischen
Zwerggalaxie.WarumesabersowenigSternegibt,istunklar.Man
gehtdavonaus,dasssienurnochdenletztenResteinerinAuflösung
befindlichenGalaxiedarstellt.Segue2isteinederbekannten
SatellitengalaxienderMilchstraßeundbefindetsichungefähr
114.000Lichtjahrevonunsentfernt.SieistinderVergangenheit
unsererGalaxissicherlichschonoftdeutlichnähergekommenund
hatdabeivermutlichjedeMengeSterneverloren.Dieziehennunals
SternstromihreRundeninnerhalbderMilchstraßeundSegue2ist
nebenderdunklenMaterienurnocheinkläglicherRestgeblieben
derfrüheroderspäterebenfallsinunsererGalaxielandenwird.
ManhatsogareineSpurausSternenidentifiziert,die–sowieder
MagellanscheStrom–vonunsbiszuSegue2führt.Essiehtallesso
aus,alswäreSegue2tatsächlichderallerletzteResteinergroßen,
“normalen”Galaxie.DieInteraktionmitderMilchstraßehatdie
GalaxiedermeistenihrerSternegeraubtundamEndebliebtnur
nochderdichteKernübrig.
VielleichtaberistSegue2
aucheinfachnureineMiniGalaxie.Aberwenndassoist,
dannsollteesdavonnochviel
mehrgeben.Reintheoretisch
solltedieMilchstraßenoch
vonvielmehrZwerggalaxien
umgebenseinalswirkennen.
Nichtallemüssensoextrem
winzigseinwieSegue2,aber
gebensollteessieaufjeden
Fall.Bisjetzthattemanaber
Schwierigkeiten,sieauch
wirklichzubeobachten.
Nachdemwaswirbisherüber
dierEntstehungderGalaxien
wissen,solltendabei
eigentlichvielmehrkleine
GalaxienwieSegue2
produziertwerden.
VorhersagefürdieVerteilungdunkler
MaterieinnerhalbeinesRadiusvon1
MillionLichtjahreumdieMilchstraße
herum.DieMilchstraßebefindetsichinder
weißenRegioninderMitte.Diekleinen
HalosausdunklerMateriesolltenauch
Galaxienenthalten,sowieSegue2
(gezoomtesBildobenrechts).Diagram:
Garrison-Kimmel,Bullock(UCI)”
DieGalaxienentstehungbeginntjamitderdunklenMaterie.Siebildet
großeWolkenunddieMassedieserWolkenziehtdanndie“normale”
Materiean,ausdernormaleSterneentstehenkönnen.
Computersimulationenzeigenaber,dasssichauchumdiegroßen
WolkenherumnochvielekleinereWolkenausdunklerMaterie
bildenindenenentsprechendvielekleinereGalaxienentstehen
sollten.DavonsollteeseinpaarhundertinderUmgebungder
Milchstraßegeben,wirkennenabernureinpaarDutzend.Das
ganzenenntsich“DwarfGalaxyProblem”undkanneinZeichen
dafürsein,dasswirdieEntstehungderGalaxiennichtganzrichtig
verstandenhaben.OderdieEigenschaftenderdunklenMaterie.
Oderaberesgibtdochmehrsolcherextremschwerzu
beobachtendeGalaxiewieSegue2.Vielleichtaberliegtesauchan
einemnochnichtganzkorrektenVerständnisderWechselwirkung
zwischendenGalaxien.Wirmüssenbesserverstehen,wiesichkleine
Galaxienauflösen,wennsieaufgroßetreffen.
SinddiefehlendenZwerggalaxienauchdurchdieGezeitenkräfteund
dieInteraktionmitdengroßenGalaxienso“leergeräumt”wordenwie
Segue2unddeswegensoschwerzusehen?SinddieSterne,diewir
inFormvonZwerggalaxieninderUmgebungunsererGalaxie
sucheninWahrheitalleschonTeilvonSternströmeninnerhalbder
Milchstraße?Wirwissenesnochnicht.Aberjebesserwirdie
Sternströmebeobachtenundverstehen,destoeherwerdenwir
diesesProblemlösen!
KOLLIDIERENDEGALAXIEN
W
AsteroidenmitPlanetenkollidieren,dannkrachtes
meistensgewaltigundimAllgemeinengehtdabei
auchziemlichvielkaputt.BeiderKollisionvonSternen
mitPlanetenistesnichtandersundauchwennSterne
mitanderenSternenzusammenstoßen–wasallerdingssogutwie
nievorkommt–istdaseingewaltigerRumms.Wennallerdingsganze
Galaxienmiteinanderkollidieren,siehtdieSachevölligandersaus.
Hierkrachtnichts;hiergehtnichtskaputtundgenaugenommen
stößtnichteinmalirgendwaskonkretmitetwasanderemzusammen.
TrotzdemsinddieBegegnungenzwischenGalaxienenormwichtig
fürdieEntwicklungdesUniversums.Undaußerdemnochäußerst
interessant!
SokönntederHimmelderfernenZukunftaussehen,wenndieAndromeda-Galaxiesichanschickt,mit
derMilchstraßezukollidieren(KünstlerischeDarstellung:NASA,ESA,Z.LevayandR.vander
Marel(STScI),T.Hallas,andA.Mellinger)
Das,wasGalaxienbeiKollisionensospeziellmacht,istihreGröße.
UnddiewahnsinnigeMengeanNichts,dassichzwischenden
Sternenbefindet!EineGalaxiewieunsereMilchstraßedurchmisst
über100.000LichtjahreundbestehtauseinpaarhundertMilliarden
Sternen.AberalldieseSternesinddurchdutzendeLichtjahre
voneinandergetrenntunddazwischenfindetmanvielleichteinpaar
MoleküleinterstellareMaterieaberansonstennichtviel.Wennnun
alsozweiGalaxienmiteinanderzusammenstoßen,dannstößt
eigentlichnichtszusammen.Esgibtkeinekonkretenphysikalischen
Objekte,dieaufeinanderprallen.Oderwenn,dannnuringanz
seltenenFällenundnurdurchZufall.EineAusnahmemachendie
zentralenschwarzenLöcher,aberdazukommeichspäternoch.
ZweikollidierendeGalaxienkannmansichwiezweiSandhaufen
vorstellen,diestreitendeKinderinderSandkisteaufeinanderwerfen:
Siedurchdringeneinanderohnemiteinanderzusammenzustoßen.
ImGegensatzzudenSandhaufenbeeinflussensichdieGalaxienbei
soeinerKollisionaberdurchaus.BegegnensichzweiGalaxien,kann
manfolgendePhasenimAblaufunterscheiden.
ZuerstkommtdieAnnäherungsphaseundwasdabeipassiert,ist
eigentlichselbsterklärend.DieGalaxiennähernsicheinanderan.
Vorerstpassiertnochnichtviel;diezwischenihnenwirkenden
Gravitationskräftekönnenaberschondafürsorgen,dasssiesichein
wenigverformen.SterneindenjeweiligenGalaxienwerdenauf
andereUmlaufbahnengezwungenunddieinnereStrukturverändert
sicheinwenig.
Dannfolgtder“Einschlag”,derabereinwenigirreführendbenannt
ist.Dennes“schlägt”janichtsein;esberühtsichnichts.Aberdie
Galaxienbeginnennuneinanderzudurchdringen.Jetztgehtes
wirklichrund;diegravitativenStörungenkönnensehrstarkwirken
unddieGalaxienverformen.Sieverlierenihreursprüngliche
Struktur.Material,dasheißtGasoderauchSternezwischenden
Galaxienwerdenausgetauscht.DieGezeitenkräftesorgenfürdie
Ausbildungvonsogenannten“Gezeitenarmen”,alsoBrückenaus
Sternen,dievoneinerGalaxiezuranderenreichenkönnen.
Nachdem“Einschlag”gehtesabernochlangeweiter.Dadie
GalaxieneinanderdurchdringenundsichwährendsoeinerKollision
mitmehreren100bis1000KilometernproSekundebewegen,
entfernensiesichnachdererstenDurchdringungwieder
voneinander.Jetztkommtdie“Selbstgravitationsphase;dasheißtdie
GalaxiefängtansichwiederunterihrereigenenGravitationskraftzu
ordnen.DasführtzuweiterenVeränderungeninderStrukturund
wenndieGalaxienGlückhaben,bleibtesdabei.Jenachder
Geschwindigkeitmitdersieursprünglichaufeinandergetroffensind,
könnensiesichnunendgültigvoneinanderentfernen.
Oderaberesgehtweiter.Sindsiezulangsam,folgtaufdieerste
Annäherungeinezweite.Siebewegensichwiederaufeinanderzu
unddurchdringensicherneut.DasGanzekannmehrmals
hintereinandererfolgenaberirgendwannistSchlussundeskommt
zurVerschmelzung.AuszweiGalaxienwirdeineeinzige.Dashatnun
wirklichgroßeAuswirkungen.VorallemdieGaswolkenzwischenden
SternenwerdenbeiderVerschmelzungdurchdiegravitative
Wechselwirkungverdichtet.AusihnenentstehenjedeMengeneue
Sterneundeinesogenannte“Starburst”-Phasebeginnt.DieKollision
zwischenGalaxienistalsonichtihrEndesondernquasieine
Verjüngungskur,diezurGeburtvielerneuerHimmelskörperführt!
EineVerjüngungallerdings,dienichtdauerhaftist.Beider
VerschmelzungwirdmiteinemSchlagfastdasgesamteGasbeider
Galaxienverbraucht.EinerseitszurBildungvonSternen,andererseits
wirdvielesdavonauchausdenGalaxienindenintergalaktischen
Raumgeschleudert.AmbleibteineeinzigeverschmolzeneGalaxie
übriginderkaumnochneueSterneentstehenkönnen.Diebeginnt
nunmitder“Beruhigungsphase”.DieSternesuchensicheinneues
Gleichgewichtundfindensichaufeinigermaßenstabilen
UmlaufbahnenumdasZentrumein.Dortfindetdannirgendwann
dieeinzigeechteKollisionstatt:ImZentrumeinerjedengroßen
GalaxiebefindetsicheinsupermassereichesschwarzesLoch.Die
beidenLöcherderbeiderKollisionbeteiligtenGalaxiensammelnsich
imZentrumdesneugebildetenSternensystemsundumkreisendort
einander.Siekommensichimmernäherundstoßenirgendwann
zusammen.Sieverschmelzenzueinemeinzigen,nochgrößeren
schwarzenLochunddieKollisionderGalaxienhatnunihrEnde
gefunden.
DieserganzeProzesskannmehrereMilliardenJahredauern.Esist
daherauchunmöglich,einegalaktischeKollisionvonAnfangbisEnde
“live”zubeobachten.AberesgibttrotzdemMöglichkeiten,dieSache
wissenschaftlichzuuntersuchen.Einerseitskannmanüberallam
HimmelGalaxiensehen,diesichindenverschiedenstenStadiender
Begegnungbefinden.WirsehenGalaxienpaare,diesichgerade
einanderannähern;wirsehenwelchediesichgeradeinder
Einschlagsphasebefindenundwelche,diegerademiteinander
verschmelzen.Undsoweiter:DerHimmelistvollmit“Standbildern”
diewirzueinemgroßenGanzenzusammensetzenkönnen.
AndererseitshabenwirnatürlichauchdieMöglichkeit,soeine
KollisionimComputerzumodellieren.Dasistallerdingsgarnichtso
einfach.ManmussdabeidiegravitativeWechselwirkungzwischen
MilliardenSternenberechnen.JederdieserMilliardenSterne
beeinflusstjedenanderenderMilliardenSternedurchseine
Schwerkraftundalldasmussimmerundimmerwiederberechnet
werden.DasistenormvielRechenaufwandundmehralsselbstdie
heutigenSupercomputerschaffen.Aberauchdievereinfachten
ModellederGalaxienkollisionenbeidenennureinpaartausend
Sterneberücksichtigtwerden,liefernwichtigeErkenntnise.Undsind
aufjedenFallbesseralsdieMethodediederschwedischeAstronom
ErikBertilHolmberg1941benutzthatte.
Obwohldieeigentlichschonziemlichgenialwar!Holmbergwollte
wissenwasbeiderKollisionzweierGalaxienpassiert.Computerim
modernenSinngabesdamalsnichtundschongarnichtfürdie
VerwendungbeiderBeantwortungsolcherabstrakten
wissenschaftlichenFragen.Holmberghatdeswegeneinfach
Glühbirnenverwendet.SowiedieGravitationskraftwirdauchdie
LichtstärkeeinerLampemitdemQuadratdesAbstandsimmer
schwächer.JedeLampeinHolmbergsVersuchsaufbauentsprach
einemSternunddieLichtstärkedieHolmberganeinembeliebigen
PunktseinerLampengalaxiemessenkonnte,entsprachderdort
wirkendenGravitationskraft.AnhanddersobestimmtenKräftehat
Holmbergberechnet,wiesichdieSternebewegenmüssenunddie
Glühbirnenentsprechendverschoben.Dannhaterseine
Lichtmessungenwiederholt,dieLampen/Sterneerneutverschoben,
undsoweiter.
EswareinsimplesModellunderhattenur37Lampen–aber
trotzdemwardasdamalsdieerstewissenschaftlicheUntersuchung
undModellierungderBegegnungzwischenzweiGalaxien!
FürdieEntwicklungdes
Universumssinddie
galaktischenKollisionenein
wichtigerFaktor.Wirgehen
davonaus,dassvorallemin
derFrühzeitdesKosmos
besondersvieledavon
stattgefundenhaben.Die
DieKollisionzwischenAndromedaund
allererstenGalaxienmüssen
MilchstraßeistinvollemGang–abererst
incirca5MilliardenJahren(Künstlerische
nochrechtkleingewesen
Darstellung:NASA,ESA,Z.LevayandR.
vanderMarel(STScI),T.Hallas,andA.
sein.Wiekleinkönnenwir
Mellinger)
nichtgenausagen,dawirmit
denaktuellenTeleskopennichtsoweithinausinsAllbzw.soweitin
dieVergangenheitschauenkönnen.DurchvieleVerschmelzungen
müssensiedannaberzudengroßenSternsystemenangewachsen,
diewirheuteüberallbeobachten.
UndderProzessgehtweiter.UnsereMilchstraßeistgeradedabei,
mitderAndromedagalaxiezukollidieren.UnsergalaktischerNachbar
istderzeitnochetwa2,5MillionenLichtjahreweitentfernt.Abersie
kommtimmernäherundwirdunsineinpaarMilliardenJahren
erreichen.InetwavierMilliardenJahrenwerdenMilchstraßeund
Andromedaeinanderdurchdrungenhaben.DieschöneSpiraleder
AndromedadiewirheuteimTeleskopamHimmelbeobachten
können,wirddannvölligverzerrtundriesengroßamNachthimmel
derErdezusehensein.UnserenPlanetwirdesdannvermutlich
nochgeben,denndieSonnewirdnochetwa6MilliardenJahrelang
existieren.DieVerschmelzungmitderAndromedagalaxiekannzwar
dafürsorgen,dasssichdieUmlaufbahnderSonneumdas
galaktischeZentrumverändert,aberderErdewirddabeinichts
passieren.LebenwirdaufdemPlanetendannallerdingsschonlängst
nichtmehrmöglichsein,dafüristesdannschonvielzuwarm
geworden,wieichinFolge35derSternengeschichtenerzählthabe.
KomplettverschmolzenwerdendieMilchstraßeunddie
Andromedagalaxiedanninetwa7MilliardenJahrensein.Ausbeiden
isteinegroße,elliptischeGalaxieohneSpiralarmeentstandenund
wirbefindenunsmittendrin.Beziehungsweisewürdenunsmitten
drinbefinden.DenndannwirdauchdieSonneihrLebenschon
beendethabenundauchdieErdewirdvermutlichverschwunden
sein.Abervielleichtgibtesjaanderswoindergroßen,neuenGalaxie
jemand,dersichüberdenneuenHimmelvollerSternefreuenkann.
DASDREIKÖRPERPROBLEM
D
reikörperproblemsuchtnacheinerAntwortaufeineder
fundamentalenFragenderAstronomie:Wiebewegen
sichHimmelskörperundvorallem:Wiekannmandiese
Bewegungvoraussagen.Daswarschonwichtigfürdie
Menschen,langebevoresdieAstronomiealsechte
Naturwissenschaftgab.Manwolltewissen,wiesichSonneundMond
überdenHimmelbewegenumeinenÜberblicküberdenKalender
unddierichtigenZeitenfürAussaatundErntezuhaben.Manwollte
diereligiösenFestezudenrichtigenZeitenfeiernundnatürlich
existiertedamalsauchnochdieVorstellung,dassdieHimmelskörper
ManifestationenderGötterseienundihreBewegungunsetwasüber
unsereZukunftsagenkönne.
InnerhalbgewisserGrenzenistesmöglich,Vorhersagenüberdie
BewegungderHimmelskörperzumachen,auchwennmankeine
Vorstellungenüberdiephysikalisch-astronomischenGrundlagen
dieserBewegunghat.DerBewegungderPlanetenerfolgt
näherungsweiseperiodisch
undwennmannurlange
genugDatensammelt,kann
mansolchePerioden
erkennenundzur
Vorhersagenutzen.
Dashatfunktioniert,aber
Nochsimpel:DasZweikörperproblem
nichtsehrgenau.Unter
(Bild:PublicDomain)
anderem,weilmannicht
wusste,dassdieErdeselbsteinPlanetist,dersichbewegtunddiese
BewegungdieBeobachtungderBewegungderanderenPlaneten
kompliziertmacht.Undauch,weildieBewegungebennur
annäherndperiodischist.Planetenbewegensichnichtaufexakten
Kreisbahnenundimmergleichschnell,sondernaufelliptischen
BahnenundzuunterschiedlichenZeitenmitunterschiedlichen
Geschwindigkeiten.
Dererste,dereineeinigermaßenbrauchbareVorstellungvonder
BewegungderHimmelskörperhatte,warJohannesKeplerim17.
Jahrhundert.MitseinenKeplerschenGesetzenzur
Planetenbewegungkonnteervielbesservorhersagen,wiesichdie
HimmelskörperbewegenalsalleseineVorgänger.Das,wasKeplers
Gesetzebeschreibenistabergenaugenommennurein
“Zweikörperproblem”.
Mankanndamiterklärenwaspassiert,wennEINPlanetEINENStern
umkreist.InunseremSonnensystemistdasabernichtderFall.Hier
gibtesachtPlanetenunddazujedeMengeMonde,Asteroidenund
Kometen.Und,daswusstemanseitderrevolutionärenArbeitvon
IsaacNewton,JEDESObjektbeeinflusstjedesanderemitseiner
Gravitationskraft.Willmanalsowirklichgenauwissen,wiesichein
Himmelskörperbewegt,danndarfmannichtnurschauen,was
zwischenihmundderSonneabspielt.Manmussgenaugenommen
dengravitativenEinflussallerHimmelskörperberücksichtigen.
AberdassolltejaeigentlichkeinProblemsein.ImmerhinhatIsaac
Newtonjanichtnurerkannt,dassdieGravitationuniversalistund
zwischenallenHimmelskörpernwirkt.Sondernauchmathematische
Gleichungengefunden,mitdenensichderGravitationseinfluss
beschreibenlässt.
Undesisttatsächlichnichtallzuschwer,entsprechendeGleichungen
zuformulieren,diedieBewegungzumBeispielderErdeunterdem
EinflussalleranderenPlanetendesSonnensystemsbeschreiben.Die
GleichungenaufzuschreibenistabernurderersteSchritt.Als
nächstesmussmansieaberauchnochlösen!
BeimZweikörperproblemistdasleichtmöglich.Betrachtetmannur
dieSonneundeinenPlanetenundlöstdieGleichungendieaus
NewtonsTheoriefolgen,dannerhältmanexaktdieGesetze,die
auchschonKeplergefundenhat.Sobaldmanabereinendritten
KörpermitinsSpielbringt,wirddieSachenichtnurschwieriger
sondernnahezuunmöglich!
Reinintuitivkannmanauchverstehen,warumdassoist.Stellenwir
unsdieErde,dieSonneundzumBeispieldenMarsvor.DieSonne
hatvonallendiegrößteMasseunddaherauchdengrößten
gravitativenEinfluss.DeswegenbewegensichauchMarsundErde
umdieSonneherum.InersterNäherungkannmandieses
DreikörperproblemalszweiZweikörperproblemebetrachten.Die
GravitationskraftderSonneführtdazu,dasssichdieErdeineiner
leichtelliptischenBahnumsieherumbewegt.Unddie
GravitationskraftderSonneführtdazu,dasssichderMarsineiner
leichtelliptischenBahnumsieherumbewegt.Natürlichübensowohl
derMarsalsauchdieErdegravitativeStörungenaufdieSonneaus.
AberweildieMassederPlanetenimVergleichzurSonnenmasseso
geringist,passiertdanichtviel.DieSonnewackelteinganzkleines
bisschen,abermehrgeschiehtdanicht.
VerlässtmandieNäherungundbetrachtetdiegesamteSituation,
wirdesschnellkompliziert.WiegenaudieBahnderErdeumdie
Sonneaussieht,hängtunteranderemvomAbstandzwischenden
beidenHimmelskörpernaus.AberdieErdewirdim
DreikörperproblemjaauchvomMarsbeeinflusst.DieserEinflussist
zwarklein,abervorhanden.DerMarssorgtalsodafür,dasssichder
AbstandzwischenErdeundSonneeinkleinwenigändert.Damit
ändertsichaberauchdieStärkederAnziehungskraftzwischen
SonneundErde.UnddamitauchdieBahnderErdeumdieSonne.
DasaberwiederumführtzueinerVeränderunginder
AnziehungskraftzwischenErdeundMars;zueinemveränderten
AbstandzwischenSonneundErde,undsoweiter.Unddasgleiche
giltnatürlichauchumgekehrtfürdenEinflussderErdeaufdenMars.
EsisteineunendlicheReihevongegenseitigerBeeinflussungbeider
absolutnichtklarist,wiemandieSacheauflösensoll.Dieintuitive
SchwierigkeitbeimVerständnisderwechselseitigenBeeinflussung
vondreiHimmelskörpernspiegeltsichauchinganzkonkreten
mathematischenSchwierigkeitenwiederdieauftreten,wennman
versuchtdieentsprechendenGleichungenzulösen.
AufdieseDetailswillichgarnichtnähereingehen–vielleichtgibtes
dazumaleineeigeneFolgederSternengeschichten.Jedenfallsistes
denWissenschaftlernnichtgelungen,dasDreikörperproblem
mathematischzulösen.Manhateslangegenugprobiert.Wieichin
Folge96derSternengeschichtenerzählthabe,wurdefürdie
BeantwortungdieserFrageim19.JahrhundertsogareinPreis
ausgesetztunddergroßeMathematikerHenriPoincaréhatprobiert,
ihnzugewinnen.ErfandebenfallskeineLösung–abererfand
heraus,dassesmathematischunmöglichist,dasDreikörperproblem
zulösen!GleichzeitigmitdieserErkenntnisentwickelteerdie
GrundlagenderChaostheorie.Seitdemwissenwir,dassbestimmte
dynamischeSystemesokomplexsind,dasssiemitklassischen
Methodennichtvorhersagbarsind.UndunserSonnensystemgehört
dazu.
HeuteverwendetmanComputersimulationenumdieBewegungvon
Himmelskörpernvorherzusagen,wieichinFolge9der
Sternengeschichtenausführlichererklärthabe.Abertrotzdemhaben
dieWissenschaftlernichtaufgehört,sichGedankenüberdas
Dreikörperproblemzumachen.Siehabeneinerseitsverschiedene
VariationendiesesProblemsentwickelt,diezwardieRealitätnicht
mehrganzexaktbeschreibenaberdochnochsogut,uminnerhalb
gewisserGrenzenbrauchbareVorhersagenmachenzukönnen.
Lösungenfürsolche“eingeschränkteDreikörperprobleme”wurden
imLaufederZeitgefunden;zumBeispielinFormder
Lagrangepunkte,dieichinFolge31derSternengeschichten
beschriebenhabe.
Interessanterweiseistesdannsogardochnochgelungen,das
Dreikörperproblemselbstzulösen.Soirgendwiezumindest…
Das,wasdasDreikörperproblemunteranderemsoschwierigmacht,
sindnaheBegegnungenodergarKollisionenzwischen
Himmelskörpern.JenähersichzweiObjektekommen,destostärker
wirddieGravitationskraftzwischenihnen.Unddestogrößerwerden
auchdieProbleme,dieichvorhinbeschriebenhabe.Aus
mathematischerSichtwirddieGravitationskraftunendlichgroß,
wennderAbstandzweierHimmelskörperbeieinerKollisiongleich
nullwird.IndenGleichungentauchtdortdanneineDivisiondurch
NullaufunddamithatdieMathematikjagenerelleinProblem.
ImJahr1912hatderfinnischeMathematikerKarlFrithiofSundman
abereineLösunggefunden.Beziehungsweisesoetwasähnlicheswie
eineLösung.ErkonnteeineLösungfürdieGleichungendes
Dreikörperproblemsangeben,abernurinFormeinersogenannten
unendlichenReihe.AlsoeinerSummedieausunendlichenvielen
Zahlengebildetwird.Dasistnichtsoseltsamwieesklingt.Wenn
manzumBeispielberechnenwill,wieviel1+1/2+1/4+1/8+1/16
+1/32+usw.ist,dannkannmandieseReiheunendlichlange
fortsetzen.AberjedeZahlindieserSummeistkleineralsdie
vorherige.DieSummeallerZahlenwächstalso,abernichtimmer
weiterundweiter.SienähertsicheinemganzbestimmtenWertund
mitdenrichtigenmathematischenMethodenkannmanzeigen,dass
dieSummealldieserunendlichvielenZahlennichtselbstunendlich
ist,sondernindiesemFallgleichzwei.
SoeineLösunghatauchSundman
gefundenfürdasDreikörperproblem
gefunden.Erhatgezeigt,dassauchhier
eineReiheunendlichvielerZahlen
UnendlichevieleZahlenund
existiert,diesichamEndenichtzu
trotzdemeineendliche
Summe…(Bild:Gemeinfrei)
unendlichaufaddierensondernebenzur
LösungderGleichung.Aber.Unddasist
eingroßes“Aber”!Aberrichtigvielanfangenkannmanmitder
Lösungnicht.SundmansTechnikfunktioniertnur,wennmanvon
Anfanganvoraussetzt,dasHimmelskörpernichtmiteinander
kollidierendürfen.DasistaberinderRealitätnichtderFall.Aber
selbstwennmandasignoriert,kommtmanmitseinerLösungnicht
weit.EsgibtkeineneinfachenWeg,dieunendlichenvielenZahlenin
SundmansSummeaufzuaddieren.Undmankannnichteinfach
zwischendurchaufhörenundsichsagen:Ach,dasreichtjetztschon–
esmussjanichtabsolutgenausein,sondernnurausreichendgenau
umguteVorhersagenzumachen.Beziehungsweisemankanndas
schonsagen.AberumausreichendguteVorhersagenmachenzu
können,müsstemanabsurdvieleZahlenaddieren.DieZahlder
nötigenEinträgeinSundmansSummewäreeine1,gefolgtvon8
MillionenNullen!
SundmansLösungdesDreikörperproblemsistalsozwarnettund
mathematischinteressant.AberinderPraxisauchvöllig
unbrauchbar.DasDreikörperproblembleibtungelöst.
DERKUIPERGÜRTEL
U
SonnensystembestehtausderSonneundachtPlaneten.
UndjederMengeAsteroiden!DieRegionzwischenden
UmlaufbahnenvonMarsundJupiterbeherbergtden
“Asteroidengürtel”unddortwurdenim19.Jahrhundert
auchdieerstenAsteroidenentdeckt.AberdiekleinenHimmelskörper
gibtesnichtnurdort.EinvielgrößeresReservoiranAsteroiden
befindetsichaußerhalbderBahndesNeptuns–imsogenannten
“Kuipergürtel”.
NimmtmanalleObjekteimAsteroidengürtelzwischenMarsund
Jupiterzusammen,habensieeineGesamtmassedienur4Prozent
derMasseunseresMondesentspricht.ImKuipergürtelfindetman
vielmehrObjekte,siehabeneineGesamtmassedieungefährdem
achtfachenderMondmasseentspricht.Bisjetzthatmaneinpaar
tausendAsteroidenimKuipergürtelentdeckt.Dasistdeutlich
wenigeralsdiehunderttausendenObjekte,diemanim
AsteroidengürtelzwischenMarsundJupiterkennt.Aberder
Kuipergürtelistjaauchvielweiterentfernt.
SchematischeDarstellungvonKuipergürtelundOortscherWolke(Bild:NASA)
VonderSonnebiszurUmlaufbahndesNeptunssindesungefähr30
AstronomischeEinheiten;alsoeineDistanzdiedem30fachen
AbstandzwischenErdeundSonneentspricht.Bei40Astronomischen
EinheitenbeginntderKuipergürtelunderendetbeicirca75
AstronomischenEinheiten,istalsobreiteralsdasgesamte
SonnensysteminnerhalbderBahndesNeptuns.
ManunterscheidetzweigrundlegendunterschiedlicheGruppenvon
Kuipergürtel-Asteroiden.Dasindzuerstdiesogenannten
“ResonantenKBOs”.“KBO”stehtdabeifür“Kuiperbeltobject”,also
“Kuipergürtelobjekt”.Und“Resonant”bedeutet,dassdie
UmlaufzeitendieserAsteroidenineinemganzzahligenVerhältniszur
UmlaufzeitdesNeptunstehen.ÜberResonanzenhabeichschonin
Folge8derSternengeschichtengesprochen.Esgehtimwesentlichen
darum,dasssichgravitativeStörungenverstärkenoderabschwächen
können,wenndieUmlaufzeitenzweiterHimmelskörpergerade
richtigzusammenpassen.
PlutoisteingutesBeispieldafür.DerfrüherePlanetgehörtzuden
resonantenKBOs.WährenderzweimalumdieSonneläuft,schafft
NeptundreiRundenumdenStern.DieUmlaufbahnenvonPlutound
Neptunstehenalsoineiner3:2Resonanz.Alle3Plutojahrebzw.alle
2NeptunjahrestehendiebeidenHimmelskörperalsowiederin
genaudergleichenPositionzueinander.IndiesemFallistdasganze
sosynchronisiert,dassPlutoundNeptunimmerweitvoneinander
entferntsind.Siekommeneinandernichtnahe,obwohlPlutoeineso
langgestreckteBahnhat,dasserderSonnemanchmalnäheristals
Neptun.AberdieResonanzsorgtdafür,dassderAbstandzwischen
ihnenimmergroßbleibt.Neptunkannalsonurweniggravitative
StörungenausübenundPlutosUmlaufbahnistbesondersstabil.
AbernichtnurdieBahnvonPluto.BeieinemAbstandvoncirca40
AstronomischenEinheitenfindetmannichtnurPluto,sonderneine
ganzeGruppevonAsteroiden,diesichalleineiner3:2Resonanzmit
Neptunbefinden.DaruntersindzumBeispielderknapp800
KilometergroßeAsteroidOrcusoderder720KilometergroßeIxion.
Abernochvieleandere,dieallezusammendieresonanteGruppe
der“Plutinos”bilden.BeieinemAbstandvonetwa48
AstronomischenEinheitenfindensichdieAsteroiden,dieeineRunde
umdieSonneschaffenwährendNeptunsiezweimalumkreist;also
dieObjekteineiner2:1Resonanzbzw.die“Twotinos”wiesieauch
genanntwerden.EsgibtnochweitereresonanteGruppen,zum
Beispieldie5:2ResonanzbeieinemAbstandvon54Astronomischen
Einheiten,die5:3Resonanzbei42AstronomischenEinheitenoder
die7:4Resonanzbei44AstronomischenEinheiten.
NebendiesenüberdenganzenKuipergürtelverstreutenresonanten
KBOsgibtesaberauchnochdie“KlassischenKBOs”.Siebefinden
sichaminnerenRanddesKuipergürtelsundsindzwischen41und
48AstronomischenEinheitenvonderSonneentfernt.Ihre
UmlaufbahnenstehennichtinResonanzzuNeptun,sindannähernd
kreisförmigundkaumbeziehungsweisenurvergleichsweisewenig
gegenüberderEbenedesSonnensystemsgeneigt.
SiehtmaneinmalvonPlutoab,dannwurdeauchgenaudortder
ersteAsteroiddesKuipergürtelsentdeckt.DavidJewittundJaneLuu
fandenhierimJahr1992einencirca150Kilometergroßen
Asteroiden,derdamalsdievorläufigeBezeichnung1992QB1
bekommenhat.NormalerweisewerdendieseKatalognummern
irgendwanndurchrichtigeNamenersetzt;indiesemFallistdasaber
niepassiertundeshatsichderSpitzname“QB1”;ausgeprochen
“KuBeOne”eingebürgert.Da1992QB1einPrototypfürdie
klassischenKuipergürtelobjekteist,werdendiesedaherauchoft
kollektivals“Kubewanos”bezeichnet.
EinedrittegroßeGruppevonAsteroidenbefindetsichhinterder
RingderKubewanos.Circa50AstronomischeEinheitenvonder
Sonneentferntbeginntdiesogenannte“gestreuteScheibe”oder
“scattereddisk”aufenglisch.DieObjektedorthabenkeine
kreisförmigenUmlaufbahnenmehrsondernstarkelliptische.Sie
könnenderSonnebisauf35AstronomischeEinheitennahe
kommen,sichaberbiszu2000AstronomischeEinheitenweit
entfernen.IhreBahnensindauchoftnochstarkgegenüberder
EbenedesSonnensystemsgeneigtundweilsichdiegestreute
ScheibesostarkvondenübrigenAsteroidengruppenunterscheidet,
wirdsiemeistensalseigeneStrukturbetrachtetundnichtzum
Kuipergürtelselbstgezählt.
DieAsteroidendesKuipergürtelssinddieÜberresteder
Planetenentstehung.BevorinderFrühzeitdesSonnensystemsdie
erstengroßenHimmelskörperentstanden,gabesnurjedeMenge
kleineBrockenausFelsundEis.Diekollidiertenmiteinanderund
wuchsensozugrößerenObjekten.Jeweiterwegsichein
HimmelskörpervonderSonnebefindet,destolangsamerbewegt
sichaber.UndingrößereEntfernungistnatürlichauchmehrPlatz
überdensichdieBrockenverteilenkönnen.ImKuipergürtelgabes
alsoimLaufederGeschichtedesSonnensystemsvielzuwenig
KollisionenzwischendenHimmelskörpern,alsdasssiezuwirklich
großenPlanetenanwachsenkonnten.VieleDetailsüberdie
EntstehungundEntwicklungdesKuipergürtelssindabernoch
unbekanntundauchumstritten.Vondortgibtesauchkaum
Beobachtungsdaten.BisaufPlutohabenwirkeinenAsteroiddes
KuipergürtelsausderNähebeobachtetundohnesolche
InformationenlässtsichwenigüberdieMechanismensagen,diedie
Himmelskörperdortformen.
DieUnklarheitenüberdenKuipergürtelbeginneneigentlichschon
beimNamen.BenanntistdieRegionnachdemAstronomenGerard
Kuiper.Erwaraberbeiweitemnichtdererste,dersichGedanken
überAsteroidenhinterderBahndesNeptungemachthat.Daswar
deramerikanischeAstronomFrederickLeonardderschon1930,
nachderEntdeckungvonPlutodarüberspekulierte,obPlutonicht
einesvonvielenObjektenhinterderBahndesNeptunseinkönnte.
DannkamderirischeAstronomKennethEdgeworth,der1943eine
wissenschaftlicheArbeitverfassteunderklärte,dasssichsofernder
SonneeigentlichkeinePlanetenbildenkönnenunddieRegionhinter
derNeptunbahndeswegenvonvielenkleinenHimmelskörpern
bevölkertseinsolle.
Erst1951erschieneine
ArbeitvonGerardKuiper,der
ähnlicheGedankenwie
Edgeworthäußerste,
allerdingszueinerganz
anderenSchlußfolgerung
kam.Kuipergingdamals
nochdavonaus,dassPluto
ungefährsogroßwiedie
Erdeseinmüsseundmit
seinerGravitationskraftalle
Asteroideninseiner
Umgebungausdem
Sonnensystemgeworfenhat.
Kuipersagtealsotatsächlich
voraus,dasseskeinen
Asteroidengürtelhinterder
BahndesNeptungeben
könne!
Dassdernunaberdoch
existierendeAsteroidengürtel
geradenachdemMann
benanntist,derbehauptet
GerardKuiper(Bild:DutchNational
Archives,TheHague,Fotocollectie
AlgemeenNederlandsPersbureau
(ANEFO),1945-1989,Nummertoegang
2.24.01.05Bestanddeelnummer9168171,CC-BY-SA3.0)
hat,eswürdeihnnicht
geben,isteinedervielenhistorischenKuriositäteninder
Wissenschaft.WennallesmitrechtenDingenzugegangenwäre,
würdemandieRegionheuteLeonard-Edgeworth-Gürtelnennen.
AberdieGeschichteistnichtimmergerecht.UndderKuipergürtelist
faszinierend,egalwelchenNamenerträgt!Ergehörtimmernochzu
denunbekanntenRegionendesSonnensystems.Wirwissenzwar,
dassesdortvielegroßeundkleineAsteroidengibt.Abermehrauch
nicht.BisaufPlutoistkeinerdieserHimmelskörpervoneiner
Raumsondebesuchtwordenunddaswirdsichsoschnellauchnicht
ändern.UndderKuipergürtelistjaerstderAnfang!Überdie
gestreuteScheibediehinterihmliegtwissenwirnochvielweniger
unddiesichdarananschließendeRegionderOortschenWolkeist
mehroderwenigvölligunerforscht.AmRanddesSonnensystemgibt
esnochjedeMengezuentdecken.Aberdasistwiedereineganz
andereGeschichte.
DIEGEOLOGISCHEGESCHICHTEDESMARS
D
arsisteinganzbesondererPlanet.AufjedenFallfüruns
Menschen.ErgehörtzudenHimmelskörpern,dieleicht
mitfreiemAugesichtbarsindundseinedeutlich
erkennbareroteFarbehatdieMenschenschonvon
AnbeginnderZeitinspiriertunddenPlanetenzumSymbolfür
diverseGöttergemacht.Alsmanspätereinweniggenauer
herausgefundenhatte,wiederPlanetbeschaffenist,wurdederMars
zurhypothetischenHeimatvonaußerirdischenLebewesen.
Mars:Heutelebensfeindlich.Aberfrüher?(Bild:NASA)
DerMarsistkleineralsdieErde,abererhateinefesteOberfläche,er
hateineAtmosphäreunderistnichtsoweitvonderSonneentfernt
alsdasdortlebensfeindlicheBedingungenherrschenmüssen.Die
Vorstellung,dasssichdortebenfallsLebenentwickelthat,warlange
Zeitplausibel.ErstalsinderzweitenHälftedesletztenJahrhunderts
dieerstenRaumsondenunserenNachbarplanetenausderNähe
untersuchthaben,wurdeklar:AufdemMarsistkeinLebenmöglich.
Zumindestkeinhöheres,intelligentesLebenwiewiresvonderErde
herkennen.DerMarshatzwareineAtmosphäre,abersieistextrem
dünnundbestehtfastkomplettausKohlendioxid.Esistdortextrem
kaltmitDurchschnittstemperaturenvonminus55GradCelsius.Es
gibtkeinegrößerenFlächenmitoffenemWasser;keineFlüsse,
MeereoderSeen.EsgibtkeineVegetationundauchsonstkeine
offensichtlichenAnzeichenfürLeben.
UndtrotzdemistderMarseinständigesZielvonRaumsondenund
Satelliten.Verständlicherweise:DerMarsisteinerseits
vergleichsweisenahe.EinFlugdorthinistineinpaarMonaten
machbar.DerMarsisteinPlanetaufdemmanlandenundlängere
ZeitUntersuchungenanstellenkann.UnserzweiterNachbarimAll,
dieVenus,bietetdawesentlichunfreundlichereBedingungen.Der
extremhoheatmosphärischeDruckunddieenormenTemperaturen
vonüber400Graddiedortherrschenmachenesfastunmöglich,
eineLandeeinheitabzusetzendiedortlängeralseinpaarMinuten
überlebenkann.DereinzigeanderePlanetmiteinerfesten
OberflächewäreMerkur,aberderistaufgrundseinerNähezur
Sonneschwerzuerreichen.BleibtalsoderMars…
UndweilwirdenMarsschonsooftundsogutuntersuchthaben,
habenwirmittlerweileaucheineganzguteVorstellungüberseine
Vergangenheit.EineVergangenheitdiezeigt,dassdortfrühereinmal
ganzandereBedingungengeherrschthabenalsheute.
AufderErdeistdieGeologievergleichsweiseeinfach.Wirhabenjede
MengeGestein,daswirdirektvorOrtuntersuchenundsoseinAlter
bestimmenkönnen.AufdemMarsistesschwieriger.Wirhabenzwar
einpaarMeteoritengefunden,dievonunseremNachbarplaneten
stammenundichhabeinFolge116derSternengeschichtenmehr
davonerzählt.AberausdiesenpaarSteinenlässtsichnurschwer
einekompletteGeschichteeinesPlanetenrekonstruieren.Dazu
brauchtesdievielenhochauflösendenBilderseinerOberfläche,die
RaumsondenindenletztenJahrengemachthaben.Dannkannman
zumBeispielbeginnen,dieKraterzuzählen.
JemehrKraterineinerbestimmtenRegionzufindensind,destoälter
musssiesein.EinegenaueAnalyseistnatürlichwesentlichkomplexer
alsdiesesimpleFaustregel,aberimPrinzipistdieZählungvon
KraterndieGrundlagederMarsgeologie.Vonähnlichen
KraterzählungenzumBeispielaufdemMondwissenwir,wanninder
GeschichteunseresSonnensystemsvieleoderwenigAsteroidenmit
einerbestimmtenGrößedurchsinnereSonnensystemgeschwirrt
sindundmitdenPlanetendortkollidierenkonnten.VomMond
habenwirauchwesentlichmehrGestein,dasmitradiometrischen
Analysenuntersuchtwerdenkonnte.Solässtsichnichtnur
bestimmen,welchegeologischenSchichtenälteroderjüngersind
sondernmankannauchabsoluteAngabenzumAltermachen.
DieSatellitenbilderdesMarszeigenunsauchvielegeologische
Strukturen,diedurchWind,Wasser,Vulkanismusundandere
ProzesseentstandensindundwennmanalleInformationen
kombiniertkannmansoeinengutenEindruckderVergangenheit
desPlanetenbekommen.
AufderErdehabenwirsoeinsehrfeinesSystemsvonErdzeitaltern
definiert,dasmitdemHadaikumvor4,5MilliardenJahrenbeginnt
undüberbekannteNamenwie“Kambrium”,“Karbon”,“Jura”oder
“Kreide”biszumaktuellenZeitalterdes“Quartär”verläuft.BeimMars
istdieSacheeinwenigschwieriger,aberauchdortkannman
zumindestdreiprinzipiellegeologischeZeitaltervoneinander
unterscheiden.
Odereigentlichvier,wennmanmitdersogenannten“PräNoachischenPeriode”beginnt.Überdieweißmanallerdingsnicht
viel.Dieältestenerkennbarenbzw.ableitbarengeologischenSpuren
aufdemMarssindcirca4,1MilliardenJahrealt.AberdaderMars
auchinderZeitdavorexistierthabenmuss,hatmandieseEpoche
ebenals“Prä-NoachischePeriode”bezeichnet.Siebeginntmitder
EntstehungdesPlaneten.DerMarsentstand,sowiealleanderen
Planetenauchvor4,5MilliardenJahren.Undsowiealleanderen
HimmelskörpermussauchderMarsdamalssehr,sehroftmit
anderenHimmelskörpernkollidiertsein.Damalsschwirrtejanoch
sehrvielmehrKrempeldurchsSonnensystem;alldiegroßenund
kleinenBrockendiewährendderHauptphaseder
Planetenentstehungübriggebliebensind.UndgroßeBrockengabes
damalsdeutlichmehralsheute.IminnerenSonnensystemgibtes
heutekeineAsteroidenmehr,diegrößerals1000Kilometersind;
damalsmüssenjedeMengedavondagewesensein.Undeiner
KollisionmitsoeinemRiesen-AsteroiddürftederMarsauchdie
heuteimmernochsichtbareZweiteilungseinerOberflächezu
verdankenhaben.DienördlicheHemisphärewirdvonflachen
Ebenendominiert,imSüdenistderPlanetvonriesigenGebirgenund
tiefenTälerndurchzogen.
DieursprünglicheAtmosphäredesMarsmusssehrdichtundheiß
gewesensein.AlldieEinschlägevonAsteroidenundKometenhaben
GaseausdemManteldesPlanetenandieOberflächegebracht.
Wasserdampfkönntezueinemgewaltigen,heißenOzean
kondensiertseindervielleichtsogardenganzenPlanetenumspannt
hat.DannwurdendieEinschlägeseltener,dasWasserkühlteabund
diedichteAtmosphärewurdelangsamdünner.IndieserPhase
bestanddasersteMaldieMöglichkeit,dasssichLebenaufunserem
Nachbarplanetenentwickelnkönnte.
Vor4,1MilliardenJahrenbeganndanndieerste“offizielle”Periodein
dergeologischenGeschichtedesMars–die“NoachischePeriode”.
BenanntistsienachNoachisTerra,einerHochebeneinder
südlichenHälftedesPlaneten.
Esgabnurzwarweniger,aberimVergleichzuheuteimmernoch
vieleAsteroideneinschläge.HellasPlanitia,dieHellas-Tiefebene
entstanddamals.MiteinemDurchmesservonetwa2000Kilometer
istesdergrößteKrateraufdemMarsundderzweitgrößteim
ganzenSonnensystem.MiteinerTiefevon9Kilometerfindetman
darindentiefstenPunktdesganzenPlaneten.Auchanderegroße
KraterdesMarsstammenausdieserZeit.
DasNoachischeZeitalterwaraberauchdasZeitalterderVulkane.In
derTharsis-RegionentstandenzumBeispielPavonisMons,Arsia
MonsundAscraeusMons;mächtigeSchildvulkanediemitHöhenvon
12,14und18KilometernhöhersindalsalleBergederErdeundzu
denhöchstenErhebungenimganzenSonnensystemgehören.Die
VulkanebrachtenjedeMengeGaseindieAtmosphäreundder
Planetwärmtesichauf.Wolkenentstanden,esregneteunddietiefen
TälerundCanyonsentstanden.WasserhatsichinKraternund
BeckengesammeltundeskönntesogareinenOzeangegeben
haben,derdienördlicheHemisphärebedeckte.
InseinemInnerenkühltederMarsaberimmerweiteraus.Während
großePlanetenwieErdeoderVenusauchheutenochinihren
Kernenheißsind,hatderkleineMarsseineWärmeschnellverloren.
IrgendwanngabeskeineStrömeausflüssigemMetallmehr,diesein
Magnetfeldaufrechterhaltenkonnten.OhneMagnetfeldwardie
AtmosphäredesMarsdemEinflussderSonneschutzlosausgeliefert
undsieentschwandlangsamabersicherinsAll.
TrotzdemmusseswährenddergesamtenNoachischenPeriode
RegionenaufdemMarsgegebenhaben,dielebensfreundlichwaren
undindenenLebenexistierenodersichentwickelnkonnte.Dieses
früheMarszeitalterendetecircavor3,7MilliardenJahren.
Esfolgtedie“Hesperianische
Periode”.DieRateder
Asteroideneinschlägewar
nunschonstarkgesunken;
dieVulkanedominiertendie
GeologiedesPlanetenaber
immerstärker.Olympus
Mons,dersichmit26
KilometerüberdieTharsisEbeneerhebtentstandund
istheuteimmernochder
größteBergundgrößte
OlympusMons!(Bild:NASA)
VulkandesSonnensystems.
DieLavaflüssederVulkane
bildetengroßeEbenen,wiezumBeispielHesperiaPlanum,nachder
dieEpocheauchbenanntist.KnappeinDrittelderMarsoberfläche
wurdedurchdieLavaströmeumgeformt.DerVulkanismusführte
auchzurBildungriesigerGrabenbruchsystemewiedenMarinerTälern,ein4000Kilometerlanges,700Kilometerbreitesundbiszu7
KilometertiefesNetzwerkausCanyonsundSchluchten.
TrotzdesVulkanismuswaresjetztschondeutlichkälter,dasWasser
gefrorimmeröfterimBoden,brachaberauchimmerwiederhervor,
wenndieHitzederEruptionodervonEinschlägenesauftaute.Es
kamzukurzenaberkatastrophalenÜberflutungen,dieebenfalls
großeBereichederMarsoberflächeumgestalteten.
Vor2,9MilliardenJahrenbegannschließendie“Amazonische
Periode”,dasjüngsteundaktuelleZeitalterdesMars.Diegroßen
geologischenUmwälzungenderVergangenheitenhabennun
weitestgehendaufgehört.DieZahlderAsteroideneinschlägehatsich
starkreduziert,dieVulkanebrachennichtmehrsooftausunddie
Atmosphärewarmittlerweilesodünn,dassWasserinflüssigerForm
kaumnochanderOberflächeexistierenkonnte.Deratmosphärische
Druckwarsogering,dasessofortgasförmigwurde.Undeswarkalt
amMars,sehrkalt.Wasserexistiertesowiesonurnochgefrorentief
imPermafrostbodenundtautenursporadischauf.
ImLaufederJahrmilliardenverändertsichdieUmlaufbahndesMars
umdieSonneundgenausowiebeiderErdeführtdaszu
langfristigenVeränderungenimKlima.InFolge55der
Sternengeschichtenhabeichüberdiese“Milankovic-Zyklen”schon
ausführlichbesprochensowiedieErdehatauchderMarszwischen
Warm-undEiszeitengewechselt.
AbundzugabesnocheinpaargrößereVulkanausbrüche,abund
zufloßkurzeinwenigWasserüberdieOberfläche,abundzustieß
einAsteroidmitdemPlanetenzusammen.Aberverglichenmitder
hektischenFrühzeittatsichimAmazonischenZeitalternichtmehr
viel.DieGesteinederOberflächeverwittertenlangsamvorsichund
chemischeReaktionenbildetenEisenoxiddasdemPlanetenseine
charakteristischeroteFarbegab.
1976,ausgeologischerSichtkaumeinenAugenblickinder
Vergangenheit,landetemitViking1dieersteRaumsondeder
MenschenaufdemMars.Seitdemziehtesunsimmerwiederdorthin
undimmerwiedersindwiraufderSuchenachLeben.Dassesauf
demMarskeineMarsmenschengibt,wissenwirmittlerweile.Aberall
unsereMissionenhabenunsgezeigt,dassderMarsfrühereinganz
andererPlanetwaralsheute!UndfrüherkönnteesLebengegeben
haben.Bakterien,Mikroben–Leben,dasvielleichttiefunterder
OberflächedesMarsseineSpurenhinterlassenodereventuellsogar
bisheuteüberlebthat.
Eszufinden,wirdnichteinfachsein.Aberwirwerdennichtaufhören
danachzusuchen.
DERLYMAN-ALPHA-WALD
W
mannachtszumHimmelblickt,siehtman–
vorausgesetztesgibtkeineWolken–jedeMenge
Sterne.AstronomenmitihrengroßenTeleskopen
könnenaußerdemnochjedeMengeGalaxien
beobachten.SterneundGalaxiensindaberbeiweitemnochnicht
alles,wasesimKosmoszusehengibt.Unsinteressiertauchder
ganzeRest;zumBeispieldieMateriezwischendenGalaxien.
VerglichenmitdenGalaxienselbstistderintergalaktischeRaumleer.
Aberebennichtganzleer.DortfindetmaneindünnesGasaus
TeilchenunddortfindetmanimmerwiederauchgrößereWolken
ausWasserstoff.
Nein,umdiesenWaldgehtesnicht…(Bild:NASA/JPL-Caltech)
DieInformationenüberdieintergalaktischeMateriesindinteressant
fürdieAstronomen;dennseineMengeundZusammensetzungsagt
unseinigesüberdieProzesse,dieesdorthingebrachthaben.Sterne
indenGalaxienkönneneshinausgeschleuderthabenaberauch
undvorallemdiegroßenschwarzenLöcherindenZentrender
GalaxiensorgenmitihrerenormenGravitationskraftdafür,dass
MaterialausihrerUmgebungweithinausindenleeren
intergalaktischenRaumtransportiertwird.
DieWasserstoffwolkenzwischendenGalaxiensindaberauchvon
Interesse,weilsieursprünglichesMaterialdarstellen;Materialdas
seitdemUrknallrelativungestörtexistiertundsichniezuSternen
geformthat.WillmanmehrüberdiegesamteEntwicklungdes
Universumswissen,dannlohntessichalsoauchausdiesemGrund,
mehrüberdieintergalaktischeMateriezuerfahren.
Aberdasistgarnichtsoeinfach.DasdünneGasleuchtetnichtselbst
undistvielzuweitvonSternenundGalaxienentferntumvondiesen
zumLeuchtenangeregtzuwerden.TrotzdemgibteseinenWeg,die
Wasserstoffwolkenzuvermessen.Mannutztdafürdensogenannten
Lyman-Alpha-Wald.
DarüberhabeichschoninFolge79derSternengeschichtenein
bisschenetwaserzählt,möchtedasheuteabergerneeinwenig
ausführlichererklären.
TrifftLichtbzw.allgemeinelektromagnetischeStrahlungaufMaterie,
kannesabsorbiertwerden.Abernichteinfachso;wiegenauder
Vorgangabläuft,hängtvonderArtderMaterieab.Materiebesteht
ausAtomenundjedesAtomauseinemKernundeinerHüllevon
Elektronen.DieseElektronenbestimmen,wiedieAbsorptionabläuft.
DieEnergiedesLichtskannvondenElektronenaufgenommen
werden.AbernichtinbeliebigenMengen;dieEnergiemussgerade
sogroßsein,damitdasElektronvoneinemEnergieniveauzum
einemanderenwechselnkann.
EinegroßeErkenntnisderQuantenmechanikbesagtja,dassEnergie
nichtinwillkürlichenMengenabgegebenoderabsorbiertwerden
kann,sondernnuringanzkonkretenEnergiepaketen,den
“Quanten”.DieMengeanEnergiedieineinemElektronsteckt
bestimmt,inwelcherEntfernungvomAtomkernessichaufhält.Und
dadieEnergienurinbestimmtenMengenverfügbarist,kannsich
auchdasElektronnuranbestimmtenOrtenbefinden,den
sogenanntenSchalenbeziehungsweiseEnergieniveausundauchnur
zwischendiesenSchalenhinundherwechseln.
DasWasserstoffatomhatbeispielsweiseinseinerHüllenurein
einzigesElektron.Befindetessichgeradeimniedrigsten
Energieniveau,alsoinderunterstenbeziehungsweisedemKernam
nächstengelegenenSchale,dannsindganzbestimmte
Energiemengennotwendig,umesineinehöhereSchalezuheben.
WillmanesvondererstenindiezweiteSchaleheben,brauchtman
dafürLicht,daseineWellenlängevonexakt121,5Nanometern
habenmuss.NurdiesesLichthatdierichtigeMengeanEnergiedie
vomElektronaufgenommenwerdenkann.FüreinenWechselvon
dererstenindiedritteSchalebrauchtesLichtmiteinerEnergievon
102,5Nanometern;vondererstenindievierteSchalesind97,2
Nanonmeternotwendig,undsoweiter.
AlleÜbergängeeinesElektronsvondererstenzueinerderhöheren
Schalenwerdenzusammenals“Lyman-Serie”bezeichnet;benannt
nachdemamerikanischenPhysikerTheodoreLyman,derdasimJahr
1906erstmalsausgerechnethat.UndderÜbergangvonderersten
zurzweitenSchaleistder“Lyman-Alpha-Übergang”.Derkann,wie
schongesagt,nurstattfinden,wennLichtmiteinerWellenlängevon
121,5NanometernaufdasWasserstoffatomtrifft.WennalsoLicht
aufeineWolkeausWasserstofftrifftdannwirdderGroßteildieses
LichtdieWolkeungehindertdurchqueren.DerAnteildesLichtsder
eineWellenlängevon121,5Nanometernhat,wirdvonden
ElektronenderAtomeaberabsorbiertundfehltdanach.
Undgenaudaskannmanauchbeobachten.Astronomenkönnen
dasLichtfernerHimmelskörperbeobachtenundnachsehen,wieviel
davonmiteinerbestimmtenWellenlängebeiunsankommt.Diese
TechniknenntmanSpektroskopieunddiefehlendenBereichedes
Lichts“Spektrallinien”.FehltgeradedasLichtmiteinerWellenlänge
von121,5Nanometern;findetmanalsogenaudorteine
Spektrallinie,dannweißman:DiesesLichthatunterwegseineWolke
ausWasserstoffdurchquert.
InderRealitätistesallerdingsnichtganzsoeinfach.Wennesumdie
intergalaktischeMateriegeht,dannsinddanatürlichauchsehr,sehr
großeDistanzenimSpiel.DasLichtfernerGalaxienistMillionenoder
MilliardenJahreunterwegs,bisesbeiunsangelangt.Esstammtaus
enormgroßerEntfernungunddashatFolgen.
BetrachtenwirzumBeispieleinenQuasar.Überdiesehell
leuchtendenZentrenfernerGalaxienhabeichjaschoninFolge52
derSternengeschichteneinwenigmehrerzählt.Quasaresindsohell,
dasssieauchnochinenormenEntfernungenbeobachtetwerden
können.DasLichtsoeinesQuasarswirdaufseinemWegzuunsnun
höchstwahrscheinlichirgendwoimintergalaktischenRaumaufeine
dortbefindlicheWasserstoffwolketreffen.EinTeildesLichtswird,wie
vorhinbeschrieben,absorbiert.
Jetztmussmanallerdingsauchberücksichtigen,dasssichdas
Universumausdehnt.DerRaumzwischenunsererGalaxieundder
weitentferntenintergalaktischenWasserstoffwolkeexpandiert.Von
unsausgesehenentferntsichdieWolkealso;genausowieder
Quasarselbst.SeinLichterscheintunsdaherauchrotverschoben:
genausowiesichdieTonhöhederSireneeinesPolizeiautos
veränder,dasanunsvorbeifährtundsichentfernt.Wirsehendaher
dieSpektralliniedesLyman-Alpha-Übergangsauchnichtbei121,5
Nanometernsondernentsprechendverschoben.
WieweitdieSpektrallinieverschobenist,hängtvonderEntfernung
derWasserstoffwolkeab.Oderandersgesagt:AusderVerschiebung
derSpektralliniekönnendieAstronomendieEntfernungder
intergalaktischenWasserstoffwolkebestimmen.
WennmandasLichteinesQuasarsbetrachtet,dannfindetmandort
imAllgemeinennichtnureineeinzigeSpektralliniedesWasserstoffs.
DasUniversumistgroß;zwischendenGalaxienistjedeMengePlatz
unddortbefindensichjedeMengeWasserstoffwolken.DasLicht
durchquertalsoauchvieleverschiedeneWolkeninunterschiedlichen
EntfernungenvonderErde.JedeeinzelnedieserWolkenerzeugtihre
eigeneLyman-Alpha-Linieundjededavonistaufihreeigeneund
charakteristische,vonihrerEntfernungabhängigeWeiseverschoben.
DievielenLiniendesLymanAlpha-WaldesimSpektrum
einesQuasars(Bild:Rauch,
1998)
EsgibtalsoeinenganzenWaldvon
LinienundeinegenaueAnalysedieses
Lyman-Alpha-Waldserlaubtesden
Astronomenmehrüberdie
intergalaktischenWolken
herauszufinden.Siekönnennichtnur
AnzahlundEntfernungbestimmen,
sondernzumBeispielauchnachsehen,wiestarkdieLiniensind.Je
größerdieWolkensindundjedichterdasWasserstoffgasdort
vorliegt,destomehrLichtwirdauchabsorbiertunddestostärkerist
dieentsprechendeSpektrallinie.DieDichteundGrößederWolken
wirdwiederumvondenumliegendenGalaxienbeeinflusst.Der
Lyman-Alpha-WaldhilftdenAstronomenalso,diegroßräumige
StrukturdesUniversumszuverstehen.
DieVerteilungderWasserstoffwolkenspiegeltauchdieVerteilung
derMaterieimfrühenUniversumwieder.SiewirdvonPhänomenen
wiederdunklenEnergiebeeinflusst,diefüreinebeschleunigte
ExpansiondesKosmossorgt.EineUntersuchungdesLyman-AlphaWaldshilftunsalsoauchdabei,solchgrundlegendeFragennachder
EntwicklungdesgesamtenUniversumsbesserzuverstehen.Auchdie
VerteilungderprinzipiellnichtsichtbarendunklenMateriebeeinflusst
dieWasserstoffwolkenunddamitdenLyman-Alpha-Wald.
DieAnalysedesLyman-Alpha-Waldsgehörtzudenwichtigsten
MethodenderKosmologie.Undwiedereinmalzeigtsich,wieinder
AstronomiediegroßenunddiekleinenDingezusammenhängen:
DasVerhaltenvonwinzigenElektroneninunvorstellbargroßen
Entfernungenerlaubtesuns,dieEntwicklungunddenAufbaudes
gesamtenUniversumszuverstehen.
DIEGROSSESAUERSTOFFKATASTROPHE
S
stoffistwichtig.OhneSauerstoffkönntenwirnicht
überleben.UndglücklicherweisebestehtdieAtmosphäre
derErdezufast21ProzentausdiesemGas.Aberdaswar
nichtimmerso.UndalsderSauerstoffdasersteMalin
relevantenMengenaufunseremPlanetenaufgetauchtist,wardas
diegrößteKatastropheallerZeiten.
AlsdieErdevor4,58MilliardenJahrengeradefrischentstandenwar,
hattesieeineAtmosphärediesichvölligvonderheutigen
unterschied.SiebestandausWasserstoffundHelium,denbeiden
ElementendieimUniversumaufhäufigstensindunddieaucham
häufigsteninderScheibeausGasundStaubvertretenwaren,aus
denensichunsereSonneunddiePlanetengebildethaben.
NebenWasserstoffundHeliumfandensichinderUratmosphäre
wahrscheinlichauchnochgeringeSpurenvonMethanund
Ammoniak.Insgesamtalsoeineungesundeundübelriechende
Mischung.ZumindestfürMenschen…
Bild:NPS;gemeinfrei
WasserstoffundHeliumsindallerdingsrechtleichteAtomeund
bewegensichdeswegenvergleichsweiseschnell.Außerdemwares
früheraufderErdenochenormheiß.RadioaktiveElementeim
ErdinnerengabenStrahlungab;dieErdeselbsthattesichnochnicht
komplett“gesetzt”undschrumpftenochunterihrereigenen
Anziehungskraft.DurchdieseVerdichtungwurdeebenfallsWärme
freiunddannwarendanochdievielenFelsbrocken,diedamalsnoch
überalldurchdenWeltraumsaustenundständigaufderErde
eingeschlagensind.Ingesamtwaresalsoenormheiß.Soheiß,dass
dieAtomeinderUratmosphäresichenormschnellbewegthaben.
Soschnell,dassdieSchwerkraftderErdesienichtfesthaltenkonnte.
UnddieSonnewarjaauchnoch.Siebildetesichgemeinsammit
ihrenPlanetenundalssiesoweitfertigwar,dassdortdieKernfusion
einsetzenkonnte,gingesderUratmosphäresorichtiganden
Kragen.NachdemZündenderSonnesetzteaucheinextremstarker
Sonnenwindein,derdannauchnochdenletztenRestder
Uratmosphärebeseitigthat.
NacheinpaarhundertMillionenJahrewarnichtsmehrvonihrübrig
undbiseseineneueAtmosphäregab,dauerteeseinwenig.Zuerst
musstedieErdeeinwenigabkühlen.DieAsteroideneinschläge
wurdenweniger,dieErdegabWärmeenergieinsWeltallabund
irgendwannkühlteauchdieKrustedesPlanetensoweit,dasssich
dortVulkanebildenkonnten.AusdiesenVulkanengelang
geschmolzenesGesteinausdemErdinnerenandieOberflächeund
mitihmauchdiverseGase,dievorherimGesteingebundenwaren.
DieseneueAtmosphärewirddie“ErsteAtmosphäre”genanntobwohl
esjaeigentlichschondiezweitewar.AberdadieUratmosphäreso
kurzlebigwar,zähltsienichtmit.DieersteAtmosphärealsobestand
nunzuetwa80ProzentausWasserdampf.Dazukamennochcirca
10ProzentKohlenstoffdioxid,6ProzentSchwefelwasserstoffund
diverseandereGaseingeringenMengen.Allerdingsimmernoch
keinSauerstoff!
ImPrinzipwarendasdiegleichenGase,dieauchheutenochvon
Vulkanenproduziertwerden.AberweilesaufderfrühenErdeimmer
nochsowarmwar,konntederganzeWasserdampfnichtalsRegen
zurErdefallen.FreiesWasseraufderErdoberflächegabesnicht;
allessammeltesichalsWasserdampfinderAtmosphäre.
Irgendwannwaresaberdannkühlgenugunddannregnetees.
Ordentlich.Undlang.Wirklichordentlichundwirklichlange!Knapp
40.000Jahrelang!JetztgabesOzeaneundandereGewässeraufder
ErdeundinihnenentwickeltensichdieerstenLebensformen.Der
StoffwechseldieserBakterienerzeugteStickstoffundMethan,der
sichinderAtmosphäreanreicherte.Gleichzeitignutztendie
LebewesenKohlenstoffdioxidumihreBiomasseaufzubauen.
SchwefelwasserstoffundKohlenstoffdioxidwurdenauchinden
MeerengelöstundverschwandensoausderAtmosphäre.Esgab
alsoimmermehrStickstoffundimmerwenigerandereGase.
Dasgingsoknapp3,4MilliardenJahreunddannwarausderersten
diezweiteAtmosphäregeworden,diefastkomplettausStickstoff
bestand.EsgabLebenaufderErde,abernurimMeerundes
bestandnurausBakterienundanderenMikrolebewesenundesgab
immernochkeinenSauerstoff.
DerkamerstmitderdrittenAtmosphäre.EineBakterienundAlgen
fingenan,eineneueArtvonStoffwechselauszuprobieren,beiderals
AbfallproduktSauerstoffentstand.Zuersthattedaskeinegroße
Auswirkungen.DerSauerstoff,derproduziertwurde,reagiertemit
anderenMolekülen,zumBeispielmitEisenoderSchwefelwasserstoff.
NichtsdavongelangteausdemMeerindieAtmosphäre.Erstvor2,3
MilliardenJahrenändertesichdieSache.MittlerweilewarimOzean
schonsovielSauerstoff,dasserindieAtmosphäreentweichen
konnte.
BisdiekleinenBakterienundAlgenmerkbareMengenproduziert
hatten,dauerteeseinwenig.VoreinerMilliardeJahrenbetrugdie
KonzentrationvonSauerstoffinderAtmosphäreerst3Prozent.Und
fürdenGroßteilderdamaligenLebewesenwardasdefinitivkeine
guteEntwicklung.Siewarendaraufnichtvorbereitetundder
reaktionsfreundigeSauerstoffwarreinesGiftfürsie.Sogutwiealle
Lebewesenstarbenaus;eswardasgrößteMassensterbeninder
GeschichtedesPlaneten.
ÜbrigbliebennurdiejenigenLebewesen,diesogenannte
Peroxidasenentwickeltethatten.DassindspezielleEnzyme,diein
derLagesinddiefürdenStoffwechselschädlichen
Sauerstoffverbindungenaufzuspaltenunddamitungefährlichzu
machen.Sieüberlebtendie“GroßeSauerstoffkatastrophe”undvon
ihnenstammensogutwiealleheuteexistierendenLebewesenab;
inklusiveunsMenschen.WirsindaufdenSauerstoffangewiesen,
damitunserStoffwechselfunktioniertundwirkönnennurinder
aktuellen,derdrittenAtmosphärederErdeüberleben.
NachdemerstenAuftretendesSauerstoffsreichertesichimmer
mehranundvorknappeinerhalbenMilliardeJahrenwarsoviel
vorhanden,dasssichinderoberenAtmosphäreausdeneinzelnen
SauerstoffatomenOzon-Molekülebildenkonnte.Seitdemschütztuns
dieOzonschichtvorderschädlichenUV-StrahlungausdemAll,was
fürdieweitereEntwicklungdesLebensvonenormerBedeutungwar.
Voretwa350MillionenJahrenhattedieSauerstoffkonzentrationin
derAtmosphäredanndenheutigenWerterreicht.Zwischendurch
schwanktesieimmerwiedermal;stiegtaufbiszu30Prozent,sank
dannwiederauf15Prozentundalssichdannirgendwannauch
endlichdieerstenBäumeaufderErdeentwickelthatte,pendeltesich
derWertwiederbeidenknapp20Prozentein,diewirauchheute
nochmessen.
DieGeschichtederGroßen
Sauerstoffkatastrophezeigt
eindrucksvoll,dasswirin
einerWeltleben,dienicht
unbedingtspeziellfüruns
gemachtist.Wirsindnur
deswegenhier,weilwirvon
denwenigenÜberlebenden
desdamaligen
Massensterbensabstammen.
Siezeigtaberauch,wie
Bild:LordToran,gemeinfrei
komplexdiegesamteÖkologiederErdeist.DerStoffwechselvonein
paarBakterienundAlgenimOzeanenkanndenganzenPlaneten
verändern.ErhatdenPlanetennachhaltigverändert.Undwirsollten
unsdahersehrgenauüberlegen,wiewirmitunsererErdeumgehen.
WieschnellwirdieOzonschichtkaputtmachenkönnen,habenwirja
inderzweitenHälftedes20.Jahrhundertsdeutlichdemonstriert.Es
hatlangegenuggedauert,bissichdiedritte,fürunsMenschen
lebensfreundlicheAtmosphäregebildethat.Wirsolltenbesserdarauf
achten,waswirdamitanstellenundobeswirklichsoeineguteIdee
ist,leichtfertigKohlendioxidundandereGaseindemAusmaß
freizusetzenindemwirdasderzeittun.
DieAtmosphäredesPlanetenhatsichschondreimalgrundlegend
verändert.BeimletztenMalwarendieBakteriendafür
verantwortlich.DenWechselzueinermöglichen“Vierten
Atmosphäre”könntenwirMenschenverursachen.Obdasdannaber
eineAtmosphäreist,inderwirlebenkönnen,istzweifelhaft.
DASLARGESYNOPTICSURVEYTELESCOPE
I
stenJahrzehntwirdindenBergenvonChileeinneuesTeleskop
seinenBetriebaufnehmen.DasLargeSynopticSurveyTelescope
oderkurzLSSThateinenSpiegelmiteinemDurchmesservon
8,4Metern.VerglichenmitanderenTeleskopendieinnaher
Zukunftfertiggestelltwerdenistdaswenig.DieGroßteleskopeder
nächstenGenerationenwiedasEuropeanExtremlyLargeTelescope
oderdasThirtyMeterTelescopehabenSpiegelmitDurchmessern
von30oder40Metern.Die8,4MeterdesLSSTsindda
vergleichsweiseklein;dasVeryLargeTelescopederEuropäischen
SüdsternwarteistzumBeispielfastgenausogroßundschonseit
den1990erJahrenaktiv.Wiesobautmanalsoeinweiteres“kleines”
Teleskop?Brauchtessoetwasnoch?
Bild:LSSTProject
Office,CC-BY-SA4.0
Ja,aufjedenFall!DenndasbesondereamLSSTistnichtdieGröße
seinesSpiegels.EsistseinBildwinkel!Damitbezeichnetmandie
GrößedesBereichsamHimmel,denneinTeleskopbeieiner
Aufnahmeabbildenkann.DieseGrößegibtmaninGradan.Wenn
einKreisderumdenganzenHimmelherumgezogenwird,360Grad
hat,dannbedecktzumBeispielderVollmondeinenAbschnittmit
einerLängevon0,5Grad.KannmanmiteinemTeleskopalsgerade
denganzenMondabbilden,hateseinBildwinkelmiteinem
Durchmesservon0,5Grad.
BeidenmeistengroßenTeleskopenistdasBildwinkelabernichtso
großundbemisstsichwenigerinGradsonderninBogenminuten.1
Gradhat60BogenminutenundwennzumBeispieldieKamerades
VeryLargeTelescopeeinenBildwinkelvonknapp7Bogenminuten
hat,müsstemandamit5Aufnahmenmachen,umdenganzenMond
abbildenzukönnen.
NormalerweiseistdasaberauchkeinProblem.ManwilljaSterne
oderferneGalaxienbeobachtenunddiesindimAllgemeinen
sowiesonuralsPunktezusehen.EinkleinerBildwinkelistdasogar
vonVorteil,weilsonichtsovielstörendesLichtvonanderen
HimmelskörperndieAufnahmestört.AberbeimLSSTgehtesum
etwasganzanderes.Dagehtesgeradedarum,möglichstviele
Objekteaufeinmalzufotografieren.
InderAstronomieisteszwarwichtig,einzelneObjektemöglichst
genauzuuntersuchen.Esistabergenausowichtig,einenmöglichst
genauenÜberblicküberdengesamtenHimmelzuerhalten.Undvor
allemzusehen,wassichdortändert.Machtmaneineeinzelne
AufnahmedesHimmels,dannsiehtmandaraufimAllgemeinennur
jedeMengeLichtpunkte.Darauskannmanzwarviellernen,aber
nichtalles.WennaufdiesemBildzumBeispieleinnochunbekannter
Asteroidzusehenwäre,entdecktmandennichtsofort,daersichauf
denerstenBlicknichtvoneinemSternunterscheidet.Eshilftauch
nichts,dieDatenmiteinemvorhandenenKatalogzuvergleichen.
DennindiesenKatalogenfindetsichzwangsläufignureinsehr
kleinerTeilderpaarhundertMilliardenSterneunsererMilchstraße
undeinweitererLichtpunktkanngenausoguteinbisjetztnoch
nichtkatalogisierterSternseinwieirgendetwasanderes.
UmdasherauszufindenmussmaneinzweitesBilddergleichen
RegiondesHimmelsmachenundzwarzueinemspäterenZeitpunkt.
DieSternewerdendannimmernochandergleichenPositionstehen
wiezuvor.EinAsteroidaberhatsichbewegt.WennsichamHimmel
etwasverändert,istdasimmervonInteressefürdieAstronomen.Ein
sichbewegenderLichtpunktkanneinAsteroidsein,einKometoder
gareinunbekannterPlanet.EinneuauftauchenderSternkanneine
Supernova-ExplosionineinerfernenGalaxiesein.Dieleuchten
enormhell,aberdasnurvergleichsweisekurz.Wennmanden
Himmelnichtregelmäßigdanachabsucht,verpasstmansie.Macht
manlanggenugBilderdesHimmelsaufdenensichdiePositionen
genaugenugvermessenlassen,dannkannmanauchdie
EigenbewegungderSterneselbstvermessenunddarauswichtige
Informationenableiten.
Kurzgesagt:Eslohntsich,denHimmelmöglichstoftmöglichst
komplett“einfachnurso”zufotografierenundzuschauen,wassich
daallesändert.GenaudasistdieAufgabedesLSSTunddiese
Aufgabewirdesdramatischvielbessererledigenalsallebisherigen
Teleskope.
SeinBlickwinkelwird3,5Gradbetragen–derDurchmesser
entsprichtalsodem7fachendesVollmonds!Dasisteinziemlich
großerBereichdesHimmels.DieKamera,diedieAufnahmenmacht,
hat3,2GigapixelundkannbeieinerBelichtungszeitvon15
Sekundenalle20SekundeneinBildmachen!Dasbedeutet,dassdas
riesigeTeleskopinnur5SekundenaufeinenneuenBereichdes
Himmelsausgerichtetwerdenkann.Daszubewerkstelligenisteine
enormetechnischeHerausforderung:Manmusseinenüber8Meter
großenTeleskopspiegelmitsamtseinerschwerenMontierungso
konstruieren,dassdasDingbeidiesenschnellenSchwenksnicht
einfachauseinanderfällt.AlleindieKamerawiegtknapp3Tonnen
undist3MeterlangunddasganzeTeleskopnochvielmehr!
AberwennallesnachPlanläuft,wirdmanmitdemLSSTetwa
200.000AufnahmenproJahrmachenkönnen.Esdauertalsonurein
paarNächte,umdengesamtensichtbarenHimmel
abzufotografierenundLSSTwirddasmindestens10Jahrelang
machen.DieDatenmengendiedabeianfallen,sindenormunddie
KonstruktionderentsprechendenComputerzurDatenauswertung
undSpeicherungistmindestensebensokompliziertwiederBaudes
Teleskopsselbst.
DasmussteebenfallsaufeinespezielleArtundWeisekonstruiert
werden,damitmaneinsogroßesBlickfelderhält,indemtrotzdem
nochüberallscharfeAbbildungenmöglichsind.BeimLSSTklapptdas
nur,weilmandreieinzelneSpiegelentsprechendkombiniert.Hätte
mannureineneinzigenSpiegel,dannkönntederbeispielsweise
unterdersogenannten“sphärischenAbberation”leiden.So
bezeichnetmandenAbbildungsfehlerdenmanbeisphärischen
Spiegelnerhält,weilLichtstrahlendieaufdessenRandtreffennicht
exaktindengleichenPunktreflektiertwerdenwieLichtstrahlendie
ihnnahedesZentrumstreffen.DiesesProblemkönntemanlösen,in
demmaneinenparabolischenSpiegelverwendet.Dannbekommt
manaberProblemmitderKoma.AlsoeinemAbbildungsfehlerder
durchLichstrahlenverursachtwird,dieschrägzuroptischenAchse
desSystemseinfallenundeinleichtverzerrtesBildverursachen.Und
auchderAstigmatismusmachtÄrger,einAbbildungsfehlerunter
demauchunsereAugenmanchmalleidenunddenwirdannmit
einerBrillekorrigieren.
BeiTeleskopenkannmandurchdenEinsatzmehrererSpiegel
ebenfallsdafürsorgen,dassdieAbbildungsfehlermöglichstgering
ausfallen.BeimLSSThatmandafürgleichdreiSpiegelverwendet,es
handeltsichumeinensogenannten“Drei-Spiegel-Anastigmat”.Zwei
Spiegelsindnötig,umdenEffektvonsphärischerAberrationund
Komazueliminierenundderdrittedientquasials“Brille”umden
Astigmatismuszuverringern.
WenndasTeleskop,dessenBauimJahr2011aufdemGipfeldes
2682MeterhohenEl-PeñónimnördlichenChilebegonnenhat,dann
inden2020erJahrenseinenBetriebaufnehmenwird,wirdes
hoffentlichscharfgenugsehen,umseinwissenschaftliches
Programmproblemlosabsolvierenzukönnen.Manplant,
mindestens10MilliardenSterneund10MilliardenGalaxienzu
katalogisieren.DabeiwirddasLSSTnatürlichauchjedeMengeneue
ObjekteinunseremSonnensystementdecken.EinpaarMillionen
AsteroidenundKometensolltenvonderKameraaufgenommen
werden;also10bishundertMalmehralsmanderzeitkennt!Das
beinhaltetauchdiePHAs,alsodie“potentiallyhazardousObjects”;
AsteroidendiederErdenahekommenundihrgefährlichwerden
können.LSSTsolltebiszu90%dieserHimmelskörperfindenkönnen
sofernsiegrößerals140Metersind.
DerKatalogderSternederMilchstraßedenLSSTerstellt,wird
ebenfallsdeutlichumfassenderseinalsalles,wasbisherexistiertund
wirdesdenAstronomenerlauben,dieEntwicklungunsererGalaxis
vielbesserzuverstehenals
esjetztderFallist.
LSSTwirdauchjedeMenge
naheundferneSupernovaExplosionenentdeckenund
soneueErkenntnisseüber
dieNaturderdunklen
Energieliefern.Alsodie
Tatsache,dassdasUniversum
imLaufederZeitimmer
schnellerexpandiert.Dasses
Bild:LSSTProjectOffice,CC-BY-SA4.0
dastut,wissenwirjaschon
länger.Abernochnichtwarum.AusderVermessungeiner
Supernovakönnenwirableiten,wieschnellsichdasUniversum
ausdehntundjeweiterwegeinesolcheExplosionstattfindet,desto
weiterblickenwirauchdieVergangenheitzurück.Wirkönnenmit
dieserMethode,dieichinFolge26derSternengeschichtengenauer
erklärthabe,alsobestimmen,wieschnellsichderKosmosfrüher
ausgedehnthat.Jemehrwirdarüberwissen,destoeherwerdenwir
aucheineErklärungdafürfinden.
AuchüberdiedunkleMateriewirdLSSTneueErkenntnisseliefern.
BeiderBeobachtungdervielenGalaxienwerdenauchdiedurchdie
vonderdunklenMaterieausgeübtenGravitationskraftverursachten
Effektesichtbare.ZumBeispielderGravitationslinseneffekt,beidem
dieMassederdunklenMateriedasLichtfernerGalaxienablenktund
verzerrt.
UnddannsinddanochdieallerwichtigstenEntdeckungen:
Diejenigen,vondenenwirnochabsolutkeineAhnunghaben,daswir
siemachenwerden!WennmandasUniversumnurintensivgenug
beobachtet,wirdmanimmeretwasfinden,dasmannochnicht
kannteundmitdemniemandgerechnethat!WenneinInstrument
wiedasLargeSynopticSurveyTelescope10JahrelangNachtfür
NachtfastdengesamtenHimmelabsucht,wäreeshöchst
überraschend,wennesdabeinichtirgendetwasvölligneuesfinden
würde.VermutlichwäredassogardieerstaunlichsteEntdeckungvon
allen.
DASAUFREGENDELEBENDESTYCHOBRAHE
N
ausKopernikus.GalileoGalilei.JohannesKepler.Isaac
Newton.DiesegroßenastronomischenPionierekennen
diemeistenoderhabenzumindestschoneinmaldie
Namengehört.SiesindzuRechtbekannt,dennalle
habenim16.und17.Jahrhundertdazubeigetragen,dieSichtauf
dasUniversumzurevolutionierenunddieAstronomiealsmoderne
Naturwissenschaftzubegründen.EinerfehltaberindieserListe:
TychoBrahe.
DerNamediesesdänischenAstronomsistweitwenigergeläufigals
derseinerprominenterenKollegen.Unddasistschade,dennBrahe
hatnichtnurinderAstronomiewichtigeundgrundlegendeArbeit
geleistet,sondernauchnocheinhöchstfaszinierendesLeben
geführt–ÜberdasheutediewenigstenBescheidwissen–
ausführlichebiografischeWerkeüberBrahe,vorallemaufdeutsch,
sindleiderkaumnochzubekommen.Aberzumindesteinenkurzen
ÜberblickmöchteichindieserFolgederSternengeschichtengeben.
TychoBrahewurdeam14.
Dezember1546im
dänischenKnutstorp
geboren.ErwardasKind
reicherundeinflussreicher
Eltern.SeinVaterOttoBrahe
wareinAdeligermitgroßem
Einflussamdänischen
Königshof.Aufgezogenwurde
TychoabervonseinemOnkel
JørgenBrahe,ebenfallsreich
undebenfallsadelig.Die
Umständedieses
Arrangementssindeinwenig
unklar.Tychoschriebspäter,
dasseinOnkelihnmehroder
wenigerentführthat.
VermutlichhattenTychos
ElternJørgenunddessen
Frau,dieselbstkeineKinder
TychoBrahe(Bild:publicdomain)
hatten,versprochen,siekönnteneinesihrerKinderaufziehen.Sich
aberdanndochnichtandieAbmachunggehalten,sodassJørgen
selbstaktivwurdeundTychozusichholte,alsderzweiJahrealtwar.
Wasauchimmerdamalsgelaufenist:TychosElternprotestierten
nichtundauchTychoschienmitseinerPflegefamiliezufriedenzu
sein.
JørgenschickteTychoaufguteSchulenundspäteraufdieUniversität
vonKopenhagen,woerJurastudierensollte.Vielfaszinierenderals
dieGesetzfandTychoallerdingsdieAstronomie.Ganzbesonders
begeistertwarervonderSonnenfinsternis,dieam21.August1560
stattfand.IhnbeeindrucktedamalsnichtnurdasHimmelsereignisan
sich,sondernauchdieTatsache,dassdieAstronomeninderLage
gewesenwaren,esvorherzusagen!
TychobesorgtesichastronomischeLiteratur,lernteMathematikund
eignetesichdasWissenan,umselbstdieBewegungder
Himmelskörperberechnenzukönnen.Vorerstallerdingsnochim
Geheimen,dennJørgenwollteimmernoch,dasseinZiehsohneine
KarrierealsStaatsbeamtereinschlug.AufseineZeitinKopenhagen
folgteeineausgedehnteStudientourdurchDeutschland.Ausgedehnt
undereignisreich.WährendseinesStudiumsanderUniversität
LeipzigmachteBrahedieBekanntschafteinesInstrumentenbauers,
derihnmitdennötigenGerätschaftenzurHimmelsbeobachtung
versorgte.DamitkonnteBraheauchvonseinemZimmeraus
MessungenandenSternenanstellenundseineLeidenschaftblieb
weitergeheim.
UnterdiesenGerätenfandsichübrigenskeinTeleskop.Dassollte
erstineinpaarJahrzehntendurchdieArbeitvonGalileoGalilei
seinenAuftrittaufderastronomischenBühnehaben.Brahe
beobachtetedenHimmelmitbloßemAugeunderwarderletzte
großeAstronom,deraufdieseWeisearbeitete.
1566studierteBraheanderUniversitätinRostock.ImDezember
warerGastbeieinerHochzeitsfeierundgerietdortmiteinem
anderenGast,demdänischenAdeligenManderupParsberg,inStreit
übereinemathematischeFormel.Angeblichzumindest,einwandfrei
lässtsichdieUrsachedesStreistnichtmehrhistorischnachweisen.
Abergestrittenhabensieunddasiesichnichteinigenkonnten,
strittenauchbeispäterenTreffennochweiterbisesam29.
DezemberschließlichzueinemDuellzwischendenbeidenkam.
EinemechtenDuell,mitSchwerternundderAussicht,dabeieventuell
zusterben…
SowohlBrahealsauchManderupüberlebtendenZweikampf–aber
BraheverloredabeidieSpitzeseinerNase.Erbehalfsichdanachmit
einermetallischenProthese,vonderspätergernebehauptetwurde,
sieseiauspuremGoldgewesen.AngesichtsBrahesReichtumsnicht
ganzunmöglich,aberUntersuchungendieanseinenimJahr2010
exhumiertenKnochendurchgeführtwordensind,legennahedases
wohldocheherKupfergewesenwar.
Brahe,jetztmiteinerNaseausMetall,reisteweiterdurchEuropa.In
AugsburgbauteereinenriesigenQuadrant.SoeinMessgerät
bestehtauseinemViertelkreisbogen,andemeinschwenkbares
Visierangebrachtist.DamitkanneinBeobachtereinenStern
anpeilenunddannaufeinerGradeinteilungamKreisbogenablesen,
wiehochderHimmelskörperüberdemHorizontsteht.SolcheGeräte
warendamalsStandardinderAstronomieundjegrößersiegebaut
waren,destofeinerkonntedieGradeinteilungseinunddamitdie
Messungenumsogenauer.TychosQuadrantwarsogroß,dasser
nichtmehrbewegtwerdenkonnte,sondernfestimBodenverankert
werdenmusste.
NachdemTodseinesVaters(dembiologischen,nichtJørgen)imJahr
1571kehrteBrahezurücknachDänemarkundführteseine
astronomischenStudiendortfort.RichtigglücklichwarseineFamilie
damitabernicht.EsgehörtesichnichtfüreinenAdeligen,seineZeit
mitsoetwasprofanemwiederHimmelsbeobachtungzuverbringen.
Aber1572fandeinEreignisstatt,dasTychosKarrierenachhaltig
verändernsollte.Am11.NovemberbeobachteteerdenHimmelund
fanddorteinenStern,dervorhernichtdagewesenwar.ImSternbild
KassiopeiawareinSternzusehen,derhellstrahlteundinkeinervon
TychosHimmelskartenverzeichnetwar.Tychowarnichtdererste,
derdieseErscheinunggesehenhatte,anderswoinEuropahatten
anderedasneueLichtamHimmelschoneinigeTagefrüherentdeckt.
AberTychowarderjenige,derdenseltsamenSterngenau
untersuchte,überTageundWochenhinwegMessungenanstellte
undprobierteherauszufinden,worumessichdabeihandeln
könnten.FürdiemeistenseinerZeitgenossenwarklar:Esmusste
sichumeineLeuchterscheinungirgendwoinderAtmosphäreder
Erdehandeln.DennimmerhinhatteschonAristotelesgesagt,dass
derHimmelperfekt,ewigundunveränderlichist.NurdieErdeund
ihreunmittelbareUmgebungsinddavonausgenommen;nurdawo
wirunperfektenundsündhaftenMenschenlebenkannes
Veränderungengeben.Aristoteles’Meinungwarauchdiejenigeder
KircheundderGelehrtenderdamaligenZeitundwennamHimmel
nuneinneuerSternerschien,dannkonnteeskeinechterSternsein
oderebennurirgendwasanderes;eineleuchtendeWolkeoder
etwasinderArt.
AberTychostelltefest,dassderneueSternsichnichtbewegte.Gar
nicht.NichteinStück.WäreerTeilderErdatmosphäre,dannmüsste
ersichmitihrjedenTageinmalrundherumdrehen.Bzw.würde,
wennmandemdamalsnochverbreitetengeozentrischenWeltbild
folgt,mitihrgemeinsamstillstehen,währendsichder
Sternenhimmelrundherumdreht.AufjedenFallabermüssteersich
währendeinesTagesdeutlichinBezugaufdieanderenSterne
bewegen.AberdaswarnichtderFallunddarummusstederneue
Sternweiterwegsein.TychonahmesmitseinenBeobachtungen
undMessungenwirklichgenau;erhattehervoragendeInstrumente
undbeherrschtedieMathematikzurBerechnungvonPositionenam
Himmelperfekt.Aberegalwiegenauerhinsah:Esgabkeine
BewegungdesSterns.Dasbedeutete,dassesauchkeinweiter
entfernterPlanetseinkonnte.DasDing,wasimmereswar,war
genausoweitvonderErdeentferntwiedieganzenanderenSterne.
EswareinneuerSternunddasalteDogmadesAristoteleswiderlegt.
BraheveröffentlichteseineBeobachtungenineinemBuchmitdem
Titel“DeNovaStella”,als“ÜberdenneuenStern”unddieserBegriff
bildetauchdieGrundlagedesmodernenNamensdieses
Phänomens:Supernova.
Heutewissenwir,dassessichbeiderErscheinungnichtumeinen
neuenSternhandelt,sonderndenTodeinesaltenSternsderineiner
gigantischenExplosionvergehtunddabeieinigeMonateenormhell
leuchtetbevorerverblasst.Tychokonntedasnatürlichnochnicht
wissen,aberseineBeobachtungenführtenendgültigdazu,dasser
eineKarrierealsAstronomeinschlug.IndenfolgendenJahrenreiste
erdurchEuropa,besuchteinteressierteAdeligeanihrenHöfenund
erklärteihnendieAstronomie.Besondersgefördertundbefreundet
warermitWilhelmIV,demLandgrafvonHessen-Kassel.Wilhelmwar
selbstbegeisterterHobby-AstronomundbeobachtetemitBrahe
gemeinsamnächtelangdenHimmel.InKasselbauteWilhelmdie
erstemoderneSternwarteMitteleuropas,dieermitdenbesten
Gerätenausrüstete.
DankeinesBriefwechselszwischenBraheundWilhelmkennenwir
auchdieGeschichtedesbetrunkenenElchs.Seltsamerweisebesaß
BraheoffensichtlicheinenzahmenElch,denergerneüberallhinmit
nahm.BeieinerFeierinLandskronagelangesdemTierirgendwie,
einFaßBierzuöffnen.DerElchbetranksich,versuchteeineTreppe
hinunterzugehen,stolperteundstarbnacheinigenTagen,während
dererBraheihnaufopferungsvollabervergeblichpflegte.
BrahesRuhmundseinAnsehenalsgroßerGelehrterinEuropafiel
nunauchKönigFriedrichIIvonDänemarkauf.Eswarihm
unangenehm,dassderberühmteDäneüberallandeneuropäischen
Höfenempfangenundgehörtwurde,aberkaumZeitinseinem
Heimatlandverbrachte.Undalsersah,dassBrahekomplettnach
Baselübersiedelnumdortzulebenundzuforschen,wurdeeraktiv:
ErmachteihmeinkaumabzulehnendesAngebot.Brahesollteein
fixesundenormgroßzügigesmonatlichesGehaltbekommen.Dazu
einpaarneueTitel,eigeneLändereienzumprivatenGebrauchund
diegesamteInselHven,aufderersich–ebenfallsgroßzügigvom
königlichenGeldunterstützt,eineeigeneundmoderneSternwarte
bauenkonnte.
DaließsichBrahenatürlichnichtlangebitte,bliebinDänemarkund
errichteteab1576aufHvenseinebeidenberühmtenObservatorien:
UraniborgundStjerneborg,alsodie“Himmelsburg”unddie
“Sternenburg”.Dortgabesdiedamalsmodernstenundgrößten
Messgeräte,esgabchemischeLaboratorien,luxuriöseWohnräume
fürBraheundseineFamilie.UnddievielenSchülerundMitarbeiter:
BrahemachteausHveneineArtForschungszentrum;nahmjunge
StudentenausganzEuropaauf,diebeiihmwohnen,essenund
lernenkonnten.InseinerZeitaufHvensammelteerUnmengenan
astronomischenDatenunderstellteHimmelskataloge,diegenauer
warenalsalleswasbisherexistierte.
Uraniborg!DasistmalneSternwarte…(Bild:publicdomain)
1599warseineZeitinDänemarkabervorbei.KönigFriedrichIIwar
11JahrezuvorgestorbenundseinjungerSohnundNachfolgernicht
anAstronomieinteressiert.DerEinflussundRuhmvonBrahewurde
amdänischenHofnunehermissgünstigbetrachtetundbevorman
ihnrauswarf,gingBraheliebervonselbst.RudolfII,Kaiserdes
HeiligenRömischenReichs,KönigvonBöhmenundUngarn,
ErzherzogvonÖsterreich,alsoeinerdermächtigstenMänner
damaligenZeitundnochdazusehranderWissenschaft(und
Pseudowissenschaft)interessiertwollteBrahesowiesounbedingtals
HofastronomnachPragholen.AlsogingBrahe,ließsichdorteine
neueSternwarteeinrichtenundholtesichdenjungenJohannes
KeplerausGrazalsAssistenten.
LangekonnteerseineneueStelleallerdingsnichtgenießen.ImJahr
1601erkrankteeraneinemBlasenleiden;eswarihmunmöglichzu
urinieren.DieGeschichte,dasserwährendeinesBankettsmitdem
KaiserausHöflichkeitsolangedenDrangzurToilettezugehen
zurückhielt,bisRudolfdenTischverlassenhatteunddeswegen
seineBlaseplatzte,istmitSicherheiteineLegende.Genauso
übrigenswiedieGeschichte,dassBrahevonseinemAssistenten
Keplervergiftetwurde,weilderunbedingtZugangzudessen
Beobachtungsdatenhabenwollte.DieseBehauptungwurde
ebenfallsdurchmedizinischeUntersuchungenwährendder
ExhumierungvonBraheimJahr2010widerlegt.Brahezogsich
jedenfalls–wieundwarumwissenwirnicht–einBlasenleidenzu
undstarbnach11qualvollenTagenam24.Oktober1601imAlter
von54Jahren.
DiegroßenwissenschaftlichenRevolutionendernächstenJahre
konnteerleidernichtmehrerleben.GalileoGalileisEntdeckungen
mitdemerstenastronomischenTeleskop;dieJupitermonde,die
Sonnenflecke,diePhasenderVenusundalldievielenneuenSterne
amHimmel,diemitfreiemAugenichtsichtbarwaren.OderKeplers
grandiose“NeueAstronomie”,dieerstmalsklaremathemathische
GesetzefürdieBewegungderPlanetenamHimmelangab.Gesetze
übrigens,diedirektausBrahesDatenfolgten.Keplerhatden
HimmelselbstniebeobachtetsondernfürallseineBerechnungen
dieAufzeichnungenseinesVorgängersbenutzt.Brahehattesieohne
TeleskopnurmitdembloßenAugegesammelt.Undtrotzdemwaren
siegutgenug,umdamiteinganzesaltesWeltbildumzustürzen!
TychoBrahewareinerdergrößtenundbedeutenstenAstronomen
seinerZeitundeinerdergrößtenundbedeutenstenAstronomen
allerZeiten.ÜberseinLebenundseineArbeitkönntemannochviel
mehrerzählen.ÜberseinseltsamesTychonischesWeltbild,dasdie
KluftzwischenGeo-undHeliozentrismusüberbrückensollte.Über
denZwerg,derbeidenMahlzeiteninUraniborgunterseinemTisch
sitzenundProphezeiungenabgebenmusste.ÜberBrahes
alchemistischeVersuche.ÜberdiegroßartigenMessgerätedieer
erfandundbaute.ÜberalldieAstronomen,mitdenenerüberallin
Europazusammenarbeitete.ÜberseineErklärungderBewegungdes
Mondes.ÜberdieAttentäter,dieihmderdänischeKönigangeblich
aufdenHalsgehetzthatunddieGründedafür.Undsoweiter.Aber
dafürreichtdieZeithierleidernichtaus.
TychoBrahewareinPhänomenundeinphänomenalerAstronom.Es
lohntsich,sichmitseinemLebenzubeschäftigen!
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