himmel

DER HIMMEL ÜBER
UNS
D ER H IMMEL IST IN B EWEGUNG !
Auf freiem Feld genü- Allabendlich erscheigen wenige Minuten nen Sterne, von denen
ruhiger Betrachtung, einige über dem Horizont stehen und dort
um die unablässige
Bewegung zu bemer- die ganze Nacht bleiben, während andere
ken: Der Himmel
wie die Sonne aufkennt keine Ruhe,
und untergehen. Auch
weder am Tag noch
die Gestirne veränin der Nacht. Die
Sonne geht an jedem dern Tag für Tag ihre
Tag des Jahres an ei- Position am Himmel.
nem anderen Ort auf Der Mond sieht jeden
Abend anders aus,
und beschreibt am
Himmel einen mehr denn er verändert Ort
oder weniger steilen und ErscheinungsBogen, bevor sie wie- form und »verschwindet« sogar gelegentder untergeht.
In unseren Städten sehen wir heute nur noch wenig vom Nachthimmel. Das viele künstliche Licht und die
immer größere Hektik des Lebens lassen keine Zeit zu ruhiger Beobachtung und verhindern die Betrachtung
des himmlischen Dramas, das sich über uns abspielt. In einer Welt, in der die Bilder immer rascher wech-
seln, merken wir gar nicht, dass sich der mit bloßem Auge sichtbare Himmel unablässig und fortwährend
verändert, wenn auch mit uns wenig vertrauter Langsamkeit. Dabei macht der Himmel mindestens die Hälfte unserer Umgebung aus, was uns aber erst klar wird, wenn wir die Stadt verlassen. Wir sind unserer na-
TIERKREISZEICHEN,
PROPHEZEIUNGEN,
GÖTTER UND
PLAGEN
Schon immer haben
Menschen ihre Götter
und Hoffnungen,
Anzeichen drohender
Plagen und warnende
Vorzeichen am Himmel gesucht – und
gefunden! Bis ins
17. Jahrhundert war
die Betrachtung des
Himmels untrennbar
mit religiösen Motiven
verknüpft oder – anders ausgedrückt –
mit dem Bestreben,
die eigene ungewisse
Existenz zu begreifen.
Darauf beruhen bis
heute viele Irrmeinungen in Bezug auf Himmelserscheinungen.
türlichen Umwelt erst seit kurzer Zeit entfremdet, und daran tragen nicht nur das künstliche Licht und das
Fernsehen Schuld. Wir blicken vermutlich deshalb nicht mehr oft zum Himmel, weil wir ihn nicht mehr
brauchen, um uns in unserer Umwelt zu orientieren, um Zeitspannen zu messen und Tag- und Nachtstunde zu bestimmen. Wir sind nicht mehr angewiesen auf die einfachen periodischen Himmelserscheinungen
wie dem Auf- und Untergang von Sonne und Sternen und dem Zu- und Abnehmen des Mondes. Andererseits verfügen wir heute über ein großes Wissen und nutzen immer raffiniertere und leistungsfähigere
lich. Aber Sonne und
Gestirne durchlaufen
einen Kreis, denn
nach einem Jahr beginnt alles von vorn,
wobei der Mond sogar nur 28 Tage
braucht. Die Ursache
dieser periodischen
Erscheinungen, mit
denen die Menschen
seit jeher Zeit und
Jahreszeiten bestimmt
haben, ist unsere
Erde selbst, die sich
um sich und um die
Sonne dreht.
Instrumente, die uns so weit in Raum und Zeit blicken lassen, dass wir – möglicherweise etwas anmaßend
– meinen, das Rätsels vom Ursprung des Weltalls lösen zu können. Durch das Fernsehen und andere Medien stürmen fast täglich Bilder von immer ferneren und geheimnisvolleren Himmelsräumen auf uns ein, aber
es gelingt uns nicht, sie einzuordnen, weil wir keine genaue Vorstellung vom Himmel haben und weil wir
nicht von dem ausgehen können, was wir mit unseren Augen sehen. Begeben wir uns also auf eine Reise,
die uns dem Himmel wieder näher bringt und das himmlische Schauspiel so zeigt, wie wir es heute sehen
und verstehen, mit unseren eigenen wie auch mit den vielen neuen und immer besseren künstlichen Augen.
Wie viele Sterne gibt es?
In einer sternklaren mondlosen Nacht mag uns der Himmel wie ein mit unzähligen Sternen bedeckter Mantel erscheinen, der
sich über dem Beobachter ausbreitet. Wir haben dann den Eindruck, dass es ungeheuer viele Sterne gibt, in Wirklichkeit jedoch
können wir gar nicht so viele erkennen, höchstens drei- oder viertausend. Viele dieser mit dem bloßen Auge sichtbaren Sterne
sind uns vertraut; sie sind gut erforscht und tragen seit alters her Eigennamen – jedenfalls seit den alten Ägyptern oder Griechen. Wenn wir uns jedoch eines Fernrohrs bedienen, welches das von den Sternen stammende Licht auffängt wie ein Wasserbecken Regentropfen und dieses Licht besse, als unsere Augen vermögen konzentriert, zeigen sich am Himmel Abermillionen
Sterne aller Helligkeiten und Farben, wie sie auf dem großen Bild auf dieser Seite zu sehen sind.
D ER P LATZ DES M ENSCHEN IM K OSMOS
Chaco-Zeit, in denen
Die bis vor wenigen ließ die Menschen
Jahrzehnten alltägliche über den eigenen Platz die Spirale, wie häufig
und selbstverständli- im Kosmos nachden- in sehr alten Kulturen,
che Vertrautheit mit ken. Dies zeigen bei- den Himmel darstellt.
spielsweise diese
dem Himmel und
seinen Erscheinungen Zeichnungen aus der
H EUTE . D IE FERNEN W EITEN DES
Heute sehen wir wei- gen Objekten – aus
ter denn je in Raum Nebeln, in denen sich
und Zeit hinein – mit Sterne bilden, und
Instrumenten, die wir aus Galaxien
verschiedener Formen
aufgrund des Fortschritts in Optik, Me- und Ausdehnungen,
die jede Milliarden
chanik und Elektronik fortwährend ver- Sterne enthalten. Die
Galaxien verbinden
bessern. Der heute
beobachtbare Himmel sich ihrerseits zu
besteht nicht nur aus Gruppen mit abertausend Galaxien. So erSternen, sondern
auch aus andersarti- gibt sich ein Bild des
✶ I–1 ✶
H IMMELS
Himmels, in dem
die vielen unterschiedlichen Objekte,
die ihn bevölkern,
hierarchisch geordnet
sind. Das Bild unten
zeigt die Galaxie
UGC10214, die man
wegen ihrer seltsamen
Form gelegentlich
»Kaulquappe« nennt.
✶ 1 ✶ the sky upon us ✶
JENSEITS
DER SINNE
Die Mäuse tanzen
Im Sternbild Coma Berenice tanzen zwei »Mäuse«.
So nämlich heißen die beiden Galaxien im nebenstehenden Bild, deren Kerne langen Schwänze aus Gas
und Sternen aufweisen. Möglicherweise beobachten
wir hier die Annäherung der beiden Komponenten
des Doppelsystems der Galaxie, die Astronomen als
NGC4676 bezeichnen. Vermutlich verschmelzen die
beiden ursprünglichen Galaxien im Lauf der Zeit zu
einem einzigen massereichen System. Ein ähnliches
Schicksal könnte unserem Milchstraßensystem bevorstehen: In Milliarden Jahren werden sich unsere
Galaxis und die nahe Andromeda-Galaxie (M31)
vereinen, denn sie bewegen sich jetzt ähnlich aufeinander zu wie die beiden Mäuse-Galaxien.
Der mit bloßem Auge beobachtbare Himmel liefert nur das erste Teil eines riesigen Puzzles. Immer
empfindlichere und raffiniertere Instrumente zeigen viele neu- und andersartige Phänomene.
Umwerfend schöne Bilder wie jene auf dieser Seite verdanken wir »künstlichen Augen« – Teleskopen und Radioteleskopen auf der Erde oder an Bord von Raumfahrzeugen. Weil sie Himmelskörper
immer besser »auflösen«, unterscheiden wir immer mehr Einzelheiten, können also die Phänomene
genauer beobachten und besser verstehen. Die letzten 25 Jahre sind die revolutionärste Periode in
der Geschichte der Astrophysik, weil es gelang, Instrumente über die Atmosphäre hinaus zu bringen
und das Universum von dort in allen Wellenlängenbereichen, in allen seinen »Farben«, zu beobachten. Nachdem der Mensch den Himmel jahrtausendelang immer nur von der Erde aus betrachten
konnten, machen wir uns jetzt mit Hilfe von Sternwarten ein Bild vom Himmel, die die Erde jenseits
der schützenden Atmosphäre im Bereich der elektromagnetischen Strahlung umrunden. Jedes dieser
Bilder, jede dieser neuen »Farben«, offenbart einen anderen und neuen Aspekt des Himmels – und
damit ein weiteres Puzzleteil.
1
2
3
4
5
✶ I–2 ✶
DER HIMMEL UND
Wenn wir den Himmel mit anderen Instrumenten als mit
den Augen betrachten
, sehen wir vieles, was
wir sonst nicht wahrnehmen können.
In den nebenstehenden Abbildungen
sehen wir in (1) den
von der Erde aus beobachtbaren Himmel
im sichtbaren Licht,
wie er unseren Sinnen
zugänglich ist. (2) zeigt
den Himmel im Radiowellenbereich und
lässt uns die Verteilung des neutralen
Wasserstoffs bei extrem niedrigen Temperaturen »sehen«. Der
Himmel im Infrarot
(3) gibt ein Bild davon,
wie Staub, Gas und
»kalte« Sterne, die
schon in einem fortge-
FARBEN
schrittenen Entwicklungsstadium sind, im
Raum verteilt ist.
Wenn wir den Himmel mit Instrumenten
beobachten, die für
Gammastrahlen empfindlich sind, erkennen wir wie in (4) die
Verteilung der Himmelskörper, in denen
sich »energiereichere«
Phänomene abspielen
und heftige Ausbrüche
in wenigen Sekunden
gewaltige Energiemengen freisetzen. Am
Himmel, der sich im
Röntgenbereich (5)
zeigt, spielen sich
energiereiche Phänomene ab, bei denen
die Temperaturen Millionen Grad erreichen.
SEINE
A LTE VORSTELLUNGEN ÜBERLEBEN
Auch wenn das
Ungeachtet aller
Horoskop wohl nur
Fortschritte in der
Erforschung des Uni- ein Spiel ist, kann es
versums sehen wir im von dem aufregenden
Abenteuer der wisHimmel weiterhin
senschaftlichen EntVorzeichen, Prophezeiungen und Anzei- deckungen ablenken.
chen der Zukunft.
Eine Sternkinderstube
In dem erstaunlichen nebenstehenden Bild, einem himmlischen Aquarell gleich, sehen wir die Mitte des Omega- oder
Schwanennebels. Dieser etwa 5500 Lichtjahre von uns entfernte Nebel gehört zum Sternbild Schütze; der im Bild gezeigte Teil ist 3500-mal größer wie unser Sonnensystem. Man
könnte ihn einen Sternkindergarten nennen, denn die Sterne,
die wir dort sehen, sind gerade erst entstanden, also sehr jung
und noch in leuchtendes Gas gehüllt. Der gesamte Bereich der
Sternen-Genesis ist in eine gewaltige Wolke aus kaltem und
dunklem Wasserstoff gebettet.
DER TAGHIMMEL
Unser Himmel wird tagsüber von der Sonne beherrscht. Sie bestimmt durch ihre
Anwesenheit die Länge des Tages, die sich entlang der Längengrade von einem Ort
der Erdoberfläche zum anderen verändert – vom Äquator, wo jeder Tag 12 Stunden
dauert, zu den Polen, wo sechs Monate heller Tag eine ebensolange währende Nacht
ablösen. Der Tag-Nacht-Rhythmus bestimmt seit Urzeiten das Leben auf unserem
Planeten und die Sonne ist auch heute noch der große Lebensspender, obwohl wir
uns mit den Mitteln der Technik vor ihrer enormen Hitze ebenso schützen können
wie vor der Kälte, die ihre scheinbare winterliche Schwäche mit sich bringt. Da die
Sonne an jedem Tag an einem etwas anderen Punkt am Horizont auf- und untergeht,
unterscheidet sich jeder der von ihr beschriebenen Bögen ein wenig vom vorhergehenden und ist mehr oder weniger flach. Diese Bewegung wiederholt sich alljährlich
und erlaubt die Berechnung von Tages- und Jahreszeit. Da die Sonne mehr als 99 %
der Masse des inneren Sonnensystems enthält, durch fortwährende Rotation ein
Magnetfeld erzeugt und in allen Wellenlängenbereichen unablässig Teilchen ausstrahlt, dominiert sie das ganze innere Sonnensystem: Sie bestimmt die Bewegung
von Planeten, Satelliten, Asteroiden und Kometen.
D IE FARBEN DER
Die Sonne, der uns
nächste Stern, ist im
Mittel etwa 150 Millionen Kilometer entfernt. Ihr Durchmesser beträgt 1.392.000
Kilometer, ihr »Alter«
wird auf 4,6 Milliarden Jahre geschätzt.
Sie ist als mittelgroßer
gelber Zwergstern in
einem einigermaßen
stabilen Gleichgewicht, ungefährdet
von heftigen oder katastrophalen Ereignissen. Die von der
Sonne beispielsweise
in Form von Strahlung ausgehende
Energie entsteht im
Inneren, dem Kern, in
dem bei Temperaturen von mehr als 15
Millionen °C und extrem hohem Druck
Atomkerne verschmelzen: Im Wesentlichen
verwandelt sich dabei
Wasserstoff in Helium, was sehr viel
Energie freisetzt.
S ONNE
Diese Energie gelangt
im Lauf von Millionen Jahren nach
Durchqueren mehrerer Schichten in die
Photosphäre, den für
uns sichtbaren Teil
der Oberfläche der
Sonne. Über der Photosphäre liegen Chromosphäre und Korona, zwei Gasschichten, die Millionen
Kilometer hoch reichen. Die Sonne
strahlt außer dem
sichtbaren Licht auch
Radiowellen, Ultraviolett- und Röntgenstrahlung aus. Im
großen Bild und
in den Aufnahmen
links sehen wir die
Sonne in jeweils anderen Wellenlängenbereichen.
Ein riesiger Schatz
Die Sonnenmasse, 20.000 Milliarden Milliarden Milliarden Kilogramm, dient als Einheit für der Masse
von Sternen. Im Vergleich zu ihr (siehe unten) ist die
Erde ein winziger Ball, aber auch die Massen und
Größen der anderen Planeten, selbst die des riesigen
Jupiter, sind gegen sie vernachlässigbar klein. Zu den
bekannten Phänomenen auf der Sonnenoberfläche
gehören die Sonnenflecken, Bereiche, auf denen Magnetstürme toben und sich dunkel von den dahinterliegenden Flächen abheben. Die Flecken erscheinen
und verschwinden regelmäßig in einem Zyklus von
etwa elf Jahren. Protuberanzen, wie wir sie auf diesen Bildern sehen, sind heftige Ausbrüche von sehr
heißem Gas, die Millionen Kilometer hoch reichen.
Protuberanz
Photosphäre
E INE G OTTHEIT,
GEFÜRCHTET
UND ERSEHNT
Näherungsweise Größe der Erde
im Vergleich zur Sonne
✶ I–3 ✶
Für die Hindus ist die
Sonne Garuda, bei den
Inka hieß sie Inti, bei
den alten Ägyptern
Ra, bei den Griechen
Helios oder Apollon
und bei den Römern
Sol oder Apollo. Die
Sonne wurde im Altertum unter unzählig vielen Namen als
Gottheit verehrt. Die
Ägypter fürchteten die
Sonne, weil sie das
ganze Jahr über glühende Hitze brachte,
die Völker des Nordens ersehnten ihre
Wiederkehr, wenn sie
in der langen Winterzeit schwach, unzuverlässig und kalt schien.
Sonnenflecken
Kern
D IE A NATOMIE
Wir können zwar
nicht in das Sonneninnere tauchen, uns
aber doch aus dem,
was sich auf der
Oberfläche abspielt,
S TERNS
eine Vorstellung vom
Inneren machen und
ein Modell konstruieren. In der Mitte,
dem Kern, erzeugen
Kernreaktionen Ener-
UNSERES
gie, die zur sichtbaren
Oberfläche der Sonne,
der Photosphäre, emporsteigt, von wo sie
in alle Richtungen
ausgestrahlt wird.
FACKELN , S ONNENBEBEN UND TÖDLICHE A NZIEHUNGSKRAFT
vier Bilder rechts
»großer Attraktor« des skops angebrachten
Vermutlich ereignet
zeigen die Stoßwelle
inneren Systems, der Metallscheibe versich auf der Sonne
eines »Sonnenbevieles, über das wir gelegentlich kleinere deckt, was uns die
wenig wissen. Wegen Objekte verschluckt. Spuren von zwei Ko- bens«, das sich über
ihrer im Vergleich zu In den beiden Bilder meten erkennen lässt, die gasförmige Sondie auf sie fallen und nenoberfläche ausanderen Objekten des links wird die Sonbreitet.
Sonnensystems riesi- nenscheibe von einer damit ihr »Leben«
gen Masse ist sie ein im Inneren des Tele- aushauchen. Die
SONNE UND MOND
Der Löwe und seine Mähne
M ÄNNLICH ,
WEIBLICH
UND UMGEKEHRT
Sonne und Mond spielen in den Mythologien aller Völker
Hauptrollen. Merkwürdig ist allerdings,
dass sich nicht nur
ihre Rolle und Bedeutung, sondern auch
das Wesen der Göttlichkeit von Sonne und
Mond je nach geografi-
✶ I–4 ✶
scher Breite, in der ein
Kulturkreis beheimatet
ist, ändert. So ist beispielsweise für viele
Völker die Sonne eine
männliche Gottheit
und der Mond eine
weibliche, während es
sich bei anderen genau
umgekehrt verhält.
Die unerwartete Verdunkelung der Sonnenscheibe durch den Mond hat die
Menschen früher erschreckt und verängstigt. Heute erscheint uns der Gedanke lächerlich, aber stellen wir uns vor, was naturwissenschaftlich ungebildete Menschen gefühlt haben müssen, wenn die Sonne – Lebenspender
und Zeitmesser – verschwand. Die Totalität, wie man eine vollständige
Finsternis nennt, ist eines der ganz großen Naturschauspiele. In den wenigen Minuten ihrer Dauer zeigt sich die Sonnenkorona als eine Art Lichterkranz. Die Korona umhüllt die Sonne mit sehr dünnem, aber ungeheuer
heißem Gas, das von der Sonnenoberfläche, der Photosphäre, Hunderttausende Kilometer hoch in den Raum reicht.
Vom Licht zum Dunkel und umgekehrt
Während einer Sonnenfinsternis vollzieht sich der Übergang vom Tageslicht zu völliger Finsternis in wenigen Minuten, und
es wird allmählich wieder hell, noch bevor der Mond ganz an der Sonnenscheibe vorübergegangen ist. Während der totalen
Finsternis gelangt nur schwaches, aschgraues Licht von der Sonnenkorona bis zur Erde. Der plötzliche Temperaturwechsel in
der Erdatmosphäre kann zu geringen Veränderungen führen, etwa zu einem schwachen kalten Wind oder zu flackernden
Schatten. Im Bild oben sind die Phasen der Sonnenfinsternis vom August 1999, der letzten des vergangenen Jahrhunderts,
und im großen Bild links die Totalitätzu sehen.
Tagsüber erhellt die Sonne den Himmel, weswegen wir keine anderen Sterne bemerken,
obwohl sie da sind. An manchen Tagen des Monats zeigt sich auch der Mond am Tage,
und einige Planeten sind gleich nach Sonnenauf- oder –untergang sichtbar, wie im Bild
rechts, auf dem die Venus den Mond zu begleiten scheint. Das Erstaunlichste, was Sonne und Mond gemeinsam bewirken, ist zweifellos eine Sonnenfinsternis. Sie ist ein rein
perspektivisches Phänomen, das Ähnlichkeit hat mit dem, was wir sehen, wenn im
Kino jemand vor der Leinwand vorübergeht. Das System Erde—Sonne—Mond hat die
Besonderheit, dass der scheinbare Durchmesser von Sonne und Mond von der Erde aus
gesehen bis auf etwa ein halbes Grad übereinstimmt. Tatsächlich ist der Durchmesser
des Mondes 500-mal kleiner als jener der Sonne, aber die Entfernung vom Mond zur
Erde, 384.000 Kilometer, ist etwa 500-mal kleiner als die Entfernung von der Erde zur
Sonne, und deshalb erscheinen uns die beiden Scheiben am Himmel gleich groß.
E IN HIMMLISCHER K OMPASS
Schon immer hat die und Himmelsrichtung
Bewegung der Sterne abgelesen. Wenn wir
den Himmel im Lauf
die Zeitmessung und
die Raumbestimmung des Jahres regelmäßig
ermöglicht. Tagsüber verfolgen, erkennen
ist das relativ einfach: wir, dass sich die Sterne mit genau derselMan orientiert sich
nach der Sonne, denn ben Geschwindigkeit
bewegen, mit der sich
ihre Höhe und Steldie Sonne ihren Weg
lung über dem Horizont geben die Tages- bahnt. Wir merken
zeit und die Nord-Süd- dann auch, dass nicht
DER
NACHTHIMMEL
Wenn die Sonne untergeht und ihr Licht den Himmel nicht mehr
durchflutet, wird es dunkel, und es erscheinen Sterne, Planeten,
manchmal der Mond und viele andere Phänomene, die wir
nachts auch mit bloßem Auge beobachten können. Der Nachthimmel bietet einen immer wieder überraschenden, wunderbaren Anblick.
T IERE , G ÖTTER ,
HIMMLISCHE
S CHIFFE
Mit bloßem Auge sind
viel weniger Sterne
sichtbar, als man denken würde, nämlich
nur etwa 4000. Im
Lauf der Jahrhunderte
haben alle Völker diese
Sterne zu Bildern geordnet, die Tiere, Gegenstände und Gottheiten darstellen sollen. Es handelt sich
um Fantasieprodukte,
denn jeder Kulturkreis
sieht andere Formen
und Gestalten und
schreibt ihnen andere
Bedeutungen zu.
✶ I–5 ✶
Richtung an. Letztere
lässt sich auch aus der
Beobachtung des
höchsten Sonnenstands
über dem Horizont
herleiten.
Die Bahn des Mondes
ist viel weniger leicht
vorhersagbar als die
der Sonne, und weil
zudem der Mond nicht
in jeder Nacht zu sehen ist, benötigt man
Bezugspunkte, deren
Bewegung sich zuverlässig beobachten lässt.
Seefahrer, Landwirte
und Reisende haben
sich deshalb Sternbilder erdacht und an ihnen Uhrzeit, Jahreszeit
nur im Lauf der
Nacht, sondern auch
im Lauf des Jahres immer wieder andere
Sterne über dem Horizont stehen. Einige
Sternbilder, so der
Große Wagen, sind immer sichtbar, andere
tauchen nur zu bestimmten Zeiten auf.
Mittlerweise wissen
wir, dass dies auf die
Umlaufbahn der Erde
um die Sonne und die
Neigung dieser Bahn
zurückzuführen ist,
aber um diese Erkenntnis haben Menschen viele Jahrhunderte lang gerungen.
Die meisten heutigen Menschen haben haben die Fähigkeit verloren, über die Vorgänge am Himmel zu staunen. Unser Leben
entfernt sich immer mehr von der Natur, der Umwelt und ihren
Rhythmen. Dabei macht der Himmel, wie uns beispielsweise in
den Bergen oder an einem menschenleeren Strand klar wird, die
Hälfte der Umwelt aus, in der wir leben. In unseren immer heller beleuchteten Städten sehen wir kaum noch etwas vom Himmel, wenn wir mit Auto oder Bahn zur Arbeit fahren und den
Tag in Räumen verbringen, in denen andauernd künstliches
Licht brennt. Wir erfahren immer mehr über Himmelsräume, die
immer weiter von uns entfernt sind und die unsere Augen nicht
sehen können. Wir analysieren Bilder von Galaxien in Milliarden
Lichtjahren Entfernung oder von Röntgen- und Gammastrahlquellen, die in wenigen Augenblicken soviel Energie liefern, wie
unsere ruhige Sonne in Abermilliarden Jahren erzeugt, und von
Gaswolken, die Sterne am Ende ihrer Entwicklung mit nahezu
Lichtgeschwindigkeit ausstoßen. Diese Bilder sind wunderschön
Ein großer Stein mit langen leuchtenden Haaren
und ihre Farben eindrucksvoll – wie ungeheure Aquarelle, gemalt, um unseren Sinn für Ästhetik zu erfreuen. Womöglich aber
Der Nachthimmel bietet einen besonders eindrucksvollen und freudvollen Anblick, wenn
ein Komet mit einem richtigen Schweif vorüberzieht. Kometen kommen aus den fernsten
Weiten des Sonnensystems – tausendmal ferner als Pluto, dem fernsten der Planeten – und
bestehen aus einem steinigen Kern mit von einigen Kilometern Durchmesser, der mit einer
dünnen Schicht aus gefrorenem Gas umgeben ist. Wenn sich ein solcher »schmutziger
Schneeball« der Sonne nähert, verdampft das Eis der Hülle, weil die Sonnenstrahlung den
Kometenkern erhitzt. Dabei lösen sich Tausende winzige Eisteilchen, mit weniger als einem Millimeter Durchmesser, von der Oberfläche ab und umlaufen zusammen mit dem
Kometen die Sonne, wobei sie das Sonnenlicht reflektieren und den majestätischen Schweif
bilden, der sich über Millionen Kilometer erstrecken kann. Wir sehen den Kometen dann
viele Nächte lang mehr oder weniger hell am Himmel – zum einen, während er sich der
Sonne nähert, und zum anderen, wenn er in die kalten Tiefen des Raums zurückkehrt, aus
denen er kam.
entfremdet uns dieser segensreiche Überfluß an Bildern und die
Nachrichten von aufregenden neuen, wenn auch fernen Ereignissen von den einfacheren Erscheinungen, die sich in unserer Nähe abspielen: Sie überraschen uns heute nicht mehr sonderlich,
obwohl sie über Jahrtausende die Menschen in Erstaunen versetzten, neugierig machten und in ihnen den Wunsch nährten, die
Geheimnisse des Himmels aufzudecken. Halten wir also einen
Moment inne und betrachten wir das, was sich vor unseren
Augen am Nachthimmel abspielt.
Ein Reigen aus Lichtpunkten
Wir sehen am Himmel kleine, unterschiedlich hell
leuchtende Punkte. Sie wurden schon im antiken Griechenland katalogisiert und ihrer Leuchtkraft entsprechend, die man als »Größe« bezeichnete, in sechs Klassen eingeteilt. Aber erst die mit Galileo Galilei und seinem Fernrohr beginnende moderne Naturwissenschaft
war in der Lage, dieses Licht näher zu untersuchen.
Schrittweise haben wir seither begriffen, dass es sich
bei diesen Lichtpunkten um näher oder weiter entfernte leuchtende Gaskugeln unterschiedlicher Farben,
Größen und Temperaturen handelt. Viele Sterne erscheinen uns nur deshalb als lichtschwach, weil sie so
weit entfernt sind. Doch auch mit bloßem Auge lässt
sich in einer klaren, mondlosen Nacht Interessantes
über diese wesentlichen Bestandteile des Nachthimmels herausfinden: In bestimmten Teilen des Himmels
scheinen sie miteinander verzahnt zu sein, sogar miteinander zu verschmelzen und sich um einen unsichtbaren Punkt, den Himmelspol, zu drehen, wie auf den
beiden Bildern oben und links zu sehen.
NÄCHTLICHE EREIGNISSE
L ANGSAME B EWEGUNGEN UND PLÖTZLICHE F LAMMEN
Gelegentlich scheinen sie sich sogar zu verei- nur einen Augenblick
nigen, aber das ist im- dauern, so das plötzlisich Planeten einanmer eine Täuschung, che Aufflammen einer
der anzunähern, so
die von unserem Be- Sternschnuppe, wenn,
auf dem Bild links,
wie auf dem nebendas Venus und Jupiter obachtungsort abhängt. Wir beobach- stehenden Bild, in
über dem Himmel
ten am Himmel auch nächtlicher Finsternis
von Paris zeigt.
ein Meteorit aufblitzt.
Erscheinungen, die
Manchmal scheinen
Am Nachthimmel nehmen nicht nur Mond und Sterne ihren Lauf, sondern es ereignet sich vieles, was uns allen gelegentlich auffällt und unsere Neugierde weckt.
Schon in der Antike bemerkten unsere Vorfahren, dass neben den »Fixsternen« mit ihren scheinbar immer gleichen Bahnen fünf Gestirne den Himmel auf komplizierten Bahnen durchqueren und Bögen, Schleifen und andere seltsame Kurven beschreiben. Diese sternähnlichen Himmelskörper nannte man »Wandelsterne« oder, nach dem griechischen Wort für wandern, Planeten. Die Sichtbarkeit von Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn hängt von den Umlaufbahnen und
der jeweiligen Stellung zur Erde ab. Gelegentlich laufen sie in wenigen Stunden von einem Ort zum anderen, während sie manchmal tagelang festgenagelt zu
sein scheinen, bevor sie ihre lange Bahn weiterziehen. Der Himmel bietet auch flüchtige und unvorhersagbare Schauspiele, zum Beispiel wenn ein Meteor das
ganze Himmelsgewölbe am hellichten Tag einige Sekunden lang beleuchtet oder – was besonders in polnahen Gebieten vorkommt – Polarlichter die Nacht mit
großen buntschillernden Flammen erhellen.
Leuchtende himmlische Irrläufer
Wir lernen die fünf mit bloßem Auge sichtbaren Planeten relativ leicht Nacht für Nacht zu verfolgen, weil sie
etwas anders aussehen als Fixsterne. Sie bewegen sich, so scheint es uns hier auf der Erde, viel rascher als andere Himmelskörper, weil sie, obwohl sehr fern, uns doch ungeheuer viel näher sind. Saturn, der fernste unter
diesen Planeten, ist uns zehntausendmal näher als der sonnennächste Fixstern. Selbst ein bescheidene Fernglas
zeigt, dass Venus, genau wie der Mond, Phasen durchläuft und dass Saturn von Ringen umgeben ist, die einen
spektakulären Anblick bieten. Auf dem Bild unten sehen wir Jupiter und Venus über dem Himmel von Brüssel.
J UPITER ,
D ONNERER UND
V ERFÜHRER
Der Planet Jupiter ist
gut sichtbar. Vielleicht
setzten ihn die Menschen der Antike deshalb mit dem gefürchteten Göttervater
gleich. Die Griechen
nannten ihn Zeus und
die Römer Jupiter,
sein Blitz konnte die
Sterblichen vernichten
und seine Liebesabenteuer einiges Durcheinander anrichteten.
✶ I–6 ✶
Vielfarbige elektrische Flammen
Am Himmel ereignen sich unzählige Phänomene. In den Ländern des Nordens kommt es oft zu
so genannten »Nordlichtern«, oder Auroren, ähnlich wie es in der Nähe des Südpols »Südlichter«
gibt. Dann ziehen nächtelang flammende Streifen über den Himmel, die oft die Farbe verändern.
Dieses faszinierende Schauspiel kann bis zum Horizont reichen. Diese Polarlichter entstehen,
wenn Ströme geladener und energiereicher Teilchen von der Sonne in die Erdatmosphäre eindringen, also das Schutzschild überwinden, welches das irdische Magnetfeld vor dem Beschuss durch den Sonnenwind schützt. Wenn diese Teilchen dort ihre elektrische Ladung abgeben, regen sie
die Atome der Atmosphäre zum Leuchten an. Für uns sieht das aus, als ob fortwährend große
Feuerzungen aufflammen und schillern. Das Polarlicht ist eigentlich ein meteorologisches und
kein astronomisches Phänomen, zeugt aber doch von der Aktivität der Sonne.
V ENUS , L IEBE
UND S CHLÄUE
Dieser Planet, der
sowohl Abend- als
auch Morgenstern
sein kann, ist der
hellste und klarste des
Nachthimmels. In der
Mythologie ist Venus
die Liebesgöttin, die –
wie der große Homer
in der Ilias erzählt –
mit ihrer Schläue den
Trojanischen Krieg
auslöste.
K ÜNSTLICHE S TERNE
Heute können wir uns ten halten. Mittlerbeim Betrachten des weile umrunden
Himmels leicht irren! Tausende kleine und
Nicht wenn wir, wie große künstliche Satelliten die Erde, die wir
im nebenstehenden
nachts als vorbeihuFoto, eine herrliche
Aurora sehen, sondern schende Lichtpunkte
wenn wir Menschen- sehen. Sie sind allerwerk für einen seltsa- dings viel rascher als
men Stern oder einen »richtige« Gestirne.
exzentrischen Plane-
Der Mond ist der uns nächste Himmelskörper, und nach der Sonne, deren Licht er reflektiert, der zweithellste. Sein faszinierender Anblick ändert sich unablässig,
wenn er rasch, in etwa 28 Tagen, den Himmel durchquert und sich von uns mal am Tage, mal in der Nacht bewundern lässt. Gelegentlich bleibt er tagelang verschwunden. Wir sehen immer dasselbe »Mondgesicht«, denn der Mond dreht sich in derselben Zeit, in der er die Erde umläuft, einmal um seine eigene Achse. Der Anblick
seiner Oberfläche erzählt auch dem bloßen Auge von einer stürmischen Vergangenheit, von vielen Zusammenstößen mit anderen Himmelskörpern, sehr großen Me-
DER MOND
teoriten etwa oder sogar Asteroiden, die tiefe Krater hinterließen. Das hat vor allem damit zu tun, dass dem Mond eine Atmosphäre fehlt, die diese Körper »bremsen«
oder jedenfalls ihren Aufprall mildern könnte, wie es die irdische Atmosphäre vermag. Die 73,5 Milliarden Tonnen Masse des Mondes haben nicht genug Schwerkraft,
um die Teilchen festzuhalten, die eine Atmosphäre bilden. Wegen dieser geringen Gravitationsanziehung, nur etwa ein Sechstel der irdischen, konnten sich die Gasmoleküle seiner Umgebung im Lauf der Zeit vom Mond entfernen. Weil keine Atmosphäre die durch die Sonnenstrahlung einfallende Wärme speichert, unterscheidet
sich seine Oberflächentemperatur am Tag (etwa +200 °C) wesentlich von der in der Nacht (etwa –150 °C). Der Durchmesser des Mondes beträgt mit 3476 Kilometern
etwa ein Viertel des Erddurchmessers, seine mittlere Dichte ist aber geringer als die der Erde. Weil es gelegentlich leichte Mondbeben gibt, vermutet man auch geologische Aktivität, die zwar gering ist, aber immerhin 4,5 Milliarden Jahren überdauerte; dieses Alter nämlich haben Altersbestimmungen an Gestein ergeben, das bei
Mondflügen gesammelt wurde.
M ONDFINSTERNISSE : E INE F RAGE DER G RÖSSE
Der Mond ist der ein- etwa 400.000-mal, von mente zeigen. Immer
weiter, bis zur vollzige natürliche Satellit uns entfernt. Aufgrund dieser Kombi- ständigen Verfinstedes Planeten Erde
und insofern im Son- nation von Größe und rung, taucht der
Entfernung sehen wir Mond in den großen
nensystem ein Sonderfall, als er im Ver- Sonne und Mond als Schattenkegel ein, den
die Erde etwa 1,4 Milhältnis zu seinem Pla- gleichgroße »Scheilionen Kilometer weit
neten besonders groß ben«, und deshalb
in den Raum wirft.
verdunkelt die Erde
und mas-sereich ist.
Während der totalen
Die scheinbaren Grö- den Mond und hindert das Sonnenlicht Finsternis – sie dauert
ßen von Sonne und
Mond unterscheiden daran, auf seine Ober- wenige Minuten, da
sich nur um etwa ein fläche zu fallen, wenn sich Erde und Mond
halbes Grad, sind also sie zwischen Erde und ja unablässig im Raum
praktisch gleich. Die Mond steht. Dann se- bewegen – sehen wir
die Mondscheibe, weil
Sonne ist enorm viel hen wir eine Mondgrößer und masserei- finsternis, von der uns die Erdatmosphäre
Sonnenlicht in den
die Bilder oben die
cher als der Mond,
Raum streut.
aber auch viel weiter, entscheidende Mo-
MONDGESICHT UND MONDPHASEN
Der Mond fasziniert und Sonne – und es
käme zu einer Sonschon immer wegen
nenfinsternis –, und
seines Aussehens,
seiner Helligkeit und einmal von der Sonne
wegen des Phänomens aus gesehen »hinter«
der Phasen. Die Bahn, der Erde – es käme
die der Mond mit ei- zur Mondfinsternis.
ner Geschwindigkeit Wegen der Neigung
von etwa 37.000 km/h der Umlaufbahnen
von Erde und Mond
in etwa 28 Tagen
durchläuft, hat einen liegen Sonne, Erde
mittleren Durchmes- und Mond jedoch
ser von 384.000 Kilo- nur selten auf einer
Geraden, und Finstermeter und ist etwas
elliptisch. Relativ zur nisse sind entspreUmlaufbahn der Erde chend seltener.
um die Sonne ist die Der Mond dreht sich
in derselben Zeit um
Ebene der Bahn des
Mondes um die Erde seine eigene Achse, in
der er sich um die Erum sechs Grad geneigt. Diese Tatsache de dreht. Weil die Bewegung des Mondes
ist wichtig für das
Phänomen der Fins- um die Erde, die Revolution, und die um
ternisse. Wäre die
die eigene Achse, die
Mondbahn nämlich
nicht um einige Grade Rotation, synchron
sind, wendet uns der
geneigt, stünde der
Mond in jedem Monat Mond immer dieselbe
einmal zwischen Erde Seite zu. Das Phäno-
E INE K OLONIE FÜR M ENSCHEN ?
Der Mond ist der ein- dauern, denn wegen
zige Himmelskörper, der fehlenden Atmosphäre gibt es auf
den Menschen besucht haben. Im Juli dem Mond keinerlei
meteorologische Ver1969 betraten zwei
amerikanische Astro- änderungen. Nachdem das Interesse am
nauten im Rahmen
Mond gegen Ende des
des Apollo-Programms als erste un- letzten Jahrhunderts
seren Begleiter, erkun- längere Zeit brach lag,
denkt man heute wiedeten einen kleinen
Bereich und brachten der über die Eignung
des Mondes als SiedProben des Oberflächengesteins zur Erde. lungsort für Menschen nach, denn
Die Spuren, die die
Astronauten dort hin- mittlerweile vermutet
man unter seiner
terließen, werden
Oberfläche Wasser.
Jahrhunderte über-
»METALLISCHE« EBENEN UND ÜBERRESTE VON VULKANEN
geben Hinweise auf
lassen auf sehr alte
gehalt des Bodens
Die Oberfläche des
vulkanische Bereiche physikalische Eigenschließen lässt. Im
Mondes bietet eine
schaften, in diesem
vielfältige Zusammen- Mare Serenitatis unten schließen.
setzung. In nebenste- rechts zeigt dagegen Dieses »Falschfarben- Fall die metallischen
Bestandteile der
die Orange-Färbung bild« ist ein Mosaik
hendem Bild sehen
einen geringen Gehalt aus vier Aufnahmen Oberfläche.
wir links das Mare
an diesem Metall an. der NASA-Raumsonde
Tranquilitatis blau
schimmern, was auf Die Einspengsel aus Galileo vom Dezember
dunklerem Purpurrot 1992. Die Falschfarben
einen hohen Titan-
✶ I–7 ✶
men der Phasen,
das uns den Mond
abwechselnd vollständig oder teilweise beleuchtet oder auch
ganz dunkel sehen
lässt, hat mit seiner
Bewegung und seiner
Stellung relativ zu
Sonne und Erde zu
tun. Wenn der Mond
zwischen Erde und
Sonne liegt, ist die
uns zugewandte Seite
vollständig dunkel,
wir haben »Neumond«, wenn er jedoch auf der der Sonne abgewandten Seite
der Erde liegt, sehen
wir den ganz beleuchteten »Vollmond«. Dazwischen liegen die
Phasen, bei denen ein
mehr oder weniger
großer Teil der Mondoberfläche von der
Sonne beschienen
wird.
Die erste Phase einer
möglichen Kolonisierung wäre die Einrichtung von Fernsehsendern mit großer
Reichweite, astronomische Observatorien,
die das Weltall ohne
den Filter der irdischen Atmosphäre
untersuchen können,
und die durch die
geringe Schwerkraft
auf dem Mond erleichterte Herstellung
beispielsweise von
Pharmazeutika.
Maria, Terrae, Regolite auf dem Mond »Meere«, »Hochland«, Flecken auf dem Mond
Selbst mit bloßem Auge oder einem gewöhnlichen Fernglas unterscheidet man auf dem Mond helle und dunkle Bereiche. Die
dunklen Bereiche sind »junge« flache sogenannte Maria, »Meere« aus fein gemahlenem Basalt, einem dunklen vulkanischen
Gestein. Das größte dieser Maria, Oceanus Procellarius, ist doppelt so groß wie das Mittelmeer. Die hellen Bereiche, Terrae genannt, sind Ketten- und Ringgebirge, die durch Meteoreinschläge am Rand der Maria entstanden. Die Mondoberfläche ist mit
kleinen Flecken übersät, so genannten Regoliten, die beim Beschuss der Oberfläche durch kleine Meteoriten entstanden. Die Bezeichnungen Mare und Terra stammen von den ersten Mondbeobachtern des 17. Jahrhunderts, treffen aber überhaupt nicht zu,
denn wir wissen mittlerweile, dass die Maria staubige Flächen sind, die vermutlich entstanden, als Basaltströme Krater füllten.
DAS SYSTEM ERDE-MOND
Zwei Teile desselben Planeten?
Vor dem Zeitalter der Raumfahrt behauptete die glaubwürdigste Hypothese über
den Ursprung des Systems Erde-Mond, der
Mond sei ein Körper des Sonnensystems,
der, als er in die Nähe der Erde gelangte,
von ihr »eingefangen« und gezwungen wurde, sie zu umrunden. Die Forschung und
die Ergebnisse, die wir Mondflügen und
-sonden und Analysen des Mondgesteins
verdanken, legen jedoch nahe, dass sich
der Mond aus einem riesigen Stück Erde
bildete, das sich während ihrer Entstehung
löste. Möglicherweise hat ein kosmischer
Zusammenstoß mit einem Körper von der
Größe des Mars, der fast so groß ist wie
die Erde, enorm viel Materie von der Erde
in den Raum geschleudert, aus der im Lauf
der Zeit der Mond entstand.
Erde und Mond stehen im Panorama unseres Sonnensystems in einer ganz besonderen Beziehung. Der
Mond ist relativ zu seinem Planeten der massereichste und wichtigste Satellit. Sein Durchmesser ist nur
wenig kleiner als der der Erde und seine Masse beträgt etwa ein Hundertstel der Erdmasse. Wegen der relativen Nähe und der nicht unbeträchtlichen Masse des Mondes wirken zwischen Erde und Mond starke
Gravitationskräfte. Die Erde »zieht« den Mond »an« und umgekehrt der Mond die Erde. Wir sind uns gewöhnlich vor allem der Wirkung bewusst, die die Anziehungskraft des Mondes auf die Erde ausübt; sie bewirkt beispielsweise die Gezeiten. Aber aufgrund ihrer viel größeren Masse beeinflusst die Erde den Mond
weitaus mehr. Dieser Einfluss hat im Lauf von Jahrmillionen zum Beispiel dazu geführt, dass sich der Mond
in derselben Zeit um seine eigene Achse dreht, wie er sich um die Erde dreht, uns also immer dasselbe »Gesicht« zeigt. Das kostet auch die Erde einen Preis, denn es verlangsamt die Drehgeschwindigkeit der Erde
um ihre Achse in jedem Jahrhundert um zwei Millisekunden. Der Wert scheint lächerlich klein, ist aber
keineswegs vernachlässigbar, wenn wir in astronomischen Zeiträumen denken. Vor »nur« 900 Millionen Jahren, als es die Erde schon lange gab, war die Drehgeschwindigkeit der Erde um ihre Achse eine ganz andere: Das Jahr hatte 481 Tage, und jeder Tag hatte 18 Stunden.
E IN
ALTES ,
EINFACHES
U NIVERSUM
Die Mythologie verknüpft den Mond stets
mit der Sonne und
nicht der Erde. So
wurde er in altrömischen Sagen mit
Diana, der Göttin der
Jagd und der Fruchtbarkeit, in Verbindung
gebracht, der Zwillingsschwester des
Sonnengotts Apoll.
Die Erdgottheit dagegen ist Ceres, die
Mutter von Proserpina, ihrerseits die
Göttin der Unterwelt.
Auch die Erde ist ein Gestirn!
Alle Himmelserscheinungen, die wir im Laufe unseres Lebens mit bloßem Auge am Himmel sehen, sind
an unseren Beobachtungsort gebunden. Wir sind an
periodische Erscheinungen wie das Auf- und Untergehen von Sonne und Mond so gewöhnt, dass wir sie
kaum noch bemerken und jedenfalls nicht absichtlich beobachten. Das nebenstehende Bild zeigt die
Erde aus Sicht der Astronauten, die Ende der 1960er
Jahre auf dem Erdbegleiter landeten. Vom Mond aus
gesehen ist auch die Erde ein »Himmelskörper«, der
sich aufgrund der Drehung des Mondes um seine
Achse und seines Umlaufs um die Erde bewegt. Vom
Mond aus gesehen verändert »offensichtlich« die Erde ihren Anblick.
E INSAM IN DER S CHWEBE
systems sehr klein.
Auch wenn uns die
Im Verhältnis zu ihrer
Erde sehr groß vorkommt und der Mond Größe sind Erde und
Mond sogar enorm
sehr nah, sind Erde
und Mond verglichen weit, nämlich das 30mit den meisten ande- fache des Erddurchmessers, voneinander
ren Planeten und
Monden des Sonnen- entfernt.
ERDE
✶ I–8 ✶
MOND
DIE ERDE AUS DEM WELTRAUM
Von der Sonne aus gezählt ist die Erde der dritte Planet des Sonnensystems; sie ist der fünfgrößte, aber
der dichteste. Seit dem 17. Jahrhundert wissen wir dank des großen Astronomen Kopernikus, dass die
Erde nicht der Mittelpunkt des Weltalls ist, sondern nur als kleiner Planet einen mittelgroßen Stern,
die Sonne, umrundet. Die Erde hat einen Durchmesser von 12.763 Kilometer, umläuft die Sonne in
Chin
es
Meeisches
r
Chile
Indo
nesi
en
Ozean
Pazifischer
liarden Milliarden Kilogramm. Durch Untersuchungen, die mit Instrumenten auf der Erde und auf Satelliten durchgeführt wurden, wissen wir viel über die Erdoberfläche und -atmosphäre. Vom Inneren
Australien
E L N IÑO AUS DEM R AUM BETRACHTET
mel aus gemessene
lichen Aufnahmen
Wir erforschen die
Erde von ihrer Ober- von Satellitenkameras Temperaturverteilung
fläche aus, aber auch die Erstellung genauer im Pazifischen Ozean
die Beobachtung aus Erdkarten und bessere die Auswirkungen
dem Weltraum erweist Wettervorhersagen. In von »El Niño« (Christsich als sehr nützlich. der Abbildung oben kind): Durch dieses
Seit 30 Jahren ermög- zeigen die vom Him- Klimaphänomen er-
einer mittleren Entfernung von 149,6 Millionen Kilometer und hat eine Masse von etwa 600.000 Mil-
unseres Planeten kennen wir nur wenige wissenschaftlich gesicherte Daten, und diese stammen vor
wärmt sich das Wasser vor der chilenischen Küste um 6 °C
(gelb) bis 8 °C (rot).
allem aus der Untersuchung vulkanischer Phänomene. Die feste Oberfläche des Planeten, die Erdkruste, hat eine Tiefe von etwa 40 Kilometer und besteht überwiegend aus Silikaten. Unter der Kruste liegt
eine etwa 3000 Kilometer mächtige Schicht aus Magma, das Ähnlichkeit mit vulkanischer Asche hat,
und darunter der eisenhaltige Erdkern mit einem Durchmesser von etwa 3500 Kilometer.
E IN LEUCHTENDER P LANET
Vom Raum aus gese- sieht, wird vermutlich
hen scheint die Erde ein großer Teil davon
vergeudet. Deswegen
nachts besonders in
den Industrieländern sehen wir in den Städdes Nordens wie mit ten oft gar keinen
dunklen Himmel
leuchtenden Nadeln
gespickt. Künstliches mehr. Das Bild
Licht vermehrt unser entstand durch ÜberWohlbefinden und er- lagerung nächtlicher
Satellitenaufnahmen
höht die Sicherheit,
aber wie man auf dem mehrerer Gegenden
nebenstehenden Bild des Planeten.
S TETER
T ROPFEN HÖHLT
DEN S TEIN
Die Erdoberfläche ist
zu 71 % mit Wasser bedeckt. Die Erde ist der
einzige bekannte Planet mit flüssigem
Oberflächenwasser,
der Grundvoraussetzung für die Existenz
von Leben, wie wir
es kennen. Flüssiges
Wasser ist auch notwendig für eine einigermaßen gleichmäßige Temperatur der
Atmosphäre, weil die
Weltmeere unablässig
mit der Atmosphäre
Wärme austauschen.
Deshalb ist das Studium der Meere so
wichtig für die Meteorologie. Außerdem
formten die Meere
durch Auswaschung
im Lauf der langen
Existenz der Erde, 4,6
Milliarden Jahre, die
Küsten der Kontinente.
L ANGSAME ,
ABER
UNAUFHÖRLICHE
Die Erdkruste, der
feste Teil unseres Planeten, besteht aus
mehreren Kontinentalplatten, die auf einem
einige Dutzend Kilometer dicken Magmamantel »schwimmen«.
Die Abbildung zeigt
den europäischen Teil
✶ I–9 ✶
A NNÄHERUNG
der Eurasischen Kontinentalplatte, der
sich allmählich der
Afrikanischen Platte
nähert. Der Zusammenstoß der Kontinentalplatten führt immer
wieder zu gewaltigen
Erdbeben auf der
Oberfläche.
✶ II–1 ✶
DAS SONNENSYSTEM
Gewöhnlich denken wir bei Sonnensystem an die Sonne und ihre neun Planeten. In Wirklichkeit ist das System viel komplexer,
denn zu ihm gehören außer den neun Planeten auch mehr als
hundert Planetenmonde, einige tausend Asteroiden und eine
unbekannte Anzahl von Kometen. Die Sonne ist die unbestrittene Herrscherin. Ihr Radius von etwa 600.000 Kilometer ist etwa
zehnmal so groß wie der des größten Planeten, Jupiter, und ihre Masse macht etwa 99 % der Masse des ganzen Systems aus.
Aufgrund dieser Übermacht hält sie das ganze System zusammen, denn sie übt ihre starke Anziehung auf alle Planeten, Monde, Asteroide, Kometen und Meteore aus. Die Sonne beherrscht
auch das Magnetfeld, das das System umgibt und weit nach außen reicht. Außerdem sendet unser Mutterstern fortwährend
elektromagnetische Strahlung aus, von der wir einen kleinen
Bruchteil als sichtbares Licht wahrnehmen. Dieser Energiestrom bringt uns Licht und Wärme und vermittelt uns Information über die Körper des Sonnensystems, die nicht selbst Licht
aussenden. Die Sonne und die neun Planeten bilden lediglich
den innersten Teil des Sonnensystems, denn sie werden in einer
Größen und Entfernungen im Sonnensystem
Entfernung, die1000-mal größer ist als der Abstand der Sonne
Auf dem nebenstehenden Bild sehen wir eine erdachte Rekonstruktion der Planeten
des Sonnensystems, also Merkur, Venus, Erde und Mond, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, ohne den kleinen Pluto. Es ist praktisch unmöglich, die Größenverhältnisse und Entfernungen zwischen den Planeten auf einer einzigen Seite maßstabsgetreu darzustellen. Die Größen von Merkur, Venus, Erde und Mars sind vergleichbar, Jupiter jedoch ist 14-mal größer als die Erde. Wenn wir die Entfernung zwischen
Erde und Sonne als Einheit nehmen, hat Jupiter die Entfernung 5 und Pluto, der äußerste der Planeten, sogar 40! So gesehen sind die Planeten kleine Punkte in einem
im Wesentlichen »leeren« Raum.
WAS
IST WIRK -
LICH GROSS ?
TITAN
5150 KM
GANYMED
5262 KM
IO
3642 KM
MOND
3476 KM
MERKUR
4880 KM
EUROPA
3188 KM
TRITON
2706 KM
CALLISTO
4806 KM
PLUTO
2300 KM
TITANIA
1580 KM
Wir stellen uns die
Planeten des Sonnensystems gewöhnlich
als »große« Körper vor,
und ihre Monde als
sehr klein.
Wie das nebenstehende Bild zeigt, sind
manche Monde, so
Ganymed, der größte
Jupitermond, oder
Titan, der größte Saturnmond, größer als
Merkur oder Pluto.
zum Pluto, von der Oortschen Wolke umhüllt, die Milliarden
gefrorener Körper enthält, die viel kleiner sind als die Planeten.
Wenn wir das Sonnensystem von außen sehen könnten, erschiene es uns als eine Kugel, die mit lauter Lichtpunkten besteckt
ist, die Kometen und Asteroiden darstellen (nebenstehendes
Bild), in deren Zentrum eine Art von kleinem leuchtenden Kern
die Sonne und die neun Planeten birgt.
N AMEN IM S ONNENSYSTEM
Die Namen der Plane- weidete, als Jupiter
ten und Monde stam- ihn in Adlergestalt
men im Allgemeinen raubte und zum
aus der Sagenwelt der Olymp, dem GötterAntike, also des alten himmel, entführte,
wo er den Göttern als
Griechenlands und
Mundschenk diente.
des kaiserlichen
Callisto dagegen war
Roms.
eine Flussgottheit,
Ganymed beispielsweise war ein griechi- Jagdgefährtin der
scher Hirte, der seine Zeustochter Diana.
Schafe am Berg Ida
klein, groß, gasförmig, steinig ...
DIE NEUN PLANETEN
VENUS
Zu unserem Sonnensystem gehören neun Planeten, die gewöhnlich in die sonnennahen »inneren« (Merkur, Venus, Erde, Mars) und die sonnenfernen »äußeren« (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun) eingeteilt werden. Die Unterschiede sind beachtlich. Zum einen sind die inneren Planeten viel
kleiner als die äußeren, die deshalb auch Riesenplaneten genannt werden, zum anderen unterscheiden sie sich nach ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrem Aufbau. Die inneren Planeten sind fest, steinig und mit weniger als 15.000 Kilometer Durchmesser relativ klein, die äußeren hingegen sind große Gaskugeln mit Durchmessern von mehr als 50.000 Kilometer ohne deutliche Oberfläche. Eine Ausnahme macht der fernste Planet, Pluto, der wie die inneren klein und steinig ist. Neueste Untersuchungen zeigen, dass Pluto nicht zur selben Zeit entstand wie die anderen, sondern als großer Asteroid erst nach den anderen Planeten eingefangen wurde. Nicht nur der Saturn, sondern alle Riesenplaneten haben mehr oder
weniger ausgeprägte Ringsysteme aus Staub und Gestein.
MERKUR
Klein, sehr dicht, sehr heiß und mondlos
Übersetzung fehlt!
Il transito di Mercurio osservato con TRACE il 15 Nov 1999
Der Merkur, der erste der »inneren« Planeten, ist nur wenig größer als der Mond. Er war schon zur
Zeit der Sumerer, also im 3. Jahrtausend vor Christus, bekannt. Wegen seiner großen Sonnennähe (er
ist nur 58 Millionen Kilometer von ihr entfernt) lässt er sich von der Erde aus nur schwer beobachten.
Der Merkur hat eine Masse von 330 Milliarden Tonnen und einen Durchmesser von 4878 Kilometer.
Sein Volumen ist also 18-mal kleiner als das der Erde, seine Dichte aber fast 5,5-mal so groß wie die
von Wasser, also enorm hoch. Der Merkur dreht sich sehr rasch um die Sonne (einmal in etwa 88 Erdtagen) und sehr langsam um sich selbst (in etwa 58,6 Tagen), deshalb dauert ein Tag auf Merkur
176 Erdentage! Merkur hat keinen Mond. Die nebenstehende Montage aus mehreren Aufnahmen der
Raumsonde Mariner 10 aus den Jahren 1973 und 1974 zeigt eine der besten Ansichten des Merkur. Der
Krater Kuiper in der Mitte des Bildes, von dem hellere Strahlen auszugehen scheinen, war der erste
auffällige Befund auf den Aufnahmen der Sonde.
DIE OBERFLÄCHE DER VENUS
EIN LANGE GEHÜTETES GEHEIMNIS
ten. Beim Umrunden
Die Venus ist vollständig in eine Wol- der Venus sandten sie
kendecke gehüllt, die Radarsignale aus, die
zu mehr als 96 % aus sich dreidimensional
Kohlendioxid besteht rekonstruieren ließen.
und für Licht und da- Das Bild unten, eine
mit auch für unsere der wenigen DirektAugen und Fernrohre aufnahmen der
undurchdringlich ist. Venusoberfläche,
Die Erforschung ihrer wurde 1982 von
Oberfläche war erst der russischen Sonde
möglich, als Sonden Venere 13 gemacht.
den Planeten erreich- Die Abbildungen
oben zeigen die aus
Radardaten rekonstruierten Berge
Danu und Maat, die
sich etwa 1500 Meter
über die Umgebung
erheben, sowie den
Venusvulkan Sacawacea Patera, der eine
Grundfläche von
120 × 215 Kilometer
aufweist.
251mm
G EFÄHRLICHE N ÄHE
Auf den Abbildungen
Die Geschichte des
links, die in mehreren
Merkur ist geprägt
Farben einen Vorüberdurch die große
Sonnennähe, die die gang des Merkur vor
Oberfläche auf mehr der Sonne zeigen, erkennt man, wie wichals 800 °C erhitzt.
tig der Einfluss der
Sonnenstrahlung ist:
Sie raubte dem Planeten im Lauf der Zeit
die Atmosphäre.
H EUTE . D ER FERNE H IMMEL
von etwa 19 KilomeDie Oberfläche des
ter, die größeren, so
Merkur ist wie die
genannten »Becken«,
des Mondes voller
dagegen von mehr als
Krater. Das zeugt
nicht nur von Einfäl- 200 Kilometer. Man
len großer Meteoriten vermutet, dass der
oder Asteroiden, son- Planet einen stark
eisenhaltigen flüsdern lässt auch auf
sigen Kern hat, der
frühere vulkanische
durch die Rotation
Aktivität unter der
des Planeten das von
heute ebenen OberMariner 10 aufgespürfläche des Planeten
te starke Magnetfeld
schließen.
Die kleineren Krater bewirkt.
haben Durchmesser
✶ II–2 ✶
Abend- und Morgenstern: die zwei Gesichter der Venus
MERKUR, DER
GÖTTERBOTE
Für die alten Römer
war Merkur der griechische Gott Hermes,
der Gott der Redekunst, des Glücksspiels und des Handels. Merkur, Sohn
von Zeus und Maja,
war der Bote der
olympischen Götter.
DIE PHASEN DER
Die Venus liegt zwischen Sonne und Erde. Deshalb können
wir bei ihr – wie
beim Mond – Phasen
beobachten (rechts).
Die Beobachtung der
VENUS
Phasen der Venus,
die Galileo Galilei
mit seinen ersten
Fernrohren gelang,
trug wesentlich dazu
bei, den großen Wissenschaftler von der
KUKULKAN,
VENUSKRIEGER DER MAYA
in einem Zyklus von
Die Maya kannten
etwa acht Jahren abdie komplizierten
Bewegungen der Ve- wechselnd Morgenund Abendstern ist.
nus, in der sie die
Deshalb richteten sie
Kriegsgöttin sahen,
viele ihrer Bauwerke
sehr gut. Sie wussten, dass der Planet nach Lauf und Ort
Gültigkeit der Kopernikanischen Theorie
zu überzeugen.
DER
des Planeten am
Himmel aus und bestimmten sogar den
Beginn wichtiger
Schlachten danach.
Die Venus ist mit einer mittleren Entfernung von 109 Kilometer der von der
Sonne aus zweite Planet und der erdnächste. Die sehr dichte und stark reflektierende Atmosphäre macht diesen Planeten zu einem der hellsten Himmelskörper, 12-mal heller als Sirius, der hellste mit bloßem Auge sichtbaren Stern. Zu bestimmten Zeiten verläuft die Bahn des Planeten in der Morgendämmerung in Sonnennähe, zu anderen Zeiten in der Abenddämmerung, deshalb hielt man ihn in der Antike für zwei Sterne und sprach vom
Morgen- und Abendstern. Die dichte Gashülle erzeugt einen Treibhauseffekt, denn sie hält Sonnenstrahlung, die die Wolkendecke durchdringt,
zurück. Diese erhitzt die Oberfläche auf mehr als 400 °C. Die Venus hat
etwa 80 % der Erdmasse, und auch ihr Durchmesser (12.103 km) ist mit
dem der Erde vergleichbar. Die Venus hat keinen Mond. Die Karte des
Planeten (oben) wurde in drei Jahren, von 1990 bis 1993, nach genauen
Radarmessungen der Sonde Magellan erstellt und zeigt eine mit Kratern bedeckte Oberfläche mit mehr als 1600 Vulkanen, Bergen, weiten Ebenen
und großen Lavaflächen.
LANDUNG AUF DEM
ROTEN PLANETEN
1
Warum erkunden wir den Mars? Der Rote Planet steht schon lange im Mittelpunkt menschlicher Aufmerksamkeit. Als von
der Sonne aus vierter Planet ist der erste, dessen Umlaufbahn außerhalb der Erdbahn liegt. Wir kennen diesen Planeten
besser als andere, und die Raumagenturen aller Welt schenken ihm besondere Beachtung, seit die NASA 2002 bekannt gab,
man habe in der Nähe eines Kraters in mehr als 1 Meter Tiefe unter der Oberfläche gefrorenes Wasser entdeckt – einen
verborgenen Schatz, der mindestens zwei große Seen füllen könnte. Noch sind die Daten nicht ausgewertet, die die Mars2
sonde Odyssey im Oktober 2001 sammelte, aber es ist zu vermuten, dass der Mars in ferner Vergangenheit geologisch und
klimatisch viel Ähnlichkeit mit der Erde hatte. Außerdem hegen die Menschen seit 50 Jahren den Traum, auf dem Roten
Planeten zu landen, und dessen Verwirklichung ist nach der ersten Mondlandung 1969 nicht mehr so unwahrscheinlich.
Der Mars ist jedoch weniger gut erforscht als der Mond und etwa 180-mal weiter entfernt.
Ein unglaublich große Schlucht
Die Marsoberfläche ist durch starke vulkanische und
tektonische Aktivität gekennzeichnet. So gibt es auf dem
Mars einen der größten Vulkane des Sonnensystems,
den 600 Kilometer langen und 26 Kilometer hohen
Olympus Mons, und die tektonische Aktivität zeigt sich
in einem Netz gigantischer Schluchten, den Valles Marineris, die mehr als 8 Kilometer tief und 4500 Kilometer
lang sind. Die Vulkane können auf dem Mars die enorme Höhe von 26 Kilometer erreichen, weil der Mars im
Gegensatz zur Erde keinerlei Plattentektonik zeigt und
3
seine Schwerkraft viel geringer ist. Auf der Erde liegt
die Höchstgrenze für Erhebungen bei 12 Kilometer.
4
S PAZIERGÄNGE AUF DEM M ARS
des Pathfinder dieselBesonders wichtige
Ergebnisse verdanken be Zusammensetzung
haben wie die Oberwir der Marssonde
flächenproben, die die
Pathfinder und dem
Viking-Sonde 1976
Geländefahrzeug
entnahm. Die Bilder,
Sojourner (3). Die
Untersuchungen, die die die Telekamera
Sojourner an Gestein vom Sonnenuntergang
wie dem Felsbrocken (1) machte, lassen vermuten, dass der Staub
»Yogi« (5) vornahm,
in der feinen Atmodas ihm auf seinem
Weg begegnete (4), zei- sphäre des Mars bis in
gen, dass die kleinen Höhen von 30 KilomeTeile im Landebereich ter reicht.
✶ II–3 ✶
5
F REMDARTIGE S PHINX
ODER OPTISCHE T ÄUSCHUNG ?
von 3 Kilometer und
Die »Geschichte«
dieses Bildes beginnt einer Höhe von 250
1976, als die amerika- Meter ist das Gebilde
nische Viking-Sonde eine der Formationen
der Marsebene Cydoein Gebilde fotogrania. Die endgültige
fierte, das an ein
menschliches Antlitz Bestätigung kam 2001,
denken ließ. Die Wis- als die Sonde Global
Surveyor neue Aufsenschaftler waren
sich nicht einig, denn nahmen machte. Jetzt
einige verfochten die besteht kein Zweifel
alte Hypothese einer mehr: Es gibt keinerMarsbevölkerung, an- lei Zeugnisse von alten
dere hielten es für ei- Zivilisationen.
ne optische Täuschung. Schließlich
machte Global Surveyor 22 Jahre später
Aufnahmen, die deutlich eine einfache hügelige Erhebung zeigen. Mit einer Länge
K RIEG , G RAUEN
E NTSETZEN
Mars, der auch mit
dem bloßen Auge gut
zu sehen ist, ist seit
dem Altertum bekannt.
Er wurde – vermutlich
wegen seiner rötlichen
Farbe – nach dem römischen Kriegsgott benannt.
Auch seine beiden
Monde, Deimos
(Furcht) und Phobos
(Schrecken), tragen die
Namen zweier Begleiter des Gottes Mars
(»Und die Rosse gebot
er dem Grauen und
Entsetzen anzuschirren
und zog hell strahlendes Waffengeschmeid
an.« Ilias XV, 119–20)
UND
MARS
Auf dem Mars, der wegen seiner Farbe auch »Roter Planet« heißt, sind die Umweltbedingungen erdähnlicher
als irgendwo sonst im Sonnensystem. Deshalb hielt man den Mars immer für den Himmelskörper, in dem
die Entstehung – wenn auch nicht die Entwicklung – von Leben am wahrscheinlichsten ist. Der Mars ist mit
einem Durchmesser von 6704 Kilometer der siebtgrößte Planet des Sonnensystems und hat eine Masse von
D IE B EDEUTUNG
Das nebenstehende
Bild zeigt, wie Mars
dem menschlichen
Auge erscheint. Die
genaue Bestimmung
der Farben hat nicht
nur ästhetischen Wert,
sie gibt auch Aufschlüsse über chemi-
DER
FARBEN
sche Verbindungen
und Minerale auf dem
Planeten. Das Bild
rechts, ein Falschfarbenbild im Infrarot,
zeigt Einzelheiten, die
im sichtbaren Licht
verborgen bleiben.
D IE FARBEN DES
Die vollständige Marskarte wurde durch
Zusammensetzen sehr
detaillierter Bilder des
Planeten gewonnen,
die das Hubble-Raumteleskop 2001 auf-
M ARS
nahm. Es fehlen die
Breiten unter 60° Süd,
weil das Teleskop wegen der Neigung des
Mars nicht die gesamte Südhalbkugel fotografieren kann.
64 Milliarden Milliarden Tonnen. Er umläuft die Sonne in einer mittleren Entfernung von 227.940.000 Kilometer, was dem 1,52-fachen der mittleren Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. Seine Kruste ist
dicker als die Erdkruste und enthält bei ähnlicher Zusammensetzung nur halb soviel Silizium, aber dreimal
soviel Eisen, was seine Rotfärbung bewirkt. Die Marsoberfläche ist sehr vielgestaltig: Sie hat Berge, Täler,
Krater, Becken und Vulkane. Der Mars war das häufigste Reiseziel von Weltraumfahrten, wobei über die Hälfte der 32 Flüge fehlschlug; einige aber konnten weich landen.
Tauwetter auf dem Mars
Eines der wichtigsten Kennzeichen des Mars sind seine Polkappen: Sie bestehen aus Schichten von Kohlendioxid und Sand. Im Sommer der Nordhalbkugel verdampft das gefrorene Kohlendioxid auf der der Sonne zugewandten Seite, und die Polkappen verschwinden bis auf einen Rest von Wassereis. Die südliche Kappe ist
kleiner, verschwindet aber nie ganz. In der kalten Jahreszeit dehnen sich die beiden im großen Bild unten deutlich sichtbaren Polkappen aus.
18. September 1996
15. Oktober 1996
S ANDSTÜRME
Über die Marsoberfläche fegen große
Sandstürme. Die
beiden Bilder oben,
1996 im Abstand von
einem Monat vom
Hubble-Raumteleskop
aufgenommen, zeigen
einen Sandsturm in
der Nähe des Nord-
pols des Mars. Man
erkennt den Sturm
im rötlichen Fleck
oberhalb der Polkappe, der am 18. September einmal von
der Seite und einmal
von oben aufgenommen wurde. Der
Sturm füllt einen
Bereich mit einem
Durchmesser von etwa 1000 Kilometer,
also etwa der Größe
Deutschlands. Einen
Monat später (am
15. Oktober) hat er
sich offensichtlich
teilweise aufgelöst.
Solche Information
über das Klima auf
dem Mars sind wichtig für die Erforschung
der jüngeren Vergangenheit des Planeten
und für die Suche
nach optimalen Landebedingungen für
Sonden.
Z WEI M ONDE , NICHT GRÖSSER ALS EIN B ERG AUF DER E RDE
Deimos (links) ist ei- nuten. Phobos (rechts) Oberfläche ist dunDer Mars hat zwei
kleine Monde, beide förmig und misst nur ist länglich und unre- kel und wie die des
gelmäßig; er ist größer Deimos mit Kratern
7,5 x 6,1 x 5,5 Kilounregelmäßig und
durchsetzt. Vermutals Deimos und hat
länglich: Deimos und meter. Seine Masse
beträgt 1800 Milliar- mit 10.800 Millionen lich waren beide
Phobos, deren Exisursprünglich AsteroiTonnen viel mehr
den Tonnen. Seine
tenz der amerikanische Astronom Asaph Umlaufzeit entspricht Masse. Er umrundet den, die der Planet
Hall schon 1877 ver- seiner Rotationsperio- Mars mit einer Perio- aufgrund seiner
de von 7 Stunden und Schwerkraft »einfande und beträgt 30
mutete, lange bevor
gen« konnte.
39 Minuten. Seine
sie entdeckt wurden. Stunden und 18 Mi-
✶ II–4 ✶
K RATER
Der Asteroidengürtel
ist dicht bevölkert,
und deshalb gibt es
viele, gelegentlich
auch sehr heftige Zusammenstöße. Wegen
der hohen Geschwindigkeiten führen die
Zusammenstöße nicht
nur zu Oberflächenkratern, sondern sogar
zum Zersplittern der
Körper in unzählige
kleine Bruchstücke,
die möglicherweise ihrerseits weitere Zusammenstöße verursachen
(oben). Auf dem nebenstehenden Bild ist
ein Einfallskrater auf
der Erde mit einem
auf einem Asteroiden
zu sehen.
ASTEROIDEN
Zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter liegt der Asteroidengürtel, ein Bereich mit Tausenden kleinen, unregelmäßig
geformten und steinigen Körpern, zahlreicher als alle anderen
Körper des Sonnensystems. Wir kennen die Bahnen von etwa
5000 dieser Körper, aber es gibt viele weitere mehr, die sehr
klein oder noch nicht katalogisiert sind. Ihre gesamte Masse ist
geringer als die des Mondes. Der erste bekannte Asteroid war
Ceres, den der Astronom Guiseppe Piazzi am 1. Januar 1801
entdeckte, als man noch nichts von Asteroiden wußte. Sein
Durchmesser beträgt nur 900 Kilometer. Auch heute wissen wir
wenig über ihre Herkunft. Vielleicht sind die Asteroiden die
Reste eines »verhinderten Planeten«, der zwischen Mars und Jupiter entstanden wäre, wenn sich die dort vorhandene Materie
unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft zusammengeballt
hätte. Dies verhinderte jedoch der riesige Jupiter, weil seine
Deimos
Gaspra
F LÜCHTIGE
A STEROIDEN
Die Asteroiden sind
sehr unterschiedlich
und unregelmäßig geformt. Vermutlich haben Mars und Jupiter
einige Asteroiden, die
dem Hauptgürtel zwischen Mars und Jupiter entkamen, als
Monde »angesaugt«.
Davon überzeugt ein
Vergleich der Ähnlichkeit zwischen den
beiden Marsmonden
Phobos und Deimos
mit dem Asteroiden
Gaspra.
Phobos
G EFOLTERTE $G EQUÄLTE $?$ KLEINE W ELTEN
Nachdem sie den As- den überstand, geWie die mehr als
langen der Sonde
teroiden umrundet
150.000 Bildes des
und die Geschwindig- Aufnahmen von der
Asteroiden Eros zeiOberfläche. Sie zeikeit auf 8 km/h gegen, die die Sonde
NEAR 2001 übermit- drosselt hatte, steuerte gen glatte Ebenen
sie Eros an und mach- mit rundlichen Matelte, ist seine karge
Oberfläche von klei- te beim Landeanflug ssen und »Teiche«
Aufnahmen, die Ein- aus bläulichem Staub,
nen Kratern übersät
eine Miniaturwelt mit
zelheiten mit 1 cm
(ganz oben). NEAR
war die erste Sonde, Durchmesser zeigten. 34 Kilometer Durchmesser, die sich unabdie auf einem solchen Nach der Landung,
Felsbrocken landete. die NEAR ohne Scha- lässig dreht (Mitte)
✶ II–5 ✶
und geologisch recht
kompliziert ist.
Die Farben geben die
Höhenmessungen
über dem Boden des
Asteroiden an (oben).
I DA UND IHR KLEINER M OND
Ida ist der erste Aste- links. Diese Entderoid, bei dem ein win- ckung verdanken
wir der Sonde Galilei,
zig kleiner Asteroidenmond, Dactylos, die sich Ida bis auf
entdeckt wurde – der 2400 Kilometer
näherte.
kleine Punkt rechts
von seinem MutterAsteroid auf dem Bild
Schwerkraft die Materie unterschiedlich stark beschleunigte
und so ihr Verschmelzen und damit die Entstehung eines größeren Körpers verhinderte. Für diese Hypothese sprechen die
Umlaufbahnen.
Bruchstücke einer unvollständigen Welt
Asteroiden unterscheiden sich nicht nur durch ihre Ausmaße voneinander, sondern auch durch die chemische Zusammensetzung. Einige
bestehen überwiegend aus Metallen, andere aus basaltischem Gestein,
andere wieder aus kohlenstoffreichen Verbindungen und Wassereis.
Zum wichtigsten Typ C gehören mehr als 75 % der Asteroiden, so beispielsweise Gaspra, der größte im nebenstehenden Bild, und Ida, der
kleinere, aus unterschiedlichen Winkeln aufgenommene im unteren
Bild. Ihre Oberflächen sind tief dunkelgrau, was an der kohlenstoffreichen Zusammensetzung liegt, und mit Einfallskratern übersät.
JUPITER
Jupiter, der fünfte Planet des Sonnensystems, ist etwa 750 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Er ist mit einem Durchmesser von 142.800 Kilometer der größte Planet, der in seinem Inneren mehr als 1000 Planeten von
der Größe der Erde Platz böte. Mit 19.000 Milliarden Milliarden Tonnen
(1,9 × 1030 Gramm) ist er auch der massereichste Planet; seine Masse beträgt
mehr als das 318-fache der Erdmasse und mehr als die aller anderen Planeten zusammen. Die Gravitationsanziehung des Jupiter hat folglich beträchtliche Wirkung auf seine Nachbarn im Sonnensystem. Der Jupiter ist ein Gasplanet, der vermutlich einen kleinen festen Eisen-Silikat-Kern besitzt, dessen
Masse etwa 10- bis 15-mal so groß ist wie die Masse der Erde. Der Planet ist
von einer dichten Atmosphäre umgeben, die vorwiegend aus Wasserstoff und
Helium besteht und Spuren von Stickstoff, Methan und Wasserdampf enthält. Wir haben weder beim Jupiter noch bei anderen Gasplaneten direkte
Information über das Innere, sondern müssen uns mit indirekten Hinweisen
begnügen. Das auffälligste Kennzeichen des Jupiter ist wohl der »Große Rote
Fleck« (links).
D ER B ESCHÜTZER DES
R ÖMISCHEN R EICHES
Mit dem größten und Himmel wohnt. Zeus
eindrucksvollsten der war der Schutzherr
Planeten verbindet die des kaiserlichen Rom;
ihm war der größte
griechisch-römische
Mythologie den zorni- Tempel der Ewigen
gen Göttervater Jupi- Stadt geweiht.
ter oder Zeus, der im
DER NORDPOL IST
Beobachtungen vom
Raum (rechts) und
von der Erde aus
(links), bestätigen,
dass Jupiter in der
ÜBERALL KALT
Nähe des Nordpols
einen stabilen kalten,
sechseckigen Scheitel
hat, der Ähnlichkeit
mit unserer Antarktis
zeigt. Die Mitte
wurde bei beiden
Aufnahmen künstlich
geschwärzt.
EIN ORKAN GRÖSSER ALS DIE ERDE
Sonnensystems und
Der »Große Rote
mit einem DurchmesFleck« des Jupiter
ser von 20.000 Kilowurde schon vor
meter – dem doppelüber 300 Jahren beten der Erde – auch
obachtet. Er ist das
beständigste meteoro- das größte. Im Bild
logische Gebilde des oben, das die Sonde
Galileo im nahen
Infrarot machte, fallen insbesondere die
ungewöhnlichen Wolken mit Ammoniakkristallen auf.
WIE EIN HIMMEL VON VAN GOGH ...
Ein Bild der Jupiter- Polarregionen des Plaatmosphäre zwischen neten, die sich abwechselnd nach Osten
10 und 50 ° Breite.
Die Bewegungen der und Westen ziehen.
Jupiteratmosphäre zei- Die Richtung und die
gen sich an gasförmi- Geschwindigkeit diegen Bändern zwischen ser atmosphärischen
dem Äquator und den Bänder bestimmen
die Farbe und das
Gefüge der Wolken.
Das linke Bild zeigt
die Originalfarben,
das rechte hebt die
Besonderheiten mit
Falschfarben hervor.
✶ II–6 ✶
Ein riesiger Veränderlicher
Über die Oberfläche des Jupiter ziehen parallele Bänder
unterschiedlicher Breite hinweg – Wolkengebilde, die durch
starke, parallel zum Äquator des Planeten wehende Winde angetrieben werden und Geschwindigkeiten von mehr
als 600 km/h erreichen. Die typische Färbung rührt von
Kristallen des gefrorenen Ammoniaks und Kohlenstoffverbindungen mit Schwefel und Phosphor her. Die Farben der
Atmosphäre geben Hinweise auf chemische Verbindungen
und möglicherweise auch chemische Reaktionen. Sie variieren außerdem mit der Höhe der Wolken zwischen Rot
und Blau. Ihr Aussehen ändert sich in wenigen Stunden
oder Tagen, wie man auf den Teilbildern des nebenstehenden Bildes erkennt.
DAS »JUPITERSYSTEM«
Als Galileo Galilei in der Nacht zum 7. Januar 1610 das erste Mal ein Fernrohr auf einen Planeten richtete, entdeckte er die vier hellsten Jupitermonde: Io, Europa, Ganymede und Kallisto. Ihm kam damals der Gedanke, dass Jupiter
und seine ihn umrundenden Monde ein kleineres Abbild des Sonnensystems sein könnten, dass sich also die Planeten, einschließlich der Erde, um die Sonne drehen und nicht die Sonne um die Erde. Auch heute noch sind – obwohl
AURORA BOREALIS
Oben sehen wir ein
Polarlicht über dem
Jupiter, das den Nordpol des Planeten wie
ein Schleier aus leuch-
wir etwa 40 Jupitermonde kennen – die so genannten Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto die intendem Gas einhüllt.
Weil das starke Magnetfeld des Jupiter die
Elektronen mit sehr
viel Energie versorgt,
leuchtet das Gas der
Atmosphäre ähnlich
wie in Leuchtstoffröhren.
WENIG BEKANNTE
E INZELHEITEN
(1–2) Der Jupiter hat
1 sehr dünne und schwache Ringe, die aus kleinen steinigen Körpern
bestehen und im Gegensatz zu denen des
bekannteren Saturnsystems kein Eis enthalten. (3) Jupiter gibt
mehr Energie ab, als er
von der Sonne erhält,
2 denn in seinem Kern
laufen Vorgänge ab, die
Energie erzeugen und
ihn auf über 20.000 °C
erhitzen. (4) Das Magnetfeld des Jupiter ist
viel stärker als das
der Erde. Seine Magnetosphäre erstreckt
sich über mehr als
3 650 Kilometer und ist
so ausgedehnt, dass
sie uns, wäre sie sichtbar, am Himmel größer erschiene als der
Vollmond!
4
✶ II–7 ✶
teressantesten. Sie sind sehr unterschiedlich. Kallisto beispielsweise hat viele große und kleine Einfallskrater; Europa
hat keine Krater, sondern eine glatte Eiskruste; Ganymed, der größer, aber masseärmer als Merkur und der größte
Mond des ganzen Sonnensystems ist, bietet einen bizarren Anblick, denn seine Oberfläche ist ein Gemisch aus dunkRIESEN UND
ZWERGE
Von den Galileischen
Monden (rechts, im
Vordergrund Io) haben
zwei etwa die Größe
unseres Mondes (der
Radius des Mondes
beträgt 1738 km, der
von Europa 1569 km,
der von Io 1815 km),
und zwei sind viel
größer, wie Kallisto
(2400 km) und Ganymed (2631 km). Sie
alle sind wahre Riesen
im Vergleich zu den
anderen Jupitermonden, die nur wenige
Dutzend Kilometer
Durchmesser haben.
S PEKTAKULÄRE
E RUPTIONEN
Die Jupitermonde
können einige Superlative für sich in Anspruch nehmen. So
besitzt Io beispielsweise den aktivsten,
heißesten und höchsten Vulkan des ganzen Sonnensystems.
Außergewöhnliche
Aufnahmen wie die
nebenstehende, die
die Sonde Galilei von
Io machte, haben es
ermöglicht, die vulkanische Aktivität und
die Kruste des Mondes im einzelnen zu
erforschen.
lem zerkratertem Gelände und sehr hellen, glatteren Gebieten, die von mäandernden Furchen durchzogen sind.
Ein Quartett auf der Suche nach Ordnung
Neben den von Galilei entdeckten Monden hat Jupiter
viele andere, von denen einige sehr unregelmäßige (unten) vermutlich Asteroiden sind, die von der starken
Schwerkraft des Planeten eingefangen wurden. Die
Bahnen von Io, Europa und Ganymed sind durch eine
Bahnresonanz gebunden, denn aufgrund der Gravitationsanziehung, die sie wechselseitig auf einander und
auf Jupiter ausüben, stehen ihre Bahnperioden in der
Beziehung 1:2:4. Deswegen braucht Europa für einen
Umlauf um Jupiter doppelt so lange wie Io und halb
so lang wie Ganymed.
SATURN
Der Saturn, der »Herr der Ringe«, ist ein Riese, der vor allem aus Wasserstoff und Helium besteht und an Größe
nur vom Jupiter übertroffen wird. Ein Jahr dauert bei ihm so lange wie 29,5 Erdenjahre, ein Tag nur 10 Stunden
und 39 Minuten, denn er dreht sich schnell um eine etwa 25 ° zur Umlaufbahn geneigte Achse. Saturn ist der
»Pfannkuchen« unter den Planeten des Sonnensystems (oben rechts). Die Abplattung rührt wie bei Jupiter von der
raschen Rotation und der geringen Dichte her, der geringsten aller Planeten. Saturn ist mit bloßem Auge zu sehen
und seit dem Altertum bekannt. Seine Berühmtheit stammt aus dem 17. Jahrhundert, als die ersten Fernrohre sein
spektakuläres Ringsystem zeigten. Weil die Bahnebenen von Erde und Saturn zueinander geneigt sind, scheinen die
Ringe fortwährend ihre Richtung zu ändern. Alle 15 Jahre, wenn die Erde die Bahnebene des Saturn durchquert,
sehen wir sie von der Seite (unten rechts). Auch die etwa 20 Saturnmonde liegen im Bereich der Ringe; die Foto-
L EBEN BEI –200 °C?
von Leben außerhalb
Der größte der Saturnmonde ist Titan, der Erde bestätigen
lassen, auch wenn
den das Bild rechts
seine Oberflächenzeigt. Titan ist ganz
in eine dichte Atmo- temperatur fast 200 °C
sphäre eingehüllt, die unter dem Gefrierpunkt liegt und er
viel Stickstoff und
Methan enthält – ähn- eine ziemlich problelich wie die Erdatmo- matische Umwelt
sphäre vor 4 Milliar- bietet. Titan ist nach
dem Jupitermond
den Jahren, als sich
die ersten organischen Ganymed der zweitgrößte Mond des SonMoleküle bildeten.
Deshalb könnten sich nensystems und gröauf Titan Hypothesen ßer als die Planeten
Merkur und Pluto.
über das Entstehen
montage links aus mehreren Aufnahmen der Sonde Voyager 1 zeigt einige von ihnen: Im Vordergrund sehen wir
Dione, unten rechts Tethys und Mimas, links Enceladus und Rhea und oben rechts Titan.
Der Herr der Ringe
Das Hauptkennzeichen des Saturn ist das ihn umgebende Ringsystem, das aus sehr vielen Steinen und Eiskristallen besteht, die
wahrscheinlich entstehen, wenn der Aufprall von Meteoritenen kleine Monde zertrümmert. Dieses Ringsystem ist nicht das einzige im Sonnensystem, mit mehr als 100.000 Kilometer Ausdehnung und einer Dicke von nur 1,5 Kilometer aber das majestätischste und hellste. Von der Erde aus sehen wir zwei gleich laufende Streifen, zwischen denen eine seit 1675 bekannte Lücke
liegt, die nach ihrem Entdecker »Cassinische Lücke« heißt. In der großen Fotomontage aus fünf zwischen 1996 und 2000 entstandenen Aufnahmen lassen sich die jahreszeitlichen Veränderungen verfolgen.
4 D ER H ERR DER Z EIT
In der griechisch-rö- Er herrschte vor
mischen Mythologie Jupiter über die Götwar Saturn der Gott ter. Seine drei Söhne
der Zeit, dessen Waffe Jupiter, Neptun und
eine große Sichel war. Pluto teilten sich die
EINE WACHSENDE
FAMILIE
Die große »Familie«
des Saturn wird
immer größer. Das
Hubble-Raumteleskop
entdeckte 1995 zwei
neue Monde (Bildfolge
rechts), und damit
stieg die Zahl der
Monde auf 22. Heute
kennen wir fast 30
Monde, und außerdem
schwirrt noch ein weiteres Dutzend umher,
wahrscheinlich Asteroiden, die durch die
starke Anziehungskraft
des Planeten eingefangen wurden.
H UNDERT
B ÄNDER
Vom Raum aus scheint
die Ringstruktur des
Saturn aus einigen
hundert Einzelringen
aus Staub, Eis und
Bruchstücken von
Meteoren zu bestehen,
die den Planeten auf
festen Bahnen umkreisen. In diesem Bild
verdeutlichen die
Falschfarben ihren
Aufbau und die unterschiedliche physikalisch-chemische
Zusammensetzung
aus Eis, Silikaten und
Eisen.
BUNTE
✶ II–8 ✶
Herrschaft über Himmel, Wasser und Tod,
jene drei, die die Zeit
nicht zerstören kann.
WASSERSTOFF WOLKEN UND
R INGE
Uranus wurde bisher
nur von einer Sonde,
Voyager 2, erforscht,
die seine Atmosphäre
1986 analysierte. Wie
dieAtmoshäre anderer
Gasplaneten besteht
sie überwiegend aus
Wasserstoff und weist
ebenfalls Wolkenbänder auf, die von starken Winden angetriebene, horizontale
Streifen bilden. Sie
haben Ähnlichkeit
mit jenen auf Jupiter
und Saturn, sind aber
weniger dicht.
FEINE
1
E INE GÖTTLICHE
S CHEIDUNG
Als zwischen Uranus,
dem Gott des Himmels, und Gaia, der
Göttin der Erde, ein
heftiger Streit entbrannte, trennte er
sich auf immer von
ihr. Seither sind Erde
und Himmel auf ewig
geschieden.
2
NEPTUN
URANUS
Eine Zufallsentdeckung
Uranus, der siebte Planet des Sonnensystems, ist 20-mal
weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Er hat einen
Durchmesser von etwa 50.000 Kilometer, und er war lange
unbekannt, weil seine Helligkeit an der Grenze der Sehfähigkeit des Auges liegt, bis Wilhelm Herschel ihn 1781
eher zufällig entdeckte. Mit Jupiter, Saturn und Neptun
gehört er zu den Gasgiganten. Wie Neptun (2) hat auch
Uranus (1) ein Ringsystem, das jedoch viel dünner und weniger dicht ist als das des Saturn, und mindestens 15 Monde, von denen die fünf größten und ihm nächsten schon
lange bekannt sind, die anderen jedoch erst von der Sonde
Voyager 2 entdeckt wurden.
D ER G OTT
M EERE
In der griechisch-römischen Mythologie
ist Neptun der Gott
der Meere, was zur
starken Blaufärbung
des Planeten passt.
DER
Wirbel. Der wichtigste dieser 1989 von
der Sonde Voyager
entdeckten Stürme
heißt »Großer Dunkler
Fleck«.
Der blaue Riese
Zwei große eisige Asteroiden
Praktisch all unser Wissen über den blauen Riesen beruht auf den Daten der
Sonde Voyager 2, die 1989 am Neptun vorbeiflog. Kürzlich machte jedoch das
Hubble-Raumteleskop sehr interessante Aufnahmen des Planeten (oben). Neptun ist ähnlich groß wie Uranus, aber 30-mal weiter als die Erde von der Sonne entfernt. Die starke Blaufärbung stammt von der mit Methangas gesättigten
Atmosphäre. Wir kennen acht Neptunmonde, die mit Ausnahme von Triton,
dessen Durchmesser 1350 Kilometer beträgt, alle von mittlerer Größe sind.
… UND PLUTO
DIE LETZTEN
GÖTTER
Pluto war der Gott der
Unterwelt und Charon
der Fährmann, der die
Seelen dorthin bringt.
Damit endet die mythologische Sicht des
Universums, denn sie
geht nicht über das
Sonnensystem hinaus.
Aber unser Planetensystem ist nur ein
Sandkorn an einem
unendlichen Strand,
dessen Grenzen wir
nicht absehen können.
✶ II–9 ✶
M ETHANSTÜRME
Wie die anderen
Riesenplaneten ist
auch Neptun gasförmig. Seine Atmosphäre zeigt Wolkenfelder,
und ähnlich wie die
Jupiters Flecken und
Der erst 1930 entdeckte Pluto ist der neunte, kleinste und äußerste Planet des Sonnensystems. Mit 3200 Kilometer Durchmesser
ist er kleiner als der Mond. Pluto ist fest, denn er besteht aus
Stein und Eis, und wegen seiner großen Entfernung von der Sonne liegt seine Temperatur immer unter –200 °C. Sein einziger
Mond, Charon, ist im Verhältnis zu seinem Planeten mit etwa
1200 Kilometer Durchmesser sehr groß. Plutos Bahn um die
Sonne ist elliptischer als die der anderen Planeten. Wegen dieser
Besonderheiten gelten Pluto und Charon auch als Doppelsystem
aus zwei großen Asteroiden, und nicht als Planet und Mond.
Das bekannteste Bild des Sonnensystems umfasst die Sonne, ihre neun Planeten und deren 100 Monde. Aber das
ist nur der innere und kleinere Teil des Ganzen. Außer Sonne, Planeten und Planetenmonden enthält das Sonnensystem sehr viele kleine Körper, nämlich Tausende von Asteroiden und etwa eine Milliarde Kometenkerne. Die Asteroiden konzentrieren sich vor allem in zwei Bereichen, dem »Asteroidengürtel« zwischen Mars und Jupiter, und
dem »Kuipergürtel« jenseits der Bahn des Pluto. Die Ausdehnung des Kuipergürtels ist noch nicht bekannt. Mögli-
Das übrige Inventar an
KOMETEN, METEOREN
K ÖRNER AUS FUNKELNDEM S TAUB
Zu den spektakulärs- sern von einem Milliten Erscheinungen am meter verdampfen. Sie
Nachthimmel gehören sind in der Umgebung
der Erde überreichlich
Meteorschauer. Sie
vorhanden und werentstehen, wenn in
den vor allem von
der Erdatmosphäre
Kometen freigesetzt,
kleine Teilchen aus
während sie ihre Bahn
Gestein, Eis und
Staub mit Durchmes- um die Sonne ziehen.
✶ II–10 ✶
K OMET, EINE RISIKOREICHE
E XISTENZ
Die mit Eis bedeckten mals nah an der
steinigen Kometenker- Sonne vorbeigehen.
Gelegentlich aber bene von einigen Kilometer Länge entstehen enden sie ihr Leben
auf dramatische Weiin der sehr fernen
Oortschen Wolke oder se, indem sie auf einen Planeten fallen.
im Kuipergürtel.
Wenn sie in die Nähe Wir hatten das Glück,
dieses sehr seltene
der Sonne gelangen,
lässt die Sonnenstrah- Ereignis im Juli 1994
lung die Teilchen der mitzuerleben, als der
Komet ShoemakerOberflächenkruste
verdampfen, die dann, Levy zunächst in
millimeterklein, aber mehrere Teile zernach Milliarden zäh- brach (2) und dann
lend, den Schweif bil- auf Jupiter stürzte (3).
den (1). Kometen verzehren sich allmählich, wenn sie mehr-
cherweise reicht er 1000-mal weiter als die Entfernung zwischen Sonne und Pluto. Der Kuipergürtel ist nicht zu
verwechseln mit der »Oortschen Wolke«, einer Kugel mit einem Radius, der mindestens 5000-mal so groß ist wie
...
2
3
Asteroiden der Größe
3 × 5 Kilometer, der
die Erde am 8. Dezember 1992 streifte.
Er hat die Form einer
Hantel und besteht
vermutlich aus zwei
Asteroiden, die einander berühren.
der Abstand zwischen Sonne und Pluto. Sie enthält mindestens eine Milliarde Kometenkerne, Ansammlungen aus
Eis und Gestein mit höchstens einigen Dutzend Kilometer Durchmesser.
Kleinplaneten, im Dunkel verloren
1
F ELSZWILLINGE
Die nebenstehenden Bilder, die mehr
Einzelheiten zeigen
als alle früheren, lieferten grundlegende
Information für die
Erforschung der
Asteroiden. Sie zeigen Toutatis, einen
Der Kuipergürtel wurde nach dem amerikanischen Astronomen niederländischer Herkunft benannt, der ihn 1951 vorhersagte. Zu ihm
gehören die ungeheuer vielen Himmelskörper, die die Sonne jenseits
von Pluto umrunden. Diese in einer dichten, unser Planetensystem
umgebenden Scheibe versammelten Miniaturwelten, die vor allem aus
Gestein und Eis bestehen, sind sehr weit von der Sonne entfernt. Analog zum bekannten Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter ist
der Kuipergürtel sowohl als »Vorratskammer« für Kometen wichtig,
als auch, weil er wie ein Labor die Erforschung der Vorgänge erlaubt,
die sich zur Zeit der Bildung der Planeten abspielten. In den letzten
Jahren hat man mit Hilfe neuer Instrumente und Beobachtungsverfahren sowohl von der Erde aus als auch aus dem Raum einige dieser
Körper auch in größerer Nähe – nur wenig jenseits des Pluto – entdeckt. Auf dem Bild oben veranschaulicht eine realistische Illustration, wie Varuna, das erste dieser 2001 entdeckten Objekte, aussehen
könnte. Mit dem beträchtlichen Durchmesser von 1000 Kilometer ist
es nur wenig kleiner als Pluto.
ALH84002,0
M ETEORITEN – S PRÖSSLINGE KOSMISCHER S TÖSSE
deren Vielfalt ihre
sind, die Erhitzung
Meteoriten (wie die
Abstammung von
durch Luftreibung
auf dem Bild oben)
unterschiedlichen
sind Überreste fester überleben und den
metallischer oder stei- Erdboden erreichen. Himmelskörpern
widerspiegelt. Ihre
niger Körper, die mit Meteoriten werden
gründliche Analyse
großer Geschwindig- nach ihrer chemischen Zusammenset- kann uns viel über
keit in die ErdatmoAufbau und Zusamsphäre eingedrungen zung unterschieden,
mensetzung jener Körper verraten, von denen sie herkommen,
so beispielsweise über
Mond und Mars.
DIE INSTRUMENTE DER ASTROPHYSIK
Im Gegensatz zur Chemie oder Physik ist die Astronomie eine Beobachtungs- und keine Experimentalwissenschaft. Seit der Zeit Galileo Galileis ist das Experiment das
Kennzeichen jeder Naturwissenschaft, also die Notwendigkeit, aufgestellte Hypothesen
zu beweisen, indem am Forschungsgegenstand Messsungen vorgenommen und im Laboratorium reproduziert werden. Ein Chemiker kann eine chemische Reaktion beliebig
oft wiederholen, um sie zu untersuchen, und ein Physiker einen Stein 1000-mal von einem Turm fallen lassen, bis er verstanden hat, welcher Bahn ein in bestimmter Höhe
losgelassener Stein folgt. In der Astronomie ist Experimentieren im eigentlichen Sinn
unmöglich, denn wir können Planeten, Sterne oder Galaxien nicht im Labor erschaffen! Zur Erforschung der Gestirne sind wir auf die Beobachtung beschränkt. All unser
Wissen über die Sterne und die anderen Himmelskörper müssen wir dem Licht und
anderer elektromagnetischer Strahlung entnehmen, die es uns gelingt einzufangen. Die
Strahlung, die uns in vielen Formen und Wellenlängenbereichen erreicht, liefert zwei
grundlegende Informationen: Erstens erfahren wir dadurch etwas über den Ort des
Himmelskörpers, was es uns ermöglicht, die Geometrie des Kosmos zu rekonstruieren.
Zweitens zeigt uns die Analyse der Strahlung, was für ein Objekt wir betrachten, woraus es besteht und wie weit es von uns entfernt ist. Durch die Beobachtung sehr vieler Himmelskörper können wir so die Gestirne typisieren und
Verbindungen zwischen den Typen finden.
VON STEINERNEN
Seit Urzeiten kennen
Menschen die Vorteile
von Sternwarten für
die Beobachtung der
periodischen Phänomene des Himmels,
also den Auf- und Untergang von Sonne und
Gestirnen, ihre Veränderungen und ihre Wiederkehr. So entstanden
steinzeitliche Anlagen
wie Stonehenge (ganz
oben), ein System riesiger Steine, gleichzeitig Kultstätte und rudimentäre Sternwarte.
Nach und nach wuchs
auch das Wissen von
den Himmelserschei-
✶ III–1✶
S TERNWARTEN ZU
nungen und ihres Nutzens, beispielsweise
für die Seefahrt. Es begann die große Zeit der
Astrolabien, wie dieses
maurischen (links), das
vermutlich um 1280 in
Granada konstruiert
wurde. Es handelte
sich um tragbare Instrumente aus Kupfer
oder Messing, mit deren Hilfe sich die
Höhe der Sonne oder
eines Gestirns über
dem Horizont bestimmen und damit Probleme der sphärischen
Astronomie rasch lösen ließen.
C OMPUTERNETZEN
Das Astrolabium war schel, der berühmte
besonders für Seefah- aus Hannover stammende englische Astrer und Astrologen
ronom, den Planeten
nützlich, mehr noch
Uranus und viele Neals für die Astronomen, für die es nicht bel entdeckte und diegenau genug war. Die ses Teleskop baute
(oben Mitte). Heutige
eigentliche wissenschaftliche Revolution Teleskope sind höchst
raffinierte Instrumenbegann im Januar
1610, als Galilei erst- te, in denen Spiegel
mit 10 Meter Durchmals ein Linsenfernmesser von Hunderten
rohr zum Himmel
Computern gesteuert
richtete (oben links).
werden. Und die
Seitdem wurden die
nächste Generation
Fernrohre fortwähder Teleskope wird es
rend verbessert und
immer größer, beson- der Größe nach mit
Bauwerken wie dem
ders im 18. Jahrhundert, als Wilhelm Her- Eiffelturm aufnehmen.
Die Instrumente der nahen Zukunft
Die wissenschaftliche Forschung kennt keinen Stillstand. Gegenwärtig haben die
besten irdischen Teleskope Spiegel mit 10 Meter Durchmesser, aber man plant neue
Instrumente mit Durchmessern zwischen 50 und 100 Meter, die im zweiten Jahrzehnt dieses Jahrhunderts einsatzbereit sein sollen. Der Grund für diese unablässige exponentiale Zunahme der Größe von Teleskopen ist nicht der Größenwahnsinn
der Forscher, sondern die Notwendigkeit, immer mehr Licht zu sammeln, um die
Information zu analysieren, die aus immer schwächeren Quellen zu uns gelangt. In
dem Bild oben sehen wir eine Rekonstruktion des zukünftigen Teleskops OWL
(Eule) das derzeit von der ESO, der Europäischen Südsternwarte, geplant wird.
OWL soll über einen Spiegel verfügen, der einen Durchmesser von 100 Metern hat,
indem Hunderte von 2-Meter-Spiegeln gleichzeitig ausgerichtet werden. Es wird Signale empfangen und analysieren können, die von Sternen und Galaxien stammen,
deren Leuchtkraft 10.000-mal schwächer ist als die der bislang beobachteten. Von
2015 an, dem Jahr, in dem OWL in Betrieb genommen werden soll, wird die Astrophysik eine wichtige »Waffe« für die Untersuchung beispielsweise der Planeten anderer Sonnensysteme oder sehr ferner Sterne und Galaxien haben, und den Raum
und damit auch die Zeit in der Nähe des Ursprungs des Universums erforschen.
E IN EINFACHES , ABER
Zur »Messung« der
Himmelserscheinungen braucht es nicht
viel. In den vergangenen Jahrhunderten haben Reisende die Zeit
nachts mit einem rudimentären Bleilot gemessen. Sie nutzten
dabei, dass sich der
sichtbare Himmel auf
der Nordhalbkugel um
den Polarstern zu drehen scheint. Wenn die
Hand, die den Faden
hält, den Polarstern
bedeckt, sind die anderen Sterne des Kleinen
Wagens wie Uhrzeiger,
deren Abstand vom Lot
die Stunde anzeigt.
WIRKSAMES
I NSTRUMENT
DAS LICHT UND ANDERES
Die vier Giganten
F ERN DER M ENSCHEN
Die Beleuchtung un- tes Problem. Die für
serer Städte wird im- die astrophysikalische
mer heller. Diese Tat- Forschung benutzten
sache, die das Alltags- Teleskope werden immer größer, um mehr
leben offensichtlich
erleichtert, bedeutet Licht einfangen zu
für die Himmelsbeob- können, und die Inachtung ein sehr erns- strumente, die die
Daten der Teleskope
analysieren, immer
empfindlicher: Das
auf dieser Seite abgebildete VLT würde
bemerken, wenn auf
dem Mars ein Streichholz angezündet wird!
Wir beobachten den Himmel von der Erde oder vom Raum aus. Seit 25 Jahren
Das Bild rechts zeigt das gegenwärtig größte astronomische Observatorium. Es handelt sich um das VLT (Very Large Teleskop), ein System von
vier Teleskopen, deren Spiegel je 8,2 Meter Durchmesser haben. Dieses
Teleskop wird von ESO, der Europäischen Südsternwarte, betrieben und
steht auf dem mehr als 2000 Meter hohen Cerro Paranal in Chile. Die
vier Teleskope können jedes für sich arbeiten; wenn sie gleichzeitig eingesetzt werden, entspricht das mit Hilfsgeräten kombinierte Ergebnis
dem eines Teleskops mit 167 Meter Durchmesser. Die großen Spiegel der
einzelnen VTL-Teleskope haben ein Gewicht von 50 Tonnen und dienen
nur dazu, so viel Licht wie möglich aufzufangen. Das empfangene Lichtsignal wird von optischen Hilfsinstrumenten in eines der vielen Geräte für
die qua-litative oder quantitative Analyse eingegeben, mit denen die
Teleskope ausgestattet sind.
Deshalb stehen die
modernsten Observatorien heute an
Orten, die, wie die
Höhen der chilenischen Anden, sehr
weit von der Zivilisation entfernt sind.
RADIOWELLEN
INFRAROTLICHT
GAMMASICHTBARES ULTRAVIOLETT- RÖNTGENSTRAHLUNG STRAHUNG STRAHULNG
LICHT
ermöglicht es die Raumfahrt, oberhalb der Atmosphäre an Bord künstlicher
Satelliten astronomische Beobachtungen anzustellen. Heutige Teleskope sind
auf die Vermessung vieler unterschiedlicher Wellenlängenbereiche spezialisiert
und können alle Farben und Phänomene des Himmels wahrnehmen. Auch die
erdgebundene Astronomie machte unglaublich rasche und wichtige Fortschritte, was technologischen Entwicklungen in unterschiedlichsten Bereichen zu
verdanken ist – von der Steuerelektronik bis zu immer schnelleren und leistungsfähigeren Rechnern, von der Raffinesse feinmechanischer Präzisionsinstrumente bis zur Systemsteuerung und Optik. Ein modernes Observatorium
unterscheidet sich gewaltig von einer Sternwarte aus den sechziger Jahren des
letzten Jahrhunderts. Damals beruhte die Funktionsfähigkeit wesentlich auf
Optik und der Mechanik. Die heutigen Instrumente stehen an immer abgelegeneren Orten, weil die Luftunruhe die sehr empfindlichen Instrumente stört.
1999
Teleskope der jüngsten Generation, wie jene auf dieser Seite, sind Instrumente, die Dutzende von Computern benötigen, die das Teleskop fortwährend über-
1994
1991
wachen und mittels vieler Subsysteme auch winzigste Störungen in Echtzeit
korrigieren. Um eine Vorstellung von der Kompliziertheit zu geben, die Teleskope mit »aktiver Optik« erreichen, sei das VLT hier links genannt: Ein raffiniertes System von Steuerungsmechanismen hält den Spiegel in der optimalen Position, und die Lichtkollektoren, die Durchmesser von mehreren Metern und
6
ein Gewicht von einigen Dutzend Tonnen aufweisen, stellen sie mehrmals in
der Sekunde auf Bruchteile von Millimetern genau ein.
5
1
2
3
4
In zehn Jahren von Europa in die Anden
Die Abbildungen oben erzählen die »Geschichte« eines der vier Teleskope des VLT.
Der Bau war kein einfaches Unterfangen. Das Glas für den mehr als 8 Meter großen Hauptspiegel wurde in besonderen Behältern geschmolzen, in denen man das
Rohmaterial monatelang erhitzte und rührte, damit es so homogen und seine Form
der endgültigen so ähnlich wie möglich würde. Die Abkühlung des geschmolzenen
Glases erforderte weitere Monate der Wartung und des Wartens (1). Nach der entscheidenden Bearbeitung wurde der Spiegel per Schiff von Europa nach Südamerika und dort mit Spezialfahrzeugen (2) zum Observatorium gebracht, wo das Metallgerüst des eigentlichen Teleskops, die so genannte Montierung (3), schon vorbereitet war. Die folgenden drei Bilder (4, 5, 6) zeigen Arbeitsphasen beim Aufstellen
der vier Teleskope auf dem Cerro Paranal. Neben dem Teleskop sind besonders die
Instrumente wichtig, die das von den Spiegeln eingefangene Licht analysieren.
Rechts sehen wir eines der wichtigsten Instrumente des VLT, einen Spektrografen,
der Licht quantitativ analysiert und beispielsweise herausfinden hilft, ob ein Stern
um sich selbst rotiert oder ob eine Galaxie sich uns nähert.
✶ III–2 ✶
R ADIOSIGNALE
Neben der sichtbaren
Strahlung empfangen
wir auf der Erde auch
Radiosignale, wie sie
von vielen Himmelskörpern ausgesandt
werden. Diese Signale
werden mit Hilfe von
Radioteleskopen auf-
gefangen, Instrumenten, die nach einem
sehr einfachen Prinzip
gebaut sind und analog zu optischen Teleskopen arbeiten, in
der Praxis jedoch sehr
komplex sind. Ein
Radioteleskop besteht
typischer-, aber nicht
notwendigerweise aus
einem Paraboloid, das
wie ein Teleskopspiegel Strahlung auffängt
und an die Antenne
leitet, die als Empfänger dient. Von dort
wird die Strahlung zu
einem komplizierten
elektronischen Apparat weitergeleitet, der
sie untersucht, und
herausfindet, wo sich
die Quelle befindet
und welche Kennzeichen sie hat.
M ETALLOHREN HORCHEN AM H IMMEL
fenheit vorenthält.
Auf der Erde können lung blockiert. Das
wir nur einen kleinen hat offenbar Vorteile Um den gesamten
Wellenlängenbereich
Teil der von Himmels- für das Leben auf
körpern ausgesandten der Erde, jedoch den untersuchen zu könelektromagnetischen Nachteil, dass es uns nen, müssen wir astronomische ObservaWellen auffangen, weil grundlegende Information über die Him- torien auf künstliche
die Erdatmosphäre
Satelliten montieren
einen großen Teil der melskörper und die
in ihnen ablaufenden und über die AtmoStrahlung, nämlich
physikalischen Prozes- sphäre hinausgehen.
Röntgen-, Gammaund Ultraviolettstrah- se und ihre Beschaf-
TEILCHEN AUS DEM RAUM UND SELTSAME TELESKOPE
In den vergangenen 30 Jahren hat die Beobachtung des Himmels vom Raum aus ungeheure Fortschritte gemacht und den Zugang zu einer Vielfalt von Signalen eröffnet, die Himmelskörper im Bereich zwischen Radio- und Röntgenwellen aussenden. Bis dahin hatten
wir zu ihnen keinen Zugang, weil die Atmosphäre sie absorbiert und nicht auf die Erde gelangen lässt. Wir verdanken es den außerordentlichen Errungenschaften der Raumfahrt und
der dafür entwickelten Technologie: Sehr widerstandsfähiges und federleichtes Material,
die Miniaturisierung der Elektronik, die es erlaubt, Kapazität und Intelligenz von Milliarden Transistoren auf wenigen Quadratzentimetern unterzubringen, und immer bessere und
genauere Steuerverfahren für Satelliten und Raumstationen. All dies ermöglicht Raumflüge
an der Grenze des Fantastischen, wie die Annäherung an einen Kometen, die der Sonde Gi-
E IN
URALTES
G EHEIMNIS
WIRD GELÜFTET
Philosophen wie Aristoteles und Naturwissenschaftler wie Galilei hatten völlig irrige
Vorstellungen von der
Natur der Kometen.
Die europäische Sonde Giotto enthüllte
das Geheimnis, das
die Menschen seit
Jahrtausenden faszi-
niert, als sie sich
dem Kometen Halley
1986 bis auf wenige
Dutzend Kilometer
näherte und Aufnahmen vom Kern machte, die einen »schmutzigen Schneeball«
zeigten, einen eisigen
Stein mit einigen Kilometern Durchmesser.
otto gelang, oder sogar Landungen, damit Proben entnommen und analysiert werden können, wie die der Sonde Rosetta. Mit derselben Technologie können wir auch unter der Erdkruste forschen, dem besten Ort, um mit höchst außergewöhnlichen Instrumenten Elementarteilchen zu untersuchen, die von der Sonne oder aus den Tiefen des Weltraums kommen.
Dies liefert wertvolle Informationen über die Geschichte der Sterne und der Galaxien.
A NTENNEN UND R AUMTELESKOPE
Z UKUNFT
Spiegel ist doppelt
Die Beobachtung
1
so groß wie der des
aus dem Raum birgt
Hubble-Raumtelegegenüber der erdskops, dem wir viele
gebundenen außerAufnahmen in diesem
ordentliche Vorteile,
Buch verdanken.
weil die ErdatmoRadioteleskope im
sphäre einen großen
Raum (2) haben den
Teil der Strahlung
großen Vorteil, dass
der Himmelskörper
absorbiert. Deswegen sie mit Radioteleskowerden trotz enormer pen auf der Erde so
zusammenarbeiten,
Kosten und großer
als ob es sich um ein
technischer Schwierigkeiten immer grö- Teleskop handeln
ßere und vielseitigere würde. Damit verfügen wir über ein
Raumobservatorien
Instrument, dessen
geplant. So soll im
Jahr 2006 das James- Schüsseldurchmesser
Webb-Teleskop (1) der so groß ist wie die
Neuen Generation in Umlaufbahn des Satelliten um die Erde (3). 2
Betrieb gehen. Sein
DER
Moderne Kunst oder Teleskop?
VOM H IMMEL » REGNET « EINE V IELFALT VON T EILCHEN
trifft, wo in jeder Mi- 1932 systematisch
etwa 1000 KernteilVon der Sonne und
chen pro Sekunde pro nute pro Quadratme- untersucht, als Bruno
auch aus dem interRossi sie in bahnbreter bis zu 1.000.000
stellaren Raum gelangt Quadratmeter, der
Kernteilchen aller Ar- chenden Experimenauch so genannte kos- eine wahre Lawine
ten in Florenz entten entstehen. Diese
mische Strahlung zur auslöst, wenn er auf
deckte (rechts).
Erde – ein Strom von die obere Atmosphäre Strahlung wird seit
✶ III–3 ✶
Die Detektoren für Signale aus dem Kosmos haben
gelegentlich so bizarre Formen wie der Detektor Borexino. Er hat einen Durchmesser von mehreren
Metern und soll Sonnenneutrinos auffinden, flüchtige ungeladene Teilchen, die von der Sonne kommen
und entscheidenden Aufschluss über die Kernreaktionen in Sternen geben könnten. Um das Gerät von
jeder möglichen Interferenz mit anderer Strahlung
aus dem Kosmos abzuschirmen, wurde es im mittelitalienischen Gran-Sasso-Massiv in einem unterirdischen Tunnel aufgestellt.
3
DIE STERNE … nah und fern, klein und groß
Trotz der Unmenge heute zugänglicher Information
sind viele unserer Vorstellungen von den Sternen immer noch der antiken Kosmologie verhaftet – ernsthaften ersten Versuchen, das dem bloßem Auge Sichtbare zu erklären und verstandesmäßig zu begreifen.
Ein typisches Beispiel für diese naiven Überzeugungen bieten die Sternbilder. Im Lauf der Zeit haben
wohl alle Kulturen, die die Erde bevölkerten, in einigen »scheinbaren«
Sterngruppen mythologische Gestalten erkennen wollen. Zwischen den
Sternen eines Sternbilds besteht gewöhnlich keinerlei physikalischer
Zusammenhang, denn es handelt sich lediglich um einen perspektivischen
Effekt, der uns scheinbar weit entfernte Sterne nebeneinander sehen lässt.
Diese Seite zeigt ein typisches Beispiel.
Die Sterne des oberen Bildes, zur Verdeutlichung mit Strichen verbunden,
stellten für die alten Griechen den großen
Jäger Orion dar, den Apoll aus Eifersucht
tötete. Ein heutiges Kind sieht darin jedoch die ihm sicherlich sympathischere
Schaukel eines Karussels.
Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel
In einer klaren und mondlosen Nacht und weitab von künstlichem
Licht erscheint uns der Himmel als dunkler, mit unzähligen Sternen
übersäter Teppich. In Wirklichkeit können wir mit bloßem Auge nur
etwa 4000 bis 6000 Sterne nach Ort und scheinbarer Leuchtkraft unterscheiden, also gar nicht besonders viele. Nebenstehend sehen wir den
Sternenhimmel und eines der Teleskope des Observatorium des Nordhimmels auf den kanarischen Inseln, einem der besten astronomischen
Beobachtungsorte der Welt. Der große Stern oben rechts ist Sirius, einer der hellsten Himmelskörper.
Größe der Sterne
Größe der Erdumlaufbahn
Größe der Jupiterbahn
W INZLINGE UND
Sterne haben ganz
unterschiedliche
Massen und Größen.
Oben sehen wir zwei
Sterne an den äußeren
Enden des Bereichs
der Variabilität. Der
kleine Punkt in der
Mitte ist der Stern
Gliese 229B, der 1995
als erster »brauner
Zwerg« direkt be-
DER NÄCHSTE
STERN IST SEHR
FERN!
Ein besonders wichtiger Parameter, den es
bei Himmelskörpern
zu bestimmen gilt, ist
ihre Entfernung. Die
direkte Messung der
Verschiebung oder
Parallaxe der nächsten
Sterne gegenüber ferneren im Lauf eines
Jahres ist nur bei den
etwa 100 nächsten
Sternen möglich. Der
Raum zwischen den
Sternen ist ungeheuer
groß. In einem Maßstab, in dem der
Abstand von der Erde
zur Sonne einen Meter
beträgt, wäre der äußerste Planet, Pluto, 40
Meter entfernt, der
uns nächste Stern, Proxima Centauri, jedoch
gut 200 Kilometer.
✶ III–4 ✶
R IESEN
obachtet wurde. Dieser Himmelskörper
gehört mit einer Masse von weniger als
10 % der Sonnenmasse, 100.000 mal weniger Leuchtkraft und
mit einem Durchmesser von lediglich dem
20-fachen des Planeten Jupiter zum Typ
der kleinsten uns be-
kannten Sterne. Links
davon sehen wir Betelgeuze, was auf Arabisch »Schulter« bedeutet – einen sehr
leuchtkräftigen roten
Überriesen mit etwa
800-fachem Sonnendurchmesser, der zum
Sternbild Orion gehört.
Alpha Centauri A & B
Proxima
Centauri
m
0k
.0 00
m
0
0k
0.0
.00
0
.0 00
.00
.20
00
41
0.0
0
.9
39
Sonne