Layout-17.indd 2 11/10/2013 18:15
Werbung
Layout-17.indd 2 11/10/2013 18:15 Messier 15 Messier 15 ist ein Kugelsternhaufen – eine kugelförmige Ansammlung alter Sterne, die sich alle aus derselben Gaswolke gebildet haben – wie man sie beispielsweise in den Außenbereichen der Milchstraße findet. Er ist einer der dichtesten bekannten Kugelsternhaufen und auch der erste Kugelsternhaufen, bei dem ein planetarischer Nebel entdeckt wurde. Der planetarische Nebel namens Pease 1 ist in dieser Aufnahme als ein kleiner blauer Klecks zu erkennen, der sich links unten vom Zentrum des Kugelsternhaufens befindet. Layout-17.indd 3 11/10/2013 18:15 Layout-17.indd 4 11/10/2013 18:15 Hubble Das Universum im Visier Oli Usher und Lars Lindberg Christensen Grafik und Layout von André Roquette und Edward Challis Aus dem Englischen übersetzt von Micaela Krieger-Hauwede WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA 1 Layout-17.indd 1 11/10/2013 18:15 Hubble. Das Universum im Visier Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung. Autoren Oli Usher ESA/Hubble ESO/ESA/ST-ECF Karl-Schwarzschild-Str. 2 85748 Garching [email protected] Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar. Lars Lindberg Christensen ESA/Hubble ESO/ESA/ST-ECF Karl-Schwarzschild-Str. 2 85748 Garching [email protected] Design and Layout André Roquette & Edward Challis ESO & ESA/Hubble Garching bei München, Germany © 2014 Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Print ISBN: 978-3-527-41208-2 Druck und Bindung Himmer AG, Augsburg, Deutschland Gedruckt auf säurefreiem Papier Übersetzung Micaela Krieger-Hauwede, Leipzig [email protected] Titel: Eine Fotomontage, die das Rücken: Die Sombrerogalaxie Weltraumteleskop Hubble bei der Beobachtung Das Markenzeichen der Sombrerogalaxie ist ein des Tarantelnebels zeigt hell leuchtender weißer bauchiger Kern, der von Dieses Sternentstehungsgebiet liegt in der Großen den dichten Staubstraßen umgeben ist, die die Magellanschen Wolke, einer kleinen Nachbargalaxie Spiralstruktur der Galaxie ausmachen. Von der Erde der Milchstraße. Sie beherbergt viele Extreme wie aus blicken wir fast genau über die Kante auf die Supernovaüberreste und den schwersten Stern, der Galaxie. Diese helle Galaxie heißt Sombrerogalaxie, jemals beobachtet wurde. Der Tarantelnebel ist der weil sie an den breitkrempigen und hohen hellste Nebel seiner Art in der lokalen Gruppe. mexikanischen Hut erinnert. 2 Layout-17.indd 2 11/10/2013 18:15 Oli Usher Für Sarah, die mich daran erinnerte, dass Abgabetermine und Bücher zwei Dinge sind, die man mit Respekt behandeln sollte. Lars Lindberg Christensen Für die unbekannten Helden der NASA und der ESA, die Hubble zu einem Erfolg machten. 3 Layout-17.indd 3 11/10/2013 18:15 Inhalt Der Galaxienhaufen Abell 1703 Abell 1703 besteht aus über einhundert verschiedenen Galaxien, die gemeinsam wie ein leistungsstarkes kosmisches Teleskop bzw. eine Gravitationslinse wirken. So lenkt dieser massereiche Galaxienhaufen im Vordergrund (der aus den gelben vorwiegend elliptischen Galaxien besteht, die über die Aufnahme verstreut sind) das Licht in einer Weise ab, die die Bilder entfernterer Galaxien streckt und ihre Helligkeiten verstärkt. Im Zuge dessen werden die Formen dieser Galaxien zerstört und jeweils mehrere bananenförmige Abbilder erzeugt. 4 Layout-17.indd 4 11/10/2013 18:16 Vorwort 6 Einleitung 8 1 Anfänge 10 2 Das Raumschiff Hubble 20 3 Hubbles Sicht 28 4 Planeten 38 5 Sterne & Nebel 54 6 Galaxien 84 7 Schwarze Löcher 110 8 Der dunkle Kosmos 126 9 Optische Täuschungen 144 10 Zukunft 154 A1 Hubbles Zeitstrahl 164 A2 Hubbles Sternstunden 166 Bildnachweise 167 Über die Autoren 170 5 Layout-17.indd 5 11/10/2013 18:16 Vorwort Fast ein Viertel Jahrhundert ist es nun her, dass Über die Jahre ist Hubble zu einem festen Im Mittelpunkt all dieser Aktivitäten steht das das Weltraumteleskop Hubble von der Startplatt- Bestandteil der Popkultur geworden. So finden Space Telescope Science Institute in Baltimore form des Kennedy Space Centers abhob. Trotz nun einige der berühmtesten Aufnahmen des in den USA. Bis vor kurzem gab es daneben in eines holprigen Starts haben die Errungenschaf- Teleskops weitreichende Beachtung, indem sie Deutschland auch das Space Telescope Euro- ten dieses Teleskops jede Erwartung übertroffen. im Fernsehen, auf Plattenhüllen, in Zeitungen und pean Coordinating Facility in München. Über die in Computerspielen auftauchen. Dies bestätigt Jahre haben die Mitarbeiter der NASA und der Vor dem Start von Hubble hatten die Astrono- sowohl die Schönheit von Hubbles Aufnahmen European Space Agency (ESA) an diesen beiden men noch nie einen Exoplaneten zu Gesicht als auch die faszinierende Wissenschaft, die sich Instituten eine sehr große Rolle im Hinblick darauf bekommen, war ihnen das Alter des Universums dahinter verbirgt. gespielt, die Wissenschaft voranzutreiben und nicht genau bekannt und konnten sie noch Hubbles Entdeckungen der breiten Öffentlichkeit nie eine Galaxie aus der Frühzeit des Kosmos Seit zwei Jahrzehnten produziert Hubble beste beobachten. Wissenschaft. Pro Tag erscheinen im Durch- nahezubringen. schnitt zwei neue Untersuchungen, die sich Mehr als zwei Jahrzehnte nach seinem Start Hubble hat unser Wissen über das Universum in auf die Beobachtungen des Weltraumteleskops bleibt Hubble der Goldstandard der optischen einem Maße verändert, wie es wohl sonst kein Hubble stützen. Astronomie, was die Kritiker und Skeptiker anderes wissenschaftliches Gerät erreichen kann. widerlegt, die das Teleskop nach seinem Start Beobachtungen mit Hubble sind für Astronomen als einen Fehler brandmarkten. hart umkämpft. Jedes Jahr sind die BeobachUnd es ist noch immer erfolgreich! Als die Raum- tungszeiten überbucht, und nur die allerbesten Gegenwärtig gibt es keine Anzeichen dafür, fähre Atlantis dem Weltraumteleskop Hubble wissenschaftlichen Projekte haben überhaupt dass der Strom von Hubbles Entdeckungen und im Jahr 2009 einen letzten Besuch abstattete, eine Chance, eine der Zeiten zu ergattern. Astro­ Hubbles Aufnahmen in absehbarer Zeit versiegen wurden neue Kameras und Spektrometer instal- nomen in aller Welt konkurrieren um Hubbles könnte. liert, die es auf den neuesten Stand der Technik Beobachtungszeit, weil sie wissen, dass es für brachten. Und mit zunehmender Reife liefert das viele Bereiche der Astronomie nirgends ein ande- Observatorium nun Aufnahmen, die schärfer, res Observatorium gibt, das Hubble übertreffen ergiebiger und bemerkenswerter sind als jemals könnte. zuvor in seiner Geschichte. So möge es noch lange bleiben. Antonella Nota ESA Hubble Project Scientist & Mission Manager Space Telescope Science Institute, August 2013 NGC 5189 Diese eindrucksvolle Aufnahme zeigt den planetarischen Nebel NGC 5189. Seine Form erinnert an einen Rasensprenger. Die Materie wird von dem zentralen Stern ausgestoßen, der bei seiner Rotation taumelt. 6 Layout-17.indd 6 11/10/2013 18:16 Layout-17.indd 7 11/10/2013 18:16 Einleitung Dieses Buch entführt Sie auf eine Reise durch Die Astronomie ist ein Feld, das sich kontinuierlich Schwarzen Löchern in den Zentren vieler dieser das Universum, wie es den Augen von Hubble verändert. In diesem Buch konzentrieren wir uns Galaxien ist der Ausgangspunkt von Kapitel 7. erscheint. auf einige ausgewählte Themen der modernen Das Motiv der Dunkelheit setzt sich in Kapitel 8 Astronomie, illustriert durch eine Auswahl neuerer fort, wo wir den Dunklen Kosmos besuchen – die Kein anderes Teleskop ist jemals mit einem Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble – die unsichtbare Materie und die unsichtbare Energie, breiteren Spektrum wissenschaftlicher Ziele und zum Teil außerhalb der wissenschaftlichen Zeit- die dem Universum seine Struktur verleihen. wissenschaftlicher Instrumente in den Weltraum schriften noch nie veröffentlicht wurden – und aufgebrochen. Und kein anderes Bodenteleskop einige kaum gesehene verborgene Schätze aus In Kapitel 9 nehmen wir spielerisch einige der kann mit Hubbles gestochen scharfer Bildqualität Hubbles wissenschaftlichen Archiven. verwirrenden optischen Täuschungen unter die und der unvergleichlichen Sicht auf den gesamten Himmel mithalten. Lupe, die Hubble auf seiner Reise abgebildet Nachdem wir uns in Kapitel 1 mit Hubbles hat, darunter „Kollisionen“, die in Wirklichkeit gar Geschichte, in Kapitel 2 mit seiner Technologie keine sind, „Sterne“ die nur vorgeben solche zu Nehmen Sie fast ein Viertel Jahrhundert durch- und in Kapitel 3 mit seiner Sicht vertraut gemacht sein und alte Sterne, die sich als Jugendliche gehender Beobachtungen hinzu, und es wird haben, beginnen wir unsere Reise durch den verkleiden. Sie nicht überraschen, dass Hubbles Fotoalbum Kosmos vor unserer Haustür. des Universums einmalig ist. Angefangen von Zum Abschluss unserer Rundreise durch das den Planeten des Sonnensystems bis hin zu der Schon vor dem Start des Weltraumteleskops Universum wagen wir in Kapitel 10 einen Blick Struktur von Galaxienhaufen auf halbem Wege Hubble wussten wir eine ganze Menge über die in die Zukunft. Hubble hat eine unglaublich durch das Universum, hat uns das Weltraum- Planeten, doch Hubble hatte uns immer noch vie- produktive wissenschaftliche Karriere hingelegt, teleskop Hubble wohl mehr über den Kosmos les beizubringen. Von der Entdeckung der Monde und weitere Jahre sollten darin folgen. Dennoch beigebracht als jedes andere wissenschaftliche um Pluto bis hin zur Beobachtung der Welten um schauen Wissenschaftler und Ingenieure schon Gerät, das jemals gebaut wurde. andere Sonnen erzählt Kapitel 4 die Geschichte heute nach vorn und auf eine neues, noch größe- von Hubble und den Planeten. res Weltraumteleskop, das sie in einigen Jahren Während seiner Zeit in der Umlaufbahn hat Hub- starten wollen. ble mehr als eine Million Beobachtungen aufge- In Kapitel 5 machen wir uns auf den Weg zu den zeichnet. Viele davon sind eher wissenschaftliche Sternen und Nebeln unserer Galaxis, wobei wir Messungen als Bilder, und viele der Bilder sind die Geburt und das Schicksal der Sonne mit nur für Wissenschaftler interessant. Dennoch betrachten. In Kapitel 6 wagen wir uns noch Oli Usher bleiben buchstäblich Tausende attraktive Bilder weiter hinaus zu den Milliarden fremden Galaxien, London, September 2013 des Kosmos zur Auswahl, die ausreichen, um die das Universum bevölkern, darunter die ent- viele Bücher zu füllen. fernteste Galaxie, die jemals beobachtet wurde. Lars Lindberg Christensen Hubbles Entdeckung von supermassereichen Garching bei München, September 2013 Wir wünschen Ihnen eine angenehme Reise. Der Ringnebel Diese Aufnahme zeigt die effektvolle farbige Gestalt des Ringnebels. Sie enthüllt eine komplexe Struktur, die in früheren Aufnahmen nur zu erahnen war. Anhand dieser Aufnahme konnten Wissenschaftler ein dreidimensionales Modell des Nebels konstruieren – das die wahre Gestalt dieses eindrucksvollen Objekts zeigt. 8 Layout-17.indd 8 11/10/2013 18:16 Layout-17.indd 9 11/10/2013 18:16 1 10 Layout-17.indd 10 11/10/2013 18:16 Anfänge Das Weltraumteleskop Hubble wurde im Jahr 1990 gestartet. Damit öffnete sich das Kapitel seiner wissenschaftlichen Entdeckungen. Hubbles Geschichte jedoch begann schon lange bevor die Raumfähre Discovery an einem trüben Aprilmorgen abhob, nämlich fast ein Vierteljahrhundert zuvor. Seit Jahrhunderten dienen Teleskope als Werk- nur zwei Jahrzehnte, nachdem sich überhaupt So entstammen die Technologien, die man zeuge der astronomischen Forschung, manch das erste Motorflugzeug mühsam für ein paar braucht, um Objekte in den Weltraum zu bringen, ausgeklügelte Instrumente zur Vermessung des Flugsekunden von der Startbahn erhoben hatte. keiner friedlichen wissenschaftlichen Forschung. Himmels sind noch älter. Unbestritten gilt die Zugegeben, die Luftfahrt hatte sich in diesen Die unglückseligen Vorgänger der heutigen Welt- Astronomie als erste Naturwissenschaft, deren 20 Jahren mit den ersten Atlantikflügen und der raumraketen sind von Deutschland im Zweiten Wurzeln weit über 2000 Jahre in das alte Babylon Gründung der ersten Fluggesellschaften sprung- Weltkrieg entwickelte ballistische Raketen, die und nach Griechenland zurückreichen. haft entwickelt. Aber auch wenn sich die vorderste von den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion Front der Luftfahrt nach vorn verschoben hatte, während des Kalten Krieges als Teil ihrer Atom- Weitaus jünger ist hingegen der Gedanke, ein so gehörte Oberths Zeit doch immer noch zu waffenprogramme weiterentwickelt wurden. Teleskop mithilfe einer Rakete in den Weltraum dem Zeitalter der Doppeldeckerflugzeuge aus zu bringen. Holz und Baumwollstoff, der Luftschiffe und der Mit der ersten Umrundung unseres Planeten Flugboote – und nicht zu dem der glänzenden durch den Sputnik im Jahr 1957 fand diese Raketen aus Stahl. Kriegstechnologie endlich eine friedliche Nut- Die ersten, uns bekannten ernsthaften Vorschläge stammen aus den 1920er Jahren und gehen auf zung. Gleichzeitig erwies sich damit, dass die den deutschen Raketenpionier Hermann Oberth Tatsächlich sollte es noch weitere drei Jahrzehnte Raumfahrt mehr als eine theoretische Möglichkeit zurück. Sogar zu seiner Zeit hatten solche Pläne dauern, bis es der Menschheit gelang, sich aus war. eher etwas von Science-Fiction als von strenger der Umklammerung der Erde zu lösen, und der Wissenschaft, denn Oberths Vorschläge folgten Weg in den Orbit sollte ein ungeheuer zerstöre- Das Zeitalter der Weltraumfahrt hatte begonnen. rischer sein. Hubble auf dem Weg in den Weltraum Die Raumfähre Discovery hebt am Morgen des 24. April 1990 vom Kennedy Space Center in Florida zur Mission STS-31 ab — dem Start des Weltraumteleskops Hubble. 11 Layout-17.indd 11 11/10/2013 18:16 Pioniere der Weltraumastronomie Nachdem die Raumfahrt im Jahr 1957 Realität Beginn des Zeitalters der Weltraumfahrt geworden war, konnte man der Idee, ein Welt- Mit seinem Start im Oktober 1957 läutete der Sputnik raumteleskop in den Orbit zu bringen, nur schwer das Zeitalter der Weltraumfahrt ein. Er trug keine widerstehen, denn die Atmosphäre ist des Astro- wissenschaftliche Nutzlast und war kaum mehr nomen größter Feind. als ein Machbarkeitsnachweis. Allerdings bewies Millionen oder sogar Milliarden Jahre lang durchquert das Licht das Universum ungestört. Bevor er, dass es technisch möglich war, einen Satelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen. Außerdem löste er das Weltraumrennen zwischen den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion aus. Weniger als zwölf Zur Zeit des Sputnikstarts hatte die Idee, den es aber unsere Teleskope erreicht, durchquert es Weltraum vom Weltraum aus zu beobachten, dann in den letzten Mikrosekunden die turbulente, bereits angefangen Gestalt anzunehmen. trübe und schwer vorhersagbare Atmosphäre. Im Jahr 1946 machte sich der amerikanische Wis- Das Funkeln der Sterne am Nachthimmel, das senschaftler Lyman Spitzer an die Entwicklung durch die Bewegung der Luft in der oberen Atmo- realistischerer Pläne für ein Weltraumteleskop sphäre entsteht, ist die sichtbarste Auswirkung weit oberhalb der störenden Einflüsse der der Atmosphäre auf das Sternenlicht, aber bei Atmosphäre. Der im Jahr 1946 noch junge Uni- Weitem nicht die einzige. Staub und Feuchtigkeit versitätswissenschaftler sollte über die folgenden in der Luft verstärken den Schimmereffekt der verursacht, aber schlecht für die Astronomen, weil Jahrzehnte eine Schlüsselfigur bei der Entwick- Turbulenz, sie absorbieren oder verändern die diese Absorption ihre Forschungen über junge lung des Hubble-Projekts bleiben – schließlich Farbanteile des Lichts, die Wissenschaftlern sonst und heiße Sterne behindert, die im ultravioletten sollte ein weiteres Weltraumteleskop nach ihm so viel über die Eigenschaften astronomischer Bereich hell leuchten. Die Feuchtigkeit absorbiert benannt werden. Das im Jahr 2003 gestartete Objekte verraten. Die Ozonschicht absorbiert infrarotes Licht, das aufgrund seiner speziellen Weltraumteleskop Spitzer beobachtet das Uni- ultraviolettes Licht – das ist gut für die meisten Eigenschaften oft die einzige Möglichkeit bietet, versum im Infrarotbereich des Lichts. von uns, weil ultraviolettes Licht Hautkrebs durch Staubnebel hindurch zu sehen. Jahre später sollte Neil Armstrong seinen „kleinen Schritt“ auf die Oberfläche des Mondes machen. Das hier dargestellte Modell ist im Nationalen Luft- und Raumfahrtmuseum in den USA ausgestellt. 12 Layout-17.indd 12 11/10/2013 18:16 Die störenden Einflüsse der Atmosphäre hinter sich lassen Diese beiden Bilder der Galaxie NGC 2442 (der Fleischerhaken-Galaxie) verdeutlichen den großen Unterschied zwischen Beobachtungen vom Boden aus und denen aus dem Weltraum. So stammt die Aufnahme links von dem 2,2 m-Teleskop MPG/ESO am La Silla Observatorium in Chile und ist weniger detailreich. Die Aufnahme oben stammt vom Weltraumteleskop Hubble. Sie zeigt viele Details mit klar definierten einzelnen Sternen und Nebeln. Der Unterschied liegt nicht am Teleskop, denn beide Teleskope haben eine ähnliche Größe und sind mit Detektoren auf dem letzten Stand der Technik ausgestattet. Aber selbst an einem der besten Beobachtungsorte der Welt reduziert die Atmosphäre über ihm die Aufnahmequalität beträchtlich. So einfach sind die Dinge natürlich nicht ganz. Bodenteleskope können oft ein weiteres Sichtfeld (wie links zu erkennen) darstellen. Und mithilfe einer als adaptive Optik bezeichneten Technik kann man die Auflösung der Bodenteleskope verbessern. Indem sie die Bedingungen in der oberen Atmosphäre kontinuierlich überwachen und die Form der Teleskopspiegel so ändern, dass die Turbulenzen ausgeglichen werden, gelingen Astronomen manchmal Beobachtungen, die durchaus mit den Beobachtungen vom Weltall aus vergleichbar sind. Allerdings funktioniert die Technik nur im Infraroten besonders gut, und die Turbulenzen werden auch nur für einen sehr kleinen Teil in der Mitte des Bildes ausgeglichen. Wenn stabile und scharfe Beobachtungen gebraucht werden, bleibt zweifelsohne – vorerst – Hubble die erste Wahl. Layout-17.indd 13 11/10/2013 18:16 Obgleich die Astronomen einige dieser Probleme reduzieren können, indem sie ihre Teleskope auf hohen Berggipfeln, in Wüsten und in Regionen mit äußerst vorhersagbarem Wetter bauen, und es Techniken gibt, mit deren Hilfe man einige der atmosphärischen Effekte eliminieren kann, besteht doch die einzige Möglichkeit, das Problem ganz zu beseitigen, darin, die Atmosphäre insgesamt zu umgehen. Und das funktioniert nur, wenn man die Atmosphäre ganz verlässt. Aufregende Entdeckungen machten in den 1960er und 1970er Jahren Experimente, bei denen man Teleskope auf suborbitale Raketen und Heliumballone montierte. Gedacht waren sie für Beobachtungen weit über der Erdoberfläche, aber immer noch innerhalb der obersten Bereiche der Atmosphäre. In gewisser Weise kann man sie als Vorgänger des Weltraumteleskops Hubble ansehen. Die ersten echten, erfolgreichen Teleskope im Weltraum, die den Standard für Hubbels Arbeit setzten, waren allerdings zwei Satelliten, die man als erdumkreisende astronomische Observatorien (OAO für Englisch: Orbiting Astronomical Observatory) bezeichnete. Leider unterlag der Satellit OAO-1 einem technischen Versagen, noch bevor er seinen Betrieb aufnehmen konnte. Aber OAO-2, der im Rahmen einer amerikanischen Mission im Jahr 1968 gestartet wurde, und Copernicus (OAO-3), der als eine britisch-amerikanische Mission im Jahr 1972 gestartet wurde, beobachteten beide den Kosmos über Jahre. Während Copernicus den Himmel durchforstete, nahmen Lyman Spitzers Pläne über den Bau eines Weltraumteleskops von ganz anderem Oben: Erdumkreisendes astronomisches Unten: Hubble-Spiegel aus der Nähe Maßstab Formen an. Zunächst lief das Projekt Observatorium 1 (OAO-1) Während der Konstruktion des Teleskops prüfen unter dem Namen Großes Weltraumteleskop, bis OAO-1 war das erste Weltraumteleskop, das je Ingenieure Hubbels 2,4 m-Hauptspiegel. Ein winziger es dann im Jahr 1983 einen geläufigeren Namen gestartet wurde. Kurz nachdem es die Erdumlaufbahn Fehler im Spiegel, der den Prüfern bei diesen erreicht hatte, versagten seine Systeme, und so Tests entging und von einem schlecht kalibrierten bekam: Weltraumteleskop Hubble, nach Edwin machte das Teleskop nie eine Beobachtung. Seine Testinstrument verursacht wurde, sollte sich später beiden Nachfolger OAO-2 und Copernicus (OAO-3), für das Hubble-Team als ein größeres Problem die in den Jahren 1968 und 1972 gestartet wurden, herausstellen. waren beide äußerst erfolgreich und bewiesen, dass es lohnenswert wäre, ein noch ehrgeizigeres Projekt Hubble, dem Astronomen, der die Expansion des Weltalls entdeckt hatte. Doch Hubble war immer noch nicht bereit zum Start. wie das Weltraumteleskop Hubble anzugehen. 14 Layout-17.indd 14 11/10/2013 18:16 Das Projekt wurde von Jahren der Verzögerung und Kostenüberschreitungen geplagt. Frühe Pläne der Vereinigten Staaten, das Projekt im Alleingang durchzuziehen, wurden verworfen, und das Weltraumteleskop Hubble wurde zu einem Gemeinschaftsprojekt der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Technische Schwierigkeiten und die tragische Explosion der Raumfähre Challenger im Jahr 1986 warfen das Projekt im Zeitplan noch weiter zurück. Als Hubble im Jahr 1990 endlich abhob, war Spitzer – der den Vorschlag für ein Weltraumteleskop noch in seinen 30er Jahren gemacht hatte – bereits 75 Jahre alt, und eine ganze Generation von Wissenschaftlern und Ingenieuren hatte ihre gesamte Karriere mit der Arbeit an der Umsetzung seines Vorschlags zugebracht. Erfolg ... verschoben Oben: Spiegel bei der Politur Die Politur von Hubbles 2,4 m-Hauptspiegel im Jahr 1981. Ein fehlerhaftes Messinstrument führte dazu, dass der Spiegel ein kleines bisschen zu flach poliert wurde. Dies reichte aus, um Hubbles Bildqualität zu verschlechtern, und in den ersten drei Betriebsjahren Das Hochgefühl über den Start verwandelte sich waren die Beobachtungsergebnisse kaum besser als bald in Ernüchterung. Die ersten, von dem Teles- die der Beobachtungen vom Boden aus. Es bedurfte kop aufgenommenen und zur Erde gesandten einer teuren Wartungsmission, um den Fehler zu Bilder waren nicht besser als die der Bodente- korrigieren. leskope. Es folgten Wochen der technischen Überprüfung, die schlechte Neuigkeiten ergaben. Links: Ein Fehler in Hubbles Spiegel Der gekrümmte Spiegel, der das Licht (ähnlich Diese Aufnahme des Sterns Melnick 34 illustriert wie die Linse in einer Kamera) auf Hubbles Detek- das Problem, das der fehlerhafte Hauptspiegel toren bündelt, war an den Rändern ein kleines verursachte. Das Licht wird nicht in einem hellen bisschen zu flach geformt – die Abweichung Lichtfleck fokussiert, sondern zerstreut, sodass sich betrug nur ein Fünfzigstel der Haaresbreite eines Das Weltraumteleskop Hubble war von Anfang an Menschen. In der Welt der Präzisionsoptik reicht auf Servicemissionen zur Reparatur oder Moder- das aus, um ein Bild unscharf zu machen, und nisierung ausgelegt. So arbeiteten bereits zum für Hubble war es genug, um einen Großteil der Zeitpunkt des Starts Wissenschaftler und Inge- Vorteile aus der Lage des Teleskops außerhalb nieure an einer neuen und verbesserten Version Der Prozess sollte nicht ganz schmerzlos wer- der Erdatmosphäre zunichte zu machen. von Hubbles Hauptkamera, die sie nach ein paar den – eine Wartungsmission lässt sich nicht Betriebsjahren des Teleskops installieren wollten. über Nacht organisieren, und der Einbau der Auf der Suche nach der Ursache für den Fehler Den Wissenschaftlern und Ingenieuren wurde Korrekturoptik an Bord bedeutete, dass eine konnten die Ingenieure bald den Übeltäter ausfin- schnell klar, dass sie den Entwurf der Kamera so herzzerreißende Entscheidung zu treffen war. Um dig machen – ein fehlerhaftes Messinstrument in anpassen konnten, dass sie den Auswirkungen Platz für das sperrige Instrument zu schaffen und der Anlage, die den Spiegel in Form poliert hatte. der fehlerhaften Krümmung am Hauptspiegel dem Teleskop zu seiner ursprünglich geplanten Dies gab jedoch gleichzeitig auch Aussicht auf des Teleskops genau entgegenwirkt. Auch die Leistungsfähigkeit zu verhelfen, musste eines Abhilfe, was Hoffnungslosigkeit in berechtigte anderen Instrumente an Bord des Weltraum- der fünf wissenschaftlichen Instrumente an Bord Hoffnung verwandelte. teleskops konnten durch die Installation eines geopfert werden. ein verschmierter „Saum“ um den hellen Stern bildet. Systems aus Korrekturspiegeln, gewissermaßen einer Hightech-Brille, voll einsatzfähig gemacht werden. 15 Layout-17.indd 15 11/10/2013 18:16 Hubbles Servicemissionen Hubble ist nicht das einzige Weltraumteles- Servicemission 2 im Februar 1997 Servicemission schließlich im März 2002 kop, das gestartet wurde. Aber es ist das Bei der zweiten Servicemission wurden gestartet. Zu den Hauptmodernisierungen einzige, das im Weltraum gewartet wurde, zwei neue wissenschaftliche Instrumente gehörten der Einbau der Advanced Camera und aufgrund dieser regelmäßigen War- eingebaut. Und zwar das Near Infrared for Surveys (ACS), die später die meisten tungsarbeiten dauert seine wissenschaftliche Camera and Multi-Object Spectrometer bekannten Aufnahmen machen sollte, und Mission bereits länger als die seiner anderen (NICMOS) für Beobachtungen im Infraro- die Installation von neuen, effizienteren Artgenossen. ten und der Space Telescope Imaging Solarflügeln. Die nun verfügbare zusätzliche Spectrograph (STIS), der hauptsächlich Energie ermöglichte es, mehr Systeme des Das Teleskop wurde mit einem modularen Beobachtungen im Ultravioletten ausführt. Weltraumteleskops gleichzeitig zu nutzen. Aufbau entwickelt und mit Teilen ausge- Sie ersetzten zwei Spezialinstrumente, den stattet, die sich leicht austauschen lassen. Goddard High Resolution Spectrograph Servicemission 4 im Mai 2009 Seit seinem Start im Jahr 1990 gab es fünf und den Faint Object Spectrograph. Die fünfte und letzte Ser vicemission – Shuttle-Missionen zum Weltraumteleskop Außerdem führten die Astronauten viele aufgrund der zweiteiligen dritten Mission Hubble, auf denen wesentliche Reparaturen Modernisierungs- und Wartungsarbeiten ve r w i r re n d e r w e i s e S e r v i c e m i s s i o n 4 ausgeführt und Komponenten nachgerüstet am Computersystem und den technischen genannt – kam fast nicht zustande. Nach wurden. Systemen des Raumschiffs aus. dem tragischen Unglück der Raumfähre Columbia wurde die Mission als zu riskant Servicemission 1 im Dezember 1993 Servicemission 3A im Dezember 1999 eingeschätzt und gestrichen, um sie nach Die erste Mission zur Reparatur des Ursprünglich hatte die NASA die dritte Mis- öffentlichen Protesten wieder anzusetzen. Weltraumteleskops Hubble war die ent- sion für Mitte 2000 geplant. Dabei sollten Kurz vor dem geplanten Start im Jahr 2008 scheidende, da die Astronauten die Fehler wie üblich neue Instrumente eingesetzt führte ein Systemfehler am Weltraumteleskop beheben mussten, die den Betrieb des und Wartungsarbeiten ausgeführt werden. Hubble zu einer Verzögerung der Mission, Teleskops seit seinem Start beeinträchtigt Aufgrund eines technischen Versagens in sodass ein Wartungssatz entwickelt werden hatten. Sie installierten die Wide Field and drei der sechs Gyroskope – wesentliche konnte. Da die Space Shuttles in absehbarer Planetary Camera 2 (WFPC2), eine neue Teile des Systems zur Ausrichtung des Zeit aus dem Verkehr gezogen werden soll- Mehrzweckhauptkamera mit integrierter Weltraumteleskops – bestand die Gefahr ten, war dem Team klar, dass dies ihre letzte optischer Korrektur, die so entwickelt wurde, einer Abschaltung. Daher wurde die Mission Chance für eine Modernisierung und War- dass sie durch selbstständigen Ausgleich von offizieller Stelle in zwei Missionen auf- tung des Weltraumteleskops Hubble war. So des Fehlers im Spiegel schar fe Bilder geteilt, um die Wartungsarbeiten vorziehen wurde das Ganze eine Rekordmission. Die machen konnte. Die Astronauten entfernten zu können. Dies stellte sich als eine weise Astronauten installierten eine neue Universal- das High-Speed-Photometer (HSP), um Entscheidung heraus: Im November 1999 kamera, die Wide Field Camera 3 (WFC 3), Platz für das Corrective Optics Space versagte ein viertes Gyroskop, was Hubble und einen spezialisierten Spektrografen, den Telescope Axial Replacement (COSTAR) tatsächlich einen Monat lang außer Betrieb Cosmic Origins Spectrograph (COS). zu machen, einer Hightech-Brille, die das setzte. Neben dem Austausch der Gyros- Sie reparierten die Advanced Camera for Licht korrigiert, das die anderen Instrumente kope führten die Astronauten weitere Moder- Surveys und den Space Telescope Ima- erreicht. Auch ein neues Paar Solarflügel nisierungsarbeiten aus, wie den Einbau eines ging Spectrograph, die beide ausgefallen wurde installiert, da die alten Flügel uner- neuen Computers. waren. Viele der alten und abgenutzten wünschte Vibrationen verursacht hatten. Komponenten wurden durch neue ersetzt, Zudem führten die Astronauten eine Reihe Servicemission 3B im März 2002 beispielsweise Batterien und Gyroskope, kleinerer Wartungsarbeiten aus. Um die ursprünglich für den Sommer 2000 um die restliche Lebenszeit des Teleskops zu geplanten Modernisierungsarbeiten abzu- maximieren. Danach wurden keine weiteren schließen, wurde der zweite Teil der dritten Servicemissionen mehr unternommen. 16 Layout-17.indd 16 11/10/2013 18:16 Servicemission 1 Die Servicemission vom Dezember 1993 brachte das Weltraumteleskop Hubble auf den Standard, der ursprünglich zum Zeitpunkt des Starts erwartet worden war. Die Astronauten führten drei wesentliche Modernisierungen aus: Oben: Die Wide Field and Planetary Camera (WFPC1), zum Zeitpunkt des Starts Hubbles Hauptkamera, wurde durch eine verbesserte Version namens WFPC2 ersetzt. WFPC2 besaß eine eingebaute optische Korrektur, welche die vom Hauptspiegel verursachte Verzerrung exakt ausglich. Rechts oben: Das High Speed Photometer wurde ausgebaut und durch das optische Korrektursystem COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) ersetzt. COSTAR war eine raffinierte Anordnung kleiner gekrümmter Spiegel, die das Licht für die anderen drei Instrumente refokussierte, sodass sie nicht ausgetauscht werden mussten. Unten: Die Astronauten ersetzten die Solarflügel, die Hubble mit Strom versorgten. Da das Teleskop um die Erde kreist, durchlebt es aller 96 Minuten einen kompletten Tag-und-Nacht-Zyklus. Das Aufwärmen und Abkühlen der Flügel verursachte eine leichte Vibration im Teleskop, was die Bildstabilität während der Beobachtungen reduzierte. Die neuen Flügel hatten eine verbesserte Konstruktion, die das Problem weitestgehend eliminierte. 17 Layout-17.indd 17 11/10/2013 18:17 Hubble ist endlich im Geschäft Im Dezember 1993 hob schließlich die Raumfähre Endeavour ab, um mit der kostbaren Ladung zum Weltraumteleskop Hubble zurückzukehren. In einer Mission, welche die Phantasie der Welt beflügelte, öffnete das Astronautenteam das Teleskop, während es hunderte von Kilometern über der Erdoberfläche schwebte. Die Astronauten reparierten nicht nur Hubbles Optik, sondern ersetzten auch die Solarflügel des Teleskops, die eine störende Vibration und damit eine Bildinstabilität hervorgerufen hatten, wenn sie sich beim Übergang zwischen Nacht- und Tagseite der Erde aufheizten oder abkühlten. Als im Januar 1994 die ersten Aufnahmen veröffentlicht wurden, war die Verbesserung erstaunlich. Die Verheißung von Lyman Spitzer und Hermann Oberth und die Jahrhunderte gehegten Wünsche frustrierter Astronomen hatten sich erfüllt. Hubbles Aufnahmen waren bei Weitem die besten, die jemals vom Kosmos gemacht wurden. Das Weltraumteleskop war endlich im Geschäft. Während der Fehler am Hauptspiegel des Weltraumteleskops ein Unglücksfall war, so war die Hubbles verbesserte Sicht den Punkt markierte, an dem Hubble schließlich Tatsache, dass er überhaupt repariert werden Diese bemerkenswerte Reihe von Porträts der sein Versprechen erfüllt hatte, war dies dennoch konnte, das Ergebnis von Voraussicht und guter benachbarten Galaxie Messier 100 illustriert, wie sich nicht das Ende der Verbesserungen des Teleskops. Planung. die Sicht des Weltraumteleskops Hubble seit seinem Bei den nachfolgenden Servicemissionen wurden Start verbessert hat. weitere Modernisierungen vorgenommen und neue Hubbles Aufbau ist modular, und einzelne Kom- Instrumente installiert, darunter die Kameras ACS und Die beiden Aufnahmen (oben) zeigen die enorme WFC3 – die Hauptinstrumente, die sich heute noch Verbesserung nach der Servicemission im Dezember in Betrieb befinden. Die letzte Aufnahme von Messier 1993. Die Aufnahmen, die von der Kamera WFPC1 100 (unten) wurde im Jahr 2004 von der Kamera vor der Reparatur (links) und der optisch korrigierten ACS im Hochauflösungsmodus gemacht. Sie ist viel Kamera WFPC 2 (rechts) stammen, sind drastisch schärfer als die frühere Aufnahme, die bei ihrer ersten Mal zum Weltraumteleskop Hubble zurück, um verschieden. Während der Servicemission wurde Veröffentlichung solche Aufregung hervorgerufen Wartungsarbeiten auszuführen und neue oder zudem ein optisches Korrekturmodul eingebaut, hatte. weiterentwickelte Instrumente einzubauen. das auch für die anderen Instrumente des Teleskops ponenten oder sogar ganze Teilsysteme können in der Umlaufbahn ein- oder ausgebaut werden. Im Anschluss an die Wartungsmission im Dezember 1993 kehrten Astronauten noch weitere vier wieder volle Sehschärfe herstellte. Die nach der Das Weltraumteleskop Hubble ist heute leis- Reparatur von Hubble aufgenommenen Bilder tungsfähiger als es in den 1990er Jahren war, verblüfften die Welt durch ihre Klarheit. in denen es unsere Vorstellung vom Kosmos revolutionierte. Obgleich die Servicemission im Dezember 1993 18 Layout-17.indd 18 11/10/2013 18:17 Das Weltraumteleskop Hubble nach der Servicemission 3B Layout-17.indd 19 11/10/2013 18:17 2 Layout-17.indd 20 11/10/2013 18:17 Das Raumschiff Hubble Um seine Aufgabe als Observatorium erfüllen zu können, muss Hubble auch als Raumschiff arbeiten. Der Betrieb eines Observatoriums auf einem unbemannten Satelliten, der die Erde in 96 Minuten umkreist und dabei abwechselnd der eisigen Kälte der Nachtseite der Erde und der glühenden Hitze des Sonnenlichts widerstehen muss, ist keine leichte Aufgabe. Aufgrund seiner speziellen Bedürfnisse ist das Wegen seiner ausgefallenen Mission und der Neben der Internationalen Raumstation ist Raumschiff Hubble ganz und gar kein Standar- Anforderung, ein großes optisches System Hubble einer von wenigen Satelliten, die von draumschiff; Vibrationen müssen gering gehalten (darunter der Spiegel mit einem Durchmesser Astronauten gewartet und modernisiert wurden. werden, um scharfe Beobachtungen zu gewähr- von 2,4 Metern) sowie sperrige wissenschaftliche Die Vorgabe, Servicemissionen zu ermöglichen, leisten, und die Temperaturen der empfindlichen Instrumente zu beherbergen, ist das Raumschiff beeinflusste Hubbles Aussehen und Funktions- wissenschaftlichen Instrumente müssen trotz Hubble ungewöhnlich groß, nämlich etwa so groß weise entscheidend. der stark schwankenden Außentemperaturen wie ein Reisebus. Zudem ist es ungewöhnlich konstant gehalten werden. schwer: Es wiegt über 11 Tonnen, während die meisten Satelliten weniger als 2 Tonnen auf die Waage bringen. Das Weltraumteleskop Hubble der NASA/ESA Das Raumschiff Hubble in der Umlaufbahn, aufgenommen während der Servicemission 4 im Jahr 2009. 21 Layout-17.indd 21 11/10/2013 18:17 Das Raumschiff Hubble im Bau Wenn wir Hubble auf seiner Umlaufbahn beobachten, fällt es schwer, ein Gefühl für seine Größe zu entwickeln. Fotos aus der Bauphase des Teleskops in den 1980er Jahren verdeutlichen jedoch, wie groß Hubble tatsächlich ist. Sie brauchen sich nur die Menschen anzusehen, die im Vordergrund am Geländer stehen. In seinen Abmessungen gleicht Hubble einem typischen Reisebus. Sein Gewicht beträgt mehr als 11 Tonnen. Layout-17.indd 22 11/10/2013 18:17 Die beiden Sektionen von Hubble Hubble ist modular aufgebaut. Zum Teil, weil sich das Raumschiff schon von seiner Fracht grob in zwei Sektionen untergliedert: die vordere Sektion in Form einer langen (und im Wesentlichen leeren) Röhre, in die das Teleskop passt, und die geräumigere hintere Sektion für die wissenschaftlichen Instrumente und die Raumschiffsysteme. Zum Teil liegt dies aber auch daran, dass Hubbles Konstruktion schon Wartungsarbeiten und Modernisierungen vorsah. Die Sektionen mussten sich also relativ leicht trennen lassen, wenn die Astronauten daran arbeiteten. Auf diesem Foto aus Hubbles Bauphase hängt die Teleskopsektion (das sogenannte optische System) an einem Kran, bevor es mit der zweiten Sektion des Satelliten (dem sogenannten hinteren Gehäuse) verbunden wird, die später alle Raumschiffsysteme beherbergen sollte. Layout-17.indd 23 11/10/2013 18:17 Leitsensoren zur Feineinstellung FGS Hauptspiegel Hinteres Gehäuse (Fine Guidance Sensors) Der 2,4 m-Hauptspiegel sammelt und Das Hinterteil von Hubble beherbergt Drei große Instrumente, die man als Leitsensoren fokussiert das Sternenlicht. Hubbles die Raumschiffsysteme und die zur Feineinstellung bezeichnet, helfen Hubble bei Spiegel besteht aus Glas mit einer dünnen wissenschaftlichen Instrumente. seiner Feinausrichtung, indem sie die Positionen Beschichtung aus reflektierendem Aluminium. von Sternen im Sichtfeld des Teleskops messen Größere Spiegel erzeugen hellere und und darauf einstellen. Gelegentlich werden sie auch schärfere Bilder; daher war es den Aufwand für spezielle wissenschaftliche Beobachtungen wert, dieses riesige Stück Glas in den eingesetzt, die genaue Messungen der Positionen Weltraum zu bringen. Spektrometer STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) und Helligkeiten von Sternen erfordern. Vorrangig als Spektrometer für den ultravioletten Bereich konzipiert, kann das Spektrometer STIS auch kleine Bilder im Ultravioletten machen, was bei der Aufnahme der Polarlichter auf Jupiter und Saturn hilfreich war. Das Spektrometer STIS ersetzte im Zuge der Servicemission 2 das Spektrometer FOS (Faint Object Spectrograph). Spektrometer COS (Cosmic Origins Spectrograph) Dieses spezialisierte Instrument untersucht das ultraviolette Licht aus dem fernen Universum, was dabei hilft, den Ursprung des Universums zu untersuchen. Das Spektrometer COS wurde im Zuge der Servicemission 4 anstelle des optischen Korrektursystems COSTAR installiert, das bei der ersten Servicemission anstelle des Hochgeschwindigkeitsfotometers HSP (High Speed Photometer) eingesetzt worden war, um das Licht vom fehlerhaften Hauptspiegel zu refokussieren. Da alle seither installierten Instrumente über eine eingebaute optische Korrektur verfügen, wurde COSTAR nicht mehr gebraucht. Andockmechanismus Der im Zuge der Servicemission 4 installierte Andockmechanismus ist im Wesentlichen ein Haken, der sich am Ende des hinteren Gehäuses befindet. Wenn das Teleskop schließlich – ungefähr gegen Ende dieses Jahrzehnts – seinen Betrieb aufgegeben hat, wird eine Rakete an diesem Mechanismus andocken und Hubble sicher aus seiner Umlaufbahn ziehen, sodass das Teleskop weit entfernt von bewohnten Gebieten auf die Erde stürzt. Kamera für den nahen Infrarotbereich und Multi-Objekt-Spektrometer NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer) Layout-17.indd 24 NICMOS erzeugt Aufnahmen und Spektren im Hochentwickelte Beobachtungskamera ACS nahen Infrarotbereich. Nach einer Reihe von (Advanced Camera for Surveys) Fehlfunktionen ist NICMOS gegenwärtig nicht Die im Zuge der Servicemission 3B installierte zweite Gyroskope im Betrieb. Ob es weitere Versuche zu seiner Mehrzweckkamera ACS ist für Detailmessungen Hubble muss sich selbst neu orientieren Wiederinbetriebnahme geben wird, ist noch konzipiert. Die Funktionen der beiden können, um astronomische Objekte zu finden nicht entschieden. Die Mehrzweckkamera WFC3 Mehrzweckkameras überschneiden sich zum Teil, und zu verfolgen. Die Gyroskope liefern die kann mit ihren Infrarotfunktionen einen Teil der sodass weiterhin Aufnahmen gemacht werden notwendigen Informationen, um Hubble Beobachtungen übernehmen, für die eigentlich können, sollte eine der Kameras versagen. Die vollkommen stabil ausgerichtet zu halten. NICMOS entwickelt wurde. NICMOS ersetzte in Kamera ACS hat eine etwas geringere Auflösung und der Servicemission 2 das Spektrometer GHRS einen größeren Sichtbereich als die Kamera WFC3. (Goddard High Resolution Spectrograph), das auf Sie ersetzte die Kamera FOC (Faint Object Camera), den ultravioletten Bereich spezialisiert war. die beim Start des Weltraumteleskops mit an Bord war. 11/10/2013 18:17 Lichtschutzklappe Optisches System Mit dieser Klappe kann das Teleskop Der vordere Teil von Hubble, der die Spiegel, verschlossen werden, um es vor übermäßigem die Stützstruktur und das sie umgebende Lichteinfall zu schützen, der die Instrumente Metall umfasst, wird als optisches System beschädigen könnte, wenn das Teleskop in bezeichnet. Sein Aufbau ähnelt stark dem Richtung Sonne zeigt. Auch beim Abschalten des Aufbau von Teleskopen auf der Erde. Teleskops schließt sich die Klappe. Thermische Isolierung Hubble muss auf seiner Bahn um die Erde großen Temperaturschwankungen standhalten. Die reflektierenden und isolierenden Außenschichten schützen die empfindliche Elektronik im Inneren davor, durch diese Schwankungen Schaden zu nehmen, und sorgen so gleichzeitig für stabile Beobachtungsbedingungen. Sekundärspiegel Der Sekundärspiegel reflektiert das fokussierte Licht durch eine Öffnung im Hauptspiegel zu den Instrumenten im hinteren Gehäuse des Teleskops. Solarflügel Hubbles Solarflügel wurden während der Mission mehrmals ausgetauscht, und nicht alle Modelle sahen gleich aus. Die aktuellen Solarflügel sind die kleinsten und leistungsstärksten. Reaktionsräder Hubble kann sich nicht durch Raketenantrieb bewegen, weil Vibrationen und Abgase die Beobachtungen ruinieren würden. Stattdessen arbeiten die Gyroskope mit den Reaktionsrädern zusammen, um das Teleskop auszurichten. Die Räder werden in eine Richtung gedreht, und das Teleskop beginnt darauf, sich in die Gegenrichtung zu drehen. Hochgewinnantennen Sie stellen Hubbles Verbindung zum Boden her, obgleich das Teleskop seine Daten nicht direkt an die Erde übermittelt. Die Antennen leiten die Signale an das Kursverfolgungs- und Datenrelaissatellitensystem TDRS (Tracking and Data Relay Satellite System) weiter, das die Informationen wiederum an das Flugkontrollzentrum weitergibt. Abschirmwände Diese Wände im Innern des optischen Systems verhindern, dass Streulicht in das System gelangt und die Qualität der Beobachtungen beeinträchtigt. Weitbereichskamera WFC3 (Wide Field Camera 3) Layout-17.indd 25 Die im Zuge der Servicemission 4 installierte Kamera Batterien Hauptcomputer WFC3 ist eine der beiden Mehrzweckkameras im Hubbles Solarflügel liefern nur Hubbles Gehirn ist kein Supercomputer! Dauerbetrieb. Mithilfe eines ihrer Sensoren produziert sie während ungefähr der Hälfte eines Trotz einiger Aufrüstungen über die scharfe und hochaufgelöste Aufnahmen im sichtbaren Umlaufs direkt elektrische Energie, Jahre besitzt der Computer, der Hubble und im ultravioletten Bereich des Lichts, mit dem da das Teleskop die Hälfte seiner steuert, einen langsamen 486-Prozessor anderen Sensor im nahen Infrarotbereich. Die Kamera Lebenszeit auf der Schattenseite von der Art, wie er in den PCs der frühen WFC3 ersetze die Weitbereichskamera WFPC2 (Wide der Erde verbringt. Während dieser 1990er Jahre eingebaut war. Field and Planetary Camera 2), die wiederum zuvor in der Zeit wird das Instrument durch Servicemission 1 die Weitbereichskamera WFPC (Wide große Batterien betrieben, die zuvor Field and Planetary Camera) ersetzt hatte. aufgeladen wurden. 11/10/2013 18:17 Hubble-Servicemission 3A im Jahr 1999 Die Astronauten Steven Smith (unten) und John Grunsfeld (oben, hinter der Ausrüstung) bei der Arbeit während der Servicemission 3A. Hinter ihnen ist das geöffnete hintere Gehäuse zu sehen, was zeigt, dass Hubble für Servicemissionen während des Fluges konzipiert war. Layout-17.indd 26 11/10/2013 18:17 Was ist, wenn etwas schief geht? Wir sind es gewohnt, die spektakulären Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zu betrachten, die alles so leicht erscheinen lassen. Allerdings geht hinter den Kulissen eine Menge vor sich. In diesem seltenen Fall, bei dem es den Leitsensoren zur Feineinstellung nicht gelang, sich auf einen Leitstern einzustellen, kam es zu einem Verfolgungsfehler, und es wurde dieses bemerkenswerte Bild hell leuchtender farbiger Sternspuren erzeugt. Layout-17.indd 27 11/10/2013 18:17 3 Das magnetische Monster NGC 1275 Eine von Hubbles Besonderheiten ist seine scharfe Sicht. Diese atemberaubende Aufnahme der Galaxie NGC 1275 wurde von Hubbles hochentwickelter Beobachtungskamera ACS im Juli und August 2006 aufgenommen. Sie zeigt die zerbrechlichen fasrigen Strukturen, die man als eine Art rötliche Spitze um die hell leuchtende Galaxie wahrnimmt, in einem erstaunlichem Detail und mit bemerkenswerter Auflösung. Diese Fasern sind kalt, obwohl sie von Gas umgeben sind, das eine Temperatur von rund 55 Millionen Grad Celsius besitzt. Sie hängen in einem Magnetfeld, das ihre Struktur aufrecht erhält und Energie von dem zentralen Schwarzen Loch in das umgebende Gas überträgt. Layout-17.indd 28 11/10/2013 18:18 Hubbles Sicht Hubble wurde berühmt für seine außergewöhnlichen Aufnahmen des Nachthimmels. Und das, obwohl die Qualität von Teleskopaufnahmen in der Regel von der Größe des Teleskops abhängt und Hubble nach heutigen Standards nur ein mittelgroßes Teleskop ist. Allerdings hat Hubble ein As im Ärmel: Seine Lage außerhalb der Erdatmosphäre und damit fernab der atmosphärischen Störungen, die sich in den Aufnahmen von Bodenteleskopen bemerkbar machen. Da sich Hubble 600 Kilometer über der Atmo- auf Bilder verzichtet und stattdessen die Farben Dieses Kapitel skizziert, wie Hubble den Kosmos sphäre bewegt, liefert es bei den meisten Beo­ und die Intensitäten des Lichts misst, das uns wahrnimmt: Von dem Moment, in dem das Licht bachtungsarten schärfere Aufnahmen als jedes von astronomischen Objekten erreicht. Für in den Tubus des Teleskops eintritt, bis hin zu andere gegenwärtig betriebene Teleskop. Das gilt As­t ro­n omieliebhaber mögen diese Beobach- dem Moment, in dem es die spezialisierten auch im Vergleich zu den riesigen Bodentelesko- tungen weniger aufregend sein – schließlich gibt Detektoren in den wissenschaftlichen Instrumen- pen, die um ein vielfaches größer als Hubble sind. es keine Bilder – in Wirklichkeit stecken aber ten am anderen Ende des Raumschiffs trifft. Und genau diese Messungen hinter vielen höchst es beschreibt, wie danach diese digitalen Daten Das Weltraumteleskop Hubble führt noch eine interessanten und wichtigen Entdeckungen, die in Bilder verwandelt werden, die wir wahrnehmen zweite Art von Beobachtungen aus, bei der es Hubble gemacht hat. können. Große und kleine Spiegel Das Very Large Telescope in Chile und das Subaru-Teleskop, die jeweils Spiegel mit einem Durchmesser von 8,2 m haben, sind die größten optischen Teleskope der Welt mit nur einem Hauptspiegel. Der hier maßstabsgetreu dargestellte Spiegel des Weltraumteleskops Hubble ist mit seinem Durchmesser von 2,4 m wesentlich kleiner, dennoch erzielt er aufgrund seiner Lage oberhalb der Atmosphäre eine bessere Bildqualität. Mithilfe technischer Tricks können die atmosphärischen Störungen bei Bodenteleskopen korrigiert werden, dem sind allerdings praktische Grenzen gesetzt. 29 Layout-17.indd 29 11/10/2013 18:18 Den größten Teil von Hubbles Volumen nimmt das Durchmesser), und Spiegel produzieren tenden- Ein Cassegrain-Teleskop optische System selbst ein, also die Kombination ziell weniger Abbildungsfehler als Glaslinsen. Das Cassegrain-Teleskop ist eine populäre Bauweise aus Spiegeln, die das Sternenlicht einfängt und Spiegel sind auch viel leichter, was insbesondere für astronomische Teleskope. Das Licht tritt ein, wird fokussiert. Die Technik, die das Raumschiff und im Hinblick auf den Transport in den Weltraum erst von einem großen konkaven Hauptspiegel und die Instrumente zur Analyse des Lichts steuert wesentlich ist! dann von einem kleinen konvexen Sekundärspiegel und mit Energie versorgt, ist vergleichsweise klein. Andererseits haben spiegelbasierte Teleskope reflektiert; anschließend tritt es fokussiert durch eine kleine Öffnung im Hauptspiegel. auch ein paar Nachteile. Der offensichtlichste Erstaunlicherweise geht Hubbles Grundaufbau Nachteil ist die kreuzförmige Erscheinung in auf die ersten Jahre der Teleskopentwicklung den Bildern von Sternen, die entsteht, weil die zurück. Hubbles Grundaufbau bezeichnen Halterungen des Sekundärspiegels den Weg des Astronomen als Cassegrain-Teleskop, eine Lichts durch das Teleskop stören. Anordnung, die anstelle von Linsen gekrümmte Spiegel verwendet, um das Licht zu bündeln. Trotz dieses kleinen Nachteils verwenden alle Das Licht tritt von vorn in das Teleskop ein, wird großen astronomischen Teleskope, die derzeit in erst von einem konkaven Hauptspiegel (oder Betrieb sind oder konstruiert werden, Spiegel zur Primärspiegel) und dann von einem konvexen Fokussierung des Lichts. Sekundärspiegel reflektiert, bis es schließlich durch eine kleine Öffnung im Mittelpunkt des Nachdem das Licht die Öffnung im Hauptspiegel Hauptspiegels tritt. Die ersten Spiegelteleskope passiert hat, endet die Ähnlichkeit des Welt- in dieser Bauweise gab es schon im 17. Jahr- raumteleskops Hubble mit früheren Teleskopen. hundert, obgleich sie wesentlich kleiner waren Anstelle eines Okulars, durch das die Astronomen und sich bei ihnen, anders als bei Hubble, ein angestrengt sehen mussten, besitzt Hubble eine Okular hinter dem Hauptspiegel befand und keine Reihe von wissenschaftlichen Instrumenten, die Digitalkamera. jeweils die Abmessungen eines Kleiderschranks haben. Diese Instrumente enthalten die Licht­ In einem Teleskop nicht Linsen sondern Spiegel sensoren, die die Bilder einfangen und die einzusetzen, bringt eine Vielzahl großer Vorteile Eigenschaften des Lichts messen. mit sich und ein paar kleine Nachteile. Große Spiegel lassen sich leichter herausstellen als große Linsen (das größte linsenbasierte Teleskop Hubbles CCD-Sensor Dies ist der Bildsensor von Hubbles Hochleistungskamera ACS. Obwohl er viel empfindlicher ist und einen weiteren Farb- und Intensitätsbereich hat, ist die darin verwendete Technik grundsätzlich dieselbe wie bei handelsüblichen Digitalkameras. der Welt hat nicht einmal die Hälfte von Hubbles 30 Layout-17.indd 30 11/10/2013 18:18 Herausforderungen im Kosmos Dieses Bild eines hellen Sterns vor einer lichtschwachen Galaxie illustriert zwei Herausforderungen, denen Teleskopentwickler gegenüberstehen. Erstens stören die Halterungen des Sekundärspiegels den Weg des ankommenden Lichts, wodurch ein kreuzförmiges Muster entsteht, das dem Bild heller Lichtquellen überlagert ist. Zweitens wird das Licht hell leuchtender Objekte nicht auf einen einzigen weißen Punkt fokussiert, sondern gestreut: Je heller das Objekt ist, umso stärker wird das Licht gestreut. Der äußerst helle Stern in dieser Aufnahme ist so weit entfernt, dass er auf Hubbles Detektoren kleiner als ein einzelner Pixel erscheinen müsste. In der Praxis wird sein Licht aber zu einer großen Scheibe gestreut. Je größer das Teleskop ist, umso enger kann es das Licht bündeln, aber dieser Streueffekt lässt sich nicht ganz eliminieren. Dieses Problem ist fundamental, denn die Gesetze der Physik zeigen, dass Licht nie perfekt fokussiert werden kann, nicht einmal durch ein perfektes Teleskop. Und Schuld daran ist nicht etwa ein schlechter Teleskopaufbau. Layout-17.indd 31 11/10/2013 18:18 Hubbles Kameras arbeiten im Wesentlichen Dieses Prinzip ist dem Wahrnehmungsprinzip genauso wie eine normale Digitalkamera. Bild­ unserer Augen nachempfunden. Die lichtemp- sensoren, sogenannte CCD-Sensoren (CCD für findlichen Zellen in unserer Netzhaut sind jeweils Englisch: Charge-Coupled Device), mit bis zu nur für eine Farbe – rot, grün oder blau – emp- 16 Millionen Pixeln messen Intensitäten und findlich, und unser Gehirn rekonstruiert aus den lesen sie aus, um ein Bild zu erzeugen. Obgleich einzelnen Farbinformationen das Farbbild. Hubbles CCD-Sensoren bei niedrigen Lichtinten- Farbfilter in einer handelsüblichen Kamera sitäten viel empfindlicher sind und sie die Daten Für Fotos ist diese Spekulation in Ordnung, und weitaus genauer erfassen als die Sensoren in das erzeugte Bild ist so perfekt, dass man keinen handelsüblichen Kameras, ist die grundlegende Unterschied sieht. Manchmal kann man vielleicht Technik dieselbe. Der Hauptunterschied besteht eine leichte Körnigkeit erkennen, wenn man sehr darin, wie Hubble Farben wahrnimmt. nah heranzoomt. Bei wissenschaftlichen Aufnahmen, bei denen die Farben von großem Belang Handelsübliche Digitalkameras, darunter auch Handykameras, erzeugen Farbbilder mithilfe eines CCD-Sensoren, ob sie sich nun in einer Handyka- sind, hat dagegen jeder einzelne Pixel einen poten- cleveren Tricks. Jeder Pixel ist mit einem roten, mera oder an Bord von Hubble befinden, messen tiellen wissenschaftlichen Wert, und jede kleinste grünen oder blauen Filter versehen und misst nur die nur Helligkeiten. Farben können sie nicht direkt Körnigkeit könnte die Beobachtungen ruinieren. Intensität dieses Farbanteils im einfallenden Licht. Die Elektronik in der Kamera kombiniert dann die Informationen aus den roten, grünen und blauen Pixeln, um daraus ein Farbbild zu erzeugen, obwohl jeder einzelne Punkt auf dem Bild nur in einer einzigen Farbe gespeichert wurde. messen. Die einzige Möglichkeit, Farbbilder mithilfe von CCD-Sensoren aufzunehmen, besteht Daher verwenden das Weltraumteleskop Hubble darin, Farbfilter vor die Sensoren zu setzen. und andere Teleskope stattdessen Filter, die Indem man Filter entsprechend der drei Haupt- alle Pixel des Sensors gleichzeitig überdecken. farben wählt, die unsere Augen wahrnehmen, Um eine Farbaufnahme zu erzeugen, muss kann man die drei Einzelbilder am Ende zu einem jedes Mal der Filter gewechselt und eine ganz einzigen Farbbild kombinieren. neue Aufnahme gemacht werden, eine kleine Unannehmlichkeit, die man für eine bessere Der Satz der Instrumente, die im Raumschiff Hub- Bei Digitalkameras ist dies durch winzige Filter Farbwiedergabe in den Farbaufnahmen gern in ble installiert sind, hat sich aufgrund der verbes- vor jedem einzelnen Pixel auf dem Sensor reali- Kauf nimmt. serten Technik mit der Zeit geändert. Im Zuge von siert. In der Regel hat die Hälfte der Pixel grüne vier der fünf Servicemissionen zum Raumschiff Filter, ein Viertel rote Filter und ein Viertel blaue Dies bedeutet gleichzeitig, dass Hubble auf prä- Hubble installierten Astronauten neue Kameras Filter. (Es gibt mehr Pixel mit grünen Filtern, um zisere Farben zurückgreifen kann als eine Digi- und Instrumente, sodass Hubbles Fähigkeiten der zusätzlichen Empfindlichkeit unserer Augen talkamera. Während eine Digitalkamera nur rot, nicht stagnierten. Die Instrumentenmischung ist für grünes Licht Rechnung zu tragen.) Die grün und blau erfasst, besitzt Hubble Dutzende jedoch immer gleich geblieben: An Bord befinden Elektronik in der Kamera kombiniert dann die Filter, die auf verschiedene Wellenlängen im sich Digitalkameras, die auf die Erfassung von Information über die Gesamthelligkeit des Bildes sichtbaren, infraroten und ultravioletten Bereich Bildern in verschiedenen Auflösungen oder Wel- mit der Farbin­formation der einzelnen Pixel, um des Lichts eingestellt sind. Bei der Wahrnehmung lenlängen spezialisiert sind, und Spektrometer, das Bild zu rekonstruieren – das erfordert etwas von Farben übertrifft Hubble also nicht nur Digi- um die Eigenschaften des Lichts zu untersuchen. Spekulation, da ein einzelner Pixel nur eine Farbe talkameras: Hubble ist auch um ein Vielfaches aufzeichnet. besser als unsere Augen. Warum es auf die Farbe ankommt Die Farbe des Lichts verrät uns eine Menge über ungefähr 1 000 ºC in orange übergeht. Kurz Wenn Sie den Stab auf 10 000 ºC bringen, glüht das Universum, das uns umgibt. darauf schmilzt das Eisen, und wenn die Tempe- er schließlich hellblau. Soviel zu der Auffassung, ratur schließlich 2 862 ºC erreicht, wird das Eisen dass Blau eine kalte Farbe sei. Ein Stab aus Eisen glüht in einem Schmiedeofen, verdampfen. Wenn Sie ein robusteres Material weil er heiß ist, und die genaue Farbe, mit der und einen hinreichend heißen Ofen hätten, dann Farben verraten uns nicht nur etwas über die dieser Stab glüht, hängt von seiner Temperatur könnten Sie feststellen, dass sich die Farben Temperatur; sie geben uns auch Auskunft da­­ ab. Wenn Sie ihn erhitzen, wird er bei ungefähr mit zunehmender Temperatur weiter ändern. rüber, wie Licht etwas durchdringt. Der Himmel 800 ºC rot. Wenn Sie ihn weiter erhitzen, werden Bei ungefähr 3 000 ºC hätten Sie einen gelben ist nicht etwa blau, weil er so heiß ist, sondern Sie feststellen, dass die Farbe des Metalls bei Stab und bei ungefähr 5 000 ºC einen weißen. weil die Luft das blaue Licht der Sonne stärker 32 Layout-17.indd 32 11/10/2013 18:18 streut als rotes oder grünes Licht. Andererseits erhoffen, diese Farbenvielfalt voll zu erfassen. Um Bei der Erkundung vieler kosmischer Phänomene sind Sonnenuntergänge rot, weil der Staub in der die Sache noch schlimmer zu machen: Die Zeit sind detaillierte Bilder mit einer begrenzten Atmosphäre das blaue Licht auf seinem direkten auf dem Teleskop ist so kostbar, dass es unter Farbinformation, wie Hubbles Aufnahmen, nicht Weg stärker behindert als das rote. den Astronomen unüblich ist, bei einer Beobach- das, was sie eigentlich brauchen. Stattdessen tungsreihe mehr als drei oder vier dieser Filter zu brauchen sie so viel Information wie möglich, verwenden. und dafür lohnt es sich, das große Bild zu opfern. Farben können uns sogar verraten, woraus etwas besteht. Neonröhren leuchten immer in genau demselben Rotton. Der durch das Gas in der Röhre laufende Strom regt die Gasatome so an, dass sie nur Licht einer ganz speziellen Wellenlänge emittieren. Leuchtstofflampen, die mit anderen Gasen gefüllt sind, leuchten in anderen Farben, wobei jedes Gas seinen unverwechselbaren und eigenen Farbton produziert. All diese Phänomene, die wir auf der Erde beo­ bachten, kommen auch im Weltraum vor, und da wir nicht selbst zu entfernten Sternen oder Galaxien reisen können, um sie persönlich unter die Lupe zu nehmen, können wir Sterne oder Galaxien nur anhand des Lichts untersuchen, das unsere Teleskope von ihnen erreicht. Daher besitzt Hubble so viele Filter, von denen einige auf unglaublich spezielle Farben eingestellt sind, die von verschiedenen Arten von angeregtem Gas emittiert werden. Die einfachen Farben Rot, Grün und Blau, die unsere Augen und Kameras wahrnehmen, reichen für viele wissenschaftliche Aufgaben einfach nicht aus. Dank seiner Fülle von Filtern können sich Hubbles Aufnahmen aus weit mehr Farben zusammensetzen, als unsere Augen wahrnehmen können. Das reicht bis in den ultravioletten und infraroten Bereich des Lichts. Außerdem enthüllen sie weitaus mehr feine Farbvariationen als das menschliche Auge erkennen kann. Trotzdem sind Hubbles Aufnahmen mit ihren unglaublich feinen Farben tatsächlich immer noch ziemlich beschränkt. Das Universum hat nicht drei Farben oder sechs oder zwölf Farben, sondern eine im Grunde unendliche Zahl mit unendlich feinen Abstufungen dazwischen. Von einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble mit nur ein paar Dutzend Filtern kann man nicht Viele Beobachtungen für eine Aufnahme Die Galaxie NGC 1512 aus Sicht verschiedener Hubble-Instrumente. Die Instrumente erfassen verschiedene Wellenlängen des Lichts vom ultravioletten Bereich bis hin zum nahen Infrarotbereich; manche Wellenlängen sind für das menschliche Auge unsichtbar und andere sind zwar sichtbar, unterscheiden sich aber so geringfügig voneinander, dass das bloße Auge sie nicht auseinanderhalten kann. 33 Layout-17.indd 33 11/10/2013 18:18 Layout-17.indd 34 11/10/2013 18:18 Spektrometer: Den Regenbogen zerlegen An dieser Stelle kommen die anderen Instrumente Bestenfalls könnte man mit Hubbles Kameras von uns entfernt. Die überwiegende Mehrheit liegt ins Spiel, die sich an Bord von Hubble befinden. einen einzelnen Pixel sehen, aber meistens ist innerhalb eines Radius von 1 000 Lichtjahren, das Sie analysieren die detaillierten Farbeigenschaf- nicht einmal das möglich. Man kann den Planeten ist 1% der Ausdehnung unserer Galaxis. Aber wie ten astronomischer Objekte anstatt genaue nur durch seinen Einfluss aufspüren, den er auf Hubbles Namensgeber, Edwin Hubble, schon im Aufnahmen des Himmels zu machen. Das ist die das Licht seines Sterns ausübt, das in einem frühen 20. Jahrhundert zeigte, ist das Universum Welt der Spektroskopie. Lichtpunkt auf dem Detektor des Teleskops ein wahrhaft großer Ort, und mit der Zeit wird er eingefangen wird. immer größer. gen sind Spektrometer beteiligt, und viele Felder Trotzdem enthüllten Hubbles Untersuchungen Die entferntesten Galaxien, die bisher von As­­tro­ wie die Exoplanetologie und die Kosmologie des Lichts, das uns von anderen Sonnensyste- nomen entdeckt wurden, sind so weit entfernt, hängen stark von ihnen ab. Dies erklärt, warum men erreicht, anhand dieses einen Pixels erstaun- dass ihr Licht 13 Milliarden Jahre gebraucht hat, viele der wichtigsten Entdeckungen des Teles- lich detaillierte Informationen darüber, was dort um uns zu erreichen. (Das bedeutet nicht, dass kops, die wir in diesem Buch besprechen, durch vor sich geht. So konnten die Wissenschaftler sie 13 Milliarden Lichtjahre entfernt sind; das künstlerische Darstellungen illustriert sind und beispielsweise bestimmen, welche Gase in den Universum ist weiter expandiert, seit sie dieses nicht durch echte Aufnahmen. Atmosphären von Planeten vorkommen, die zig Licht aussandten, sodass die Galaxien oder die Lichtjahre von der Erde entfernt sind, indem sie Galaxien, zu denen sie inzwischen geworden Hubbles Spektrometer funktionieren alle ein den chemischen Fingerabdruck aus verschiede- sind, heute noch weiter entfernt sind als damals.) bisschen wie ein Prisma, das weißes Licht in nen Elementen in der Atmosphäre eines Planeten Selbst auf Hubbles scharfen Aufnahmen gleichen einen Regenbogen zerlegt. Jedes Objekt hat untersuchten, die von Sternenlicht durchleuchtet sie nur winzigen Flecken. einen charakteristischen Regenbogen. Die wird. (Bisher war noch kein Planet mit Gasen Helligkeitsschwankungen zwischen den Farben dabei, die wir zum Leben brauchen.) An etwa einem Drittel von Hubbles Untersuchun- dieses Regenbogens können manchmal ganz Das Hubble Ultra Deep Field auf Seite 87 ist eine bemerkenswerte Langzeitaufnahme mit fein und manchmal drastisch sein. Sie helfen den Außerdem war Hubble in der Lage, den Einfluss einer Gesamtbelichtungszeit von zwei Wochen. Astronomen, eine Unmenge von Phänomenen zu des Weltraumwetters auf einen Planeten zu In ihrem Hintergrund erkennt man einige dieser untersuchen. Während Hubbles Aufnahmen nur beobachten, wenn eine Sterneruption die obe- Galaxien. Diese Aufnahme ist wohl eine der wich- ein paar Farben erfassen, messen Spektrometer ren Schichten der Atmosphäre eines Planeten tigsten in der Geschichte, weist sie doch Hubble ein glattes Kontinuum in einem beliebigem Detail. erhitzt, so dass sie in den Weltraum verdampfen. als eine Zeitmaschine aus, die 13 Milliarden Jahre So können die Astronomen im Prinzip unendlich Kürzlich ist es einem Wissenschaftlerteam mithilfe in die kosmische Geschichte zurückblicken kann. viele Farben auf einmal sehen, von denen sich des Weltraumteleskops Hubble sogar gelungen, Das sind 96% des Weges zurück zum Urknall. jede einzelne Farbe nur geringfügig von der die Farben des Sonnenuntergangs auf einem Details über diese entfernten Galaxien enthüllt nächsten unterscheidet. Planeten nachzustellen, indem es die Farbe des diese Aufnahme dennoch nicht; die Galaxien Zentralsterns, die chemische Zusammensetzung sind einfach zu klein, zu lichtschwach und zu Fast alles, was Hubble über die Planeten in der Atmosphäre und die Reflexionseigenschaften verschwommen. anderen Sonnensystemen herausgefunden der Atmosphäre des Exoplaneten untersuchte. hat, ist den Spektrometern zu verdanken. Ferne Abermals kommt die Spektroskopie ins Spiel. Planeten sind einfach zu winzig und zu weit weg, In astronomischem Maßstab sind alle Exoplane- Auch das Wissen der Astronomen über entfernte um sie in irgendeinem Detail abbilden zu können. ten, die wir bisher untersucht haben, nicht weit Galaxien stammt nicht aus Aufnahmen, sondern aus Spektren. Sonnenaufgang auf HD 189733b Dank Hubbles Spektralanalyse des Lichts seines Zentralsterns ist es Wissenschaftlern gelungen, auf die Farbe des Sonnenuntergangs auf dem Exoplaneten HD 189733b zu schließen. Diese künstlerische Darstellung stützt sich auf diese Analyse und weitere Berechnungen und Simulationen darüber, wie der Zentralstern für einen Beobachter aussehen würde, der durch die obere Atmosphäre des Gasplaneten fliegt. 35 Layout-17.indd 35 11/10/2013 18:18 Im Dunkeln sehen Entfernte Galaxien sind ein besonders drasti- Hinzu kommt noch Hubbles umfangreicher Satz Wenn Astronomen die Daten für ihre wissen- sches Beispiel für astronomische Objekte, die von Farbfiltern und seine Fähigkeit, ultraviolettes schaftlichen Veröffentlichungen bearbeiten, dann sowohl klein als auch dunkel sind und folglich und infrarotes Licht wahrzunehmen, das für das werden sie dies typischerweise so tun, dass das sehr schwer zu erkennen. Hubble konnte sie menschliche Auge unsichtbar ist. Die Aufnahmen von ihnen untersuchte Phänomen klar hervortritt, überhaupt nur dank seiner äußerst empfindlichen in diesem Buch sind also nicht einfach Nahauf- auch wenn dadurch der Rest des Bildes an Instrumente, dank langer Belichtungszeiten nahmen. Selbst wenn wir so lange durch den Klarheit verliert. Geht es in der Untersuchung und dank seines Spiegels aufspüren, der eine Weltraum reisen würden, bis wir genau vor diesen beispielsweise um die Eigenschaften der Sterne Menge Licht einlässt. (Die Pupille des mensch- majestätischen Spiralgalaxien oder den farbigen in den äußeren Bereichen einer Galaxie, so lichen Auges hat nur einen Durchmesser von Nebeln stünden, wären unsere Augen kaum in werden sie die Helligkeit erhöhen, um die Details einigen Millimetern, sodass Hubble mit seinem der Lage, sie überhaupt zu sehen. in den Spiralarmen herauszustellen, selbst wenn 2,4 m-Hauptspiegel in Bezug auf das Sehen im dadurch das Zentrum der Galaxie vollkommen Dunkeln klar im Vorteil ist.) ausgebrannt wirkt. Dass Astronomen ein Teleskop brauchen, liegt oft nicht daran, dass die Objekte zu klein sind, um sie mit bloßem Auge sehen zu können, sondern daran, dass sie zu lichtschwach sind. Die Andromedagalaxie, vermutlich die bekannteste Spiralgalaxie überhaupt, nimmt am Nachthimmel tatsächlich eine Fläche ein, die sechsmal so groß ist wie der Vollmond. Dass Sie die Andromedagalaxie wahrscheinlich noch nicht gesehen haben, liegt also nicht daran, dass sie so klein wäre, sondern daran, dass sie so lichtschwach Wie Hubbles Aufnahmen gemacht werden Wie also werden Hubbles Aufnahmen gemacht? ist. Auch der Orionnebel und der Sternhaufen Die Aufnahmen, die wir in diesem Buch präsentieren und die im Fernsehen oder in Zeitungen erscheinen, versuchen die Bildbearbeiter ausgewogener und etwas künstlerischer zu gestalten. Sie wählen Filter, Helligkeiten und Kontraste so, dass sie den größten Detailreichtum zeigen und der bestmögliche Gesamteindruck des Objekts entsteht. Bei Galaxien bedeutet das beispielsweise, den Dynamikumfang einzuschränken, sodass die hellen Zentren blasser wirken, als sie tatsächlich sind, und die lichtschwachen Spiralarme heller aussehen. Omega Centauri, die beide einen größeren Die Daten, die Hubble an die Erde schickt, ent- Bereich einnehmen als der Vollmond, lassen halten weit mehr Information als das menschliche Bildbearbeitung ist keine zusätzliche Option – sich nur als kleine und etwas unscharfe „Sterne“ Auge sehen und man auf Papier drucken kann. es gibt keine unbearbeiteten Aufnahmen, die ausmachen, und der Helixnebel, der fast die Flä- man ausdrucken kann, genauso wenig wie ein che des Vollmonds einnimmt, ist mit dem bloßen Die wissenschaftlichen Daten in ein Bild zu Fotograf in den Tagen der analogen Kameras Auge gar nicht zu erkennen. Alle diese Objekte verwandeln, das man ausdrucken oder auf dem eine unentwickelte Filmrolle betrachten konnte. lassen sich jedoch auf Langzeitaufnahmen gut Bildschirm anzeigen kann, ist nicht ganz einfach. Wie wir wissen, sieht ein Teleskop Dinge, die das erkennen (selbst ohne Teleskop). Man muss den Farbbereich wählen, der auf dem menschliche Auge nicht wahrnehmen kann. Die Bild erscheinen soll, und festlegen, wie Kontrast Bildbearbeitung übersetzt die Daten aus dem Das Standardsichtfeld nimmt bei Aufnahmen des und Helligkeit dargestellt werden sollen. Für sol- Teleskop in etwas, dass mit Tinte gedruckt und Weltraumteleskops Hubble üblicherweise ein che Objekte wie Galaxien mit sehr hellen Zentren mit dem Auge betrachtet werden kann. Obgleich Zehntel der Breite des Vollmonds ein, sodass die und sehr lichtschwachen äußeren Regionen ist die Hubble-Aufnahmen von Spezialisten bearbei- Objekte auf den Aufnahmen in der Regel so groß dies eine besondere Herausforderung. Diese tet wurden, sind die Aufnahmen in diesem Buch, sind, dass sie mit dem bloßen Auge sichtbar sein Behandlung der Daten nennt man Bildbearbei- sofern nicht anders angegeben, real und keine sollten. Fast immer sind sie jedoch wesentlich tung, und sie ist eine Mischung aus Wissenschaft künstlerischen Darstellungen. lichtschwächer als unsere Augen wahrnehmen und Kunst. können. 36 Layout-17.indd 36 11/10/2013 18:18 So groß wie der Mond Der Helixnebel, der fast die Fläche des Vollmonds einnimmt, ist mit dem bloßen Auge vollkommen unsichtbar. Astronomen verwenden Teleskope nicht nur zum Vergrößern von Objekten, sondern auch, um schwaches Licht zu sammeln. Layout-17.indd 37 11/10/2013 18:18 4 38 Layout-17.indd 38 11/10/2013 18:18 Planeten Die Planeten unseres Sonnensystems bildeten sich aus dem Staub, der um die Sonne wirbelte, als sie vor rund fünf Milliarden Jahren entstand. Diese Staubteilchen verklumpten allmählich, und so entwickelte sich das Sonnensystem, wie wir es heute kennen. Übertroffen werden Hubbles hochauflösende Aufnahmen der Planeten und Monde im Sonnensystem nur von den Bildern der Raumsonden, die diese Himmelskörper tatsächlich besuchten. Das Weltraumteleskop Hubble hat gegenüber diesen Sonden sogar einen Vorteil: Es kann sich diesen Objekten immer wieder zuwenden und sie über viel längere Zeiträume beobachten als jede Sonde im nahen Vorbeiflug. Sechs der acht Planeten des Sonnensystems hat All diese Himmelskörper befinden sich jedoch wieder vereinzelte neue Entdeckungen, bis dann das Weltraumteleskop Hubble beobachtet: Nicht direkt vor unserer Haustür. Weiter draußen gibt es ihre Zahl in den letzten Jahren zu einer echten beobachtet hat es die Erde (obwohl es zwischen- ein riesiges Universum, das es zu erkunden gilt. Flut heranwuchs. Als dieses Buch entstand, durch immer mal wieder den Mond betrachtet) waren knapp 1 000 Exoplaneten bestätigt und und den Merkur, der sich zu nah an der Sonne Als das Weltraumteleskop Hubble 1990 startete, befindet und daher die Gefahr bestünde, dass kannten wir nur die Planeten des Sonnensys- viele weitere Kandidaten identifiziert. Hubbles empfindliche Instrumente bei einer tems. Zwar hatten Wissenschaftler schon lange Obgleich das Weltraumteleskop Hubble ent- Beobachtung beschädigt werden. vermutet, dass auch andere Sterne von Plane- wickelt und gebaut wurde, bevor Exoplaneten tensystemen ähnlich dem unserem umgeben bekannt waren, spielte Hubble eine große Rolle Zudem hat Hubble Monde um andere Planeten sein könnten, wirklich entdeckt haben sie einen bei der Entdeckung und Charakterisierung dieser ausfindig gemacht und erkundet, verschiedene Exoplaneten allerdings erst 1992. Über die fernen fremden Welten. Zwergplaneten untersucht (darunter Pluto, den darauffolgenden Jahre gab es zunächst immer berühmtesten) und den Asteroiden und Kometen bei ihrem kosmischen Ballett um unser Sonnensystem zugesehen. Jupiter, der Riese Jupiter, der mit Abstand größte Planet im Sonnensystem in einer Aufnahme aus dem Jahr 2009. Der dunkle Fleck rechts unten hat die Größe des Pazifischen Ozeans und ist eine Beule durch einen Asteroideneinschlag. 39 Layout-17.indd 39 11/10/2013 18:18 Unsere kosmische Nachbarschaft Die Planeten des Sonnensystems sind nicht nur zwischen den Gasplaneten. Sie alle bestehen bei Weitem nicht einzigartig ist. Im Jahr 2006 unsere nächsten Nachbarn; sie bildeten sich überwiegend aus Wasserstoff, aber ihre Größe, kamen die Astronomen daher überein, eine neue auch aus derselben Staub- und Gasscheibe wie ihre Dichte, ihr Klima und die Anteile der anderen Klasse von Objekten im Sonnensystem einzufüh- unser Heimatplanet vor vier Milliarden Jahren. Mit Gase variieren stark. ren. Objekte wie Pluto und seinesgleichen, die ihnen teilen wir also nicht nur die Nachbarschaft, größer als Asteroiden, aber kleiner als Planeten sondern auch den Ursprung. Und dennoch sind Es gibt auch eine Menge kleinerer Objekte, die sind, nennt man nun Zwergplaneten – eine Klas- die Planeten sehr verschieden. um die Sonne sausen – Kometen, Asteroiden und sifikation, die bis heute umstritten bleibt. Zwergplaneten. Das äußere Sonnensystem wird von riesigen Auch wenn Asteroiden und Kometen nicht Gasplaneten dominiert, seine inneren Berei- Am berühmtesten ist der Zwergplanet Pluto, den größer als Planeten und Zwergplaneten sind, so che dagegen von Gesteinsplaneten. Manche man bis vor Kurzem als eigenständigen Planeten übersteigt die Zahl dieser Überreste aus der Bil- Gesteins­p laneten haben dichte Atmosphären, ansah, obwohl er noch kleiner als der Mond ist. dung des Sonnensystems die Zahl der Planeten wie die Erde und die Venus, während Mars und Neueste Entdeckungen anderer vergleichbar eisi- und Zwergplaneten doch bei Weitem. Es gibt Merkur nur eine dünne oder gar keine Atmo- ger Objekte mit stark elliptischen Umlaufbahnen Unmengen von Asteroiden und Kometen, deren sphäre besitzen. Unterschiede gibt es auch im äußeren Sonnensystem bewiesen, dass Pluto Größe von Geröll bis zu Gesteinsbrocken mit Durchmessern von Hunderten Kilometern reicht. Das schärfste Bild des Mars von der Erde aus Diese Aufnahme des Planeten Mars, das schärfste Bild des Mars, das jemals von der Erde aus aufgenommen wurde, enthüllt kleine Krater und andere markante Formationen mit Ausdehnungen von nur einigen Dutzend Kilometern. Aufgenommen wurde dieses Bild am 24. August 2003 von der hochentwickelten Kamera ACS an Bord von Hubble, nur ein paar Tage vor der Jahrtausend-Erdnähe des Mars. Unter den erkennbaren Oberflächenstrukturen des Mars sind zahlreiche Krater, große Vulkanberge und das Valles Marineris – das markanteste Canyonsystem im Sonnensystem. Diese Strukturen, die auch von den Mars umkreisenden Raumsonden beobachtet wurden und werden, hat man bereits genau untersucht. Aber noch nie hat man sie von Pluto, der berühmteste Zwergplanet der Erde aus in einer solchen Klarheit gesehen. Der Nach seiner Entdeckung wurde Pluto Jahrzehnte als Planet angesehen. Heute klassifiziert man ihn als schwarze diagonale „Finger“ auf acht Uhr ist ein Teil Zwergplanet, und zwar als einen von etlichen Zwergplaneten, deren Bahnen durch die äußeren Regionen des des Koronografen des High-Resolution-Channels Sonnensystems verlaufen. Er ist so weit entfernt und so klein, dass er vom Weltraumteleskop Hubble nicht mehr im der Kamera ACS. Die Aufgabe eines Koronografen Detail beobachtet werden kann. In dieser Aufnahme ist das helle Objekt neben Pluto sein größter Mond Charon. ist es, das Licht von hellen Sternen abzuschirmen, Die vier kleineren Lichtpunkte sind seine Monde Nix, Hydra, Kerberos und Styx. Der linke und der rechte Teil dieser sodass auch lichtschwache Objekte in der näheren Aufnahme wurden aufgehellt, um Plutos kleine und lichtschwache Monde sichtbar zu machen. Umgebung des Sterns untersucht werden können. 40 Layout-17.indd 40 11/10/2013 18:18 Layout-17.indd 41 11/10/2013 18:19 Layout-17.indd 42 11/10/2013 18:19 Asteroiden sind steinige Fragmente, die Über- Kometen sind dagegen ganz anders. Sie verbrin- Das Weltraumteleskop Hubble hat zum Verständ- reste der wirbelnden protoplanetaren Scheibe um gen die meiste Zeit ihres Lebens in den entfernten nis all dieser Objekte beigetragen. Obgleich die Sonne, aus der sich die Planeten bildeten; sie äußeren Regionen unseres Sonnensystems. Aller- die Auflösung seiner Aufnahmen nicht mit der sind gewissermaßen der Schutt aus der Entste- dings kommt es aufgrund ihrer stark elliptischen Auflösung der Aufnahmen von Sonden mithalten hung des Sonnensystems. Sie bewegen sich auf Umlaufbahnen gelegentlich dazu, dass sie das kann, die tatsächlich durch das Sonnensystem Umlaufbahnen, die zwischen denen der Planeten innere des Sonnensystems zwischen Erde und fliegen, um unseren Nachbarn einen persönlichen liegen. Die überwiegende Mehrheit der Asteroi- Sonne durchstreifen. Da Kometen hauptsächlich Besuch abzustatten, hat Hubble andere Vorteile. den findet man in einem breiten Gürtel zwischen aus Eis bestehen, beginnen sie zu verdampfen, Insbesondere kann das Weltraumteleskop den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter. sobald sie sich der Sonne nähern, was die langen Hubble schnell reagieren (während Sonden Schweife aus reflektierenden Gasen erzeugt, die Jahre brauchen, um ihre Ziele zu erreichen) und nur gelegentlich, aber in spektakulärer Weise am sie über lange Zeiträume – Monate oder sogar Nachthimmel zu beobachten sind. Jahre – beobachten und so beispielsweise das Klima und die Jahreszeiten auf anderen Planeten verfolgen. Sonden bleiben dagegen meist nur ein paar Tage, um ihre Daten zu sammeln. Unser dynamisches Sonnensystem aus der Sicht von Hubble Obwohl unser Sonnensystem schon rund 5 Milliarden Jahre alt ist, kann man es als einen jungen Ort bezeichnen, an dem vergleichsweise viel los ist. Hier sind vier Beispiele für gewaltige Vorgänge an Kometen und Asteroiden (von oben nach unten). Im Jahr 2006 beobachtete das Weltraumteleskop Hubble, wie sich der Komet 73P/SchwassmannWachmann 3 auflöste. Der Komet war seit den 1930er Jahren bekannt, aber bei seiner letzten Annäherung an die Sonne zerbrach er in etliche Dutzend Fragmente. Der Komet C/1999 S4 LINEAR zerbrach im Jahr 2000 und löste sich auf. Im Juli 1994 regneten 24 Fragmente des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf Jupiter. Hier sieht man den zerbrochenen Kometen vor seinem Einschlag (s. u.), jedoch nachdem ihn Jupiters Schwerkräfte bereits in Fragmente zerlegt hatten. Der kometenähnliche Asteroid P/2010 ist das Produkt eines frontalen Zusammenstoßes zwischen zwei Asteroiden, die sich fünfmal schneller bewegten als ein Gewehrgeschoss. Kollisionen sind im Sonnensystem üblich, obgleich sie immer seltener werden, da das Sonnensystem altert und sich langsam seines Gerölls entledigt. Einen solchen Zusammenprall hatte bisher noch keine Kamera vor die Linse bekommen. 43 Layout-17.indd 43 11/10/2013 18:19 Schon bald nach der Servicemission im Dezember 1993, die Hubbles Sicht geschärft hatte, erhielt das Weltraumteleskop Hubble eine Gelegenheit, seinen Wert unter Beweis zu stellen. Im Juli 1994 stürzte der Komet Shoemaker-Levy 9 in den Jupiter, dem mit Abstand größten Planeten des Sonnensystems. Hubble machte Aufnahmen davon, wie die Fragmente des Kometen in die Atmosphäre des Planeten stürzten und riesige schwarze Beulen hinterließen, die größer als die Erde waren. Diese Aufnahmen des Einschlags von Shoemaker-Lev y 9 lösten nicht nur die Produktion von etlichen Filmen über Asteroidenkatastrophen aus, wie Armageddon und Deep Impact, sondern gaben Wissenschaftlern die Gelegenheit, aufregende neue Messungen an Jupiters dynamischer Atmosphäre vorzunehmen. Bei den entferntesten Planeten unseres Sonnensystems, Uranus und Neptun, ist die Beobachtung durch Hubble besonders lohnenswert, da diese Planeten bisher nur einmal von einer unbemannten Raumsonde besucht wurden. Die Raumsonde Voyager 2, die diese Planeten in den späten 1980er Jahren besuchte, lieferte die ersten und bisher einzigen detaillierten Momentaufnahmen. Allerdings flog sie schnell an Uranus und Neptun vorbei und kam bald außer Reichweite, ohne jemals in eine Umlaufbahn um diese Planeten einzuschwenken. Uranus hat die extremsten Jahreszeiten im Sonnensystem. Einen Großteil des Uranusjahres liegt eine Hemisphäre im gleichmäßigem Sonnenlicht und die andere in gleichbleibender Dunkelheit. Daher liefern Momentaufnahmen, wie die von Voyager 2, nur ein begrenztes Verständnis. Während Hubbles Aufnahmen des Uranus viel weniger detailliert sind als die der Raumsonde, haben sie Einblicke in die Winde und Stürme gegeben, die in der Atmosphäre des Uranus entfesselt werden, wenn die Jahreszeiten in gewaltiger Aufeinanderfolge einsetzen. Einschlag in den Jupiter Der Komet Shoemaker-Levy 9 löste sich auf und stürzte 1994 in den Planeten Jupiter. Kurz nach Hubbles Reparatur war dies ein bahnbrechender Moment in der Geschichte des Teleskops. Die von Hubble an die Erde übertragenen Aufnahmen zeigten eine Reihe von schwarzen Beulen auf dem Planeten an den Stellen, an denen die Fragmente des Kometen in die dichte Atmosphäre gestürzt waren. Diese blichen über die folgenden Monate langsam aus. 44 Layout-17.indd 44 11/10/2013 18:19 Neptun, der entfernteste Planet Vier Aufnahmen des Planeten Neptun im Abstand von wenigen Stunden zeigen, wie schnell er um seine Achse rotiert. Die rosafarbenen Gebilde sind Wolken in der dichten Atmosphäre des Planeten. Neptun ist der entfernteste der acht Planeten des Sonnensystems, was bedeutet, dass nicht einmal Hubble besonders scharfe Aufnahmen von ihm machen kann. Uranus Uranus mit seinen Ringen in einer Aufnahme aus dem Jahr 2005. Gleichzeitig helle und lichtschwache Objekte aufzunehmen, ist eine extreme Herausforderung. Diese Aufnahme des Uranus ist eine Montage aus Aufnahmen mit kurzen und langen Belichtungszeiten, sodass man den sehr hellen Planeten und die äußerst blassen Ringe zusammen sehen kann. Layout-17.indd 45 11/10/2013 18:19 Saturn und seine Monde im Zeitraffer Diese Folge von Aufnahmen zeigt, wie im Jahr 2009 vier Trabanten des Saturn – Titan, Enceladus, Mimas und Dione – die Saturnscheibe passierten. Dies ist ein relativ seltenes Ereignis, das nur aller 14 bis 15 Jahre vorkommt. Titan, der größte Mond des Saturn, wirft in diesen Aufnahmen während seiner Passage am oberen Rand des Saturn einen deutlichen Schatten. Bisher ist Titan der einzige Trabant eines anderen Planeten, auf dem eine Raumsonde gelandet ist; die Raumsonde Huygens der ESA landete im Jahr 2005 auf Titan. Layout-17.indd 46 11/10/2013 18:19 Hubbles Aufnahmen der Polarlichter – Nord- und Südlichter – auf dem Saturn und dem Jupiter sind einzigartig. Da sie hauptsächlich im ultravioletten Licht leuchten, das durch die Erdatmosphäre abgeschirmt wird, lassen sich diese Phänomene so gut wie gar nicht von Bodenteleskopen beobachten. Hubble hat nicht nur detaillierte Aufnahmen dieser Phänomene gemacht, sondern auch ganze Filme des Tanzes der Polarlichter produziert. Selbst bei den Planeten, die uns noch näher sind, bieten Hubbles Langzeitbeobachtungen Einsichten in Klima- und Wetterveränderungen, die uns auf anderem Wege nicht zugänglich sind. Während des Vorbeiflugs der Raumsonde Mars Pathfinder am Roten Planeten im Jahr 1997 gab es keine in der Umlaufbahn des Mars betriebenen Satelliten, die das Wetter auf dem Mars vorhersagen konnten. So diente Hubble als Meteorologe, der den Wind und den Staub in der Atmosphäre erkundete. Ein Tanz der Polarlichter auf dem Saturn Wie auf der Erde gibt es auf dem Saturn Polarlichter. Hubbles Beobachtungen der Polarlichter, die mithilfe des Spektrometers STIS im ultravioletten Licht gemacht wurden, sind hier über einen Zeitraum von vier Tagen zu sehen. Untersuchung des Marswetters Diese Aufnahmen zeigen den Mars in den letzten Tagen des Marsfrühlings auf der Nordhalbkugel. Die jährlich wiederkehrende nördliche Polkappe aus gefrorenem Kohlendioxid (Trockeneis) sublimiert schnell und legt die wesentlich kleinere permanente Polkappe aus Wassereis frei. Es sind auch einige helle Wassereiswolken sichtbar. Die hellsten Wolken befinden sich in der Umgebung der riesigen Schildvulkane auf dem Tharsis-Plateau (rechts von der Mitte der linken Aufnahme) und in dem riesigen HellasBecken (im unteren Teil der rechten Aufnahme). Aber auch weite Teile der Marstropen sind von einem diffusen Schleier überdeckt. 47 Layout-17.indd 47 11/10/2013 18:19 Jenseits des Sonnensystems Einige der größten Beiträge zur Planetologie klar, dass sie etwas beobachtet hatten, das nie Die Aufnahmen des Planeten Fomalhaut b lieferte das Weltraumteleskop Hubble auf einem ein Mensch zuvor gesehen hatte: Protoplanetare machen nicht viel her. Die Technik der Wis- Gebiet, das bei Hubbles Planung noch gar nicht Scheiben aus Gas und Staub – sprich fremde senschaftler, um das blendende Licht des hell existierte. Hubbles Entwurf und Konstruktion Sonnensysteme in ihrer Entstehungsphase! leuchtenden Muttersterns abzuschirmen, lässt die gehen auf die 1970er und frühen 1980er Jahre Aufnahme etwas undurchsichtig wirken. Deutlich zurück, als das Sonnensystem mit seinen neun In den Jahren nach dem Start des Weltraumte- zu erkennen ist zumindest ein Lichtpunkt, der sich Planeten alles war, was wir kannten. (Pluto leskops Hubble wurden mithilfe einer Reihe von zwischen den beiden Beobachtungsreihen auf betrachtete man damals noch als Planeten.) Teleskopen die ersten vollständig gebildeten seiner Bahn weiterbewegt Planeten außerhalb unseres Sonnensystems Hubbles erste Beobachtungen des Orionnebels, entdeckt. Die Entdeckung eines neuen Planeten Jedoch ist Fomalhaut b eine Ausnahme unter und zwar noch bevor die erste Servicemission die war in den 1990er Jahren eine Schlagzeile wert. Hubbles Beobachtungen von Exoplaneten. Von Aufnahmequalität des Teleskops entscheidend Heute werden diese Entdeckungen selten über- der überwiegenden Mehrheit der Exoplaneten verbesserte, brachten eine vollkommene Über- haupt bemerkt, da man aller ein paar Tage neue gibt es gar keine Bilder, nicht einmal kleine kör- raschung mit sich. Unter den jungen Sternen, Planeten entdeckt. Das soll aber nicht heißen, nige. Die Sterne und ihre Planeten sind einander die sich in dieser riesigen, hell leuchtenden dass sich die Exoplanetologie verfahren hat. Von so nah, dass sie sich auf einer digitalen Fotografie Sternenwiege gebildet hatten, gab es Sterne der bloßen Suche nach Exoplaneten sind die nicht in zwei einzelne Pixel auflösen lassen. mit einigen sehr seltsamen Merkmalen. Dunkle Astronomen zu ihrer detaillierten Untersuchung Scheiben schienen viele dieser neu gebildeten übergegangen, und Hubble war ihnen dabei Stattdessen müssen Spektrometer das Licht Sterne zu umgeben. Den Astronomen, die diese eines der wichtigsten Werkzeuge. auftrennen, um die Planeten zu untersuchen. Beobachtungen ausgeführt hatten, wurde schnell Von Hubble stammen die ersten direkten Aufnah- Diese Methode ist besonders in den Fällen Der Exoplanet Fomalhaut b men eines Exoplaneten im sichtbaren Licht aus leistungsstark, bei denen die Umlaufbahn des Hubbles Aufnahme des Planetensystems um den zwei Beobachtungsreihen in den Jahren 2004 Planeten von der Erde aus gesehen die Sonnen- Stern Fomalhaut ist nicht besonders attraktiv. Der und 2006. scheibe seines Muttersterns quert. Vergleichbar Stern selbst befindet sich in der Mitte und wurde ist dies mit den Sonnendurchgängen von Venus ausgeblendet. Klar zu erkennen ist ein Ring aus und Merkur, die wir gelegentlich beobachten. Schutt und Staub. Darunter verbergen sich ein paar helle Pixel, die eine Sensation waren, als man sie im Jahr 2008 veröffentlichte – die erste direkte Aufnahme eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems im sichtbaren Licht. Diese Aufnahme ist eine Kombination aus Aufnahmen aus den Jahren 2004 und 2006. In dem vergrößerten Ausschnitt ist die Bewegung des Planeten deutlich zu erkennen. 48 Layout-17.indd 48 11/10/2013 18:19 Eine künstlerische Darstellung des Planeten Fomalhaut b und seiner mit Staub gefüllten Umgebung Obwohl sich dieser Planet, wie alle bis heute entdeckten Exoplaneten, stark von der Erde unterscheidet, ist es nur eine Frage der Zeit, bis ein erdähnlicher Planet gefunden wird. Layout-17.indd 49 11/10/2013 18:19 Wenn Venus oder Merkur die Sonne queren, Atmosphären, die hauptsächlich aus Wasser- sein für die Suche nach den Kennzeichen des sehen Astronomen eine kleine schwarze Scheibe, dampf bestehen, und wasserstoffreiche, wie die Lebens, den Sauerstoff und das Wasser in der die sich über die große Sonnenscheibe schiebt. von Jupiter. Es gibt sogar einen Planeten, dessen Luft. Und sie könnten zumindest eine der größten Bei entfernten Sternen ist eine solche direkte Atmosphäre eine kräftig azurblaue Farbe hat. wissenschaftlichen und philosophischen Fragen Beobachtung natürlich nicht möglich – der Stern der Geschichte beantworten: Sind wir allein im und sein Planet sind für uns nur ein einzelner Bisher ähnelt noch keiner der entdeckten Pla- Lichtpunkt. Aber wenn der Planet einen Teil des neten der Erde. Mit den verfügbaren Techniken Lichts blockiert und den Stern kurzzeitig etwas findet man große Planeten und Planeten, die verdunkelt, gibt es für Hubbles Instrumente eine ihrem Mutterstern sehr nahe sind, weitaus leichter Menge Daten aufzunehmen. – auch wenn Theorien und Computersimulationen zufolge kleine Gesteinsplaneten wahrscheinlich Universum? Hubble spürt einen azurblauen Planeten auf Diese Illustration zeigt einen Exoplaneten mit dem unspektakulären Namen HD 189733b – einen der bestuntersuchten Planeten außerhalb des Einige der umfassendsten Informationen, die am verbreitetsten sind. Man hat einige gefunden, Hubble über E xoplaneten gesammelt hat, die sich wahrscheinlich in den habitablen Zonen betreffen ihre Atmosphären. Während ein Planet ihrer Muttersterne befinden. Das ist der schmale HD 189733 kreist. Die Atmosphäre des Planeten ist die Sonnenscheibe seines Muttersterns quert, Gürtel von Umlaufbahnen, auf denen ein Planet mit Temperaturen von über 1 000 °Celsius glühend blockiert er einen Teil des Sternenlichts und lässt weder zu kalt noch zu heiß ist, um Leben zu heiß, und von der Seite peitscht es Glaspartikel in den größten Teil ungehindert in unsere Richtung beherbergen, wie wir es kennen. Es ist erstaun- heulenden Winden mit einer Geschwindigkeit von bis passieren. Ein winziger Bruchteil des Sternen- lich, aber bis heute gab es noch keine Anzeichen zu 7 000 Kilometern pro Stunde. Nur 63 Lichtjahre von lichts durchdringt die Atmosphäre des Planeten, von Leben außerhalb unseres Heimatplaneten. uns entfernt, ist diese turbulente fremde Welt einer der die dann in diesem Licht einen Fingerabdruck Letztlich ist es nur ein Zahlenspiel. Bei einer nächsten Exoplaneten der Erde, den man beobachten ihrer chemischen Eigenschaften hinterlasst. Auswahl von 200 Milliarden Sternen in unserer Galaxie, um die man täglich neue Planeten ent- Mithilfe dieser Methode ist es Wissenschaftlern deckt, wird es sicher nicht mehr lange dauern, gelungen, genaue Messungen der Anteile der bis man einen erdähnlichen Planeten findet. verschiedenen Gase in Planetenatmosphären Wenn es soweit ist, werden die von Hubble vor- vorzunehmen. Die Zusammensetzung der angetriebenen spektroskopischen Methoden zur Atmosphären variiert enorm. Es gibt dunstige Untersuchung von Atmosphären entscheidend Sonnensystems. HD 189733b ist ein gewaltiger Gasriese, der sehr eng um seinen Mutterstern kann, wenn er die Sonnenscheibe seines Sterns quert. Indem sie den Planeten auf seiner Umlaufbahn vor, während und nach seinem Verschwinden hinter dem Mutterstern beobachteten, konnten die Astronomen schließen, dass HD 189733b ein kräftig azurblauer Planet ist, der vom Weltraum aus gesehen an die Erde erinnert. 50 Layout-17.indd 50 11/10/2013 18:20 „Best of“ der protoplanetaren Scheiben im Orionnebel Der Orionnebel ist ein benachbartes riesiges Sternentstehungsgebiet, das so hell ist, dass man es mit dem bloßen Auge erkennen kann. Der Orionnebel erscheint als ein kleiner, milchiger Fleck unterhalb des Oriongürtels. Hubbles scharfe Optik und lange Belichtungszeiten enthüllen allerdings eine Fülle von Farben und Details. So hat das Weltraumteleskop Hubble bei seinen Beobachtungen unzählige „Proplyds“, das heißt protoplanetare Scheiben, entdeckt – Scheiben aus dunklem Staub, die neu gebildete Sterne umgeben. Man nimmt an, dass es sich dabei um Planetensysteme handelt, die gerade im Entstehen begriffen sind. In dieser Aufnahme sind sechs dieser kleinen Flecken herausgestellt. Layout-17.indd 51 11/10/2013 18:20 Der Planet HD 189733b vor seinem Stern (künstlerische Darstellung) Der Planet HD 189733b ist ein blauer Planet, in jeder anderen Hinsicht hat er aber nichts mit der Erde gemein. Er ist ein riesiger Gasplanet ähnlich dem Jupiter, aber er befindet sich viel näher an seinem Mutterstern als jeder Planet im Sonnensystem. Hubbles Spektralanalysen seiner Atmosphäre im Jahr 2011 haben den Planeten zufällig während eines riesigen Kataklysmus – einer großen Eruption – erfasst, wobei es sich um eine extreme Version des Weltraumwetters handelt, das wir auch im Sonnensystem beobachten. Wenige Stunden, nachdem eine Eruption auf der Oberfläche des Sterns beobachtet worden war, begann sich HD 189733b vor die Sonnenscheibe seines Muttersterns zu schieben. So enthielt das Sternenlicht die unmissverständliche Signatur der Atmosphäre des Planeten, die heftig verdampfte. Durch Zufall gelang Hubble damit die erste Beobachtung einer Veränderung in der Atmosphäre eines Planeten! Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie dieses Ereignis für einen Beobachter in einem Raumschiff vor Ort ausgesehen haben könnte. Die verdampfende Atmosphäre zeichnet sich vor dem Sternenlicht als dunkle Wolke ab. Layout-17.indd 52 11/10/2013 18:20 Layout-17.indd 53 11/10/2013 18:20 5 54 Layout-17.indd 54 11/10/2013 18:20 Sterne & Nebel Sterne gibt es im Universum überall. Alles Licht am Nachthimmel stammt in irgendeiner Form von den Sternen. Auch die Milchstraße, unsere Heimatgalaxie, setzt sich aus unzähligen Sternen zusammen. Wissenschaftler schätzen ihre Zahl auf ungefähr 200 Milliarden, doch niemand hat sie je genau gezählt, und so wird uns ihre Zahl wohl immer ein Geheimnis bleiben — nicht zuletzt deshalb, weil sie sich fortwährend ändert. Viele der Objekte, die das Weltraumteleskop Hub- Gas, Kernschmelzöfen, die Wasserstoff in glühenden Sternbildungsnebeln bis hin zu ihrem ble über die Jahre fotografiert hat, sind zu klein schwere Elemente verwandeln und über weite Tod als Supernova oder planetarischer Nebel. oder zu lichtschwach, um sie mit bloßem Auge Teile des mittleren Bereichs des elektromag­ Auf den Bildern des Weltraumteleskops Hubble sehen zu können. Ein paar Sterne dagegen sind netischen Spektrums Strahlung aussenden. entpuppen sich die scheinbar nichtssagenden selbst in lichtüberfluteten Großstädten in einer Lichtpunkte am Nachthimmel als komplexe und klaren Nacht zu erkennen. Doch kennen wir ihre Mithilfe der modernen Astronomie ist es faszinierende Objekte, die dynamisch mit ihrer Natur wirklich? Sterne sind nicht einfach nur Licht- gelungen, das Leben und die Lebenszyklen Umgebung wechselwirken. punkte, sondern riesige Bälle aus glühendem von Sternen aufzudecken, von ihrer Geburt in Sternentstehungsgebiet NGC 3603 Der Sternhaufen NGC 3603 ist einer der eindrucksvollsten in unserer Galaxis, der Milchstraße. Man geht davon aus, dass sich die Sterne des Sternhaufens in den letzten paar Millionen Jahren gebildet haben. Aus kosmischer Sicht sind sie also sehr jung. Das rot leuchtende Gas ist ein Überrest der Wasserstoffwolke, aus der sich die Sterne des Haufens gebildet haben. Die riesige Lücke im Gas rechts vom Sternhaufen haben die heißen blauen Sterne im Zentrum des Sternhaufens geschaffen. 55 Layout-17.indd 55 11/10/2013 18:20 Was sind Sterne? Unsere Sonne ist ein gewöhnlicher Stern von leicht überdurchschnittlicher Größe, der zu einer Galaxie gehört, die er mit vielen Milliarden anderen Sternen teilt. Mit einem gegenwärtigen Alter von 5 Milliarden Jahren hat die Sonne ungefähr die Mitte ihrer erwarteten Lebenszeit erreicht. Aber wie können wir das wissen? Das Weltraumteleskop Hubble ist berühmt als eine Zeitmaschine, mit der man in die entfernte Vergangenheit des Kosmos zurückschauen kann, um Ausschau nach Objekten zu halten, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Zeitreisen sind also in gewisser Weise auch in der Astronomie möglich. Sterne sind ziemlich berechenbare und einfache Objekte. Ein Stern ist ein glühender Gasball, der vornehmlich aus Wasserstoff besteht. Wenn der Druck in seinem Inneren ausreicht, um die Kerne der Wasserstoffatome zu Heliumkernen zu verschmelzen, werden Licht und Wärme freigesetzt. Energetisch steckt dahinter derselbe Prozess, aus dem auch thermonukleare Waffen ihre beängstigende Kraft beziehen. Während aber Wasserstoffbomben ihren Brennstoff in einem Bruchteil einer Sekunde verbrauchen, sind Sterne so groß, dass sie die Kernfusion Millionen oder gar Milliarden von Jahren aufrecht erhalten haben sie eine gewisse Vorstellung von dem Der wenig bekannte Nebel IRAS 05437+2502 können. Ausgang ihrer Geschichte. Demnach erwartet Die komplexen Formen im Nebel IRAS 05437+2502 die Erde ein böses Ende, bei dem unser Planet belegen, wie Sterne und Nebel miteinander Da alle Sterne denselben Grundaufbau und von der Sonne zerstört wird, während sie sich wechselwirken, auch wenn die genaue Art eine ähnliche Zusammensetzung haben, lassen in einen aufgeblasenen Roten Riesen verwan- dieser Wechselwirkung noch unklar ist. Dieser sich die Kenntnisse, die man durch Erforschung delt. Vielleicht werden wenigstens zukünftige eines Sterns gewonnen hat, leicht auf andere außerirdische Astronomen für einen Augenblick anwenden. lang ihre Freude daran haben. Bringen doch die Spätstadien sonnenähnlicher Sterne einige der ungewöhnlich scharfkantige hell leuchtende Bogen könnte durch die Wechselwirkung eines jungen Schnellläufersterns mit der ihn umgebenden Gasund Staubwolke entstanden sein. Ein solcher Stern könnte aus dem entfernten jungen Sternhaufen seiner Die Menschheit war bei der Geburt der Sonne verblüffendsten, komplexesten und schönsten nicht zugegen, und aller Wahrscheinlichkeit Strukturen hervor, die das Weltraumteleskop Geschwindigkeit von 200 000 km/h oder mehr durch nach wird es auch niemand miterleben, wenn Hubble je beobachtet hat. den Nebel geschossen sein. Geburt herauskatapultiert worden und mit einer die Sonne in 5 bis 10 Milliarden Jahren über die Umlaufbahn der Erde hinauswächst. Aber womöglich gehen wir damit hier etwas zu weit. Interessant ist an den Sternen nicht nur ihr Inz wischen haben Astronomen unzählige Tod, so dramatisch er durchaus sein kann. Auch sonnenähnliche Sterne beobachtet. Dadurch ihr Leben steckt voller Dramatik. 56 Layout-17.indd 56 11/10/2013 18:21 Lauter Sterne Unzählige Sterne bevölkern das Universum. Zu sehen ist hier ein Sternfeld in der Andromedagalaxie. Aufgrund seiner hohen Auflösung kann das Weltraumteleskop Hubble Millionen einzelner Sterne unterscheiden, selbst in unseren Nachbargalaxien, wo schwächere Teleskope nur Nebelwolken erkennen würden. Diese Aufnahme erfasst unterschiedlichste Sterne, angefangen von roten (kühlen) Sternen bis hin zu blauen (sehr heißen) Sternen und dunkler erscheinenden Flecken aus Staub. Zufällig zeigt diese Aufnahme auch den ersten außerhalb unserer Galaxis beobachteten veränderlichen Cepheiden V1 (links unten) als einen durchschnittlich wirkenden Stern. Layout-17.indd 57 11/10/2013 18:21 Oben links: Die Sonne als ein Roter Riese In ungefähr 5 bis 10 Milliarden Jahren wird sich die Zurück zum Ursprung Diese von Supernovae erzeugten schweren Sonne zu einem Roten Riesen (rechts) auf das 250- Elemente bilden nur einen winzigen Bruchteil der Fache ihrer gegenwärtigen Größe (der kleine gelbe Materie im Universum, während den Löwenanteil immer noch der Wasserstoff und das Helium aus dem Urknall ausmachen. Obwohl die schwereren Punkt unten links) aufblähen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Sonne die innersten Planeten, und so auch die Umlaufbahn der Erde, vereinnahmt haben. Elemente sehr selten sind, spielten sie bei allen Das Universum, wie es unmittelbar nach dem nachfolgenden Runden der Sternentstehung eine Oben Rechts: Die Asche der ersten Sterne Urknall existierte, unterschied sich chemisch stark wichtige Rolle. Auch die Gestalt des Universums, Eine künstlerische Darstellung eines Quasars, eines von dem Universum, das wir heute beobachten. wie wir es heute beobachten, wurde durch sie durch ein schwarzes Loch getriebenen, hellen und Es existierten nur Wasserstoff, etwas Helium maßgeblich geprägt. energiegeladenen Phänomens, wie es im frühen Universum vorkam. Das Weltraumteleskop Hubble und eine Spur Lithium; nur diese drei Elemente bildeten das Rohmaterial der ersten Sterne. Diese Die Sterne dieser ersten Generation waren beobachtete das Licht dreier Quasare, das sie frühen, massereichen Sterne verschmolzen Was- alle sehr groß und brannten sich innerhalb von weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall serstoffkerne zu weiterem Helium. Als sich ihre ein paar Millionen Jahren aus. Doch hat ihre Wasserstoffvorräte erschöpften, gingen sie dazu Asche die Bildung späterer Sterne in ziemlich über, Heliumkerne zu allen anderen Elementen fundamentaler Weise beeinflusst. Insbesondere des Periodensystems bis hin zum Eisen zu ermöglichten die Spuren der schwereren Ele- verschmelzen. Jeder weitere Fusionslauf setzte mente aus den früheren Sterngenerationen die Generation direkt zu beobachten, und daher weniger Energie frei, bis schließlich die im Inneren Entstehung viel kleinerer Sterne. Und weil kleinere wissen wir nur sehr wenig über sie. Vielleicht wird des frühen Sterns produzierte Energie nicht mehr Sterne länger leben, bleibt ihnen genug Zeit, um es zukünftigen Teleskopen wie dem Weltraumte- ausreichte, um seine Schwerkraft auszugleichen; Planetensysteme auszubilden; zumindest einem leskop James Webb gelingen, einen verschwom- der Stern fiel zunächst in sich zusammen, bevor von ihnen ist es dabei sogar gelungen, Leben menen flüchtigen Blick auf das Licht der ersten er schließlich als Supernova explodierte. Bei hervorzubringen. Sterne zu werfen, wenn sie durch die Weite des dieser Riesenexplosion wurden sowohl die im aussandten. Darin fand sich die chemische Signatur von Eisen – Eisen, das in der allerersten Generation von Sternen gebildet wurde. Raums in die hintersten Ecken des Universums Kernschmelzofen erzeugten Elemente verteilt als Aufgrund der Größe und Kurzlebigkeit dieser spähen. Die nächste Etappe in der kosmischen auch neue, noch schwerere Elemente im darauf ersten Sterne hatten Astronomen noch nie Geschichte lässt sich dagegen überall um uns folgenden Inferno erzeugt. die Möglichkeit, einen Stern aus der ersten herum beobachten. 58 Layout-17.indd 58 11/10/2013 18:21 Sternentstehungsgebiet Sh 2-106 Sh 2-106, ein kompaktes Sternentstehungsgebiet, das vom Weltraumteleskop Hubble und dem japanischen Teleskop Subaru aufgenommen wurde. In der Mitte des Bildes versteckt sich ein junger Stern namens S 106 IR hinter einer Staubwolke, aber das Material, das er ausstößt, verwirbelt das umgebende Gas, sodass es eine Uhrglasform annimmt, und seine starke Strahlung lässt den Nebel leuchten. Layout-17.indd 59 11/10/2013 18:22 Jet im Herbig-Haro-Objekt 110 Aus kosmischer Sicht sind junge Sterne so unausgeglichen wie ein müdes Kleinkind! Herbig-Haro-Objekte sind Gebilde, die von jungen Sternen ausgestoßen wurden. Anders als die meisten astronomischen Phänomene, die sich quasi unmerklich entwickeln, zeigen sich auf Bildern von Herbig-Haro-Objekten, die im Abstand von ein paar Jahren aufgenommen wurden, merkliche Veränderungen. Layout-17.indd 60 11/10/2013 18:22 Babysterne Sterne entstehen in Gaswolken, die hauptsächlich wahrzunehmen. In Amateurteleskopen erschei- und dem interstellaren Material. Sie zeigen, wie aus Wasserstoff bestehen, aber auch Spuren nen Nebel daher oft eher grün als pink, obwohl sich schnell und langsam bewegendes Material anderer Elemente enthalten, die in früheren dort Sauerstoff nur in geringen Mengen vorliegt.) ähnlich den Verkehrswellen auf einer Straße türmt. Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft ballen sich die Schon seit Jahrhunderten kennt man diese Stern- Noch erstaunlicher ist, dass Wissenschaftler Wolken langsam zusammen, bis sie schließlich zu bildungsnebel, darunter benachbarte und helle innerhalb der zwei Jahrzehnte währenden Beob- Gasbällen kollabieren. Ist der Gasball hinreichend Nebel wie der Orionnebel und der Carinanebel, achtungszeit der Herbig-Haro-Objekte durch groß, setzt der Druck im Inneren des Gasballs die deren Namen wohl allgemein geläufig sind. Aller- das Weltraumteleskop Hubble sogar zusehen Kernfusion in Gang, und ein Stern ist geboren. dings zeigte sich auf Hubbles hochauflösenden konnten, wie sich diese Objekte bewegen. Reicht seine Größe dazu nicht aus, wird der Bildern, dass uns bisher wohl manche Dinge warme Gasball zu einem braunen Zwerg, einem dennoch verborgen geblieben sind. Sterngenerationen gebildet wurden. Unter dem verunglückten Stern. Die meisten Phänomene in der Astronomie laufen auf Zeitskalen ab, die viel zu lang sind, Zu diesen verborgenen Geheimnissen zählen die um die Entwicklung des Phänomens innerhalb In den ersten Lebensjahren eines Sterns sind schwarzen Scheiben, die junge Sterne umge- der Lebenszeit eines Menschen beobachten zu seine Wechselwirkungen mit der ihn umgeben- ben und auf ein entstehendes Planetensystem können. Galaxien rotieren, für eine volle Umdre- den Gaswolke vielfältig. Sternwinde höhlen die hindeuten. hung brauchen sie allerdings hunderte Millionen Wolke aus. Geysierartige Gasströme, sogenannte Jahre. Genauso bewegen sich alle Sterne am Jets, schießen aus der Oberfläche des Sterns Ein anderes Geheimnis ist die Natur der soge- Nachthimmel, dies aber mit Geschwindigkeiten, und bringen in der umgebenden Materie Riffel nannten Jets, die junge Sterne an ihren Polen die mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen sind. und Bugwellen hervor. Die von dem Stern aus- ausstoßen. Man nennt sie Herbig-Haro-Objekte Auch Sternhaufen drehen sich, aber wieder ist gehende starke Strahlung regt die Gaswolke an nach den beiden Wissenschaftlern, die ihre ihre Bewegung so langsam, dass detaillierte und erhellt sie effektvoll wie eine Leuchtreklame. Natur in den 1950er Jahren untersuchten. Langzeitmessungen notwendig sind, um über- Diese jungen Sterne haben sich als wesentlich haupt eine Veränderung feststellen zu können. Bei Anregung leuchten verschiedene Elemente in komplexer erwiesen als ursprünglich gedacht. verschiedenen Farben. So leuchten Neonlampen Hubbles Bilder bieten eine sehr hohe Auflösung, Bei Herbig-Haro-Objekten ist das anders. Sie rot, Natriumstraßenlaternen hingegen orange. die Strukturen in den Jets erkennbar macht. Sie sind kleiner als Galaxien und nicht so weit von Sternentstehungsgebiete enthalten hauptsäch- deuten darauf hin, dass Jets nicht in gleichmä- der Erde entfernt. Ihre Bewegung lässt sich daher lich Wasserstoff, der in einem charakteristischen ßigen Strömen freigesetzt werden, sondern in leichter feststellen. Darüber hinaus bewegen sich pink-roten Farbton leuchtet, und etwas Sauerstoff, aufeinanderfolgenden Eruptionen. Dies lässt ver- die Jets äußerst schnell. Aufgrund dieser Tatsa- der grün leuchtet. Spuren anderer Elemente muten, dass die Jets durch neue Materie gespeist chen konnten Wissenschaftler Filme erstellen, die ergänzen die kosmische Wasserlandschaft. werden, die periodisch auf die Oberfläche des zeigen, wie sich Jets von ihrem Ursprungsstern (Das menschliche Auge hat die Eigenart, bei Sterns herabstürzt. Hubbles Bilder offenbaren wegbewegen. schwachen Lichtbedingungen grün besser auch die Wechselwirkung zwischen dem Jet Nahaufnahmen des Sternjets im Herbig-Haro-Objekt 34 Diese Zeitrafferaufnahmen zeigen, wie sich ein heller, klumpiger Jet, der von einem jungen Stern ausgestoßen wurde, mit der Zeit entwickelt. Der Jet namens Herbig-Haro-Objekt 34 ist ein Hinweis auf die Geburt eines Sterns. Einige helle Gebiete in den Klumpen markieren, wo Material mit rund 700 000 Kilometern pro Stunde auf andere Gebiete des Materials auftrifft, die sich dabei aufheizen und leuchten. 61 Layout-17.indd 61 11/10/2013 18:22 Sternenwiege in der Kleinen Magellanschen Wolke Das Sternbildungsgebiet LHA 115N90 enthält im Zentrum eine verstreute Ansammlung von neu geborenen, hellen, blauen Sternen. Die von diesen Sternen ausgehende energiereiche Strahlung regt das Gas zum Leuchten an und bläst es fort. Im Zentrum gibt es daher nun kaum noch Gas. Layout-17.indd 62 11/10/2013 18:22 Supernova! Die vom Weltraumteleskop Hubble aufgenommene Supernova 1994D (unten links) in der Galaxie NGC 4526. Lebe schnell und stirb jung ultravioletten Bereich des Lichts, was die Nebel, Supernova 1987A in denen sie leben, zum Leuchten anregt. Ihre Vieles von dem, was Wissenschaftler heute über Oberflächentemperaturen liegen weit über der Supernovae wissen, haben sie von der Supernova Oberflächentemperatur der Sonne von 5 000 ºC. 1987A gelernt, die hier in einer Aufnahme des Damit leuchten sie also in einem hellen Blau und Weltraumteleskops Hubble aus dem Jahr 2003 Sternenwiegen wie der Orionnebel bestehen nicht Gelb, in dem die meisten Sterne der Galaxie ewig. Die von den neuen Sternen freigesetzte erscheinen. nicht in dem Rot, dem Orange und dem blassen Energie löst die Gaswolke letztlich auf. Sehr zu sehen ist. Die Ringe um das Explosionsgebiet wurden noch vor der finalen Explosion des Sterns ausgestoßen. In den Jahren seit 1987 hat sich die Schockwelle der Explosion ausgebreitet. Inzwischen ist sie auf den innersten Ring gestoßen, den sie große Sterne, die eine kurze Lebenszeit haben Nachdem sie ihren Brennstoffvorrat gleichsam in und als Supernova enden, blasen Lücken in das einem kosmischen Wimpernschlag aufgebraucht weißen Objekte, die mit dem Ring überlappen, sind Gas, was wiederum in der Umgebung die Bildung haben, explodieren diese Riesensterne bald als unbeteiligte Sterne im Vordergrund. neuer Sterne begünstigt. Ein Großteil des Gases Supernova; die nach innen gerichtete Schwerkraft kollabiert schließlich in neuen Sternen, ein ande- überwindet schnell den Strahlungsdruck, der die rer Teil des Gases wird weggeblasen. Übrig bleibt äußeren Schichten des Sterns trägt. Der Stern fällt vieles gelehrt, was sie heute über diese gewalti- am Ende nur ein lockerer offener Sternhaufen, der dann in sich zusammen, wobei er gewaltige Ener- gen Ereignisse wissen. kaum Gas enthält. giemengen freisetzt. Kurzzeitig überstrahlt diese nun zum Leuchten anregt. Die beiden hellen katastrophale Explosion den übrigen Teil der Obwohl sich die erste Explosion des Sterns noch Zu diesem Zeitpunkt werden die massereichsten Galaxie. Solche Ereignisse sind vergleichsweise vor dem Start des Weltraumteleskops Hubble Sterne in dem Gebiet mit Lebenszeiten von nur selten, da diese Riesensterne nur einen winzigen ereignete, spielte Hubble eine wesentliche Rolle ein paar Millionen Jahren bereits verloschen Bruchteil der Sterne im Universum ausmachen. In bei der Untersuchung der Supernovaeffekte in sein. Diese Riesensterne leben ein kurzes, aber einer typischen Galaxie ist nur alle Jahrzehnte mit den beiden darauffolgenden Dekaden, denn die heftiges Leben, bei dem sie ihren Brennstoffvor- einer dieser Explosionen zu rechnen. von dem explodierenden Stern ausgestoßenen rat derart ungestüm verbrennen, dass er schon Überreste haben sich inzwischen ausgedehnt. nach wenigen Millionen Jahren verbraucht ist, Die erdnächste und am besten untersuchte während ihre kleineren Nachbarn noch in ihren Supernova seit der Erfindung des Teleskops Die letzten Jahre im Leben eines Sterns können Kinderschuhen stecken. Sie leuchten hell, im 16. Jahrhundert fand 1987 in der Großen turbulent sein, schon bevor der Stern schließlich und das nicht nur im Bereich des sichtbaren Magellanschen Wolke statt. Die unter Supernova explodiert. Der Vorläuferstern der Supernova Lichts, sondern auch im noch energiereicheren 1987A katalogisierte Explosion hat Astronomen 1987A hatte bereits vor seiner finalen Explosion 63 Layout-17.indd 63 11/10/2013 18:22 einen großen Teil seines Gases ausgestoßen. In Entfernung beinah so hell wie Sirius. Bis heute Eta Carinae — kurz vor der Explosion den Jahren seit seinem Start hat sich das Welt- ändert der Stern fortwährend seine Helligkeit, Gewaltige Gasflügel umgeben den instabilen Stern raumteleskop Hubble regelmäßig der Supernova wobei diese das Maximum aus dem Jahr 1843 Eta Carinae. Das Gas wurde während eines den Stern 1987A zugewandt, um sie zu überwachen. Dabei nie wieder auch nur annähernd erreichte. beinahe vernichtenden Ereignisses im 19. Jahrhundert ausgestoßen, bei dem dieser fast als Supernova konnte Hubble beobachten, wie die Überreste der Supernovaexplosion auf das ältere Gas stießen Die plötzliche Helligkeitsänderung von Eta und es zum Leuchten anregten, sodass es wie Carinae verwunderte die Astronomen des 19. ein Ring aus Edelsteinen wirkt. Jahrhunderts, doch die weite Entfernung des explodiert wäre. Sterns machte es ihnen unmöglich, eindeutig Ein anderer Riesenstern, den das Weltraumteles- zu erkennen, was vor sich ging. Heute wissen kop Hubble in seinem Endstadium beobachtet wir, dass sie Zeuge eines den Stern beinah ver- darauffolgenden Jahren ausgedehnt, sodass sie hat, ist Eta Carinae. Das ist ein Stern mit ungefähr nichtenden Ereignisses wurden, bei dem er fast eine hell leuchtende Hantel bilden. 100 Sonnenmassen im Sternentstehungsgebiet als Supernova explodiert wäre, sich dann aber des Carinanebels. irgendwie stabilisierte, bevor er sich komplett in Der Stern Eta Carinae mag das Jahr 1843 über- Stücke gerissen hätte. lebt haben, ewig wird ihm das entgegen aller Anfang des 19. Jahrhunderts war Eta Carinae Wahrscheinlichkeit nicht gelingen. Der Stern ist ein schwacher und unscheinbarer Stern am Eineinhalb Jahrhunderte nach der fehlgeschla- immer noch instabil und kann sich jederzeit auf- Nachthimmel. Mit den Jahren wurde er aber genen Explosion richtete das Weltraumteleskop blähen. Wenn es soweit ist, wird das Feuerwerk zunehmend heller. Im Jahr 1843 war er sogar Hubble seinen Spiegel auf den Stern und von der Erde aus gesehen unglaublich sein – die der absolut hellste Stern am Nachthimmel, begutachtete die Trümmer. Die 1843 ausgesto- hellste jemals beobachtete Supernova ging von erschien er doch trotz seiner fast tausendfachen ßenen gewaltigen Gasflügel hatten sich in den einem Stern dieses Typs aus. 64 Layout-17.indd 64 11/10/2013 18:22 Überrest einer Supernova Supernovae verschwinden nicht über Nacht. Diese Gasfetzen nennt man B0519-69.0 oder kurz SNR 0519. Die dünnen, blutroten Hüllen sind in Wirklichkeit die Überreste einer gewaltigen Explosion, in der ein instabiler Vorläuferstern vor rund 600 Jahren explodierte. Layout-17.indd 65 11/10/2013 18:22 Layout-17.indd 66 11/10/2013 18:23 Ein Panorama des Carinanebels Der majestätische Carinanebel ist die Heimat vieler neugeborener Sterne, darunter mindestens einer, der sich kurz vor seinem Lebensende befindet. Eta Carinae, ein Supernovakandidat in naher Zukunft, ist auf der linken Seite der Aufnahme als ein intensiv leuchtender Stern zu erkennen. Layout-17.indd 67 11/10/2013 18:24 Unsterbliche Sterne Obgleich die größten Sterne die gewaltigsten Selbst wenn sich herausstellt, dass sie Leben Ereignisse auslösen und daher bei der Ent- hervorgebracht haben, würden diese Planeten wicklung des Universums eine überproportional allerdings ziemlich alienhaft auf uns wirken. bedeutende Rolle spielen, unterscheiden sie Rote Zwerge sind lichtschwach und kalt, sodass sich stark von der großen Mehrheit der Sterne die habitable Zone bzw. Lebenszone – also im Universum. der Abstandsbereich, in dem sich ein Planet befinden muss, um Leben erhalten zu können, Rote Zwerge sind Sterne, die wesentlich kleiner ohne dass es verbrennt oder erfriert – viel näher und kühler sind als die Sonne, ganz zu schwei- an der Oberfläche des Sterns liegt als die Erde gen von Eta Carinae. Sie bilden die Mehrheit an der Sonne. Als eine wahrscheinliche Folge der Sterne im Universum; im Grunde sind sie davon hätte der Planet keinen Tag-und-Nacht- unsterblich. Die Geschwindigkeit, mit der sie Rhythmus. Wegen der Gezeitenwirkung zwischen ihren Kernbrennstoff verbrauchen, ist so gering, zwei Körpern, die sich eng umkreisen, würde der dass sie trotz ihres geringeren Gasvorrats eine Planet seinem Mutterstern vermutlich immer die- Lebenserwartung haben, die das gegenwärtige selbe Seite zuwenden, so ähnlich wie der Mond Alter des Universums übersteigt. der Erde immer dasselbe Gesicht zeigt. Und dies würde wiederum bedeuten, dass eine Halbkugel Rote Zwerge sind überraschend lichtschwach. im ewigen Sonnenlicht und die andere in ewiger Proxima Centauri, der nur knapp über 4 Lichtjahre Nacht baden würde. Proxima Centauri, unser nächster Nachbar entfernte erdnächste Stern, ist ein roter Zwerg. Durch das Weltraumteleskop Hubble betrachtet, Trotz seiner Nachbarschaft ist er zu lichtschwach, Jüngste Beobachtungen an diesen Sternen erscheint Proxima Centauri als ein heller Stern, um ihn mit bloßem Auge ausfindig machen zu haben einige Zweifel daran aufkommen lassen, wie man es von dem sonnennächsten Stern können, selbst in der dunkelsten Nacht. Er hat ob Rote Zwerge tatsächlich so vielversprechende erwarten würde. Für das bloße Auge ist er hingegen ungefähr ein Achtel der Sonnenmasse, aber er Umgebungen für lebensfreundliche Planeten ist noch dunkler als es seine zierliche Gestalt sind. Beobachtungen von Hunderttausenden ohnehin schon vermuten lässt: Proxima Centauri Roten Zwergen durch das Weltraumteleskop strahlt weniger als 1% der Strahlungsmenge ab, Hubble haben gezeigt, dass sie zum Ausstoß die von der Sonne ausgeht. energiereicher Flares (chromosphärischer Erupti- vollkommen unsichtbar. Rote Zwerge wie Proxima Centauri sind verglichen mit größeren Sternen extrem lichtschwach, aber sie bilden die Mehrheit der Sterne der Milchstraße. onen) neigen, welche die Atmosphären der sie Dunkel und unveränderlich – klingt, als wären umkreisenden Planeten zerstören könnten. Rote Zwerge etwas langweilig. Viele Astronomen würden dem jedoch widersprechen. So könnten diese Sterne Planeten mit lebensfreundlichen Bedingungen beherbergen. 68 Layout-17.indd 68 11/10/2013 18:24 Sternhaufen Sternhaufen zählen zu den optisch reizvollsten und astrophysikalisch faszinierendsten Objekten am Sternenhimmel. Da alle Sterne des Haufens aus derselben Gas- und Staubwolke entstanden sind, haben sie ein ähnliches Alter und eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Dies macht sie zu idealen Forschungslaboren für die Untersuchung der Entwicklung von Sternen. 35-mm Kamera Digitized Sky Survey 2 MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop VLT Generell existieren zwei Arten von Sternhaufen: die offenen bzw. galaktischen Sternhaufen und die Kugelsternhaufen. Offene Sternhaufen enthalten in der Regel ein paar Tausend Sterne, die durch die Schwerkraft locker zusammengehalten werden. Es scheint so zu sein, dass die meisten Sterne, so auch die Sonne, in offenen Sternhaufen entstanden sind. Kugelsternhaufen sind dagegen riesige kugelförmige Gebilde mit Zehntausenden Sternen, die um unsere Galaxis oder andere Galaxien kreisen. Aufgrund seiner scharfen Sehkraft und seiner hohen Empfindlichkeit ist das Weltraumteleskop Hubble geradezu für die Untersuchung von Sternen in Haufen sowohl in der Milchstraße als auch in benachbarten Galaxien geschaffen. In Kugel­ sternhaufen, wo es so viele Sterne gibt, dass sie in den Bildern fast verschmelzen, ist Hubble in der Lage, ihr Licht einzeln zu messen und sogar die allerschwächsten Sterne im Haufen zu erkennen. Hubble Hineinzoomen in einen offenen Sternhaufen Der Kappa-Crucis-Haufen, auch als NGC 4755 oder einfach Herschels Schmuckkästchen bekannt, ist gerade hell genug, um ihn mit bloßem Auge erkennen zu können. Aufgrund seiner auffälligen Farbkontraste zwischen hellblauen und orangefarbenen Sternen erinnert er an ein exotisches Schmuckstück. 69 Layout-17.indd 69 11/10/2013 18:24 Layout-17.indd 70 11/10/2013 18:24 Der Pferdekopf Der Pferdekopfnebel, auch als Barnard 33 bekannt, erhebt sich wie ein überdimensionales Seepferdchen aus den turbulenten Wellen aus Staub und Gas. Die Aufnahme zeigt die Region im infraroten Licht, das längere Wellenlängen hat als sichtbares Licht und so den Staub durchdringen kann, der sonst die inneren Regionen verhüllt. Es offenbart sich eine recht himmlische und zerbrechlich wirkende Struktur aus zarten Gasfalten -eine Erscheinung, die sich stark von dem Aussehen des Nebels im sichtbaren Licht unterscheidet. Layout-17.indd 71 11/10/2013 18:24 NGC 6611 im Adlernebel Diese Ansammlung von schillernden Sternen hat die Bezeichnung NGC 6611 und ist ein offener Sternhaufen, der sich vor etwa 5,5 Millionen Jahren gebildet hat. Er befindet sich ungefähr 6 500 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist ein sehr junger Sternhaufen, der viele heiße blaue Sterne enthält. Sie strahlen auch stark im Ultravioletten, was den sie umgebenden Nebel hell leuchten lässt. Layout-17.indd 72 11/10/2013 18:24 Die Zukunft der Sonne verschluckt und die Erde wird vernichtet, während Der Kugelsternhaufen NGC 6388 die Sonne zu einem Roten Riesen mutiert. Der Diese Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble sterbende Stern beginnt dann, seine äußeren zeigt NGC 6388, einen Kugelsternhaufen mittleren Schichten abzustoßen, zunächst als Gashülle, Alters in unserer Milchstraße. Der Sternhaufen bildete später als eine dichte Wolke, welche die Sicht sich in weit entfernter Vergangenheit und ist über 10 auf den Stern größtenteils versperrt. Diese kurze Milliarden Jahre alt. Sonnenähnliche Sterne, die größer als die über- Etappe in der Sternentwicklung lässt sich ziem- wiegende Mehrheit der Sterne, aber viel kleiner lich schwer beobachten, da die Wolke an sich als die größten Riesensterne sind, haben eine kein sichtbares Licht aussendet – sie reflektiert Leuchtreklame leuchtet – was im Wesentlichen vielfältige Lebenszeit. Nachdem sie den Kinder- das Sternenlicht und schimmert schwach im auf denselben Prozess zurückzuführen ist, der schuhen entwachsen sind, verbringen sie einige Infraroten. Trotzdem hat das Weltraumteleskop auch Sternbildungsnebel zum Leuchten bringt, Milliarden Jahre in einem recht ereignislosen Hubble viele Aufnahmen dieser Objekte gemacht, wenn auch auf einer viel kleineren Skala. An stellaren Erwachsenendasein, bei dem sie kon- die man auch als protoplanetarische Nebel dieser Stelle wird aus dem dunklen protoplane- tinuierlich Wasserstoff zu Helium verschmelzen. bezeichnet. tarischen Nebel ein planetarischer Nebel mit einer Gegen Ende ihres Lebens werden die Dinge dann interessanter. eindrucksvollen, hell leuchtenden Struktur. Auch Alles, was von dem Stern übrig bleibt, nachdem von diesen Objekten hat das Weltraumteleskop er seine äußeren Schichten abgestoßen hat, Hubble über die Jahre zahlreiche Aufnahmen Zuerst blähen sie sich auf und werden etwas ist der kleine, heiße Kern. Nach nur ein paar gemacht, die belegen, dass es sich bei ihnen kälter. Wenn dies mit unserer Sonne passiert, tausend Jahren heizt sich dieser auf und regt um einige der faszinierendsten und schönsten werden die inneren Planeten Merkur und Venus das abgestoßene Gas an, sodass es wie eine Objekte des Nachthimmels handelt. 73 Layout-17.indd 73 11/10/2013 18:25 Aber Moment. Planetarischer Nebel? Was hat Hubble, zeigt, dass planetarische Nebel nicht Ein einzigartiger Nebel dieses Gebilde mit Planeten zu tun? immer so grün sind und ihre Form oft weit von Die außergewöhnliche Spiralform links von dem einer Kugelform entfernt ist; trotzdem ist der ver- hellen Stern in dieser Aufnahme umgibt einen Überhaupt nichts. In Wirklichkeit ist der Name wirrende Name irgendwie in den Köpfen hängen sonnenähnlichen Stern, der allerdings in seiner ein Relikt aus den Tagen der ersten Teleskope. geblieben. Lebenszeit schon weiter fortgeschritten ist als die Planetarische Nebel sind ziemlich hell, und einige Sonne und dem langsam der Brennstoff ausgeht. Wenn Sterne ihre äußeren Schichten abstoßen, bilden von ihnen lassen sich schon mit einfachsten Über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren Teleskopen beobachten. Da sie typischerweise verschwindet der planetarische Nebel allmählich einen grünlichen Farbton haben und in einem und löst sich im Raum auf. Zurück bleibt ein winzi- kleinen Teleskop nahezu kugelförmig erscheinen, ger, dichter, toter Überrest des alten Sterns – ein dachten die Astronomen früher, dass sie den sogenannter Weißer Zwerg. In Weißen Zwergen er sich erst am Anfang seines Todeskampfes befindet. äußeren Gasplaneten des Sonnensystems ähneln laufen keine Kernreaktionen mehr ab, obgleich Aber mit der Zeit wird die expandierende Wolke wie Uranus und Neptun. sie nur sehr langsam abkühlen und für viele Milli- anfangen zu leuchten. sie eine Vielzahl interessanter Formen – hier hat vermutlich ein kleinerer Begleitstern das Gas und den Staub in eine Spiralform gezogen. Der sterbende Stern ist gegenwärtig noch hinter dem Staub versteckt, da arden Jahre äußerst heiß bleiben können. Dies ist Die hochauflösende Bildgebung mithilfe komple- das endgültige Schicksal der Sonne in der fernen xerer Teleskope, darunter das Weltraumteleskop Zukunft von mehr als 5 Milliarden Jahren. 74 Layout-17.indd 74 11/10/2013 18:25 Planetarische Nebel Planetarische Nebel kommen in einer Vielfalt von Formen, Größen und Farben vor. Layout-17.indd 75 11/10/2013 18:25 Auch größere Sterne hinterlassen dichte Über- kleinerer Riesensterne, die Neutronensterne. Sie Ein Roter Riese macht eine Blase reste, obgleich sie ihr Leben nicht als planeta- gibt es in verschiedenen Arten, darunter Magne- Rote Riesen werfen auch einen Teil ihrer äußeren rischer Nebel beenden, sondern vielmehr als tare (Neutronensterne mit unglaublich starken Schichten aus Gas ab. U Camelopardalis ist ein Roter Supernova. Aber selbst die Kraft dieser Explosion Magnetfeldern) und Pulsare (Neutronensterne, Riese, der sich dem Ende seines Lebens nähert. reicht nicht aus, um die gesamte Materie des die unglaublich schnell rotieren und dabei wie Da ihm die Brennstoffvorräte ausgehen, beginnt er alten Sterns im Raum zu verteilen. Die Überreste ein Himmelsleuchtturm blinken). Der Krebs- von Supernovae fallen in zwei Kategorien: Neut- nebel, eine Gaswolke, die ein Stern bei seiner ronensterne und Schwarze Löcher. Supernovaexplosion im Jahr 1054 ausgestoßen hat, enthält in seinem Kern einen Pulsar, der sich Schwarze Löcher bleiben übrig, wenn die mehr als 30 Mal pro Sekunde dreht. Obwohl der allergrößten Sterne explodieren. Diese faszinie- Krebsnebel seit dem 18. Jahrhundert bekannt renden, exotischen Objekte sind so dicht, dass ist (aufgrund seiner Helligkeit und Größe lässt ihre Schwerkraft sogar das Licht bezwingt, und er sich mit einfachen Teleskopen beobachten, so sieht man sie im Wesentlichen als ein Loch wenn auch nicht mit dem bloßen Auge), musste in Raum und Zeit, dem nichts entkommt. Den der winzige Pulsar weitere 200 Jahre auf seine Schwarzen Löchern widmet sich Kapitel 7 im Entdeckung warten. Detail. instabil zu werden. Aller paar tausend Jahre stößt er eine nahezu kugelförmige Gashülle ab, da eine Heliumschicht um seinen Kern zu verschmelzen beginnt. Das bei der letzten Eruption des Sterns ausgestoßene Gas ist in diesem Bild als eine lichtschwache Gasblase um den Stern deutlich zu erkennen. gesamte Nebel hell leuchtet und komplex ist, bleibt der Neutronenstern, der einzige Überrest Ein Blick auf das vom Weltraumteleskop Hubble des Sterns, dessen Explosion den Nebel her- Eine etwas geringere Dichte als Schwarze Löcher aufgenommene hochaufgelöste Bild des Krebs- vorgebracht hat, kaum sichtbar als ein winziger haben die Überreste aus der Explosion etwas nebels offenbart leicht den Grund. Während der Lichtpunkt in der Mitte des Nebels versteckt. 76 Layout-17.indd 76 11/10/2013 18:25 Der Krebsnebel Der Krebsnebel ist ein riesiges Trümmerfeld, das eine Supernova hinterlassen hat, die im Jahr 1054 von chinesischen Astronomen beobachtet wurde. In seinem Zentrum befindet sich ein Neutronenstern, der dichte, tote, kollabierte Kern des Sterns, der in der Explosion starb. Layout-17.indd 77 11/10/2013 18:25 Junge Sterne formen das Gas durch kraftvolle Ausstöße Eine Strahlungsflut von den heißen Sternen im Sternhaufen NGC 346 in der Mitte dieser Hubble-Aufnahme frisst sich durch die sie umgebenden dichteren Gebiete. Dabei entsteht ein fantastisches Gebilde aus Staub und Gas. Layout-17.indd 78 11/10/2013 18:25 “Mystische Berge” im Carinanebel Diese turbulenten kosmischen Gipfel liegen in einer stürmischen kosmischen Sternenwiege im Carinanebel. Layout-17.indd 79 11/10/2013 18:25 RS Puppis und sein Lichtecho RS Puppis ist eine Art eines veränderlichen Sterns, ein sogenannter veränderlicher Cepheid. Seine stellaren Pulse haben ein atemberaubendes Beispiel für ein Phänomen erzeugt, das man als Lichtecho bezeichnet. Das Licht scheint dabei durch das dunkle Umfeld des Sterns zu hallen. Layout-17.indd 80 11/10/2013 18:25 V838 Monocerotis Diese Aufnahme zeigt ein sich ausbreitendes Lichtecho um V838 Monocerotis. Erleuchtet wird der interstellare Staub durch einen Roten Superriesen im Zentrum, der im Jahr 2002 einen blitzartigen Lichtpuls aussandte. Layout-17.indd 81 11/10/2013 18:25 Layout-17.indd 82 11/10/2013 18:26 Mammutsterne im Carinanebel Die Aufnahme zeigt die beiden riesigen Sterne WR 25 und Tr16-244, die im offenen Sternhaufen Trumpler 16 im Carinanebel liegen. Layout-17.indd 83 11/10/2013 18:26 6 Messier 106, eine Galaxie mit einem Geheimnis Diese Galaxie hat ein aufsehenerregendes Merkmal: Anstelle von zwei Spiralarmen scheint sie vier zu besitzen. Anders als ihre beiden gewöhnlichen Spiralarme bestehen die zwei zusätzlichen Arme nicht aus Sternen, sondern aus heißem Gas. Verantwortlich für diese Besonderheit ist wahrscheinlich das Schwarze Loch im Herzen von Messier 106. Layout-17.indd 84 11/10/2013 18:26 Galaxien Treten Sie in einer dunklen Nacht weit entfernt von den lichtüberfluteten Großstädten ins Freie, und der Himmel ist nicht nur von Sternen übersät. Von einem Horizont zum anderen wölbt sich über Ihnen am Nachthimmel ein breites aber blasses Lichtband. Obgleich man es von überall auf der Erde sehen kann, erstrahlt es am hellsten und am eindrucksvollsten auf der Südhalbkugel. Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie, und da sie mit bloßem Auge voneinander trennen zu Viele Jahre lang hatte unser ungünstiger Beob- man kein Teleskop braucht, um ihre Schönheit können. Deshalb wirkt die Milchstraße fast wie achtungsstandpunkt der Milchstraße zur Folge, zu entdecken, war sie den Menschen seit dem ein flockiges dichtes Objekt. dass wir mehr über das Aussehen und die Eigen- Altertum bekannt. Aber erst vor sehr kurzer schaften der anderen Galaxien wussten als über Zeit – nämlich im letzten Jahrhundert – wurden Tatsächlich ist die Milchstraße eine flache Scheibe sich die Menschen ihrer wahren Natur und ihrer mit einem Spiralmuster aus dichteren Regionen Beziehung zu dem übrigen Teil des Universums und einem diffusen Halo aus Sternen, die um voll bewusst. die Scheibe kugelförmig angeordnet sind. Das Sonnensystem liegt innerhalb dieser Scheibe, ein Mit dem Übergang der Astronomie von der Beob- ganzes Stück außerhalb des Zentrums, sodass achtung mit dem bloßen Auge zur Beobachtung wir die Milchstraße von innen beobachten. Auf- mit immer leistungsfähigeren Teleskopen löste grund dieser Tatsache blieb den Astronomen sich das neblige, quer über den Nachthimmel bis zur zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts das verlaufende Band allmählich zuerst in Tausende, Gesamtbild unserer Galaxis hinsichtlich Gestalt dann in Millionen und schließlich in Zigmillionen und Größe verborgen, ganz zu schweigen von der Sterne auf. Diese Sterne sind zu schwach, um Stelle, an der wir uns in ihr befinden. unsere eigene. Unsere Galaxis, die Milchstraße, von innen betrachtet Dieses riesige Mosaikportrait wurde vom ParanalObservatorium in Chile aus aufgenommen, einem Ort mit äußerst klaren und dunklen Nächten. Unsere Galaxis ist die am meisten untersuchte Galaxie am Nachthimmel. 85 Layout-17.indd 85 11/10/2013 18:26 Eine der Schlüsselfiguren für das Verständnis dieses Familienportrait alle Typen von Galaxien zusammenballte und innerhalb dieser Wolken zu anderer Galaxien war der Mann, nach dem später in allen Entfernungen, angefangen von den Sternen kollabierte. das Weltraumteleskop Hubble benannt werden nächsten Galaxien bis hin zu den entferntesten, sollte, nämlich Edwin Powell Hubble, ein Astro- die jemals beobachtet wurden. Diese ersten Galaxien, die sich ein paar Hundert nom des frühen 20. Jahrhunderts. So fand Hub- Millionen Jahre nach dem Urknall bildeten, ble überzeugende Anhaltspunkte dafür, dass die waren nicht die majestätischen Spiralen, die wir spiralförmigen Strukturen, die Astronomen durch ihre Teleskope beobachteten, keine seltsam geformten Nebel in der Milchstraße waren – wie ursprünglich angenommen – sondern entfernte Ansammlungen von Millionen oder Milliarden Sternen ähnlich unserer eigenen Milchstraße – Der Ursprung der Galaxien im heutigen Universum beobachten, sondern kleine, zerklüftete und ungleichmäßige Sternhäufchen. In Hubbles Langzeitaufnahmen sind sie im Hintergrund versteckt als winzige Flecken zu erkennen, deren Licht rund 13 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. In den Mil- Am Anfang gab es gar keine Galaxien. Der liarden Jahren, die seit dem Urknall vergangen Urknall erzeugte ein glattes, fast perfekt gleichför- sind, kamen sich diese Galaxien langsam näher Obgleich den Astronomen seit den Tagen von mig mit Gas gefülltes Universum. Aber zum Glück und verschmolzen zu immer größeren Galaxien. Edwin Hubble die Existenz anderer Galaxien war es nicht ganz perfekt. Selbst damals gab Dabei entstanden die spiralförmigen und ellip- neben der Milchstraße bekannt war, stammt es winzige Dichtefluktuationen, die mit der Zeit tischen Riesengalaxien unserer Zeit – so auch ein Großteil unseres heutigen Wissens über dazu führten, dass sich die Materie zu Wolken unsere Milchstraße. also eigenständige Galaxien. sie aus der Untersuchung der Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble. Hubble ermöglichte den Astronomen eine außerordentlich detailreiche Sicht auf benachbarte Galaxien und spürte Galaxien in Entfernungen auf, in die sonst kein anderes Teleskop blicken kann. Dabei hat es einen maßgeblichen Beitrag zum Wissen der Menschheit über das Universum und seine Entwicklung geleistet. Die Erde nimmt im Kosmos keinen besonderen Platz ein. Weder befinden wir uns im Mittelpunkt des Universums, wie wir früher glaubten, noch sind wir und unsere Lage typisch. Unsere Sonne ist größer und heller als die meisten Sterne, und die Milchstraße ist größer und strukturierter als die meisten Galaxien (die netten und eleganten Spiralen aus Sternen und Gas, die Millionen Schreibtischrechner zieren, sind in Wirklichkeit die Ausnahme). Galaxien gibt es in unzähligen Formen, Größen und Entfernungen; wir beobachten einige, die nur ein paar Hunderttausend Lichtjahre von uns entfernt sind, und andere, die in einer Entfernung von mehr als 95 % der Gesamtausdehnung des Universums quasi an seinem anderen Ende liegen. Obgleich das Weltraumteleskop Hubble nur einige Zehntausende von den geschätzt Hunderten von Milliarden Galaxien abgelichtet hat, die Die Milchstraße von oben betrachtet So würde die Milchstraße einem äußeren Betrachter erscheinen. Diese Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble zeigt die Struktur der Galaxie UGC 12158, die der Struktur der Milchstraße sehr ähnelt. Würde es sich tatsächlich um die Milchstraße handeln, befände sich die Sonne an der markierten Stelle. unser beobachtbares Universum füllen, erfasst 86 Layout-17.indd 86 11/10/2013 18:26 Wenngleich das Weltraumteleskop Hubble in die Allerdings brauchen wir keine leistungsfähigeren Das Hubble Ultra Deep Field (HUDF) Vergangenheit zurückblicken und die Urgalaxien Teleskope um herauszufinden, wie die frühen Das Hubble Ultra Deep Field ist eine Langzeit­ so betrachten kann, wie sie in der Frühzeit unse- Galaxien ausgesehen haben müssen, denn bis aufnahme einer scheinbar leeren Himmelsregion res Universums aussahen, ist diese Sicht nicht heute sind solche Urgalaxien oder vielmehr ihre im Sternbild Chemischer Ofen (Fornax) mit einer besonders gut. Die enormen Entfernungen, die modernen Entsprechungen, die sogenannten Gesamtbelichtungszeit von knapp zwei Wochen. Die das Licht dieser Galaxien bis zu uns zurückgelegt Zwerggalaxien, verbreitet. Obgleich sie kleiner hat – der eigentliche Grund, warum wir sie in ihrer und lichtschwächer als Spiralgalaxien sind, Vergangenheit beobachten – bedeuten nämlich kommt dieser Gala xientyp gegenwärtig im gleichzeitig, dass sie winzig und unglaublich licht- Universum am häufigsten vor, was uns eine schwach erscheinen; selbst die besten heutigen grobe Vorstellung davon vermittelt, wie das frühe Teleskope tun sich schwer, auch nur etwas mehr Universum ausgesehen hat. als ein oder zwei Lichtpixel zu erhaschen. Langzeitaufnahme enthüllt äußerst lichtschwache und weit entfernte („tiefe“) Objekte, was sie zur tiefsten Aufnahme macht, die je im sichtbaren Licht aufgenommen wurde. Beinah jedes hier sichtbare Objekt ist eine Galaxie, und die winzigen, schwachen Punkte im Hintergrund der Aufnahme gehören zu den entferntesten Objekten, die Wissenschaft beobachtet hat. Das Licht war so lange auf dem Weg zu uns, dass wir die Galaxien so sehen, wie sie in der Frühzeit des Universums, kurz nach dem Urknall aussahen. 87 Layout-17.indd 87 11/10/2013 18:26 Die Zwerggalaxie NGC 4449 Hunderttausende kräftig rot und blau leuchtende Sterne sind in dieser Aufnahme der Zwerggalaxie NGC 4449 zu sehen. Über die ganze Galaxie verstreut sind Haufen heißer und bläulich-weiß leuchtender Sterne, durchsetzt mit zahlreichen rötlich leuchtenden aktiven Sternbildungsnebeln. Gewaltige dunkle Wolken aus Gas und Staub zeichnen sich vor dem flammenden Sternenlicht ab. Layout-17.indd 88 11/10/2013 18:27 Layout-17.indd 89 11/10/2013 18:27 Zwerggalaxien: die ersten und häufigsten Selbst in der dunkelsten Nacht lassen sich mit Zwar mag die Andromedagalaxie die berühm- Nahaufnahme einer Galaxie dem bloßen Auge nur eine Hand voll Galaxien teste Galaxie sein, die uns am nächsten liegende Der Tarantelnebel, von dem hier in einer Aufnahme erkennen. Die Andromedagalaxie, eine riesige ist sie nicht. Versteckt vor dem Blick der meisten von Hubble ein kleiner Ausschnitt zu sehen ist, Spiralgalaxie in einer Entfernung von über zwei Hauptballungszentren der Welt sind auf der befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke Millionen Lichtjahren, ist vermutlich die berühm- Südhalbkugel zwei Zwerggalaxien sichtbar, (GMW). Obwohl sie eine von der Milchstraße getrennte teste unter ihnen und für einen Großteil der die weniger als 200 000 Lichtjahre von uns Weltbevölkerung auf der nördlichen Halbkugel entfernt sind. Gemeint sind die Kleine und die sichtbar – auch wenn sie aufgrund der Lichtüber- Große Magellansche Wolke, benannt nach dem flutung durch die Großstädte üblicherweise nur in portugiesischen Entdecker Ferdinand Magellan, den abgelegenen ländlichen Gegenden wirklich dessen Mannschaft die beiden Galaxien auf zu beobachten ist. ihrer Weltumseglung in den Jahren 1519 – 1522 Galaxie ist, hat Hubbles außerordentlich hohe Auflösung zur Folge, dass man die GMW fast genauso detailliert untersuchen kann wie die Milchstraße. entdeckte. 90 Layout-17.indd 90 11/10/2013 18:27 Eine klassische Zwerggalaxie NGC 3738: eine klassische Zwerggalaxie in einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble. Die über die gesamte Galaxie verteilten pinkfarbenen Regionen sind Sternentstehungsgebiete, in denen Wasserstoffgas durch die ultraviolette Strahlung junger Sterne zum Leuchten angeregt wird. Layout-17.indd 91 11/10/2013 18:27 92 Layout-17.indd 92 11/10/2013 18:27 Die beiden Magellanschen Wolken sind die Wenn wir dies mit dem Weltraumteleskop Hubble Wesentlichen derselbe physikalische Prozess, erdnächsten Galaxien, wenn man von ein paar tun wollen, müssen wir in größere Entfernungen den sich auch die Leuchtreklamen zunutze Zwerggalaxien absieht, die gerade von der sehen. Paradoxer weise ist Hubble zu leis- machen. Der Orionnebel und der Carinanebel Milchstraße verschluckt werden und nun von ihr tungsstark, um uns von unseren unmittelbaren sind solche Sternentstehungsgebiete, und sie praktisch nicht mehr zu unterscheiden sind. Nachbarn einen Gesamteindruck vermitteln zu haben dieselbe markante Farbe. können; das Weltraumteleskop wirkt bei dieser Weil sie so nah sind und am Nachthimmel so Art von Objekt nicht wie eine Kamera, sondern Obgleich solche Galaxien wie NGC 3738 (vgl. großflächig erscheinen – weit ausgedehnter als eher wie ein Mikroskop. S. 91) und andere aufgrund einer leicht verschie- der Vollmond, wenn auch wesentlich lichtschwä- denen chemischen Zusammensetzung nicht cher – ist das Weltraumteleskop Hubble nicht in Bei einem Blick in die etwas weiter entfernte vollkommen mit den Galaxien übereinstimmen, der Lage, ein vollständiges Bild der Magellan- kosmische Nachbarschaft von ein paar Millionen die es kurz nach dem Urknall gab, so sieht man schen Wolken aufzunehmen. Hubble kann nicht Lichtjahren anstelle von einigen Hunderttausend sie doch als hinreichend ähnlich an, um uns heute heran- und herauszoomen wie eine Kamera; um Lichtjahren, findet Hubble weitaus reichere Hinweise über die Entstehung und die Eigen- die beste Bildqualität zu halten, hat das Teleskop Ausbeute. schaften der ersten Galaxien geben zu können. derlichen Gesichtsfeld. Typischerweise erfassen Zwerggalaxien mögen kleiner und lichtschwächer Eine erst kürzlich vom Weltraumteleskop Hubble Hubbles Aufnahmen nur etwa ein Zehntel der sein als ihre spiralförmigen Geschwister, aber in beobachtete Zwerggalaxie könnte noch besser zu Breite des Vollmonds, sodass sie immer nur ein ihren komplexen Strukturen können sie genauso den Bedingungen kurz nach dem Urknall passen. schmales Sichelstück der Magellanschen Wolken dramatisch sein. Zwerggalaxien gibt es in ver- Die Galaxie DDO 68, eine irreguläre Gaswolke mit auf einmal erfassen können. Demzufolge spähen schiedenen Formen, von annähernd kugelför- roten Nebeln ähnlich den anderen Zwerggalaxien, Hubbles Aufnahmen tief in diese Galaxien hinein migen oder elliptischen und balkenförmigen bis ist ein kleines Rätsel. Ihre Untersuchung dauert – und obgleich diese Bilder wirklich bemerkens- hin zu vollkommen irregulären. Ein Merkmal, das an, aber es gibt Anzeichen dafür, dass sie einzig- wert sind, weil sie die Einzelheiten dieser Galaxien viele, wenn auch nicht alle Zwerggalaxien teilen, artig sein könnte – eine neu gebildete Galaxie in fast genauso detailliert zeigen wie bei unserer ist ihre hohe Sternbildungsaktivität. unserer kosmischen Nachbarschaft. Die Galaxie NGC 3738, die sich in einer Entfer- Selbst wenn sie den ersten Galaxien ähneln, nung von rund 12 Millionen Lichtjahren befindet, gleichen solche irregulären Zwerggalaxien wie Wenn wir uns mit dem bloßem Auge einen ist ein großartiges Beispiel für die Beobachtung NGC 3738 den Urgalaxien nicht vollkommen, Eindruck davon verschaffen wollen, wie eine von Zwerggalaxien mit dem Weltraumteleskop denn sie sind Milliarden Jahre alt, und die Sterne Zwerggalaxie aussieht, sind die Magellanschen Hubble. Sie ist hinreichend weit entfernt, um in ihnen sind über die Jahre gealtert. Bei der Wolken hervorragend geeignet. bequem in Hubbles Sichtfeld zu passen, aber Galaxie DDO 68 scheint das anders zu sein. Ihre nicht so weit entfernt, dass sie klein und unbe- chemische Zusammensetzung deutet darauf deutend erscheint. Diese chaotische Sternwolke hin, dass sie nur eine Milliarde Jahre alt sein zeigt keine offensichtliche, regelmäßige Struktur. könnte, ein Ergebnis der Kollision zweier Wolken eine feste Optik und Kameras mit einem unverän- Milchstraße, so vermitteln sie doch keinerlei Gesamteindruck. aus ursprünglichem Gas, die seit dem Urknall Ihr Durchmesser ist ungefähr ein Zehntel des unverändert geblieben waren. Durchmessers unserer Milchstraße, aber sie ist mit roten Nebeln gespickt. Sollte diese faszinierende Theorie wahr sein – und sie ist noch alles andere als bestätigt – dann wäre Diese roten Nebel sind ein deutliches Anzeichen DDO 68 ein wahrlich faszinierendes Fossil der Alt oder neu? für die laufende Sternentstehung. Wolken aus frühen Jahre des Universums. Sie würde uns eine DD0 68 ist eine Zwerggalaxie, die vom Wasserstoffgas sind gerade dabei zu kollabie- einzigartige Einsicht darüber gewähren, was die Weltraumteleskop Hubble erspäht wurde. Auch ren, um neue Sterne zu bilden. Und diese Sterne winzigen Lichtflecken eigentlich sind, die wir im wenn die Untersuchungen andauern und noch werfen wiederum ihr Licht auf das Gas und regen Hintergrund von Hubbles tiefsten Aufnahmen es zum Leuchten an. Dahinter verbirgt sich im ausmachen. nichts vollkommen gesichert ist, glauben einige Wissenschaftler, dass sich diese Galaxie aus einer ursprünglichen Gaswolke nur vor einer Milliarde Jahren gebildet haben könnte. Würde sich dies bestätigen, gäbe uns diese Zwerggalaxie einen einzigartigen Einblick in den Zustand des Universums in seiner Frühgeschichte. 93 Layout-17.indd 93 11/10/2013 18:27 Spiralgalaxien aller Formen und Größen Hubbles Aufnahmen von Spiralgalaxien zeigen ihre Vielfalt hinsichtlich Form und Größe. Oben links Oben rechts Unten links Unten rechts Messier 101, die Feuerrad-Galaxie, ist Messier 74 ist ebenfalls eine Spiralgalaxie im M 66, der größte „Mitspieler“ des Leo- NGC 2841 ist eine „flockige“ Spiralgalaxie eine Spiralgalaxie im „Grand Design“; eine „Grand Design“. Hubbels Aufnahme bietet Tripletts, ist eine Galaxie mit leicht ohne klar definierte Arme, aber mit einer Galaxie mit einer geringen Anzahl sehr klar eine Nahaufnahme des zentralen Bereichs. symmetrischen Spiralarmen und einem klaren Spiralstruktur. definierter Spiralarme. leicht verschobenen Kern. Der besondere Aufbau ist höchstwahrscheinlich auf die Gravitationskräfte der beiden anderen Mitglieder des Trios zurückzuführen. Layout-17.indd 94 11/10/2013 18:28 Oben links Oben rechts Unten links Unten rechts Die symmetrische Erscheinung der NGC 1300 wird als ein prägnantes Beispiel NGC 634 ist eine Spiralgalaxie, auf die NGC 5866 verdeutlicht, wie dünn Balkenspiralgalaxie NGC 1672 wird durch für eine Balkenspirale angesehen. wir über den Rand blicken. Die uns Spiralgalaxien von der Seite aussehen. die vier Hauptspiralarme betont, die durch zugewandten Staubgebiete heben sich klar Detaillierte Beobachtungen dieser Galaxie auffällige Staubstraßen begrenzt werden und gegenüber dem Sternenlicht ab, während legen die Vermutung nahe, dass es sich vom Kern ausgehen. die uns abgewandten Gebiete teilweise um eine linsenförmige Galaxie handelt. durch den Schleier der Sterne im Halo der Obwohl linsenförmige Galaxien keine Galaxie verdeckt sind. offensichtlichen Spiralarme besitzen, werden sie wegen ihrer ähnlichen scheibenartigen Form als Spiralgalaxie klassifiziert. Layout-17.indd 95 11/10/2013 18:29 Galaxien wachsen und entwickeln sich Die ersten paar Milliarden Jahre im Leben des Manche enthalten einen markanten Balken aus Mit großer Wahrscheinlichkeit wird das Leben Universums waren chaotisch. Der Kosmos war Sternen quer durch ihr Zentrum, andere haben auf der Erde bereits ausgestorben sein, wenn die ein weitaus kleinerer Ort als heute, und er war einen kleinen Balken; manche kommen ganz Milchstraße mit der Andromedagalaxie kollidiert. voller Schwärme von Zwerggalaxien, die damals ohne Balken aus, ihre Arme winden sich bis in Dies liegt jedoch an der begrenzten Lebenszeit noch viel zahlreicher waren als heute. In der den innersten Kern der Galaxie hinein. der Sonne und nicht an irgendeiner Gefahr, die Frühzeit des Universums waren Kollisionen und von der Kollision ausgeht. Verschmelzungen zwischen Galaxien an der Allen gemeinsam ist jedoch, dass sie viel größer Tagesordnung, und der allmähliche Prozess aus als ihre irregulären Zwerggeschwister sind. Wachstum und Verdichtung, der zu den heutigen Riesengalaxien führte, war in vollem Gange. Im Wesentlichen bestehen Galaxien aus leerem Raum, und das Risiko, dass während der Vereini- Wenn die heutigen majestätischen Spiralgalaxien gung zweier Galaxien zwei Sterne kollidieren, ist aus Kollisionen zwischen Zwerggalaxien entstan- wirklich gering. Sie sind einfach zu weit vonein­ Die älteste, jemals beobachtete Spiralgalaxie den sind, was passiert dann bei einer Kollision ander entfernt, um füreinander irgendein reales wurde mithilfe des Weltraumteleskops Hubble zweier Spiralgalaxien? Risiko darstellen zu können. Dies mag nicht auf und des Keck-Teleskops in Hawaii im Jahr 2012 der Hand liegen, denn auf den Aufnahmen wirken entdeckt. Wir beobachten sie in ihrem Zustand Es mag die Vermutung nahe liegen, dass Kollisi- Galaxien dicht. Wenn man aber hinreichend nah etwas mehr als 3 Milliarden Jahre nach dem onen zwischen Spiralgalaxien absolut katastro- heranzoomt, was nur mit einem Weltklasseteles- Urknall. Diese leicht ausgefranst wirkende Gala- phal verlaufen – solche Galaxien bestehen aus kop wie Hubble bei einer benachbarten Galaxie xie mit der Katalogbezeichnung BX442 scheint Milliarden Sternen und haben Ausdehnungen wie der Andromedagalaxie möglich ist, werden eine ziemliche Ausnahme zu sein, da sich die von Hunderttausenden Lichtjahren. In Wirklichkeit die Lücken zwischen den Sternen sichtbar. meisten ihr ähnelnden Galaxien in der Geschichte laufen diese Kollisionen ziemlich gewöhnlich und Galaxien sind keine dichten, milchigen, blassen des Kosmos erst wesentlich später gebildet überraschend gesittet ab. Objekte; sie sind hauptsächlich ein dunkler, haben. Das Entstehungsmuster ist allerdings für alle von ihnen gleich. leerer Raum mit vereinzelten, aber sehr hellen Sogar unsere eigene Galaxis, die Milchstraße, Lichtpunkten. befindet sich gegenwärtig auf einem KollisionsDie rauen und irregulären Zwerggalaxien kolli- kurs. In ein paar Milliarden Jahren, ungefähr dann, Bei der Kollision zweier Galaxien gibt es echte dierten nach und nach miteinander und bildeten wenn der Sonne langsam die Brennstoffvorräte Crashs, und zwar zwischen ihren einzelnen Gas- rotierende Scheiben aus Sternen. Die durch ausgehen, wird sich die Andromedagalaxie wolken; die dabei freigesetzten Kräfte sind nicht sie hindurchlaufenden Druckwellen setzten die zunächst groß am Himmel abzeichnen, bevor sie zerstörerisch, sondern kreativ. So brechen die Ausbildung der Spiralmuster in den Scheiben in langsam mit unserer Heimatgalaxie verschmilzt. verdichteten Gaswolken förmlich in eine Sternbil- Gang. Diese zukünftige Kollision wurde lange vermutet, dungsorgie aus, wobei sie praktisch das gesamte aber erst kürzlich durch das Weltraumteleskop restliche Gas in der Galaxie schnell verbrauchen. Die Spiralmuster folgen nicht alle demselben Hubble anhand von Messungen bestätigt, aus Entwurf. Manche Spiralen haben viele Arme, denen hervorgeht, wie sich die Andromedagala- andere haben nur zwei. Manche haben einen xie fast unmerklich am Himmel bewegt. stark ausgeprägten sphärischen Kern bzw. Bulge, während andere eher flache Scheiben sind. Kollision mit der Andromedagalaxie Eine Reihe von künstlerischen Darstellungen, wie der Nachthimmel von der Erde aus erscheinen wird, wenn sich die Andromedagalaxie der Milchstraße nähert und schließlich mit ihr verschmilzt. Obgleich die Tatsache, dass sich die Andromedagalaxie in unsere Richtung bewegt, seit Jahrzehnten bekannt war, wurde die Frage, ob sie die Milchstraße tatsächlich trifft oder ohne Kollision nur an ihr vorbei fliegt, erst im Jahr 2012 geklärt. Hubbles Beobachtung der Bewegung der Sterne in der Andromedagalaxie ergab, dass wir uns auf direktem Kollisionskurs befinden. 96 Layout-17.indd 96 11/10/2013 18:29 Layout-17.indd 97 11/10/2013 18:29 Ein tiefer Blick in eine Galaxie Blicken Sie von der Erde aus in den Nachthimmel, und das meiste, was Sie sehen, ist Dunkelheit. Sterne sind nur vereinzelte Lichtpunkte. Dasselbe gilt für andere Galaxien. Diese bemerkenswerte Hubble-Aufnahme eines Ausschnitts der Andromedagalaxie in der Nähe ihres Scheibenrandes zeigt, wie ein hinreichend leistungsstarkes Teleskop den Nachthimmel in einer fremden Galaxie beobachten kann, wobei es die weißen, nebligen Gebilde in Einzelsterne auflöst und weit über die Galaxie hinausblickt. Layout-17.indd 98 11/10/2013 18:29 Infolgedessen erstrahlen die Aufnahmen des den kollidierenden Galaxien. Übrig bleibt eine Ein Ring der Sternbildung Weltraumteleskops Hubble von Galaxien wäh- leicht gequetschte kugelförmige Galaxie, die Wenn sich zwei passend zueinander ausgerichtete rend ihrer Kollision oft ganz im Glanz der hellrosa man als elliptische Galaxie bezeichnet. Da das Galaxien durchdringen, hinterlässt die dabei leuchtenden Sternentstehungsgebiete. Sind die Gas während der Kollision aufgebraucht wurde, ausgelöste Schockwelle einen nahezu perfekten Galaxien passend zueinander ausgerichtet, kön- gibt es nur wenig oder keine Sternbildung in Ring der Sternbildung, den man hier in der Aufnahme nen die Kollisionen Wellen der Sternentstehung elliptischen Galaxien. Sie altern allmählich, wobei auslösen, die sich durch die Galaxien ausbreiten ihre Sterne zuerst gelber und später röter werden. des Weltraumteleskops Hubble von NGC 922 in den hellrosa leuchtenden Gebieten erkennen kann. und dabei nahezu perfekte Leuchtringe erzeugen. Astronomen nennen diese Galaxien „rot und tot“, Da das Gas aufgebraucht wird, ist das Feuerwerk was aber nicht bedeutet, dass es an ihnen nichts kurzlebig. Der Gravitationszug, der von den sich Interessantes gibt. Aufgrund der Tatsache, dass vermischt haben, sind sie oft sehr groß. So haben ineinander schiebenden Galaxien ausgelöst wird, sie kosmischen Kollisionen entstammen, bei diese Schwergewichte des Universums mitunter zerstört die meisten der eleganten Strukturen in denen sich Sterne zweier oder mehrerer Galaxien über eine Trillion Sonnenmassen. 99 Layout-17.indd 99 11/10/2013 18:30 Die kollidierenden Antennen-Galaxien Diese ikonenhafte Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble zeigt die Antennen-Galaxien – ein Galaxienpaar, das gerade miteinander kollidiert. Die hellrosa leuchtenden Gebiete sind Gasregionen, die sich bei der Kollision verdichtet haben und nun neue Sterne bilden. Layout-17.indd 100 11/10/2013 18:30 Die kollidierenden Galaxien Arp 273 Die verzerrte Form der größeren Galaxie in Arp 273 deutet auf Gezeitenwechselwirkungen mit der kleineren Galaxie hin. Man glaubt, dass die kleinere Galaxie die größere tatsächlich durchdrungen hat. Auch wenn ihnen Gas fehlt und keine neue Sternbildung mehr stattfindet und sie daher auch nicht mit den atemberaubend gefärbten Juwelen besetzt sind, mit denen diese Phänomene auf Hubbles Aufnahmen kleinerer Galaxien einhergehen, so sind diese Oldtimer nicht vollkommen ohne Besonderheiten. Hubbles Aufnahmen elliptischer Galaxien zeigen oft komplexe Staubmuster und einige der dramatischsten Beispiele für Jets, die aus den Galaxienkernen herausgeschleudert werden. Aber warum treffen sich Galaxien überhaupt so häufig? Eigentlich sind sie doch so weit voneinander entfernt, dass eine Kollision höchst unwahrscheinlich sein sollte? Ein faszinierendes Forschungsgebiet der Astronomie, das in den letzten Jahren riesige Sprünge nach vorn gemacht hat, ist die Kosmologie, die sich mit den größten Strukturen im Universum und ihren Ursprüngen beschäftigt. Und Eines ist dort mit der Zeit klar geworden: Galaxien sind nicht gleichmäßig über den Kosmos verteilt; im Gegenteil, sie gruppieren sich. Vergleichsweise nah lässt sich dies im Sternbild Jungfrau beobachten, wo sich über tausend Galaxien verschiedener Größen zusammenscharen. Untersuchungen des Himmels zeigen, dass dies keine Ausnahme ist, sondern die Regel. Im ganzen Universum gruppieren sich die Galaxien entlang eines riesigen Netzes, wobei sich die größten Galaxienhaufen an den Kreuzungspunkten dieses Netzes befinden. Ein Pinguin und sein Ei Diese Aufnahme zeigt zwei wechselwirkende Galaxien. Die Anordnung von NGC 2936, einst eine gewöhnliche Spiralgalaxie, gegenüber NGC 2937, einer kleineren elliptischen Galaxie, erinnert stark an einen Pinguin, der sein Ei beschützt. Diese Aufnahme ist eine Kombination von Aufnahmen im sichtbaren und im infraroten Licht. 101 Layout-17.indd 101 11/10/2013 18:32 Ein elliptischer Gigant Eine halbe Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt befindet sich ESO 306-17, eine große, helle elliptische Galaxie, die zu einer sogenannten fossilen Gruppe gehört. Die Gruppe könnte das extremste Beispiel für Kannibalismus unter Galaxien sein. Fossile Gruppen sind gefräßige Systeme, die erst zufrieden sind, wenn sie alle ihre Nachbarn verschlungen haben. Layout-17.indd 102 11/10/2013 18:32 Dramtisch leuchtender Staub und junge Sterne in Centaurus A Centaurus A sieht im Bereich optischer Wellenlängen unglaublich aus. Diese Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble vom zentralen Bereich der Galaxie zeigt komplexe Staubmuster, die sich vor dem Sternenlicht abzeichnen. Hellrosa leuchten hier einige Sternentstehungsgebiete, deren Vorhandensein in elliptischen Galaxien eher untypisch ist. Centaurus A könnte daher das Ergebnis einer kürzlichen Verschmelzung sein, deren Auswirkungen sich noch bemerkbar machen. Layout-17.indd 103 11/10/2013 18:32 Die Wagenradgalaxie Eine kleinere Galaxie hat eine größere scheibenförmige Galaxie durchdrungen und Schockwellen erzeugt, die Gas und Staub mitrissen – ähnlich den Wellen in einem See, wenn man einen Stein hineinwirft – und Gebiete intensiver Sternentstehung entzündeten (die blau erscheinen). Der äußerste Ring der Wagenradgalaxie, der den 1,5-fachen Durchmesser der Milchstraße besitzt, markiert die Vorderflanke der Schockwelle. Dieses Objekt ist eines der dramatischsten Beispiele aus der kleinen Klasse der Ringgalaxien. Der Grund dafür liegt nicht nur in der Massenanziehung der Galaxien untereinander. Es gibt ein mysteriöses Gerüst, das dem Kosmos selbst Struktur und Masse verleiht, und die Galaxien folgen diesem einfach. Wie viele der mächtigsten Einflüsse im Universum ist diese Struktur dunkel, und es ist praktisch unmöglich, sie zu beobachten. Wie wir aber in Kapitel 8 sehen werden, lässt sie sich dennoch indirekt untersuchen, was zu einigen überraschenden Entdeckungen führte. Der Beginn einer Kollision Messier 60 (links) und NGC 4647 (rechts), eine elliptische und eine Spiralgalaxie, beginnen miteinander zu wechselwirken. Bei der Betrachtung der beiden Galaxien nebeneinander lässt sich gut erkennen, dass elliptische Galaxien typischerweise wesentlich größer sind als Spiralen. Kein Wunder – sind sie doch das Ergebnis vieler galaktischer Verschmelzungen über die Milliarden Jahre. 104 Layout-17.indd 104 11/10/2013 18:32 NGC 7714 Diese beeindruckende Aufnahme zeigt die Spiralgalaxie NGC 7714. Sie ist einer benachbarten Galaxie zu nahe gekommen; dramatische Wechselwirkungen haben dabei ihre Spiralarme deformiert, Gasströme in den Raum gezogen und leuchtende Ausbrüche der Sternbildung ausgelöst. Layout-17.indd 105 11/10/2013 18:32 Layout-17.indd 106 11/10/2013 18:33 Die prächtige Starburstgalaxie Messier 82 Diese Aufnahme der prächtigen Starburstgalaxie Messier 82 ist die schärfste Weitwinkelaufnahme, die je von diesem Objekt gemacht wurde. Bemerkenswert ist diese Galaxie wegen ihrer Netze aus zerfetzten Gaswolken und flammenähnlichen Fahnen aus leuchtendem Wasserstoff, der aus den zentralen Bereichen der Galaxie herausgeschleudert wird, wo junge Sterne zehnmal schneller geboren werden als im Innern der Milchstraße. Layout-17.indd 107 11/10/2013 18:33 Layout-17.indd 108 11/10/2013 18:34 Die Whirlpool-Galaxie M51 und ihr Begleiter Die anmutig gewundenen Arme der majestätischen Spiralgalaxie M51 (NGC 5194) wirken wie eine große Wendeltreppe, die durch den Raum schwebt. In Wirklichkeit handelt es sich aber um lange Straßen aus Sternen und Gas, die mit Staub durchsetzt sind. Layout-17.indd 109 11/10/2013 18:34 7 Layout-17.indd 110 11/10/2013 18:34 Schwarze Löcher Gut ein Jahrhundert ist es nun her, dass Wissenschaftler auf die mögliche Existenz von Objekten hinwiesen, deren Masse so riesig ist, dass nichts – nicht einmal das Licht – ihrer Schwerkraft entkommen kann. Ziemlich sprichwörtlich wären diese Objekte Schwarze Löcher im Raum. Zu berechnen, dass Objekte wie Schwarze ohne Weiteres hochzuspringen und so – zumin- einen praktischen Grund. Schwarze Löcher Löcher theoretisch existieren könnten, war etwas dest für einen Moment – die Umklammerung der sind ... schwarz. Wenn selbst das Licht ihnen ganz anderes, als schlüssig zu beweisen, dass Schwerkraft zu überwinden. Vergleichen Sie dies nicht entkommen kann, wie sollten wir darauf sie da draußen wirklich existieren. mit der Kraft eines aktenkoffergroßen Magneten, hoffen, jemals eines zu Gesicht zu bekommen? der mühelos viele Tonnen Metall heben kann. Dabei gab es gute Gründe anzunehmen, dass Inzwischen ist es den Wissenschaftlern letztlich Schwarze Löcher in der Natur nicht vorkommen. Könnte also eine hinreichend große Masse jemals gelungen, die Existenz Schwarzer Löcher zu Materie lässt sich nicht gern komprimieren, und so stark komprimiert werden, dass nichts ihrer beweisen; und dank moderner Teleskope – wie je stärker sie komprimiert wird, um so größer ist Schwerkraft entkommen kann? des Weltraumteleskops Hubble – hat man sie auch ihr Widerstand. Außerdem ist die Schwer- sogar beobachtet, wenn auch indirekt. kraft im Vergleich zu den anderen drei Grundkräf- Dass die Wissenschaftler anfangs nicht in der ten nicht gerade stark. Obwohl die ganze Masse Lage waren, die Existenz oder Nichtexistenz des Planeten Erde an Ihnen zieht, gelingt es Ihnen der Schwarzen Löcher zu beweisen, hatte noch Aus nächster Nähe! Kommen Sie einem Schwarzen Loch nicht zu nahe! Diese künstlerische Darstellung zeigt, was man wahrnehmen würde, wenn man ein Schwarzes Loch aus nächster Nähe betrachten könnte. Das Schwarze Loch selbst ist unsichtbar, aber seine enorme Massenanziehung verzerrt sichtlich das Licht, das von den Sternen hinter ihm kommt. 111 Layout-17.indd 111 11/10/2013 18:34 Wie und warum existieren Schwarze Löcher? Was genau ist ein Schwarzes Loch? Was meinen wir mit der Aussage, dass nichts ihm entkommen kann? Die Schwerkraft ist die schwächste der vier Grundkräfte in der Natur. Trotzdem bleibt es eine ziemliche Herausforderung, das Schwerefeld der Erde zu verlassen. Kaum 50 Jahre sind vergangen, seit wir die ersten Raketen in den Weltraum schickten. Um das Schwerefeld unseres Planeten zu verlassen, muss man eine gewaltige Energiemenge aufbringen. Und wie sich herausstellt, hängt diese Energiemenge von drei Dingen ab: der Masse der Erde, der Größe der Erde und der Masse des Objekts, das in den Weltraum gebracht werden soll. Die Energie, die durch die Verbrennung von rund zwei Litern Treibstoff freigesetzt wird, genügt, um von der Erdoberfläche aus eine Masse von einem Kilogramm aus dem Schwerefeld Masse enorm größer und so auch seine Flucht- Ein supermassereiches Schwarzes Loch der Erde zu bringen. Da jede Bewegung einer geschwindigkeit: Sie beträgt gewaltige 214 200 Diese Aufnahme des Very Large Telescopes (VLT) Energie entspricht, könnte man alternativ sagen, Kilometer pro Stunde, das ist fast das 6-Fache der ESO im nahen Infrarotbereich des Lichts zeigt dass man für diese Aufgabe ein Objekt auf eine der Fluchtgeschwindigkeit der Erde. die zentralen Teile unserer Galaxis, der Milchstraße. Zwanzig Jahre lang verfolgten Astronomen Geschwindigkeit von ungefähr 40 000 Kilometern pro Stunde beschleunigen muss. Diese Jupiters Fluchtgeschwindigkeit mag groß sein, Geschwindigkeit nennt man die Fluchtgeschwin- aber sie ist nur ein winziger Bruchteil der Licht- digkeit der Erde. geschwindigkeit mit einem Wert von 300 000 Kilometer pro Sekunde. Verschiedene Himmelskörper haben auch die Bewegung der meisten zentralen Sterne und bestimmten aus den Daten die Masse des supermassereichen Schwarzen Lochs, das sich im Zentrum unserer Milchstraße versteckt: 4 Millionen Sonnenmassen. verschiedene Fluchtgeschwindigkeiten. Dem Ein Schwarzes Loch ist nun schlicht und einfach Mond, dessen Masse und Schwerkraft geringer ein Objekt, dessen Fluchtgeschwindigkeit die Wissenschaftler früher glaubten, ist dies bei als die der Erde ist, entkommt man viel leichter; Lichtgeschwindigkeit übersteigt. Weitem nicht unmöglich. Schwarze Löcher gibt es seine Fluchtgeschwindigkeit beträgt weniger als im Universum überall. Sie beeinflussen wesentlich ein Viertel der Fluchtgeschwindigkeit der Erde. Ein supermassereiches Schwarzes Loch enthält die Gestalt von Galaxien, und einige der hellsten Der Gasriese Jupiter hat zwar eine geringere weitaus mehr Masse, als wir in unserer Nachbar- Phänomene, die den Astronomen bekannt sind, Dichte als die Erde, aber gleichzeitig ist seine schaft beobachten können. Anders als manche werden von ihnen angetrieben. 112 Layout-17.indd 112 11/10/2013 18:34 Wie man die Fluchtgeschwin­ digkeit erreicht und dem Schwe­­­ re­­­­­­­feld der Erde entkommt Die Energie, die man braucht, um ein von Treibstofftanks und Starttriebwerken, Kilogramm Ladegewicht ganz aus dem die nach dem Gebrauch abgeworfen wer- Schwerefeld der Erde zu bringen, ent- den) und eine kleine, leichte Nutzlast sind spricht der Energie, die in rund zwei Litern nur einige Tricks, auf die Raketentechniker Treibstoff gespeichert ist. Das mag nicht zurückgreifen. besonders viel klingen. Dennoch offenbart sich darin eine der Hauptschwierigkeiten Außerdem müssen die meisten Raum- des Raketendesigns: Zwei Liter Treibstoff schiffe das Schwerefeld der Erde gar wiegen mehr als ein Kilogramm. nicht ganz verlassen – sie müssen es nur in eine Umlaufbahn schaffen. Dies gilt Es ist sehr schwer Raketen zu bauen, auch für das Weltraumteleskop Hubble. die genug Energie für den Weg in den Hubble (und andere Satelliten) befinden Weltraum tragen, ohne dass das Gewicht sich immer noch im Schwerefeld der des Treibstoffs sie daran hindert, die Erde. Diese Satelliten bleiben auf einer Schwerkraft zu überwinden. Umlaufbahn, weil sie so hoch fliegen, dass sie nicht auf die Erde fallen, sondern um Hochentwickelte Treibstoffe, ein cleveres Raketendesign (beispielsweise in Form sie herum. Die Schwerkraft überwinden Zwar mag die Schwerkraft die schwächste der vier Grundkräfte in der Natur sein, leicht überwinden lässt sie sich dennoch nicht. Die Erdumlaufbahn zu verlassen – was zum ersten Mal bei der hier gezeigten Apollo 8 Mission gelang – erfordert schon riesige Energiemengen. Einem Schwarzen Loch zu entkommen, ist dagegen unmöglich. Keine noch so große Energiemenge kann Sie genug beschleunigen, um Sie aus seinen Fängen zu befreien. Die Schwerkraft bei der Arbeit Diese optische Täuschung, das sogenannte Einsteinkreuz, wird nicht nur durch ein, sondern durch zwei supermassereiche Schwarze Löcher erzeugt. Der unscharfe Fleck in der Mitte ist eine elliptische Riesengalaxie mit einem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum. Die vier helleren Flecken stammen von einem Milliarden Lichtjahre entfernten einzelnen Quasar – einem auf uns gerichteten Lichtstrahl, der von der Materie ausgeht, die sich aufheizt, während sie in ein Schwarzes Loch stürzt. Das Licht des Quasars wurde durch das Schwarze Loch und die Galaxie im Vordergrund abgelenkt und projiziert, sodass wir vier einzelne Bilder des Quasars sehen. 113 Layout-17.indd 113 11/10/2013 18:34 Ein kleines Schwarzes Loch Eine künstlerische Darstellung eines mächtigen Jetpaares, das aus einem stellaren Schwarzen Loch herausgeschleudert wird. Dieses Schwarze Loch erzeugt eine riesige Blase aus heißem Gas mit einem Durchmesser von 1 000 Lichtjahren. Man bezeichnet es als Mikroquasar. Dieses stellare Schwarze Loch gehört zu einem Binärsystem. Layout-17.indd 114 11/10/2013 18:34 Wissenschaft und ScienceFiction In Sciene-Fiction-Filmen werden Schwarze sehr groß ist und der Radius sehr klein, ist die Leben ohne unsere Sonne Fluchtgeschwindigkeit dieses Sternrests eben- Würde man die Sonne plötzlich durch ein Schwarzes falls sehr hoch. Bei passender Größe des Sterns Loch derselben Masse ersetzen, wäre es schlagartig und unter geeigneten Bedingungen kann die sehr dunkel. Die Planetenbahnen blieben hingegen Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit unverändert. Schwarze Löcher sind nur gefährlich, überschreiten. In diesen Fällen bleibt ein kleines wenn man ihnen zu nahe kommt. Schwarzes Loch zurück. (Reicht die Dichte des Sternrests nicht aus, endet der tote Kern des Sterns als Neutronenstern.) Löcher immer als eine Bedrohung des Kosmos Um die Gefahrenzone muss man sich nur sorgen, dargestellt, als riesige Staubsauger, die alles um Stellare Schwarze Löcher sind wirklich klein. sie herum aufsaugen. Die Wahrheit ist – wie so Obwohl ihre Masse ein Vielfaches der Sonnen- oft – tatsächlich um einiges weniger dramatisch masse ist, liegt ihr Durchmesser typischerweise Stellare Schwarze Löcher sind nur ein Teil der als die Fiktion: Schwarze Löcher sind wirklich unter 30 Kilometern. Geschichte, und sie sind in vielerlei Hinsicht nicht so schrecklich. wenn man der Oberfläche sehr nahe kommt. einfach ein langweiliger Epilog des weitaus Im Gegensatz zu ihrer Betrachtung in der Sci­ interessanteren Lebens der Sterne, dem wir uns Schwarze Löcher gibt es in verschiedenen ence-Fiction-Literatur sind diese Schwarzen in Kapitel 5 näher widmen. Formen und Größen. Seit den 1970er Jahren Löcher in Wirklichkeit reichlich harmlos (auch hatten die Wissenschaftler handfeste Belege für wenn es die Explosionen, bei denen sie entste- Die längere Geschichte und gleichzeitig die die Existenz kleinerer Exemplare. Man nennt sie hen, nicht sind). Würde sich die Sonne morgen Stelle, an der das Weltraumteleskop Hubble einen stellare Schwarze Löcher, weil sie der Endzustand in ein Schwarzes Loch derselben Masse ver- enormen wissenschaftlichen Beitrag geleistet hat, im Lebenszyklus eines Riesensterns sind. wandeln, würde die Erdumlaufbahn nicht einmal liegt in der Untersuchung gigantischer Schwarzer gestört werden – obgleich es hier plötzlich sehr Löcher. Diese haben nicht nur ein paar Sonnen- kalt und dunkel wäre. massen, sondern sind viele Millionen oder sogar Bei der Supernovaexplosion, die den Stern verzehrt, werden die äußeren Schichten des Sterns Milliarden Male schwerer als unser Heimatstern, abgestoßen, und gleichzeitig kollabiert der Kern Ein Schwarzes Loch beeinflusst entfernte Objekte und sie befinden sich im Zentrum der meisten, zu einer unglaublich dichten Kugel. Da ihre Masse nicht mehr, als es ein Stern derselben Masse tut. wenn auch nicht aller großen Galaxien. 115 Layout-17.indd 115 11/10/2013 18:34 Jede Riesengalaxie hat ein dunkles Herz Schon vor dem Start des Weltraumteleskops Hubble war den Astronomen aufgefallen, dass die Zentren der Galaxien irgendwie dichter und heller waren als erwartet. Es verbarg sich dort erheblich mehr Masse, als man mithilfe der üblichen Verdächtigen – Sterne, Staub und Gas – erklären konnte. Frustrierenderweise waren die Teleskope der damaligen Zeit einfach nicht leistungsstark genug, um galaktische Zentren aufzulösen. Die Frage, ob die Massenanziehung einfach auf äußerst große und dichte Sternhaufen zurückzuführen sei, oder ob man auf eine exotischere Erklärung wie ein gigantisches Schwarzes Loch würde zurückgreifen müssen, war offen geblieben. Die Suche nach supermassereichen Schwarzen Löchern in galaktischen Zentren war einer der Hauptgründe, warum das Weltraumteleskop Hubble eigentlich gebaut wurde, und viele seiner ersten Beobachtungen widmeten sich dem Test dieser faszinierenden Theorie. Die Ergebnisse waren eindeutig. Oben: Diese Bewegung verrät ein Unten: Hinweise auf Schwarze Löcher Schwarzes Loch Dieses Spektrum des Zentrums der Galaxie Messier In den Zentren vieler Galaxien, wo andere Teles- Diese Darstellung veranschaulicht, wie man anhand 84 aus dem Jahr 1997 mag nicht viel hermachen, aber kope nur weiße Schleier erkannten, konnte das der Farben im Spektrum auf die Bewegung einer es enthielt einen verlockenden Hinweis darauf, dass Weltraumteleskop Hubble Materiescheiben aus- Scheibe schließen kann. Dreht sich die Scheibe sich im Zentrum der Galaxie ein supermassereiches schnell im Uhrzeigersinn, so werden die Lichtwellen Schwarzes Loch befinden könnte. Da auf einer Seite auf der rechten Seite gestaucht, was sie blauer der Materiescheibe eine Blauverschiebung und auf erscheinen lässt. Die Lichtwellen auf der linken der anderen eine Rotverschiebung auftritt, muss sich Seite, die sich schnell von uns wegbewegen, werden das Gas spiralförmig in das Schwarze Loch bewegen. gestreckt, was sie röter macht. Der Effekt ist in diesem Aus den Messwerten ergab sich, dass die Materie Bild stark übertrieben dargestellt. sehr schnell rotiert, was sich nur dann erklären ließ, machen. Bei der Beobachtung einer dieser Scheiben im Zentrum einer Galaxie namens Messier 87 stellte man fest, dass sich ihre Spektralfarben an den beiden Seiten leicht unterschieden. Eine Seite war blauer als die andere, was auf eine sehr schnelle Rotation der Scheibe hindeutete. wenn sie um ein riesiges Schwarzes Loch kreiste. Dieses optische Phänomen erinnert an das akustische Phänomen, das wir wahrnehmen, wenn ein Krankenwagen mit Martinshorn an uns 116 Layout-17.indd 116 11/10/2013 18:34 Messier 87 und sein gigantischer Jet Eine Aufnahme der Galaxie Messier 87 durch das Weltraumteleskop Hubble aus dem Jahr 2008. Sehen Sie sich den riesigen Gasjet an, der im Zuge der gewaltigen Prozesse um das zentrale Schwarze Loch ausgestoßen wird. Die Beobachtungen aus den frühen 1990er Jahren waren nicht so beeindruckend, aber die ihnen zugrunde liegende Forschung war von sehr hohem Stellenwert. Layout-17.indd 117 11/10/2013 18:34 Die Scheiben um Schwarze Löcher Die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien NGC 7052 (links) und NGC 4621 (rechts) sind von rotierenden Materiescheiben umgeben. Sehr oft handelt es sich dabei um ein ziemlich aktives Gebiet, das heftig fest. Daraus konnten sie wiederum schließen, Quasar 3C 273 dass sich im Zentrum eine äußerst große Masse Die Aufnahme zeigt ein supermassereiches verstecken müsste, und zwar eine, deren Schwer- Schwarzes Loch, das einen gigantischen Jet ausstößt vorbeifährt: Seine Tonlage erhöht sich, wenn der kraft ausreicht, um diese superschnelle Rotation – einen Quasar. Würde der Jet auf der Sichtlinie zur Wagen auf uns zu fährt und sie fällt, nachdem zu erklären. Ihren Berechnungen zufolge musste Erde liegen – so als blickten wir in das Schmalbündel er an uns vorbeigefahren ist. Ein Objekt im das eine Masse von rund 2 bis 3 Milliarden Son- einer Taschenlampe - dann würde der Quasar noch Weltraum, das sich auf uns zu bewegt, erscheint nenmassen sein. Eine solche Masse kann sich blauer, da seine Lichtwellen gestaucht werden. nur auf so kleinem Raum verstecken, wenn es Das genaue Ausmaß dieser Blauverschiebung sich um ein supermassereiches Schwarzes Loch Scheiben im Zentrum. Daraus schlussfolgerten gibt Aufschluss über die Geschwindigkeit des handelt – kein anderes Phänomen kann eine sie, dass die meisten, wenn auch nicht alle gro- Objekts. Für Objekte auf der Erde ist dieser Effekt solche Materiekonzentration erklären. ßen Galaxien, ebenfalls ein Schwarzes Loch im Strahlung aussendet. winzig. Deshalb ändert sich auch die Farbe des Krankenwagens nicht, wenn er an uns vorbeifährt. heller erscheinen als auf diesem Bild. Zentrum besitzen – so auch unsere Milchstraße. Durch weitere Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble und anderen Teleskopen In den zwei Jahrzehnten seit dieser Entdeckung Als sie die Farben der Scheibe im Zentrum von konnten die Astronomen nicht nur bestätigen, hat sich die Wissenschaft der supermassereichen Messier 87 untersuchten, stellten die Wissen- dass sich im Zentrum von Messier 87 ein super- Schwarzen Löcher stark weiterentwickelt: Es geht schaftler eine ausgesprochen hohe Rotationsge- massereiches Schwarzes Loch befindet, sondern nicht mehr um den Beleg ihrer Existenz, sondern schwindigkeit von Hunderten Stundenkilometern sie fanden auch bei vielen anderen Galaxien um die Erklärung ihres merkwürdigen Verhaltens. 118 Layout-17.indd 118 11/10/2013 18:35 Die elliptische Riesengalaxie NGC 1132 hat ein gigantisches supermassereiches Schwarzes Loch in seinem Zentrum, und üblicherweise gehen große Schwarze Löcher mit großen Galaxien einher. Dennoch ist der genaue Zusammenhang zwischen der Größe des Schwarzen Lochs und der Größe seiner Wirtsgalaxie nicht vollständig geklärt. Layout-17.indd 119 11/10/2013 18:35 Nahaufnahme eines Quasars Die Galaxie Markarian 231 enthält etwas, das wie ein heller, vor ihr liegender Stern wirkt. Auf vielen Hubble-Aufnahmen wie dieser gibt es im Vordergrund Milchstraßensterne, die die hinter ihnen liegenden Galaxien überstrahlen. In Wirklichkeit ist jedoch der helle Lichtpunkt im Zentrum dieser Galaxie ein Quasar, ein Jet aus Materie und Strahlung, der sich bildet, wenn Staub und Gas in das supermassereiche Schwarze Loch stürzen. Layout-17.indd 120 11/10/2013 18:35 Die Erforschung supermassereicher Schwarzer Löcher Zu- und Abflüsse eines Quasars (künstlerische Darstellung) Es gibt eine Grenze für die Geschwindigkeit, mit der ein Schwarzes Loch wachsen kann. Zieht es die Materie zu schnell ein, so heizt sich die Scheibe um das Schwarze Loch stark auf und beginnt, die Materie Die Erforschung supermassereicher Schwarzer Das Gebiet um ein supermassereiches Schwar- Löcher dauert an, und wie in der Spitzenfor- zes Loch, das von ihm direkt beeinflusst wird, schung üblich, gibt es mehr Fragen als Antworten. ist Millionen Mal kleiner als seine Wirtsgalaxie. wegzublasen, was dann das Wachstum wieder verlangsamt. Welche Art von Prozess könnte also die beiden So haben die Wissenschaftler entdeckt, dass die aneinander koppeln? Ist es die Galaxie, die die Während Schwarze Löcher an sich unsichtbar Masse eines Schwarzen Lochs und die Masse Größe des Schwarzen Lochs bestimmt, oder sind, da ihnen das Licht nicht entkommt, kann der Galaxie um dieses Loch sehr stark zusam- reguliert vielmehr das Schwarze Loch die Größe man die mit ihm einhergehenden Phänomene menhängen. Dies mag vernünftig erscheinen, der Galaxie? beobachten. Die um den Kern der Galaxie Mes- die Gründe dafür sind aber vollkommen unklar. sier 87 rotierende Gasscheibe ist ein Beispiel Ein supermassereiches Schwarzes Loch kann Es gibt ein weiteres Rätsel, das vielleicht mit die- dafür; der riesige Gasjet, der aus ihrem Kern mächtig sein, und seine Auswirkungen sind ziem- sen unbeantworteten Fragen zusammenhängt. schießt, ist ein anderes. Man nimmt an, dass der lich tiefgreifend; im Vergleich zu der gewaltigen Jet der Materie entspringt, die schnell aufgewir- Galaxie, die es umgibt, ist es allerdings winzig. belt wird, bevor sie dann ins Nichts verschwindet. 121 Layout-17.indd 121 11/10/2013 18:35 Nahaufnahme eines Quasars Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie ein Quasar aus der Nähe aussehen könnte: Wir sehen eine wirbelnde Scheibe aus Materie, die sich spiralförmig in ein winziges, fast unsichtbares Schwarzes Loch zieht, und zwei Jets, die von den dabei freigesetzten gewaltigen Kräften abgefeuert werden. Layout-17.indd 122 11/10/2013 18:35 Quasare Gammablitze können heller sein, aber sie Quasar ist die Abkürzung für quasi stella- Lange Zeit konnten sich die Wissen- res Objekt (Englisch: quasi-stellar object). schaftler nicht darüber einigen, was hinter Wie der Name schon sagt, sehen Quasare solchen hellen Emissionen stecken könnte. einfach wie Sterne aus, wenn man sie mit Inzwischen sind aber fast alle Astronomen einem Teleskop betrachtet. Abstands- überein gekommen, dass es sich um das messungen zeigen allerdings, dass sie Leuchten der Materie handelt, während weit außerhalb unserer Galaxis liegen, sie in ein supermassereiches Schwarzes und zwar in Entfernungen von Hunderten Loch stürzt. Die Jets, die an den Polen Millionen oder sogar Milliarden Lichtjahren. des Schwar zen Lochs ausgestoßen sind nur kurzlebig. werden, zeigen in Richtung unserer Erde; Ein Schwarzes Loch mit Schluckauf Um selbst auf diese immensen Entfer- dies macht die Quasare so hell. Zeigt der nungen noch als hell leuchtende Sterne Jet in eine andere Richtung, so wirkt das monströsen Schwarzen Lochs gehört es, riesige zu erscheinen, müssen Quasare wirklich Zentrum der Galaxie lichtschwächer als ein Blasen aus heißem Gas in den Weltraum zu unglaublich hell sein. So sind sie die Quasar, aber immer noch bemerkenswert pusten. Wir beobachten die Magentätigkeit des hellsten Langzeitphänomene im Univer- hell. Man spricht dann von Galaxien mit supermassereichen Schwarzen Lochs, das im sum überhaupt. Vorübergehende Ereig- einem aktiven Kern. Zentrum der benachbarten Galaxie NGC 3079 sitzt. Das dramatischste unter den Phänomenen, die genügend Zeit verstrichen ist, um wirklich große Eine Möglichkeit ist, Verschmelzungen von Gala- mit Schwarzen Löchern einhergehen, nennt sich Schwarze Löcher heranwachsen zu lassen. xien anzuführen. Wenn zwei Galaxien kollidieren, Quasar. Bei einem Quasar strahlt der Jet, der Neueste Entdeckungen deuten jedoch darauf werden Staub und Gas aus beiden Galaxien durch die aufgewirbelte Materie um das Schwarze hin, dass Quasare bereits nur eine Milliarde Jahre durcheinander gewirbelt und ein Teil davon – so Loch erzeugt wird, in unsere Richtung und leuch- nach dem Urknall existierten – also weitaus frü- die Theorie – könnte in die Nähe des Schwarzen tet von der Erde aus gesehen extrem hell. Aus her, als sich unserem heutigen Verständnis nach Lochs gelangen. Sobald sich dann die Materie unserem Blickwinkel überstrahlen Quasare oft die erklären lässt. spiralförmig in das Schwarze Loch bewegt, Zu den schlechten Tischmanieren eines nisse, wie Supernovaexplosionen oder Galaxien, in denen sie liegen. Je mehr Materie leuchtet das Zentrum der Galaxie als ein Quasar. ein Schwarzes Loch gerade verspeist, umso Eine Grundvoraussetzung für Quasare und ähn- heller wird der Quasar und umso größer wird das liche Phänomene, die durch supermassereiche Neueste Untersuchungen mithilfe des Weltraum- Schwarze Loch. Schwarze Löcher gespeist werden, ist ein reich- teleskops Hubble haben die Astronomen jedoch licher Vorrat an Materie, die das Schwarze Loch dazu geführt, dies in Frage zu stellen. Quasare können so hell strahlen, dass das verschlingen kann. Dass unsere eigene Galaxis von ihnen emittierte Licht das ankommende keinen Quasar in ihrem Zentrum besitzt, liegt Im Jahr 2010 lud sich ein Team über 1000 Aufnah- Gas und den Staub wegbläst; es gibt also eine nicht etwa daran, dass es dort kein Schwarzes men entfernter Galaxien aus Hubbles Datenarchiv Grenze für die Geschwindigkeit, mit der Schwarze Loch gäbe, sondern einfach an der fehlenden herunter; einige Aufnahmen zeigten Quasare, Löcher Materie verschlingen können, und somit Materie in seiner Umgebung. andere nicht, einige Galaxien waren verschmol- auch eine Grenze für die Geschwindigkeit ihres Wachstums. zen, andere nicht. Bestünde ein Zusammenhang Wie eigentlich ausreichend Materie – genug um zwischen Verschmelzungen und Quasaren, so einen Quasar zu speisen – zu dem Schwarzen müssten Galaxien, die aus Verschmelzungen Demnach sollte es in dem sehr weit entfernten Loch im Herzen einer Galaxie gelangt, ist eine hervorgegangen sind, wahrscheinlicher einen Universum nicht viele helle Quasare geben, weitere Frage, die Wissenschaftler versuchen zu Quasar in ihrem Zentrum aufweisen als solche, da dort seit dem Urknall einfach noch nicht beantworten. bei denen dies nicht der Fall war. 123 Layout-17.indd 123 11/10/2013 18:35 Ob eine Gala xie aus einer Verschmelzung hervorgegangen ist oder nicht, ist eine ziemlich subjektive Entscheidung. Um eine unterbewusste Beeinflussung zu vermeiden, verdeckte das Team die Zentren der Galaxien (sodass man die Quasare nicht sehen konnte). Dadurch war Gammablitze – ein endlich gelüftetes Geheimnis? sichergestellt, dass die Ergebnisse nicht versehentlich verfälscht wurden. Gammablitze sind kurze und intensive Galaxien liegt. Was sie aber genau auslöst, Strahlungsausbrüche, die erstmals in den ist weiterhin Gegenstand aktiver Forschun- Die eben beschriebene Vorgehensweise ist auch 1960er Jahren von Militärsatelliten entdeckt gen, obgleich manche Wissenschaftler bei medizinischen Tests üblich, wo Ärzte nicht wurden. Eigentlich waren die Satelliten dazu glauben, dass es einen Zusammenhang wissen, welcher Patient ein echtes Medikament gedacht, Atomwaffentests auf der Erde mit speziellen Supernovaexplosionen gibt, erhalten hat und welcher ein Blindpräparat. Dies aufzuspüren. Schnell wurde klar, dass die in denen äußerst schwere Sterne enden. ist eine Möglichkeit sicherzustellen, dass die beobachteten Ausbrüche nicht von der Erde Vielleicht ist dies aber noch nicht die ganze Ansichten des Experimentators nicht das Ergeb- stammten, obgleich ihre tatsächliche Quelle Geschichte. Im Jahr 2011 untersuchten Wis- nis beeinflussen. noch unklar blieb. Dies war besonders senschaftler mithilfe des Weltraumteleskops irritierend, da die Ausbrüche ziemlich Hubble einen ungewöhnlichen Gammablitz, Das Team ging dann die Aufnahmen durch und häufig vorkamen, typischerweise etliche der aus dem Zentrum einer weit entfernten entschied, ob die Galaxien verschmolzen waren Male pro Tag. In den letzten Jahren haben Galaxie stammte. Diese Wissenschaftler oder nicht. Als sie die Zentren der Galaxien das Weltraumteleskop Hubble und andere glauben, dass der Blitz von einem Stern aufdeckten, erwarteten sie, dass die verschmol- Teleskope am Boden und im Weltraum stammen könnte, der von dem super- zenen Galaxien gleichzeitig auch diejenigen sind, einige Fortschritte auf dem Weg gemacht, massereichen Schwarzen Loch im Herzen die einen Quasar in ihrem Zentrum beherbergen. die Natur der Blitze zu enthüllen und zu seiner Galaxie auseinander gerissen wurde. Das Ergebnis entsprach nicht den Erwartungen beweisen, dass ihre Quelle in entfernten des Teams. Zu ihrer Überraschung stellten die Mitglieder des Teams fest, dass es überhaupt gar keinen Zusammenhang zwischen verschmelzenden Galaxien und dem Auftreten von Quasaren gibt und so ein anderer Prozess für die Ausbildung von Quasaren verantwortlich sein muss. Nachfolgestudien an Galaxien in verschiedenen Entfernungen scheinen dieses überraschende Resultat zu bestätigen. Somit werden sich die Astronomen weiter den Kopf darüber zerbrechen müssen, was Quasare überhaupt erst einmal zum Leuchten bringt. Ein fünffacher Quasar Dem Einsteinkreuz (S. 85) ähnlich, ist dies der bisher einzige Fall eines „fünffachen Quasars“, bei dem fünf Bilder eines entfernten Quasars durch einen Galaxienhaufen erzeugt werden, der wie eine Gravitationslinse wirkt. Vier Bilder sind als hell leuchtende weiße Lichtpunkte um die zentrale elliptische Galaxie zu erkennen. Das fünfte Bild versteckt sich hinter dieser Galaxie, was sie heller erscheinen lässt. 124 Layout-17.indd 124 11/10/2013 18:35 Künstlerische Darstellung eines Quasars Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie ein von einem Schwarzen Loch angetriebener Quasar mit einer Masse von 2 Milliarden Sonnenmassen aussehen könnte. Layout-17.indd 125 11/10/2013 18:35 8 Layout-17.indd 126 11/10/2013 18:35 Der dunkle Kosmos Die Geschichte der Astronomie ist sowohl eine Geschichte zunehmenden Verständnisses und Wissens als auch eine Geschichte zunehmender Rätsel. Noch vor einem Jahrtausend ahnte die Menschheit nichts von Umlaufbahnen oder Galaxien; die Natur der Sterne war unbekannt, und selbst die Planeten betrachtete man lediglich als wandernde Sterne, die nicht der geordneten Bewegung des Himmels folgten. Dies machte das bekannte Universum zu einem ziemlich überschaubaren und kleinen Ort. Über die Jahrhunderte hat dann jede neue So wissen wir heute, dass wir in einem Kosmos Zwei Entdeckungen des 20. Jahrhunderts spiel- Entdeckung nicht nur unser Wissen erweitert, leben, der von Hunderten von Milliarden Galaxien ten bei diesem Erkenntnisprozess eine tiefgrei- sondern auch das Ausmaß des uns bekannten bevölkert ist, die Hunderte von Milliarden Sterne fende Rolle. Sie laufen unter den geheimnisvollen Universums. Mit jeder neuen Entdeckung werden beheimaten, von denen wahrscheinlich die Namen Dunkle Materie und Dunkle Energie. wir uns aber auch immer mehr bewußt, wie viel meisten von Planeten umgeben sind. Aber die Gemeinsam beherrschen sie das Universum. Und wir noch nicht wissen. Chance, dass wir jemals zu einem aussagekräf- paradoxerweise ist ihr Nachweis fast unmöglich. tigen Wissen über viele dieser zahllosen Welten gelangen, scheint gering. Ein Querschnitt des Universums Diese Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble über einen Zeitraum von 14 Stunden liefert einen bemerkenswerten Querschnitt des Universums in einem Ausschnitt, der zufällig gewählt wurde und etwas vielfältiger ist als üblich. Die Aufnahme zeigt Objekte in verschiedenen Entfernungen und Stadien der kosmischen Geschichte, angefangen von unmittelbaren kosmischen Nachbarn bis hin zu Galaxienhaufen und Gravitationslinsen aus den Anfangsjahren des Universums. 127 Layout-17.indd 127 11/10/2013 18:35 Die Vorhersage Dunkler Materie Schon in den 1930er Jahren fiel den Astronomen auf, dass die Rotationsgeschwindigkeiten der Galaxien nicht sinnvoll waren. Die Verteilung der Sterne in den Galaxien und die Bewegung ihrer Spiralarme ließen sich nur dann miteinander in Einklang, wenn es in den Galaxien einen großen Anteil verborgener Materie gab. Astronomen können ziemlich gut im Dunkeln sehen. Während Objekte gewöhnlich heiß sein müssen, damit sie im sichtbaren Licht leuchten, erscheinen selbst sehr kalte Objekte hell, wenn man sie im Infraroten oder mit Radioteleskopen beobachtet. Nur war die hypothetische verborgene Materie auch im Infraroten unsichtbar. So konnte man die zusätzliche Masse nicht einfach durch die Behauptung erklären, dass die verborgene Masse kalt und dunkel sei. Entweder existierte die Dunkle Materie und war von Natur aus vollkommen unsichtbar, oder sie existierte nicht, und die Berechnungen der Galaxienbewegungen – und damit die ihnen zugrundeliegenden Bewegungsgesetze – waren komplett falsch. Anfangs mag es verlockend gewesen sein, die Berechnungen anzuzweifeln, doch allmählich sammelten sich die Belege dafür, das es die Dunkle Materie wirklich gab, und inzwischen zweifelt keiner mehr ernsthaft an ihrer Existenz. Seither haben die hochaufgelösten Bilder des Weltraumteleskops Hubble erstaunliche Belege dafür geliefert, dass der Kosmos schon von Natur aus eine riesige Menge verborgener Masse enthält. Das Netz aus Dunkler Materie Heute wissen wir, dass das Universum, das wir im sichtbaren Bereich des Lichts beobachten, nur ein kleiner Bruchteil – nämlich ungefähr ein Zwanzigstel – dessen ist, was tatsächlich dort draußen existiert. Diese Computersimulation zeigt das Gerüst aus Dunkler Materie, das die großräumige Struktur des Universums beeinflusst, indem es die Lage und das Verhalten der Galaxiengruppen und Galaxienhaufen bestimmt. 128 Layout-17.indd 128 11/10/2013 18:35 Eine rotierende Spiralgalaxie Messier 77, eine typische Spiralgalaxie, in einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble. Messungen der Rotationsgeschwindigkeiten von Spiralgalaxien deuten darauf hin, dass sie eine große Menge verborgener Masse enthalten. Wäre tatsächlich nur die Masse vorhanden, die wir in Form von Staub, Gas und Sternen beobachten, würden sich die Spiralgalaxien allmählich aufwickeln, weil die äußeren Regionen langsamer rotieren würden als die inneren. In Wirklichkeit geht aus den Beobachtungen der Astronomen jedoch hervor, dass die Rotationsgeschwindigkeiten der Galaxien von den mittleren Bereichen bis hin zu den äußeren im Wesentlichen gleich sind. Dies lässt sich leicht erklären, wenn man annimmt, dass es bis in den Halo der Galaxie hinein eine große Menge Dunkler Materie zwischen den Sternen gibt. Layout-17.indd 129 11/10/2013 18:35 Der Nachweis Dunkler Materie Wie aber kann das Weltraumteleskop Hubble Sonne war dann während der Sonnenfinsternis Beispiele für den Gravitationslinseneffekt Dunkle Materie überhaupt aufspüren, wenn sie tatsächlich geringfügig, aber messbar gegen- Der Gravitationslinseneffekt tritt um massereiche doch vollkommen unsichtbar ist? Der Schlüssel über ihrer Position am Nachthimmel – fernab der Objekte auf. Am offenkundigsten ist dies bei steckt in Albert Einsteins berühmter allgemeiner Sonne – verschoben. Galaxienhaufen, wo die riesige Masse des Haufens (der sowohl gewöhnliche als auch Relativitätstheorie. Um große Massenkonzentrationen, wie GalaxienLicht breitet sich immer geradlinig aus. Eines der haufen, wirkt sich dieser Effekt jedoch weitaus verwirrendsten Ergebnisse der Einstein‘schen dramatischer aus als in Form einer winzigen Theorie ist allerdings, dass der Raum selbst nicht Verschiebung der Position eines Sterns, insbe- zwangsläufig geradlinig ist. Die Masse und die sondere durch die Augen eines Teleskops wie mit ihr verbundene Schwerkraft krümmen und Hubble. Der gekrümmte Raum um die Galaxien verzerren auf raffinierte Weise das Gewebe des hinterlässt in den Aufnahmen, die das Weltraum- Raums. Selbst wenn sich also das Licht geradli- teleskop Hubble von Galaxienhaufen gemacht nig ausbreitet, kann der Raum, durch den es sich hat, eindeutige Spuren: Das Licht entfernterer ausbreitet, gekrümmt sein. Infolgedessen ist auch Objekte wird durch die Haufen bis zur Unkennt- der Lichtweg immer leicht zu Objekten mit einer lichkeit gestreckt und gestaucht. Dunkle Materie enthält) das Licht ablenkt, das von weiter entfernten Galaxien stammt, sodass sie verzerrt und oft mehrfach abgebildet werden. Gravitationslinsenobjekte am Himmel sind ein Hinweis auf verborgene Masse in Form von Dunkler Materie. großen Masse hin gekrümmt. Ferne Galaxien erscheinen grotesk deformiert, Zu einem berühmten Test dieser Theorie kam es aber auch merkwürdig aufgehellt. Da das Licht im Jahr 1919, als ein Team von Wissenschaft- durch die in den Galaxienhaufen konzentrierte lern unter der Leitung von Sir Arthur Eddington Materie ähnlich gekrümmt wird wie durch eine die Sonne während einer Sonnenfinsternis Linse, nennt man dieses Phänomen auch beobachtete. Nach der Einstein’schen Theorie Gravitationslinseneffekt. sollten Sterne nahe der Sonne aufgrund des eben beschriebenen Effekts leicht in Richtung Viele Entdeckungen, die das Weltraumteleskop Sonne verschoben sein. Dies ließ sich allerdings Hubble in Bezug auf sehr entfernte und licht- nur während einer Sonnenfinsternis testen, schwache Objekte im Universum gemacht hat, da die Sonne sonst am Taghimmel alle Sterne waren nur dank der Hilfe dieser natürlichen Linsen überstrahlt. Die Position der Sterne nahe der möglich. Die allgemeine Relativitätstheorie auf dem Prüfstand Eine von Eddingtons Fotografien der Sonnenfinsternis im Jahr 1919. Sterne nahe der Sonne (markiert) waren tatsächlich im Vergleich zu ihrer üblichen Position am Nachthimmel „verschoben“, da ihr Licht durch das Schwerefeld der Sonne abgelenkt wurde. Dies war eines der zahlreichen Beweisstücke, die Einsteins revolutionäre Theorien im frühen 20. Jahrhundert stützten. 130 Layout-17.indd 130 11/10/2013 18:35 Vermessung der Dunklen Materie in einem Galaxienhaufen Abell 1689 ist ein Galaxienhaufen mit starker Gravitationslinsenwirkung, um den die verzerrten Umrisse der Hintergrundgalaxien verstreut sind. Anhand der Lage und der Natur dieser Verzerrungen können die Astronomen die Menge und die Verteilung der Dunklen Materie in dem Haufen abschätzen. Das Ergebnis dieser Abschätzung ist hier in blassem Blau über die Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble gelegt. Die Verteilung der Dunklen Materie ist der Verteilung der sichtbaren Materie nicht ganz unähnlich – klumpig und hauptsächlich um das Zentrum des Haufens konzentriert. Layout-17.indd 131 11/10/2013 18:36 Durch die Schwerkraft gekrümmt Dieses Bild eines Galaxienhaufens weist einige der klassischen Merkmale eines Raums auf, der durch die Schwerkraft gekrümmt wurde. Bei den beiden markierten Objekten handelt es sich tatsächlich um ein und dasselbe Objekt. Das Licht der entfernten Galaxie hat zwei verschiedene Wege durch den Haufen genommen, sodass wir zwei Bilder dieser Galaxie sehen. Eines wurde auf seinem Weg grotesk verzerrt, sodass es wie ein Space Invader aussieht. Die diagonalen Striche in der Aufnahme sind andere entfernte Galaxien, deren Bilder durch die Schwerkraft des Haufens gestreckt wurden. Auch das Bild der Galaxie in der oberen rechten Ecke ist seltsam, aber kein Ergebnis des Gravitationslinseneffekts. Der violette Tropfeneffekt entsteht durch heißes interstellares Gas, das aus der Galaxie gezogen wird, während sie sich durch eine dichtere Region aus intergalaktischem Gas bewegt (vgl. den nachfolgenden Abschnitt über Ram Pressure Stripping). Anhand der Verzerrungen, die der Gravitationslinseneffekt verursacht, kann man die Lage und die Menge der Masse in einem Galaxienhaufen bestimmen; es zeigt sich, dass es weit mehr Materie gibt als augenscheinlich vorhanden – die Masse der mysteriösen Dunklen Materie übersteigt die Masse der gewöhnlichen Materie bei Weitem. Layout-17.indd 132 11/10/2013 18:36 Ist dies die entfernteste Galaxie, die bislang beobachtet wurde? Gravitationslinsen sind nicht nur kosmische Kuriositäten, sondern für Astronomen auch nützlich. Die Ansammlung heller Galaxien in dieser Aufnahme ist ein Galaxienhaufen mit der Bezeichnung MACS J0647. Es stellt sich heraus, dass die drei winzigen roten Lichtpunkte in der Aufnahme drei einzelne vergrößerte Bilder einer äußerst weit entfernten Galaxie sind. Sofern ihre geschätzte Entfernung durch das Weltraumteleskop James Webb bestätigt wird, beobachten wir die Galaxie nur 420 Millionen Jahre nach dem Urknall, was sie zu einer der entferntesten Galaxien macht, die jemals beobachtet wurden. Die Gravitationslinse verstärkt das Licht, sodass die sonst zu lichtschwache Galaxie für die Augen des Weltraumteleskops Hubble sichtbar wird. Layout-17.indd 133 11/10/2013 18:36 Gravitationslinsen verraten uns allerdings nicht Also können die Astronomen dank der Rotati- Wenn Galaxienhaufen kollidieren nur etwas über Objekte im weit entfernten Uni- onsgeschwindigkeiten der Galaxien und des Dunkle Materie verhält sich nicht wie gewöhnliche versum. Vielmehr verraten sie uns auch etwas Gravitationslinseneffekts nun sicher sein, dass Materie. Wenn Galaxienhaufen miteinander kollidieren, über die sehr merkwürdigen Eigenschaften der Dunkle Materie existiert. Mit den Massenkarten, prallt das Gas in ihnen aufeinander und heizt sich auf, Dunklen Materie. die anhand der Beobachtungen des Weltraumte- sodass es Röntgenlicht emittiert. Anders die Dunkle leskops Hubble erstellt wurden, haben sie sogar Durch Vermessung der Verzerrungen in den ein ziemlich detailliertes Bild davon, wo sie liegt. Bildern entfernter Gala xien, die durch den Und das, obwohl sie bei herkömmlichen Beob- Gravitationslinseneffekt eines Galaxienhaufens achtungen vollkommen dunkel bleibt. erzeugt wurden, konnten die Astronomen genau Materie in den beiden Haufen: Die Halos aus Dunkler Materie durchdringen sich einfach ohne jede Reibung. Diese Darstellung des Galaxienhaufens MACS J0025 verdeutlicht dieses seltsame Phänomen drastisch. Das Bild ist eine Überlagerung zweier Aufnahmen. bestimmen, wie die Masse im Haufen verteilt ist, Die enormen Mengen Dunkler Materie, die sich Rot erscheint die gewöhnliche Materie (wie sie vom indem sie die Form und Masse der Linse rekon- in Galaxienhaufen versammeln, lenken das Licht Chandra Röntgenteleskop beobachtet wurde) und struierten. Die Rekonstruktionen an zahlreichen in ziemlich drastischer und optisch beeindru- blau die Dunkle Materie (deren Verteilung durch Galaxienhaufen ergab immer dasselbe Resultat: ckender Weise ab. Wir beobachten effektvolle Vermessung von Gravitationslinseneffekten in Sterne, Gas und Nebel in den Galaxien sind Lichtbögen und grotesk verzerrte Galaxien. Aber Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble bestimmt nicht die Hauptträger der Masse eines Haufens. auch die weniger konzentrierte Dunkle Materie wurde). Die gewöhnliche Materie hat sich bei der Ihr Beitrag zur Gesamtmasse ist weniger als ein aus einzelnen Galaxien und sogar aus dem Raum Kollision hauptsächlich im Zentrum des neuen Fünftel, der Rest ist Dunkle Materie – derselbe zwischen den Galaxien hinterlässt ihre Spur im Schluss, den man schon Jahrzehnte zuvor bei der Licht von Hintergrundgalaxien. Im Vergleich zu Beobachtung der Rotationsgeschwindigkeiten den spektakuläreren Auswirkungen des starken von Spiralgalaxien gezogen hatte. Linseneffekts ist dieser Effekt wesentlich feiner Haufens angesammelt, während die gespenstische Dunkle Materie von der Kollision unberührt blieb und so verteilt ist, als wäre nichts passiert. und man bezeichnet ihn daher als schwachen Gravitationslinseneffekt. 134 Layout-17.indd 134 11/10/2013 18:36 Die erste dreidimensionale Karte Dunkler Materie Durch Auswertung der schwachen Gravitationslinseneffekte in den Daten aus der COSMOS-Durchmusterung des Himmels konnten Astronomen diese dreidimensionale Karte der Verteilung der Dunklen Materie (blau) konstruieren. Sie bietet einen ersten Blick auf die netzartige großräumige Verteilung der unsichtbaren Dunklen Materie im Universum, die einen Großteil seiner Masse ausmacht. Diese künstlerische Darstellung stützt sich auf echte Daten. Die Karte offenbart ein loses Netzwerk aus Fäden Dunkler Materie, die sich unter der unerbittlichen Massenanziehung allmählich zusammenballt und mit der Zeit (nach links) klumpiger wird. Mithilfe komplexer mathematischer Algorithmen kann man die Gestalt von Galaxien statistisch bestimmen; dies erlaubt den Astronomen, die großräumige Materieverteilung im Raum über weite Entfernungen zu messen und so die dort vorhandene Materie zu „wiegen“. Um ein vernünftiges Ergebnis zu erhalten, muss man eine riesige Anzahl von Galaxien über große Bereiche des Himmels untersuchen, und gleichzeitig muss man ihre Form ultrapräzise bestimmen. Große Bereiche des Himmels bildet man am besten mit Bodenteleskopen ab, während bei den ultrapräzisen Messungen das Weltraumteleskop Hubble seinen Heimvorteil hat. Aus den Messungen des Weltraumteleskops Hubble erstellten Wissenschaftler im Jahr 2006 sogar die erste dreidimensionale Karte über die Verteilung der Dunklen Materie in einem Teil des Universums. Sie enthüllte ein Netzwerk aus Fäden Dunkler Materie, das – wie theoretisch vorhergesagt – über kosmische Zeitskalen immer klumpiger wird. Die größte elliptische Galaxie Die Galaxie NGC 4874 im Zentrum des Coma-Haufens hat zahlreiche kleinere Galaxien vereinnahmt und ist zu einer der größten Galaxien herangewachsen, die wir heute kennen. Sie ist eine elliptische Riesengalaxie, die rund zehnmal größer ist als die Milchstraße. Es gibt hier vieles, was das Interesse eines Beobachters weckt. So sind die sternähnlichen Punkte um die Galaxie NGC 4874 keine einzelnen Sterne, sondern Kugelsternhaufen. Mehr als 30 000 Kugelsternhaufen sind bekannt, die um diese Galaxien kreisen – eine riesige Anzahl verglichen mit den weniger als 200 bei unserer Milchstraße. 135 Layout-17.indd 135 11/10/2013 18:36 Abell 2218 Abell 2218, ein mächtiger Galaxienhaufen, der aus Tausenden von einzelnen Galaxien besteht, vergrößert die Abbilder verborgener Galaxien nicht nur, sondern verzerrt sie auch zu langen, schmalen Lichtbögen. Layout-17.indd 136 11/10/2013 18:36 Abell 383 Die elliptische Riesengalaxie im Zentrum des Galaxienhaufens Abell 383 enthält so viel Masse in Form von Dunkler Materie, dass sie durch ihren Gravitationslinseneffekt das Licht zu langen Lichtbögen um sie herum krümmt. Layout-17.indd 137 11/10/2013 18:36 ZwCl 1358+62 Der Galaxienhaufen ZwCl 1358+62 besteht aus mindestens 150 einzelnen Galaxien. Diese Aufnahme zeigt über die gesamte Fläche verstreut zahlreiche blaue, rote und orangefarbene Lichtbögen. Es handelt sich dabei um verzerrte und vergrößerte Abbilder von Galaxien, die sich hinter dem Kern des Haufens befinden. Layout-17.indd 138 11/10/2013 18:37 Abell 370 Abell 370 war einer der allerersten Galaxienhaufen, bei denen Astronomen einen Gravitationslinseneffekt beobachteten. In der Mitte der 1980er Jahre konnten Astronomen durch Bodenbeobachtungen des riesigen Lichtbogens in der Nähe des rechten Randes der Aufnahme feststellen, dass der Bogen keine bestimmte Struktur im Haufen war, sondern das durch die Gravitationslinse vergrößerte Abbild eines Objekts in doppelter Entfernung. Layout-17.indd 139 11/10/2013 18:37 Das kosmische Netz Galaxienhaufen sind die größten sichtbaren Strukturen im Universum, die sich unter ihrer gegenseitigen Massenanziehung entwickelt haben und weiter durch sie zusammengehalten werden. Dennoch sind diese Haufen nicht die allergrößten Strukturen im Universum. Die allergrößten Strukturen gehen auf den Urknall zurück. Sie entwickelten sich nicht allmählich wie Sterne und Galaxien; sie waren von Anfang an vorhanden. Als das Universum im Urknall entstand, war es mit Gas gefüllt und nahezu strukturlos. Heute stehen praktisch masselose Weiten, die sich über Millionen Lichtjahre erstrecken, solchen Gebieten wie unserem Planetensystem gegenüber, die voll von Materie sind. Das frühe Universum war dagegen sehr gleichförmig. Das Gas, das den Kosmos ausfüllte, wies nur winzige Dichtefluktuationen auf, die aus den ersten Millisekunden des Urknalls herrührten, als das gesamte Universum nur auf einer mikroskopischen Skala existierte. Diese Dichtefluktuationen stellten allerdings schon damals die Weichen für die heutige Gestalt des Universums: Aus den dichteren Gebieten im frühen Universum entstanden die dichteren Gebiete von heute. So hat das Universum auf sehr großen Skalen die Gestalt eines Netzes aus Fäden, sogenannten Filamenten, und Bahnen aus Dunkler Materie, denen die Galaxien folgen und an deren Kreuzungspunkten sich Galaxienhaufen bilden. Das kosmische Netz Diese großräumige Struktur, das sogenannte Diese Darstellung ist das Ergebnis einer der größten Computersimulationen über das Wachstum der Struktur kosmische Netz, wurde schon vor Jahrzehnten der Dunklen Materie und der Galaxien, die je ausgeführt wurden. Deutlich zeichnet sich das Netzwerk mit vermutet, zum Teil aufgrund von Computerrekon- Knotenpunkten ab, an denen Galaxienhaufen wachsen, da sich die Galaxien entlang der Filamente bewegen. struktionen der Bedingungen zum Zeitpunkt des Urknalls und zum Teil aufgrund der Untersuchung der Abstände zwischen den Galaxien, aus denen Wissenschaftler durchsuchten eine große und die Galaxien am dichtesten liegen, sondern sich hervorgeht, dass sich Galaxien in Wänden und sehr detaillierte Karte des riesigen Galaxienhau- auch entlang eines gekrümmten Filaments aus Reihen anordnen. fens MACS J0717 nach den verzerrten Bildern von dem hinteren Teil des Haufens erstreckt. Hintergrundgalaxien, die der schwache GravitaDer Beweis, dass die Haufenbildung der Galaxien tionslinseneffekt erzeugt. Indem sie daraus die Zusammen mit ähnlichen, weniger detaillierten eine ihr zugrundeliegende Struktur der Dunklen Verteilung der Dunklen Materie in und um den Beobachtungen, die ein paar Monate früher Materie widerspiegelt, wurde jedoch erst durch Haufen MACS J0717 rekonstruierten, konnten mit dem japanischen Bodenteleskop Subaru eine weitaus neuerliche Entdeckung im Jahr die Wissenschaftler zeigen, dass die Dunkle gemacht wurden, war dies der erste konkrete 2012 vom Weltraumteleskop Hubble erbracht. Materie nicht nur im Haufen konzentriert ist, wo Nachweis eines Teils des kosmischen Netzes. 140 Layout-17.indd 140 11/10/2013 18:37 Ein Filament im kosmischen Netz Die Untersuchung der Gravitationslinseneffekte in und um den Galaxienhaufen MACS J0717 im Jahr 2012 offenbarte, dass sich die Dunkle Materie entlang eines Filaments weit über den Galaxienhaufen hinaus erstreckt. Der Galaxienhaufen ist im oberen Teil der Aufnahme zu sehen. Dem überlagert ist die Verteilung der Dunklen Materie blau dargestellt. Die Dunkle Materie erstreckt sich allerdings über den Haufen hinaus bis in den unteren Teil der Aufnahme hinein. Zusammen mit einer anderen Beobachtung, die ein paar Monate früher mit dem japanischen Teleskop Subaru gemacht wurde, ist dies der erste direkte Nachweis eines Filaments aus Dunkler Materie im kosmischen Netz. Layout-17.indd 141 11/10/2013 18:37 Ram Pressure Stripping: eine unsichtbare Kraft in Galaxienhaufen Galaxienhaufen sind manchmal recht ungastliche Orte. Das kosmische Netz schiebt immer neue Galaxien nach und Galaxienhaufen verschmelzen ab und zu mit anderen. Dies kann die Galaxien in einem Haufen ziemlich beuteln. Ein faszinierendes Phänomen, das man mitunter in Galaxienhaufen beobachtet, trägt den etwas unglücklichen Namen Ram Pressure Stripping (zu deutsch etwa Staudruckberäumung). Dieses gewaltige galaktische Räumungsmanöver ist auf eine unsichtbare Zugkraft zurückzuführen, die in einem Objekt hervorgerufen wird, während es sich durch das überhitzte Gas im Zentrum des Galaxienhaufens bewegt. Die Sterne sind von der Kollision nicht ernsthaft betroffen, wohl aber der Staub und das Gas in der Galaxie. Sie werden bei der Kollision aus der Galaxie herausgerissen. Das herausgerissene Material bildet dann Schockwellen, Tropfen oder Streifen. Obgleich Hubbles Aufnahmen dieses Phänomens nur Standbilder sind, scheinen die Galaxien, die einem Ram Pressure Stripping unterliegen, mit ihrer offensichtlichen Bewegung praktisch aus der Aufnahme herauszuwirbeln. Unterstrichen wird der dramatische Zustand der Galaxie durch ein lebendiges Bild von gespenstisch wirkendem Gas, das aus der Galaxie in hell leuchtenden Taschen neuer Sternbildung herausgetrieben Ram Pressure Stripping wird. Vor einem hellen Hintergrund zeichnet sich die Galaxie ESO 137-001 (links) ab, während sie durch das Herz des Galaxienhaufens Abell 3628 läuft. Eine unsichtbare Kraft, das sogenannte Ram Pressure Stripping, zerreißt Die Untersuchungen des Ram Pressure Stripping verhelfen den Astronomen zu einem besseren Verständnis der Mechanismen, die die Entwicklung der Galaxien vorantreiben. So können sich nach dieser Schockbehandlung in einer Galaxie keine neuen Sterne mehr bilden. gewaltsam das Innere dieser Spiralgalaxie und zieht es hinaus in den Raum. Als verräterische Spuren dieses kosmischen Krimis bleiben hell leuchtende blaue Streifen. NGC 4522 (rechts) ist ein anderes spektakuläres Beispiel einer Spiralgalaxie, die gegenwärtig ihres Gases beraubt wird. Die Galaxie gehört zum Virgo-Galaxienhaufen, und ihre schnelle Bewegung durch den Haufen führt zu starken Winden in der Galaxie, da sie ihr Gas zurücklässt. In dieser Hubble-Aufnahme erkennt man eine Vielzahl neu gebildeter Sternhaufen, die sich in dem abgestreiften Gas entwickelt haben. 142 Layout-17.indd 142 11/10/2013 18:37 Die Offenbarung der Dunklen Energie Das Wesen der Dunklen Materie ist schwer zu Die Messung der Expansionsgeschwindigkeit des Die Menge der Dunklen Energie im Kosmos ist erfassen, aber nachdem sie schließlich beobach- Universums war eine noch schwierigere Aufgabe; riesig. Nach der Einstein‘schen Relativitätstheorie tet wurde, passte sie gut in das Bild der Astrono- die Messungenauigkeit ihres Wertes betrug vor sind Masse und Energie äquivalent. So erzeugen men. Sowohl Vorhersagen über die Bewegung dem Start von Hubble rund 50%. Eine der offenen Sterne aus Masse Energie. von Galaxien als auch Theorien über den Urknall Fragen des 20. Jahrhunderts war, wie sich die Schätzt man die Energie ab, die man braucht, legten die Existenz der Dunklen Materie nahe, Expansion des Universums verlangsamt. Würde um die beobachtete beschleunigte Expansion sodass es am Ende keine Überraschung mehr sie sich allmählich ausschleichen und nahezu des Universums zu erklären, offenbart sich etwas war, als man sie tatsächlich fand. zum Stillstand kommen, wobei die Galaxien im ziemlich Erstaunliches: Das Universum muss zu Universum dann im Wesentlichen statisch wären? rund Dreivierteln aus Dunkler Energie bestehen. Ganz unerwartet kam jedoch ein Durchbruch, Oder würde die Masse des Universums ausrei- Den Löwenanteil des Rests bildet die Dunkle der in den 1990er Jahren mithilfe von Daten chen, um die Expansion unter ihrer Schwerkraft Materie, und nur 5% des Universums besteht aus verschiedener Teleskope, darunter des Welt- insgesamt zu stoppen und schließlich für das der gewöhnlichen Materie, die wir kennen und um raumteleskops Hubble, gelungen war und der Universum den Rückwärtsgang einzulegen? uns herum beobachten. veränderte. Er brachte ihren Entdeckern im Jahr Wäre die Schwerkraft so groß, dass das Univer- Der dunkle Kosmos ist wohl die größte Entde- 2011 den Nobelpreis für Physik ein. sum wieder kontrahiert, würde der Kosmos in ckung aller Zeiten – ein dunkler und größtenteils ferner Zukunft in einem sogenannten Big Crunch unbekannter Kosmos, der 20-mal massereicher in sich zusammenstürzen. ist als das Universum, das wir bisher zu kennen unser Verständnis des Universums grundlegend Dass das Universum expandiert, war den Wissenschaftlern seit den Tagen Edwin Hubbles glaubten. Er ist auch ein Kosmos, den wir trotz bekannt. Die Expansion ist eine Folge seiner Als die Weltraum- und Bodenteleskope tech- aller Rätsel um seine Dunkelheit besser kennen Geburt im Urknall vor rund 13,8 Milliarden Jahren. nisch schließlich so leistungsfähig waren, dass als jemals zuvor. Dank Hunderter verschiedener man anhand von Messungen der Helligkeit von Teleskope auf der Erde und im Weltraum, unter Aber woher wissen wir, dass das Universum Supernovae in verschiedenen Entfernungen die denen das Weltraumteleskop Hubble meist eine 13,8 Milliarden Jahren alt ist? Einen Beleg dafür Expansionsgeschwindigkeit des Universums Vorreiterstellung einnimmt, kennen wir die Expan- lieferten tatsächlich die Beobachtungen des Welt- untersuchen konnte, bekamen die Wissenschaft- sionsgeschwindigkeit des Universums, sein Alter raumteleskops Hubble. Eine der ersten Prioritäten ler einen riesigen Schreck. So schien sich die und den Anteil der Materie wesentlich genauer als des Teleskops war die Messung der Helligkeit Expansion des Universums ganz und gar nicht jemals zuvor. Es bleibt nur die Herausforderung und damit der Entfernung von bestimmten verän- zu verlangsamen, sondern zu beschleunigen. herauszufinden, was wirklich dort draußen ist. derlichen Sternen, den sogenannten Cepheiden, Aber auch dass sie die Ergebnisse anhand und von Supernovae vom Typ Ia. Beides sind verschiedener Daten und mit verschiedenen Phänomene, die man heute sehr gut versteht. Die Teleskopen immer und immer wieder überprüften, Entfernungsbestimmung dieser wohlbekannten brachte nichts Neues. Es gab keinen Fehler – die Objekte gab den Wissenschaftlern ein Werkzeug Expansion des Universums beschleunigt sich. an die Hand, um sich ein Bild von der Größe des Universums zu machen und sein Alter mit einer Diese Expansion lässt sich schwer erklären, Genauigkeit von 10% abzuschätzen. Vor den außer man nimmt an, dass es eine bisher unbe- Messungen des Weltraumteleskops Hubble kannte Energiequelle gibt, die das Universum waren die Berechnungen der Wissenschaftler durchdringt und die die Galaxien immer schnel- für das Alter des Universums sehr ungenau. Die ler auseinander treibt. Getauft auf den Namen meisten Abschätzungen lagen zwischen 10 und Dunkle Energie war sie in den letzten Jahren der 20 Milliarden Jahren. Gegenstand vieler Forschungen, an denen sich auch das Weltraumteleskop Hubble wesentlich beteiligt hat. 143 Layout-17.indd 143 11/10/2013 18:37 9 Layout-17.indd 144 11/10/2013 18:37 Optische Täuschungen In der Astronomie sind die Dinge manchmal nicht so wie sie scheinen. Die Aufnahmen, die Hubble an die Erde schickt, können voller optischer Täuschungen sein. Das ganze Geschick und die Erfahrung eines professionellen Astronomen sind gefordert, um aus den Aufnahmen die Wahrheit herauszukitzeln. Die wahrscheinlich größte Herausforderung für Ausnahmen absieht, nämlich den Planeten, wie Entfernungen genau zu bestimmen oder die Astronomen ist die Perspektive. Monden, Asteroiden und Kometen des Son- Formen und Orientierungen zu erkennen: Woher nensystems, können Astronomen die von ihnen soll man wissen, ob ein Objekt klein aber sehr Für einen Wissenschaftler, der in einem Labor beobachteten Objekte nur von einer Seite beob- nah ist oder groß und weit entfernt, wenn man arbeitet, ist die Perspektive kein Problem: Wenn achten. Millionen Lichtjahre durch die Leere des es nur aus einem Blickwinkel betrachten kann? es Ihnen nicht gelingt, hinter die Abläufe Ihres Raums zu reisen, um eine Galaxie aus einem Experiments zu steigen, können Sie um den anderen Winkel zu betrachten, ist offensichtlich Das Fotoalbum des Weltraumteleskops Hubble Labortisch laufen und Ihren Aufbau von der unmöglich. ist voll von kniffligen Ansichten, perspektivischen anderen Seite betrachten. Tricks und anderen optischen Täuschungen, die Diese Einschränkung war für die Astronomen zusammen genommen einige seiner berühmtes- Auf diesen Luxus können Astronomen nicht schon immer eine riesige Herausforderung, ten Aufnahmen um eine Dimension erweitern. zurückgreifen. Wenn man von einer Hand voll erschwert sie doch selbst die einfachsten Dinge, Ein überraschender Anblick der elliptischen Galaxie NGC 1316 Der scharfe Blick des Weltraumteleskops Hubble enthüllt überraschend komplexe Strukturen kosmischen Staubs, die in der elliptischen Riesengalaxie NGC 1316 versteckt liegen. In ihrer Form erinnern sie an Wollmäuse, die sich in Zimmerecken und unter Betten verstecken. Die Staubstraßen und Sternhaufen dieser Riesengalaxie zeugen davon, dass sie bei einer früheren Verschmelzung zweier gasreicher Galaxien entstanden ist. 145 Layout-17.indd 145 11/10/2013 18:37 Klein und nah oder groß und entfernt? Woher wissen Sie, ob etwas klein und nah oder Die Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble Zehntel so weit von uns entfernt ist wie ihr riesiger groß und entfernt ist? Diese Frage ist gar nicht so illustrieren dieses Problem oft, denn Galaxien „Nachbar“. einfach. Im Alltag nimmt unser Gehirn Tiefe wahr, kommen in allen verschiedenen Größen und weil unsere Augen so weit voneinander entfernt Entfernungen vor. Manchmal – wie bei dem Stephans Quintett, eine andere Galaxiengruppe, sind, dass jedes Auge ein fast unmerklich ande- „Galaxienpaar“ NGC 5011B/C – ist es nicht die vom Weltraumteleskop Hubble aufgenommen res Bild erfasst. Unser Gehirn verarbeitet den besonders schwer, das Rätsel zu lösen. Die wurde, ist ein noch dramatischeres Beispiel. Unterschied, und infolgedessen können wir die Galaxie NGC 5011B auf der rechten Seite ist Auf den ersten Blick wirkt die Gruppe wie eine Entfernung von Gegenständen in unserer nahen offensichtlich eine Spiralgalaxie, die wir seitlich Ansammlung von fünf Galaxien, die sich in Umgebung leicht abschätzen. Bei Gegenstän- betrachten. Aufgrund ihrer charakteristischen unmittelbarer Nachbarschaft zueinander befin- den, die auf der Erde weiter von uns entfernt Erscheinung ist sie klar zu erkennen. Die Galaxie den. Aber dies ist gar nicht der Fall. Tatsächlich sind, bleibt uns immer noch die Möglichkeit, NGC 5011C in der Mitte der Aufnahme lässt sich benachbart sind nur die vier gelben Galaxien, uns dorthin zu begeben und die Entfernung zu nicht so leicht identifizieren, obgleich sie wie eine die blassere Galaxie oben links mit dem rosa messen, die wir zurückgelegt haben. Zwerggalaxie wirkt – was nahe legt, dass sie in Nebel ist dagegen von uns nur ein Siebtel soweit Wirklichkeit viel kleiner als ihr scheinbarer Nach- entfernt wie die anderen. Im Weltraum gestalten sich die Dinge allerdings bar ist, aber auch eine geringere Entfernung hat. Sind sie ein Paar oder nicht? wesentlich schwieriger. Um Entfernungen abzuschätzen, müssen sich die Astronomen auf Mithilfe der Spek troskopie kann man die gemessene Rotverschiebungen oder Helligkeiten Geschwindigkeiten bestimmen, mit denen sich und auf die Eigenschaften von Supernovae und die beiden Galaxien von uns entfernen. Anhand veränderlichen Sternen verlassen – ganz zu ihrer Ergebnisse konnten die Wissenschaftler schweigen von ihrem Expertenurteil. Keine dieser folgende Sicht bestätigen: NGC 5011C ist tat- Methoden ist vollkommen wasserdicht, und auch sächlich eine kleine Zwerggalaxie, die nur ein die zugehörige Rechnung ist nicht banal. Die Galaxie 5011C etwas oberhalb der Mitte ist eine Zwerggalaxie, die nur ein Zehntel so weit von uns entfernt ist wie die Galaxie NGC 5011B rechts, eine Spiralgalaxie, auf die wir seitlich blicken. Die hellsten Sterne im unteren Teil der Aufnahme sind uns noch näher: Sie befinden sich in der Milchstraße. Die richtige Perspektive herauszufinden, ist in Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble nicht immer leicht. 146 Layout-17.indd 146 11/10/2013 18:38 Sehen wir ein Quartett oder ein Quintett? Es erweckt den Eindruck, als wären die fünf Galaxien des Stephans Quintetts gerade auf Kollisionskurs, in Wirklichkeit gilt das aber nur für einen Teil von ihnen. Die vier gelben Galaxien sind tatsächlich benachbart (wobei die beiden mittleren bereits miteinander verschmelzen). Die blassere Galaxie oben links ist dagegen eine kleinere Galaxie, die von der Erde nur ein Siebtel soweit entfernt ist wie die anderen. Layout-17.indd 147 11/10/2013 18:38 Auf Kollisionskurs? Die perspektivischen Täuschungen sind manch- Hintergrundgalaxie NGC 3314B relativ ungestört Sind sie auf Kollisionskurs oder nicht? mal besonders dramatisch, stellen sie doch sind. Die leichte Störung der Form von NGC 3314A Das Objekt NGC 3314 wirkt wie zwei Spiralgalaxien, scheinbare Verbindungen zwischen Objekten (ihre Arme breiten sich weiter nach unten und die gerade miteinander kollidieren, in Wirklichkeit her, die nicht einmal benachbart sind. weiter nach rechts von ihrem Zentrum aus) ist befinden sie sich aber in sicherer Entfernung tatsächlich auf ein Zusammentreffen mit einer voneinander. Die leichte Störung der Form von Eines der prägnantesten Beispiele für dieses Phä- anderen benachbarten Galaxie zurückzuführen. nomen dürfte das Galaxienpaar NGC 3314A/B In Betracht kommt dafür die Galaxie NGC 3312, sein. Obgleich alle Welt selbst bei genauer die aber außerhalb der Aufnahme liegt. Betrachtung in diesen beiden Objekten zwei NGC 3314A (ihre Arme breiten sich weiter nach unten und weiter nach rechts von ihrem Zentrum aus) ist tatsächlich auf eine Wechselwirkung mit einer anderen Galaxie zurückzuführen, die sich aber außerhalb der Aufnahme befindet. Spiralgalaxien erkennt, die gerade miteinander Welche Galaxie vor der anderen liegt, ist aller- verschmelzen, ergaben detaillierte Messungen, dings ein Aspekt, der in den Aufnahmen des dass eine Wechselwirkung zwischen den beiden Weltraumteleskops Hubble immer deutlich zu wodurch sie sehr klar definiert erscheinen. Die Galaxien ausgeschlossen ist. erkennen ist. Die Art, wie die Objekte einander dunklen und staubigen Regionen von NGC 3314B überlappen, macht ihre Erscheinung grundle- erscheinen dagegen weitaus weniger definiert, Die Geschwindigkeiten, mit denen sich die Sterne gend verschieden. Die Staubstraßen der Galaxie was auf den blassen Nebel aus Milliarden von in den beiden Galaxien bewegen, zeigen, dass NGC 3314A im Vordergrund zeichnen sich auf- Sternen in der Galaxie NGC 3314A zurückzufüh- die Vordergrundgalaxie NGC 3314A und die grund ihrer Hintergrundbeleuchtung drastisch ab, ren ist, die im Vordergrund liegt. 148 Layout-17.indd 148 11/10/2013 18:38 Lichtpunkte voneinander unterscheiden Es sind nicht nur die nahen und weit entfernten Astronomen vor ein Rätsel: Den Berechnungen Da Quasare sehr weit entfernte Objekte sind, Galaxien, die einen Betrachter verwirren können. zufolge mussten sie in Entfernungen liegen, die kann ihr Bild oft von Vordergrundobjekten mit Viele der wichtigsten Objekte in der Astronomie mitunter weiter waren als die Hälfte des beob- Gravitationslinseneffekt beeinflusst sein. Der erscheinen selbst durch die Augen leistungsstar- achtbaren Universums. Zwillingsquasar, der erstmals in den späten ker Teleskope wie Hubble nur als sternenähnliche 1970er Jahren entdeckt wurde, faszinier te Lichtpunkte. Auch wenn es sich bei den meisten Besonders verwirrend war dies, wenn Quasare lange die Wissenschaftler, weil sie glaubten, am dieser entfernten Punkte tatsächlich um Sterne durch Galaxien schimmerten, die vor ihnen Nachthimmel zwei benachbarte Quasare mit handelt, gibt es ein paar Lichtpunkte, auf die das liegen. Ein heller Punkt in einer Aufnahme einer sehr ähnlichen Eigenschaften erspäht zu haben. nicht zutrifft. Galaxie ist in der Regel entweder ein sehr heller Tatsächlich handelte es sich hierbei aber um die Stern innerhalb dieser Galaxie oder ein Vorder- ersten Gravitationslinsen, die jemals beobachtet Schon die Astronomen der Antike konnten Plane- grundstern aus der Milchstraße. Das gilt aber wurden: Hinter dem Zwillingsquasar steckte nur ten und Sterne aufgrund ihrer unterschiedlichen eben nicht immer. Die Spiralgalaxie NGC 1073 ein einzelner Quasar. Das von ihm ausgesandte Bewegung am Nachthimmel voneinander unter- ist dafür ein perfektes Beispiel. Die drei hellen Licht wurde auf seinem Weg von einem Galaxien- scheiden, lange bevor sie mithilfe von Teleskopen Punkte in Hubbles Portrait wirken wie Vorder- haufen im Vordergrund abgelenkt und verzerrt, beobachten konnten, wie die Planeten aussehen. grundsterne, in Wirklichkeit handelt es sich aber wodurch zwei Abbilder entstanden. um Quasare, die Milliarden Lichtjahre hinter der Ähnlich müssen auch die Astronomen von heute Galaxie liegen, zu der sie zu gehören scheinen. über die Erscheinung vieler Objekte hinaus sehen, um sie unterscheiden zu können. Eine Objektart, die einem Stern unheimlich ähnelt, ist der Quasar, mit dem sich Kapitel 7 eingehender befasst. Der Name ist eine Abkürzung für quasi stellares Objekt (Englisch: quasi-stellar object), was sehr gut zu seiner Erscheinung passt. Lange Zeit war das Wesen der Quasare ungeklärt; durch ihre Teleskope beobachteten die Astronomen Objekte, die wie hell leuchtende, bläuliche Sterne aussahen, sehr ähnlich denen in unserer Milchstraße. Allerdings stellte die Untersuchung der Eigenschaften ihres Lichts die Sehen wir doppelt? In der Mitte dieser Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble treten zwei hell leuchtende, bläuliche Objekte klar hervor. Als man sie im Jahr 1979 erstmals entdeckte, hielt man sie für zwei getrennte Objekte; bald stellten die Astronomen jedoch fest, dass diese Zwillinge etwas zu eineiig waren! Sie sind benachbart, liegen von uns gleich weit entfernt und haben überraschend ähnliche Eigenschaften. Der Grund für diese Ähnlichkeit ist kein bizarrer Zufall; es steckt dahinter nur ein Objekt, das durch den Gravitationslinseneffekt einer Vordergrundgalaxie doppelt abgebildet wurde. Diese kosmischen Doppelgänger bilden einen Doppelquasar namens QSO 0957+561, den man auch als Zwillingsquasar bezeichnet. 149 Layout-17.indd 149 11/10/2013 18:38 Sind das Vordergrundsterne oder weit entfernte Quasare? Die Galaxie NGC 1073 (auf der nächsten Seite) ist eine klassische Balkenspiralgalaxie, die mit hellen Sternen übersät ist. Drei der ihr scheinbar angehörenden Lichtpunkte sind allerdings in Wirklichkeit unglaublich weit entfernte Quasare, die Milliarden Lichtjahre hinter der Galaxie liegen. Layout-17.indd 150 11/10/2013 18:38 Alte Sterne können jugendlich wirken Anhand der Farbe ihres Lichts können Astrono- Sterns und von seiner Zusammensetzung ab. Die Gibt es Jungsterne im Kugelsternhaufen men das Alter von Sternen berechnen. Am Anfang Entwicklung von blau nach rot gilt aber meist – NGC 6362? ihres Lebens leuchten Sterne in blassem Blau; wenn auch nicht immer. Der Kugelsternhaufen NGC 6362 zeigt über den Kern verstreut etliche äußerst blaue Sterne. Eigentlich ihre Oberflächentemperaturen sind unglaublich hoch, und neben dem sichtbaren Licht senden Manchmal können Sterne in einen zweiten Früh- sie hochenergetisches ultraviolettes Licht aus. ling starten, wenn sie in einem binären System von ihrem Partnerstern Material abziehen. Diese Mit der Zeit kühlen sie sich ab und werden röter; plötzliche Materiezufuhr pumpt sie auf, lässt sie in die Jahre gekommene Rote Riesen leuchten heller leuchten und macht ihr Licht erneut blau, dunkelrot und haben Oberflächentemperaturen obwohl sie schon sehr alt sind. bestehen Kugelsternhaufen nur aus älteren Sternen, die in der Regel rot aussehen. Mitunter kommt es aber vor, dass sie neue Brennstoffvorräte anzapfen können. Dann können ältere Sterne in einen zweiten Frühling starten, der sie noch einmal blau erscheinen lässt. weit unterhalb der Oberflächentemperatur unserer Sonne. Daher kann man manchmal bei Kugelsternhaufen, die aufgrund ihrer Geschichte alt und rot Die Geschwindigkeit, mit der sich dieser Alte- sein sollten, eine unerwartete Population blauer, rungsprozess vollzieht, hängt von der Größe des jugendlich wirkender Sterne beobachten. 151 Layout-17.indd 151 11/10/2013 18:38 Maskenball der Sternhaufen Über unsere Galaxie verstreut und vom Weltraumteleskop Hubble auch in anderen Galaxien beobachtet, gibt es alte Sternhaufen, die man Kugelsternhaufen nennt. Typischerweise enthalten sie einige Zehntausend oder Hunderttausend Sterne. Für Astronomen sind diese Objekte aus verschiedenen Gründen interessant. Beispielsweise enthalten sie einige der ältesten Sterne im Universum. Zudem bildeten sich alle Sterne eines Haufens in einer einzigen Phase der Sternentstehung, bei der eine Gaswolke kollabierte und so die Geburt von Hunderttausenden Sternen auf einmal auslöste. Dies unterscheidet Kugelsternhaufen von Galaxien, die mehrere Sterngenerationen aufweisen und in denen sich oft auch heute noch neue Sterne bilden. Kugelsternhaufen haben eine markante äußere Erscheinung – sie sind Kugeln aus eng benachbarten Sternen – daher sollten sie sich leicht identifizieren lassen. Jedoch haben Astronomen etliche Betrüger entdeckt, einer von ihnen wurde erst nach vielen Jahren der Fehlidentifikation enttarnt. Am südlichen Nachthimmel findet man im Sternbild Zentaur ein Objekt namens Omega Centauri, das wie ein leicht verschwommener Stern aussieht. Schon wenn man es nur mit einem einfachen Teleskop betrachtet, offenbart sich etwas ziemlich Bemerkenswertes. Selbst ohne Vergrößerung enthüllt die zusätzliche Lichtstärke Intensitäten – einer sogenannten Spektralanalyse Ist das ein Kugelsternhaufen oder nicht? eines Teleskops eine riesige Anzahl von Sternen, – des Lichts, das uns von seinen Sternen erreicht, Diese Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble die mit bloßem Auge unsichtbar sind. Da das dass nicht alle Sterne gleich alt sind. Schließlich zeigt den zentralen Bereich von Omega Centauri. Objekt am Himmel eine Fläche einnimmt, die grö- rotiert dieser Haufen schneller als andere Kugel­ Auf den ersten Blick wirkt er wie jeder andere ßer als der Vollmond ist, betrachtete man es lange sternhaufen; so sind die Astronomen aufgrund Kugelsternhaufen. Jüngsten Forschungen zufolge als einen archetypischen Kugelsternhaufen. Hubbles präziser Messungen in der Lage, die Bewegung einzelner Sterne innerhalb des Hau- Hubble und andere moderne Observatorien könnte es sich aber auch um eine Zwerggalaxie handeln. fens für viele Jahrhunderte vorherzusagen. haben bei Omega Centauri allerdings viele feine Kugelsternhaufen und ihre jüngeren, kleineren Besonderheiten festgestellt, die zeigen, dass All diese Informationen deuten darauf hin, dass Verwandten, die offenen Sternhaufen, lassen sich sich dieses Objekt stark von anderen Kugel­ Omega Centauri der Kern einer Zwerggalaxie ist, ebenfalls oft nur schwer unterscheiden. Offene sternhaufen unterscheidet. Zum Beispiel gibt es die von der Milchstraße verschluckt wurde. Ihre Sternhaufen sind kleiner, lockerer und weniger in seinem Kern ein großes Schwarzes Loch, wie lockereren äußeren Regionen wurden abgezogen gleichmäßig, aber auch hier kann die äußere es bei vielen Galaxien der Fall ist. Außerdem ent- und von unserer Heimatgalaxie assimiliert. Durch Erscheinung trügerisch sein. So sieht das Objekt nehmen wir einer Untersuchung der Farben und bloßes Hinschauen hätten Sie davon allerdings NGC 411 einem Kugelsternhaufen bemerkens- nichts erraten. wert ähnlich, obwohl es in Wirklichkeit ein dichter offener Sternhaufen ist. 152 Layout-17.indd 152 11/10/2013 18:39 Ist das ein Kugelsternhaufen oder nicht? Das Objekt NGC 411 in einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble mag wie ein Kugelsternhaufen aussehen, in Wirklichkeit ist es aber ein offener Sternhaufen, der aus jungen Sternen besteht. Layout-17.indd 153 11/10/2013 18:39 10 Layout-17.indd 154 11/10/2013 18:39 Zunkunft Ausgestattet mit modernen Kameras, die es in die hintersten Ecken des beobachtbaren Universums spähen lassen, neuen Solarflügeln, Gyroskopen und Leitsystemen, die das Raumschiff in einem guten Arbeitszustand halten, hat das heutige Weltraumteleskop Hubble nur noch äußerlich etwas mit dem des Jahres 1990 gemein. Gerade jetzt bringt das Teleskop einige seiner tiefgründigsten wissenschaftlichen Ergebnisse hervor, und fast in jedem Jahr erscheinen mehr Hubble-Studien als im Jahr zuvor. Wie wir wissen, muss jede gute Sache irgend- Irgendwann wird Hubble seinen Betrieb einstel- in den Ozean stürzt. Bis dahin wird das Teleskop wann ein Ende nehmen. Das Weltraumteleskop len. Vielleicht werden seine Instrumente ausfallen; allerdings einen Nachfolger haben. Hubble hat seine geplante Lebensdauer von 15 es sind empfindliche und höchst komplexe Jahren weit überschritten, und wenn alles gut Geräte, die sich tatsächlich abnutzen. Oder die Die NASA und die Europäische Weltraumorga- läuft, wird es noch einige Jahre weiterarbeiten Gyroskope, die mithelfen, das Teleskop in die nisation, die beiden Organisationen, die das können. Jedoch ist die Flotte des Space-Shutt- richtige Richtung zu drehen, könnten ausfallen; Weltraumteleskop Hubble bauten und starteten, le-Programms nun außer Dienst gestellt, und es das passiert häufig, wenn auch bisher ohne grö- entwickeln derzeit ein größeres und besseres ist kein Raumschiff verfügbar oder in Planung, ßeren Schaden. Wie dem auch sei, unweigerlich Observatorium, das Weltraumteleskop James das mit Ersatzteilen und einer Astronautencrew wird die Zeit kommen. Webb (JWST). Inzwischen hat sich ihnen ein zu Hubble zurückkehren könnte. Das Teleskop neuer Kooperationspartner angeschlossen, die ist auf sich allein gestellt; es wird keine weiteren Wenn es soweit ist, wird man zum letzten Mal Kanadische Weltraumbehörde (CSA). Der Start Modernisierungen, keine neuen Instrumente und eine Rakete zu Hubble hinaufschicken, sie wird des Weltraumteleskops James Webb an Bord keine Reparaturen mehr geben. an das Raumschiff andocken und es aus seiner einer europäischen Ariane-5-Rakete ist für 2018 Umlaufbahn holen, sodass das Teleskop sicher geplant. Hubbles Sicht auf dem Gipfel Diese vom Weltraumteleskop Hubble erstellte sehr tiefe Aufnahme zeigt die Spiralgalaxie NGC 4921 mit einer spektakulären Kulisse von noch entfernteren Galaxien. Sie wurde aus insgesamt 80 Einzelaufnahmen zusammengesetzt, die mit gelben Filtern und Filtern für den nahen Infrarotbereich aufgenommen wurden. 155 Layout-17.indd 155 11/10/2013 18:39 Das Weltraumteleskop James Webb ersetzt das Das Weltraumteleskop James Webb wird mit Letzter Besuch Weltraumteleskop Hubble nicht genau. Vielmehr seinem 6,5 m-Hauptspiegel weitaus größer sein Der Astronaut John Grunsfeld bei seiner Arbeit wurde das Teleskop konzipiert, um die vielen als Hubble mit seinem 2,4 m-Hauptspiegel. Der am Weltraumteleskop Hubble während der letzten Fragen zu beantworten, die Hubble aufgeworfen Spiegel ist so groß, dass man ihn aus Segmenten Servicemission im Jahr 2009. Grunsfeld war der hat. So wurde es entwickelt, um die entferntesten aufbauen wird, die sich wie eine Origamiblume letzte Mensch, der das Weltraumteleskop Hubble Galaxien im Universum zu untersuchen, indem es entfalten, wenn das Raumschiff seine endgültige den Kosmos im infraroten Licht beobachtet. Aus Umlaufbahn erreicht hat. der Erdatmosphäre heraus ist dies technisch nur berührt hat: Es wird nun keine Servicemissionen mehr geben, da die Flotte des Space-Shuttle-Programms inzwischen außer Dienst gestellt wurde. sehr schwer machbar. 156 Layout-17.indd 156 11/10/2013 18:39 Das Weltraumteleskop James Webb Der riesige 6,5 m-Spiegel wird mit einer Fläche das Licht sammeln, die fünfmal so groß ist wie die des Hauptspiegels von Hubble. Dies macht das Teleskop weitaus empfindlicher und erlaubt eine höhere Auflösung bei Beobachtungen im Infraroten. Trotz des gewaltigen Spiegels und des riesigen Hitzeschildes (die rautenförmige Struktur unter dem Spiegel) wird das JWST nur ungefähr halb so schwer sein wie Hubble, da das optische System des Teleskops nicht von einer großen Metallstruktur umgeben sein wird. Layout-17.indd 157 11/10/2013 18:40 Simulation der Sicht des JWST Diese Computersimulation zeigt eine Aufnahme in der Qualität, die man von zukünftigen Deep Field Aufnahmen des Weltraumteleskops James Webb erwartet. Die Aufnahmen des JWST werden nicht nur schärfer sein als Hubbles entsprechende Infrarotaufnahmen, sondern mehr lichtschwache Hintergrundgalaxien enthüllen. Das Weltraumteleskop James Webb wird unsere Sicht auf den Kosmos bis dorthin weiten, wo wir die allerersten Galaxien beobachten können. Layout-17.indd 158 11/10/2013 18:40 Der riesige Spiegel ist zweifach motiviert. Erstens Beobachtungen des sehr entfernten Kosmos sind Der Spiegel des JWST hat infrarotes Licht eine längere Wellenlänge als an der Grenze von Hubbles Leistungsfähigkeit, Der Spiegel des Weltraumteleskops James Webb das sichtbare und ultraviolette Licht, auf das was unter Wissenschaftlern zu großen Diskus- besteht aus Beryllium (und nicht aus Glas, wie Hubble spezialisiert ist. Um dieselbe Schärfe zu sionen über ihre Forschungsergebnisse führt. der von Hubble) und er ist mit Gold beschichtet erreichen, die wir durch Hubble gewöhnt sind, Wenn man sich mit einem solchen winzigen, (Hubbles Spiegel ist mit Aluminium beschichtet), braucht ein Infrarotteleskop einen wesentlich lichtschwachen Lichtfleck beschäftigt, können die größeren Spiegel. Der zweite Grund ist aufregen- Resultate immer nur vorläufig sein und müssen der: Eines der wissenschaftlichen Hauptziele des vielleicht zurückgenommen werden, wenn neue Weltraumteleskops James Webb ist es, solche Beobachtungen den Resultaten widersprechen. sehr entfernten und sehr lichtschwachen Gala- was ihm eine charakteristische Farbe verleiht und ihn so viel infrarotes Licht reflektieren lässt wie nur irgend möglich. Hier werden im Marshall Space Flight Center in den USA gerade sechs der achtzehn Segmente getestet, die sich zum Hauptspiegel des Weltraumteleskops James Webb entfalten werden. xien zu untersuchen, wie sie Hubble in seinem Das Weltraumteleskop James Webb wird diesen Ultra Deep Field beobachtet hat. Um mehr Licht Zustand ändern. Das neue Teleskop vereint einen einzufangen und hellere Aufnahmen von licht- 6,5 m-Spiegel (der rund fünfmal so viel Licht ein- schwachen Objekten zu erhalten, braucht man fängt wie der von Hubble) mit hochempfindlichen einen größeren Spiegel. Instrumenten. Dadurch werden seine Beobachtungen entfernter Galaxien und Quasare viel besser sein als die von Hubble, was Astronomen die benötigte Klarheit und Gewissheit bietet. 159 Layout-17.indd 159 11/10/2013 18:40 Hautnah: Da das Weltraumteleskop James Webb Aufnahmen im Infraroten macht, werden sich seine Aufnahmen etwas von Hubbles Aufnahmen unterscheiden. Die Staubregionen in Galaxien Die Instrumente des JWST und bestimmten Arten von Nebeln werden sich verwandeln, weil verschiedene Wellenlängen des Das Weltraumteleskop James Webb wird aus winzigen Türchen ähnelt, die sich Lichts mit dem Staub unterschiedlich wechsel- vier Instrumente an Bord haben (eines öffnen und schließen können, sodass das wirken. Wo Hubble sichtbares Licht wahrnimmt, weniger als Hubble): Infrarotspektrometer bis zu 100 Objekte das von dem Staub gestreut wurde, wird das gleichzeitig messen kann. Weltraumteleskop James Webb durch den Staub Nahinfrarotkamera NIRCam (Near-­ hindurch direkt in die bisher verhüllten Sternent- infrared Camera) Instrument MIRI (Mid-infrared In­­­­stru­- stehungsgebiete hineinsehen. Aufnahmen von Die Kamera NIRCam wird die Haupt- ment) Hubbles Weitbereichskamera 3 mit dem Infrarot- kamera des Weltraumteleskops James Das Instrument MIRI vereint eine Kamera sensor geben eine Vorahnung dessen, was das Webb sein und scharfe und farbenfrohe und ein Spek trometer, die beide für Weltraumteleskop James Webb beobachten wird, Aufnahmen des Universums liefern. Sie Beobachtungen bei noch längeren Wel- allerdings nur in einem Bruchteil des Detailreich- wird in der Lage sein, Aufnahmen in einem lenlängen des infraroten Lichts optimiert tums, den das neue Teleskop bieten wird. Wellenlängenbereich zu machen, der vom sind, als die Kamera NIRCam und das nahen Infrarotbereich bis hinein in den Spektrometer NIRSpec. Anders als Hubble wird das Weltraumteleskop roten Teil des sichtbaren Spektrums reicht. James Webb nicht auf eine niedrige Erdum- Instrument FGS/NIRISS (Fine Guidance laufbahn gebracht. Seine empfindlichen wis- Infrarotspektrometer NIRSpec (Near-­ Sensor/Near-infrared Imager und Slit- senschaftlichen Instrumente müssen gekühlt infrared Spectrometer) less Spectrograph) werden, um richtig arbeiten zu können. Das Das Spektrometer NIRSpec wird die Eigen- Das Instrument FGS/NIRISS ist mit einer bedeutet, dass das Teleskop von dem Licht und schaften des Lichts untersuchen, das uns Steuerkamera ausgestattet, die Aufnah- der Wärme der Sonne, der Erde und des Mondes von astronomischen Objekten erreicht, men im sichtbaren Licht macht. Zudem abgeschirmt werden muss. ähnlich wie das Spektrometer COS und wird es sowohl Gitterspektrometrie als das Spektrometer STIS an Bord von Hub- auch Interferometrie betreiben. Zu diesem Zweck wird das Teleskop mit einem ble. Es hat auch noch ein As im Ärmel: riesigen Hitzeschild ausgestattet sein. Dies funkti- ein Mikroshutter-Feld, das einem Gitter oniert allerdings nur an einem Ort, an dem Sonne, Mond und Erde in derselben Richtung liegen und das Spiel der Schwerkräfte zwischen den dreien stabil ist. Es gibt nur einen Punkt, der diesen Servicemissionen zum Weltraumteleskop James Entwicklung sein, die mit Hubbles legendärer Anforderungen genügt. Seinen Ort bezeichnet Webb zu unternehmen. So ist seine voraussicht- Bildqualität im sichtbaren Bereich des Lichts man als Lagrange-Punkt 2 (L2), und er liegt 1,5 liche Lebensdauer von 5-10 Jahren kürzer als die konkurrieren werden. Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Bisher von Hubble. Aufgrund der Qualität der von ihm befand sich dort auch das Weltraumteleskop zu erwartenden Infrarotaufnahmen, wird es das Geplant sind diese Riesenapparate für die Berg- Herschel, ein früheres Infrarot-Weltraumteleskop jedoch wert sein. gipfel in Chile und Hawii. Sie werden die Atmo- der Europäischen Weltraumorganisation, das von 2009 bis 2013 betrieben wurde. sphäre mit jeweils etlichen Lasern durchmustern Was ist mit Beobachtungen im sichtbaren und im und so einen Großteil der störenden Einflüsse ultravioletten Licht? des Wetters auf astronomische Beobachtungen Da der Lagrange-Punkt L2 so weit von der Erde korrigieren können. Da sie so viel größer sein entfernt liegt – rund viermal so weit entfernt wie Wenn das Weltraumteleskop James Webb die können, als jedes Weltraumteleskop, werden ihre der Mond und weiter als bisher ein Mensch Umlaufbahn erreicht, wird bereits eine neue Fähigkeiten, das Licht blasser Objekte einzufan- gereist ist – wird es nicht möglich sein, bemannte Generation gigantischer Bodenteleskope in gen, beispiellos sein. 160 Layout-17.indd 160 11/10/2013 18:40 Durch den Staub hindurchsehen Hubbles Infrarotaufnahmen (unten) im Vergleich zu einer Aufnahme im sichtbaren Licht (oben) ein und desselben Objekts im Carinanebel. Infrarotes Licht lässt staubige Regionen des Weltraums verblassen und enthüllt die Sterne in und hinter ihnen. In diesem Fall haben Astronomen einen neu geborenen Stern entdeckt, der Jets ausstößt. Wir sind ihm im Kapitel 5 begegnet. Hubbles Infrarotfähigkeiten sind beschränkt. Seine beste Infrarotkamera WFC 3, produziert nur Bilder mit einem Megapixel, das entspricht der Qualität einer (sehr) billigen Handykamera. Außerdem kann der 2,4 m-Spiegel keine Bilder liefern, die so scharf sind wie diejenigen, die der 6,5 m-Spiegel des JWST produzieren wird. Die Sterne sehen in Hubbles Infrarotaufnahmen im Vergleich zu seinen Aufnahmen im sichtbaren Licht größer und weniger definiert aus. Das Weltraumteleskop James Webb wird diesen Zustand ändern. Es wird Infrarotaufnahmen produzieren, die so klar sind wie die Aufnahmen von Hubble im sichtbaren Licht, und so eine neue Sicht auf Sternentstehungsgebiete wie dieses ermöglichen. Layout-17.indd 161 11/10/2013 18:40 Auch das Weltraumteleskop Herschel befand sich am Lagrange-Punkt L2 Das Herschel-Weltraumobservatorium, ein europäisches Weltraumteleskop, das auf Beobachtungen im fernen Infrarotbereich spezialisiert war, beobachtete den Himmel vom Lagrange-Punkt L2 aus. Herschel war zwischen 2009 und 2013 in Betrieb, bis sein Kühlmittelvorrat aufgebraucht war. Derzeit sind drei Projekte – das European Extremely Large Telescope (mit einem gigantischen 39 m-Spiegel), das Thirty Meter Telescope (Spiegeldurchmesser 30 m) und das Giant Magellan Telescope mit sieben 8,4 m-Spiegeln – im Bau, die zusammen viele, aber nicht alle der wissenschaftlichen Werkzeuge bereitstellen werden, die Astronomen heute im Weltraumteleskop Hubble zur Verfügung stehen. Die Entwicklung riesiger und kostspieliger wissenschaftlicher Anlagen erfordert Kompromisse. Obgleich die Ära des Weltraumteleskops James Webb und der gigantischen Bodenteleskope in vielen Feldern neue Forschungswege eröffnen wird, werden ein paar zurückbleiben. Wenn Hubble außer Betrieb genommen wird, wird es kein größeres Observatorium mehr geben, dass den Himmel bei ultravioletten Wellenlängen beobachten kann, was nützlich ist, um Das European Extremely Large Telescope (E-ELT) Das European Extremely Large Telescope, das hier in einer künstlerischen Darstellung zu sehen ist, soll auf dem Berg Cerro Armazones in Chile gebaut werden. Sein Spiegel wird einen Durchmesser von 39 Metern haben und damit eine Lichtsammelfläche in der Größe von vier Tennisplätzen. Damit wird es das mit Abstand größte Teleskop sein, das jemals gebaut wurde. Seine Kuppel wird fast so hoch sein wie die der St Paul’s Cathedral in London. Zusammen mit zwei etwas kleineren Projekten, dem Thirty Meter Telescope und dem Giant Magellan Telescope wird das European Extremely Large Telescope einige der astronomischen Beobachtungsfähigkeiten des Weltraumteleskops Hubble im sichtbaren Licht ersetzen, die verloren gehen, wenn Hubble außer Betrieb genommen wird. Zudem wird es eine Unmenge neuer Felder der Astronomie eröffnen, die kein heute betriebenes Teleskop enthüllen kann. 162 Layout-17.indd 162 11/10/2013 18:40 hochenergetische Phänomene und heiße, junge Sterne zu untersuchen. Ultraviolettes Licht wird wie ein Großteil des in­­ fraroten Licht von der Erdatmosphäre zurückgehalten. Was für uns nur gut ist, weil es Hautkrebs verursacht. Für Astronomen bedeutet dies, dass sie auch durch ein neues Bodenteleskop Hubbles Fähigkeiten im ultravioletten Licht nicht ersetzen können. Dieser Zweig der Astronomie wird auf einen Nachfolger des JWST warten müssen. Die Ingenieure haben den Bau des Weltraumteleskops James Webb noch nicht ganz beendet, ganz zu schweigen von seinem Start. Aber schon heute träumen Astronomen davon, was danach kommen wird. Weltraummissionen benötigen eine lange Planungszeit – sowohl das Weltraumteleskop Hubble als auch das Weltraumteleskop James Webb waren Jahrzehnte im Entstehen – sodass solche Zukunftsträume nicht so verrückt sind, wie sie scheinen mögen. Es ist noch sehr früh, aber Astronomen diskutieren ein Projekt namens Advanced Technology Large Aperture Space Telescope (kurz ATLAST). Dieses erdumkreisende Observatorium wäre in der Lage, Beobachtungen im ultravioletten und im sichtbaren Licht mit einem Spiegel auszuführen, dessen Durchmesser zwischen 8 und 17 Metern beträgt. Zum Vergleich: Die größten heute betriebenen Bodenteleskope haben Spiegel mit einem Durchmesser von knapp über 10 m, sodass es den Antragstellern des Teleskops auf alle Fälle nicht an Ehrgeiz mangelt. Es ist jedoch immer noch zu früh, die Details zu diskutieren, denn selbst wenn das Projekt bewilligt wird, dürften noch gut 15 bis 20 Jahre bis zum Start dieses Weltraumteleskops vergehen. ATLAST der Nachfolger des JWST? Zwei mögliche Bauweisen des Weltraumteleskops ATLAST: Oben, ein hubbleähnlicher Aufbau mit einem 8 m-Spiegel; unten, ein Entwurf ähnlich dem JWST für einen riesigen entfaltbaren Spiegel, dessen Durchmesser fast 17 Meter beträgt. Das ist größer als alle Spiegel der gegenwärtig betriebenen Bodenteleskope. 163 Layout-17.indd 163 11/10/2013 18:40 Anhang 1 Hubbles Zeitstrahl 1977 Der amerikanische Kongress bewilligt die Finanzierung des Großen Weltraumteleskops. 1978 Die Astronauten beginnen mit dem Training für die Servicemissionen. 1979 Die Arbeit am 2,4 m-Spiegel des Teleskops beginnt. 1981 Das Space Telescope Science Institute (STScI) nimmt in Baltimore, Maryland, USA seine Arbeit auf. 1983 Das Große Weltraumteleskop wird in Weltraumteleskop Hubble umbenannt, nach dem Astronomen Edwin P. Hubble, der die Existenz entfernter Galaxien nachwies und die ersten Hinweise auf die Expansion des Universums fand. 1984 Die Space Telescope-European Coordinating Facility (ST-ECF) nimmt in München, Deutschland seine Arbeit auf. 1985 Die Arbeit an Hubble ist beendet. Das Weltraumteleskop Hubble ist startbereit. 1986 Aufgrund des Challenger-Unglücks werden alle Flüge mit dem Space-Shuttle zurückgestellt. Hubbles Start verzögert sich. 1990 Start: Die Raumfähre Discovery (STS-31) hebt am 24. April 1990 ab. Das Weltraumteleskop wird am 25. April 1990 ausgesetzt und aktiviert. Am 25. Juni 1990 wird die sphärische Abberation am Hauptspiegel entdeckt. Die Entwicklung des Korrektursystems COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) wird bewilligt: Die Herstellung einer komplexen Anordnung von fünf optischen Spiegelpaaren zur Korrektur der sphärischen Abberation an Hubbles Hauptspiegel. 1993 Die erste Servicemission (STS-61) startet am 2. Dezember 1993 (Raumfähre Endeavour). Das Korrektursystem COSTAR wird installiert und ersetzt das Fotometer HSP (High Speed Photometer). Die Weitbereichskamera WFPC2 ersetzt die Weitbereichskamera WFPC1 (Wide Field and Planetary Camera 1). 164 Layout-17.indd 164 11/10/2013 18:40 1994 Hubble fotografiert, wie der Komet Shoemaker Levy 9 auf den Planeten Jupiter stürzt. 1996 Das erste Hubble Deep Field wird veröffentlicht. Es zeigt eine unvorstellbare Anzahl von Galaxien im Universum. Hubble löst Galaxien auf, in deren Zentrum sich ein Quasar befindet. 1997 Die Servicemission 2 (STS-82) startet am 11. Februar 1997 (Raumfähre Discovery). Das Spektrometer STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) ersetzt das Spektrometer FOS (Faint Object Spectrograph). Das Spektrometer NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph) ersetzt das Spektrometer GHRS (Goddard High Resolution Spectrograph). 1999 Die Servicemission 3A (STS-103) startet am 19. Dezember 1999 (Raumfähre Discovery). Die Gyroskope werden ersetzt. Allgemeine Wartungsarbeiten werden ausgeführt (aber keine wissenschaftlichen Geräte ersetzt). 2001 Bei Beobachtungen mit Hubble werden die Elemente in der Atmosphäre des Exoplaneten HD 209458b entdeckt. 2002 Die Servicemission 3B startet am 1. März 2002 (Raumfähre Discovery). Installation der Kamera ACS (Advanced Camera for Surveys). Installation des Spektrometers NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer). Installation neuer Solarflügel. 2004 Die Stromversorgung des Spektrometers STIS versagt. Das Hubble Ultra Deep Field wird veröffentlicht. 2005 Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zeigen zwei zuvor unbekannte Monde um Pluto. 2006 Hubbles Beobachtungen zeigen, dass der Zwergplanet Eris kleiner als Pluto ist. 2007 Die Stromversorgung der Kamera ACS versagt. 2008 Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zeigen den Exoplaneten Fomalhaut b, einer der ersten durch direkte Beobachtung bestätigten. Hubble umrundet die Erde zum 100 000-ten Mal. 2009 Die Servicemission 4 (STS-125) startet am 11. Mai 2009 (Raumfähre Atlantis). Die Kamera WFC3 (Wide Field Camera 3) wird installiert. Das Spektrometer COS (Cosmic Origins Spectrograph) wird installiert. Das Spektrometer STIS und die Kamera ACS werden repariert. Gyroskope und Batterien werden ersetzt. Der Andockmechanismus wird installiert. Neue äußere Schutzschichten werden installiert. 2010 Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zeigen entfernte Galaxien, deren Rotverschiebung womöglich größer als 8 ist. Sie zeigen das Universum also in einem Zustand, als es weniger als ein Zehntel seines gegenwärtigen Alters hatte. 2011 Hubble führt seine 1 000 000-te Beobachtung aus, eine spektrometrische Analyse des Exoplaneten HAT-P-7b. Die 10 000-te auf Hubbles Daten beruhende wissenschaftliche Arbeit wird veröffentlicht. Sie belegt, dass die lichtschwächste Supernova, die je beobachtet wurde, mit einem langanhaltenden Gammastrahlenausbruch einhergeht. 2012 Erste 3D-Beobachtungen eines Filaments im kosmischen Netz in Hubbles Aufnahmen des Galaxienhaufens MACS J0717. 165 Layout-17.indd 165 11/10/2013 18:40 Anhang 2 Hubbles Sternstunden Die wichtigsten Errungenschaften eines bestimmten Teleskops auszuwählen, ist immer eine schwierige Aufgabe. Die Astronomie ist eine sehr kollektive Wissenschaft, und die Entdeckungen gehören oft großen Teams, die mit verschiedenen Teleskopen arbeiten. Trotzdem hat Hubble eine deutliche Spur in verschiedenen Bereichen der Astronomie hinterlassen. Hier folgt eine Liste der herausragendsten Beiträge. Planetologie • Die ersten deutlichen Beobachtungen des Zwergplaneten Pluto und seines Mondes Charon sowie die Entdeckung seiner anderen Monde: Nix, Hydra, Styx und Kerberos. • Die ersten Langzeitbeobachtungen der Polarlichter auf dem Saturn und dem Jupiter. • Die Entdeckung protoplanetarer Scheiben (im Entstehen begriffener Planetensysteme) im Orionnebel. • Bestimmung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Atmosphären von Exoplaneten. Sterne und Nebel • Die ersten direkten Beobachtungen weißer Zwerge in Kugelsternhaufen, auf denen die ersten genauen Messungen des Alters von Kugelsternhaufen beruhen. • Die Entdeckung eines stringenten Belegs für den Zusammenhang zwischen Supernovae und Gammastrahlungsausbrüchen. • Enthüllung von Sternenwiegen bei Infrarotbeobachtungen mit der Kamera WFC3 und dem Spektrometer NICMOS. • Auflösung hell leuchtender Jungsterne in Sternenwiegen bei Ultraviolettbeobachtungen. • Die Langzeitbeobachtung der Supernova 1987A. • Auflösung einzelner Sterne und Sternhaufen in der Andromedagalaxie. Galaxien und deren Entwicklung • Entdeckung, Charakterisierung und Gewichtsbestimmung der supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien. • Verfolgung der Bewegung der Andromedagalaxie und Aufzeichnung ihres Kollisionskurses mit der Milchstraße. • Hubble war das erste Teleskop, das Details in Bildern mit Gravitationslinseneffekt auflöste. Kosmologie • Entdeckung zahlreicher Entfernungsrekordhalter in Hubbles Ultra Deep Field. • Aufzeichnung von Galaxien, in deren Zentrum sich ein Quasar befindet. • Bahnbrechende Arbeiten über Dunkle Materie, darunter detaillierte Karten über ihre Lage, ihre Verteilung und ihre Eigenschaften und die erste dreidimensionale Karte eines Filaments aus Dunkler Materie. • Einengung des Alters des Universums durch präzise Messungen der Helligkeit von Cepheiden. Die Messungen ergaben ein Alter von 13,7 Milliarden Jahren (vorherige Schätzungen lagen zwischen 10 und 20 Milliarden Jahren). • Messung der Expansionsrate des Universums, und Beiträge zur Untersuchung der Beschleunigung der Expansion des Universums und die Ent­ deckung der Dunklen Energie. • Erstellung der Deep Fields, unserer ersten deutlichen Aufnahmen des Universums, als es nur halb so alt war wie heute. 166 Layout-17.indd 166 11/10/2013 18:40 Bildnachweise Die Aufnahmen des Weltraumteleskops S. 23, NASA. Hubble können Sie unter www.spacetelescope.org in voller S. 42, NASA, ESA, H. Weaver (JHU/APL), M. Mutchler, Z. Levay (STScI), Hal Weaver (JHU) S. 24, NASA und ESA. und D. Jewitt (UCLA). S. 26, NASA und ESA. S. 44, NASA, ESA, MIT, H. Hammel und das Auflösung genießen. Umschlag, ESA/Hubble und NASA. Hubble-Space-Telescope-Comet-Team. S. 27, NASA und ESA. Vorsatz, ESA/Hubble und NASA. S. 45, NASA, ESA und das Hubble-HeritageS. 28, NASA, ESA und Andy Fabian (University Team (STScI/AURA). NASA, ESA und M. of Cambridge, Großbritannien). Showalter (SETI Institute). und James Long (ESA/Hubble). S. 30, NASA, ESA und das ACS-Science-Team. S. 46, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- S. 7, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- S. 31, ESA/Hubble und NASA. Inhaltsseite, NASA, ESA und Johan Richard (Caltech, USA). Mit Dank an Davide de Martin Team (STScI/AURA). Team (STScI/AURA). S. 47, NASA, ESA, J. Clarke (Boston U.) und S. 33, NASA, ESA und Dan Maoz (Tel-Aviv Z. Levay (STScI). David Crisp und das WFPC2- S. 9, NASA, ESA und C. Robert O’Dell University, Israel und Columbia University, Science-Team (Jet Propulsion Laboratory/ (Vanderbilt University). USA). California Institute of Technology). S. 10, NASA Marshall Image Exchange. S. 34, NASA, ESA, M. Kornmesser (ESA/ S. 48, NASA, ESA und S. Kalas (University of Hubble), F. Pont (University of Exeter) und California, Berkeley). S. 12, NASA National Space Science Data A. Lecavelier des Etangs (IAP/CNRS/UPMC, Center. Frankreich). S. 13, NASA, ESA und ESO. S. 37, NASA, ESA, C.R. O‘Dell (Vanderbilt S. 49, NASA, ESA, M. Kornmesser (ESA/ Hubble) und F. Pont (University of Exeter). University) und M. Meixner, S. McCullough und S. 14, NASA National Space Science Data Center. NASA Marshall Image Exchange. S. 15, NASA Marshall Image Exchange. NASA, S. 50, NASA, ESA und M. Kornmesser. G. Bacon (STScI). S. 51, NASA, ESA, M. Robberto (STScI/ESA), S. 38, NASA, ESA, H. Hammel (SSI, Boulder, das Hubble-Space-Telescope-Orion-Treasury- Colo.) und das Jupiter-Impact-Team. Project-Team und L. Ricci (ESO). S. 40, NASA, ESA, H. Weaver (JHU/APL), A. S. 52, NASA, ESA und L. Calçada. ESA und das COSTAR-Team. S. 17, NASA und ESA. Stern (SwRI) und das HST-Pluto-CompanionSearch-Team. S. 18, NASA und ESA. S. 54, NASA, ESA und das Hubble-HeritageTeam (STScI/AURA)-ESA/Hubble-Collaboration. S. 41, NASA/ESA, J. Bell (Cornell U.) und S. 19, NASA und ESA. M. Wolff (SSI). Mit Dank an: K. Noll und A. S. 56, ESA/Hubble, R. Sahai und NASA. Lubenow (STScI); M. Hubbard (Cornell U.); R. S. 20, NASA. S. 22, NASA. Morris (NASA/JSC); S. James (U. Toledo); S. S. 57, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- Lee (U. Colorado); T. Clancy, B. Whitney und G. Team (STScI/AURA). Videen (SSI); und Y. Shkuratov (Kharkov U.). 167 Layout-17.indd 167 11/10/2013 18:40 S. 58, ESA und W. Freudling (Space Telescope S. 77, NASA, ESA und Alison Loll/Jeff Hester S. 97, NASA, ESA, Z. Levay und R. van der European Coordinating Facility/ESO, (University of Arizona, USA). Marel (STScI), T. Hallas und A. Mellinger. S. 78, NASA, ESA und A. Nota (ESA/STScI, S. 98, NASA, ESA und T. Brown. Deutschland) ESA/Hubble/A. Roquette. S. 59, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- STScI/AURA). Team (STScI/AURA). S. 99, NASA und ESA. S. 79, NASA, ESA, M. Livio und das Hubble- S. 60, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- 20th-Anniversary-Team (STScI). Team (STScI/AURA). Team STScI/AURA)-ESA/Hubble-Collaboration. S. 80, NASA und ESA. S. 61, NASA, ESA und S. Hartigan (Rice University). S. 100, NASA, ESA und das Hubble-HeritageMit Dank an B. Whitmore (Space Telescope Science Institute) und James Long (ESA/ S. 81, NASA, das Hubble-Heritage-Team Hubble). (AURA/STScI) und ESA. S. 62, NASA, ESA und das Hubble-HeritageTeam (STScI/AURA)-ESA/Hubble-Collaboration. S. 101, NASA, ESA und das Hubble-HeritageS. 82, NASA, ESA und J. Maíz Apellániz Team (STScI/AURA). (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Spanien). S. 63, NASA/ESA, das Hubble-Key-Project- S. 102, NASA, ESA und Michael West (ESO). Team und das High-Z-Supernova-Search-Team. S. 84, NASA, ESA, das Hubble-Heritage-Team ESA/Hubble und NASA. (STScI/AURA) und R. Gendler (für das Hubble- S. 103, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- Heritage-Team). Mit Dank an J. GaBany. Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble-Collaboration. S. 64, ESA/Hubble und NASA. Mit Dank an R. O’Connell (University of S. 85, ESO/S. Brunier. S. 65, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- Virginia) und dem WFC3-Scientific-OversightCommittee. Team (STScI/AURA). S. 86, ESA/Hubble und NASA. S. 66, NASA, ESA, N. Smith (University of S. 87, NASA, ESA und S. Beckwith (STScI) und California, Berkeley) und das Hubble-Heritage- das HUDF Team. S. 104, ESA/Hubble und NASA. NASA und Team (STScI/AURA). ESA. S. 105, ESA/Hubble und NASA. S. 88, NASA, ESA, A. Aloisi (STScI/ESA) und S. 68, ESA/Hubble und NASA. das Hubble-Heritage-Team (STScI/AURA)-ESA/ S. 106, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- Hubble-Collaboration. Team STScI/AURA). Mit Dank an J. Gallagher S. 69, ESO, NASA/ESA, Digitised-SkySurvey2 und Jesús Maíz Apellániz (Instituto de (University of Wisconsin), M. Mountain (STScI) S. 90, ESA/Hubble und NASA. und S. Puxley (NSF). S. 91, ESA/Hubble und NASA. S. 108, NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) und Astrofísica de Andalucía, Spanien). S. 70, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- das Hubble-Heritage-Team STScI/AURA). Team (AURA/STScI). S. 92, ESA/Hubble und NASA. S. 72, ESA/Hubble und NASA. S. 94-95, ESA/Hubble und NASA. Mit Dank an S. 110, Wikipedia/Alain. das Hubble-Heritage-Team (STScI/AURA)-ESA/ S. 73, NASA, ESA, F. Ferraro (University of Hubble-Collaboration, K.D. Kuntz (GSFC), F. Bologna, Italien). Bresolin (University of Hawaii), J. Trauger (JPL), S. 112, ESO/S. Gillessen et al. S. 113, NASA. ESA/Hubble und NASA. J. Mould (NOAO) und Y.-H. Chu (University S. 74, ESA/Hubble und NASA. of Illinois, Urbana), Canada-France-Hawaii S. 114, ESO/L. Calçada/M. Kornmesser. Telescope/J.-C. Cuillandre/Coelum, George S. 75, NASA und ESA. Jacoby, Bruce Bohannan, Mark Hanna/NOAO/ S. 115, ESA/Hubble/A. Roquette. AURA/NSF, M. Crockett und S. Kaviraj (Oxford S. 76, ESA/Hubble, NASA und H. Olofsson University, Großbritannien), R. O‘Connell S. 116, ESA/Hubble. Gary Bower, Richard (Onsala Space Observatory). (University of Virginia), B. Whitmore (STScI), Green (NOAO), das STIS Instrument Definition dem WFC3-Scientific-Oversight-Committee, Team und NASA. Davide De Martin und Robert Gendler. 168 Layout-17.indd 168 11/10/2013 18:40 S. 117, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- S. 131, NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Team (STScI/AURA). Mit Dank an S. Cote Propulsion Laboratory/California Institute of (Herzberg Institute of Astrophysics) und E. Baltz Technology und STScI), N. Benítez (Institute (Stanford University). of Astrophysics of Andalucía, Spanien), T. Broadhurst (University of the Basque Country, S. 118, NASA, ESA, Roeland S. van der Marel S. 150, NASA und ESA. S. 151, ESA/Hubble und NASA. Spanien) und H. Ford (JHU, USA). (STScI), Frank C. van den Bosch (Univ. of Washington) und L. Ferrarese (Johns Hopkins S. 149, ESA und NASA. S. 152, NASA, ESA und das Hubble-HeritageS. 132, NASA und ESA. University). ESA/Hubble. Team (STScI/AURA). Mit Dank an A. Cool (San Francisco State Univ.) und J. Anderson (STScI). S. 133, NASA, ESA, M. Postman, D. Coe S. 119, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- (STScI) und das CLASH-Team. S. 153, ESA/Hubble und NASA. S. 134, NASA, ESA, CXC, M. Bradac (University S. 154, NASA, ESA und K. Cook (Lawrence of California, Santa Barbara, USA) und S. Allen Livermore National Laboratory, USA). Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble-Collaboration. Mit Dank an M. West (ESO, Chile). S. 120, NASA, ESA, das Hubble-Heritage-Team (Stanford University, USA). (STScI/AURA)-ESA/Hubble-Collaboration und S. 156, NASA. A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/ S. 135, NASA, ESA und R. Massey (California NRAO/Stony Brook University). Institute of Technology). ESA/Hubble und S. 157, ESA und C. Carreau. NASA. S. 121, NASA und M. Weiss (Chandra X-ray Center). S. 158, STScI. S. 136-139, NASA, ESA, J. Richard (CRAL, Caltech, USA), J.-S. Kneib (LAM), das Hubble- S. 122, ESO/M. Kornmesser. S. 159, NASA, MSFC und David Higginbotham. SM4-ERO-Team und ST-ECF. Mit Dank an Davide de Martin, James Long (ESA/Hubble) S. 161, NASA, ESA und das Hubble-SM4-ERO- und Marc Postman (STScI). Team. of Maryland), Joss Bland-Hawthorn (Anglo- S. 140, Max-Planck-Institut für Astrophysik/ S. 162, ESA und C. Carreau. ESO und L. Australian Observatory) und Alex Filippenko Volker Springel. Calçada. S. 141, NASA, ESA, H. Ebeling (University of S. 163, MSFC Advanced Concepts Office, Hawaii at Manoa) und J.-S. Kneib (LAM). Northrop Grumman Aerospace Systems und S. 123, NASA/ESA, Gerald Cecil (University of North Carolina), Sylvain Veilleux (University (University of California at Berkeley). S. 124, ESA, NASA, Keren Sharon (Tel-Aviv University) und Eran Ofek (CalTech). NASA/STScI. S. 142-143, ESA und NASA. S. 125, ESO/M. Kornmesser. Vorsatz hinten, NASA, ESA und J. Blakeslee S. 144, NASA, ESA und das Hubble-Heritage- (NRC Herzberg Astrophysics Program, Victoria, S. 126, NASA und ESA. Mit Dank an Adam Kill. Team (STScI/AURA). B.C., Kanada). S. 128, Max-Planck-Institut für Astrophysik/ S. 146, ESA/Hubble und NASA. Rückseite, NASA/ESA und das Hubble- Volker Springel. Heritage-Team (STScI/AURA). S. 147, NASA, ESA und das Hubble-SM4-ERO- S. 129, NASA, ESA und A. van der Hoeven. Team. S. 130, F. W. Dyson, A. S. Eddington und C. S. 148, NASA, ESA, das Hubble-Heritage-Team Davidson. ESA. (STScI/AURA)–ESA/Hubble-Collaboration und W. Keel (University of Alabama). 169 Layout-17.indd 169 11/10/2013 18:40 Über die Autoren Oli Usher Oli Usher ist ein in London lebender Wissen- Oli studierte am University College in London und schaftsjournalist, der die Abteilung für Öffent- an der University of Cambridge, Großbritannien, lichkeitsarbeit an der Fakultät für Mathematik Geschichte und Philosophie, bevor er als Jour- und Physik am University College in London nalist und Wissenschaftskommunikator für eine leitet. Seine Aufgabe ist es, die Arbeit der Univer- Reihe von Organisationen und Zeitschriften tätig sitätswissenschaftler der Öffentlichkeit bekannt war, darunter die ESO, die ESA, „The Gardian“ zu machen. Zu seinen Bereichen gehören die und „Europlanet“. Bis 2013 war er der Leiter für Astrophysik, die Weltraumwissenschaften und Öffentlichkeitsarbeit der ESA für ihren Anteil am die Planetologie. Weltraumteleskop Hubble. In dieser Funktion schrieb er über Hubbles neueste Entdeckungen und brachte die Wissenschaft um Hubble der breiten Öffentlichkeit nahe. 170 Layout-17.indd 170 11/10/2013 18:40 Lars Lindberg Christensen Seinen Master für Physik und Astronomie erhielt er von der Universität Kopenhagen in Dänemark. Bevor er seine gegenwärtige Stelle antrat, arbeitete er ein Jahrzehnt als Wissenschaftsjournalist und technischer Spezialist für das Tycho-Brahe-Planetarium in Kopenhagen. Lars kann auf mehr als 100 Veröffentlichungen aus dem populärwissenschaftlichen und wissenschaftlichen Bereich verweisen. Er hat ein Dutzend Bücher geschrieben, die ins Finnische, Portugiesische, Koreanische, Slowenische, Japanische, Dänische, Deutsche und Chinesische übersetzt wurden. Von ihm stammt eine Fülle von Material für viele verschiedene Medien, angefangen von Sternenshows, Lasershows und Präsentationen bis hin zu PR-Material für Internet, Druck, Fernsehen und Radio. Er ist Präsident der IAU-Komission 55 Lars Lindberg Christensen leitet als Spezialist „Communicating Astronomy with the Public“, Lei- für Wissenschaftskommunikation die Abteilung ter des ESA/ESO/NASA FITS Liberator-Projekts, für Fortbildung und Öffentlichkeitsarbeit der Chefredakteur der Zeitschrift Communicating Europäischen Südsternwarte ESO (European Astronomy with the Public und Regisseur von Southern Observatory) in München. Dort ist er vier Wissenschaftsdokumentationen. Im Jahr für die Teleskope der ESO, den Anteil der ESO an 2005 erhielt Lars als bisher jüngster Preisträger ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter die Tycho-Brahe-Medaille für seine Verdienste um Array) und am Weltraumteleskop Hubble sowie die Popularisierung wissenschaftlicher Themen. für das Pressebüro der International Astronomical Union verantwortlich. 171 Layout-17.indd 171 11/10/2013 18:40 Layout-17.indd 172 11/10/2013 18:40 Gravitationslinseneffekt Hubble bedient sich natürlicher „Vergrößerungsgläser“ im Weltraum, um uns eine beispiellose und dramatische neue Sicht auf das ferne Universum zu bieten. Hier spähte Hubble geradewegs in einen der massereichsten bekannten Galaxienhaufen hinein, den man Abell 1689 nennt. Layout-17.indd 173 11/10/2013 18:40
