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01|ÜberdenAutor
FlorianFreistetter
FlorianFreistetterpromovierteamInstitutfürAstronomieder
UniversitätWienundhatdanachanderSternwartederUniversität
JenaunddemAstronomischenRechen-InstitutinHeidelbergals
Astronomgearbeitet.ZurZeitlebterinJena,bloggtüber
WissenschaftundschreibtmanchmalBücher.
http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/
02|Inhalt
01
02
ÜBERDENAUTOR
INHALT
03
KLEIDERBÜGELUNDTEEKESSEL
AsterismenamHimmel
04
05
STERNENGESCHICHTEN
01
DieMarsmondePhobosundDeimos
02
DasObservatoriodelRoquedelosMuchachos
03
DieBewegungdesMondes
04
HeißeJupiter
05
GiuseppePiazziundderersteAsteroid
06
SophieGermain
07
Gravitationswellen
08
DerlebenswichtigePhosphor
09
EmmyNoetherunddieErhaltungssätzederPhysik
10
DieArmillarsphäre
11
DieGegenerde
IMPRESSUM
03|KleiderbügelundTeekessel
AsterismenamHimmel
VONFLORIANFREISTÄTTER
DerHimmelistvollerSterne.FürunsaufderErdesiehtdasganze
auswieeinegroßeKuppelanderlauterhellePunkteaufgemaltsind.
InderRealitätistdasnatürlichnichtso;dieSternesindalle
unterschiedlichweitvonunsentfernt,unterschiedlichgroßund
leuchtendeswegenunterschiedlichhell.
KLEIDERBÜGELUNDTEEKESSEL:ASTERISMENAMHIMMEL
D
immelistvollerSterne.FürunsaufderErdesiehtdas
ganzeauswieeinegroßeKuppelanderlauterhelle
Punkteaufgemaltsind.InderRealitätistdasnatürlich
nichtso;dieSternesindalleunterschiedlichweitvonuns
entfernt,unterschiedlichgroßundleuchtendeswegen
unterschiedlichhell.NurweilzweiSterneamHimmelnahe
beieinanderstehen,bedeutetdasnicht,dasszwischenihnen
tatsächlichirgendeinekonkreteVerbindungbesteht.ImAllgemeinen
wirdessichumkomplettverschiedeneHimmelkörperhandelndie
sichinvölliganderenRegionendesKosmosbefinden.
Undtrotzdemkönnenwirnichtanders,alsdieSterneamHimmelzu
Mustern,GruppenundFigurenzuverbinden.Seitdieersten
MenschennachtszumHimmelgeschauthaben,habensiedort
Geschichtengesehen.GötterundHelden,TiereundMonsterundall
das,wassonstnochinihrenReligione,MythenundMärchen
vorkommt.JedeKulturhatihreganzeigeneTraditionanhimmlischen
BildernundGeschichtenundsieallehabensichimLaufederZeit
verändert.Dieheuteoffiziellen88definiertenSternbilder–überdie
ichinFolge48derSternengeschichtenschonmehrerzählthabe,
sindnureinevonvielenmöglichenVariationen.Eshandeltsichdabei
auchnichtmehrumechteFiguren.EinSternbildimmodernenSinn
isteineklardefinierteRegionamHimmel.JederSterndersich
innerhalbderGrenzendieserRegionbefindetistTeildesSternbildes,
egalobersichmitanderenzuirgendeinerbesonderenFigur
verbindenlässtodernicht.
EinemarkanteGruppevon
Sternen,dieunsMenschen
ausirgendeinemGrund
besondersauffälltundkein
eigenesundvollständiges
Sternbildist,wirdAsterismus
genannt.Unddavongibtes
jedeMenge.Derbekannteste
AsterismusistmitSicherheit
der“GroßeWagen”.Diese
GruppeaussiebenSternen
istsogutzuerkennenundso
vielenMenschenbekannt,
dasssiefälschlicherweiseoft
füreinechtesSternbild
gehaltenwird.Nimmtmanes
genau,dannistesabereben
nureinAsterismus,derTeil
desSternbilds“GroßerBär”
ist.
GroßerWagen(Bild:PublicDomain)
DiesiebenSternedesgroßenWagenssindallesohell,dasssiemit
freiemAugeleichtzusehensind.SieheißenDubhe,Merak,Phecda,
Megrez,Alioth,MizarundAlkaid.Undobwohlsiesoeineklar
definierteFigurbilden,habensiedocheigentlichnichtsmiteinander
zutun.Dubhebeispielsweiseist124LichtjahrevonderErdeentfernt;
Alkaid101Lichtjahre.DieDistanzzuMegrezdagegenbeträgtnur58
Lichtjahre;dierestlichenSternehabenEntfernungendieirgendwo
dazwischenliegen.DieSternebewegensichaußerdemallein
unterschiedlicheRichtungen.FürunsermenschlichesAugeistdiese
BewegungzwarselbstimVerlaufvielerJahrzehntenichtsichtbar,
aberwennwireinpaartausendJahrewartenwürden,würdenwirin
derGruppedersiebenSternesicherlichkeinenWagenmehr
erkennen,dasichdieKonstellationdanndeutlichverformthat.
ObwohldasmitdemWagenjasowiesonureineKonventionunserer
eigeneKulturist.ImenglischsprachigenRaumwirdderAsterism“Big
Dipper”genannt,also“großerSchöpflöffel”.InFrankreichistauchdie
Bezeichnung“GrandeCasserolle”,also“GroßeStielpfanne”
gebräuchlich.DiechinesischenAstronomensahendagegenwieder
einengroßenLöffel.DiezentralasiatischenKirgiseninterpretierten
dieSternealseinRudelaussiebenWölfe;inderarabischenTradition
erkanntemaneinenSarg.InIndonesienwardieSternengruppekein
WagensondereinKanuundinFinnlandeinNetzumLachsezu
fangen.
AlleindieFantasieisthierdieGrenzederInterpretationundder
HimmelbietetvielRaumfürFantasie!DenndergroßeWagenistbei
weitemnichtdereinzigeinteressanteAsterismus.ImSternbilddes
SchützenfindetmanzumBeispieleinenwaschechtenTeekessel!Acht
SternebildendorteineFigur,indermanauchohneviel
VorstellungskraftleichteinenTeekesselerkennenkann;komplettmit
Deckel,TülleundHenkel.
DerTeekesselimSchützen(Bild:PublicDomain)
VierSterne–KausMedia,KausAustralis,AscellaundphiSagittarius
bildeneinTrapez,dasdenTeekesselselbstdarstellt.MitKaus
BorealisdarüberwirdeinDreieckzumDeckeldesKesselsgebildet.
HintenwerdenNunkiundTauSagittariuszumHenkelundvorne
bildetAlnasldieSpitzederTülle.UnddadieseSpitzedesTeekessels
mittenimmilchigweißleuchtendenBandderMilchstraßeliegt,kann
manuntergutenBeobachtungsbedingungensogareinwenig
“Dampf”ausdemTeekesselentweichensehen.
EinenweiterenHaushaltsgegenstandfindetmanimSternbild
Vulpecula,demkleinenFuchs.NichtmitfreiemAuge,aberschonin
einemgutenFernglaskannmanhiereinenKleiderbügelerkennen.
DieserAsterismusistauchalsCollinder399bekannt,benanntnach
demschwedischenAstronomPerCollinder.Kleiderbügelpasstaber
deutlichbesser!
FrüherhatmandieseGruppeaus10SternenfüreineechteGruppe
gehalten,alsoeinenSternhaufen,indemdieSternesichalleinder
gleichenRegionderMilchstraßebefinden.Erstgenau
SatellitenmessungenEndedes20.Jahrhundertshabengezeigt,dass
dieAnordnungnurzufälligist.DerfernsteSterndesAsterismusist
1340Lichtjahreweitweg;derunsnächstgelegeneimmernochfast
240Lichtjahre
WerdenhimmlischenKleiderbügelselbstbeobachtenwill,sollte
zwischenJuliundAugustmitdemFernglaseinerLiniezwischenden
beidenhellenSternenAltairimSternbildAdlerundWegaim
SternbildLeierfolgen.NacheinemDrittelderWeglängesolltedann
derKleiderbügelimBlickfeldauftauchen.
OhneHilfsmittelundgroße
Problemezufindenist
dagegendasSommerdreieck.
DieseFiguristzwarnichtso
fantasievollbenanntwie
KleiderbügelundTeekessel–
aberdafürumso
prominenterundschonseit
langerZeitbekannt.Das
DerKleiderbügelimSternbildFuchs(Bild:
Dreieckwirddurchdreider
PublicDomain)
hellstenSterneam
sommerlichenNachthimmelgebildet:AltairimAdler,Wegainder
LeierundDenebimSchwan.UndwenndieGeometriedes
dreieckigenAsterismusauchnichtsonderlichaufregendist,sofindet
mandahinterdochjedeMengeschöneGeschichten.ZumBeispiel
dievonderPrinzessinunddemRinderhirten.
EsisteineGeschichteausJapanundsiehandeltvomRinderhirten
HikoboshiundOrihime,derTochterdesHimmelsgottesTentei.
HikoboshihatseineKühegehütetundOrihimehatfleissigStofffür
dieKleiderderGöttergewebt.Tenteiwar–imGegensatzzuvielen
anderenMythenundMärcheneinnetterVaterundhatOrihimeund
HikoboshiverkuppeltdamitseineTochtereinwenigAbwechslung
bekommt.AberwiedashaltsoläuftbeijungenLeutenhabensievor
lauterverliebtseindieArbeitkomplettvergessen.EsgabkeinenStoff
mehrunddieKühesindüberallrumgelaufen.Alsomussteder
HimmelsgottTenteidanndochhartdurchgreifenundhatdiebeiden
aufverschiedeneSeitenvonAmanogawa,demgroßenHimmelsfluss,
verbannt.Abernatürlichhatdasauchnichtvielgeholfen–dennnun
warensiezutraurig,umordentlichzuarbeiten.Alsodürfensichdie
beideneinmalimJahr,am7.Tagdes7.Monatstreffen.Allerdings
gabkeineBrückeüberAmanogawa.AlssiesichalsodasersteMal
treffenwolltenklappteesnichtundOrihimeweintesosehr,dassein
großerSchwarmElsternangeflogenkamundversprach,mitihren
FlügelneineBrückezubilden.DaswürdensieauchinZukunftjedes
Jahrtun–allerdingsnur,wennesandiesemTagnichtgeraderegnet.
AmHimmelwirddiePrinzessinOrihimedurchdiehelleWega
symbolisiert.HikoboshiistAltairimSternbildAdler.Amanogawa,der
FlussderdieVerliebtentrenntistnatürlichdashelleBandder
Milchstraße.UndsogardievondenElsterngebildeteBrückekann
manuntergutenBedingungenerkennen.MancheStellenimBand
derMilchstraßesinddunkel;dassinddieDunkelwolkendes
nördlichenKohlensacks–großeRegionenvollerGasundStaub
durchdiekeinSternenlichtdringt.
DasSommerdreieckkannman–wiederNameschonsagt–im
Sommerambestensehen.UndimSommerwirdinJapanauchheute
nochdasFestdes“siebtenAbends”gefeiertoder“Tanabata”,wiees
aufjapanischheißt.JedesJahramsiebtenTagdessiebtenMonats,
alsoam7.JulimachtmansichdorteineschöneZeitmitbunter
Dekoration,Paraden,EssenundTrinken
undfreutsichgemeinsammitOrihime
undHikoboshiüberdashimmlische
Wiedersehen.
DerHimmelhatnochvielmehr
Geschichtenparat.Asterismenkannman
ganznachLustundLaunebildenund
dieMenschenhabendasindenletzten
DasSommerdreieck(Bild:
JahrtausendenmitBegeisterunggetan.
NASA)
Undwarumauchnicht!Mitder
wissenschaftlichenErforschungdesUniversumshabendiese
himmlischenMythenundGeschichtenzwarnichtvielzutun.Aberdie
Sternesindfüralleda,nichtnurfürdieAstronomen.Unddie
AstronomenwürdendenKosmosauchsicherlichnichtmitsogroßer
Faszinationerforschen,wennsievonderSchönheitderSterneund
ihrerGeschichtennichtebensogefesseltwärenwiederRestder
Menschheit.
04|Sternengeschichten
DIEMARSMONDEPHOBOSUNDDEIMOS
D
arsisteinganzbesondererPlanet.Erhatgleichzwei
Monde.Dasmagvielleichtnichtsobesonderswirken,
wennmandiegroßenGasplanetendesäußeren
Sonnensystemsbetrachtet.Jupiter,Saturn,Uranusund
NeptunhabenjeweilsDutzendeMonde,wieichschoninFolge16
derSternengeschichtenerzählthabe.Aberdievierkleinen,inneren
PlanetendesSonnensystemssindeherdürftigmitMonden
ausgestattet.MerkurundVenushabengarkeinenundunsereErde
nureinen.
DerMarsdagegenhatzwei;vonihrerExistenzwissenwirallerdings
nochgarnichtsolange.EntdecktwurdensieimAugust1877vom
amerikanischenAstronomAsaphHall.IndiesemJahrstandensich
MarsundErdebesondersnaheundAstronomennutztendie
GelegenheitumunserenNachbarplanetensogenauzubeobachten
wieniezuvor.VomUnitedStatesNavalObservatoryinWashington
austatdasdamalsauchHallundam12.August1877entdeckteer
einenMondderdenMarsumkreiste.
Deimos(Bild:NASA/JPL-caltech/UniversityofArizona)
EswarkeinWunder,dasmanihnsolangeübersehenhatte.Erwar
klein,nurwenigmehrals10KilometerimDurchmesser.Ernanntein
Deimos,nacheinerFigurausdergriechischenMythologiedie
“Schrecken”symbolisiert.DeimoswareinerderBegleiterdes
KriegsgottesAres,alsodasgriechischeGegenstückzumrömischen
GottMars.
MotiviertdurchdieEntdeckungsuchteHallweiterundfandam18.
August1877einenweiterenMond.DerwurdenunnatürlichPhobos
genannt,nachdemzweitenBegleiterdesAresundderSymbolfigur
fürdieFurcht.PhobosundDeimos:FurchtundSchrecken.Einwenig
martialisch,aberdurchauspassendalsMondeeinesPlanetender
nachdemGottdesKriegesbenanntwurde.
PhobosisteinweniggrößeralsDeimosundkommtaufetwa20
KilometerDurchmesser.“Durchmesser”isthierallerdingsdasfalsche
Wort,dennderkleineMondistnichtrund.Erhateine
unregelmäßigeForm:GemessenentlangderlängstenAusdehnung
isterfast27Kilometerlang,entlangderkürzestenDimensionsindes
nur18Kilometer.PhobosistdemMarssehrnaheundnurknapp
6000KilometervonderOberflächedesPlanetenentfernt.Füreine
RundeumdenMarsbrauchternur7Stundenund39Minuten.
DamitbewegtersichschnellerumdenMarsherumalsderMars
selbstfüreineDrehungumseineAchsebenötigt,waseinbisschen
mehrals24Stundensind.VonderOberflächedesPlanetenaus
gesehenüberholteralsodenMarsundgeht–andersalsderMond
unsererErde–daherauchimWestenaufundimOstenunterund
daszweibisdreiMalproMarstag!
PhobosselbstdrehtsichnatürlichauchumseineeigeneAchse.Für
eineRotationbrauchterdabeigenausolangewiefüreinenUmlauf
umdenMars.ErzeigtalsodiegleichegebundeneRotationwieunser
eigenerMondundderGrunddafüristebenfallsdergleiche.Die
GezeitenkräftezwischenMarsundPhoboshabendieRotationso
langegebremst,bissiesichandieUmlaufzeitangepassthaben.So
wievonderErdeausdeswegenimmernurdiegleicheSeitedes
Mondeszusehenist,istdaherauchvomMarsausimmerdiegleiche
SeitedesPhobossichtbar.
SowunderschöneVollmondnächtewieaufderErdegibtesamMars
allerdingsnicht.PhobosistseinemPlanetenzwardeutlichnäherals
unsunserMond,aberPhobosistebenauchdeutlichkleiner.
“Vollphobos”erscheintnuretwahalbsogroßwiederVollmondund
nureinZwanzigstelsohell.
Weiterdraußenfindetman
dannDeimos.Derkleinere
Mondisteinbisschenmehr
als20.000Kilometervonder
OberflächedesMars
entfernt.FüreinenUmlauf
brauchtereinenTag,sechs
Stundenund18Minuten.Das
istauchgenaudieZeitdieer
füreineDrehungumdie
eigeneAchsebraucht:Auch
Deimoshatalso–sowie
Phobos(Bild:NASA/JPLunserMondundPhobos–
Caltech/UniversityofArizona)
einegebundeneRotationund
zeigtdemMarsimmerdiegleicheSeite.DeimosistvomMarsaus
gesehenkaummehralseinhellerPunkt.Beziehungsweiseeinnicht
ganzsohellerPunkt;würdeeramHimmelderErdestehen,würdeer
zwischenalldenvielhellerenSternenkaumweiterauffallen.
InteressantsinddiephysikalischenEigenschaftenderbeidenkleinen
Monde.UnsereigenerMondhateinemittlereDichtevon3,3Gramm
proKubikzentimeter;beiderErdesindes5,5Grammpro
Kubikzentimeter.PhobosundDeimosdagegenhabenmittlere
Dichtenvon1,8und1,3GrammproKubikzentimeter.Siebestehen
alsoausporösemGesteinsmaterial,ohnegrößereMengenan
schwereremMetallwieErdeundMond.DieOberflächenderbeiden
MondesindmitdickenSchichtenausRegolithbedeckt.Dasistquasi
Staub,derentstandweildieOberflächederHimmelskörperdurch
dieEinschlägevonMikrometeoritenunddieAuswirkungender
kosmischenStrahlungimLaufederZeitregelrechtpulverisiert
wordensind.EineAtmosphäre,diedavorschützenwürde,habendie
kleinenMondejanatürlichnicht.AufDeimosistdieseStaubschicht
besondersdick,weswegenseineOberflächeauchsehrglattaussieht
undnurwenigeKraterzusehensind.NurzweiderKraterauf
DeimoshabenbisjetzteineneigenenNamenbekommen:Deretwa
einenKilometerdurchmessendeSwift-Kraterundderfastdoppeltso
großeKraterVoltaire,beidebenanntnachSchriftstellerndieschon
vordereigentlichenEntdeckungüberdieExistenzvonMarsmonden
spekulierthaben.
AufPhobosistdagegenvielmehrlos,wasdieSehenswürdigkeiten
aufderOberflächeangeht!DortfindetmandenKraterStickney,
benanntnachderEhefrauvonAspahHall.Stickneyhateinen
DurchmesservonneunKilometernunddasbeieinemMondder
überhauptnurumdie20Kilometergroßist!DerEinschlagder
Stickneyverursachthat,hättePhobosfastkomplettzerstört.Inder
NähedesRiesenkratersfindetmandenmysteriösbenannten
“Phobos-Monolith”.DasklingtzwarnachdemReliktvonAliens,ist
abereinziemlichgroßerFels,sogroßetwawieeinHausderdeutlich
größeristalsdieFelseninseinerUmgebungunddeswegenauch
einenbeeindruckendlangenSchattenwirft,wenndieSonnegerade
richtigsteht.WodiesermittenineineransonstenflachenLandschaft
stehendeFelsenherkommt,istunklar–vermutlichhandeltessich
umAuswurfmaterialdasbeiderEntstehungeinesdervielenKrater
durchdieGegendgeschleudertwordenist.
MansiehtauchvielelangeRillenundStreifen,diesichüberPhobos
ziehen.Zuerstdachteman,siehättenmitdemEinschlagzutunbei
demderStickney-Kraterentstand.Heutegehtmaneherdavonaus
dassievonMaterialstammen,dasbeiEinschlägenaufdemMarsins
AllunddannaufdenkleinenMond
geschleudertwordenist.
BismanalldieseInformationenüberdie
OberflächenvonPhobosundDeimos
sammelnkonnte,dauerteesallerdings.
Manmusstebiszuden1970erJahren
warten,alsdieMariner-undVikingRaumsondenderNASAdenMars
Stickney-Krater(Bild:
NASA/JPL-Caltech/University
erforschtenunddabeiauchBilderder
ofArizona)
Mondemachten.Phoboswarüberhaupt
immereinkleinwenigseltsam.NochbevordieerstenRaumsonden
unterwegszuunseremNachbarplanetenwaren,stelltenAstronomen
festdassPhobosdemMarsimmernäherkam.SeineUmlaufbahn
schrumpftumetwa5ZentimeterproJahr.Damals,inden1960er
Jahren,dachteman,dassvielleichtdieReibungzwischenMondund
Marsatmosphäredafürverantwortlichseinkönnte.Immerhinist
PhobosjademMarssehrnaheundauchbeiunsaufderErde
verlierenSatellitenanHöhe,wennsiesichdurchdieäußersten
SchichtenderErdatmosphärebewegenmüssen.
Nur:DieTheoriepasstenichtzudenDaten.DieAtmosphäredes
MarsistzudünnumsoeineschnelleAnnäherungzuverursachen.Es
gäbenureineMöglichkeit,wieesdochpassenkönnte.WennPhobos
inseinemInnerenhohlwäre,würdederEffektausreichen.Diese
Thesestellteinden1960erJahrenderrussischeAstronomIosif
Shklovskyaufundspekulierteauch,wieesseinkönne,dasPhobos
hohlist.Jaeigentlichnur,wennessichdabeiumeinkünstliches
Objekthandelt.VielleichteineRaumstationvonAliensodereiner
früherenMarszivilisation?Ziemlichbaldstelltemanaberfest,dass
eineandereErklärungwahrscheinlicherist:NichtdieReibungder
AtmosphärebeeinflusstdieUmlaufbahndesPhobossonderndie
zwischenihmunddemMarswirkendenGezeitenkräfte.Rechnetman
dasdurch,dannkannmandieBeobachtungenerklärenauchohne
aufeinenhohlenMondzurückzugreifen.
Heutewissenwir,dassPhobosdurchdieGezeitenkräftedesMars
tatsächlichimmernäheranseinenPlanetenrückt.Sonahe,dasses–
zumindestausastronomischerSicht–garnichtmehrlangedauern
wird,bisihndiewirkendenKräfteauseinanderreißenundzerstören.
NochistabergenugZeit,PhobosundDeimosgenauzu
untersuchen.DieMars-MissionenderletztenJahrehaben
wunderbarehochauflösendeBilderderbeidenMondegemacht.Und
eigentlichhätteauchschonmaleineSondeaufPhoboslanden
sollen.RusslandstartetimJahr2011dieMissionFobos-Grunt,die
nichtnuraufdemMarsmondlanden,sondernauchBodenproben
einsammelnundwiederzurückzurErdebringensollte.Leiderhat
dieZündungeinesTriebwerksnichtfunktioniertundFobos-Grunt
verglühteinderErdatmosphäreohnedenMarsjeerreichtzuhaben.
AberRusslandplantzumindest,dieMissionzuwiederholen.Und
auchdieanderenWeltraumagenturenhabenMissionenzuPhobos
undDeimosaufihrenListenstehen.DiebeidenMondesindjaauch
einwunderbaresZiel.Dortkannmanwegendergeringen
Schwerkraftleichtlandenundwiederstarten.Vondortkannman
wunderbardenMarsbeobachtenunderforschen.Mankanndiedort
vorhandenenRohstoffeabbauenundalsBasisfüreinezukünftige
bemannteMissionzuunseremNachbarplanetennutzen.
PhobosundDeimoswurdenzwarnachFurchtundSchrecken
benannt.WasunserenWegindenWeltraumundunsereZukunftam
MarsanbelangtwärenandereNamenabervielbesser.Hoffnung
undZuversichtvielleicht…
DASOBSERVATORIODELROQUEDELOSMUCHACHOS
F
esSternwarteninjedergrößerenStadt.DieGebäude
existierenheutenochundbeherbergenMuseen,
PlanetarienoderUniversitätsinstitute.Meistenssogarauch
nochdiealtenTeleskope.WissenschaftlicheForschung
findetmitdiesenGerätenabersogutwiekaumnochstatt.Dafür
sinddiemodernenStädtevielzuhellundzuschmutzig.Im19.und
20.JahrhundertenhabendieAstronomendieZentrenderZivilisation
verlassenundsichmitihrenSternwarteninabgelegenenGebieten
angesiedelt.AufhohenBergenundinWüsten,woderHimmelklar
unddunkelist.InderAtacama-HochebeneinChilesteheneinigeder
größtenTeleskopederWelt;genausowieaufdenVulkanenvon
HawaiioderderKaroo-WüsteinSüdafrika.
AberauchwenndiemoderneAstronomievonden
BeobachtungsstationenaufdersüdlichenHalbkugelderErde
dominiertwird:DasgrößteTeleskopderWeltbefindetsichweiterhin
aufderNordhalbkugelund–zumindestauspolitischerSicht–immer
nochinEuropa.EsstehtaufderkleinenInselLaPalma,vorderKüste
vonMarokko.LaPalmaisteinederkanarischenInselnundgehörtzu
Spanien.DiespanischeUniversitätvonLaLagunahatdortauchdas
InstitutodeAstrofísicadeCanariasgegründet,daszweigroße
Sternwartenbetreibt.DasObservatoriodelTeideaufTeneriffaund
dasObservatoriodelRoquedelosMuchachosaufLaPalma.
ObservatoriodelRoquedelosMuchachos(Bild:TimOberstebrink,reizurNutzungbeiNennung
desUrhebers)
“RoquedelosMuchachos”bedeutetsovielwie“FelsenderJünglinge”
undbildetmit2426MeterdenhöchstenPunktdergesamten
kanarischenInseln.EshandeltsichumeinenaltenVulkanundknapp
unterdemGipfelfindetmandieGebäudederSternwarte.Das
Observatoriumwurde1985eröffnet.DamalstatensichSpanien,
Schweden,DänemarkundGroßbritannienzusammen,umaufdem
RoquedelosMuchachoszuforschen.Deutschlandtratdem
AbkommeneinpaarJahredanachbei;mittlerweilesindauchItalien,
Norwegen,dieNiederlande,Finnland,IslandunddieVereinigten
Staatenmitdabei.
DieoffizielleEröffnungderSternwartefandam29.Juni1985statt
undseitdemwirddortaneinerVielzahlvonTeleskopengeforscht.
DieKöniglichSchwedischeAkademiederWissenschaftbetreibtdort
zumBeispieldasSST,dasSwedischSolarTelescope.Esistnicht
besondersgroß,aberdasvorallemdeswegen,weileskein
Spiegelteleskopist,sowiediemeistenanderenmodernenTeleskope.
DasSSTisteinLinsenfernrohrundmiteinerÖffnungsweitevon98
ZentimeterndaszweitgrößteLinsenfernrohrderWelt.Esbefindet
sichineinemkünstlichenVakuumumnichtdurch
Temperaturschwankungengestörtzuwerdendieauftreten,wenn
mantagsüberdieSonnebeobachtenwill.Esbesitztaußerdemeine
adaptiveOptik:MitdemGerätwerdeninjederSekunde1000Bilder
derSonneanalysiertunddazubenutzt,diedurchLuftunruhen
entstehendenFluktuationeninderOptikauszugleichen.Damit
könnenBilderderSonnegemachtwerden,diezudenbestenund
schärfstengehören,dievomErdbodenausmöglichsind.
EineinternationaleKooperationbetreibtaufLaPalmadieMAGICTeleskope.Dasstehtfür“MajorAtmosphericGamma-RayImaging
Cherenkov”-Teleskope.Siewerdenbenutzt,umGammastrahlungzu
beobachten.DerDurchmesserderSpiegelbeträgtenorme17Meter
unddieGammastrahlungwirddamitindirektgemessen.Wenn
GammastrahlungausdemAllaufdieAtmosphärederErdetrifft,
entstehenSchauerausgeladenenTeilchendiesichkurzfristig
schnellerbewegen,alsesdasLichtinunsererLufthülletunkann.Das
istkeinWiderspruchzuAlbertEinsteinsRelativitätstheorie,diejanur
besagt,dasssichnichtsschnelleralsLichtimVakuumbewegenkann.
InnerhalbvonMaterie–wasaufdieAtmosphärederErdejazutrifft–
istLichtlangsameralsimVakuumundkannunterUmständenvon
anderenTeilchen“überholt”werden.Danngibteseinoptisches
ÄquivalentzumÜberschnallknall:EinenkurzenLichtblitz,der
“Tscherenkow-Strahlung”genanntwird.DaskannvondenMAGICTeleskopenregistriertwerdenunddarauskannmanInformationen
überdieursprünglicheGammastrahlunggewinnen.Diewiederum
liefertInformationenüberhochenergetischeEreignisseimKosmos:
GammablitzezumBeispiel,alsodieExplosionvonRiesensternenam
EndeihresLebensoderaberauchMaterial,dasindie
supermassereichenschwarzenLöchernindenZentrenferner
Galaxienfällt.
VergleichsweisekleinsinddieoptischenInstrumentedes
SuperWASP-Observatoriums.DieAbkürzungstehtfür“SuperWide
AngleSearchforPlanets”unddieautonomeBeobachtungsstationen
bestehtausachtObjektivenmitnur200MillimeterDurchmesser.
Aberdasreicht,umNachtfürNacht800Bildereinesgroßen
BereichsdesHimmelszumachenunddieHelligkeitenderdarauf
befindlichenSternezumessen.AusdenHelligkeitsschwankungenwill
manaufdieExistenzvonPlanetenschließen.Unddasgelingtsehr
hervorragend:ZusammenmitderzweitenSuperWASPBeobachtungsstationinSüdafrikasammeltmaninjederklarenNacht
knapp100GigabyteanDatenundhatschonüberhundertPlaneten
andererSternegefunden.
DieskandinavischenLänderDänemark,Schweden,Island,Norwegen
undFinlandhabensichzusammengeschlossenumaufLaPalmadas
NordicOpticalTelescope(NOT)zubauen,eineInstrumentmiteinem
2,56MeterdurchmessendenSpiegel.Italienbetreibtdortdas
TelescopioNazionaleGalileo(TNG)miteinem3,58Metergroßen
Spiegel.
EineganzbesondereGeschichtehatdasIsaacNewtonTelescope
(INT).Eswurdeschon1967eingeweiht,standaberdamalsnochin
England,imHerstmonceuxCastle.DaswarzudieserZeitder
StandortdesausLondonübersiedeltenRoyalGreenwich
Observatory.DieköniglicheSternwartewaraufgrundder
LichtverschmutzungausderHauptstadtaufsLandübersiedelt,aber
auchdortwardasWetternichtgutgenug,umdasTeleskopmit
seinem2,54MetergroßenSpiegelwirklichvernünftigeinzusetzen.
AlsoverschifftemanesnachderGründungdesObservatoriodel
RoquedelosMuchachosaufdiekanarischenInseln,woesseitdem
beiwesentlichbesserenWetterdenHimmelbeobachtet.Undauch
dieAstronomenausGroßbritannienwerdenvermutlichviellieberauf
denkanarischenInselnarbeiten,alsinderverregnetenenglischen
Provinz…
DasgiltallerdingsnichtfürdieWissenschaftler,diemitdemLiverpool
Telescope(LT)arbeitenwollen.MitseinemzweiMetergroßenSpiegel
bieteteszwareinentollenBlickinsWeltall;betriebenwirdes
allerdingsvollautomatischvomAstrophysicsResearchInstituteder
UniversitätvonLiverpoolaus.
BelgienbetreibtaufLaPalmadas1,2MetergroßeMercator
Teleskop.DieNiederlandeundGroßbritannienteilensichihr
gemeinsamgebautes1MetergroßesJacobusKapteynTeleskop.Das
kleine,nur18ZentimeterdurchmessendeCarlsbergMeridian
TeleskopderUniversitätvonKopenhageninDänemarkistallerdings
seit2013nichtmehrinBetrieb.DasDutchOpenTelescopeder
UniversitätUtrechtindenNiederlandenbeobachtetallerdingsimmer
nochdieSonne.
ZudengrößtenInstrumentenaufdemRoquedelosMuchachos
gehörtdasWilliamHerschelTelescope(WHT).Eswirdvon
Großbritannien,denNiederlandenundSpanienbetriebenundwar
zumZeitpunktseinerEröffnungimJahr1987dasdrittgrößte
optischeTeleskopderWelt.Heuteistesmitseinem4,2Meter
durchmessendenSpiegelnichtmehrganzvornezufindenaber
immernocheinwichtigesInstrumentfürdieeuropäischen
WissenschaftlerundimmerhinnochdaszweitgrößteTeleskopin
ganzEuropa.
DasgrößteTeleskop,das
gleichzeitauchdasgrößte
optischeTeleskopderganzen
Weltist,stehtgleichnebenan.
EshandeltsichumdasGran
TelescopioCanarias,oftauch
GranTeCangenannt.
Verschiedene
Forschungseinrichtungenaus
Spanien,Mexikoundden
DasGranTeCan(Bild:H.Raab,CC-BY-SA
3.0)
USAhabenesseit1987
geplantund2009fertiggestellt.Gekostethatesknapp130Millionen
EuroundseinSpiegelhateinenDurchmesservon10,4Metern.
Damitistesnocheinkleinesbisschengrößeralsdie10-MeterSpiegelderbeidenKeck-TeleskopeaufdemMaunaKeaaufHawaii,
übertrifftden9,2MetergroßenSpiegeldesSALT-Teleskopsin
Südafrikaunddie8,2MetergroßenSpiegeldesVeryLarge
TelescopesderEuropäischenSüdsternwarteinChile.
FrüheroderspäterwirdeinanderesTeleskopdasGranTeCanvon
seinemSpitzenplatzstoßen.Aberauchwennesdannnichtmehrdas
größteTeleskopderWeltist,wirdestrotzdemimmernochein
großesTeleskopseinundvorallemgroßartigeBeobachtungsdaten
liefern.SowiealldieanderengroßenundkleinenInstrumentedes
ObservatoriodelRoquedelosMuchachos.
DIEBEWEGUNGDESMONDES
D
ondbewegtsich.Sovielistklar.AberdieDetailssind
kniffligundäußerstinteressant.DerMondbewegtsich
umdieErdeherum;daswusstemanschonimmer.Was
manerstsorichtigim17.Jahrhundertverstandenhat
warallerdingsdieTatsache,dassdasbeimMondtatsächlichetwas
Besonderesist.BisdahinwarmanjaderMeinung,alle
HimmelskörperwürdensichumdieErdebewegen;nichtnurder
Mond.DerMondbewegtsichnatürlichauchmitderErde
gemeinsamumdieSonne.AlldasmachtseineBewegungziemlich
kompliziert.
DerMondbrauchtfüreineRundeumdieErdeungefähreinen
Monat.DasistkeinZufall–unserKalenderbasierteinerseitsaufder
BewegungderErdeumdieSonne,andererseitsaberauchaufder
BewegungdesMondesumdieErdeunddieEinteilungdesJahresin
Monatestammtgenaudaher.HeuteistdieDauereinesMonats–
aushistorischenGründenvergleichsweisewillkürlich–auf28,29,30
oder31Tagefestgelegt.DierealeastronomischeDauer
unterscheidetsichdavon.UndesgibtauchmehralsnureineArt,
einenMonatzudefinieren.
ErdeundMond
DagibtesdensiderischenMonat.SobezeichnetmandenZeitraum
dervergeht,bisderMondvonderErdeausgeseheninBezugauf
denalsunveränderlichangenommenenSternenhimmelwiederdie
gleichePositionamHimmelerreichthat.Erbeträgt27Tage,7
Stunden,43Minutenund11,6Sekunden.Dasistkürzeralsder
synodischeMonat,derinBezugaufdiePositionderSonne
gemessenwird.DennhiermussmanauchdieBewegungderErde
umdieSonneberücksichtigen.WährendeinsiderischerMonat
vergeht,bewegtsichauchdieErdeeinStückumdieSonneherum.
DerMondmusssichdannalsonocheinwenigweiterbewegen,um
dieseverändertePositioninBezugaufdieSonneauszugleichenund
wiedergenausozustehenwiezuvor.Dasbrauchtknapp2Tage
weswegendersynodischeMonatinsgesamt29Tage12Stunden44
Minutenund2,9Sekundendauert.
DadierelativePositionvonSonne,MondundErdeauchbestimmt,
welcheMondphasenwirsehenkönnen,istdasauchderZeitraum,
währendderalleMondphasenvonNeumondüberHalbmondbis
VollmondundwiederzurückzumNeumonddurchlaufenwerden.
BeziehungsweiseesistfastderZeitraum,dennderMondfolgtkeiner
exaktenKreisbahnumdieErde.SeineBahnistleichtelliptischund
nachdemzweitenKeplerschenGesetzbewegtersichunterschiedlich
schnelljenachdemoberderErdefernerodernäherist.Gravitative
StörungenderanderenPlanetenveränderndieBahnwährend
längererZeiträumezusätzlich,sodassdieZeitzwischenzwei
Neumondennichtimmergleichlangist.Diedurchschnittliche
Lunation,wieeinkompletterDurchlaufallerMondphasengenannt
wird,dauert29,53Tage.
NebenLunation,synodischemundsiderischemMonathatdie
AstronomienochdreiweitereMonateparat.Dawäreder
anomalistischeMonat.DasistdieZeit,diederMondvonApogäum
zuApogäumbeziehungsweisePerigäumundPerigäumbraucht.Also
dieZeitzwischenzweiDurchgängendurchdenerdfernsten
beziehungsweiseerdnächstenPunktderMondbahn.DieLagedieser
PunkteändertsichebenfallsimLaufederZeit.Einmalin8,85Jahren
drehtsichdieMondbahneinmalumdieErdeherum.Grunddafür
sindwiederdiegravitativenStörungenderanderenPlaneten.Der
erdnächsteunderdfernstePunktebewegensichdabeiinder
gleichenRichtungwiederMondselbstundderanomalistischeMonat
istdeswegenebenfallseinweniglängeralsdersiderischeMonat.Es
brauchtaberhiernureinpaarStunden,bisderMonddieDrehung
seinerBahnausgeglichenhatundderanomalistischeMonatdauert
daher27Tage,13Stunden,18Minutenund33,1Sekunden.
NebenPerigäumundApogäumgibteszweiweiterewichtigePunkte
aufderUmlaufbahndesMondes.NämlichdiePunkte,indenensie
dieUmlaufbahnderErdeumdieSonneschneidet.DieBahndes
Mondesistumwenigmehrals5GradgegenüberderErdbahn
geneigtunddiebeidenSchnittpunktewerdeninderAstronomie
KnotenpunkteoderauchDrachenpunktegenannt.DerNamebezieht
sichaufdenaltenMythosdesDrachen,derdenMondoderdie
Sonneverschluckt,wenneineFinsternisstattfindet.DennMondoderSonnenfinsternissekannesnurgeben,wennderMondgenau
inoderzumindestinunmittelbarerNähevoneinemderbeiden
Schnittpunktsteht.NurdannkönnensichSonne,MondundErdein
einerLiniebefindenundeinandersoverdecken,dassentweder
MondoderSonneverdunkeltwerden.
SowieApogäumundPerigäumsindauchdiebeidenKnotenpunkte
nichtfix,sondernverändernimLaufederZeitihreLage.Diesmal
aberentgegengesetztzurBewegungsrichtungdesMondes,
weswegeneinUmlaufdesMondesvonKnotenpunktzuKnotenpunkt
einwenigkürzeralseinsiderischerMonatist.Einsogenannter
drakonitischerMonatdauert27Tage,5Stunden,5Minutenund
35,9Sekunden.
AlsletztesgibtesdannnochdentropischenMonat.Hierwirddie
PositiondesMondesaufdenFrühlingspunktbezogen,alsoden
SchnittpunktzwischenderEbenederErdbahnunddem
Himmelsäqutor,alsodenaufdenHimmelprojiziertenÄquatorsder
Erde.WürdedieErdachsegenausenkrechtaufdieUmlaufbahnder
Erdestehen,wäredieseidentischmitderEbenedes
Himmelsäquators.Die
Rotationsachseunseres
Planetenistaberum23,5
GradausderSenkrechten
geneigt.Meistenszumindest,
dennauchdieserWinkel
schwanktimLaufederZeit.
Darumbewegtsichauchder
Frühlingspunktundzwar
entgegender
BewegungsrichtungvonErde
undMond.DerZeitraum
zwischenzweiDurchgängen
DrehungderMondbahn(Bild:gemeinfrei)
desMondesinBezugaufden
Frühlingspunktistalsoebenfallseinwenigkürzeralsdersiderische
Monat.AllerdingsnurumeinpaarSekunden,erdauert27Tage,7
Stunden43Minutenund4,7Sekunden.
AberalldieseGenauigkeitunddieAngabeaufdenBruchteileiner
Sekundegenauisteigentlichsowiesohinfällig.DieErd-undauchdie
MondbahnsinddurchdiegravitativenStörungenderanderen
PlanetenständigenVeränderungenunterworfen.EinMonatistalso
genaugenommenniemalsexaktgleichlangwiedervorhergehende
unddieverschiedenenSchwankungenkönnen,jenachdemwiesie
geradezusammenspielen,durchausauchUnterschiedevon
mehrerenStundenverursachen.Trotzdemlässtsichmitden
annäherndenWertenderverschiedenenMonatedurchauseiniges
anfangen.
DergriechischeAstronomMetonhatimfünftenJahrhundertvor
ChristuszumBeispieldenheutenachihmbenanntenMeton-Zyklus
entdeckt.Zumindestvermutetmandas,diehistorischenQuellensind
dürftig.Jedenfallshatmanirgendwannfestgestellt,dassein
durchschnittlichesJahr,alsoeinUmlaufderErdeumdieSonne,
365,25Tagedauert.EinsynodischerMonatdauert,wievorhin
erklärt,29,53Tage.Rechnetmaneinwenigherum,dannfindetman
heraus,dass19Jahremit6939,75Tagefastgenausolangedauern
wie235synodischeMonatemit6939,55Tage.Alle6940Tage
wiederholtsichalsoeinebestimmteKonstellationzwischenSonne,
ErdeundMond.UnddaeinsynodischerMonatderZeitraumist,der
denWechselderMondphasenbeschreibt,findeteineMondphase–
zumBeispielVollmond–dieineinemJahraneinembestimmtenTag
stattgefundenhat,6940Tageoder19Jahrespäterwiederamselben
TagdesJahresstatt.
Mondfinsternisam15.April
2014(Bild:Tomruen,CC-BYSA3.0)
NebendemMeton-Zyklus,dersichmit
denMondphasenbeschäftigt,gibtes
natürlichauchnochentsprechende
ZyklenfürdieAbläufevonMond-oder
Sonnenfinsternisse.DieSachemitden
Finsternissenistallerdingswirklich
komplex.Einwenighabeichschonin
Folge57derSternengeschichtenerzählt.
Kurzzusammengefasst:Sonneoder
Mondkönnensichnurdannverfinstern,
wennsieexaktineinerLiniemitder
Erdestehen.Daskannnurpassieren,
wennderMondgeradeinunmittelbarer
NäheeinesderbeidenKnotenpunktesteht.Außerdemmussdann
aberauchnochgeradeVoll-oderNeumondherrschen.IstVollmond,
dannstehtdieErdegenauzwischenMondundSonneundder
ErdschattenverdunkeltdenMond.IstNeumond,dannstehtder
MondzwischenSonneundErdeundesgibteineSonnenfinsternis.
WieschongesagtverändertsichdiePositionderKnotenpunkteaber
imLaufederZeit.StehtderMondineinemJahraneinem
bestimmtenTagimKnotenpunktundgibteseineFinsternis,dann
erreichtderMondimfolgendenJahrdenKnotenpunktschon10
Tagefrüher.DannpasstdieKonstellationnichtmehrsoganzundes
wirdeventuellkeineFinsternismehrgeben,höchstensnocheine
partielleBedeckung.MankannwiederdasgleicheRechenspiel
anstellenwiebeimMeton-Zyklus.242drakonitischeMonate,diejain
BezugaufdieKnotenpunktegemessenwerdensindziemlichgenau
gleichlangwie223synodischeMonatediedieMondphasen
beschreiben.DieserZeitraumentspricht18Jahrenund11,3Tagen
undsolangedauertes,bisderMondnichtnurwiederdieselbe
PositioninBezugaufSonneundErdesondernauchzum
Knotenpunkteinnimmt.
Sonnen-undMondfinsternissewiederholensichalsonach18Jahren
und11,3TagenunddiesePeriode,dieauchSaros-Zyklusgenannt
wird,wurdeschonimAltertumbeidenBabyloniernzurVorhersage
vonFinternissenbenutzt.Siestimmtallerdingsnichtexakt;alldie
verschiedenenStörungen,SchwankungenundanderenVariationen
führenzuAbweichungen.UndüberdieMondbahnselbstgäbees
auchnochjedeMengezusagen.Aberdashebeichmirfüreine
andereFolgederSternengeschichtenauf…
HEISSEJUPITER
J
undertehabendieMenschennachPlanetengesucht,dienicht
unsereSonnesondernandereSterneumkreisen.Jahrhunderte
langbliebdieSuchenachsolchenExoplanetenerfolglos.Erst
gegenEndedes20.JahrhundertshattemanErfolgundheute
kennenwirTausendesolcherPlaneten.Wirwissenmittlerweile,dass
sieüberallzufindensind.Wirwissenaberauch,dassdiePlaneten
andererSternenichtimmersosind,wiewirdasausunserem
Sonnensystemkennen.
UnserSonnensystemisteinigermaßengeordnet.Esbestehtausacht
Planeten.Vierdavonsindeherklein,bestehenhauptsächlichaus
GesteinundMetallundhabeneinefesteOberfläche.Diesevier,
Merkur,Venus,dieErdeundderMarsnehmendievierinnersten
UmlaufbahnenumdieSonneherumein.DieanderenvierPlaneten
sindgroß,bestehenzueinemgroßenTeilausGasenwieWasserstoff
undHeliumundbesitzenkeinefesteOberfläche.Diegroßenvier–
Jupiter,Saturn,UranusundNeptun–umkreisendieSonneweit
außen.
DieseOrdnungmitdenkleinen,festenPlaneteninnenundden
großen,gasförmigenaußenwardas,wasmaneigentlichauch
erwartenwürde.EsistdasResultat,dasssichganznatürlichbeider
EntstehungvonPlaneteneinstellt,wieichinFolge67der
Sternengeschichtenausführlicherklärthabe.Weiteraußenumeinen
SterngibtesmehrMaterialausdemPlanetenentstehenkönnenund
deswegensinddortauchdiegrößerenPlanetenzufinden.
KünstlerischeDarstellungvonDimdiumundHelvetios(Bild:ESO/M.Kornmesser/NickRisinger
(skysurvey.org))
AberseitderEntdeckungdererstenExoplanetenhabenwirgelernt,
dasssichnichtimmerallePlanetensystemeandieseRegelnhalten.
Anderswokanneserstaunlichandersaussehen.Gleichderallererste
Exoplanetdenmanentdeckthatte,warsoeinExot.ImJahr1995
habendieSchweizerAstronomenMichelMayorundDidierQueloz
denStern51Pegasibeobachtet,derzuEhrenderSchweizer
WissenschaftlermittlerweiledenoffiziellenNamen“Helvetios”
erhaltenhat.Dabeihandeltessichumeinenetwa8MilliardenJahre
altengelbenZwergsternimSternbildPegasus,dergeradenochso
hellleuchtet,dasservonderErdeausuntergutenBedingungenmit
freiemAugesichtbarist.
NichtsichtbaristdagegenderPlanet,derdenSternumkreist.
ZumindestnichtohnetechnischeHilfsmittel.AuchMayorundQueloz
habendenPlanetennichtdirektgesehen,abersiekonntenmessen,
dassderSternwackelt,weilervonderGravitationskraftdesPlaneten
beeinflusstwird.AusderStärkeundderPeriodediesesWackelns
lassensichdieEigenschaftendesPlanetenbestimmenunddiewaren
soseltsam,dassvieleAstronomenanfangseherskeptischwaren.
DerPlanetistetwahalbsoschwerwieJupiter,weswegenerauch
denoffiziellenNamen“Dimidium”bekommenhat;ausdem
lateinischenfür“dieHälfte”.DieMasseistnochnicht
außergewöhnlich,dafüraberseineUmlaufbahn.FüreineRundeum
denSternbrauchtDimidiumnur4,2Tage.Dasisterstaunlichschnell!
Merkur,derPlanetderunsererSonneamnächstenist,braucht
immerhin88TagefüreineRunde.DamitDimidiumeinenUmlaufso
schnellhintersichbringenkann,musserdemSternauchsehrnahe
sein.SeinAbstandbeträgtnurknapp7,5MillionenKilometer–damit
isterHelvetios20MalnäheralsdieErdederSonne!
Esistnichtüberraschend,dasmangeradesoeinenPlanetenals
Erstesentdeckthat.JegrößerundnähereinPlanetseinemSternist,
destostärkerbringterihnauchzumWackeln.Überraschendwardie
Tatsache,dasserüberhauptexistiert!AberindenJahrennachdieser
erstenEntdeckungfandenAstronomennochvielmehrsolcher
großenPlaneteninengenUmlaufbahnenumihrenStern.Mannennt
dieseneueGruppevonHimmelskörperndie“heißenJupiter”und
verstehtmittlerweileauch,wiesieentstandensind.Ichhabedasin
Folge68derSternengeschichtenausführlicherklärt;kurzgesagt
gehtesdarum,dassdiePlanetenzwartatsächlichweiterentferntvon
ihremSternentstehen,dortabernichtbleiben.DieWechselwirkung
mitalldemanderenMaterialdasinderEntstehungszeitderPlaneten
nochdenSternumkreistführtdazu,dasssielangsamnachinnenin
RichtungdesSternswandernkönnen.
DieNähezumSternhatnatürlichAuswirkungenaufdiePlaneten.Sie
werdensehrheißunddehnensichdurchdieHitzestarkaus.Ihre
Dichteistdaheroftsehrgering.InextremenFällen,wennsichStern
undPlanetbesondersnahesind,kanndieTemperatursohoch
werden,dasssichdieGasteilcheninderAtmosphäredesPlanetenso
schnellbewegendasssievondessenGravitationskraftnichtmehr
zurückgehaltenwerdenkönnen.GroßeGaswolkenkönnenvom
heißenJupiterentkommenunddiePlanetenlösensichimLaufeder
Zeitregelrechtauf.
Wirwissenaußerdem,dassdieBahnenderheißenJupitersehroft
nichtinderRotationsebenederSterneliegen,sondernstarkgeneigt
sind.AuchdasisteinResultatderWanderungderPlanetendurch
dasPlanetensystemunddesdabeistattgefundenenEinflussder
anderenHimmelskörper.
DieGezeitenkräftezwischenPlanetundSternsindebenfalls
besondersstark.BeiErdeundMondhabendieGezeitendafür
gesorgt,dassderMondderErdeimmerdieselbeSeitezeigt.Beiden
heißenJupiternpassiertdasebenfalls:Vielevonihnenweisenimmer
diegleicheSeiteinRichtungihresSterns.Dortistesdannnatürlich
enormheiß;aufderanderenSeiteherrschtewigeNachtmit
entsprechendniedrigerenTemperaturen.
AberauchdieSterneselbstwerdenvondennahenPlaneten
beeinflusst.DieGezeitenbeeinflussennichtnurdieRotationdes
Planeten.AuchderSternselbstspürtdieGezeitenkraftdesPlaneten
unddadurchdrehtersichimmerschnellerumseineAchse.Dadurch
wirddiemagnetischeAktivitäterhöht;esgibtvielmehrSternflecken
undProtuberanzen,alsogroßeExplosionenbeidenenSternmaterial
insAllgeschleudertwird.
AmEndekannderSterndenPlanetsogarkomplettzerstören.Nicht
immersinddieBahnenderheißenJupiterfürlangeZeitenstabil.
Wennsiesichzunahesind,kanndieErhöhungder
RotationsgeschwindigkeitbeimSternsogroßwerden,dasserdurch
dieZentrifugalkräfteabgeplattetwird.DieveränderteFormdes
SternsverstärktdenEinfluss,deneraufdieBewegungdesPlaneten
hatsodaßderimmernäherandenSternheranrückt.Bis
irgendwannbeidemiteinanderkollidieren,verschmelzenundeine
sogenannteleuchtkräftigeroteNovastattfindet.Reintheoretisch
solltesoetwasinunsererMilchstraßeeinpaarMalproJahrzehnt
vorkommen;zweifelsfreibeobachtethatmandiesesEreignisaber
nochnicht.
Dafürhabenwirnochnicht
genugheißeJupiter
gefunden.BeiSternen,die
unsererSonneähnlichsind,
machensiezwarnur
ungefähr1Prozentder
Planetenaus.Beianderen
Sternenkönntensiedagegen
häufigersein.Ganzgenau
lässtessichallerdingsnoch
nichtsagen;dafürhabenwir
leidernochzuwenigSterne
undihrePlaneten
KünstlerischeDarstellungeinesheißen
Jupiters(Bild:NASA,ESA,andG.Bacon
(STScI))
beobachtet.
DassesbeiunskeinesolchenheißenJupitergibt,istdagegenein
Glücksfall.BeiseinemWegdurchdasSonnensystemhätteeinheißer
JupiterdiejungeErdevermutlichzerstörtoderaberausdem
Sonnensystemgeschleudert.Dasdachtemanzumindestfrüher;
neueDatenzeigen,dassdasvielleichtdochnichtsoseinmuss.Die
WanderungheißerJupiterindieNäheihrerSternekönntelängst
nichtsokatastrophalfürdenRestdesPlanetensystemssein,wie
angenommen.GrößereundkleinereHimmelskörperdiezudiesem
Zeitpunktschonentstandenwaren,könntenzwartatsächlich
darunterleiden.AberanstattkomplettausdemSystemgeworfenzu
werden,könntedieWanderungdesheißenJupitersdasganze
Materialeinfachnureinwenigdurchmischen.WennerseinenWeg
zumSternbeendethat,könnenausdemganzenZeugwiederneue
Planetenentstehen.Planeten,diedurchdieDurchmischungdann
vielleichtsogarlebensfreundlichersindalsunsereErde.Die
Computersimulationenhabengezeigt,dasssolchePlaneten
besondersvielWasserenthaltenkönnten.
ObheißeJupitereinPlanetensystemnunaberwirklich
lebensfeindlichodererstbesondersfreundlichmachen,könnenwir
nochnichtsagen.DazumüssennochmehrPlanetenentdecktund
beobachtetwerden.Feststehtaber:DieErforschungdieser
seltsamenHimmelskörperhatunsindenletztenJahrzehntengezeigt,
wieenormvielfältigdiePlanetenimUniversumseinkönnen.Unser
eigenesSonnensystemistnureinkleinerAusschnittdessen,wasda
draußenzufindenist.
GIUSEPPEPIAZZIUNDDERERSTEASTEROID
W
üreineGeschichte,fürdiesichdieserunbesonnene
Mannverantwortenmuss,schriebderKönigliche
AstronomNevilMaskelyneausEnglandimSommer
desJahres1801.Die“Geschichte”wardererste
Asteroidundder“unbesonneneMann”derItalienerGuiseppePiazzi.
UndMaskelynesUrteilvielleichteinkleinwenigungerecht,wenn
auchnichtvölligausderLuftgegriffen.DennPiazzihattetatsächlich
einengroßartigenFundgemacht,deneraberfastwiederverloren
hätte.
GioacchinoGiuseppeMariaUbaldoNicolòPiazziwurdeam16.Juli
1746inPonteinValtellinageboren,einemkleinenDorfinder
Lombardei,dasheuteinNorditalien,direktanderGrenzezur
Schweizliegt.SeinegroßeEntdeckungmachteerallerdingsam
anderenEndedesLandes,aufderSternwartederInselSizilien.
DazwischenlageinefüreinenAstronomeneheruntypische
Ausbildung.AlszweitjüngstesKindineinerFamiliemit10Kinderntat
Piazzidas,wasjungeKindergroßerFamiliendamalsofttatenund
wurdePriester.ErtratdemMönchsordenderTheatinerbei,musste
aberzwischendurchaucheinewissenschaftlicheAusbildung
absolvierthaben,denner
wurdevonseinen
Vorgesetztenbeauftragt,
Mathematikzuunterrichten.
1781wurdeerdannsogar
zumProfessorfür
Mathematikander
neugegründetenUniversität
vonPalermoernanntund
1787Professorfür
Astronomie,obwohlerbis
dahinhöchstensein
engagierter
Amateuerastronomwar.
DashieltPiazziabernicht
davonab,hervorragende
Arbeitzuleisten.Erwurdemit
GiuseppePiazzi
derGründungeinerneuen
SternwarteinPalermobeauftragtundreistedazunachParisund
London,umdortnichtnurKontaktemitdenführendenAstronomen
derdamaligenZeitzuknüpfensondernauchInstrumentefürdie
Sternwartezubesorgen.
ZurückinPalermobegannerdamit,diePositionenvonSternenzu
vermessenundeinenneuenKatalogzuerstellen,der7646
SternpositioneninbisherungekannterPräzessionenthielt.Während
dieserArbeitmachteerauchdieEntdeckung,fürdieerbisheute
berühmtist.
Am1.Januar1801warergeradedabei,einpaarSterneimSternbild
Stierzubeobachten.DabeifielihmeinschwachleuchtendesObjekt
auf,dassdorteigentlichnichtszusuchenhatte.ZuersthieltPiazzies
einfachfüreinenweiteren,bisjetztnochnichtkatalogisiertenStern.
InderfolgendenNachthattesichseinePositionallerdingseinwenig
verändert;ebensoindenbeidenkommendenNächten.Piazziwar
klar,dasseskeinSternseinkonnte.Wasesaberstattdessenwar,
warvorerstunklar.
PiazziwarvorsichtigundsprachöffentlichnurvonderEntdeckung
einesKometen.DassnebenSternenundPlanetenauchimmer
wiederneueKometenamHimmelauftauchten,wardamalsschon
gutbekannt.InsgeheimwarsichPiazziallerdingssicher,dasses
etwasanderesseinmusste.Kometenerscheinenmeistensals
verschwommene,nebligeFleckenundnichtalsLichtpunkte,wiedas,
wasPiazzidaamHimmelsah.IneinemBriefanseinenFreundden
AstronomenBarnabaOrianischriebPiazzidaherauch:
“Ichhabezwarbekanntgegeben,dassdieserSterneinKometist,
aberdadortkeinenebligenEigenschaftenzusehensindundseine
Bewegungsolangsamundgleichmäßigist,kammirderGedanke,
dassesetwasbesseresalseinKometseinkönnte.”
UndtatsächlichWAResetwasbesseresalseinKomet.Bessersogar
nochalsdas,wasPiazzivermutete,daseswar.Erdachte,erhätte
einenneuenPlanetentdeckt.Dasssoetwasmöglichistundim
SonnensystemtatsächlichmehrHimmelskörpervorhandensindals
die,diemanimmerschonkannte,hatteeinpaarJahrezuvorder
englischeAstronomWilhelmHerscheldemonstriert,alservöllig
überraschenddenPlanetenUranusentdeckte.UndAstronomen
überallinEuropawarengegenEndedes18.Jahrhundertsaufder
SuchenacheinemweiterenPlaneten,dersichzwischendenBahnen
desMarsunddesJupitersbefindensollte.
MotiviertwurdedieseSuchedurchdiesogenannte“Titius-BodeReihe”,überdieichinFolge86derSternengeschichtenschon
ausführlichgesprochenhabe.Mandachtedamals,indenAbständen
derPlanetenvonderSonneeinemathematischeRegelmäßigkeit
entdecktzuhabenausderfolgte,dasssichgenauzwischenMars
undJupiternocheinweiterergroßerHimmelskörperbefindenmuss.
Manwarsosehrdavonüberzeugt,dassmandieerstegroße
internationalewissenschaftlicheKooperationgründete,die
“Himmelspolizey”.Derdeutsch-österreichischeAstronomFranzXaver
vonZachgründetedieseOrganisationimJahr1800umgemeinsam
mitKollegenausganzEuropasystematischdenHimmelnachdem
vermutetenPlanetenabzusuchen.AufderListederbeteiligten
WissenschaftlerstandauchPiazzi–derabernieeineoffizielle
EinladungvonZacherhielt,sichzubeteiligenundseineArbeitin
Palermonurfürsichalleindurchführte.
Der“Komet”denPiazzientdecktebefandsichjedenfallsgenaudort,
wovonZachundseineKollegendengesuchtenPlaneten
vermuteten.Undalssiedavonerfuhren,warensieauchschnell
bereit,dasObjektals“Planet”zubezeichnen–andenKometglaubte
daschonlängstniemand.DiedeutschenAstronomenhattenauch
keineHemmungen,schonübereinenNamenfürdenneuen
Planetenzuspekulieren.VonZachwollteihn“Hera”nennen.Sein
Kollege,JohannBode,favorisiertedenNamen“Juno”.Maneinigte
sichschließlichauf“Hera”–dachteaberanscheinendnichtdaran,
auchnachderMeinungdesEntdeckerszufragen.
PiazziwarnichtsonderlichbegeistertvondenAktivitätender
DeutschenundschriebseinemFreundOriani:“WenndieDeutschen
denken,siehättendasRechtdieEntdeckungeinesanderenzu
benennen,dannkönnensiemeinenneuenSternmeinetwegen
nennenwiesiewollen.IchwerdeihnimmerCeresnennenundich
wäredirsehrverbunden,wennduunddeineKollegendasebenfalls
tunwürden.”
PiazzigabseinerEntdeckungdenNamen“CeresFerdinandea”,nach
derrömisch-sizilianischenErdgöttinCeresundKönigFerdinanddem
IVvonNeapelinSizilien.DerZusatz“Ferdinandea”wurdeaber
ziemlichschnellweggelassenundderName“Ceres”setztesich
durch.
ZweiProblemebliebenallerdingsnoch:WasGENAUistdasnun
wirklichfüreinHimmelskörper?Undvielwichtiger:WOstecktdas
Dingeigentlich?DennPiazzibeobachteteCeresnurimJanuarund
Februar1801.Danachwurdeerkrankunddanachwarermit
andererArbeitbeschäftigt.DannhattesichCeresschonsoweit
bewegt,dasseramNachthimmelnichtmehrsichtbarwar.Unddie
bisdahingesammeltenDatenwareneigentlichnichtgutgenug,um
seineBahnsogenauzuberechnen,umdasObjektwiederfindenzu
können,wennesgegenEndedesJahreswiederamHimmel
auftauchensollte.
NichtnurgabeszuwenigBeobachtungsdaten,Piazzihattesichauch
vielZeitdamitgelassen,dieDatenmitseinenKollegenzuteilen.Das
warauchderGrundfürdieBeschwerdevonNevilMaskelyne.Da
hattemannunoffensichtlicheinenneuenPlanetenentdeckt–aber
dieChancenstandengut,dassmanihnnichtmehrwiederfinden
würde.
ZumGlückgabesCarlFriedrichGauss!DiesergenialeMathematiker
hörtevondenProblemenundentwickelteeinevölligneueMethode,
umauchauswenigenBeobachtungsdateneinesehrgenaue
Umlaufbahnberechnenzukönnen(ichhabeinFolge118der
Sternengeschichtenmehrdarübererzählt).Damitwarestatsächlich
möglich,Cereswiederzufinden.Undnichtnurdas:ImMärz1802
entdecktederdeutscheAstronomHeinrichOlberseinenzweiten
PlanetenzwischendenBahnenvonMarsundJupiter.Derwurde
Pallasgenanntundmanfingandarüberzudiskutieren,obes
wirklicheinPlanetwar.Denneigentlichsolltedajanureinersein;
jetzthattemanzwei.Undnochdazuzweivergleichsweisekleine
Planeten.
ImMai1802hieltWilliamHerscheleinenVortragvorseinen
WissenschaftskollegeninLondonundschlugdabeivor,dassessich
beiCeresundPallasumeinevölligneueArtvonHimmelskörper
handelnkönnte.KeinePlaneten,keineKometen.Sondernkleine
Objekte,dieimTeleskopsoaussehenwieSterne,aberkeinesind.Als
Nameschluger“Asteroid”vor,wassovielbedeutetwie
“sternähnlich”.
BissichdieserNamedurchsetze,dauerteesallerdings.Bisweitüber
dieMittedes19.JahrhundertshinauswurdenCeres,Pallasunddie
weiterenkleinenHimmelskörperdiemaninFolgezwischenden
BahnenvonMarsundJupiterfand,als“Planeten”bezeichnet.Ein
kleinwenigkannmandasauchverstehen;dieAstronomendiediese
Himmelskörperentdeckten,wolltensicherlichallegernedie
EntdeckervonechtenPlanetenseinundnichtvonirgendwelchen
Asteroiden,beidenennochniemandrichtigwusste,wasdassein
sollte.UndHerschelhatteleichtreden;derhattejaimmerhinschon
zweifelsfreieinenPlanetenentdeckt.
DerHaulaniKrater(34kmDurchmesser)aufCeres,fotografiertvonDawn.(Bild:NASA/JPLCaltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)
Aberirgendwannwurdedannklar,dassessichbeidenkleinen
HimmelskörpernnichtumPlanetenhandelt.DerName“Asteroid”
setztesichdurchundheutewissenwir,dassesdavonMilliardengibt,
dieüberallimSonnensystemverteiltsind.Ceres,derersteAsteroid
derentdecktwurde,istmiteinemDurchmesservon900Kilometern
dergrößtezwischendenBahnenvonMarsundJupiter.Anderswo,in
denäußerenBereichendesSonnensystemsgibtesabernochmehr
undnochgrößereAsteroiden.
HeutewissenwirvonderfundamentalenRolle,diedieAsteroidenbei
derEntstehungderPlanetengespielthaben.Wirwissen,dassdie
AsteroidendasursprünglicheBaumaterialsind,ausdemdie
Planetenerstentstehenkonnten.Wirwissen,dassdieAsteroiden
WasserundkomplexeMoleküleaufdieErdegebrachthabenund
vermutlicheinewichtigeRollebeiderEntstehungdesLebensauf
unseremPlanetengespielthaben.Wirwissen,dassdiesekleinen
HimmelskörperenormwichtigfürunserVerständnisdesUniversums
sindundhabeneinigevonihnenmitRaumsondenbesuchtundaus
derNähebeobachtet.UnteranderemauchCeres.
DererstebekannteAsteroidwurdeimJahr2015vonder
RaumsondeDawnerreichtundgenauanalyisiert.WennGiuseppe
PiazzidiebeeindruckendenBilder“seines”Himmelskörpersnoch
sehenhättekönnen,wäreermitSicherheitzufriedengewesenund
hätteseineVermutungbestätigtgesehen:ErhataufjedenFalletwas
besseresalseinenKometenentdeckt
SOPHIEGERMAIN
D
stronomiebeschäftigtsichmitSternen,Planeten,
AsteroidenundalldenanderenDingenamHimmelund
imWeltraum.UmernsthaftAstronomiebetreibenzu
können,mussmanaberzwangsläufigauchMathematik
beherrschen.DieMathematikistdieSprache,indersichdas
Universumbeschreibenundverstehenlässt.Unddamitistnichtnur
dieangewandteMathematikgemeint.NatürlichdientdieMathematik
inderAstronomievorrangigalsWerkzeugunddiewenigsten
AstronominnenundAstronomenführeneigenständige
mathematischeForschungdurch.AberauchWerkzeugelassensich
nurvernünftigbenutzen,wennmandieGrundlagenzumindestein
bisschenverstehtundwillmanneueWerkzeugeerschaffen,dann
mussmanzwangsläufigdieGrundlagenbeherrschen.Eslohntsich
daherauchfürdieAstronomen,sichmitder“abstrakten”und
“reinen”Mathematikzubeschäftigen.UndmitdemLebender
Mathematiker.Oder–wieindieserFolgederSternengeschichten–
denMathematikerinnen.
Frauenhabenesheutenochimmerschwereralsihremännlichen
Kollegen,sichinderWeltderWissenschaftdurchzusetzen.Und
früherwardieLagenochaussichtsloser.Soaussichtslos,dass
begabteFrauenäußerstkreativwerdenmussten,umüberhaupt
wissenschaftlicharbeitenzudürfen.SokreativwiedieFranzösin
SophieGermain.
Germainwurdeam1.April
1776geboren.IhreJugend
warvonderfranzösischen
Revolutiongeprägt;vonden
neuendemokratischen
FreiheitenkonnteSophie
Germainallerdingskaum
profitieren;zumindestnicht,
wasihrInteresseander
Mathematikanging.IhrVater
wareinwohlhabender
Kaufmannundseine
Bibliothekgutausgestattet,
auchmitmathematischen
Werken.DielasSophieschon
alsJugendlicheundihre
Elternfandendasgarnicht
SophieGermain
gut.Siegingensogarsoweit,alleLampenausdemZimmervon
Sophiezuentfernen,damitsiediemathematischenBüchernicht
mehrlesenkonnte.
Sophieliessichdavonnichtbeirrenundbrachtesichsogarselbst
LateinundGriechischbeiumdieArbeitendergroßenMathematiker
imOriginallesenkönnen.Undnatürlichwolltesieauchstudieren.
Daskonntesieabernicht,weildasFrauen,selbstimrevolutionären
Frankreich,verbotenwar.
AberSophiewarkreativ.DieneugegründetenÉcolePolytechnique
warimmerhinschonsofortschrittlich,dasssieVorlesungsskripten
undUnterrichtsmaterialienanalleverteilte,diesiehabenwollen.
UndStudentenkonntenArbeitenauchschriftlicheinreichen.Sophie
Germaintatgenaudas,nutztedafürabernichtihreneigenenNamen
sonderndeneinesanderenStudenten.Antoine-AugustLeblancwar
währendderfranzösischenRevolutionverstorbenundSophietrat
nununterseinemNamenauf.DieLösungenfürdiemathematischen
ÜbungsaufgabenschicktesieandenberühmtenWissenschaftler
JosephLouisLagrange(derinderAstronomieunteranderemfür
seineArbeitüberdienachihmbenannten“Lagrange-Punkte”
bekanntistüberdieichauchschoninFolge31der
Sternengeschichtengesprochenhabe).Derwarsehrangetanvon
denErgebnissendesStudentenLeblancundwollteihnunbedingt
persönlichtreffen.
SophiemusstesonotgedrungenihrewahreIdentitätpreisgeben–
aberLagrangeinteressiertesichglücklicherweisenichtfürihr
GeschlechtsondernnurfürdiewissenschaftlicheBegabung.Er
unterstützteSophieabjetztbeiihrenStudienundhalfihr,weitere
Schwierigkeitenzuüberwinden.
AnfangsarbeiteteSophieGermainaufdemGebietder
Zahlentheorie.DasistdiemathematischeDisziplin,diesichmitden
EigenschaftenderZahlenselbstbeschäftigt.Siewarbesondersam
SatzvonFermatinteressiert.Derwardamalsschonberühmtund
berüchtigtinderWeltderMathematik.1637schriebder
französischeMathematikerPierredeFermatdienachihmbenannte
GleichungandenRandeinesBuches.Sieistüberraschendeinfach:
AngenommenmanhatvierganzeundpositiveZahlen,diea,b,cund
ngenanntwerden.FürdieGleichungan+bn=cngibtesdannkeine
Lösung,sofernngrößerals2ist.
DieseAussagekannmanauchverstehen,ohnegroßartigvielAhnung
vonMathematikzuhaben.Fürn=2kenntdieseGleichungjederaus
demSchulunterricht:a²+b²=c²;derberühmteSatzvonPythagoras
undwirwissen,dassesvieleZahlengibt,diedieseGleichung
erfüllen.ZumBeispielist3²+4²sovielwie9+16oder25unddas
istdasgleichewie5².3²+4²istalsogleich5².AberFermat
behaupteteeben,dassmankeineeinzigeLösungmehrfindenkann,
sobaldngrößerals2wird.ManwirdalsozumBeispielniemalsdrei
Zahlenfinden,fürdiea³+b³gleichc³gilt.
Fermatbehaupteteaußerdem,erhätteeinenmathematischen
Beweisgefunden,mitdemerseineAussagebelegenkann.
AufgeschriebenhaterdiesenBeweisabernichtundGenerationen
vonMathematikernsinddarangescheitert,FermatsBeweiszu
rekonstruieren.
ZurZeitvonSophieGermainwarFermatsBehauptungschonmehr
als100Jahrelangunbewiesen,obwohlsichdiegrößten
MathematikerderjeweiligenZeitdaranversuchthatten.Trotzdem
beschäftigtesichauchsiedamit–undwardabeierfolgreich.Auchsie
konnteFermatsSatznichtkomplettbeweisen,aberzumindest
zeigen,dasserfüreinegroßeMengeanZahlengilt.ImZugeihrer
ArbeitbeschäftigtesiesichmiteinerbesonderenArtvonPrimzahlen,
dieheutenachihr“Sophie-Germain-Primzahlen”genanntwerden.
EinePrimzahl,alsoeineZahldienurdurch1undsichselbstohne
Restgeteiltwerdenkann,istgenaudanneineGermainschePrimzahl,
wennauchdieZahl2p+1einePrimzahlist.DiePrimzahl3istzum
BeispieleineGermainschePrimzahl,weilauch2*3+1also7eine
Primzahlist.7dagegenistzwareinePrimzahl,aberkeine
GermainschePrimzahl,da2*7+1gleich15ist.SophieGermain
vermutetezwar,dassderSatzvonFermatfürallePrimzahlendieser
Artgültigseinmuss,konntedasabernichtauchinallenFällen
beweisen.Daskonnteerstvielspätervonanderenbewiesenwerden.
DieArbeitinderZahlentheoriebrachteSophieGermainauchin
KontaktmitCarl-FriedrichGauss.DiesegroßenMathematiker,
PhysikerundAstronomenhabeichschoninFolge118der
Sternengeschichtengenauervorgestellt.Gausshattedaszur
damaligenZeitabsolutgrundlegendeundwichtigeWerkzur
ZahlentheorieverfasstundSophieschriebihmummitihmüberihre
eigeneForschungzudiesenThemenzudiskutieren.Dabei
verwendetesieallerdingswiederihrePseudonym,Antoine-August
Leblanc.
ZuBeginndes19.JahrhundertsbesetztenfranzösischeTruppendie
StadtBraunschweig,inderGausslebte.SophieGermainmachtesich
Sorgen,dassihremKollegenetwaspassierenkönnteundwandte
sichanGeneralPernety,einenFreundihrerFamilie.Dersorgte
dafür,dassGaussbeschütztwurdeundihmwährendderBesatzung
nichtsgeschah.AlsGausserfuhr,dasserseinenSchutzeiner
gewissenSophieGermainzuverdankenhatte,warerverwirrt,daer
diesenNamennatürlichnochniegehörthatte.
Nachdemerdannfeststellte,dassSophieGermainundAntoineAugustLeblancdiegleichePersonwaren,warerdurchauserfreut.
SowiezuvorLagrangestörteersichnichtdaran,dassSophieeine
FrauwarunddiebeidenwurdenFreunde–obwohlsiesichniemals
persönlichtrafen.
SophieGermainbeschäftigtesichabernichtnurmitderreinen
Mathematik.DiefranzösischeAkademiederWissenschaftschrieb
einenPreisaus,beidemesdarumgingeinemathematischeTheorie
zuentwickelnmitdersichdieSchwingungeneinerelastischen
Oberflächebeschreibenlassen.1811reichteGermainihreerste
Lösungein,dieabernocheinigeFehlerbeinhaltete.1813schicktesie
einezweiteLösungandieAkademie,dieaberwiedereinige
mathematischeFehlerenthieltunderstihredritteArbeitausdem
Jahr1816gewanneinenPreis.Aberobwohlsieeineoffizielle
PreisträgerinderAkademiewar,konntesienichtanderenSitzungen
teilnehmen–daauchdortFrauenkeinenZuganghatten…
GermainbeschäftigtesichauchweiterhinmitderElastizitätstheorie,
ausderheuteeineVielzahltechnischerAnwendungenerwachsen
sind.EgalobesumdieMechanikvonBrücheninWerkstoffenoder
dieAuswirkungenvonVibrationengeht–diezugrundeliegende
Mathematikistdiegleiche,mitdersichauchGermaindamals
beschäftigte.
EinenakademischenAbschlusserlangteSophieGermainallerdings
nicht.Gausssetztesichdafürein,dassseineUniversitätinGöttingen
ihreinenEhrendoktortitelverleiht.Aberdazukamesleidernicht
mehr,dennSophieGermainverstarbkurzdavor,am27.Juni1831
vielzufrühanBrustkrebs.IhrzuEhrenwirdder“Sophie-GermainPreis”fürMathematikvonderfranzösischenAkademieder
Wissenschaftenverliehen.Immerhinetwas,auchwennerbisjetzt
ersteineinzigesMalaneineFrauvergebenwurde.
GRAVITATIONSWELLEN
G
tationswellengibtes,weilAlbertEinsteineineFrage
beantwortethat,dieIsaacNewtonnichtbeantworten
konnte.BeziehungsweisegibtesdieGravitationswellen
natürlichimmerschon,aberwirwissenerstseitAlbert
EinsteinsArbeitvonihrerExistenz.Im17.JahrhundertkonnteIsaac
Newtonalserstermathematischerklären,wiedieGravitationskraft
zwischenHimmelskörpernwirkt.
SeineTheoriewargenaugenugumdieBewegungvonPlaneten,
Kometen,AsteroidenundanderenObjektenvorherzusagen.
NewtonsTheorieistfürdieallermeistenFälleauchheuteimmer
nochausreichendgenau.AbersiehatteundhatihreProbleme.In
manchenSpezialfällenwarsieebenleidernichtgenaugenug.Und
Newtonkonntedamitzwarerklären,wieGravitationwirkt,abernicht
warum.Ganzbesonderskonnteernichterklären,wie
beziehungsweiseobsichdieGravitationskraftausbreitet.Seiner
TheorienachwarGravitationetwas,dasinstantanwirkt;etwas,das
unendlichschnellseinmuss.
Einsteinsberühmte
allgemeineRelativitätstheorie
warnichtnurwesentlich
besserundgenauerdarin,
dieBewegungvon
Himmelskörpern
vorherzusagen.Erkonnte
aucherklären,warumdie
Gravitationskraftsowirkt,wie
siewirkt.Einsteinbeschrieb
dieGravitationalsEigenschaft
desRaumes
(genaugenommen:der
Raumzeit)selbst.Objekte
bewegensichaufgeraden
LiniendurchdenRaum.Jedes
ObjektmiteinerMasse
krümmtdenRaumaberauch
unddadurchändertsich
IsaacNewtonwarsuper.Aberdie
Gravitatinswellenhaternichtkommen
sehen…(Bild:WellcomeTrust,CC-BY4.0)
seineBewegung.DieKraft,
diewiralsGravitationkennenistlautEinsteinalsonichtsanderesals
dieArtundWeise,wiewirdieKrümmungdesRaumeswahrnehmen.
Einsteinkonnteaußerdemzeigen,dasssichVeränderungeninder
Gravitationskraft,alsoVeränderungeninderKrümmungdesRaumes
nichtunendlichschnellausbreiten,sondern“nur”mit
Lichtgeschwindigkeit.Undgenauhierversteckensichdie
Gravitationswellen:SieSINDdiesichmitLichtgeschwindigkeit
ausbreitendenVeränderungeninderKrümmungdesRaums.
WenneinObjekt–zumBeispieleinStern–einfachnursodasitzt
unddenRaumkrümmt,passiertnochnichts.DerRaumistgekrümmt
undjenachdemwienahwirunsamSternbefindenundwiestark
derRaumanunsererPositiongekrümmtist,spürenwireinemehr
oderwenigerstarkeGravitationskraft.SelbstwennderSternsich
gleichmäßigbewegt,tutsichnichtviel.Auchdasistjaeineder
ErkenntnissevonEinsteinsRelativitätstheorie:Esistegal,auswelcher
PositionmaneinphysikalischesSystembetrachtet.Einsich
gleichmäßigbewegenderSternundeinruhenderBeobachteroder
einruhenderSternundsichgleichmäßigbewegenderBeobachter
führenzumgleichenErgebnis.AnderssiehtdieSachebei
beschleunigterBewegungaus.
EinSystemausbeschleunigtenMassenverursachtVeränderungen
imGravitationsfeldbeziehungsweiseVeränderungeninder
KrümmungderRaumzeit.DieseVeränderungenbreitensichnicht
instantanaus,sondernbewegensichmitLichtgeschwindigkeitvon
denbewegtenMassenfort.Oderandersgesagt:JedesSystem
beschleunigterMassenerzeugtGravitationswellen.
DashatAlbertEinsteinineinerArbeitausdemJahr1916erstmals
öffentlicherklärt.1918mussteerdiedamaligeArbeitnocheinmal
korrigieren,daerzweiJahrezuvoreinenkleinenRechenfehler
gemachthatte.EinpaarJahrzehntespäter,1936,schrieberdann
gemeinsammiteinemKollegeneineweitereArbeitzudiesemThema.
DiesmalwarerallerdingsderMeinung,eskönnedochkeine
Gravitationswellengeben;allesseinureinmathematischerEffekt
aberkeinrealesPhänomen.DerGutachterderFachzeitschriftinder
EinsteindieseArbeitveröffentlichenwollte,merkteaberan,dassein
paarDingeinEinsteinsArbeitmathematischnichtganzkorrektzu
seinschienen.Einsteinwardarübersoerbost,dasserdenText
zurückzogundersteinJahrspäterineineranderenZeitschrift
publizierte.Mittlerweileschienihmaberselbstklargewordenzusein,
dassersich–einweiteresMal–geirrthatteundinderneuenArbeit
warendieGravitationswellenwiederreal.
MathematischwarendieGravitationswellenalsoselbstfüreinGenie
wieEinsteinschwerzufassen.Siepraktischnachzuweisenwar
dagegennochvielschwieriger.EinsteinselbstwarbiszuseinemTod
überzeugt,dassmansieniemalsnachweisenwürdekönnen.Dafür
seiendieAuswirkungenvielzugering.
EineGravitationswellesorgtdafür,dasssichdieMetrikdesRaums
ändert.MathematischgesehenisteseineFluktuationdes
“metrischenTensors”.AnschaulicheineVeränderungvonAbständen.
Vereinfachtgesagt:EineGravitationswelle,diebeispielsweisedurch
unserenPlanetenhindurchläuft,strecktdieErdezuersteinkleines
bisschenundstauchtsiedanachzusammen.AlleLängen,alle
Abständeändernsich,daesjaderRaumselbstist,derdurchdie
Gravitationswelleverändertwird.Abermerkentutmandavon
normalerweisenichtviel.
DerRelativitätstheoriezufolgeerzeugenzwarwirklichalle
beschleunigtenMassenGravitationswellen.AberdieGravitationist
eineenormeschwacheKraftundderEffektderGravitationswellen
entsprechendgering.WennichschnellimKreisherumlaufe,dann
erzeugtdiebeschleunigteBewegungmeinerKörpermasse
Gravitationswellen.Aberdiesindsogering,dassichmirdieMühe
auchgleichsparenkönnte.SelbstdieGravitationswellendievonder
BewegungganzerPlanetenerzeugtwerden,lassensichsogutwie
unmöglichnachweisen.
DieRaumzeitlässtsichzwarkrümmen,abernurschwer.Invielen
AnalogienstellenwirunsdenRaumjagernealsGummituchvor;in
WahrheitistdieRaumzeitaberbeiweitemnichtsoelastischsondern
schwererverformbaralsjedesMaterialdaswirkennen.Wenn
überhauptdieMöglichkeiteinesNachweisesbesteht,dannnurwenn
essichumWellenhandelt,dievonäußerstmassereichenObjekten
stammen.
Manunterscheidet–jenachUrsprung–dreiverschiedeneTypen
vonGravitationswellen.Dasindzuerstdiekontinuierlichen
Gravitationswellen.Siekönnenvonrotierenden,extremkompakten
undmassereichenObjektenerzeugtwerden.Neutronensternenzum
Beispiel,denÜberrestengroßerSterne.EinNeutronensternist
schwereralsdieSonneabernureinpaarDutzendKilometergroß.
SierotierenauchextremschnellumihreAchse,typischerweiseein
paarhundertMalproSekunde.WenneinNeutronensternperfekt
kugelförmigist,sendeterkeineGravitationswellenaus.Aberschon
minimaleAbweichungenkönnenfüreineunregelmäßigeBewegung
sorgen,dieQuellevonGravitationswellenist.Soeinleichtwackelnder
NeutronensternwürdekontinuierlichGravitationswellenmitder
gleichenFrequenzundStärkeaussenden.
DiezweiteArtvonGravitationswellenwird“Inspiral”genannt.Sie
stammtvondichten,massereichenObjekten,dieeinander
umkreisen.ZweiNeutronensternezumBeispieloderzweischwarze
Löcherdiegravitativaneinandergebundensindundsich
umeinanderbewegen.DabeisendensieGravitationswellenaus,
verlierendadurchaberauchEnergie.JemehrEnergiesieverlieren,
destonäherkommensieeinanderunddestoschnellerumkreisensie
sich.Jeschnellersiesichumkreisen,destostärkerwerdendie
GravitationswellenunddestogrößerderEnergieverlust.Undso
weiter.ManerhältalsoGravitationswellen,diezuerstnurschwach
sind,dannaberimmerstärkerwerdenjenähersichdiebeiden
Objektekommenundschließlichverschwinden,wennsie
miteinanderkollidierenundzueinemeinzigenObjektverschmelzen.
Danngibtesnoch“explosiveGravitationswellen”dievonEreignissen
stammen,diesichnurschwervorhersagenlassen.SupernovaExplosionenoderähnlichkatastrophalenVorkomnissenzumBeispiel.
DawirnochnichtimDetailverstehen,wasdabeiabläuftlässtsich
auchnichtimDetailvorhersagen,wiedieentsprechenden
Gravitationswellenaussehenwürden.
TheoretischgibtesauchnocheinevierteArtderGravitationswellen,
eine“gravitativeHintergrundstrahlung”dievonalldenObjekten
überallimUniversumstammt,diezuweitentferntoderzuschwach
sind,umeinzelndetektiertzuwerden.
DasUniversumsolltealsovollmitGravitationswellensein;sie
nachzuweisenistaberenormschwierig.EindirekterNachweismuss
auchdirektdiedurchdieWelleverursachteLängeänderungmessen
können.Daslässtsichmiteinemsogenannten“Interferometer”
erreichen.ManbenutztdazueineLaserlichtquelle,dieinzwei
Strahlenaufgespaltetwird.DereineStrahlbewegtsichdabeigenau
imrechtenWinkelzumanderenStrahl.Nachdembeideexaktdie
gleicheDistanzzurückgelegthaben,werdensieaneinemSpiegel
reflektiertundwiederzurückzuihremAusgangspunktgelenkt.Wenn
beideauchwirklichexaktdiegleicheEntfernungzurückgelegt
haben,kommensiedortauchexaktzumgleichenZeitpunktan,denn
siebewegensichjazwangsläufigimmermitgenauder
Lichtgeschwindigkeit.MankanndasInterferometernunsoeinstellen,
dassdiebeidenLaserstrahlensichdortgegenseitigauslöschen,also
nichtsmehrzusehenist.
Genausowievorhergesagt:DieErstedirekteBeobachtungvonGravitationswellenmitdemLIGOInterferometer(Bild:Abbottetal,2016,CC-BY3.0)
WennnunabereineGravitationswelledurchdenDetektorläuft,
ändernsichdieDistanzen.DereineLaserstrahllegteinegeringfügig
andereDistanzzurückalsderandere.Siekommennichtmehrzum
gleichenZeitpunktanundlöschensichnichtmehraus.DasPrinzip
hintersoeinemDetektoristeinfach;dieUmsetzungdagegenenorm
schwer.DieerstenVersuche,einenGravitationswellendetektorzu
bauen,fandeninden1960erJahrenstatt.Eshatmehrals50Jahre
gedauert,bisdieWissenschaftlerinderLagewaren,einausreichend
gutesGerätzukonstruierenumdieerstenGravitationswellendirekt
nachzuweisen.
Obwohl“Gerät”nichtdasrichtigeWortist–“Gebäude”wäre
passender.DieLaserstrahlenlegendarineinenWegvon4
Kilometernzurückbevorsiereflektiertwerden.Damitlassensich
Längenanderungennachweisen,dietausendeMalekleinersindals
derDurchmessereinesAtomkerns.Undtrotzdemreichtesnur,um
dieallerstärkstenGravitationswellenzudetektieren…
DerWegzumerstendirektenNachweisvonGravitationswellenwar
lang,schwierigundkeinesfallsdirekt.EsgabjedeMengeinteressante
UmleitungenundSackgassen.
DERLEBENSWICHTIGEPHOSPHOR
P
horgehörtzudenchemischenElementen,diefür
Lebewesenabsolutessentiellsind.OhnePhosphor
könntenwirnichtexistieren.Phosphor-Verbindungen
bildendieGrundlagederDNAundsindals
Adenosindiphosphatbzw.Adenosintriphosphat(ATP)Teilder
EnergieversorgungindenZellen.AuschemischerSichtistPhosphor
einElementmitderOrdnungszahl15,hatalsoeinenAtomkernmit
15Protonen.InderNaturkommtderPhosphorallerdingsnichtin
reinerFormvor,sondernnurinVerbindungmitanderenElementen.
MeistensinverschiedenenMineralien,aberauchimKotvon
Meeresvögeln,demsogenanntenGuano.
AngesichtsseinerBedeutungfürdasLebenistderPhosphoraufder
Erdeabererstaunlichselten.FürjedesPhosophoratomfindetmanin
denOzeanenderErde49MillionenWasserstoffatome.Dasist
deutlichwenigeralsdieuniversaleHäufigkeit:Manschätztdasim
gesamtenUniversumeinPhosphoratomauf2,8Millionen
Wasserstoffatomekommt.Undnochvielweniger,alsmanin
Lebewesenfindenkann:BakterienzumBeispielenthaltennur72
WasserstoffatomefürjedesPhosphoratom.
WiewichtigderPhosphorfürdasLebenist,hatderberühmte
WissenschaftlerundAutorIsaacAsimov1974soformuliert:“Leben
kannsichausbreitenbisderganzePhosphorverschwundenist.
DannstopptdieAusbreitungunweigerlichundnichtskanndas
verhindern.”
DerEntdeckerdesPhosphorsistüberrascht!KeinWunder,angesichtsdesAusgangsstoffes…(Bild:
gemeinfrei)
PhosphorwaraufderErdevonAnfanganzufinden,abermeist–so
wieheuteimmernoch–ineinerFormdiefürdasLebennichtdirekt
verwertbarist.Manhatdaherschonlängervermutet,dassinder
FrühzeitderErdgeschichteanderePhosphorquellenzurVerfügung
gestandenhabenmüssen,diedieEntstehungdesLebensüberhaupt
erstermöglichthaben.Heutegehtmandavonaus,dass
MeteoriteneinschlägegenaudieseQuelledarstellenkönnten.
UnserPlanetentstandzwar–sowieauchalleanderen
Himmelskörper–vor4,5MilliardenJahrenausjederMengekleiner
FelsbrockendiesichzuimmergrößerenObjekten
zusammengefundenhaben.Vergleichtmanaberdie
ZusammensetzungderheutigenErdemitdenAsteroiden,danngibt
esdeutlicheUnterschiede.IneinemsogroßenHimmelskörperwie
derErdelaufenganzanderegeochemischeProzesseabalsaufden
kleinenFelsbrockenimkaltenAll.Dortfindetmandaherauchganz
andereMineralienundebenauchanderePhosphorverbindungen.
UntersuchungenanMeteoritenhabengezeigt,dasssiezumBeispiel
deutlichmehrVerbindungenvonEisen,NickelundPhosphor
enthalten,dieaufderErdeextremseltensind.
ZusammenmitWasserkanndiesesPhosporhaltigeMineraleine
andereVerbindungmitSauerstoffeingehenundsogenannte
Pyrophosphatebilden.DiegehörengenauzudenStoffen,diefürdas
LebenvongroßerBedeutungsind.Mangehtheutedavonaus,dass
sietatsächlicherstdurchMeteoriteneinschlägeinderNähevon
WasseraufderjungenErdeentstandensindundsodieGrundlage
fürdieEntstehungdesLebensgeschaffenwurden.
DieAsteroideneinschläge,diewirheuteinHollywoodfilmenund
Science-Fiction-BücherimmernuralsgroßeKatastrophenkennen,
warenfrüheralsomaßgeblichdaranbeteiligt,dassaufderErde
überhauptLebenexistierenkann.
Trotzdemhateslangegedauert,bismandiesesElementüberhaupt
entdeckthat.UnddiePerson,diedenPhosphorfand,wareigentlich
aufderSuchenachetwasganzanderem.HennigBrandlebteim17.
JahrhundertundwareinApothekerausHamburg.Erwarabernicht
nurApotheker,sondernauchAlchemist.DieChemiealsseriöse
Naturwissenschaftwiewirsieheutekennen,gabesdamalsnoch
nicht.Manwusstezwar,dassverschiedeneStoffesichunterschiedlich
verhaltenundsichaufunterschiedlicheWeisemiteinanderverbinden
können.AbermanhattenochsogutwiekeineAhnung,warumdas
sowarunddachte,wennmannurdierichtigenRezeptefände,
könntemanallesinallesverwandeln.ZumBeispielebenauchunedle
MetallewieBleioderEiseninedlesundwervollesGold.Nachgenau
diesemRezept–dem“SteinderWeisen”–suchteauchBrandbei
seinenExperimenten.
DieChemikerbzw.AlchemistenderdamaligenZeitwarennicht
zimperlichwasihreVersucheanging.Sieverwendetenallesdafür,
egalwieabsurdeserscheinenmochte.UndBrandkamdabeiauf
eineganzbesondersabsurdeIdee:ErnutztemenschlichenUrinals
AusgangsstofffürseineExperimente.ObwohldieSacheausder
damaligenSichtaufdieWeltgarnichtsoabsurderscheint.Mansah
überallZusammenhängezwischendemMenschunddemKosmos;
zwischenderErdeunddemHimmel.Jedemdamalsbekannten
HimmelskörperwarbeispielsweiseeineigenesElementzugeordnet:
GoldderSonne,SilberdemMond,EisendemMars,Quecksilberdem
Merkur,undsoweiter.MikrokosmosundMakrokosmosstandenim
DenkenderAlchemisteninengerVerbindungundmansahden
menschlichenKörperalsModellfürdiegesamteSchöpfungan.
ImKörperwirdNahrungnachdengleichenalchemistischen
Prozessenumgewandelt,dieauchüberallsonstimUniversum
ablaufen,dachteman.DieAusscheidungenwärendemnachauch
nichtunbedingtunbrauchbarerundekligerDreck,sondernehereine
AnnäherungandenUrzustandderMaterie,ausderalles
ursprünglichhervorgeht.AlsogenaudieArtvon“ersterMaterie”
nachderdieAlchemistensuchtenundmitderenHilfesiedas
GeheimnisderuniversalenUmwandlungvonalleminalleslösen
wollten.WennBrandalsomenschlichenUrinuntersuchte,dannwar
dasausderdamaligenSichtnichtabsurd,sondernehersowiewenn
BiologenheuteanStammzellenforschenunddarausneueOrgane
züchtenwollen.ImUrinhoffteBranddenStoffzufinden,ausdem
alleshervorgingundmitdemerallesverwandelnkonnte.
AlsosammeltederApothekerUrin–vermutlichseineneigenen–und
machteseineExperimente.ErkochtedenUrinsolange,bisnurnoch
einschwarzerRückstandübrigblieb,denermonatelangeintrocknen
ließ.Nachweiteren–wahrscheinlichnichtunbedingtwohlriechenden
–Experimenten,hatteereineweiße,wachsartigeSubstanzvorsich,
dieimDunklenleuchtete.BrandnanntedenStoffselbst“kaltes
Feuer”undspäterbekamdieSubstanzdenNamenphosphorus,vom
griechischenWortfür“Lichtträger”.
PhosphorwardaserstechemischeElementdastatsächlichentdeckt
wurdeundnichtimmerschonbekanntwar.Esistauchdaserste
Element,dessenEntdeckernamentlichbekanntist.Brandwurde
durchseineExperimenteleidlichberühmtundderPhosphorein
wichtigerRohstofffürdieIndustrie.ErwurdezurProduktionvon
Streichhölzernbenutzt,aberauchalsMaterialfürBrandbomben.
HeuteisterunabdingbaralsDüngemittelinderLandwirtschaftund
musszumGlückschonlängstnichtmehrausUrinhergestellt
werden.
Aberwerweiß–vielleichtmüssenwirbaldwiederaufBrandsalte
Methodezurückgreifen.Denndiewirtschaftlichabbaubaren
PhosphorvorkommenaufderErdesindengbegrenzt.Dasmeiste
davon–übereinDrittel–findetmaninMarokko;einViertelinChina
unddenRestinJordanienundSüdafrika.Undmanschätzt,dass
dieseVorkommennurnochfüreinpaarJahrzehntereichen.Einpaar
neueLagerstättenhatmanmittlerweilegefundensodasswir
vermutlichnocheinweniglängerauskommen.UndimWassergibt
esauchnochjedeMengePhosphor–nurweißmanhierbisjetzt
nochnicht,wiemanihnökonomischvernünftigdortheraus
bekommt.
UndnatürlichbleibennochdieAsteroiden.DraußenimAllgibtes
jedeMengePhosphor.Wirmüsstenunsnurendlichaufraffen,eine
ernsthafteRaumfahrtbetreibenunddieRohstoffeaußerhalbder
Erdeabbauen.Ansonstenbleibtunsirgendwannwirklichnurnoch
derUrin.
EMMYNOETHERUNDDIEERHALTUNGSSÄTZEDERPHYSIK
E
Noetherwareinederbedeutenstendeutschen
Mathematikerinnenundhatauchindertheoretischen
PhysikfundamentaleErkenntnissegewonnen.Trotzdem
hörtmanüberihrLebenundihreArbeitvielweniger,alses
eigentlichangemessenwäre.InderÖffentlichkeitinteressiertman
sichzwargenerell–leider–wenigfürMathematikerund
Mathematikerinnenundesgibthiervielwenigerberühmteund
allgemeinbekannteNamenalsinanderenWissenschaftsdisziplinen.
Aberwennesjemandverdienthätte,überallbekanntzusein,dann
EmmyNoether.
Siewurdeam23.März1882inErlangengeboren.IhrwarVater
MathematikeranderdortigenUniversität;sieselbstwaraber
trotzdeminihrerKindheitundJugendeherweniganderMathematik
interessiert.Ander“HöherenTöchterschule”vonErlangendiesie
besuchte,wurdeaufMathematikauchkeinbesondererWertgelegt.
IhreersteAusbildungschlossEmmyNoetherimJahr1900als
LehrerinfürEnglischundFranzösischab.
1903durftenFrauenendlichauchanbayrischenUniversitäten
studieren.Noetherschrieb
sichanderUniErlangenein
undgingdortihremspät
erwachtenInteresseander
Mathematiknach.Schon
1907promoviertesieund
wardamitdiezweite
deutscheFrauüberhaupt,die
aneinerdeutschen
UniversitäteinenAbschlussin
Mathematikerlangte.Die
erstewarMarieGernetan
derUniversitätKarlsruhe,die
nachihrerDissertation
allerdingskeineLaufbahnin
derForschungverfolgte.
EmmyNoetherabertatdas
undwarbeiihrerArbeit
extremerfolgreich.Siewurde
nachGöttingeneingeladen,
dasdamalsweltweitführende
Bild:gemeinfrei
ZentrumdermathematischenForschungumdortgemeinsammit
FelixKleinundDavidHilbertzuarbeiten.Noetherwolltesichander
UniversitätGöttingenauchhabilitierenundtrafdabeiaufdie
Widerstände,dieFraueninderWissenschaftdamalsständigzu
schaffenmachte.DerGroßteilderFakultätwargegendieHabilitation
vonNoether.FrauenhättenaneinerUniversitätnichtszusuchen
undwennsieschonunbedingtstudierenmussten,dannsolltensie
nichtauchnochdieMöglichkeithaben,eineakademischeKarrierezu
verfolgen.DavidHilbert,einerderbedeutenstenMathematikerdes
20.Jahrhunderts,verteidigteNoethersAntrag,unteranderemmit
denWorten:“EineFakultätistdochkeineBadeanstalt”.
SchließlichstimmtendieKollegenderGöttingerFakultätzu;habilitiert
wurdeNoetherabertrotzdemnicht.Daswaranpreussischen
UniversitätuntersagtunddaszuständigeMinisteriumweigertesich,
eineAusnahmezuzulassen.NoetherkonntezwarVorlesungenan
derUniGöttingenhalten,musstesieaberunterHilbertsNamen
ankündigen–undbezahltwurdesiedafürnatürlichebenfallsnicht.
ErstnachdemerstenWeltkriegwurdenFrauenzurHabilitation
zugelassenundEmmyNoetherkonntesich1919alsersteFrau
DeutschlandsinMathematikhabilitieren.EineProfessurbekamsie
allerdingserst1922undbezahltwurdesiefürihreLehreerstab
1923.10JahrespäterübernahmdieNazisdieMachtinDeutschland
undderJüdinNoetherwurdedieLehrerlaubniswiederentzogen.Sie
gingindieUSAundarbeitetedortalsGastprofessorin,bevorsieam
14.April1935vielzufrühandenFolgeneinerOperationverstarb.
AngesichtsderSchwierigkeitendenensiealsFrauim
Wissenschaftsbetriebsdesfrühen20.Jahrhundertsgegenüberstand
undihreskurzenLebenshatsieeinerstaunlichumfangreichesund
vielfältigesWerkhinterlassen.
NoethersLeistungeninderMathematiksindanschaulichnurschwer
zuerklären.SiehatsichvorallemmitderAlgebrabeschäftigt.
VereinfachtgesagtistdasdiegrundlegendeDisziplin,inderesum
dasLösenvonGleichungenmitUnbekanntengeht.DieArtvon
GleichungendiemanausderSchulekenntundinderimmer
irgendwoein“x”vorkommt,dasmanbestimmenmuss.Noethers
Arbeitwarabernatürlichsehrvielspeziellerundkomplexeralsdas,
wasmaninderSchulelernt–ihrArbeitsgebietheißtnichtumsonst
“abstrakteAlgebra”.DabeigehtesumbestimmteStrukturendieso
ähnlichfunktionierenwiedieGrundrechenarten,dabeiaberviel
allgemeinergefasstsind.ZumBeispiel“Ringe”–aberjetztgenauzu
erklären,wasRingeinderMathematiksind,würdezuweitführen.
NoetherhataufdiesemGebietaufjedenFallsogrundlegendeArbeit
geleistet,dassheuteindieserDisziplindasAdjektiv“noethersch”
existiertundRingebzw.anderealgebraischeStrukturenmit
bestimmtenEigenschaftenbeschreibt.Genausogibtesden
NoetherschenNormalisierungssatz,dieNoetherscheOrdnung,den
NoetherschenRaum,denNoetherschenModul,denSatzvonLaskerNoetherüberdiePrimärzerlegungvonnoetherschenRingen,undso
weiter.NoetherhatsichnebenderAlgebraauchmitderTopologie
beschäftigt;mithyperkomplexenZahlen,mitderGaloistheorieund
vielenanderenThemen.
GanzbesondersbekanntistsieaberfürihrenBeitragzur
theoretischenPhysik.EinerderGründe,ausdenenNoetherdamals
vonHilbertundKleinnachGöttingeneingeladenwurde,wardie
allgemeineRelativitätstheorievonAlbertEinstein.Die
mathematischenMethodendieEinsteindafürverwendetewaren
genaudasdamaligeSpezialgebietvonNoetherundHilberthoffte,
dasssieihmbeieinemProblemhelfenkonnte,aufdasergestoßen
war.SeinerMeinungnachverletztedieallgemeineRelativitätstheorie
deninderPhysiksowichtigenEnergieerhaltungssatz.Alsobegann
NoethersichmitErhaltungsgrößenzubeschäftigenundfanddas,
washeutealsNoether-Theorembekanntist.
AusschnittausNoethersArbeit(Bild:gemeinfrei)
DieDetailssindauchhiersehrkompliziert,aberdiegrundlegende
AussagelässtsichauchhierineinemSatzzusammenfassen:“Zu
jederkontinuierlichenSymmetrieeinesphysikalischenSystems
gehörteineErhaltungsgröße.”
Eine“Symmetrie”istindiesemZusammenhang–vereinfachtgesagt–
alleswasmanmiteinemphysikalischenSystemanstellenkann,ohne
dabeidessenVerhaltenzuändern.WennmanzumBeispiel
irgendeinExperimentdurchführt,dannsollteeskeineRollespielen,
obmandiesesExperimentinWienoderinBerlindurchführt.Die
physikalischenGesetzesinddawiedortdieselbenunddie
TransformationvoneinemOrtzumanderenbeeinflusstdasGanze
nicht.InderPhysiknenntmandasdie“HomogenitätdesRaums”und
siestelltgenausoeineSymmetriedar,wieNoethersieuntersuchte.
EineandereSymmetriewäredieHomogenitätderZeit:Esspielt
keineRolle,obmaneinExperimentMontags,Dienstagsoder
Donnerstagin100Jahrendurchführt.Oderdie“Isotropiedes
Raums”,diebesagt,dasdieRichtungimRaumkeineRollespielt.
DiesedreiSymmetriensindanschaulichverständlich,aberNoether
hatihrTheoremvielallgemeinergefasst.WennmaneinSystemaus
GleichungenhatunddieseGleichungenaufeineArtundWeise
transfomierenkann,sodasssichvielleichtdasAussehender
Gleichungenändert,abernichtdasVerhaltendassiebeschreiben:
DannstelltdieseTransformationeineSymmetriedar.Undwennesin
einemSystemausGleichungeneinesolcheSymmetriegibt,danngibt
esimmeraucheineganzkonkreteGröße,diesichnieändertund
immererhaltenbleibenmuss,egalwaspassiert.
BeidenphysikalischanschaulichenBeispielenvonvorhinsinddasdie
ausdemPhysikunterrichtbekanntenErhaltungsgrößen:Ausder
HomogenitätderZeitfolgtdieErhaltungderEnergie,ausder
HomogenitätdesRaumsdieErhaltungdesImpulsesundausder
IsotropiedesRaumsdieDrehimpulserhaltung.
DasNoether-TheoremspieltaberauchinvielenanderenBereichen
eineRolle.IndermodernenTeilchenphysikerklärteszumBeispiel
ErhaltungsgrößenwiedieelektrischeLadung.AlbertEinsteinwar
äußerstbegeistertvonNoethersArbeit;undnachihremTodschrieb
erinderNewYorkTimes,dasssiedas“bedeutenstekreative
mathematischeGenie”sei,dass“seitderEinführungder
HochschulbildungfürFrauen”aufgetretenistundsieineinem
“BereichderMathematikdasdiebegabtestenMathematikerseit
Jahrhundertenbeschäftigthat,neueMethodenvonenormer
Bedeutungentdeckthat”.EinsteinstandmitseinerMeinungüber
Noethernichtalleineda;siewurdevonsogutwieallenKollegenin
denhöchstenTönengelobt.DerMathematikerNorbertWiener
schreibzumBeispielübersie:“FrauNoetheristdiegrößte
Mathematikerndiejemalslebte,diegrößtezeitgenössische
WissenschaftlerinirgendeinerDisziplinundeineForscherindie
mindestensmitMarieCurieverglichenwerdenmuss”.
DasNoether-Theoremgehörtzudenwichtigsten–undaußerhalb
derPhysikleiderauchunbekanntesten–Grundlagendermodernen
Naturwissenschaft.EmmyNoethergehörtzudenwichtigsten–und
leiderauchaußerhalbderPhysikundMathematikunbekanntesten–
WissenschaftlernderNeuzeit.
DIEARMILLARSPHÄRE
A
nomenbenutzenTeleskope.Dasstimmt,auchwennnicht
alleAstronomenauchselbstbeobachten.Vielekommen
auchwunderbarmitPapier,BleistiftundComputeraus.
AberTeleskopesinddieGrundlageastronomischer
Forschung.Zumindestindenletztenknapp400Jahren.Denn
Teleskopegibteserstseitdem17.Jahrhundert,wieichinFolge107
derSternengeschichtenerzählthabe.Astronomieexistiertaber
schonviellängerundauchvorderErfindungdesTeleskopsgabes
astronomischeInstrumente.ZumBeispieldieArmillarsphäre.
DaslateinischeWortArmillabedeutet“Ring”undeineArmillarsphäre
istdahereineKugel,dieausRingenbesteht.AlsErfinderdieses
GerätsgiltdergriechischeForscherEratosthenes,derimzweiten
unddrittenJahrhundertvorunsereZeitgelebthat.Aberwiesooft
beisolchalterGeschichte,istesnichtganzeindeutig,wanndie
ArmillarsphäredasersteMalaufgetauchtist.
ArmillarsphäreausdemJahr1585(Bild:PublicDomain)
Aberwerauchimmersieerfundenhat:Siedientdazu,denHimmel
besserzuverstehen.EineArmillarsphäreistimPrinzipnichtsanderes
alseinPlanetariumimKleinformat.SiebildetdenHimmelabund
erlaubtes,dieBewegungvonHimmelskörpernzuverstehenund
vorherzusagen.
DieGrundlagederArmillarsphärebildetdiescheinbareBewegung
derSonneamHimmelderErde.Stellenwirunsvor,esistgerade
Winteranfang.ImWintersinddieTagekürzerunddieSonnezeigt
sichnurkurz.SiegehtimSüdostenauf,steigteinwenigüberden
HorizontunderreichtimSüdenihrenhöchstenPunktbevorsieim
Südwestenwiederuntergeht.WenndanneinpaarMonatespäter
derFrühlinganfängt,siehtdieSacheschonandersaus.Zur
sogenanntenTagundnachtgleichesindhellerTagundNacht–wieder
Nameschonsagt–gleichlang.DieSonnegehtimOstenauf,steigt
amHorizontweiternachobenalszuWinterbeginnundstehtan
ihremhöchstenPunktimSüdenauchüberdemhöchstenPunkt,den
sieimWintererreichthat.UntergehensehenwirsiedannimWesten.
WennwirunsdenLaufderSonnealsBogenvorstellen,dannistder
Bogen,densiezuFrühlingsbeginnamHimmelziehtgrößeralsder
zumWinteranfang.NochgrößeristderBogen,denwiramersten
TagdesSommerssehenkönnen.HieristderhelleTagamlängsten,
dieSonnegehtimNordostenauf,steigtimSüdenhochüberden
HorizontundgehtimNordwestenunter.ZumHerbstanfangsindTag
undNachtwiedergleichlangunddieSonnefolgtdemgleichen
Bogen,demsieauchschonzurTagundnachtgleicheimFrühling
gefolgtist.
EsgibtalsodreiineinanderverschachtelteBögen:amkleinstenist
derdemdieSonneimWinterfolgt,amgrößtenderimSommerund
dazwischenliegtderfürFrühlings-undHerbstanfang.Anden
anderenTagendesJahresfolgtdieSonneeinemBogen,der
irgendwiezwischendiesenBögenliegt.DaswirBögenbeobachten
liegtdaran,dasswirdieSonneimmernurdannsehenkönnen,wenn
sieüberdemHorizontist.Undsiebewegtsichauchnichtwirklich;es
erscheintunsnurso,weildieErdesicheinmalin24Stundenumihre
Achsedreht.
BisjetzthabenwirdieSituationvonderOberflächederErdeaus
betrachtet.Wennwirunsnunaufeinenweiterentfernten
StandpunktzurückziehenunddieSachevonaußenbetrachten,
sehenwirkeineBögenmehr,sondernKreise.WennwirunsdieErde
unbewegtimZentrumdenkenunddiescheinbareBahnderSonne
ansehen,erhaltenwiranstattderdreiBögendreiKreise,dieumdie
Erdeherumliegen.DiebeidenäußerenKreise,diedieBahnder
SonnezuWinter-undSommerbeginnmarkieren,sinddie
sogenanntenWendekreise.DernördlicheWendekreis,derauch
“WendekreisdesKrebses”genanntwirdunddersüdliche
Wendekreiseoder“WendekreisdesSteinbocks”.InderMitteliegtder
Himmelsäquator,derdemaufdenHimmelprojiziertenÄquatorder
Erdeentspricht.DennördlichenundsüdlichenWendekreisfindet
man23,5GradnördlichundsüdlichdesÄquators.
DiesedreiKreisebildendasastronomischeFundamenteiner
Armillarsphäre.AußerdembrauchtesnochdenMeridianundden
Horizont.Esistvielleichteinwenigschwierig,sichohneBilder
vorstellenzukönnen,wiesoeineArmillarsphäreaussieht.Aberesist
auchnichtwahnsinngkompliziert.Stellenwirunsvor,wirstünden
irgendwoaufeinerEbene,unterunsflacherBodenundüberuns
derHimmel.WirbildennundasZentrumunsererfiktiven
Armillarsphäre.JetztziehenwireinenhorizontalenRingumuns
herum–entlangdesHorizonts(darumheißtesjaauch“horizontal”).
Jetztziehenwireinenzweiten,vertikalenRing,derzumBeispielvon
NordendirektüberunserenKopfnachSüdenverläuftunddann
unterunserenFüßenwiederzurücknachNorden.Wennwirunsdas
nichtnurvorstellen,sonderndiesebeidenRingeauchtatsächlich
herstellenundpassendverbinden,bekommenwirdieGrundstruktur
derArmillarsphäre.JetztnehmenwirunseredreiKreisringevon
vorhin,diebeidenWendekreiseunddenHimmelsäquatorund
passensieindieGrundstrukturein.Dazumüssenwir
berücksichtigen,woaufderErdewirunsbefinden.Stehenwirzum
BeispielgenauamÄquator,dannfälltderRingfürden
HimmelsäquatormitdenRingfürdenHorizontzusammen.Befinden
wirunsnördlichodersüdlichvomÄquator,müssenwirdiedreiRinge
entsprechenddergeografischenBreitegegenüberdemHorizont
neigen.
EinevernünftigeArmillarsphäreistsokonstruiert,dassdieRinge
beweglichsindundmansiefürjedenOrtaufderErdepassend
einstellenkann.InderbisherbeschriebenenFormistsieschonrecht
hübsch,aberdamitmanwirklichdamitarbeitenkann,brauchtesauf
jedenFallnocheinenweiterenKreis:DieEkliptik.Dasistdie
scheinbareBahn,diedieSonneimLaufeinesJahresumdieErde
herumzieht.Wiedernurscheinbar,denninWahrheitistesjadie
Erde,diesichbewegt.DieEkliptikentsprichtalsoderEbene,inder
dieErdeumdieSonneherumläuft.DieseEbeneistum23,5Grad
gegenüberdemHimmelsäquatorgeneigtundwirdauchinder
Armillarsphäreentsprechendeingepasst.
WernuneinbesondersgutesräumlichesVorstellungsvermögenhat,
derAnleitungimGeistgefolgtistunddieArmillarsphäreinGedanken
vorsichsieht,wirdnunmerken,dassderRingderEkliptikgenau
zwischennördlichenundsüdlichenWendkreispasst.Dortwoder
RingderEkliptikdennördlichenWendekreisberührt,befindetsich
dieSonnegenauzuWinterbeginn.AmsüdlichenBerührungspunkt
istsieamSommeranfangunddiebeidenBerührungspunktemitdem
HimmelsäquatordurchläuftdieSonneanderFrühlings-bzw.
Herbsttagundnachtgleiche.
Unddamithabenwirschon
denerstenEinsatzbereichfür
dieArmillarsphäre.Wenn
manaufdemRingfürdie
Ekliptikeineentsprechende
Skalaanbringt,anderdie
365TagedesJahres
aufgeschriebensind,kann
mansoablesen,anwelchem
TagsieHimmelsäquatorbzw.
einenderWendekreise
erreichtundsodenBeginn
derJahreszeitenvorhersagen.
Mankannaberauch
feststellen,wiehochsiean
einemirgendeinemanderen
TagdesJahresamHimmel
stehenwird.Dazugibtesbei
DiagrammeinerArmillarsphäre(Bild:
PublicDomain)
vielenArmillarsphäreneine
kleineKugel,dieman–alsMarkierungfürdieSonne–anden
Ekliptikringsteckenkann.Willmanwissen,wieihrWegzumBeispiel
am13.Maiaussieht,platziertmansiedort,woaufderEkliptikder
13.Maimarkiertist.WennichdenRingdanneinmalherumdrehe,
waseinerDrehungderErdeumihreAchse,alsoeinemvollenTag
entspricht,kannmanmitderArmillarsphäredirektbeobachten,
wanndieSonneüberdemHorizontaufgeht,wiehochsieamHimmel
steigenwird,inwelcherHimmelsrichtungsiewiederuntergeht,und
soweiter.
WasmitderSonnegeht,gehtnatürlichauchmitanderen
Himmelskörpern.MankannaufderSphäreentsprechendeRinge
undMarkierungenfüranderenPlanetenundSterneanbringenund
sichdamitansehen,woundwannsiezubestimmtenZeitenimJahr
auf-unduntergehen.
Auchwenndasalleseinwenigkompliziertklingt,istesdochnicht
allzuschwerzuverstehen,wennmansoeineArmillarsphäredirekt
vorsichhat.VorallemdeswegenwarsielangeZeiteinbeliebtes
InstrumentundHilfsmittelinderAstronomie,umdieBewegungder
Himmelskörperanschaulichundvorhersehbarzumachen.Nachdem
antikenGriechenlandwurdedieArmillarsphärevoralleminder
islamischenWelteingesetztundverbessert.NachEuropakamsie
erstim15.Jahrhundertundim16.Jahrhundertbautederdänische
AstronomTychoBrahe–überdenichinFolge167der
Sternengeschichtenmehrerzählthabe–diebestenundpräzisesten
dieserSphären.
Danachwurdesieaberziemlichbald
durchdasTeleskopabgelöst.Heute
findetmandieArmillarsphärennurnoch
inMuseen.Verwendetwirdsieinder
Praxisnichtmehrundmansiehtsie
auchkaumnochirgendwo.Esseidenn,
manbefindetsichinPortugal!Füreine
SeefahrernationwiePortugalwardie
AstronomieunddiedamitmöglicheNavigationaufdenMeeren
dieserWeltvonsogroßerBedeutung,dasssiedieArmillarsphäreals
SymbolinihreNationalflaggeübernommenhaben.Einwürdiger
PlatzfürsoeinwichtigesastronomischesInstrument!
DIEGEGENERDE
S
JahrensindAstronomenaufderSuchenachder“zweiten
Erde”.DamitmeinensieeinenHimmelskörperdereinen
anderenSternumkreistundaufdemähnlich
lebensfreundlicheBedingungenherrschenwieaufunserem
Planeten.Mitder“Gegenerde”hatdasallerdingsnichtszutun.Mit
diesemBegriffwirdzwaraucheinPlanetwieunsereErdebezeichnet.
DersollsichabernichtbeieinemanderenSternbefinden,sondern
inunseremSonnensystem.AufdergleichenUmlaufbahnwiedie
Erde,nurvonunsausgesehenimmergenauhinterderSonneund
damitunsichtbar.
HeutetauchtdieGegenerdemeistensindenGeschichtenvonUFOFanatikerundPseudowissenschaftlernauf.Siehatabereinelange
Geschichte,diebismindestensins5JahrhundertvorunsererZeit
zurückreicht.DamalshatsichdergriechischePhilosophPhilolaos
damitbeschäftigt.
PhilolaoswareinAnhängerderLehrenvonPythagoras,derjanicht
nurgrundlegendeundbisheutegültigemathematischeErkenntnisse
schuf,sondernaucheineseltsame,aufeinerArtZahlenmystik
basierendeSekte.DiesePythagoräersahensichinderzweitenHälfte
des5.JahrhundertsvorunsereZeitdemUnmutderBevölkerung
ausgesetztundihreVersammlungsstättenwurdenangegriffen.Man
erzähltsich,dassPhilolaoseinervonnurzweiÜberlebendendieser
Unruhenwar.
ErdeundGegenerde(Bild:gemeinfrei)
Obdasstimmt,istunklargenausowievielesandereausseinem
Leben.Wirwissenaber,dassereinerechtinteressanteVorstellung
überdenAufbaudesKosmosentwickelthat.ImMittelpunktdes
UniversumsstelltesichPhilolaosein“Zentralfeuer”vor.Mitdem
modernenheliozentrischenWeltbildhatdasallerdingsnichtszutun,
denndasZentralfeuerwarnichtmitderSonneidentisch.Aber
immerhinwarinPhilolaos’WeltbilddieErdeinBewegungundzwar
umdiesesZentralfeuerrundherum.AußerhalbderErdbahn
bewegtensich–indieserReihenfolge–derMond,dieSonne,der
Merkur,dieVenus,derMars,derJupiterundderSaturnundganz
außenschlossdieSphärederFixsternedaskleineUniversumdes
Philolaosab.
Soweit,sogutundordentlich.AberPhilolaoshatteeinProblem.
GemäßderdamalsherrschendenVorstellungwarendie
Himmelskörperalle“ätherische”Objekte,alsoquasiwolkenartihund
leicht;ohnegroßeMasseundGewicht.AufdieErdekonntedasaber
nichtzutreffen,dennjederkonnteaufdenerstenBlicksehen,dass
hierallesvollmitLand,Bergen,Ozeanenundanderenmassivenund
festenObjektenist.WenndieErdealsoschwerist,dannkanndie
MassedesUniversumsnichtimZentralfeuerkonzentriertsein.Der
SchwerpunktundderMittelpunktdesKosmoswärennichtidentisch
unddasstörtePhilolaos.Alsogingerdavonaus,dassesnocheine
zweite,schwereErdeaufderanderenSeitedesZentralfeuersgeben
musste,diedasGewichtunsererErdeausgleicht.
DieseGegenerdeoder“Antichthon”waraberfürunsnichtzusehen.
DennPhilolaosgingaußerdemdavonaus,dassunsereErdeeine
flacheScheibeist.DieeineSeite,aufderwirleben,istvom
Zentralfeuerab-undderSonneunddenanderenHimmelskörpern
zugewandt.DieunbelebteundunbewohnteRückseiteweistdagegen
immerinRichtungZentralfeuer.DasistderGrund,warumwirdieses
ZentralfeuernichtsehenkönnenundauchderGrund,wiesodie
Gegenerdefürunsunsichtbarist.
AristoteleswarmitPhilolaos’Kosmologienichteinverstanden.Erwar
derMeinung,dassdieErdeselbstsichimMittelpunktdes
Universumsbefindenmüsse.Siewürdedortunbewegtverharren
undallesanderemüssesichumsieherumbewegen.Wiesonst
könntemandieTatsacheerklären,dassObjektenachuntenfallen?
LautAristoteleshattejedesDingimUniversumseinennatürlichen
Ort.Und–vondenätherischenHimmelskörperndieauseinerganz
besonderenMateriebestehensolltenmalabgesehen–dieserOrtsei
ebenderMittelpunktdesUniversums.DerbefindetsichimZentrum
derErdeunddeswegenwürdesichallesdorthinbewegenwollen
undnachuntenfallen.
Im16.und17.JahrhundertverstandendieMenschendannschon
besser,wiedasSonnensystemtatsächlichfunktioniert.Inseinem
MittelpunktbefindetsichdieSonneunddieErdeumkreistsiegenau
sowiealleanderenPlanetenauch.DasWort“Antichton”wurdezwar
weiterhinverwendet;jetztabermeistensfürdienocheher
unbekanntesüdlicheHemisphäreunseresPlaneten.
UnddieGegenerdehinterderSonne?Auchdieverschwandnoch
nichtvöllig.Im18.Jahrhundertuntersuchtederfranzösische
MathematikerJoseph-LuisLagrangedieBewegungder
Himmelskörperundfand,dassdervonderErdeausgesehengenau
hinterderSonneliegendePunkttatsächlichbesondersist.
ErentdecktedieheutenachihmbenanntenfünfLagrange-Punkte
(überdieichinFolge31derSternengeschichtenschonmehrerzählt
habe).BetrachtenwirdieErdeunddieSonnedannhebensichan
diesenfünfPunktenallewirkendenKräftegenauauf.Himmelskörper
diesichgenauineinemderLagrange-Punktebefinden,könnendort
bleiben,ohnevonäußerenStörungenbeeinflusstzuwerden.Zwei
dieserPunkteliegeninunmittelbarerUmgebungderErde;einer
zwischenErdeundSonnederandereaufderderSonne
abgewandtenSeitederErde.ZweiweiterePunktebefindensich
entlangderErdbahn,immer60Gradvorbeziehungsweisehinter
demPlaneten.DerletzteLagrange-Punkt,deroffiziell“L3”genannt
wird,liegtabertatsächlichgenauaufdergegenüberliegendenSeite
derErdbahn;direkthinterderSonne.
Zumindesttheoretischkönnte
dorteinPlanetexistieren,den
wirnichtsehen.Theoretisch.
InderPraxisistesaber
trotzdemunmöglichundzwar
ausdenfolgendenGründen.
Lagrangehatteseine
Rechnungennurim
Dreikörperproblem
durchgeführt,alsoalle
HimmelskörperaußerSonne
DieLagrange-Punkte.L3könntedieHeimat
undErdeignoriert.Seine
derGegenerdesein…
Lösungensinddaherauch
nurNäherungslösungendieinderRealitätsonichtexistieren.Denn
daexistierenjaalldieanderenPlanetenmitsamtdengravitativen
Störungendiesieausüben.DieseStörungenwürdenauchdie
Gegenerdebeeinflussen,selbstwennsiesichdirektinL3befinden
würde.ImLaufederZeitwürdesiedenLagrange-Punktverlassen
unddamitnichtnurfürunssichtbarwerdensondernvermutlich
früheroderspätermitunskollidieren.Daswürdenureinpaar
MillionenJahredauern;unserPlanethataberschon4,5Milliarden
JahrelangohneBesucheinerGegenerdeüberlebt.
DankderStörungenallderanderenPlanetenimSonnensystem
stehtdieSonneauchnichtkomplettstillsondernwackeltimmerein
wenighinundher.Nichtviel,aberdochsosehr,dasseinepotentielle
Gegenerdeimmerwiedermalkurzhinterihrauftauchenundfüruns
sichtbarwerdenwürde.DieGegenerdewürdenatürlichauchselbst
gravitativeStörungenausüben.DieseStörungenwürdendie
BewegungderErdebeeinflussenunddiederanderenPlaneten.
Wennessiegäbe,dannwürdenwirdasmerken.Wennwirdie
zukünftigePositionderPlanetenvorausberechnenunddabeidie
Gegenerdenichtberücksichtigen,müsstenwirständigFehlerbeiden
RechnungenmachenunddievorhergesagenPositionenwürden
nichtmitdenrealenPositionenübereinstimmen.Dasistabernicht
derFall;diePlanetensindalledort,wosieauchseinsollen.Das
gleichegiltfürdieRaumfahrzeuge,diewirdurchsSonnensystem
schicken.Raumsonden,diezumBeispielinRichtungVenusfliegen–
wie“VenusExpress”imJahr2005–würdenvonderGravitationskraft
derGegenerdesosehrgestörtwerden,dasssieihrZielnicht
erreichenkönnten.Siehabenesabererreicht–undauchunterwegs
nichtsgesehen,waswieeinezweite,unbekannteErdeaussieht.
SofaszinierenddieIdeeeinerGegenerdeauchseinmag:Eskannsie
nichtgeben.Abgesehendavon,dassesextremunwahrscheinlichist,
dasssichwährendderchaotischenPhasederPlanetenentstehung
zweiidentischeHimmelskörperaufdergleichenUmlaufbahnumdie
Sonnebildenwürden,hättenwirschonlängstgemerkt,dassdanoch
einezweiteErdeihreRundenzieht.DieGegenerdekannesweiterhin
nurinderScience-Fiction-Literaturgeben–oderdenwirrenIdeen
derPseudowissenschaftler.
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