Der Polarstern und weitere Sternengeschichten
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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 STERNBILDER DerPolarstern 04 WEITERESTERNENGESCHICHTEN 01 DasungelösteProblemderNavier-Stokes-Gleichungen 02 Hanny’sVoorwerp 03 DiechinesischeMauerunddasAll–waswirsehen könnenundwasnicht 04 05 Luther,KopernikusunddieAstronomie IMPRESSUM 03|Sternbilder DerPolarstern VONFLORIANFREISTETTER DerPolarsternistvorallemwegenseinerPositionamHimmelso außergewöhnlich.EristderhellsteSternimSternbildKleinerBär,ein rechtunscheinbaresSternbildamHimmelundderPolarsternist auchkeinbesondersauffälligeroderhellerStern.Eristschongar nichtderhellsteSternamNachthimmel,wiemanofthörenkann. DERPOLARSTERN P olaris,Phoenice,Alruccabah,Lodestar,Navigatoria, Cynosura,…–dievielenNamendiesesSternszeigenschon, dassessichumeinganzbesonderesExemplarseiner Gattunghandelt.HeutegehtesindenSternengeschichten umAlphaUrsaeMinoriswiederoffizielleNamedesSternslautet. Umden“Polarstern”,wieeraufdeutschheißt. DerPolarsternistvorallemwegenseinerPositionamHimmelso außergewöhnlich.EristderhellsteSternimSternbildKleinerBär,ein rechtunscheinbaresSternbildamHimmelundderPolarsternist auchkeinbesondersauffälligeroderhellerStern.Eristschongar nichtderhellsteSternamNachthimmel,wiemanofthörenkann.Mit freiemAugekannmanihnzwardurchausgutsehen–aberesgibt vieleSternediehellersind.ZweiDingesindes,dieihnauszeichnen: InseinerunmittelbarenUmgebunggehörterzudenhellsten Objekten;eristalsoschwermitanderenSternenzuverwechseln. Undvielwichtiger:ErbefindetsichfastexaktdortamHimmel,wo sichauchderHimmelsnordpolbefindet.DerHimmelsnordpolistder aufdenHimmelprojizierteNordpolderErde.Wennmandie RotationsachseunseresPlanetengedanklichbishinaufinden Himmelverlängert,dannläuftsiedirektamPolarsternvorbei. WennsichnundieErdeeinmalamTagumihreAchsedreht,dann siehtdasfürunssoaus,alswürdensichdieSterneallesamteinmal proTagumdieErdeherumbewegen.UndderPunktumdensiesich scheinbardrehenistderPolarstern.DashatihmseitlangerZeitdie AufmerksamkeitderMenschengesichert.Inderindischen AstronomieträgtderSterndenNamendhruva,wassovielwie “FixierterStern”bedeutet:VonallenSternenamHimmelistder Polarsterndereinzige,dersichnichtbewegt.Erstehtfestandem Ort,andemersichbefindet.EinalterenglischerNamefürden Polarsternistlodestar,wasvomnorwegischenWortleiðarstjarna beziehungsweisedemmittelhochdeutschenWortleitsterne abstammt.DerPolarsternistalsoeinStern,vondemmansichleiten lassenkann.UndzwarimmerinRichtungNorden. DaderPolarsterngenauüberdemNordpolderErdesteht,zeigt seinePositionamHimmelfüralleBeobachtergutsichtbardie RichtungnachNordenan.FürdieNavigationaufSeeoderohne KompasswarderPolarsterndaherinderVergangenheitimmer wichtigundauchheutekannmansichzumBeispielauf Wanderungengutnachihmrichten.Erlässtsichauchohnegroße astronomischeKenntnissegutfinden. DazumussmannurdieKonstellationdesGroßenWagensfinden; eineGruppevonSternendiesoauffälligundbekanntist,dassman siekaumverfehlenkann.WennmannundieVerbindungslinie zwischendenhellenhinterenSternendesGroßenWagensetwaum dasfünffacheverlängert,landetmangenaubeimPolarstern–und weiß,woNordenliegt.AlshelleMarkierungdesHimmelspolsdient derPolarsternzwarschonlange,abernichtimmer.Die RotationsachsederErdezeigtnichtimmerindiegleicheRichtung sondernbeschreibtimVerlaufvon26.000JahreneinenkleinenKreis amHimmel.AlsdergriechischeGeographPytheasimdritten JahrhundertvorChristusdieRegiondesHimmelsnordpolsbeschrieb stellteerfest,dasssichdortkeineSternebefinden.Undtatsächlich zeigtedieRotationsachsederErdedamalsineineRichtunginder sichkeinauffälligerSternbefand.EinpaarhundertJahredavorwar ThubanimSternbilddesDracheneinguterPolarsternunddie MenschendieinderSteinzeitvorungefähr14.000Jahrenzum Himmelgeblickthaben,konntendiehelleWegadirektbeim Himmelspolsehen.Unddie Menschendiesichincirca zweiJahrtausendenanden Sternenorientierenwollen, müssenzuGammaCepheiim SternbildKepheusschauen, wennsieNordenfinden wollen. DerPolarsternistabernicht nurausnavigatorischerSicht interessantsondernhatauch astronomischeinigeszu bieten.ZumBeispieldie Tatsache,dassessich eigentlichnichtumeinen sondernumdreiSterne handelt.ZweiSternebilden dorteinsehrenges Doppelsternsystem;Polaris DerPolarsternistleichtzufinden(Bild: PublicDomain) AaisteingroßergelberRiesensternmitder4,5fachenMasseder Sonnederungefähr2000MalsohellleuchtetwieunsereSonne. SeinBegleiterPolarisAbdagegenisteinZwergsternundder Abstandzwischenihnenbeträgtnurungefähr20Astronomische Einheiten;entsprichtalsoderinetwaderDistanzzwischender SonneunddemUranus.2400AstronomischeEinheitenentfernt bewegtsichdersonnenähnlicheSternPolarisBumbeide KomponentendesDoppelsternsystemsherum. DieEntfernungzwischendendreiSternendesPolarsternsystems undderErdebeträgt433Lichtjahre;eineDistanzdiedankgenauer Satellitenmessungenmittlerweilerechtgutbekanntist;vornichtallzu langerZeitdachtemannoch,dassdieDistanznäherbei330 Lichtjahrenlag.DasProblembeiderEntfernungsbestimmunglag auchinderNaturdesPolarsternsselbst.DieHelligkeitvonPolaris Aa,alsdeshellenRiesensternsändertsich.Heutewirderals veränderlicherSternklassifiziert(überdieichinFolgen64und65 derSternengeschichtenmehrerzählthabe)undzwaralsklassischer Cepheid.Früherdachteman,eshandlesichumeinenTyp-II-Cepheid. DerUnterschiedzwischendiesenbeidenGruppenliegtinihrem Ursprung:DieklassischenCepheidengehörenzursogenannten PopulationI,alsderjüngstenGenerationanSternenzudenenauch unsereSonnegehört.CepheidenvomTyp-IIgehörenauchzur PopulationII,alsoeinerälterenGenerationderSterne.Nochälter sindnurSternederPopulationIII,diedirektnachdemUrknallselbst entstandensind.SolcheSternehatmanbisjetztabernochnicht beobachtenkönnen.WieCepheidenihreHelligkeitverändernist einigermaßengutverstanden,aberderPolarsternspieltauchhier eineSonderrolle. Vor1963ändertesichseineHelligkeitumungefähreine Zehntelmagnitude,alsoumetwa5ProzentdergesamtenHelligkeit. Nach1966wurdedieÄnderungschnellschwächerundbetrugnur nochetwa2,5Prozent.AktuelleBeobachtungenzeigenallerdings, dassdieAusschlägewiederstärkerwerden;einVerhaltendasman bisjetztsonochnichtbeiveränderlichenSternendesCepheidenTypsbeobachtethat.Mangehtdavonaus,dassderenge BegleitsternPolarisAbetwasdamitzutunhat.DieÄnderunginder HelligkeitwirddurcheineVeränderungderTemperaturdesSterns verursachtundhierkanndieBewegungderbeidenSterne umeinandervielleichteineRollespielen.Nochinteressanterwirddie Angelegenheit,wennmanauchdiealtenBeobachtungenausder Antikeberücksichtigt.VergleichtmandieAufzeichnungendes AstronomenPtolemäusmitdenenvonheute,dannmusssichdie HelligkeitdesPolarsternsumdas2,5fachevergrößerthaben.Wenn dastatsächlichsowar,dannistdasebenfallsaußergewöhnlich.Eine soschnelleundstarkeÄnderungderHelligkeitistnichts,wassich leichtmitdenStandardmodellenderSternentwicklunginEinklang bringenlässt. DasRätselumdie Helligkeitsveränderungendes Polarsternsistnocheinmalextra interessant,wennmanberücksichtigt daserfrühersogaralsNullpunktfürdie SkaladerHelligkeitsmessungbeiSternen diente.BevormandieVeränderlichkeit desPolarsternsentdecktedachteman, manhätteindemSternmitseiner einmaligenfixenPositionamHimmelspol KünstlerischeDarstellungder SterneimPolarstern-System (Bild:NASA,ESA,G.Bacon (STScI)) einenwunderbareBezugspunkt entdecktandemsichalleanderen Sternhelligkeitenmessenlassen.Tja–so kannsgehen… DerPolarsternwirdunsMenschenalso weiterbeschäftigen.DieAstronomenwerdenversuchenseine seltsamenEigenschaftenzuverstehen.DieLeutewerdenihn weiterhinalsHilfebeidernächtlichenOrientierungbenutzen.Und seine–zumindestderzeitnoch–einmaligePositionanunserem HimmelwirdweiterhinKünstlerinspirieren,sowiedamalsWilliam Shakespeare,derdenPolarsterninseinemberühmtenSonett116 als“unverrücktes”und“unwandelbaresZeichen”mitderLiebe verglichenhat.UndmitdiesemschönenGedichtmöchteichdie heutigeFolgederSternengeschichtenauchbeenden: " “DemfestenBundgetreuer HerzensollKeinHindernis erstehn:Lieb’istnichtLiebe, Die,inderZeitenWechsel wechselvoll,Unwandelbar nichtstetsimWandelbliebe. EinZeichenistsiefestund unverrückt,Dasunbewegtauf SturmundWellenschaut,Der Stern,zudemderirreSchiffer blickt,DesWertsichkeinem Höhenmaßvertraut.KeinNarr derZeitistLiebe!Ob gebrochenDerJugendBlüte fälltimSensenschlag,Die LiebewanktmitStundennicht undWochen,Nein,dauert ausbiszudemJüngstenTag! KanndiesalsIrrtummir gedeutetwerden,Soschrieb ichnie,wardniegeliebtauf Erden! " 04|WeitereSternengeschichten DASUNGELÖSTEPROBLEMDERNAVIER-STOKES-GLEICHUNGEN E sumeinProblemmitdessenLösungmansicheineMillion Dollarverdienenkann.Esistallerdingsdurchauseinwenig knifflig.Soknifflig,dasseszudensiebenMillenium- Problemengehört.DiehatimJahr2000dasClay MathematicsInstituteausdenUSAzusammengestellt.Eshandeltsich ummathematischeVermutungenfürdietrotzlangerSuchenoch keinBeweisgefundenwerdenkonnte.Dastrifftaufziemlichviele Problemezu,indiesemFallsindesaberVermutungendievon großerBedeutungfürdieMathematiksind.SogroßeBedeutung, dassfürihreLösungebenbesagteeineMillionDollarausgelobt wurden. DieMathematikistfüralleNaturwissenschafteneinunverzichtbares WerkzeugundjedermathematischeFortschrittdortfindetfrüher oderspäterauchseineAnwendunginPhysik,AstronomieundCo. DasgiltauchfürdiesiebenMillenium-Probleme;beieinemdavongilt dasaberganzbesonders.EsgehtdabeiumdiesogenanntenNavierStokes-Gleichungen.DerfranzösischeMathematikerClaudeLouis MarieHenriNavierundderIreGeorgeGabrielStokesbeschäftigten sichim19.JahrhundertmitdemVerhaltenvonFlüssigkeitenund Gasen.GanzbesondersinteressiertwarensieanderFrage,wiesich strömendeGaseundFlüssigkeitenmathematischbeschreibenlassen. SiefandeneinSystemkompliziertermathematischerGleichungen, mitdenensichsolcheStrömungenbeschreibenlassen. Strömungensindüberall!(Bild:NASA/GoddardSpaceFlightCenterScientificVisualization Studio) AberwiedasinderMathematikoftsoist:Esmagdurchaus kompliziertsein,eineGleichungaufzustellen–nochkomplizierterist esmeistens,dieseGleichungdannauchzulösen.Undgenaudavon handeltdasMillenium-ProblemderNavier-Stokes-Gleichung.Esist leichtzusehen,warumesnichtnurinderMathematikwichtigist,das VerhaltenvonströmendenFlüssigkeitenundGasenzuverstehen. GaseströmenineinemVerbrennungsmotor.OderderTurbineeines Flugzeuges.GaseströmeninderAtmosphärederErdeunderzeugen dasWetter.Autoswerdensogebaut,dassdieLuftmöglichstohne Widerstandübersiehinwegströmt.ÜberallinderNaturströmen GaseundFlüssigkeiten;überallinunserentechnischenGerätengibt esStrömungendieverstandenwerdenmüssen.Undnichtnurauf derErde,auchimWeltallspielenströmendeGaseeineRolle. BetrachtenwirzumBeispieldieZeitvor4,5MilliardenJahrenalsin unseremSonnensystemdiePlanetenentstandensind.Ursprünglich gabesdortnurdiejungeSonnedievoneinergroßenScheibeaus GasundStaubumgebenwar.AlldiesesGasundderStaubwirbelten durcheinanderundbeeinflusstensichgegenseitig.DasResultat diesesWirbelnsundBeeinflussenswarenzuerstkleinereFelsbrocken diesichausdemGasunddemStaubgebildethabenundspäter großePlaneten,dieausderKollisionvonFelsbrockenentstanden sind. WennwirdiesenProzesskorrektverstehenwollen,müssenwirauch verstehenwiegenaudasGassichverhaltenhat;wiegenauesinder ScheibeumdiejungeSonnegeströmtist.Undauchspäterspielen diesePhänomeneeineRolle:InFolge68derSternengeschichten habeichvonderplanetarenMigrationerzählt;davonwiedie PlaneteninderFrühzeitdesSonnensystemsaufgrundihrer WechselwirkungmitdemdamalsnochvorhandenenGasunddem StaubihreUmlaufbahnenvergrößertundverkleinerthaben.Auch hiermüssenwirdieStrömungenverstehen,wennwirdiePlaneten verstehenwollen.DieAtmosphärevonGasplanetenwieJupiterund SaturnsindeineinzigesgroßesStrömungssystemausverschiedenen Gasen.DasVerhaltenunsererSonnewirdvonden PlasmaströmungeninihremInnerenbestimmt.Odernehmenwir schwarzeLöcher:BevorMaterialineinschwarzesLochfällt,bewegt essichzuerstaufspiralförmigenBahnenumdasLochherum. SchwarzeLöcherkönnenalsovongroßenScheibenausGasund StaubumgebenseinundwirstehenwiedervordemProblem, Strömungenverstehenzumüssenwennwirverstehenwollen, welchehochenergetischenProzessedortablaufenkönnenundwie schwarzeLöcherbeispielsweisedieextremhellleuchtendenQuasare –vondenenichinFolge52mehrerzählthabe–antreibenkönnen. Kurzgesagt:Ohneein vernünftigesVerständnisvon StrömungeninGasenund Flüssigkeitensindwirinder Naturwissenschaft aufgeschmissen.DieNavierStokes-Gleichungensagen uns,wiewirdasVerhalten solcherStrömungen mathematischmodellieren können.Abersiezeigenuns auchdasgroßeProbleman derSache:DieTurbulenz.So VollerStrömungen:DerJupiter!(Bild: NASA/JPL/UniArizona) gutwieüberallwoetwas strömt,kommtesauchzu Turbulenzen.ZuWirbeln,Durchmischungundchaotischen Veränderungen.GenaudasmachtdieSacheschwierig.Esgibtzwar jedeMengeComputersimulationendiemitverschiedensten TechnikendieNavier-Stokes-GleichungennutzenumStrömungen darzustellenundzuuntersuchen.Aberwirwissenimmernochnicht, obdieseGleichungenabseitsvonnumerischen Computersimulationenüberhauptklardefinierteundexakte mathematischeLösungenhaben! Klar,auchComputersimulationensindguteundbrauchbare Instrumente.WenneszumBeispielumdiegravitative WechselwirkungvonHimmelskörperngeht,stehendieAstronomen javoreinerähnlichenSituation.WieichinFolge96der Sternengeschichtenschonerzählthabe,wareshierauch vergleichsweiseeinfach,mathematischeGleichungenaufzustellen, diedieseWechselwirkungbeschreiben.Jahrhundertelanghataber niemandeinemathematischexakteLösungdieserGleichung gefundenmitdermandieBewegungvonHimmelskörpernunter ihrerwechselseitigenGravitationskraftebensoexaktbeschreiben kann.MangingdavonausdasessoeineLösunggebenmüsse– aberwiederfranzösischeMathematikerHenriPoincaréim19. Jahrhundertzeigenkonntehattemansichdageirrt.Erbewies,dass eskeineLösunggebenkann.Unddamitauch,dassdienumerischen NäherungslösungeneinerComputersimulationallessind,waswir haben. WasdieBewegungvonHimmelskörpernangehthabenwirunsdamit abgefundenundseitdieComputersoschnellundgutrechnen könnenwiesieesheutetunistdieSacheauchkeingroßesProblem mehr.DieLösungendiewirerhaltensindzwarnur NäherungslösungenaberdiemathematischeKraftderComputer erlaubtesunsimPrinzipdieseNäherungenbeliebiggenauzu machen.WiedieSituationbeidenNavier-Stokes-Gleichungen aussieht,wissenwirallerdingsnochnicht.Hiersuchendie MathematikerimmernochnacheinerexaktenLösung;hierhofft manimmernoch,dieSachemathematischindenGriffkriegenzu können.WennesgelängewäredasgroßartigundmitSicherheit mehralsdasPreisgeldvoneinerMillionDollarwert.DieMöglichkeit, dieNavier-Stokes-GleichungenaufdieseWeisevielbesserverstehen zukönnenalsheute;dieMöglichkeitdadurchauchdasVerhaltenvon StrömungenundvorallemvonTurbulenzenvielbesserverstehenzu könnenalsheutewürdenichtnurenormeFortschrittebeider AnalysevonnaturwissenschaftlichenPhänomenermöglichen sondernhätteauchmassiveAuswirkungenaufallunsereTechnikdie sichmitStrömungenbeschäftigenmuss.BessereWettervorhersage; bessereTurbinen;bessereMotoren–undsoweiter. DasProblemderNavier-StokesGleichungenstehtvölligzuRechtaufder ListedergroßenungelöstenProbleme derMathematik.Abergroßeungelöste Problemebleibenmeistensdeswegenso langeungelöst,weilesverdammtschwer ist,siezulösen!Esgabinder VergangenheitimmerwiederLeutedie meintensiehättendieSache durchschautundjedesMalhabensich danachFehlerimmathematischen Beweisgefunden.Denletztengroßen StrömungenüberdemAtlantik (Bild:NASA/OceanBiology FehlschlaginSachenNavier-Stokesgab ProcessingGroup,NASA GoddardSpaceFlightCenter) esimJahr2014.Dahatteder kasachischeMathematikerMuchtarbai OtelbajeweineLösungderGleichungenveröffentlicht.Seitmehrals 30JahrenhaterlauteigenerAussagendarangearbeitetundeine hundertseitigeAbhandlungwardasResultatdieserArbeit.Geholfen hatesihmtrotzdemnichts:AndereMathematikerüberprüftenden BeweisundfandeneinpaarkleineFehler.UndinderMathematik reichenebenleiderauchschonkleineFehlerumdasgesamte GedankengebäudezuFallzubringen. DasProblemderNavier-Stokes-Gleichungenbleibtvorerstungelöst. AberfrüheroderspäterwirdsichauchhierfüreineLösungfinden. EntwedereineechteLösungoderaberderBeweis,dasskeine Lösungexistiert.Beidesistausmathematischerund naturwissenschaftlicherSichtgleichwertvoll.Sooderso– HauptsachewirwissenBescheidundworanwirsind! HANNY’SVOORWERP H anny’sVoorwerp:Dasklingtseltsam.Dasistauch seltsam.EshandeltsichdabeiumeinPhänomen,dass sichwissenschaftlichkorrektalsdasIonisations-Echo einesQuasarsbeschreibenlässt.Dasklingtallerdings immernocheinwenigseltsam,alsosollteichmitderErklärung vielleichtamAnfanganfangen. AllesbegannmitdemGalaxyZoo.Dabeihandeltessichumein sogenanntesCitizien-Science-Projekt.Alsoeinwissenschaftliches Vorhaben,dasnichtnurvonprofessionellenWissenschaftler durchgeführtwird,sondernauchaufdieMitarbeiteinergroßen AnzahlvonFreiwilligenangewiesenist,dieselbstkeine Wissenschaftlersind.ImJahr2007standenAstronomenvonder UniversitätOxfordvoreinemProblem.SiewolltenAufnahmenvon Galaxienklassifizieren.WelcheArtenvonGalaxienesgibthabeichja schoninFolge33derSternengeschichtenerzählt. Manunterscheidetgrobzwei Klassen:ElliptischeGalaxien undSpiralgalaxien,wie unsereMilchstraße.Zu wissen,wievieleGalaxien welcherArtesimUniversum gibt,istwichtig.Jeweiter entferntsichdieGalaxien befinden,destoältersindsie bzw.destofrühernachdem Urknallsindsieentstanden. Weißman,wiesichdieAnzahl derelliptischenbzw. SpiralgalaxienimLaufeder Zeitverändert,kannman darausInformationenüber dieEntstehungderGalaxien undihrerWechselwirkung EinseltsamesgrünesDing…(Bild:NASA, ableitenunddasistdie ESA,W.Keel(UniversityofAlabama), andtheGalaxyZooTeam) GrundlagefüreineVielzahl astronomischerundkosmologischerForschungsprojekte. InOxfordhattemannunDatendesSloanDigitalSkySurvey vorliegen,einemgroßenKatalogvollerAufnahmendesHimmels. EineGalaxiezuklassifizierenisteigentlichnichtschwer:Manmuss sicheinfachnurdieAufnahmederGalaxieansehenunderkenntim Allgemeinensofort,obessichumeineelliptischeodereine Spiralgalaxiehandelt.ProblematischwardiegroßeAnzahlderDaten. ImSloanDigitalSkySurveywarenungefähr900.000Galaxien abgebildet.Computersindbeiweitemnichtsogut,dieFormeiner GalaxiekorrektzuerkennenunddeswegenbrauchteesMenschen umdieseAufgabedurchzuführen.DerAstronomKevinSchawinski hatte50.000GalaxienselbstklassifiziertunddafüreineWoche gebraucht.Abgesehendavon,dasserbeidieserRatemehrere MonatebenötigthätteumdenganzenKatalogdurchzuarbeitenund manfüreinverlässlichesErgebnisalldieseKlassifikationauchnoch mehrmalsüberprüfenmussundabgesehendavon,dassesnoch andereKatalogemitvielmehrGalaxiengibtdieebenfallsklassifiziert werdenkönnenistdieseArbeitaufDauerextremlangweilig. Manentschiedsichdaher,etwasneuesauszuprobierenund gründeteden“GalaxyZoo”.Jederderwolltekonntesichdort registrierenunddannselbstbeiderKlassifikationmitmachen.Die WissenschaftlerausOxfordwarenüberraschtvomErfolgdieses Projekts:Schon24StundennachdemStartführtenFreiwilligeaus allerWeltschon70.000KlassifikationenproStundedurch.Nach einemhalbenJahrwarjedeGalaxieimKatalog38malklassifiziert undüberprüftworden.WegendiesesErfolgsfolgtenaufdieseserste ProjektvieleweitereProjektebeidenenFreiwilligeallemöglichen astronomischenKlassifizierungsaufgabenübernehmenkönnen.Es hatsichaberauchgezeigt,dasssolcheCitizien-Science-Projektenicht nurgeeignetsindumgroßeMengenanDatensehrschnellzu verarbeiten.MankanndamitauchneuePhänomeneentdecken. AlsdiefreiwilligenMitarbeiterdieKatalogbilderzurKlassifizierung vorgelegtbekamen,konntensiedortnichtnurangeben,obessich umeineelliptischeodereineSpiralgalaxiehandelte.Siekonntendas Bildauchmarkieren,wennsiederMeinungwaren,dassesaus anderenGründeninteressantwäre.GenausoeineMarkierung setztedieniederländischeLehrerinHannyvanArkelimJahr2007,als sieimRahmendesGalaxy-Zoo-ProjektseineAufnahmeeinerGalaxie betrachtete. ImoberenTeildesBildeswareinwandfreieineGalaxiezusehen.Im unterenTeildagegeneinseltsames,grünesirgendwas.“Grün”ist generellauffälligaufastronomischenAufnahmen.Esgibtkaum irgendwelcheHimmelskörperdiegrünleuchten.SternezumBeispiel sindniemalsgrün,wieichschoninFolge11derSternengeschichten erzählthabe.Galaxienleuchtenrot,blauodergelb-weißlichaber grünfindetmandortauchnicht.Wennetwasgrünleuchtenkann, dannhöchstensGas–zumBeispielSauerstoff–dasdurchexterne EnergiezumLeuchtenangeregtwird.SowieeszumBeispielbeiden Polarlichternpassiert,woderSauerstoffinderErdatmosphärefür diegrünenLeuchterscheinungenverantwortlichist. AuchdieFormdesseltsamengrünenDingenswarungewöhnlich.Es hattekeineregelmäßigeStruktur,wiedasbeiGalaxienim AllgemeinenderFallist.Kurzgesagt:Eswareinsehrseltsames ObjektundHannyvanArkeldachteeswäreeineguteIdee,die restlichenFreiwilligenunddieprofessionellenAstronomendarauf hinzuweisen.UndtatsächlichwareseinesehrguteIdee!Soetwas hattemanbisjetztnochniegesehenunddieAstronomenmachten sichdaran,mehrdarüberherauszufinden. MittlerweilehattedasDingdenNamen“Hanny’sVoorwerp” bekommen,wobei“Voorwerp”niederländischistundsovielbedeutet wie“Objekt”.Hanny’sObjektstelltesichalssogroßwieeinekleine Galaxieheraus.DasLichtwarvondortbiszuunsetwa650Millionen Jahreunterwegs;esistalsoeinObjektdassichweitaußerhalb unserereigenenMilchstraßengalaxienbefindet.Direktneben Hanny’sObjektbefindetsicheinekleineSpiralgalaxiemitder BezeichnungIC2497;dieDistanzzwischenihnenbeträgtumdie 60.000Lichtjahre.Sovielließsichrelativleichtherausfinden.Aber waswarnundieseskomischegrüneDingnebenderehernormalen Spiralgalaxie? FolgendesSzenarioscheintamplausibelstenzusein:IC2497war frühereinmaltatsächlicheineganznormaleSpiralgalaxie.Dann geschahdas,wasGalaxienimmerwiedermalpassiert–sie begegneneineranderenGalaxie.InFolge176der Sternengeschichtenhabeichjaschonausführlicherklärtwasbei solchenBegegnungenpassiert.DieGalaxienbeeinflussensich gegenseitigmitihrerGravitationskraft;verändernihreFormund werdengenerellziemlichdurchgerüttelt.BeiIC2497wardasnicht anders.EingroßerTeildeszwischendenSternenvorhandenen interstellarenGaseswurdedurchdengravitativenEinflussder anderenGalaxieausdenSpiralarmenvonIC2497gerissenund sammeltesicheinpaarzehntausendLichtjahreentfernt.Gleichzeitig gabesauchimZentrumvonIC2497großeVeränderungen.Sowie inallenanderenGalaxienbefandsichdortauchein supermassereichesschwarzesLoch.DurchdieBegegnungmitder andernGalaxienwurdenichtnurGasausIC2497herausgerissen, vielGasgelangteauchindasZentrumunddieNähedesschwarzen Lochs.DasganzeMaterialwurdedurchdieGravitationskraftdes Lochsstarkbeschleunigtundbegannzuleuchten.Dasganze ZentrumderGalaxieundderBereichumdasschwarzeLochherum wurdenenormhellundjedeMengehochenergetischeStrahlungist insAllhinausgelangt.Esgeschahdas,wasichschoninFolge52der Sternengschichtenerzählthabe:AusdemschwarzenLochwurdeein Quasar. SofunktioniertHanny’sVoorwerp(Bild:NASA,ESA,andA.Feild(STScI)) DieStrahlungdesQuasarsbreitetesichausunderreichte irgendwannauchdie60.000Lichtjahreentferntliegenden Gasmassen,diezuvorausdenSpiralarmengerissenwurden.Die StrahlungregtediesesGaszumLeuchtenan;genaudasseltsame grüneLeuchtendasHannyvanArkelaufihrerAufnahmesehen konnte.DerQuasarimZentrumderGalaxiegababernichtnur Strahlungab,sondernschleuderteauchGasausseinerUmgebung wiederweithinausinsAll;bishinzuHanny’sObjekt.Der“Aufprall” dorthatTeiledesGasesvonHanny’sObjektverdichtetunddie EntstehungvonSternenausgelöst.BessereAufnahmendiespäter mitdemHubble-Weltraumteleskopgemachtwurden,zeigenauch genausoeineSternentstehungsregion. Dasallesistschonfaszinierendgenug.Nochfaszinierenderistdie Tatsache,dassHanny’sObjektunseinenBlickindieVergangenheit ermöglicht.StrahlungundGasausdemZentrumderGalaxieIC2497 braucheneinegewisseZeitumHanny’sObjektzuerreichen. WährendalsodieStrahlungunterwegswarundwährendHanny’s Objektzuleuchtenbegann,hattensichdieBedingungenrundum daszentraleschwarzeLochschonwiederverändert.Dasdort befindlicheGaswarverbraucht;indassupermassereicheschwarze LochgefallenoderausderGalaxiegeschleudert.Eswurdewieder leerimZentrumderGalaxieundderQuasarhörteaufzuleuchten. AufdenaktuellenBildernsiehtdieGalaxiewiederwieeineganz normaleSpiralgalaxieausundnichtwieeinQuasar.AberHanny’s Objektzeigtunsein“Lichtecho”derfrüherenPhase.Dortsehenwir heuteimmernochdenEinflussdesQuasars,derallerdingsschon seitknapp100.000Jahrennichtmehrleuchtet. Hanny’sVoorwerpisteinwunderbaresBeispielfürdieTatsache,dass essichimmerlohnt,möglichstgenauzubeobachten.Wennmannur langundweitgenuginsAllhinaussieht,dannwirdmanimmeretwas finden,dasmanvorhernochnichtkannte.Angeregtdurchdie EntdeckungvonHannyvanArkelhabenAstronomeninder ZwischenzeitweitergesuchtundbeianderenGalaxiennocheinpaar ähnlicheObjektegefunden.DiezufälligeBeobachtungeiner niederländischenLehrerinhatderWissenschaftdenBlickaufeine bisdahinvölligunbekannteArtvonastronomischenObjekteröffnet. Undwersichdadurchinspiriertfühlt,selbstaufdieSuchenach unbekanntenPhänomenzugehen:DasGalaxy-Zoo-Projektkann immerneueFreiwilligegebrauchen. DIECHINESISCHEMAUERUNDDASALL–WASWIRSEHENKÖNNENUNDWASNICHT T eleskopesindsuper!OhneTeleskopewäredieAstronomie längstnichtsoweitwiesieistundwirwüsstendeutlich wenigerüberdasUniversumalswirestun.Teleskope erlaubenunssovielmehrzusehenalsunsereAugenes können.Aberalleskönnenwirdamitnatürlichauchnichtsehen.Was genaumansehenkannundwiedasmitderaltenGeschichtevonder chinesischenMauerist,diemanalseinzigesBauwerkauchausdem Weltallsehenkönnensoll,wirdimFolgendenerklärt. Wichtigistvorallemzuverstehen,dassAstronomenTeleskopenicht benutzen,umObjektezuvergrößern.Dasistwichtig,wennmanein FernrohrhieraufderErdeeinsetzt,weilmanzumBeispielimWald TiereganzausderNähebetrachtenmöchte.AberdieSterneund GalaxienimWeltallsindvielzuweitentferntalsdasirgendeine VergrößerunghiereinenEffekthätte.Bisaufganzwenige Ausnahmen–zumBeispielwennesumvergleichsweisenahe HimmelskörperwiedenMondoderdenMarsgeht–nutztman TeleskopenichtummehrDetailszuerkennensondernummehr Lichtzusammeln,damitmanimmerschwächereundansonstenfür dasAugeunsichtbareObjektenocherkennenkann. DasallesistfürAstronominnenundAstronomenselbstverständlich, führtaberbeiLeutendiemitderTechnikvonTeleskopennichtso sehrvertrautsind,oftzuMissverständnissen.UndzumBeispielzu derFrage,warummannichteinfachdieÜberrestederbemannten MondlandungenmitdemTeleskopfotografiertumsoeindeutigzu beweisen,dasssiestattgefundenhaben.Nun,abgesehendavon, dasseskeineneuenBeweisefürdieMondlandungbrauchtweil schonimmerzweifelsfreifestgestandenhat,dasssiekeineErfindung sind:Eswäreauchgarnichtmöglich. WiegutoptischeInstrumenteferneDetailserkennenkönnen,wird mitdemsogenanntenAuflösungsvermögenbeschrieben.Sowirdder AbstandzwischenzweiPunktenbezeichnet,dergeradenochgroß genugist,umdiebeidenPunkteauchalseinzelnePunkteerkennen zukönnen.InderAstronomiewirddieserAbstandalsWinkel angegeben.Dasistabernichtzuschwerzuverstehen.DerMond zumBeispielnimmtamHimmeleinenWinkelbereichvoneinem halbenGradein.Andersgesagt:ZieheicheinegeradeLinievon meinemAugezuroberenKantederVollmondscheibeundeine zweiteLinievonmeinemAugezurunterenKanteder Vollmondscheibe,dannliegtzwischendenbeidenLinieneinWinkel voneinemhalbenGrad.Odernocheinmalandersgesagt:Wennein KreisdereinmalumdengesamtenHimmelherumführt360Grad hat,dannbrauchtmanzweiVollmondeproGrad,alsoinsgesamt720 Vollmondscheiben,umdieLinierundumdenHimmelkomplettzu bedecken. AusderNähesehrgutzusehen:DiechinesischeMauer(Bild:HerbertPonting,publicdomain) HatmanesmitkleinerenObjektenzutun,dannkannmandasGrad auchnochin60BogenminutenunterteilenundjedeBogenminutein 60Bogensekunden.UndwennmandenAbstandzwischendem optischenGerätunddemObjektdasmanbeobachtetkennt,kann mandieWinkelgrößenauchsehreinfachinabsoluteDistanzen umrechnen. AmeinfachstenistdasmiteinemBeispielzuverstehen.Das AuflösungsvermögeneinesoptischenInstrumentswirdim wesentlichendurchzweiPhänomenebegrenzt.Einmaldie TurbulenzeninderLuft:Jegrößersiesind,destoschlechterwirddas BildunddestowenigerDetailskannmanerkennen.Daslässtsich abermitverschiedenenTechnikenumgehen,zumBeispielder adaptivenOptikvonderichinFolge106gesprochenhabe.Viel wichtigeristdieBeugung:TriffteinLichtstrahlaufeinObjekt,wirder leichtabgelenktunddasbegrenztebenfallsdieMöglichkeit,Details zusehen.WiestarksichdieBeugungauswirkthängtvonder WellenlängedesLichtsab,mitdermanbeobachtetundvonder ÖffnungdesBeobachtungsinstruments,durchdiedasLichtfällt.Teilt mandieWellenlängedurchdieÖffnungsgrößeundmultipliziertdas Ergebnisnochmit1,22,dannerhältmandenSinusdesWinkelsder dasAuflösungsvermögenbeschreibt. UnserAugeisteinoptischesInstrumentmiteinerÖffnung–der Pupille–dieetwa2Millimetergroßist.UnserAugekannsichtbares Lichtwahrnehmen,daszumBeispieleineWellenlängevon550 Nanometernhat.FührtmandieentsprechendeBerechnungnach derebenerklärtenFormeldurch,dannerhältmaneintheoretisches AuflösungsvermögenunseresAugesvonetwasmehralseiner Bogenminute.DerMondhatja–wieschonerwähnt–eine WinkelgrößevoneinemhalbenGrad,also30Bogenminuten.Unser AugeistalsodurchausinderLage,DingeamHimmelaufzulösen,die kleineralsderMondsind.Unddawirauchwissen,wieweitder MondvonderErdeentferntist,könnenwirdieWinkelgrößevon einerBogenminuteumrechnen.IneinerDistanzvon370.000 Kilometer–derdurchschnittlichenEntfernungdesMondes– entsprichteinWinkelvoneinerBogenminuteeinerStreckevonetwa 125Kilometern.MehrschafftunserAugenicht:Alleswaskleinerals diese125Kilometerist,könnenwirohnetechnischeHilfsmittelauf demMondnichterkennen. MitdergleichenFormelkannmanauchleichtberechnen,wiedasmit denÜberrestenderMondlandungist.DieamerikanischeFahnedie anallenLandestellenaufgestelltwurdeistzumBeispielknappeinen Metergroß.UmmiteinemTeleskopvonderErdeausein entsprechendesAuflösungsvermögenzuerreichenmüsstedaseinen Spiegelvonknapp250MeternDurchmesserhaben.Dasist technischnichtzurealisierenundselbstdannwürdendieStörungen durchdieErdatmosphäreeineklareBeobachtungdesMondes schwierigmachen.Esbringtauchnichts,wennmaneinTeleskopin eineErdumlaufbahnschickt–diepaarhundertKilometermachen keinenUnterschiedweswegenauchdasHubble-Weltraumteleskop nichtsvondenMondlandungensehenkann.ManmussdenAbstand zumMondschondeutlicherverringernundeinenSatelliten hinschicken,derdieLandestellenfotografiert.Genaudasistübrigens auchpassiert;derLunarReconnaissanceOrbiterhatdaszwischen 2009und2011getanunddabeiauchdieLandestellenderApolloMissionensodetailliertfotografiert,dassmansogardieFußspuren derAstronautensehenkonnte. Undwiesiehtesumgekehrtaus?WaskannmanaufderErdevom Weltallauserkennen?EinealteGeschichtebesagtja,dassdie ChinesischeMauerdaseinzigeBauwerkvonMenschenhandist,dass manvomWeltallbzw.sogarvomMondausmitfreiemAuge erkennenkann.DieBehauptunggehtaufdenbritischen AlterumsforscherWilliamStukeleyzurück,derim18.Jahrhundert darüberspekulierthatteundseitdemtauchtsieimmerwiederauf. DasssieaufjedenFallfalschistwasdenMondangeht,sollteklar sein.WasfürdenBlickvonderErdeinRichtungMondgilt,gilt umgekehrtgenauso.AuchvomMondauskannmanaufderErde keineDetailserkennen,diekleinerals130Kilometersind.Unddie chinesischeMaueristzwareinpaartausendKilometerlang,aber selbstanihrerbreitestenStellenur9Meterbreit.VomMondsieht manalsonichtsdavon–wasdieApollo-Astronautenauchbestätigt haben. Aberwiesiehtesvonetwas näheraus?DieRaumstation fliegtknapp400Kilometer überderErdoberfläche.Aus dieserHöhekannmanmit freiemAugeaufderErde Strukturenerkennen,die mindestens134Metergroß sind.Auchdasreichtalso nichtfürdiechinesische Mauerundtatsächlich berichtendieAstronauten auch,dasssienichtzu erkennenist.Nurmit VomAllauskaumzuerkennen:Fotoder chinesischenMauer;aufgenommenvon derISS(Bild:NASA) fotografischerAusrüstung kannmansie–geradeso– fotografieren.DieMaueristjanichtnursehrschmal,sondernauch rechtunscheinbarwasdenKontrastangeht.DieFarbeihres BaumaterialshebtsichnichtsonderlichvonderUmgebungabund wennmannichtweißwosieistundnichtgeradesehrspezielle Beleuchtungs-undKontrastverhältnisseherrschen,istsienichtzu sehen. Dasheißtnatürlichnicht,dassgarkeinemenschlichenBauwerkeaus demAllsichtbarsind.Städte,StraßenundBrückensindvonder Raumstationgutsichtbar;auchmitfreiemAuge.Undmit entsprechendenKamerasundoptischenInstrumentenkannman auchkleinsteDetailssehen–ansonstenwürdensichjaauchnichtso vieleLänderdieMühemachenundSpionagesatelliteninsAll schicken.AmbestenerkenntmandiemenschlichenBauwerkeaber natürlichaufderdunklenNachtseitederErde.DortsinddieStädte allehellbeleuchtetunddaslässtsichkaumübersehen.VomWeltall ausistdassicherlicheinschönerAnblick;werdagegenausden hellenStädteninRichtungHimmelblickthatvermutlichwenigerSpaß undwirdkaumetwaserkennen.Mankannebennichtimmeralles sehen. LUTHER,KOPERNIKUSUNDDIEASTRONOMIE 2 017gibteskeingroßeswissenschaftlichesJubiläumzu feiern;esgibtauchkeineJahreswidmungmit wissenschaftlichemBezug.2017stehtdafürganzim ZeichenderreligiösenReformation.Vor500Jahren,am 31.Oktober1517,sollMartinLutherseineberühmten95Thesenan derSchloßkirchevonWittenbergangeschlagenhaben. VonderganzenSachemagmanhaltenwasmanmöchte; unbestreitbaristallerdingsdassLuthermitseinerReformationden VerlaufderWeltgeschichtemaßgeblichbeeinflussthat.Insofernistes auchangebrachtundgerechtfertigt,sich500Jahredanach ausführlichdamitzubeschäftigen. LutherwardieAstronomieziemlichegal. DiereligiösenDebattenüberlasseichanderen(unddieseanderen dürfensichgerneauchmitdenvielenschlechten CharaktereigenschaftenLuthersauseinandersetzen).Ichmöchte michheutemitderVerbindungzwischenLutherundeinemanderen seinerprominentenZeitgenossenbeschäftigen:NikolausKopernikus. DerpolnischeAstronomveröffentlicheimJahrseinesTodes1543das Werk“Derevolutionibusorbiumcoelestium”indemereinUniversum beschrieb,indessenZentrumsichdieSonnebefandundnichtdie Erde.DasheliozentrischeWeltbilddesKopernikusentsprachzwar nichtunbedingtderRealität,warabereingroßerSchrittvorwärts zueinemkorrektemVerständnisdesKosmos.DerStreit,derdarüber zwischenWissenschaftlernundderKircheausbrach,istbekanntund gutdokumentiert.AbernichtnurderPapstinRomhatsichgegen dasheliozentrischeWeltbildausgesprochen.AuchMartinLuther hatteeinigeszuKopernikuszusagen: " DieserNarrwilldieganze KunstAstronomiaeumkehren " wirdLutherzitiert.UndalsArgumentfürdieFehlerhaftigkeitdes heliozentrischenWeltbildesführtLutherdieBibelan:“AberJosua hießdieSonnestillzustehenundnichtdasErdreich.” DieseGeschichteüberLutherundseineVerhöhnungdesKopernikus hörtmanoftundichmusszugeben,dassichbisvorkurzemselbst nochdavonüberzeugtwar,dasssiederWahrheitentspricht.Das scheintallerdingsnichtderFallzusein! DasKopernikus-ZitatstammtauseinervonLuthersTischredenund soll1539gefallensein.IngedruckterFormliegendieseRedeaber erstJahrzehntespätervorundJohannesGoldschmidt,derdas1566 getanhat,wardamalsnichtdabei,alsLutherdieRedegehalten habensoll.ImlateinischenOriginaltextederTagebüchervondamals tatsächlichanwesendenZeitzeugenfindetsichnichtsüberLuthers AussagenzuKopernikus;esfindensicheigentlichgarkeine ÄußerungendesgroßenReformatorsüberdieFortschritteinder Astronomie. DerPhysikerundWissenschaftshistorikerAndreasKleinertvonder UniversitätHallenenntdieGeschichtevonLuthersKonfliktmit Kopernikussogareine“handgreiflicheGeschichtslüge”.Erhatdie EpisodeausführlicherforschtundeineFacharbeitpubliziert(die allerdingsnichtfreizugänglichistunddieichdaherauchnicht komplettgelesenhabe).Erweistnach,dassdieantikopernikanische EinstellungLuthersvielehereineErfindungkatholischerHistoriker des19.Jahrhundertswar.FranzBeckmannundFranzHipler machtenLutherzueinemGegnerderwissenschaftlichenRevolution des16.Jahrhunderts;vermutlichumdiePositionderkatholischen KirchezumHeliozentrismusnichtganzsoschlechtaussehenzu lassen.Undalsdann1884dasLuther-Zitatauchinderwichtigen Kopernikus-BiographievonLeopoldProweauftauchte,waresquasi offiziell.Abertrotzdemfalsch–sogeht’sebenoftinderGeschichte… Wersichallerdingstatsächlichundnachweislichzum heliozentrischenWeltbildgeäußerthat,warLuthersWeggefährte PhilippMelanchthon.Der“LehrerDeutschlands”hatsichzuallem möglichengeäußertundinseinerSchrift“Initiadoctrinaephysicae” (diezwarimlateinischenOriginalfreizugänglichist,indeutscher Übersetzungaberkaumerhältlich)auchüberdiekopernikanische Lehre.DarinbezeichneteerKopernikus’ArbeitnuralsWiederholung dessen,wasschonAristarchvonSamosinderAntikepostulierthatte. KopernikuskonntevonAristarchsArbeitallerdingsnichtswissen, denndarüberwirdnurindenWerkenvonArchimedesberichtetund diewurdenersteinJahrnachdemTodvonKopernikusaufLatein veröffentlichtundzugänglichgemacht. WasdasastronomischenWeltbildangeht,gabesalsokeinen dramatischenKonfliktzwischendenreligiösenund wissenschaftlichenReformatoren.Wasnichtheißt,dassdie ProtestantenimLaufederZeitnichtauchihreProblememitden ErkenntnissenderWissenschafthatten.Oderimmernochhaben:Es sindauchdiereligiösenErbenMartinLuthersdie–voralleminden USA–einenfundamentalistischenKreationismusvertretenoderden Klimawandelignorieren. DieSpannungenzwischenKircheundWissenschaftwerdenso schnellnichtverschwinden.Abereinesistsicher:DieErkenntnisse derForscherinnenundForscherhabendieWeltindenletzten500 Jahrenmindestenssostark(wennnichtsogarstärker)beeinflusstwie dieAktionendesreligiösenReformatorsLuther. 05|Impressum scienceblogs.deeMagazine KonradinMedienGmbH Ernst-Mey-Straße8 70771Leinfelden-Echterdingen Geschäftsführer:PeterDilger Geschäftsleitung:KostaPoulios,+49(0)711/7594-0 AmtsgerichtStuttgart,HRB220398 UST.-Idnr.DE811236132 Bezugspreise EinzelpreiseMagazine:1,99EURinkl.MwSt. Leserservice Leserservicescienceblogs.deeMagazine,Ernst-Mey-Str.8,70771 Leinfelden-Echterdingen E-Mail:[email protected] Phone:+497117594–302 GekennzeichneteArtikelstellendieMeinungdesAutors,nicht unbedingtdiederRedaktiondar.Fürunverlangteingesandte ManuskriptekeineGewähr.Alleinwissen.deeMagazines erscheinendenBeiträgesindurheberrechtlichgeschützt.AlleRechte, auchÜbersetzungen,vorbehalten.Reproduktionen,gleichwelcher Art,nurmitschriftlicher GenehmigungdesVerlages.ErfüllungsortundGerichtsstandist Stuttgart. 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