Sternengeschichten

Der Asteroid, der ein Komet sein wollte Sternengeschichten Folge 708: Dunkle Kometen Im September 2003 hat das Teleskop des NEAT-Projekts auf Hawaii genau das getan, was es tun sollte: Nämlich einen neuen Asteroiden entdeckt. NEAT steht für Near-Earth Asteroid Tracking und war ein Programm der NASA, das zwischen 1995 und 2007 den Himmel nach Asteroiden abgesucht hat. Mehr als 40.000 davon hat man am Ende gefunden und der mit der Bezeichnung 2003 RM war einer davon. Auf den ersten Blick war an diesem Objekt, das im September 2003 entdeckt wurde, nichts weiter auffällig. Es war ein weiterer, kleiner Felsbrocken im All, vielleicht ein paar Dutzend Meter groß auf einer Umlaufbahn um die Sonne. 2003 RM ist ein erdnaher Asteroid, das heißt, seine Bahn bringt ihn in die Nähe der Erdbahn. Aber 2003 RM ist nicht gefährlich und nähert sich unserem Planeten nicht übermäßig an. Dass es sich dabei trotzdem um ein sehr außergewöhnliches Objekt handelt, hat man erst viel später entdeckt. 2023 haben der amerikanische Astronom Davide Farnocchia und sein Team eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht, mit dem Titel: "2003 RM: Der Asteroid, der ein Komet sein wollte". Darin berichten sie vom Nachweis einer substanziellen nichtgravitativen Beschleunigung des kleinen Asteroids. An sich ist auch das keine große Neuigkeit. Über nichtgravitative Kräfte habe ich schon in Folge 112 erzählt. Damit sind, wenig überraschend, alle Kräfte gemeint, die auf einen Himmelskörper wirken, aber nicht die Gravitationskraft eines anderen Himmelskörpers sind. Insbesondere ist damit sehr oft der "Jarkowski-Effekt" gemeint. Kurz zusammengefasst geht es dabei um den Effekt, denn die Erwärmung und Abkühlung eines Asteroids auf seine Bewegung hat. Sonnenstrahlung wärmt den Asteroid und diese Wärme wird wieder ins All abgegeben. Wenn das ungleichmäßig passiert, dann kann die Wärmestrahlung dadurch eine kleine resultierende Kraft auf den Asteroid ausüben. Er hat dann eine Bewegung, die nicht mehr allein durch die Gravitationskraft der anderen Himmelskörper erklärt werden kann. Wir haben die Auswirkungen des Jarkowski-Effekts schon bei vielen Asteroiden nachgewiesen. Bei 2003 RM muss aber etwas anderes passieren. Farnocchia & Co konnten zeigen, dass der Jarkowski-Effekt in diesem Fall nicht in der Lage ist, das beobachtete Ausmaß der Nichtgravitativen Kraft zu erklären. Es gibt aber natürlich noch andere Erklärungsmöglichkeiten. Eine Art von Himmelskörpern, bei denen wir ebenfalls starke nichtgravitative Kräfte beobachten, sind die Kometen. Sie bestehen ja zu einem großen Teil aus Eis, das sich erwärmt, wenn sich der Komet der Sonne nähert. Das Eis wird gasförmig und strömt hinaus ins All. Dabei wirkt es wie eine Art kleiner Raketenantrieb, der den Kometen ein Stückchen verschiebt. Aber dieses Ausgasen passiert normalerweise nicht unbemerkt; ganz im Gegenteil. Wenn das Eis gasförmig wird und ins All entkommt, reißt es dabei jede Menge Staub von der Oberfläche des Kometen mit sich ins All. So entsteht die "Koma", eine riesige Staubwolke, die den Kometenkern umgibt. Nur deswegen können wir Kometen überhaupt so gut sehen; ansonsten wären die kleinen Felsbrocken viel zu dunkel. Aber die Staubkoma kann so viel Licht reflektieren, dass wir einen Kometen unter Umständen auch ohne optische Hilfsmittel hell am Nachthimmel leuchten sehen können. Wenn dann noch die Strahlung der Sonne einen Teil des Staubs quasi davon bläst, entsteht der beeindruckende Kometenschweif. 2003 RM hat aber weder eine Koma, noch einen Schweif. Trotzdem muss dort auch irgendwas ausgasen, ansonsten lässt sich seine Bewegung kaum erklären. Der Asteroid macht also das, was normalerweise ein Komet macht, ohne dabei aber wie ein Komet auszusehen. In den Jahren danach hat man noch mehr solcher Objekte entdeckt und ihnen den Namen "dunkle Kometen" gegeben. Natürlich ist die Grenze zwischen Asteroiden und Kometen fließend. Es gibt Kometen, die im Laufe ihrer Runden um die Sonne so viel Staub und Eis verloren haben, dass sie keine Koma und keine Schweif mehr bilden können und sich kaum noch von Asteroiden unterscheiden. Und es gibt "aktive Asteroiden", also Asteroiden, die aus verschiedenen Gründen ein kometenähnliche Aktivität zeigen, und Staub und Eis hinaus ins All pusten. Das ist auch nicht überraschend, denn Asteroiden und Kometen sind ja auf die selbe Weise entstanden, nur an unterschiedlichen Orten im Sonnensystem. Die Kometen haben sich weiter entfernt von der Sonne gebildet, wo mehr Eis als Baumaterial zur Verfügung stand. Aber auch Asteroiden können Eis enthalten, das unter bestimmten Umständen ausgasen kann. Aber das sieht man normalerweise eben. Und andererseits haben die "toten" Kometen, die ihr Eis und ihren Staub verloren haben, ja auch nichts mehr, das ausgasen und nichtgravitative Kräfte verursachen kann. Die dunklen Kometen verhalten sich da ganz anders. Man sieht die Auswirkung der nichtgravitativen Kraft, weil diese Objekte sich entsprechend bewegen. Man sieht aber nicht das, was man normalerweise sieht, wenn Eis aus einem kleinen Himmelskörper ausgast. Was also ist da los? Es gibt viele Hypothesen, warum sich die dunklen Kometen so verhalten, wie sie es tun. Sie sind tendenziell klein, so wie 2003 RM es ja auch ist. Das bedeutet aber auch, das nur vergleichsweise wenig Gas ausströmen muss, um sie relevant zu bewegen und vielleicht reicht das nicht, um auch eine sichtbare Koma zu erzeugen. Das Eis der Kometen ist im Allgemeinen auch vor allem Wassereis, es gibt aber auch andere gefrorene Stoffe, zum Beispiel Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid. Dieses Gas ist ein bisschen flüchtiger als Wasserdampf und reißt unter Umständen weniger Staub mit sich. Oder aber die dunklen Kometen besitzen weniger Staub auf ihrer Oberfläche als üblich. Normalerweise sind Asteroiden ja eher fliegende Schutthaufen als kompakte, steinige Objekte. Ihre Oberfläche ist voll mit Staub und losem Material, das leicht ins All gerissen werden kann. Bei Kometen ist das ähnlich, aber es gibt auch Prozesse, die so einen Asteroid quasi abstauben können. Zum Beispiel Kollisionen, oder aber auch eine schnelle Rotation. Ich habe ihn Folge 112 auch kurz über den sogenannten YORP-Effekt gesprochen: Da führt asymmetrische Erwärmung und Abkühlung eines Himmelskörpers zu einer Erhöhung seiner Rotationsrate. Wenn sich der Asteroid zu schnell um seine Achse dreht, kann er quasi auseinanderfallen und die einzelnen Bestandteile des fliegenden Schutthaufens trennen sich. Dabei kann auch Staub verloren gehen und die dunklen Kometen könnten das letzte Stadium so einer katastrophalen Fragmentation sein. Vielleicht ist auch das Material aus dem der dunkle Komet besteht ein wenig gröber als der übliche feine Staub und entkommt so schwerer ins All. Es gibt viele Möglichkeiten, die Existenz der dunklen Kometen zu erklären und vermutlich spielen alle Effekte auf die eine oder andere Weise eine Rolle. Klar ist auf jeden Fall: Es lohnt sich, sie zu erforschen. Einerseits, weil sie schlicht und einfach interessant sind. Und andererseits, weil sie ein paar wichtige Informationen liefern könnten. Die dunklen Kometen können keine echten Kometen sein, also keine Objekte die fern der Sonne entstanden sind, wo genug gefrorenes Baumaterial zur Verfügung gestanden hat. Ansonsten würden sie sich ja auch wie echte Kometen verhalten… Die dunklen Kometen müssen dort entstanden sein, wo auch die anderen Asteroiden entstanden sind, also näher an der Sonne. Aber sie enthalten ausreichend viel gefrorenes Material um eine relevante Ausgasung zu haben. Das bedeutet: Es muss in der Entstehungszeit des Sonnensystems auch näher an der Sonne Bereiche gegeben haben, in denen leicht flüchtige Stoffe wie eben Eis existiert haben. Das ist interessant, denn wenn das so war, dann hat das Auswirkungen auf unsere Vorstellungen zur Entstehung von Planeten wie der Erde. Wir haben ja - zum Glück - jede Menge leicht flüchtige Stoffe, wie zum Beispiel Wasser. Ein großer Teil davon ist durch Asteroiden und Kometen die nach der Entstehung der Erde bei uns eingeschlagen sind, geliefert worden. Aber wenn es dieses Zeug auch viel näher an der Sonne gegeben hat, als wir bisher gedacht haben, dann ist vielleicht auch mehr davon direkt bei der Entstehung der Erde in den Planeten quasi eingebaut worden, als wir vermutet haben. Die dunklen Kometen sind immer noch nicht restlos verstanden. Aber wenn wir irgendwann Licht in ihre Dunkelheit gebracht haben, verstehen wir vielleicht auch unsere eigene Erde ein wenig besser.

Am Anfang war das Schweigen Sternengeschichten Folge 707: Das Asymptotische Schweigen der Singularität "Am Anfang war das Wort". So beginnt die Schöpfung der Welt im Johannes-Evangelium der christlichen Bibel. Als wissenschaftliche Quelle ist die natürlich nicht zu gebrauchen. Und in diesem Fall gilt das ganz besonders, denn vielleicht war am Anfang nicht das Wort, sondern Schweigen. In der heutigen Folge der Sternengeschichten geht es um ein Konzept aus der theoretischen Kosmologie, das mit dem schönen Begriff "Asymptotisches Schweigen" bezeichnet wird. Und wie so gut wie alles aus der theoretischen Kosmologie ist das, worum es geht, eigentlich kaum in normaler Sprache zu beschreiben sondern nur mit sehr viel sehr komplizierter Mathematik. Aber ich werde mich bemühen, dass wir am Ende dieser Folge zumindest einen brauchbaren Eindruck davon haben, worum es geht. Dazu müssen wir zuerst zwei andere Konzepte betrachten: Singularitäten und Lichtkegel. Fangen wir mit den Singularitäten an. Ich habe darüber schon in einigen anderen Folgen der Sternengeschichten gesprochen. Eine Singularität ist in der Astronomie ein Ort, an dem die Gravitation so außerordentlich stark ist, dass die Krümmung der Raumzeit divergiert. Oder, etwas vereinfacht: Ein Ort, an dem die Krümmung der Raumzeit unendlich groß ist. Singularitäten sind Orte, an denen die normale Beschreibung der Raumzeit nicht mehr funktioniert; sie sind demnach auch gar keine Orte IN der Raumzeit mehr. Eine Singularität ist zum Beispiel das, was sich hinter dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs verbirgt. Beziehungsweise: Die Theorien mit denen wir schwarze Löcher zur Zeit beschreiben, führen am Ende zu einer Singularität. Wenn - wie bei der Entstehung eines schwarzen Lochs - Masse unter ihrer eigenen Gravitationskraft immer weiter in sich zusammenfällt, wird auch ihre Dichte immer größer. Dadurch wird die Raumkrümmung in der Umgebung der Masse immer größer und wenn nichts diesen Prozess aufhält, landen wir am Ende bei einem Punkt mit unendlicher Raumkrümmung; einer Singularität. Wir gehen heute davon aus, dass irgendetwas passiert, bevor es so weit ist und dass Singularitäten in echt nicht existieren können. Aber mit letzter Sicherheit wissen wir es nicht. Eine andere Art der Singularität ist der Urknall: Auch das ist, in der derzeitigen wissenschaftlichen Beschreibung, ein Zeitpunkt, an dem die gesamte Energie beziehungsweise Masse des Universums in einem Punkt konzentriert war und die Raumkrümmung unendlich groß gewesen sein muss. Singularitäten selbst können wir mit den derzeitigen Theorien der Wissenschaft nicht beschreiben. Das ist kein Fehler; das liegt in der Natur der Sache, denn Singularitäten sind ja gerade die Momente/Zeitpunkte, in denen physikalische Größen wie eben die Raumkrümmung oder die Energiedichte oder die Temperatur unendlich groß werden - oder, wenn es um die Ausdehnung der Objekte geht, unendlich klein. Unendliche Größen sind aber unphysikalisch, so etwas kann nicht existieren. Singularitäten sagen uns also vor allem, dass wir das, was da passiert, nicht vernünftig beschreiben können. Wir können mit unseren Theorien aber durchaus beschreiben, was passiert, wenn man sich einer Singularität nähert. Wir können beschreiben, was kurz davor passiert beziehungsweise wie beim Urknall, kurz danach. Und auch das Asymptotische Schweigen ist etwas, was mit den Bedingungen unmittelbar vor einer Singularität zu tun hat. Zuerst müssen wir uns aber noch die Sache mit den Lichtkegeln anschauen. Das ist ein Konzept aus der Relativitätstheorie. Die sagt uns ja, dass sich nichts schneller als das Licht durch das Universum bewegen kann. Wenn wir Informationen von einem Ort des Kosmos zu einem anderen schicken wollen, dann geht das nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit ist aber nicht einfach nur ein Geschwindigkeitslimit, sondern auch quasi eine Obergrenze für Kausalität. Das kann man sich in etwa so vorstellen: Wenn ich hier auf der Erde genau JETZT ein Signal hinaus ins Weltall schicke, dann dauert es circa 1,3 Sekunden, bis es beim Mond angekommen ist. Schneller geht es nicht. Und das bedeutet: Was auch immer auf der Erde passiert, für den Mond ist es frühestens 1,3 Sekunden später relevant. Wenn die Erde spontan verschwinden würde, würde der Mond den Verlust ihrer Anziehungskraft erst nach 1,3 Sekunden spüren. Und so weiter - in diesem Fall merkt man das kaum. Aber wenn nicht die Erde, sondern die Sonne plötzlich verschwinden würde, würden wir das erst nach 8 Minuten merken. 8 Minuten lang würde sich die Erde weiter auf ihrer Umlaufbahn bewegen, so als ob nichts wäre. Weil aus Sicht der Erde ja auch nichts passiert ist! Kausalität, also der Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung, kann sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Wirkung - die Erde verlässt ihre Umlaufbahn - kommt in diesem Fall erst 8 Minuten nach der Ursache - dem Verschwinden der Sonne - weil man die Distanz zwischen Sonne und Erde höchstens mit Lichtgeschwindigkeit zurücklegen kann und das 8 Minuten dauert. Würde man die Sonne von unserem Nachbarstern Alpha Centauri aus beobachten, der knapp 4 Lichtjahre entfernt ist, dann würde man dort das Verschwinden erst 4 Jahre später bemerken, als man es auf der Erde bemerkt hat. Obwohl es auch nicht unbedingt korrekt ist, in diesem Fall von "später" zu reden, denn es ist ja schon der frühestmögliche Zeitpunkt an dem man es merken kann, zumindest von Alpha Centauri aus gesehen. Es kommt eben immer auf den Standpunkt an - genau darum geht es ja in der Relativitätstheorie und Einstein hat sich viele Gedanken darüber gemacht, was "Gleichzeitigkeit" eigentlich wirklich bedeuten soll und warum es so etwas auf einem universalen Maßstab nicht geben kann. Aber das soll uns jetzt vorerst nicht interessieren. Wichtig ist: Die Lichtgeschwindigkeit legt fest, welche Bereiche des Universums kausal miteinander verknüpft sind. Beziehungsweise welche Bereiche des Universums einander beeinflussen können. Wir wissen ja, dass das Universum expandiert. Je weiter zwei Orte voneinander entfernt sind, desto schneller dehnt sich der Raum zwischen ihnen aus. Stellen wir uns jetzt zwei Orte im Universum vor, die so enorm weit voneinander entfernt sind, dass sich der Raum zwischen ihnen mit mehr als der Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Das ist übrigens erlaubt, denn erstens darf sich nur nichts schneller als das Licht DURCH den Raum bewegen; mit der Expansion des Raums selbst hat das nichts zu tun. Und zweitens ist auch das wieder ein Punkt, wo es auf den Blickwinkel ankommt. Der Raum dehnt sich nicht wirklich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, es kommt immer darauf an, wie man es betrachtet. Ich habe das ausführlich in Folge 249 der Sternengeschichten erzählt und wer möchte, kann das dort nochmal nachhören. Also: Wir haben zwei Orte und der Raum dazwischen dehnt sich schneller als das Licht aus. Das bedeutet dann aber auch: Die beiden können einander niemals irgendwie beeinflussen. Licht von einem Ort kann niemals den anderen erreichen. Es gibt keinerlei kausalen Zusammenhang zwischen den beiden Orten; sie befinden sich quasi in unterschiedlichen Universen. Oder anders gesagt: Die Lichtkegel der beiden Orten überschneiden sich nicht, denn mit Lichtkegel meint man genau den Bereich, der von einem bestimmten Ort aus zumindest theoretisch irgendwie kausal beeinflusst werden kann. So. Jetzt haben wir zwei grundlegende Konzepte für das Verständnis des Asymptotischen Schweigens. Jetzt fehlen noch Jewgeni Michailowitsch Lifschitz, Isaak Markowitsch Chalatnikow und Wladimir Alexejewitsch Belinski. Diese drei sowjetischen Physiker haben die Sache mit dem Asymptotischen Schweigen in den 1970er und frühen 1980er Jahren entdeckt. Wie ich schon zu Beginn gesagt habe: Die Mathematik die dahinter steht, ist enorm komplex. Aber im Prinzip geht es um folgendes: Die drei haben sich angeschaut, was ganz in der Nähe einer Singularität mit der kausalen Beziehung zwischen benachbarten Orten passiert. Man könnte ja eigentlich denken, dass das nicht schwer zu untersuchen ist. Wenn da, wie bei einem schwarzen Loch oder dem Urknall, die gesamte Materie immer weiter komprimiert wird, dann rückt alles immer weiter zusammen. Und dann muss es ja eigentlich viel leichter sein, dass alles da miteinander wechselwirkt und sich beeinflusst. Aber, und das war das überraschende Ergebnis, so ist es nicht. Das, was bei, beziehungsweise in der unmittelbaren Umgebung einer Singularität passiert, ist viel komplizierter. Die Raumzeit wird nicht einfach nur immer stärker und stärker gekrümmt. Das passiert zwar, aber nicht in alle Raumrichtungen gleich schnell gleich stark. Unterschiedliche Raumregionen verändern sich unterschiedlich schnell. Das klingt jetzt erstmal nicht sonderlich aufregend. Aber vielleicht hilft ein Vergleich: Stellt euch vor, ihr würdet mit einer Freundin jeden Tag eine Nachricht austauschen. Darin erzählt ihr einander, was so los ist, gebt euch Ratschläge, was man im Leben so tun und verändern könnte, und so weiter. Aber plötzlich kommt ein böser Zauberer und verhext euch. Ihr altert viel schneller als der Rest der Welt; euer Leben verändert sich in Minuten so stark wie es bei anderen vielleicht nur in ein paar Jahren der Fall ist. Und, das ist wichtig - für euch beide läuft das unterschiedlich schnell ab. Jetzt macht es gar keinen Sinn mehr, wenn ihr euch weiterhin jeden Tag eine Nachricht schickt. Deine Freundin hat sich in der Zeit vielleicht so enorm verändert, dass das, was du schreibst, überhaupt nicht mehr relevant ist. Ihr könnt keinen sinnvollen Einfluss auf das Leben der jeweils anderen Person nehmen. Ok, das ist vielleicht ein etwas schiefes Beispiel; unter Umständen vielleicht sogar zu schief. Aber Lifschitz, Chalatnikow und Belinski haben herausgefunden, dass genau so etwas ähnliches mit den Punkten der Raumzeit in der Nähe einer Singularität passiert. Die Raumzeit wird nicht einfach nur gekrümmt, sie wird im übertragenen Sinn wild und chaotisch hin und her gedreht und durcheinander gewirbelt. Sie verändert sich unterschiedlich schnell je nachdem um welche Raumrichtung es geht. Und wenn man das alles mathematisch korrekt untersucht kommt am Ende raus: Die kausalen Zusammenhänge zwischen den Punkten verschwinden. Die jeweiligen Lichtkegel werden immer schmaler und überlappen sich nicht mehr. Nicht, weil die Lichtgeschwindigkeit sich ändert. Sondern, und das ist wieder sehr vereinfacht gesagt, weil dem Licht der Raum fehlt, durch den es irgendwie anderswo hingelangen könnte. Die Raumzeit ist so wild, dass jeder einzelne Punkt sich absurd schnell verändert und so schnell, dass keine Information von anderen Punkten rechtzeitig eintreffen und diese Entwicklung irgendwie beeinflussen kann. Es gibt keine räumliche Kopplung mehr, oder anders gesagt: Der Raum fällt quasi auseinander. Die Punkte des Raums sind nicht mehr kausal miteinander verbunden. Alles wird extrem lokal. Nichts was an einem bestimmten Ort passiert hat irgendeinen Einfluss auf das, was an einem anderen Ort passiert. Oder noch einmal anders gesagt: Es gibt keine Kommunikation mehr. Und das Phänomen wird um so stärker, je näher wir der Singularität kommen. Das ist das "Asymptotische Schweigen" - am Ende kann überhaupt keine Kommunikation mehr stattfinden, es gibt nur noch Schweigen. Es ist ein bisschen schwer zu sagen, was daraus nun genau folgt. Einerseits ist das alles, wie gesagt, eine rein mathematische Sache. Wir haben nichts davon in echt beobachtet. Das Asymptotische Schweigen folgt, wenn man die Gleichungen der Relativitätstheorie auf eine bestimmte Art löst. Wir wissen aber, dass diese Gleichungen noch nicht das letzte Wort sein können. Am Ende brauchen wir eine Theorie, die in der Lage ist, nicht nur mit enormer Raumkrümmung umzugehen, sondern auch die quantenmechanischen Phänomene der Mikrowelt berücksichtigt. Wir brauchen eine Quantentheorie der Gravitation und dann können wir schauen, was da wirklich bei den angeblichen Singularitäten los ist. So eine Theorie haben wir noch nicht, aber es gibt Ansätze, die zeigen, dass das Asymptotische Schweigen vielleicht wirklich Teil so einer Quantengravitation sein könnte. Was das für unser Verständnis der schwarzen Löcher heißt oder für den Urknall oder ein mögliches Ende des Universums, wenn es in fernster Zukunft wieder mal in sich zusammenfallen und zu einer Singularität werden könnte: Das müssen wir dann erst noch rauskriegen. Aber vielleicht war das Schweigen nicht nur am Anfang. Vielleicht endet auch alles wieder in Schweigen.

Vom Mini-Neptun zur Supererde Sternengeschichten Folge 706: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper In dieser Folge der Sternengeschichten geht es nicht um etwas, sondern um etwas, wo nichts ist. Es geht um eine Lücke und zwar um die "Planetenlücke" oder die "Fulton-Lücke". Damit ist allerdings keine Lücke IN einem Planeten gemeint. Auch nicht eine Lücke zwischen Planeten. Die gibt es natürlich immer; zwischen den Planeten eines Planetensystems ist immer jede Menge leerer Weltraum; das ist normal und wäre kein Thema für eine eigene Podcastfolge. Die Lücke, um die es geht, ist eine, die sich nicht im echten Raum befindet, sondern eine, die mit den Eigenschaften der Planeten zu tun hat. Und um das zu verstehen, müssen wir uns deshalb zuerst einmal ansehen, was für Planeten es im Universum gibt. Fangen wir im Sonnensystem an. Die acht Planeten die wir haben, kennen wir alle: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Merkur ist der kleinste davon und Jupiter der größte. Und wenn ich jetzt und im folgenden "der kleinste" und "der größte" sage, dann beziehe ich mich auch tatsächlich auf die Größe, also den Radius des Planeten. Oft bin ich - und nicht nur ich alleine - da ja ein wenig ungenau und meine einen Planeten mit einer großen Masse, wenn ich von einem "großen" Planeten spreche. Im Fall von Merkur und Jupiter wäre das egal; der Merkur ist auch der Planet mit der kleinsten Masse im Sonnensystem und Jupiter der mit der größten und ganz allgemein haben größere Planeten meistens auch eine größere Masse. Aber der Unterschied zwischen Größe und Masse wird später noch relevant. Ordnen wir jetzt also mal die Planeten des Sonnensystems ihrer Größe nach. Merkur hat 0,38 Erdradien, dann kommt Mars mit 0,53 Erdradien. Dann die Venus, die mit 0,94 Erdradien fast so groß wie die Erde selbst ist. Größer als die Erde ist Neptun, mit 3,8 Erdradien, dann kommt Uranus mit 4 Erdradien und dann die beiden Riesen im Sonnensystem; Saturn und Jupiter mit 9,5 beziehungsweise 11,2 Erdradien. Auf den ersten Blick ist daran nichts besonders auffällig. Wir haben kleine Planeten und große Planeten und welche dazwischen. Bei genauerer Betrachtung sieht man aber ein paar Besonderheiten. Auf der einen Seite haben wir Planeten wie Mars, Venus und Erde, die alle zwischen einem halben und einem ganzen Erdradius groß sind. Und auf der anderen Seite die "Eisriesen" Uranus und Neptun mit circa dem 4fachen Erdradius. Und warum wir diese Himmelskörper "Eisriesen" nennen und sie von den noch größeren Gasriesen wie Jupiter und Saturn trennen, ist wieder eine ganz andere Geschichte die auf eine andere Folge warten muss. So oder so sehen wir eine Lücke, nämlich zwischen der Erde und Neptun. Es gibt im Sonnensystem keine Planeten die doppelt oder dreifach so groß sind wie die Erde. Das muss aber erstmal nichts bedeuten, denn es gibt ja auch jede Menge Planeten außerhalb des Sonnensystems. Wir kennen tausende davon und wir wissen, dass da auch jede Menge Himmelskörper dabei sind, die wir in dieser Form bei uns nicht finden. Zum Beispiel die "Supererden", über die ich in Folge 34 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich gesprochen habe. Das sind Planeten, die mehr Masse (Achtung, jetzt geht es wieder um die Masse) als die Erde haben, aber weniger als Neptun. Diese Supererden sind dann aber auch tendenziell ein wenig größer als die Erde, bis zum eineinhalbfachen Radius. Obwohl sie größer und massereicher als die Erde sind, haben sie immer noch eine feste Oberfläche und einen Mantel aus Gestein, so wie die Erde. Von denen haben wir da draußen im All schon einige entdeckt, genau so wie "Sub-Neptune" oder "Mini-Neptune". Das sind Planeten, deren Radius kleiner ist als der des Neptun. Diese Planeten haben vermutlich einen felsigen Kern, der von einer ausgedehnten Gashülle aus Wasserstoff und Helium umgeben ist, so wie es auch bei Neptun der Fall ist. Es gibt also da draußen Planeten, die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind. Aber, und das ist der Punkt um den es in dieser Folge geht: Planeten können anscheinend nicht einfach irgendwelche Größen haben. Nimmt man alle Planeten zusammen, die wir kennen und schaut sich ihre Größe an, dann findet man darunter viele kleine Planeten, wie die Erde und auch Supererden, die ein bisschen größer sind. Und man findet jede Menge größere Planeten wie Neptun und einen ganzen Haufen Mini-Neptune, die ein wenig kleiner sind. Tatsächlich sind die Mini-Neptune der häufigsten Planetentyp in der Milchstraße, aber auch das ist wieder eine andere Geschichte. Wir finden aber keine oder nur sehr wenige Planeten mit einem Radius der zwischen dem eineinhalbfachen und dem doppelten Erdradius liegt. Das ist die Lücke, um die es geht und es ist tatsächlich eine Lücke. Wir haben mittlerweile genug Planeten anderer Sterne untersucht. Wenn diese fehlenden Planeten genau so häufig wären wie die anderen, dann hätten wir sie gefunden. Es ist auch kein Problem der Präzision. Natürlich ist es nicht einfach, die Größe eines Planeten zu bestimmen, der einen anderen Stern umkreist. Dazu müssen wir unter anderem wissen, wie groß der Stern selbst ist. Aber auch da haben wir in den letzten Jahrzehnten immer genauere Daten gewonnen und die Lücke ist immer noch da. Aus irgendeinem Grund scheint das Universum etwas gegen Planeten zu haben, die eineinhalb bis zweimal so groß wie die Erde sind. Das erste Mal im Detail erforscht und dargestellt wurde die Lücke in der Verteilung der Planetengrößen im Jahr 2017 in einer wissenschaftlichen Arbeit unter der Leitung des amerikanischen Astronomen Benjamin Fulton, weswegen man die Planetenlücke oft auch als "Fulton-Gap", also "Fulton-Lücke" bezeichnet. Und natürlich hat man sich seitdem jede Menge Gedanken darüber gemacht, was die Ursache dafür sein könnte. Es wäre eigentlich überraschend, wenn Planeten der fehlenden Größe nicht entstehen könnten. Nichts was wir über die Entstehung von Planeten wissen sagt uns, dass sich gerade Himmelskörper mit dem 1,5 bis 2fachen Erdradius nicht bilden können. Es ist viel wahrscheinlicher, dass sie genau so entstehen wie die Planeten mit anderen Größen. Aber danach passiert irgendwas, was die größeren von ihnen schrumpfen lässt. Denn dass die kleineren zu wachsen beginnen ist eher unmöglich; es gibt kaum sinnvolle physikalische Prozesse, die dazu führen, dass ein Planet größer wird, zumindest nicht die Art von Planeten, die uns hier interessieren. Ein Gasplanet kann sich zum Beispiel ausdehnen, wenn er erwärmt wird. Aber ein Gesteinsplanet wie eine Supererde kann nicht plötzlich auf die doppelte Größe anwachsen. Wir suchen also nach Prozessen, die Planeten in der Lücke, also Planeten mit dem 1,5 bis 2fachen Erdradius schrumpfen lassen. Es muss ein Prozess sein, der die größeren Himmelskörper, also die Mini-Neptune nicht betrifft, denn die bleiben ja übrig. Aber alles, was kleiner ist als ein Mini-Neptun muss durch diesen Prozess auf die Größe einer Supererde geschrumpft werden. Wenn wir verstehen wollen, was hier passiert, müssen wir uns kurz noch einmal den Zusammenhang zwischen Planeten, Planetenentstehung und Atmosphären anschauen. Nur kurz, aber das ist nötig, wenn wir die Planetenlücke verstehen wollen. In der ursprünglichen Wolke aus Gas und Staub, aus der Planeten um einen jungen Stern entstehen, befindet sich jede Menge Wasserstoff und Helium. Planeten, deren Kern während der ersten Entstehungsphase groß genug geworden ist, haben auch eine große Masse und können mit ihrer deswegen starken Anziehungskraft auch große Menge an Wasserstoff und Helium festhalten. Sie legen sich gewaltige Atmosphären zu, so wie Jupiter oder Saturn. Kleine Himmelskörper, wie zum Beispiel die Erde, können die leicht flüchtigen Gase wie Wasserstoff und Helium nicht festhalten und haben am Ende nur sehr dünne Atmosphärenschichten. Dazwischen sind Planeten wie Uranus und Neptun, die Wasserstoff und Helium festhalten können, aber nicht so viel wie Jupiter oder Saturn. Die Mini-Neptune haben noch weniger davon und die Planeten, die in unsere Lücke fallen würden, noch ein bisschen weniger. Es kommt aber nicht nur auf die Masse an, ob ein Planet seine Atmosphäre halten kann, sondern auch darauf, was sein Stern macht. Junge Sterne geben im Allgemeinen sehr viel mehr energiereiche Ultraviolettstrahlung ab als ein alter Stern wie unsere Sonne. Diese energiereiche Strahlung regt die Gasmoleküle einer Atmosphäre an und sie können sich dadurch leichter aus der Anziehungskraft ihres Planeten lösen. Der junge Stern ist quasi wie ein Sandstrahler, der die Atmosphären von Planeten abträgt. Es gibt aber noch einen zweiten Weg, wie Energie in eine Atmosphäre gelangen kann, nämlich durch den Planeten selbst. Junge Planeten sind noch sehr warm, sie haben viel thermische Energie gespeichert und geben die auch ab und zwar ebenfalls in ihre Atmosphäre. Auch dadurch können die Gasmoleküle angeregt werden und entkommen. Wenn sich die Wasserstoff/Helium-Atmosphäre so ins All verflüchtigt, wird der Planet natürlich kleiner. Diese Wasserstoff/Helium-Atmosphären können sehr ausgedehnt sein; nicht die dünne Luftschicht, die wir von der Erde kennen. Selbst wenn nur ein bisschen dieser Atmosphäre verloren geht, schrumpft der Planet deutlich. Er verliert aber auch Masse und hat es dadurch NOCH schwerer, den Rest seiner Atmosphäre zu halten. Es ist ein Teufelskreis und am Ende hat der Planet seine ganze Wasserstoff/Helium-Hülle verloren und übrig bleibt der nackte Kern aus Gestein und Metall, also das, was wir als "Supererde" klassifizieren (auf denen sich im Laufe der Zeit wieder eine andere Atmosphäre entwickeln kann, die nicht aus Wasserstoff und Helium besteht und nicht so leicht flüchtig ist). Die größeren Planeten, also die Mini-Neptune und Eisriesen wie Neptun und Uranus sind von diesem Prozess nicht oder nur wenig betroffen. Sie haben von Anfang an genug Masse, um den Großteil ihrer Wasserstoff- und Heliumatmosphäre trotz Sternstrahlung und eigener innerer Wärme festzuhalten. Ihre atmosphärischen Hüllen überleben und so kriegen wir auf einer Seite der Lücke eben genau diese Sub-Neptune und Eisriesen und auf der anderen Seite die Supererden und Gesteinsplaneten wie die Erde. Dazwischen bleibt kaum etwas übrig und genau deswegen gibt es diese Lücke. Ein junger Planet muss mit einer gewissen Grundmasse an Atmosphäre starten (und braucht dazu auch einen ausreichend massereichen Kern um sie festhalten zu können). Dann schafft er es auch, diese Atmosphäre zu behalten. Ist die Grundmasse an Atmosphäre aber zu gering, dann sorgen die gerade beschriebenen Prozesse dafür, dass er sie im Laufe der Zeit komplett verliert. Viele der Supererden, die wir heute überall in der Milchstraße beobachten, haben als Mini-Neptune begonnen, aber es nicht geschafft, diesen Zustand aufrecht zu erhalten. Wir wissen noch nicht genau, welcher der beiden Prozesse - Sternstrahlung oder "Photoevaporation", wie es korrekt heißt oder die eigene innere Wärme der Planeten - wirklich für die Planetenlücke verantwortlich ist. Vermutlich spielen beide eine Rolle. Es ist auch noch nicht sicher, ob die Sub-Neptune, die ihre Atmosphäre verlieren, am Ende wirklich zu Supererden werden, also großen Gesteinsplaneten mit fester Oberfläche oder ob sich da doch etwas anderes draus entwickelt, dass nur so groß wie eine Supererde, aber ganz anders aufgebaut ist. Wir müssen noch mehr Planeten noch genauer beobachten und noch mehr Daten sammeln. Es wird noch ein wenig dauern, bis wir wirklich verstanden haben, was in der Planetenlücke passiert ist. Aber allein aus der Tatsache ihrer Existenz wissen wir schon, dass sehr viele Planeten eine sehr dramatische Jugend gehabt haben müssen.

Sternbedeckung und der mysteriöse Raum Sternengeschichten Spezial Mai 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Sternengeschichten Spezial! In der Spezialfolge für den Mai erzähle ich von einem fernen Asteroid, der letztes Jahr einen Stern bedeckt hat. Das hat uns gezeigt, dass dieses kleine Ding überraschenderweise eine Atmosphäre hat und das in der fernen, dunklen Ecke des Sonnensystems mehr passiert, als man denken würde. Ich habe die Frage von Phillip beantwortet, der wissen wollte "Was ist Raum?". Und ich habe ein bisschen über das Problem gesprochen, das Plattformen wie Spotify für Podcasts darstellen. Mehr zur Sternbedeckung findet man hier oder hier. STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Der nächste Auftritt wird am 3. Juni in Wien stattfinden und Karten gibt es hier. Karten für die Live-Aufzeichung von "Das Universum" am 16.6. in Wien gibt es hier Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt. Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima". Feedback zu den Spezialfolgen bitte unter kontakt@sternengeschichten.org Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter)), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten)) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)) Sternengeschichten-Hörbuch: https://www.penguin.de/buecher/florian-freistetter-sternengeschichten/hoerbuch-mp3-cd/9783844553062

Durchbruch aus Vorarlberg Sternengeschichten Folge 705: Rheticus und der Beginn der kopernikanischen Revolution Im Mittelalter haben die Menschen geglaubt, dass die Erde das Zentrum des Universums ist. Dann kam Nikolaus Kopernikus und hat im Jahr 1543 sein berühmtes Werk veröffentlicht, in dem er zeigt, dass sich die Planeten alle um die Sonne herum bewegen. Das war die berühmte "kopernikanische Wende" und auf sie ist die wissenschaftliche Revolution der Neuzeit gefolgt, mit Galileo Galilei, Isaac Newton, Johannes Kepler und so weiter. Diese Darstellung der Ereignisse ist nicht falsch. Aber sie ist auch nicht ganz richtig. Ich habe in Folge 403 ja schon einmal ausführlich über das Leben und die Arbeit von Nikolaus Kopernikus erzählt, aber damals eine sehr wichtige Person nicht erwähnt. Das möchte ich in dieser Folge nachholen. Es geht heute also um Georg Joachim Rheticus, ohne den es die kopernikanische Wende nicht oder erst später gegeben hätte. Rheticus ist eigentlich als Georg Joachim Iserin zur Welt gekommen; am 16. Februar 1514, in der Stadt Feldkirch, die heute im österreichischen Bundesland Vorarlberg liegt. Sein Vater war der Stadtarzt und seine Mutter eine Adlige aus Italien. Als Georg 14 Jahre alt war, bekam sein Vater allerdings Schwierigkeiten mit den Behörden. Die Ereignisse lassen sich nicht mehr genau rekonstruieren, aber vermutlich gab es Streit mit ein paar einflussreichen Familien aus Feldkirch. Georgs Vater war nicht nur Arzt, sondern ein allgemein gebildeter Mensch; er war ein Büchersammler; hat seine eigene Medizin hergestellt; astrologische Vorhersagen getätigt, und so weiter. Das hat ihm aber eine Anklage als Hexer und Betrüger eingebracht, er wurde entsprechend verurteilt und hingerichtet. Georg hat danach sicherheitshalber den Familiennamen seiner Mutter angenommen und sich ab da Georg Joachim de Porris genannt oder eingedeutscht: Georg Joachim von Lauchen. Ich werde ihn ab jetzt aber dann so nennen, wie er später als Wissenschaftler genannt wurde, nämlich mit dem lateinischen Namen Rheticus. Die erste Station auf dem Weg hin zum Forscher war für Rheticus die Lateinschule in Feldkirch und danach ein Studium der Mathematik in Zürich. Das hat er 1531 beendet und danach ging er an die Universität von Wittenberg, wo er 1536 ein Studium der "sieben freien Künste" abschloss. So hat man damals die Disziplinen genannt, die quasi die Grundlage für jede weiter Ausbildung dargestellt haben, also Grammatik, Rhetorik und Dialektik und Arithmetik, Geometrie, Musik und Astronomie. In Wittenberg hat Rheticus auch Philipp Melanchton kennengelernt, der - gemeinsam mit Martin Luther - nur ein paar Jahrzehnte zuvor eine der wichtigsten Personen im Streit mit der katholischen Kirche und der Reformation war. Melanchton jedenfalls hat Rheticus geholfen, eine Stelle als Professor für Mathematik und Astronomie in Wittenberg zu bekommen. Und er hat ihm die Möglichkeit gegeben, ein wenig durch die Welt zu reisen, um andere Mathematiker und Astronomen zu treffen und von ihnen zu lernen. Auf dieser Reise ist Rheticus 1539 auch nach Frauenburg gekommen um dort Nikolaus Kopernikus zu besuchen. Eigentlich sollte es nur ein kurzes Treffen werden; geworden ist daraus ein dreijähriger Aufenthalt. Rhetiucs war 25 Jahre alt; Kopernikus schon 70. Trotzdem verstanden sich die beiden auf Anhieb hervorragend und Rheticus wurde der erste, einzige und letzte Schüler von Nikolaus Kopernikus. Der hatte die Arbeit, für die er heute berühmt ist, schon seit gut 10 Jahren abgeschlossen, aber nichts davon veröffentlicht. Rheticus hat die Rohfassung von Kopernikus' Bericht über die Bewegung der Himmelskörper aber natürlich trotzdem sehr genau studiert. Und auch wenn die Arbeit noch nicht druckreif war, wollte Rheticus trotzdem den Rest der gelehrten Welt darüber informieren. Mit Zustimmung von Kopernikus hat er deswegen eine Zusammenfassung geschrieben und in nur 10 Wochen das kleine Buch "Narratio Prima", also "Erster Bericht" geschrieben. Mit vollem Titel heißt es "De libris revolutionum Copernici narratio prima" beziehungsweise "Erster Bericht über das Werk 'Über die Umläufe' des Kopernikus". Es wurde 1540 veröffentlicht und war schnell ein großer Erfolg. Bei der Arbeit an der Narratio Prima hatte Rheticus auch gemerkt, dass das eigentliche Werk von Kopernikus noch längst nicht so weit war, wie gedacht. Das Manuskript hätte deutlich umgeschrieben, mathematisch erweitert und umorganisiert werden müssen; eine Arbeit, zu der sich doch schon recht alte Kopernikus aber nicht imstande gesehen und den Text daher in der Schublade liegen lasse hatte. Jetzt aber war Rheticus da und hat einerseits, in Abstimmung mit Kopernikus, eine überarbeite Version verfasst. Und andererseits konnte er Kopernikus auch überreden, das Buch endlich zu veröffentlichen. Im Frühjahr 1543, kurz vor Kopernikus' Tod, war es dann soweit: "De revolutionibus orbium coelestium" oder auf deutsch "Über die Umlaufbahnen der Himmelssphären" wurde gedruckt. Rheticus konnte den Publikationsprozess allerdings nicht komplett beaufsichtigen; er musste eine Stelle an der Universität Leipzig antreten. Die letzte Korrektur der Druckfahnen übernahm Andreas Osiander; ein Theologe und Reformator, der - ohne Rücksprache mit Rheticus und Kopernikus - dem Werk noch ein Vorwort beigefügt hat. Darin erklärt er, dass das Planetenmodell von Kopernikus nur ein reines Rechenmodell wäre, das definitiv nicht den Anspruch erhebt, die Realität zu beschreiben. Das war schon frech genug; noch frecher war es, dass er das nicht als eigenen Zusatz gekennzeichnet hatte, sondern so tat, als wäre das eine Aussage von Kopernikus selbst. Rheticus selbst hatte eigentlich ein anderes Vorwort verfasst, in dem er erklärte, dass sich das kopernikanische Weltmodell durchaus mit den Aussagen der Bibel vereinen lässt. Er hat seine Argumente auf einem Prinzip des frühen Kirchenlehrers Augustinus von Hippo basiert. Der lebte im 4. und 5. Jahrhundert, als sich die noch junge christliche Kirche ausgebreitet hat beziehungsweise bemüht war, sich durch Missionierung andersgläubiger Menschen auszubreiten. Das war nicht immer einfach und schon damals gab es Diskussionen über die Konflikte zwischen den Aussagen in der Bibel und der Realität. Ich will hier nicht zu weit in die Theologie abschweifen, aber im Wesentlichen hat Augustinus und mit ihm später Rheticus folgendes gesagt: In der Bibel steht nur das, was nötig ist, um den Menschen den Weg zur Erlösung möglich zu machen. Und es steht dort so, dass es für die Menschen möglichst einfach zu verstehen ist. Mit wissenschaftlich exakten Aussagen ist daher in der Bibel nicht zu rechnen. Ein gutes Beispiel aus Rheticus Zeit ist die Entdeckung von Amerika. Davon stünde nichts in der Bibel, weil es aus theologischer Sicht nicht relevant war. Genauso steht in der Bibel nichts über die wahre Bewegung der Himmelskörper, weil auch das nicht wichtig ist, wenn man Menschen zum Glauben an Gott bringen will. Diese theologische Abhandlung von Rheticus, mit der das neue kopernikanische Weltbild mit den Lehren der Kirche in Einklang gebracht werden sollte, wurde von Osiander aber nun entfernt und dieser Text wurde erst sehr viel später wieder entdeckt. So oder so: Das Werk von Kopernikus war jetzt endlich in der Welt und ohne Rheticus wäre das nicht - oder wenn, dann erst viel später - passiert. Es war nicht so sehr die Angst vor der Kirche, die Kopernikus mit der Veröffentlichung zögern hat lassen. Tatsächlich ist sein Buch erst 1616 von der Kirche auf den Index der verboteten Bücher gesetzt worden, also gut 70 Jahre nach seinem Tod und der Veröffentlichung. Aber Kopernikus wusste eben auch, dass sein Werk noch nicht fertig ist und erst durch die Hilfe von Rheticus konnte es in eine Form gebracht werden, mit der auch Kopernikus zufrieden war. Wenn man sagt, dass es ohne Rheticus keinen Kopernikus gegeben hätte, wäre das vermutlich zu sehr vereinfacht. Aber nicht viel… und es wäre übrigens auch ungerecht, das Leben von Rheticus nur auf seine Zusammenarbeit mit Kopernikus zu reduzieren. Er war Kartograph, hat als Arzt gearbeitet und er war vor allem auch Mathematiker. Wir neigen dazu, den Wert mathematischer Arbeit aus dem Mittelalter und der frühen Neuzeit zu unterschätzen, weil das, was zum Beispiel Rheticus gemacht hat, aus unserer Sicht immer ein wenig langweilig aussieht. Rheticus hat sich extrem für die Eigenschaften von Dreiecken interessiert und für das, was wir heute "Trigonometrie" nennen. Also die Berechnung von Winkel und Winkelfunkionen, wie Sinus, Kosinus, und so weiter. Das ist natürlich auch heute noch sehr wichtig in der Mathematik, aber wir tippen das halt einfach in den Taschenrechner oder den Computer. Damals gab es da aber nicht. Wenn man den Sinus eines Winkels wissen wollte, waren das langwierige Berechnungen. Und damit man die nicht immer wiederholen musste, gab es Bücher mit langen Tabellen, wo man die entsprechenden Werte nachschlagen konnte. Aber damit es solche Bücher gab, musste die irgendwer schreiben und davor all diese Werte auch berechnen und das möglichst ohne Fehler zu machen. Rheticus hat genau das gemacht und seine mathematischen Fähigkeiten waren auch enorm wichtig für die Überarbeitung von Kopernikus' Werk. Rheticus hat die späteren Jahren in seinem Leben vor allem als Arzt verbracht. In den 1550er Jahren hat er Medizin in Prag studiert und dann in Krakau als Doktor praktiziert. Nebenbei hat er sich immer noch mit Mathematik und Astronomie beschäftigt und seine Tabellenwerke verfasst. Er starb am 4. Dezember 1574 und ich möchte diese Folge mit einem Zitat von Rheticus beenden, dass erstaunlich gut in die Gegenwart passt. Rheticus schreibt darin an den Bürgermeister von Feldkirch über die wissenschaftliche Ausbildung junger Menschen: "Denn will man die Jugend begeistern, so kommt es darauf an, dass sich die führenden Persönlichkeiten für die Wissenschaft einsetzen. […] Es steht den Regierenden gut an, die Studien nicht nur kraft ihres Einflusses anderen zu empfehlen. Vielmehr müssen sie auch der verkehrten Meinung der Masse entgegentreten, dass nur der materielle Gewinn zählt."

Versehentliche Asteroidenlandung Sternengeschichten Folge 704: Der Asteroid Eros Samstag, der 13. August 1898 war ein heißer Tag in Berlin und auch in der Nacht zum Sonntag ist nicht sonderlich kühl geworden. In der Sternwarte der Berliner Urania war es drückend schwül, aber der Astronom Gustav Witt und sein Assistent Felix Linke haben sich trotzdem an die Arbeit gemacht. Witt wollte einen verloren gegangenen Asteroiden finden: Eunike, der 10 Jahre zuvor entdeckt, aber danach nur mehr spärlich beobachtet wurde und seit ein paar Jahren gar nicht mehr. Witt hatte eine Ahnung, wo am Himmel er sich aktuell befinden musste und wollte die Umlaufbahn von Eunike mit neuen Daten besser bestimmen. Stattdessen haben die beiden Astronomen aber einen anderen Asteroid entdeckt, einen Asteroid, den davor noch niemand entdeckt hat. Dieser Asteroid sollte sich bald als Objekt einer ganz neuen Klasse herausstellen; er hat eine wichtige Rolle beim Verständnis des Sonnensystems gespielt und es war der erste Asteroid auf dem wir gelandet sind. Aber so weit ist die Geschichte noch nicht. Bleiben wir noch in den 1890er Jahre und bei der Entdeckung von Eros. So hat Witt den neuen Asteroid genannt und das war schon die erste Auffälligkeit. Bis dahin sind alle Asteroiden mit weiblichen Namen benannt worden. Witt hat diese Regel als erster gebrochen und den Namen des griechischen Gotts der Liebe ausgewählt. Und, so wie alle anderen Asteroiden auch, hat Eros eine fortlaufende Nummer bekommen: 433; es war also der 433. Asteroid, den man entdeckt hatte. Mit dieser Nummer war Witt allerdings unzufrieden. Denn Eros war kein Asteroid, wie man ihn bisher kannte. In Folge 443 der Sternengeschichten habe ich über den Asteroid Ceres gesprochen, den ersten Asteroid überhaupt den man im Jahr 1801 gefunden hat. Seine Umlaufbahn befindet sich zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter und das war auch bei allen anderen Asteroiden so, die man seit damals entdeckt hat. Bis auf Eros: Seine Umlaufbahn liegt zwischen denen von Mars und Erde. Beziehungsweise liegt sie dort fast; sie reicht ein bisschen über die Marsbahn hinaus oder anders gesagt: Eros nähert sich einerseits der Erde und kreuzt andererseits die Bahn des Mars. Sowas kannte man damals nicht und Witt war der Meinung, dass man Eros daher nicht mit den anderen Asteroiden in eine Gruppe zusammenfassen sollte. Asteroiden sollten nur die Objekte sein, die sich zwischen Mars und Jupiter befinden. Sein Kollege, Julius Bauschinger vom Astronomischen Recheninstitut in Heidelberg - zuständig für die Katalogisierung der Asteroiden war allerdings anderer Meinung. Die Bahn von Eros liegt zwar nicht dort wo die anderen Asteroiden sind, aber ist auch nicht weit weg. Und, so Bauschinger, man wird in Zukunft sicherlich noch mehr Asteroiden wie Eros finden. Womit er, wie wir heute wissen, völlig recht gehabt hat. Ich habe in Folge 271 der Sternengeschichten ausführlich über die Gruppe der "Erdnahen Asteroiden" gesprochen, deren Bahnen sich zwischen den Umlaufbahnen von Venus und Mars befinden. Heute kennen wir jede Menge davon - und Eros war der erste aus dieser Asteroidenklasse der entdeckt wurde. Und sein Entdecker, Gustav Witt, war nichtmal der erste, der ihn gesehen hat. In der selben Nacht, von Samstag dem 13. August 1898 zum Sonntag dem 14. August, aber ein paar Stunden davor, hat der französische Astronom Auguste Charlois in Nizza ebenfalls eine Aufnahme gemacht, auf der Eros zu sehen war. Das hat Charlois aber erst ein paar Tage später gemerkt, weil er am Sonntag nicht gearbeitet und die Fotoplatten nicht ausgewertet hat. Also wurde Witt zum offiziellen Entdecker - so kanns gehen. Aber genug von der Entdeckung und zurück zu Eros. Wir wissen heute, dass es sich um einen erdnahen Asteroid aus der Gruppe der Amors handelt. So nennt man die Asteroiden, die der Erde nahekommen, aber die Erdbahn nicht kreuzen. Sie können sich entweder komplett zwischen den Bahnen von Erde und Mars bewegen, oder aber die Bahn des Mars kreuzen, so wie es Eros tut. Für eine Runde um die Sonne braucht Eros ein Jahr und 278 Tage. Er kommt Erde und Mars zwar nahe, aber die Gefahr einer Kollision besteht vorerst nicht. Die Minimaldistanz zwischen Erde und Eros liegt bei circa 23 Millionen Kilometer - das ist genug Sicherheitsabstand. Und das ist gut; immerhin hat Eros einen mittleren Durchmesser von circa 17 Kilometer - der Einschlag so eines Brockens wäre mehr als ausreichend für ein ordentliches Massensterben. Das mit der Größe hat die Menschen aber einige Zeit lang verwirrt. Es ist ja nicht so einfach, die Größe eines Asteroiden zu bestimmen. Man sieht ja nur einen Lichtpunkt im Teleskop. Wenn der Asteroid hell leuchtet, kann das heißen, dass er viel Licht der Sonne reflektiert, weil er groß ist und man kann aus der Helligkeit grob auf den Durchmesser schließen. Aber so einfach ist es nicht immer. Und im Fall von Eros war die Helligkeit auch nicht konstant. Man hat beobachtet, dass er mit einer Periode von ein paar Stunden heller und dunkler wird. Das bedeutet, dass der Asteroid eine unregelmäßige Form haben kann und genau das ist hier der Fall. Eros sieht ein wenig aus wie eine Banane, in seiner längsten Richtung ist der Asteroid 34 Kilometer lang, in die anderen beiden Richtungen circa 11 Kilometer. Je nachdem ob er uns gerade seine lange oder kurze Seite zeigt, sehen wir mehr oder weniger Licht, das reflektiert wird. Wirklich viel Aufmerksamkeit hat Eros im Dezember 1900 bekommen. Lange Zeit waren ja die Größenverhältnisse im Sonnensystem unbekannt. Das soll heißen: Man hat zwar die relativen Abstände der Himmelskörper gekannt, aber nicht die absoluten Distanzen. Oder anders gesagt: Man hat zum Beispiel gewusst, dass der Mars circa 1,5 mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde. Aber nicht, was das in Kilometer bedeutet. Dazu muss man den Abstand zwischen Erde und Sonne kennen und das war schwer rauszukriegen. Aber wenn man diesen Abstand hat beziehungsweise wenn man irgendeine Distanz zwischen zwei Himmelskörpern absolut bestimmt hat, kann man damit alle anderen relativen Distanzen umrechnen. Nur diese eine, erste Messung war kritisch. Man hat 1822 durch die Beobachtung des Venustransits eine erste Näherung der sogenannten "Astronomischen Einheit" bekommen (wie das genau gelaufen ist, habe ich in einer anderen Folge erzählt), also des mittleren Abstands zwischen Erde und Sonne und ihn mit circa 155 Millionen Kilometer bestimmt. Aber so richtig genau war das Ergebnis nicht. Ein paar Jahrzehnte später, 1873, hat man versucht, das Resultat durch die Beobachtung der Parallaxe des Asteroiden Flora zu verbessern. "Parallaxe", das ist die scheinbare Positionsveränderung eines Himmelskörpers wenn man ihn von unterschiedlichen Orten der Erde aus beobachtet. Je nachdem unter welchem Blickwinkel man den Asteroiden Flora betrachtet, erscheint er gegenüber den Sternen im Hintergrund leicht verschoben. Diese scheinbare Positionsänderung ist umso größer, je näher der Asteroid der Erde ist, was bedeutet: Aus dem Ausmaß der Positionsänderung - der Parallaxe - kann man den Abstand bestimmen. Bei der Beobachtung von Flora kam man auf einen Wert für die Astronomische Einheit von 148 Millionen Kilometer. Ein großer Unterschied zu den 155 Millionen Kilometer von früher. Zu groß - man brauchte genauere Daten. Jetzt kommt der Auftritt von Eros: Man hat ziemlich bald nach seiner Entdeckung bemerkt, dass er der Erde vergleichsweise nahe kommen kann. Näher auf jeden Fall als alle anderen damals bekannten Asteroiden und je näher ein Objekt der Erde ist, desto besser ist der Effekt der Parallaxe zu beobachten. Im Dezember 1900 sollte sich Eros besonders weit nähern und das wollte man nutzen, um die Astronomische Einheit endlich vernünftig zu bestimmen. Das Ergebnis: 149.488.000 Kilometer, mit einer Messungenauigkeit von nur 38.000 Kilometer. 1931 ist Eros sogar noch näher an die Erde gekommen und man konnte das Ergebnis auf 149.675.000 Kilometer mit einer Messungenauigkeit von 17.000 Kilometer verbessern. Noch besser ist unser Wert für die Astronomische Einheit erst 1962 geworden, als man exakte Messungen mit Radartechnik machen konnte. Dafür aber war Eros unser bestes Instrument, um die Abstände im Sonnensystem zu bestimmen. Eros ist auch danach immer wieder Ziel astronomischer Beobachtungen gewesen. Und in den 1990er Jahren hat man sich daran gemacht, diesem besonderen Asteroid einen besonderen Besuch abzustatten. Am 17. Februar 1996 hat die NASA die Raumsonde NEAR ins All geschickt. Die Abkürzung steht für "Near Earth Asteroid Rendezvous" und genau das war das Ziel: Ein Rendezvous mit einem erdnahen Asteroiden, nämlich Eros. Man wollte das erste Mal zu einem Asteroid fliegen, ihm umkreisen und in Ruhe aus der Nähe untersuchen. Ende 1998 war man bei Eros angekommen, es gab aber ein paar technische Probleme. Das Haupttriebwerk hat sich ungeplant abgeschaltet und man konnte nicht in eine Umlaufbahn einschwenken. Die Raumsonde ließ sich zwar wieder stabilisieren, aber es hat nur für einen Vorbeiflug in circa 3800 Kilometer Entfernung gereicht. Aber immerhin hat man da schon mal ein paar erste Bilder aufnehmen können. Mit diversen Korrekturen und Kurswechseln hat man es dann am 14. Februar 2000 doch noch geschafft: NEAR war in einer Umlaufbahn um Eros; zuerst mit einem Abstand von circa 350 Kilometer. Die Sonde ist dann aber immer näher an den Asteroid gerückt, bis sie am Ende in nur 35 Kilometer Abstand um Eros gekreist ist. Endlich konnte man einen Asteroiden aus nächste Nähe erforschen. Eros ist, wenig überraschend, voller Krater. Aber, und das war überraschend, es gibt auch Bereiche, wo kaum Krater zu finden sind. Man geht davon aus, dass Eros vor ungefähr einer Milliarde Jahre mit einem größeren Brocken kollidiert ist. Dabei wurden jede Menge Bruchstücke über die Oberfläche von Eros verteilt. Die Schockwellen, die dabei entstanden sind, haben dabei die kleineren Krater in bestimmten Bereichen der Oberfläche von Eros zerstört; sie sind quasi kaputt geschüttelt worden. Man hat auch "Staubteiche" entdeckt, also kleinere Vertiefungen auf Eros, die mit Staub gefüllt sind. Im Januar 2001 hat man begonnen, die Umlaufbahn von NEAR weiter abzusenken. Zuerst ist die Raumsonde in 5 bis 6 Kilometer Abstand vorbei geflogen, dann in nur noch 2 bis 3 Kilometer. Die Mission hat sich ihrem geplanten Ende genähert und man wollte noch so viel wie möglich beobachten. Am Schluss sollte NEAR mit Eros kollidieren. Das ist am 12. Februar 2001 auch passiert, aber nicht so wie geplant. Man hat die die Umlaufbahn von NEAR immer näher an Eros herangebracht und das so kontrolliert, dass aus dem Zusammenstoß eine sanfte Landung wurde. Das hat das Kontrollteam ziemlich überrascht, denn NEAR war nicht darauf ausgelegt, zu landen und hatte keine Landemechanismen oder ähnliches. Aber sie hat die Landung denoch überlebt und konnte weiterhin Daten zur Erde senden. Man hat die Mission also nochmal um 2 Wochen verlängert und NEAR dann in einen Ruhe- und Energiesparmodus versetzt. Bis November 2001 lag die Sonde im Schatten und die Solarmodule konnten keinen Strom mehr produzieren. Erst im Dezember 2002 hatte sie wieder volles Sonnenlicht, einer Reaktivierung von NEAR hat aber leider nicht funktioniert. Mittlerweile haben wir Besuche und Landungen bei diversen anderen Asteroiden wiederholt. Aber Eros war der erste Asteroid, den wir aus der Nähe gesehen haben und Eros war der erste Asteroid, auf dem wir gelandet sind.

Der Anfang der SETI-Forschung Sternengeschichten Folge 703: Das Green Bank Treffen, Außerirdische und der Orden des Delfins Am Halloween-Abend des Jahres 1961 haben sich 10 Wissenschaftler in der abgelegenen Ortschaft Green Bank in West Virgina getroffen. Die Zusammenkunft war nicht geheim, aber man hat sie auch nicht an die große Glocke gehängt. Es waren Astronomen, Informatiker, Biologen und Ingenieure die am Radio-Observatorium von Green Bank zusammengekommen sind und sie waren zum größten Teil die führenden Experten auf ihrem Gebiet. Ihr Ziel: In Ruhe und ausführlich darüber zu diskutieren, ob es irgendwo intelligente Außerirdische gibt und wie man sie kontaktieren könnte. Das klingt nach dem Beginn eines Science-Fiction-Films, hat aber genau so tatsächlich stattgefunden. Damals, im Jahr 1961, hat sich die Wissenschaft das erste Mal seriös und umfassend mit der Frage nach der Suche und einer möglichen Kontaktaufnahme mit außerirdischen Lebewesen beschäftigt, also der Disziplin, die man heute "SETI" nennt, "Search for Extraterrestrial Intelligence". Heute ist dieses Thema immer noch ein wenig außergewöhnlich, aber man macht sich auch nicht mehr lächerlich, wenn man wissenschaftlich untersucht, ob es außerirdisches Leben gibt; wenn man sich mit Astrobiologie beschäftigt oder darüber nachdenkt, ob und wie Kommunikation mit intelligenten Lebewesen außerhalb der Erde funktionieren könnte. Anfangen hat das aber alles damals in Green Bank. Und dieses Treffen in Green Bank kam nicht aus dem Nichts. Der zweite Weltkrieg war noch nicht so lange her und dort hat man auch das erste Mal Raketen im großen Maßstab eingesetzt. Leider vor allem als Waffe, von Deutschland in Form der V2-Raketen. Aber nach Kriegsende wurden die restlichen Raketen von den USA (und der Sowjetunion) als Basis für die Entwicklung eigener Raumfahrtprogramme genutzt. Die Nachkriegszeit war auch die Zeit, in der UFOs populär wurden. Immer mehr Menschen haben berichtet, dass sie irgendwelche seltsamen fliegenden Objekte gesehen hätten und unabhängig des Wahrheitsgehaltes dieser Aussagen, war das Thema in den 1950er Jahren in der Öffentlichkeit weit verbreitet. Die Science Fiction hat sich sowieso damit beschäftigt, aber auch die Wissenschaft hat darüber nachgedacht, ob es vielleicht außerirdisches Leben geben könnte. Der berühmte Physiker Enrico Fermi hat sich gefragt, warum wir noch keine Aliens gesehen haben, obwohl sie doch, wenn es sie gibt, genug Zeit gehabt haben müssten, die ganze Milchstraße zu besieden - das ist das, was wir heute "Fermi-Paradoxon" nennen und wovon ich in Folge 410 ausführlich gesprochen habe. Stanley Miller und Harold Urey haben 1953 ihr berühmtes Experiment durchgeführt, dass "Miller-Urey-Experiment" oder, etwas volkstümlicher, das Experiment mit der "Ursuppe". Sie haben gezeigt, dass sich schon unter recht simplen Bedingungen, wie sie auf der frühen Erde geherrscht haben, die Grundbausteine für die Entstehung des Lebens bilden können. Man hat die DNA entschlüsselt, hat Fortschritte beim Verständnis der Planetenentstehung gemacht und 1957 flog mit "Sputnik" der erste Satellit ins Welltall. Die NASA wurde 1958 gegründet und Raumfahrt und außerirdisches Leben waren keine Science Fiction mehr, sondern etwas, worüber sich auch die Wissenschaft Gedanken machen konnte. Das haben insbesondere Giuseppe Cocconi und Philip Morrison getan. Cocconi, ein Physiker aus Italien, war 1959 in den USA zu Besuch. Dort hat er Morrison getroffen, einen amerikanischen Physiker, der unter anderem am Manhattan-Projekt, also dem Bau der ersten Atombombe mitgearbeitet hatte. Cocconi dagegen awr Experte für hochenergetische Teilchen und Strahlung. Er war, so wie Morrison, unter anderem an der Gammastrahlung interessiert. Cocconi hat sich mit Gammastrahlen beschäftigt, die an Beschleunigern produziert werden, Morrision mit denen, die wir im Weltall beobachten können. Das hat Cocconi auf eine Idee gebracht: Wenn wir Menschen Gammastrahlen erzeugen können, und wir sie aus dem Weltall empfangen: Könnten dann Aliens die Gammastrahlen nicht für Kommunikation benutzen? Die beiden haben die Frage diskutiert und sind zu dem Schluss gekommen: Nein, Gammastrahlung ist nicht die beste Wahl für interstellare Kommunikation, viel besser geeignet ist Radiostrahlung. Ihre Ergebnisse haben sie am 19. September 1959 in einer Facharbeit mit dem Titel "Suche nach interstellarer Kommunikation" veröffentlicht, der durchaus einiges an Aufsehen erregt hat. Heute können wir sagen, dass dieser Artikel quasi den Anstoß für die SETI-Forschung gegeben hat. Gleichzeitig und ohne dass Cocconi und Morrison davon gewusst hatten, hat sich der Radioastronom Frank Drake ebenfalls mit dem Thema beschäftigt. Er hat im Frühjahr 1960 ein großes Radioteleskop an einen vielversprechenden Punkt am Himmel gerichtet um dort nach Botschaften von Aliens zu suchen. Ohne Erfolg, aber dieses "Projekt Ozma" war die erste Suche dieser Art. All diese Aktivitäten haben auch James Peter Pearman interessiert. Er war Mitglied des Space Science Board der Nationalen Akamdemie der Wissenschaften in den USA: Diese Einrichtung wurde 1958 gegründet um beratend bei den Raumfahrtaktivitäten der USA tätig zu sein. Dort gab es auch eine Gruppe, die sich mit außerirdischem Leben beschäftigt hat, aber vor allem wegen der Frage, ob es vielleicht irgendeine Art der Kontamination geben könnte, wenn Menschen ins All fliegen oder zum Mond. Aber 1961 hat sich das Space Science Board auch der Frage gewidmet, ob und wie man die Suche und Kommunikation mit etwaigen Aliens wissenschaftlich sinnvoll erforschen kann. Also haben Drake und Pearman überlegt, eine kleine Konferenz dazu zu veranstalten. Und sie haben vor allem überlegt, wen man einladen sollte. Natürlich Cocconi und Morrison. Aber auch Otto Struve, einer der bekanntesten und bedeutensten Astronomen seiner Zeit und damals Direktor des National Radio Astronomy Observatory. Denn treffen wollte man sich an der Radiosternwarte in Green Bank, wo auch Frank Drake damals gearbeitet hat und das musste Struve natürlich erlauben. Man hat noch jede Menge andere Leute eingeladen, aber neben Drake, Pearman und Struve hatten am Ende nur sieben weitere Leute zugesagt. Der junge Astronom Carl Sagan, der damals - im Gegensatz zu heute - noch weitestgehend unbekannt war. Der chinesisch-amerikanische Astronom Su-Shu Huang. Dana Atchley, ein Ingenieur und Bernard Oliver, ein Elektrotechniker. Der Biologe Melvin Calvin und der Neurophysiologe John Lilly. Philip Morrison war auch dabei; Giuseppe Cocconi hatte abgesagt. Es waren also nur zehn Forscher, die zugesagt hatten und diese zehn waren es, die an Halloween 1961 in Green Bank eingetroffen sind. Ich könnte über jede dieser Personen eine eigene Folge machen; aber wenn ich in dieser Folge erzählen würde, was sie alles gemacht haben, würde sie vermutlich ein paar Stunden dauern. Also belassen wir es dabei, dass sie alle qualifiziert waren, um über Aliens nachzudenken - sofern man bei diesem Thema überhaupt irgendwie qualifiziert sein kann. Auf dem Programm des Treffens standen drei große Ziele: Erstens: Herauszufinden, wie wahrscheinlich es ist, dass sich irgendwo anders im Universum intelligentes Leben entwickelt hat und wie wahrscheinlich eine Kontaktaufnahme ist. Zweitens: Herauszufinden, ob es sich lohnt, mit der existierenden Technologie auf die Suche nach Aliens zu gehen oder ob man warten muss, bis bessere Technik entwickelt wird. Und Drittens: Einen entsprechenden Aktionsplan für das Space Science Board zu entwickeln. Frank Drake war bestens vorbereitet, um Frage Nummer 1 zu diskutieren. Direkt zu Beginn der Konferenz hat er das präsentiert, was wir heute als die "Drake-Gleichung" kennen und worüber ich in Folge 304 der Sternengeschichten ausführlich erzählt habe. Drake hat darin alle Faktoren zusammengestellt, die bestimmen, ob sich irgendwo Aliens entwickeln und ob wir mit ihnen kommunizieren können. Seine Gleichung beinhaltet zum Beispiel die Anzahl der Sterne in der Milchstraße, die Anzahl der Sterne, die Planeten haben, die Anzahl der Planeten, die Leben beherbergen können, die Anzahl der Planeten auf denen sich Leben und intelligentes Leben entwickelt, die Anzahl der technischen Zivilisationen darunter und ihre Lebensdauer. Damals wusste man über so gut wie keinen dieser Faktoren irgendetwas aus wissenschaftlicher Sicht verlässliches - aber genau deswegen war man ja zusammengekommen. Man hat also über die Faktoren der Drake-Gleichung diskutiert und die Diskutanten waren gut qualifiziert dafür. Otto Struve hatte sich zum Beispiel intensiv mit der Frage nach Planeten anderer Sterne beschäftigt. Damals hatte man noch keine solche Exoplaneten gefunden; das kam erst in den 1990er Jahren. Aber Struve war überzeugt, das fast jeder Stern Planeten haben muss. Das stimmt, wie wir heute wissen, auch wenn Struves Argumente aus heutiger Sicht nicht mehr ganz richtig sind (aber das ist wieder eine ganz andere Geschichte). Su-Shu Huang war ebenfalls Spezialist für Planeten und er war auch der erste, der sich über das Konzept der "habitablen Zone" Gedanken gemacht hat, also die Bereiche um einen Stern herum, wo die Energie des Sterns gerade ausreicht, so dass auf der Oberfläche eines passenden Planeten Wasser und Leben existieren kann. Dana Atchley war Spezialist für Kommunikation und hat Drake schon mit entsprechendem Equipment für sein Projekt Ozma ausgeholfen. Bernard Oliver hat unter anderem an Mikrowellen-Sendern und Empfängern gearbeitet und war Forschungsdirektor bei Hewlett Packard. Carl Sagan war damals noch recht unbekannt, aber interessiert an allem, was mit dem Thema zu tun hat und von Joshua Lederberg für die Konferenz empfohlen, dem Direktor des Space Science Board. Philip Morrison war als SETI-Pioneer sowieso qualifiziert und das galt auch für den Biologen Melvin Calvin. Wie qualifiziert er war, haben die Teilnehmer an der Konferenz direkt erfahren, als plötzlich ein Anruf aus Schweden kam: Calvin hat den Nobelpreis für seine Forschung zur Photosynthese gewonnen. Und dann war da noch John Lilly. Er war deswegen eingeladen, weil er kurz davor sein Buch "Mensch und Delfin" veröffentlicht hatte. Darin berichtet er von seiner Forschung, um die Sprache der Delfine zu verstehen. Aber nicht nur das: Lilly war auch der Meinung, es sei möglich, den Delfinen beizubringen, auf englisch zu sprechen. Für diese Forschung bekam er sogar Fördergelder der Regierung, mit der ein entsprechendes Forschungszentrum auf einer Karibikinsel gebaut hat. Drei Delfine lebten dort direkt mit Menschen zusammen, in einer Art Aquariums-Haus. Man ging beim Treffen in Green Bank natürlich nicht davon aus, dass irgendwo im All Delfine herumschwimmen. Aber irgendwie muss man mit den Aliens ja kommunizieren, und wie kann man das besser lernen, als wenn man zuerst mit einer nicht-menschlichen Intelligenz auf der Erde kommuniziert. Lillys Versuche, die Sprache der Delfine zu verstehen und ihnen unsere Sprache beizubringen, war eine gute Vorbereitung für das SETI-Projekt. Lillys Forschung hat die anderen sogar so sehr beeindruckt, dass sie ihrer Gruppe den informellen Namen "Orden des Delfins" gegeben haben. Melvin Calvin hat nach dem Ende des Treffens sogar kleine Delfin-Anstecknadeln mit den eingravierten Namen der Teilnehmer verschickt. Trotzdem ist das Treffen in Green Bank eine einmalige Angelegenheit geblieben. Pearman hat die Ergebnisse der Diskussion an das Space Science Board geschickt und damit war der Auftrag vorerst erfüllt. Die Mitglieder des Delfin-Ordens blieben in losem Kontakt, aber haben das mit dem Delfin bald fallen gelassen. Denn Lillys Forschung hat sich als weniger beeindruckend herausgestellt, als sie ausgesehen hat. Die Delfine haben kein Englisch gelernt und Lillys Methoden sind immer weiter in unwissenschaftliche New-Age-Konzepte abgeglitten. Als er dann auch noch LSD an die Tiere verteilt hat, war es auch mit den Fördergeldern vorbei. Das Treffen in Green Bank war aber dennoch nicht folgenlos. Die Drake-Gleichung, die damals entwickelt wurde, ist auch heute noch die Grundlage jeder SETI-Forschung. Und auch wenn wir bisher noch keinen Kontakt mit Aliens hatten und noch nicht mal irgendeine Art von Leben außerhalb der Erde entdeckt haben: Das Thema wurde damals das erste Mal mit wissenschaftlicher Ernsthaftigkeit diskutiert. Was davor nur Science Fiction war und ein Gebiet, auf dem man sich bestenfalls lächerlich machen kann, ist durch das Green Bank Treffen zum Teil rehabilitiert und zu einer seriösen Forschungsrichtung geworden. Die Sache mit den Delfinen war ein Reinfall. Aber ohne den Orden des Delfins wäre SETI nicht zu dem geworden, was es heute ist.

Die Sonne fährt die Schilde hoch Sternengeschichten Folge 702: Der Forbush-Effekt Wir Menschen auf der Erde spüren den Einfluss der Sonne jeden Tag; ohne ihre Strahlung könnten wir hier nicht leben. Auf den weiter entfernten Planeten strahlt sie aber nicht mehr so hell und im äußeren Sonnensystem ist es so kalt, als wäre die Sonne überhaupt nicht da. Aber sie ist da und ihr Einfluss reicht weiter, als man es sich vielleicht vorstellt. Und damit ist nicht die Gravitationskraft gemeint, die sie ausübt; die reicht theoretisch ja sogar unendlich weit. Das, was auf der Sonne passiert hat Auswirkungen auf das gesamte Sonnensystem und die Phänomene, die als "Forbush-Ereignis" bezeichnet werden, demonstrieren das wunderbar. Bevor wir uns aber damit beschäftigen, wer oder was Forbush ist und was es dazu ereignisvolles zu erzählen gibt, müssen wir uns mit etwas beschäftigen, von dem ich schon ausführlich in Folge 317 gesprochen habe, nämlich der kosmischen Strahlung. Ich halte die Wiederholung kurz, aber im Prinzip besteht die kosmische Strahlung aus hochenergetischen Teilchen, deren Ursprung im Weltraum liegt. Wir wissen darüber Bescheid, seit sie 1912 vom österreichischen Physiker Victor Franz Hess entdeckt worden ist und man kann ihren Ursprung grob in zwei Quellen einteilen. Einmal ist da die Sonne, die nicht nur Licht abstrahlt, sondern auch ständig Teilchen aus ihren äußeren Gasschichten ins All schleudert. Einerseits tut sie das ständig und vergleichsweise ruhig, in Form des Sonnenwindes, von dem ich auch schon oft hier erzählt habe und andererseits macht sie das manchmal auch sehr dramatisch, wenn sie zum Beispiel koronale Massenauswürfe durchs Planetensystem schleudert. Die Ursache für diese Eruptionen liegen in der dynamischen Wechselwirkung des Gases aus dem die Sonne besteht und ihrem Magnetfeld. Ab und zu gibt es da quasi Kurzschlüsse, bei denen sehr viel Energie frei wird und große Mengen an solarer Materie ins All hinaus geworfen werden. Die Details sind komplex und noch nicht vollständig verstanden, aber der Punkt ist: Unser Stern schleudert mal mehr und mal weniger Teilchen mit großer Energie durch die Gegend. Es sind geladene Teilchen, vor allem Protonen und Elektronen, aber auch schwerere Atomkerne anderer chemischer Elemente. Das ist allerdings nichts, was nur die Sonne macht. Alle anderen Sterne tun das ebenfalls und es gibt noch mehr astronomische Prozesse, die so eine Art der Teilchenstrahlung erzeugen. Sie entstehen bei Supernova-Explosionen, in der Umgebung schwarzer Löcher oder in den gewaltigen Jets, also riesigen Materieströmen, die aus den Zentren ferner Galaxien hinaus ins All schießen. All diese Prozesse (und noch mehr) sind für die zweite Komponente der kosmischen Strahlung verantwortlich, die galaktische kosmische Strahlung. Diese Teilchen haben im Allgemeinen eine sehr viel höhere Energie als die in der solaren kosmischen Strahlung, aber die eine wie die andere ist äußerst unangenehm für uns Menschen. Wenn Teilchen mit so viel Energie auf die Atome in unserem Körper treffen, dann können sie dort Reaktionen auslösen; Atome können zerfallen; Moleküle ihre Bindung verlieren, und so weiter. Wenn wir zulange der kosmischen Strahlung ausgesetzt sind, dann werden wir krank oder sterben. Aber wenn wir uns nicht im Weltall aufhalten, dann schützt uns zum Glück unsere Atmosphäre. Die kosmische Strahlung trifft zuerst auf die Atome der Lufthülle, bevor sie uns erreichen kann. Auch dort oben, hoch über unseren Köpfen, löst sie atomare Reaktionen aus; lässt Stickstoff- oder Sauerstoffatome zerfallen und die entstehenden Zerfallsprodukte zerfallen weiter, können neue Zerfallsreaktionen auslösen, und so weiter. Oder anders gesagt: Jedes Teilchen der kosmischen Strahlung das auf die Atmosphäre der Erde trifft, löst einen Schauer aus Teilchen aus, die "Sekundärstrahlung" genannt wird und das was davon am Ende noch auf dem Erdboden ankommt, ist für uns weitestgehend ungefährlich. Das bedeutet, dass wir die kosmische Strahlung von der Erde aus nur indirekt über die Sekundärstrahlung messen können. Aber genau das hat man in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gemacht. Nach der Entdeckung des Phänomens 1912 hat man natürlich versucht, möglichst viel darüber und ihren Ursprung herauszufinden. Parallel hat man auch immer besser verstanden, wie die Sonne funktioniert. In Folge 10 haben ich vor langer Zeit schon mal über das Sonnenwetter gesprochen; so nennt man alle Phänomene, die mit der elektrisch-magnetischen Aktivität der Sonne zu tun haben. Wenn es da zum Beispiel einen wirklich heftigen Kurzschluss gibt und große Mengen an Material bei einem koronalen Massenauswurf in Richtung Erde geschleudert werden, kann das durchaus dramatische Folgen bei uns haben. Die können ästhetisch anspruchsvoll sein, weil die Interaktion zwischen den geladenen Teilchen von der Sonne und dem irdischen Magnetfeld zum Beispiel Polarlichter verursacht. Die Folgen können aber auch katastrophal sein, wenn die solare kosmische Strahlung Satelliten ausfallen lässt oder die kurzfristige Störung im Erdmagnetfeld Stromleitungen kollabieren lässt. Einer, der sich ab den 1930er Jahren intensiv mit all diesen Phänomenen beschäftigt hat, war der amerikanische Physiker Scott Forbush. 1937 hat er einen kurzen Aufsatz veröffentlicht, mit dem Titel "Über die Effekte in der Intensität der kosmischen Strahlung, die während des jüngsten magnetischen Sturms beobachtet wurden". Mit "magnetischer Sturm" ist das gemeint, was ich vorhin kurz angedeutet habe: Wenn die Sonne bei einem koronalen Massenauswurf jede Menge geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit und Energie in Richtung Erde schleudert, dann bringt das unser Magnetfeld kurzfristig durcheinander. Das kann man messen und so ein Ereignis hat zwischen 25. und 30. April 1937 stattgefunden. Forbush ist aber aufgefallen, dass es da nicht nur Variationen beim Magnetfeld gegeben hat. Zwei andere Messstationen; eine in Maryland in den USA und eine in Huancayo in Peru haben die Intensität der kosmischen Strahlung überwacht. Die Intensität der kosmischen Strahlung ist während des magnetischen Sturms um vier Prozent geringer geworden, was weit über den üblichen Variationen gelegen ist. Es kann Zufall sein, dass die Abnahme der kosmischen Strahlung zeitgleich mit dem magnetischen Sturm aufgetreten ist. Oder auch nicht. Forbush schreibt am Ende seiner Arbeit: "Auch wenn die hier vorgelegten Belege für sich genommen nicht als schlüssiger Beweis dafür gelten können, dass die beobachteten Änderungen in der Intensität der kosmischen Strahlung auf das äußere Feld des magnetischen Sturms zurückzuführen sind, so scheint diese Hypothese doch die vernünftigste zu sein." In einer längeren Arbeit aus dem Jahr 1938 hat Forbush dass sehr viel genauer untersucht und Daten weiterer magnetischer Stürme in seine Analyse inkludiert. Das Fazit: Nicht alle magnetische Stürme führen zu einem Rückgang der kosmischen Strahlung aber bei vielen ist das der Fall und dieser Rückgang kann global gemessen werden, egal wo auf der Welt die Messstation steht. Mittlerweile können wir das Phänomen, das Forbush damals entdeckt hat, genauer einordnen. Wenn die Sonne bei einer großen Eruption eine große Wolke aus geladenen Teilchen ihres Plasmas ins All schleudert, dann verschwindet die nicht einfach so. Sie bewegt sich durch das ganze Sonnensystem hindurch. Wenn sie dabei in der Nähe der Erde vorbei kommt, wirkt sie für einige Zeit wie eine Art von Schutzschild. Es sind ja elektrisch geladene Teilchen, die da durch die Gegend geschleudert werden und die können die ebenfalls elektrisch geladenen Teilchen der galaktischen kosmischen Strahlung abhalten. Solange das Schutzschild da ist, trifft also weniger galaktische kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre und unsere Detektoren am Boden messen einen Rückgang der Sekundärstrahlung. Wie stark dieser Rückgang ausfällt hängt davon ab, wie groß die Sonneneruption war und wie stark das Magnetfeld ist, dass die geladenen Teilchen der ausgestoßenen Plasmawolke erzeugen. Und es hängt natürlich auch davon ab, wie nahe diese Wolke an der Erde vorbei kommt. Typischerweise beträgt der Rückgang einige Prozent, kann aber in besonderen Fällen auch 10 bis 20 Prozent betragen. Das ganze passiert schnell; es braucht nur ein paar Stunden, bis sich die Intensität der kosmischen Strahlung verringert. Danach dauert es dann ein paar Tage, bis alles wieder den Normalzustand erreicht hat und das Forbush-Ereignis, wie das Phänomen mittlerweile genannt wird, vorbei ist. Vielleicht ist dem einen oder der anderen an diesem Punkt ein Gedanke gekommen: Ich habe vorher gesagt, dass es zwei Komponenten der kosmischen Strahlung gibt; die die von der Sonne kommt und die galaktische, die von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangt. Koronale Massenauswürfe, die Forbush-Ereignisse verursachen sind eine Ursache für die solare kosmische Strahlung. Sollte man da bei so einer Sonneneruption nicht MEHR kosmische Strahlung erwarten? Ja und Nein. Wenn ein koronaler Massenauswurf stattfindet und auf die Erde trifft, dann führt das natürlich zu einer kurzfristigen Erhöhung der Intensität der kosmischen Strahlung. Das passiert schnell und es passiert anfangs vor allem nur an bestimmten Orten der Erde, weil die Teilchen von der Sonne sich entlang der Magnetfeldlinien der Erde bewegen. Das gilt nicht nur für koronale Massenauswürfe, sondern generell für die solare kosmische Strahlung. So ein Ausbruch auf der Sonne verursacht also einen kurzen Anstieg kosmischer Strahlung, der nicht überall auf der Erde gemessen werden kann. Die galaktische kosmische Strahlung dagegen kommt aus allen Richtungen zu uns. Wenn es bei dieser Komponente Veränderungen gibt, dann wirken die sich überall auf der Erde aus. Das heißt, man kann die beiden Teile der kosmischen Strahlung gut unterscheiden und ein Forbush-Ereignis betrifft nur eine Verringerung der galaktischen kosmischen Strahlung. Was fangen wir mit diesem Wissen an? Einerseits ist es natürlich gut, wenn wir Bescheid darüber wissen, wie sich die kosmische Strahlung verhält und verändert, damit wir unsere Satelliten, Raumfahrzeuge und vielleicht auch die Menschen schützen können, die sich gerade im Weltall befinden. Andererseits sind solche Forbush-Ereignisse aber auch ein Beispiel dafür, wie nicht nur die Sonne sondern die gesamte Heliosphäre funktioniert. So bezeichnet man den gesamten magnetischen Einflussbereich der Sonne und der reicht bis weit über den Bereich der bekannten Planeten hinaus. Die Grenze der Heliosphäre liegt grob 100 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, also noch weit hinter den Umlaufbahnen von Neptun, Pluto und den restlichen Asteroiden des Kuiper-Gürtels. Und ein Forbush-Ereignis muss nicht zwingend nur auf der Erde stattfinden. Wir haben den selben Effekt auch auf dem Mars gemessen und auch mit den Instrumenten von Raumsonden wie Pioneer 10 und Voyager 1 und 2, die sich weit im äußeren Sonnensystem befinden und die Grenze der Heliosphäre mittlerweile überschritten haben. Forbush-Ereignisse zeigen uns, dass die Sonne nicht nur ein helles Licht am Himmel ist, sondern ein dynamischer Himmelskörper der das ganze Sonnensystem im Griff hat. Die atomare Reaktionen im Inneren unsers Sterns, die chaotischen Ströme des geladenen Plasmas und die wilde Dynamik seines Magnetfelds haben Einfluss auf die fernsten Regionen im Sonnensystem. Die geladenen Teilchen die die Sonne durch die Gegend schleudert, verändern was von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangen kann oder nicht. Forbush-Ereignisse zeigen uns in aller Deutlichkeit die Dynamik der Sonne und die Heliosphäre in Aktion.

Planetenverstecken Sternengeschichten Folge 701: Planetenbedeckung "An den Iden des September, um Mitternacht, sah man zwei Planeten so zusammenkommen, dass sie beinahe wie ein und derselbe Stern erschienen; danach trennten sie sich aber um die Breite eines Fingers." Das hat der englische Mönch Gervasius von Canterbury am 12. September 1170 in seiner "Chronica" geschrieben. Die beiden Planeten, von denen er spricht, waren Mars und Jupiter und was er beobachtet hat, war ein extrem seltenes Ereignis. Tatsächlich wissen wir heute, dass sich damals - von der Erde aus gesehen - der Mars genau vor dem Jupiter befunden hat. Die beiden Lichtpunkte sind wie einer erschienen: Es hat eine Bedeckung zwischen zwei Planeten stattgefunden. Und bevor wir schauen, wie oft so etwas in der Vergangenheit vorgekommen ist und wer solche Ereignisse beobachten konnte, fangen wir mit den Grundlagen an. Bedeckungen gibt es unter den Objekten am Himmel immer wieder. In den meisten Fällen ist es aber ein Himmelskörper des Sonnensystems, der einen fernen Stern bedeckt. Der Mond kann, von der Erde aus gesehen, zum Beispiel direkt vor einem Stern vorüberziehen und ihn kurzfristig verdecken. Da der Mond an unserem Himmel sehr groß erscheint und im Laufe seiner Bewegung einen großen Bereich am Himmel abdeckt, passiert das vergleichsweise oft. Es passiert genau genommen extrem oft, denn es gibt sehr viele Sterne am Himmel. Aber im Allgemeinen erregt eine Sternbedeckung durch den Mond nur dann Aufmerksamkeit, wenn es ein heller und prominenter Stern ist und man die Bedeckung auch ohne Einsatz eines Teleskops verfolgen kann. Es gibt auch andere Konstellationen und sie sind nicht nur außergewöhnliche Ereignisse sondern können auch wichtig für die Forschung sein. Im Jahr 1988 hat zum Beispiel der Pluto einen Stern bedeckt. Eigentlich hatte man erwartet, dass das Licht dieses Sterns schlagartig verschwindet, wenn Pluto ihn verdeckt und es dann ebenso schlagartig wieder erscheint, wenn der Pluto weiter gezogen ist. Tatsächlich ist das Sternenlicht aber graduell schwächer geworden, bevor es verschwunden ist. So hat man damals entdeckt, dass der Pluto eine Atmosphäre besitzen muss. Kurz bevor der - damals noch - Planet komplett vor dem Stern stand, hat das Sternenlicht durch die Atmosphäre des Pluto geleuchtet und ist dabei schwächer geworden. Es kommt auch immer wieder mal vor, dass Asteroiden einen Stern bedecken, woraus wir ableiten können, wie groß der Asteroid ist und welche Form er hat. Und wir können auch immer wieder Transits von Merkur oder Venus vor der Sonne beobachten, also den Durchgang des Planeten direkt vor der Scheibe der Sonne. Und wie wichtig solche Ereignisse für die Wissenschaft sind, habe ich ausführlich in Folge 539 der Sternengeschichten erklärt. Heute soll es aber nicht um Sternbedeckungen gehen und auch nicht um Transits vor der Sonne. Sondern um echte Planetenbedeckungen. Das bedeutet: Von der Erde aus gesehen muss dabei ein Planet exakt vor dem anderen stehen. Oder anders gesagt: Die Erde und zwei Planeten müssen eine exakte und gerade Linie bilden. So etwas kommt nicht so häufig vor, wie man vielleicht denken würde. Denn die Planeten des Sonnensystems bewegen sich zwar alle annähernd in der selben Ebene um die Sonne. Aber eben nur annähernd und nicht exakt. Es muss wirklich alles passen: Nicht nur müssen die drei Himmelskörper alle in einer Reihe stehen, sie müssen auf ihren Bahn auch gerade in den passenden Positionen angekommen sein, so dass sie sich alle in der selben Ebene befinden. Ist das nicht der Fall, dann beobachten wir keine Bedeckung, sondern eine Konjunktion. Ok, astronomisch exakt gesprochen IST eine Bedeckung eine Konjunktion. Aber wenn man den Begriff nicht ganz so exakt verwendet, was meistens der Fall ist, dann meint man mit "Konjunktion", dass zwei Himmelskörper einander am Himmel sehr nahe sind. So etwas gibt es häufig, aber uns interessieren heute die echten Bedeckungen. Das, was Gervasius von Canterbury im Jahr 1170 beobachtet hat, war eine Bedeckung. Oder, wenn man es wirklich ganz genau nimmt, vielleicht auch nicht. Denn damals stand der Mars, von der Erde aus gesehen, exakt vor dem Jupiter. Der Mars ist klein, der Jupiter ist groß und der Mars hat den großen Planeten nicht komplett bedeckt. Es war eher ein Transit - im Teleskop hätte man den Mars als schwarze Scheibe vor der größeren Scheibe des Jupiter vorüber ziehen sehen. Und vielleicht hat Gervasius von Canterbury auch nicht wirklich im richtigen Moment beobachtet. Mars und Jupiter sind damals, von England aus gesehen, erst kurz vor Ende der Bedeckung aufgegangen. Es kann also gut sein, dass Gervasius die beiden Himmelskörper gesehen hat, als die Bedeckung schon zu Ende war. Mit freiem Auge können die beiden dann aber immer noch "wie ein und derselbe Stern" erscheinen, weil wir die hellen Lichtpunkte nicht voneinander trennen können, wenn sie einander am Himmel sehr nahe stehen. Schauen wir also ein paar Jahrhunderte in die Zukunft. Am 9. Januar 1591 beobachteten der deutsche Astronom Michael Mästlin und sein Schüler, ein gewisser Johannes Kepler den Himmel über der Universität von Tübingen. Sie wollten eine nahe Begegnung zwischen Mars und Jupiter beobachten. Als die beiden Planeten aber kurz nach Mitternacht am Himmel aufgehen sollten, war Jupiter nicht zu sehen; nur das rötliche Leuchten des Mars. Erst ein wenig später hat sich dann auch der Jupiter gezeigt. Auch das klingt nach einer Bedeckung beziehungsweise einem Transit von Mars und Jupiter. Aber, wie wir heute dank exakter Berechnungen wissen, es war tatsächlich nur eine extrem nahe Begegnung der beiden Planeten. Mästlin und Kepler kann man allerdings keinen Vorwurf machen; ohne Teleskop - das damals noch nicht erfunden war - waren sie nicht in der Lage, die beiden Lichtpunkte der Planeten zu trennen; sie sind ihnen tatsächlich wie ein einziger Lichtpunkt erschienen. Für das nackte Auge erscheinen die Himmelskörper auch immer ein wenig größer, als sie im Teleskop aussehen würden und wenn sie einander wirklich nahe sind, dann sieht es aus wie eine Bedeckung, obwohl es keine ist. Gehen wir noch ein paar Jahrhunderte in die Zukunft und zwar zum 28. Mai 1737. Für diesen Tag hat man eine extrem nahe Begegnung zwischen den Planeten Venus und Merkur berechnet. Der englische Arzt und Hobby-Astronom John Bevis hat deswegen sein Teleskop an der Sternwarte in Greenwich bei London zum Himmel gerichtet. Anfangs konnte er Venus und Merkur nahe beieinander sehen und sie bewegten sich immer weiter aufeinander zu. Für ein paar Minuten haben Wolken sein Sichtfeld bedeckt, aber als sie verschwunden waren, war Merkur ebenfalls nicht mehr da. Nur die hell leuchtende Venus war im Teleskop zu sehen bevor auch sie hinter den Wolken verschwunden ist. Hat Bevis jetzt also eine Bedeckung des Merkur durch die Venus beobachtet? Oder haben ihn die Wolken durcheinander gebracht? Gut 100 Jahre später hat sich der große französische Himmelsmechaniker Urbain Le Verrier die Sache noch einmal angesehen. Wenn es jemanden gibt, der wirklich in der Lage ist, herauszufinden, wo sich Planeten am Himmel befinden, dann Le Verrier! Immerhin war er es, der rein aus der beobachteten Bewegung des Planeten Uranus berechnet hat, dass da noch ein weiterer Planet im Sonnensystem sein muss und auch noch so genau sagen konnte, wo man suchen muss, dass er ohne große Verzögerung gefunden werden konnte und heute als "Neptun" fixer Bestandteil des Sonnensystems ist. Le Verrier hat also berechnet, wo sich Merkur und Venus am 28. Mai 1737 am Himmel befunden haben. Sie haben einander tatsächlich bedeckt, aber zum Zeitpunkt von Bevis' Beobachtung war diese Bedeckung zum Teil schon wieder vorbei. Ein Stückchen von Merkur war schon wieder sichtbar, aber - und das ist das wirklich beeindruckende an Le Verriers Berechnung - dieses Stückchen konnte Bevis nicht sehen. Denn, so Le Verrier, der Merkur war nur circa zur Hälfte beleuchtet. So wie der Mond zeigt der innerste Planet auch Phasen und in dem Fall war quasi "Halb-Merkur". Die helle Hälfte war noch hinter der Venus, die dunkle aber nicht mehr. Für Bevis muss es also ausgesehen haben, als wäre der Merkur immer noch komplett bedeckt. Je nachdem wie streng man sein will, hat also auch Bevis keine eindeutige Bedeckung von zwei Planeten beobachtet. Kepler und Mästlin haben das auch nicht und bei Gervasius von Canterbury reichen die verfügbaren Daten nicht um zu klären, was er im Detail gesehen hat. Es gibt natürlich auch noch andere Aufzeichnungen aus der Vergangenheit, zum Beispiel aus der astronomischen Forschung in China. Dort ist von einer extrem nahen Begegnung zwischen Mars und Jupiter am 9. Juni 493 die Rede, obwohl wir heute wissen, dass an diesem Tag nicht nur eine nahe Begegnung stattgefunden hat, sondern eine echte Bedeckung. Aber vielleicht hat man - wer auch immer damals beobachtet hat - einfach ein bisschen zu früh oder zu spät hingeschaut. Am 1. Mai 498 hat Heliodoros von Alexandria ebenfalls eine Bedeckung von Mars und Jupiter beobachtet, aber so wie im Fall von Mästlin und Kepler war auch das in Wahrheit nur eine nahe Begegnung. Es gibt noch mehr Aufzeichnungen, aber nirgendwo lässt sich ohne jeden Zweifel belegen, dass da eine echte Bedeckung in echt beobachtet worden ist. Natürlich kann man sich fragen, ob das wichtig ist. Wir wissen, dass solche Bedeckungen stattfinden. Sie sind selten, aber auch nicht so enorm selten, dass wir keine Chance gehabt hätten, sie zu beobachten. Und was solls, wenn John Bevis vielleicht nur gesehen hat, wie die dunkle Hälfte des Merkurs hinter der Venus hervorlugt oder die Leute in China ein paar Minuten zu spät hingesehen haben? Und das ist alles natürlich richtig; es spielt keine Rolle. Aber einerseits ist so eine Planetenbedeckung durchaus ein beeindruckendes astronomisches Phänomen. Und man will vielleicht wissen, wer es zuerst beobachtet hat. Andererseits zeigt die Bedeckung zweier Planeten auch sehr schön, wie dynamisch unser Sonnensystem ist. Alles bewegt sich um die Sonne herum; nicht nur die anderen Planeten sondern auch wir. Wir beobachten den Tanz der Himmelskörper von einem Ort aus, der selbst Teil dieses Tanzes ist. Es geht immer herum um unseren Stern, in unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Bahnen, auf denen wir die Sonne umkreisen, werden im Laufe der Jahrhunderte größer und kleiner, sie wackeln im Raum herum und nur wenn alles exakt passt, können wir für einen kurzen Moment beobachten, wie ein Planet einen anderen bedeckt. Für die moderne Forschung mag eine Planetenbedeckung keinen Erkenntnisgewinn mehr bringen. Aber für uns Menschen lohnt es sich, darüber nachzudenken, denn dann bekommen wir ein besseres Gefühl für unseren Platz im Sonnensystem und im Universum. Das ist auch ein Grund, warum wir solche Ereignisse beobachten wollen. Nach der Bedeckung von Merkur durch Venus 1737 gab es einen Transit der Venus vor dem Saturn, am 29. August 1771, aber zum relevanten Zeitpunkt waren beide Himmelskörper so nahe bei der Sonne, dass niemand das Ereignis beobachten konnte und die Venus hat den Saturn dabei genaugenommen auch nur gestreift und nicht vollständig verdeckt. Am 21. Juli 1793 hat der Merkur den Uranus bedeckt, aber auch das konnte niemand beobachten, weil der Merkur einfach so viel heller leuchtet als der Uranus und ihn schon lange vor der Bedeckung komplett überstrahlt hat. Am 9. Dezember 1808 gab es eine teilweise Bedeckung des Saturn durch den Merkur und am 3. Januar 1818 eine teilweise Bedeckung des Saturn durch die Venus. Und dann kam eine lange Pause… eine Pause, die immer noch andauernd. Die nächste totale Bedeckung zweier Planeten wird am 15. Juli 2067 stattfinden. Der sonnennächste Planet Merkur wird dann von der Erde aus gesehen, den sonnenfernsten Planeten, also Neptun, komplett bedecken. Aber zu diesem Zeitpunkt stehen beide sehr nahe an der Sonne und es wird schwer werden, das zu beobachten. Besser wird es am 11. August 2079: Da wird der Mars komplett hinter dem Merkur verschwinden - auch hier ist die Sonne vergleichsweise nahe am Himmel, aber bis dahin haben wir die Optik ja vielleicht schon in den Griff bekommen. Und der 11. August 2079 ist übrigens ein Freitag. Wenn es mich und diesen Podcast dann noch geben sollte, werde ich dann mehr über diese Entdeckung berichten, in Folge 3481 der Sternengeschichten.

Sterne in Sternen, interstellare Tunnel und ein Kaffee im All Sternengeschichten Spezial April 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Folge 3 der Spezial-Serie! Ab jetzt ist es eine Tradition und es gibt zu Beginn neues aus der Forschung. Man hat mehr über die Thorne-Żytkow-Objekte herausgefunden, also hypothetische Strukturen, bei denen sich ein Stern im Inneren eines anderen befindet. Ich habe darüber schon in einer alten Folge erzählt, aber jetzt gibt es Neuigkeiten dazu, wie wahrscheinlich es ist, dass wir so etwas mal in echt finden. Danach erzähle ich ein wenig darüber, wie ich mit Fehlern umgehe, die ich im Podcast mache. Und erzähle auch, was ich abseits des Podcasts so mache, zum Beispiel in meinem Workshops für Wissenschaftskommunikation. Bei den Veranstaltungen gibt es einen dringenden Tipp für Kurzentschlossene: Am 28. April 2026 stellen Evi, Elka und Jana ihr Buch "Auf einen Kaffee im All" in Wien vor und das solltet ihr euch anschauen! Am Ende der Spezialfolge beantworte ich dann noch eine Frage von Stephanie über angebliche "interstellare Tunnel". Die Folge über Thorne-Żytkow-Objekte gibt es hier. Die aktuelle Forschungsarbeit dazu ist diese hier Tickets für die Buchpräsentation "Auf einen Kaffee im All" gibt es hier und hier die Infos zur Lesung am 21. Mai in der Thalia in Wien. Den Podcast Cosmic Latte solltet ihr auch hören. Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch. Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima". Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier. Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter)), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten)) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)) Feedback zu den Spezialfolgen bitte unter kontakt@sternengeschichten.org

Ein zweite Erde, die keine zweite Erde ist Sternengeschichten Folge 700: TOI-700 d TOI-700 d ist ein sehr kryptischer Titel, wenn man nicht weiß worum es geht, aber es ist ein passender Titel für Folge 700 der Sternengeschichten und es ist, wie so oft in der Astronomie, nicht so sehr von Bedeutung, wie etwas offiziell bezeichnet wird, sondern um was es sich dabei handelt und welche Geschichten man darüber erzählen kann. Und über TOI-700 d kann man jede Menge Geschichten erzählen. Es handelt sich um den Planeten eines anderen Sterns; einen Planeten, der bei seiner Entdeckung zuerst falsch eingeschätzt wurde, sich aber dann, nach der Korrektur dieses Fehlers als einer der faszinierensten fremden Welten heraugestellt hat, die wir kennen. TOI-700 d ist ein Planet, der der Erde sehr ähnlich sein könnte und der gleichzeitig vermutlich extrem anders ist. Aber fangen wir bei dieser Geschichte trotzdem mit dem Namen an. TOI 700 ist der Name eines Sterns. Er hat noch viele andere Bezeichnungen, die aber nur noch sehr viel längere und komplexere Aneinanderreihungen von Zahlen und Buchstaben sind. TOI 700 war die längste Zeit einfach zu unauffällig, um einen "schönen" Namen zu bekommen. Er ist einer der paar hundert Milliarden Sterne in unserer Milchstraße und ohne sehr gute Teleskope nicht zu sehen. Es handelt sich um einen roten Zwergstern in einer Entfernung von etwa 100 Lichtjahren. Er befindet sich dort am Himmel, wo man auch das Sternbild "Schwertfisch" sehen kann, und weil das am Südhimmel ist, kann man TOI 700 von Mitteleuropa aus gar nicht sehen. Der südliche Himmel, inklusive dem Sternbild Schwertfisch war aber auch das Ziel der Beobachtungen von TESS. Das steht für "Transiting Exoplanet Survey Satellite" und ist der Name eines Weltraumteleskops der NASA, das im Jahr 2018 ins All geflogen ist. Es hat sich aber nicht nur auf den Südhimmel konzentriert, sondern sollte mindestens 85 Prozent des gesamten Himmels durchmustern. Natürlich kann ein einziges Teleskop nicht ALLE Sterne beobachten die es gibt, zumindest nicht in einem vernünftigen Zeitraum. TESS sollte sich auf sonnenähnliche Sterne und die weniger hellen Sterne wie die roten Zwerge konzentrieren und von denen auch nur die, die nicht weiter weg als ungefähr 300 Lichtjahre sind. Mit dabei sollten auf jeden Fall die 1000 uns am nächsten gelegenen roten Zwergsterne sein. Zwergsterne, wie TOI 700, der glücklicherweise schon ziemlich am Beginn der TESS-Mission beobachtet wurde. Daher hat der Stern auch seinen Namen: TOI steht für "TESS Object of Interest", was frei übersetzt bedeutet: "Stern, den TESS beobachtet hat". Und TESS hat diesen Stern nicht nur beobachtet, sondern dort auch etwas gefunden. Oder genauer gesagt: Nicht TESS hat etwas gefunden, sondern die amerikanische Astronomin Emily Gilbert. Oder noch genauer gesagt: Nicht Emily Gilbert alleine, sondern ein großes, internationales Team von Astronominnen und Astronomen. Aber Gilbert war diejenige, die die Arbeit zur Publikation der Entdeckung des Planeten koordiniert hat. Aber noch sind wir bei unserer Geschichte nicht bei der Entdeckung angelangt. Man darf sich die Entdeckung eines extrasolaren Planeten nicht allzu spektakulär vorstellen. Beziehungsweise ist das eigentlich falsch. Eine ganze Welt zu entdecken, die einen anderen Stern umkreist ist enorm spektakulär. Aber das, was man sich da vielleicht vorstellt, ist nicht das, was in der Realität passiert. Da sind keine Astronominnen und Astronomen, die in kalten Nächten durchs Teleskop schauen und irgendwann begeistert aufspringen, weil sie einen unbekannten Planeten gesehen haben. Das, was da in Wahrheit passiert, läuft zu Beginn meist noch ohne menschliches Zutun ab. In diesem Fall misst TESS die Helligkeit von Sternen und vor allem die Veränderung dieser Helligkeit. Denn wenn so ein Stern von einem Planeten umkreist wird und der sich von uns aus gesehen gerade direkt vor dem Stern vorüber bewegt, blockiert er ein ganz klein wenig von dessen Licht. Der Stern leuchtet kurz schwächer und dieses Absinken der Helligkeit wiederholt sich in regelmäßigen Abständen. Zumindest ist das im Idealfall so, in der Realität sind die Daten nie so exakt und sauber. Es ist nicht immer sofort klar, ob da wirklich eine periodische Helligkeitsänderung ist oder nicht. Hier ist dann der Punkt, wo Menschen ins Spiel kommen. Die Software die die Teleskopdaten auswertet, markiert alle potentiell interessanten Fälle und die müssen sich die Astronominnen und Astronomen dann ansehen. Und beim Stern TOI 700 hat es sich um einen ganz besonders interessanten Fall gehandelt. 2019 hat TESS dort gleich drei mögliche Planeten gemeldet. Emily Gilbert, damals noch Doktorandin an der Universität Chicago und Mitarbeiterin am TESS Projekt der NASA, hat sich die Daten mit ihren Kolleginnen und Kollegen angesehen. Drei Planeten bei einem Stern sind durchaus spannend, aber auf den ersten Blick haben diese Planeten noch nicht so spektakulär gewirkt, wie sie tatsächlich waren. Bis eine Person aus dem Team, der Astronom Josh Schlieder, gemerkt hat, dass bei der Datenauswertung etwas nicht korrekt gelaufen ist. Die Software hat nicht mit den realen Daten des Sterns gearbeitet, sondern quasi defaultmäßig die Werte für die Sonne eingesetzt. Und das macht einen großen Unterschied! Denn man kann ja die Planeten nicht direkt sehen. Man kann auch nicht direkt herausfinden, wie groß sie sind, und so weiter. Das muss man alles aus dem Helligkeitsabfall des Sterns bestimmen. Um daraus auf die Größe des Planeten schließen zu können, muss man aber natürlich auch wissen wie groß der Stern selbst ist. Wenn ich weiß, wie groß der Stern ist und sehe, um wie viel sein Licht schwächer wird, kann man daraus berechnen, wie viel der Sternfoberfläche der Planet verdeckt und daraus folgt die Größe des Planeten. Die Sonne ist die Sonne. TOI 700 ist aber ein roter Zwerg, der nur circa 42 Prozent des Sonnenradius hat. Oder anders gesagt: Wenn man die Daten der Sonne verwendet anstatt die des roten Zwergs, dann überschätzt man die Größe der Planeten. Der Fehler wurde aber rechtzeitig entdeckt und auf einmal sind die drei Planeten von TOI 700 enorm interessant geworden. Alle drei waren vergleichsweise klein. Einer war fast so groß wie die Erde, der zweite mit dem 2,6fachen Erdradius größer und der dritte dafür nur ein kleines bisschen größer als die Erde. Alle drei Planeten waren vergleichsweise nahe am Stern. Im Sonnensystem würden sie sich alle weit innerhalb der Merkurbahn befinden und dementsprechend schnell bewegen sie sich auch um ihren Stern herum. Der innerste braucht nur 10 Tage für einen Umlauf, der mittlere Planet schafft eine Runde in 16 Tagen und der äußerste braucht auch nur wenig mehr als 37 Tage. Aber wir dürfen nicht vergessen, dass TOI 700 nicht die Sonne ist, sondern ein roter Zwerg. Seine Leuchtkraft ist sehr, sehr viel geringer als die der Sonne. Wenn ein Planet ausreichend viel Energie abbekommen will, um zumindest theoretisch lebensfreundliche Bedingungen zu bieten, muss er auch sehr viel näher an einen roten Zwerg heranrücken. In diesem Fall hat sich gezeigt, dass der äußerste der drei genau in diesem Bereich liegt. Wir haben also einen Planeten, der nur wenig größer als die Erde ist und sich genau in der richtigen Entfernung von seinem Stern befindet, um lebensfreundliche Temperaturen zu haben. Aber bevor man sich Gedanken über die genauen Bedingungen machen kann, die dort vielleicht herrschen, muss zuerst einmal sicher sein, dass die Planeten wirklich da sind. In dem Fall hat man Daten eines anderen Weltraumteleskops, dem Spitzer Space Telescope, genutzt, um die Beobachtungen zu bestätigen. Und am 14. August 2020 konnte man dann offiziell verkünden, dass TESS seinen ersten erdgroßen Planeten in der sogenannten habitablen Zone um einen Stern gefunden hat. Die Planeten wurden, wie es üblich ist, der Reihe nach mit Kleinbuchstaben, beginnend mit "b", benannt, nämlich TOI-700 b, TOI-700 c und TOI-700 d. Und 2021 hat man sogar noch einen weiteren gefunden, TOI-700 e. Und TOI-700 d ist genau der, der vielleicht lebensfreundliche Bedingungen bietet. Aber, und das ist sehr wichtig, erdgroß heißt noch nicht erdähnlich. Zuerst man neben der Größe auch noch die Masse des Planeten bestimmen. Die kriegt man nur aus dem Abfall der Sternhelligkeit nicht raus, dafür braucht es zusätzliche Beobachtungen, mit anderen Methoden. Aber auch die wurden gemacht und wir wissen, dass TOI-700 d ungefähr die 2,4fache Erdmasse hat. Daraus folgt sofort, dass die mittlere Dichte des Planeten enorm hoch sein muss. Sie liegt bei circa 8,5 Gramm pro Kubikzentimeter, was sehr viel mehr ist als die 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter mittlere Dichte der Erde. Und die mittlere Dichte der Erde ist schon sehr hoch; kein anderer Planet des Sonnensystems hat mehr als sie. Bei der Erde liegt das am großen Kern aus Eisen und Nickel, der sich im Inneren unseres Planeten befindet. TOI-700 d muss noch mehr Eisen und Nickel haben als die Erde und wo das her kommt, ist noch unklar. Die Gleichgewichtstemperatur des Planeten liegt bei -4,3 Grad Celsius. Das klingt nicht sehr lebensfreundlich, aber das ist auch nur die Temperatur, die sich rein physikalisch einstellt, wenn man ein Objekt in einem bestimmten Abstand vor eine konkrete Energiequelle setzt. Strahlung geht hin, wird absorbiert und dann wieder abgestrahlt, so lange bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Rechnet man diese Temperatur für den Fall von Sonne und Erde aus, dann ergibt sich ein Wert von -18 Grad Celsius. Zum Glück liegt die Durchschnittstemperatur bei uns aber deutlich höher und der Grund dafür ist, dass etwas dieses Gleichgewicht stört oder besser gesagt, verschiebt. Dieses Etwas ist unsere Atmosphäre und die darin enthaltenen natürlichen Treibhausgase, die für eine zusätzliche Erwärmung sorgen. Wenn wir wissen wollen, wie warm es auf TOI-700 d tatsächlich ist, müssen wir wissen, ob und was für eine Atmosphäre dieser Planet hat. Wir wissen, dass er eine Atmosphäre haben könnte. Entsprechende Computersimulationen haben gezeigt, dass eine Atmosphäre wie die der Erde dort zumindest länger als eine Milliarde Jahre existieren kann. Das ist nicht selbstverständlich, denn rote Zwerge leuchten zwar schwach, aber sie können trotzdem hinterhältig sein. Die kleinen Sterne haben nämlich üblicherweise eine sehr starke Aktivität, das heißt, sie schleudern sehr viel mehr Partikel und Material aus ihren äußeren Schichten ins All als zB die Sonne. Und das schafft Probleme für die Atmosphäre eines Planeten, die dadurch wie mit einem Sandstrahler abgetragen werden kann, wenn der Planet dem Stern zu nahe ist. Aber TOI 700 scheint ein überraschend braver roter Zwerg zu sein, ohne dramatische Ausbrüche, und der Planet kann eine Atmosphäre halten. Und wenn er das tatsächlich tut, dann dürfte es eine spannende Atmosphäre sein. Denn weil der Planet dem Stern so nahe ist, ist er mit ziemlicher Sicherheit gravitativ gebunden. Die Situation dort ist wie die zwischen Erde und Mond, wo der Mond immer die selbe Seite in Richtung Erde zeigt. Bei TOI-700 d ist also immer eine Hälfte des Planeten und vor allem immer die selbe Hälfte zum Stern gerichtet. Oder anders gesagt: Es gibt eine Hälfte, auf der immer Tag ist und eine, auf der immer Nacht herrscht. Das führt zu Temperaturunterschieden und das beeinflusst die Strömungen der Atmosphäre. Hätte TOI-700 d eine Atmosphäre wie die der Erde, dann würden sich dadurch zum Beispiel alle Wolken auf der hellen Seite sammeln. Ein Planet im Licht eines roten Zwergs, auf dem es entweder immer Nacht, oder, auf der anderen Seite, ständig bewölkt ist: Das klingt nach einer faszinierenden Welt und man könnte endlos spekulieren, ob sich dort Leben entwickeln kann und wenn ja, wie das dann aussieht. Aber solange wir nicht wissen, ob es da eine Atmosphäre gibt und wie sie zusammengesetzt ist, müssen es reine Spekulationen bleiben. Bis wir die Technik haben, um das herauszufinden, wird es noch ein bisschen dauern. Aber es steht auf jeden Fall jetzt schon fest, dass es sich bei TOI-700 d um eine spektakuläre Welt handelt, egal ob sie der Erde ähnlich ist oder nicht. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PIA23408-Exoplanet-TOI700d-20200106.jpg

Die Erde hat zu wenig Monde! Sternengeschichten Folge 699: Die Monde des Dr. Waltemath "Das Jahr 1898 scheint in den Annalen der Astronomie ein denkwürdiges Jahr zu werden. Es hat nicht nur bereits eine der erfolgreichsten totalen Sonnenfinsternisse erleben dürfen, sondern ein Hamburger Astronom hat auch die Entdeckung eines zweiten Mondes der Erde verkündet!" So beginnt ein Artikel der am 24. März 1898 in einem amerikanischen Magazin erschienen ist. Die totale Sonnenfinsternis hat am 22. Januar 1898 stattgefunden. Aber was den zweiten Mond der Erde angeht, muss sich der Hamburger Astronom wohl geirrt haben. Denn der einzige Mond der Erde ist der, den wir immer schon hatten und auch jetzt noch haben. Aber die Frage nach diesem zweiten Mond und vor allem der Hamburger Astronom haben die Astronomie des frühen 20. Jahrhunderts noch eine Zeit lang beschäftigt. Es geht um Dr. Georg Wilhelm Waltemath. Er wurde am 24. August 1840 geboren und auch wenn er sich selbst gerne so bezeichnet hat und von diversen Medien immer wieder so bezeichnet wurde: Ein professioneller und wissenschaftlich ausgebildeter Astronom war er nicht. Aber er hat sich für die Astronomie interessiert und insbesondere für die Bewegung des Mondes. Mathematisch exakt zu beschreiben, wie sich der Mond um die Erde und beide um die Sonne bewegen, ist definitiv nicht einfach. Heute können wir das mit sehr genauen Computersimulationen lösen, aber damals konnte man nur rechnen, mit Stift und Papier. Das die Bewegung von mehr als zwei Körpern, die sich wechselseitig gravitativ beeinflussen, mathematisch nicht exakt gelöst werden kann, hat der französische Mathematiker Henri Poincaré erst 1890 bewiesen; aber es gibt natürlich diverse Näherungsmethoden, die aber höchst komplex und schwer anzuwenden sind. Die Geschichte dieser "Mondtheorie", wie man die Berechnung der Mondbahn genannt hat, hebe ich mir aber für eine andere Folge der Sternengeschichten auf, denn da gibt es überraschend viel zu erzählen. Für jetzt reicht es zu wissen, dass gegen des 19. Jahrhundert die beobachteten Positionen des Mondes nicht exakt mit den aus der Mondtheorie abgeleiteten Berechnungen übereingestimmt haben. Und Georg Waltemath fand das interessant. Er ging nicht davon aus, dass man es hier mit ungenauen Berechnungen zu tun hat. Sondern dass da etwas ist, was die Umlaufbahn des Mondes stört und so für die Abweichungen sorgt. Und dieses "etwas" ist ein zweiter Mond. Aus heutiger Sicht klingt das ein wenig absurd, aber damals ist die Frage nach einem zweiten Erdmond in der Astronomie immer wieder aufgetaucht. Ich habe davon kurz in Folge 364 der Sternengeschichten erzählt, aber heute schauen wir uns das ein wenig genauer an. Schon 1846 hat der französische Astronom und Direktor der Sternwarte von Toulouse, Frédéric Petit, behauptet, einen zweiten Erdmond entdeckt zu haben. Seine Daten waren aber höchst unplausibel; dieser zweite Mond wäre erstens sehr klein gewesen und zweitens hätte er eine Bahn gehabt, die ihn bis auf wenig mehr als 11 Kilometer an die Erdoberfläche heran bringt. Aber immerhin hat es der Mond von Petit zu einem Gastauftritt in Jules Vernes Buch "Reise um den Mond" geschafft. Aber auch wenn niemand die Beobachtung von Petit bestätigt hat und auch kaum jemand in der Astronomie daran geglaubt hat, hat sich der Franzose nicht von der Idee abbringen lassen. Ein paar Jahre später hat er ein weiteres Mal die Existenz eines zweiten Mondes postuliert, diesmal aufgrund der Abweichungen zwischen der beobachteten und berechneten Position des Erdmonds am Himmel. Die Berechnungen waren so unzuverlässig wie beim ersten Mal und der Rest der Astronomie hat seine Arbeit weiterhin nicht ernst genommen. Aber vielleicht ist Georg Waltemath darauf gestoßen; vielleicht hat er die Idee auch unabhängig davon gehabt. So oder so: Georg Waltemath war überzeugt, dass da ein zweiter Mond sein muss, dessen Einfluss erklärt, warum die Mondbewegung nicht mit den Berechnungen übereinstimmt. Er hat eine Umlaufzeit um die Erde von circa 177 Tagen, einen Durchmesser von 700 Kilometer und ist im Durchschnitt knapp über eine Million Kilometer von der Erde entfernt. 700 Kilometer - das ist nicht so groß wie der Mond den wir kennen, der immerhin einen Durchmesser von knapp 3500 Kilometer hat. Aber es ist auch kein winziger Felsbrocken und man fragt sich, warum niemand diesen zweiten Mond entdeckt hat. Das liegt daran, so Waltemath, dass der zweite Mond Sonnenlicht nur ganz schlecht reflektieren kann. Er ist dunkel und mit freiem Auge nicht zu sehen. Man braucht ein Teleskop und man muss genau wissen, wo man hinschauen muss, um ihn zu finden. Das ist zwar unpraktisch, aber es ist zumindest plausibel. Und es wäre noch viel plausibler gewesen, hätte Waltemath nicht ebenfalls behauptet, er hätte schon diverse Berichte von Leuten erhalten, die den zweiten Mond gesehen haben. Ein gewisser Herr Waller, ein Maler aus München und passenderweise ein Freund von Waltemath, soll den Mond am 16. Februar 1897 gesehen haben, als er direkt vor der Sonne vorüber gezogen ist. Und dann hat auch noch kein geringerer als Herr Postdirektor Ziegler aus Greifswald ein "merkwürdiges Phänomen" beobachtet, am 4. Februar 1898. Über diese Beobachtung wurde sogar ein Bericht in der Fachzeitschrift "Astronomische Nachrichten" veröffentlicht. "In den Mittagsstunden des 4. Februar wurde auf dem hiesigen Postgebäude ein merkwürdiges Phänomen vor der Sonne gesehen", beginnt der Bericht, den der deutsche Astronom Martin Brendel aufgeschrieben hat. Ein dunkler Körper wurde "dicht östlich der Sonne" bemerkt. Brendel merkt außerdem noch an, dass nicht nur der Postdirektor das Phänomen gesehen hat, sondern auch 11 weitere Personen, nämlich einige Familienangehörige und diverse Postbeamte. Aber gut, wenn ein gestandener preussischer Direktor etwas sieht, dann werden seine Untergeben und seine Familie ihm da vermutlich nicht widersprechen… Waltemath war jedenfalls überzeugt von der Existenz seines zweiten Mondes. Er hatte allerdings Probleme, die Astronomie davon zu überzeugen. Magazine und Zeitungen haben seine Behauptungen gerne gedruckt, wie das von mir zitierte Beispiel zu Beginn dieser Folge zeigt. Aber die Fachwelt war skeptisch. Dabei hat Waltemath extra jede Menge Flugblätter und Schriften gedruckt, um die Wissenschaft zu informieren. Ein Beispiel davon aus dem Jahr 1898 beginnt mit den Worten "Aufruf an die Herren Astronomen und Freunde der Astronomie". Und geht weiter mit "Ein zweiter Mond der Erde. Die säkulare Beschleunigung der Mond-Bewegung in Länge ist bekanntlich um 5 Sekunden grösser, als sie nach der Störungs-Theorie aus den Einwirkungen der Planeten sein sollte und die Versuche, diese Acceleration zu erklären, sind bis jetzt nicht gelungen. Der Unterzeichner ist der Überzeugung, dass ein System kleiner Monde und Meteoriten die Beschleunigung herbeiführen. Thatsächlich ist auch am 11. Juni 1855 von Dr. Ritter, einem Lehrer der Polytechnischen Schule von Hannover, mit bloßem Auge ein runder schwarzer Körper beobachtet worden, der von rechts nach links an der Sonne vorüberging". Und bald können sich die "Herren Astronomen" sowieso alle selbst von der Existenz des Mondes überzeugen. Denn, so die Berechnungen von Waltemath, am 30. Juli 1898 wird der Mond wieder direkt vor der Sonnenscheibe vorüber ziehen. Und vielleicht ist dem einen oder der anderen aufgefallen, dass in dem Zitat vorhin von einem "System kleiner Monde" die Rede war. Waltemath hatte seiner Meinung nach tatsächlich nicht nur einen zweiten Mond entdeckt, sondern auch noch einen dritten. Der soll mit 750 Kilometern ein wenig größer als der zweite sein, und noch dazu sehr viel näher, nämlich mit einem Abstand von 427250 Kilometern nur wenig weiter als der erste, also der "normale" Mond der Erde. Dieser Mond soll außerdem ein "wahrhafter Wetter- und Magnetmond" sein. Damit mein Waltemath, dass dieser Mond mit seinem Einfluss das Wetter der Erde beeinflusst und auch verantwortlich für diverse Wetterereignisse der Vergangenheit gewesen sein muss. Nun ja. Am 30. Juli 1898 hat niemand den zweiten Mond gesehen und den dritten auch nicht. Und die Beobachtungen, die Waltemath selbst für seine Hypothese ins Feld führt, sind nicht so überzeugend, wie er vielleicht dachte. So gut wie immer geht es dabei nicht um Beobachtungen die in der Nacht gemacht worden sind, sondern um dunkle Flecken auf der Sonnenscheibe. Nur dass es eben keine Flecken auf der Sonne sind: Man sieht hier den zweiten Mond, wie er von uns aus gesehen gerade direkt vor der Sonne vorüber zieht. Und das ist auch nicht prinzipiell unplausibel. Es ist allerdings sehr schwer, Beobachtungen dieser Art zweifelsfrei zu belegen. Der Postdirektor aus Greifswald zum Beispiel, hat kein Teleskop gehabt. Sondern einfach mit freiem Auge zur Sonne geschaut. Dass das eher ungesund ist, muss ich hoffenlicht nicht extra erklären und dass da die Chancen gut stehen, alle möglichen dunklen Flecken irgendwo zu sehen, obwohl sie gar nicht da sind, ebenso. Das grelle Licht der Sonne ist nicht nur gefährlich für die Augen sondern kann auch alle möglichen optischen Täuschungen erzeugen. Und im Fall von Greifswald wissen wir auch, dass es sich um optische Täuschungen handelt. Denn Waltemath hatte - unter anderem - auch Ivo von Benko kontaktiert, Direktor der Sternwarte in Pola in Kroatien und gemeint, er solle zwischen 2. und 4. Februar die Sonne beobachten, weil da sein Mond vorbei kommen würde. Das hat von Benko auch gemacht, in aller astronomischen Sorgfalt und genau nichts gefunden. Was auch immer der Postdirektor in Greifswald gesehen hat, war mit Sicherheit kein zweiter Mond der Erde. Das hat der Herausgeber der Astronomischen Nachrichten auch mit Vermerk auf die Beobachtungen in Pola am Ende des von mir vorhin zitierten Berichts von Martin Brendel hinzugefügt. Und er merkt auch noch an: "Auf die Waltemath'sche Aufforderung, die wohl den meisten deutschen Sternwarten zugegangen ist, an dieser Stelle näher einzugehen, dürfte sich nicht der Mühe verlohnen, da die Grundlagen seiner Rechnung einer strengeren Kritik nicht Stand zu halten vermögen". Und das ist aus meiner Sicht auch der relevante Punkt an dieser Geschichte. Es spricht nichts dagegen, neue, originelle, revolutionäre oder vielleicht sogar verrückte Ideen zu haben. Manchmal sind es genau diese Ideen, die die Wissenschaft voranbringen. Den Unterschied zwischen Beobachtung und Berechnung durch den Einfluss eines bis dahin unbekannten zweiten Erdmondes zu erklären, ist prinzipiell ok. Es ist keine unphysikalische Idee, es ist keine unmögliche Situation - die Entdeckung des Planeten Neptun ist ja zum Beispiel genau so abgelaufen, weil man seine Existenz aus Ungereimtheiten bei der Bewegung des Uranus abgeleitet hat. Aber man darf bei einer gute Ideen eben nicht aufhören. Sie muss erstens gut begründet sein und vor allem muss man die Gültigkeit der Idee überprüfen und - das ist der wirklich wichtige Punkt - das Ergebnis dieser Prüfung akzeptieren. Die Idee von Waltemath war für sich genommen nicht schlecht. Sie war außergewöhnlich und vielleicht ein klein wenig verrückt und man hat sie überprüft. Sie hat diese Prüfung nicht überlebt und Waltemath hätte das akzeptieren sollen, was er aber nicht getan hat. Stattdessen war er böse auf die "Herren Astronomen" und das ist leider die falsche Reaktion, zumindest dann, wenn man ernsthaft Wissenschaft betreiben will. So wie Waltemath auf seiner Theorie beharrt hat, ist auch die Idee des zweiten Mondes geblieben. 1918 hat Walter Gornold behauptet, den zweiten Mond von Waltemath entdeckt zu haben. Gornold war aber kein Astronom sondern Astrologe und er hat den Mond "Lilith" genannt. Lilith, so Gornold, ist ein "dunkler" Mond und die meiste Zeit über unsichtbar. Aber natürlich wichtig für die Astrologie, weswegen dieses nicht-existente Objekt auch heute noch in diversen Horoskopen verwendet wird. 1926 war es ein dann deutscher Hobby-Astronom, ein gewisser Herr Spill, der einen zweiten Mond entdeckt haben wollte. Cuno Hoffmeister, damals Direktor der Sternwarte Sonneberg hat darüber in der Fachzeitschrift "Die Sterne" geschrieben und dabei auf die Thesen von Georg Waltemath verwiesen. Allerdings ohne dessen Namen zu nennen. Er schreibt, dass es vor einigen Jahrzehnten schon jede Menge Trubel mit Behauptungen über einen zweiten Mond gegeben hat, von einem "Dr. W aus Hamburg, dessen Name es nicht wert ist, aus der Vergessenheit gerettet zu werden". Ich hoffe, Cuno Hoffmeister ist nicht allzu böse über diese Folge… https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GeorgWaltemathannouncementofdiscoveryofsecondmoonof_earth.jpg

Ein Blick in das Innere der massenreichen Sterne Sternengeschichten Folge 698: Beta Cephei und die Schwingung des Eisens Beta Cephei gehört zu den helleren Sternen am Himmel. Er ist Teil des Sternbilds Kepheus. In der dazu gehörenden Mythologie war das der König von Äthiopien, Ehemann von Kassiopeia und Vater von Andromeda, die wir auch alle als Sternbilder am Himmel finden. In der Realität hat Beta Cephei nichts mit afrikanischen Königshäusern zu tun, sondern mit einer sehr faszinierenden Art der Sternschwingungen. Aber bevor wir uns anschauen, was es bedeutet, wenn ein Stern schwingt und wie er das noch dazu auf eine faszinierende Art tun kann, bleiben wir noch ein bisschen bei Beta Cephei selbst. Man kann den Stern leicht mit freiem Auge und ohne optische Hilfsmittel sehen. Er ist, so wie die anderen Sterne des Kepheus von Mitteleuropa aus zirkumpolar. Das bedeutet, dass man ihn das ganze Jahr über sehen kann (aber natürlich nur in der Nacht und wenn es nicht bewölkt ist). Er befindet sich so weit nördlich am Himmel, dass er nicht auf- oder untergeht sondern Nacht für Nacht seine Kreise um den Himmelsnordpol zieht. Man kann ihn also leicht beobachten und wenn man das mit ausreichend genauen Instrumenten macht, wird man feststellen, dass es sich um ein Doppelsternsystem handelt. Zwei Sterne umkreisen einander alle 81 Jahre und es ist ein interessantes Paar. Der eine ist blauer Unterriese und mehr als siebenmal größer als die Sonne. Seine Masse ist sieben bis zehnmal größer als die unseres Sterns und das bedeutet, dass der Stern auch enorm hell und heiß ist. Er leuchtet circa 20.000 mal heller als die Sonne und hat eine Oberflächentemperatur von um die 23.000 Grad, was sehr viel heißer ist als die gut 6000 Grad der Sonne. Sein Begleiter ist auch ein ordentlicher Brocken, mit circa der fünfachen Sonnenmasse. Die offizielle Bezeichnung für die beiden Sterne lautet Beta Cephei Aa und Beta Cephei Ab und wer sich mit Sternnamen auskennt, wird sich jetzt fragen: Moment, wenn es Aa und Ab gibt, dann muss es da noch mindestens einen Stern mit der Bezeichnung Beta Cephei B geben, sonst macht das keinen Sinn. Und so ist es auch, außen um beiden herum kreist noch ein dritter Stern. Aber der Stern, den man meistens meint, wenn man "Beta Cephei" sagt, ist der helle, heiße blaue Unterriese Beta Cephei Aa. Und "Unterriese" klingt erstens komisch und bedeutet zweitens, dass es sich um einen Stern handelt, der sich schon in Richtung Ende seines Lebens bewegt. Er ist gerade dabei, die letzten Reste des Wasserstoffs in seinem Zentrum zu Helium zu fusionieren und das führt ja - wie ich in einigen anderen Folgen erklärt habe - dazu, dass die Temperatur ansteigt und der Stern sich ein wenig aufbläht. In weiterer Folge kann er dann noch heißer und größer und ein echter Riesenstern werden. Aber so weit ist Beta Cephei noch nicht. Beta Cephei Aa hat übrigens auch einen "echten" Namen, nämlich Alfirk. Das kommt auf jeden Fall aus dem arabischen und bedeutet möglicherweise "die Herde". Oder vielleicht auch "die zwei Sterne", weil Beta Cephei zusammen mit Alderamin, dem hellsten Stern im Kepheus, so bezeichnet wurde. Aber in dem Fall möchte ich Alfirk sowieso lieber ignorieren und bei "Beta Cephei" bleiben, denn dieser Name ist zur Bezeichnung einer ganzen Klasse von Sternen geworden. Diese Geschichte beginnt 1902, als der amerikanische Astronom Edwin Brant Frost Beta Cephei beobachtet und eine Radialgeschwindigkeitsvariation entdeckt hat. Die Radialgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit mit der sich ein Stern auf uns zu - oder von uns weg - bewegt. Und wenn es da eine Variation gibt, also eine periodische Veränderung, dann bedeutet dass, der Stern kommt mal auf uns zu, dann wieder von uns weg, dann wieder auf uns zu, und so weiter. Oder anders gesagt: Der Stern wackelt und Frost hat sich gedacht: Aha! Beta Cephei muss in Wahrheit ein Doppelstern sein. Die beiden Sterne müssen sehr nahe beieinander sein, so dass wir das Paar im Teleskop nur als Einzelstern wahrnehmen und weil sie sich umkreisen, wackeln sie hin und her und das verursacht die Veränderung der Radialgeschwindigkeit. Und das ist auch völlig plausibel; genau so hat man schon jede Menge enge Doppelsterne entdeckt. Nur war das Wackeln in diesem Fall überraschend schnell, mit einer Periode von gut 4,5 Stunden. Das bedeutet, dass sich die beiden Sterne mit genau dieser Umlaufzeit umkreisen müssen und das bedeutet, dass sie einander WIRKLICH nahe sein müssen, was bei so großen und hellen Sternen eher unwahrscheinlich ist. Und dass es sich um einen - oder dann halt zwei - große und helle Sterne handeln muss, wusste man damals auch schon. Als nächster hat sich der deutsche Astronom Paul Guthnick die Sache angesehen. Ab 1911 hat er von der Berliner Sternwarte aus immer wieder Beobachtungen von Beta Cephei angestellt; sich dabei aber nicht auf die Radialgeschwindigkeit konzentriert, sondern auf die Helligkeit. 1913 hat er die Ergebnisse veröffentlicht: Die Leuchtkraft von Beta Cephei schwankt periodisch. Der Stern wird heller und dunkler und das mit einer Periode von ebenfalls circa 4,5 Stunden. Die Helligkeitsveränderung war so schwach, dass Guthnick sie zuerst für einen Messfehler gehalten hat. Aber seine immer genaueren Messungen haben das Resultat bestätigt: Beta Cephei wird heller und dunkler, mit der selben Periode mit der er angeblich auch um seinen Begleiter kreist. Nur dass es diesen Begleiter eben nicht gibt (bzw. schon, wie ich gerade erzählt habe, aber das ist ein völlig anderer Stern, der später entdeckt wurde und nichts mit dem Phänomen der 4,5h-Periode zu tun hat). Der Stern wackelt, ja - aber dieses Wackeln kommt aus ihm selbst. Er pulsiert, er wird größer und kleiner und damit heller und dunkler. Und wenn er größer und kleiner wird, bewegt er sich im Prinzip ja auch auf uns zu und von uns weg; zumindest seine Oberfläche. Es ist also logisch, dass die Radialgeschwindigkeit und die Helligkeit sich mit der gleichen Periode verändern. Aber warum macht Beta Cephei das? Er macht das durch den selben Mechanismus, durch den auch viele andere Sterne pulsieren und über den ich schon ausführlich in den Folgen 64 und 144 der Sternengeschichten gesprochen habe. Aber weil es wichtig ist, fasse ich das hier noch einmal kurz zusammen. Es geht nämlich um den sogenannten Kappa-Mechanismus und der funktioniert so. Es geht um das Konzept der Opazität, also die Tatsache, dass das Plasma aus dem der Stern besteht, zum Teil undurchlässig für die Strahlung ist, die aus seinem Inneren kommt. Die Opazität hängt im Allgemeinen vom Druck und der Temperatur ab und damit ein Stern pulsieren kann, muss irgendwo im Stern eine Gasschicht existieren, wo die Opazität mit der Temperatur steigt. Dann passiert das folgende: Irgendeine äußere Störung kann diese Schicht komprimieren, sie rückt also näher an das Zentrum des Sterns. Und weil die Region komprimiert wird, steigen dort auch Druck und Temperatur; dadurch steigt die Opazität. Deswegen kann von weiter innen nun weniger Strahlung nach außen kommen. Der Strahlungsdruck unter der Schicht steigt also langsam an und irgendwann beginnt die Schicht, sich dadurch wieder auszudehnen. Sie kühlt dabei ab, der Druck sinkt auch und die Opazität wird wieder geringer. Die darunter angestaute Strahlung entweicht schnell und der dadurch ebenso schnell abnehmende Druck sorgt dafür, dass die Schicht wieder nach unten gedrückt wird und der ganze Zyklus beginnt von neuem. Diesen Prozess nennt man "Kappa-Mechanismus" und er funktioniert immer dann, wenn es im Sterninneren irgendwo diese spezielle Schicht mit der temperaturabhängigen Opazität gibt. Ich lasse die komplexen Details jetzt weg, aber in vielen Sternen ist das dort der Fall, wo es gerade heiß genug ist, um Helium teilweise zu ionisieren, also Elektronen aus der Hülle der Heliumatome zu lösen. Wenn diese Schicht dann noch genau in der richtigen Tiefe liegt, kann der Kappa-Mechanismus starten. Aber Beta Cephei ist ein extrem heißer Stern und viel massereicher als die klassischen variablen Sterne. Natürlich wird auch dort Helium ionisiert, aber schon so nahe unter der Sternoberfläche, dass der Kappa-Mechanismus dort nicht in Schwung kommen kann. Aber WEIL Beta Cephei so heiß ist, kann er auch Eisenatome ionisieren und das schon in einer Tiefe, die genau für den Kappa-Mechanismus klappt. Wie gesagt, ich lasse die komplexen Details aus, aber der Kappa-Mechanismus funktioniert immer dann gut, wenn ausreichend viele ionisierte Atome in der Schicht vorhanden sind. Ob und wie das klappt, hängt davon ab, wie und welche Mengen an Atomen in welcher Tiefe existieren und wie sich die Temperatur mit der Tiefe ändert. Bei manchen Sternen passt die Kombination nirgendwo und das sind dann Sterne wie unsere Sonne, die nicht regelmäßig pulsieren. Bei ihnen sind die entsprechenden Schichten zu tief im Stern, wo die Pulsationen extrem langsam laufen oder zu nahe an der Oberfläche, wo die Pulsation quasi verpuffen. Aber bei manchen Sternen passt es und bei Beta Cephei findet die Ionisierung der Eisenatome gerade in der richtigen Tiefe statt. Wie schnell so ein Stern dann genau pulsiert, hängt, vereinfacht gesagt, von seinen bevorzugten Eigenschwingungen ab. Es ist ein wenig bei einer Glocke. Eine große Kirchenglocke schwingt langsam und erzeugt einen tiefen Ton. Eine kleine Glocke erzeugt einen höheren Ton mit einer kürzeren Periode. Und Beta Cephei ist zwar ein großer Stern, entspricht aber in diesem Bild einer kleinen Glocke. Er pulsiert daher sehr schnell, mit der schon erwähnten Periode von 4,5 Stunden. Klassische Veränderliche Sterne pulsieren mit einer Periode von einigen Tagen bis Monaten. Im Laufe der Jahre hat man noch ein paar andere Sterne gefunden, die auf die gleiche schnelle Weise pulsieren und ihre Helligkeit verändern wie es Beta Cephei tut. In den 1960er Jahren kannte man schon 41 und Ende der 1990er Jahre waren es 59, plus 79 mögliche Kandidaten. Ein Katalog aus dem Jahr 2005 enthält 93 Sterne dieser Art, plus 77 weitere Kandidaten. Sie alle gehören zur Klasse der Beta-Cephei-Sterne, wie diese Gruppe der veränderlichen Sterne mittlerweile offiziell heißt. Sie sind nicht häufig, weil die großen und hellen Sterne, die es braucht um ein Beta-Cephei-Stern zu werden, selten sind. Aber sie sind wichtig, weil wir mit ihnen besser verstehen können, wie diese selten Sterne funktionieren und was in ihrem Inneren passiert. Die großen Sterne sind es ja auch, die als Supernova explodieren und den Rest des Universums mit den vielen chemischen Elementen anreichern, die sie zuvor in ihrem Inneren erzeugt haben. Sie sind die Vorläufer von schwarzen Löchern und Neutronensternen und wenn wir ihre Pulsationen beobachten und verstehen, dann lernen wir auch, was in ihnen passiert. Beta-Cephei-Sterne und ihre Eisen-Schwingungen erlauben uns einen wunderbaren Blick auf und vor allem in die massereichen Sterne. Und Beta Cephei selbst, der Namensgeber und Prototyp dieser Klasse, wird in Zukunft noch aus einem weiteren Grund prominent werden. Ab dem Jahr 5200 und bis circa zum Jahr 7500 wird er dem Himmelsnordpol so nahe sein wie kein anderer Stern. Oder genauer gesagt: Beta Cephei und der fast gleichhelle Stern Iota Cephei werden beide dem Himmelsnordpol fast gleich nahe sein. Da, wo sich jetzt am Himmel der Polarstern befindet, wird der Punkt auf den die Rotationsachse der Erde dann zeigt, von zwei gleich hellen Sternen eingerahmt und einer davon ist Beta Cephei.

Ein Anfang ohne Schöpfung Sternengeschichten Folge 697: Das Uratom und die Entstehung des Universums „Mit dem gleichen klaren und kritischen Blick, mit dem [der aufgeklärte moderne wissenschaftliche Mensch] die Fakten prüft und beurteilt, erblickt und erkennt er das Werk der schöpferischen Allmacht, deren Tugend, angeregt durch das mächtige ‚Fiat‘, das vor Milliarden von Jahren vom Schöpfergeist ausgesprochen wurde, sich im Universum entfaltete, der mit einer großzügigen Geste der Liebe die überbordende Energiematerie ins Leben ruft. Es scheint wirklich, dass es der heutigen Wissenschaft, die plötzlich Millionen von Jahrhunderten zurückgreift, gelungen ist, Zeuge dieses ursprünglichen ‚Fiat Lux‘ zu werden, als aus dem Nichts ein Meer aus Licht und Strahlung mit Materie hervorbrach, während die Teilchen chemischer Elemente sich spalteten und wieder vereinten in Millionen von Galaxien.“ Das hat Papst Pius XII im Jahr 1951 bei einer Tagung der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften über die Frage der Entstehung des Universums gesagt. Das, was da der "Wissenschaft gelungen" ist, war die Arbeit eines belgischen Forschers, der gleichzeitig auch Priester war und dieser Priester war gar nicht erfreut darüber, dass seine Arbeit auf diese Weise in den Dienst der Religion gestellt worden ist. Es geht in dieser Folge um Georges Lemaître, der als erster eine Idee formuliert hat, die wir heute als "Urknall" bezeichnen und maßgeblich dazu beigetragen hat, unser modernes Bild von der Entstehung und Entwicklung des Universums zu formen. Meistens hört man über ihn nur, dass er sich mit der Arbeit von Albert Einstein beschäftigt hat, dass er behauptet hat, dass das Universum nicht immer schon existiert sondern einen Anfang in der Zeit hat und man weist natürlich darauf hin, dass er Priester war und dass es schon ein wenig seltsam ist, wenn gerade ein Priester mit so einem "Schöpfungsakt" daher kommt. Und es stimmt, dass Georges Lemaître ein Priester war. Er war aber vor allem auch ein ausgebildeter und seriöser Wissenschaftler und seine Idee vom Anfang des Universums hat so gar nichts mit Religion zu tun. Lemaître ist am 17. Juli 1894 geboren worden, in der belgischen Stadt Charleroi. Er hat sich schon als Jugendlicher sowohl für die Wissenschaft, als auch für Religion interessiert. Er wurde in einer Schule der Jesuiten ausgebildet und wollte eigentlich direkt danach Priester werden. Sein Vater konnte ihn aber überzeugen, zuerst noch ein Studium der Ingenieurswissenschaft zu absolvieren; etwas, das man im Belgien der damaligen Zeit und dem dort intensiv betriebenen Bergbau gut brauchen konnte. Dieses Studium wurde aber vom Ausbruch des ersten Weltkriegs unterbrochen und Lemaître hat sich freiwillig zur Armee gemeldet, um Belgien gegen den Angriff von Deutschland zu verteidigen. Nach dem Krieg hat Lemaître sein Studium wieder aufgenommen, ist aber von den Ingenieurswissenschaften zu Physik und Mathematik gewechselt. 1920 hat er sein Doktorat an der Universität Löwen bekommen; zwischenzeitlich hat sich Lemaître auch im Priesterseminar eingeschrieben und wurde 1923 zum Priester geweiht. Und im Priesterseminar ist er auch das erste Mal mit der Relativitätstheorie von Albert Einstein in Kontakt gekommen. Die war damals noch recht frisch; vor allem die Allgemeine Relativitätstheorie, die sich mit dem Zusammenhang zwischen Raum, Zeit und Gravitation beschäftigt. Albert Einstein hat sie 1915 veröffentlicht, aber so richtig prominent ist die Theorie erst 1919 geworden, als der britische Astronom Arthur Eddington den Effekt der Raumkrümmung durch Massen bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis auch einwandfrei nachweisen konnte. Ich habe in diversen anderen Folgen der Sternengeschichten schon davon erzählt, aber Einsteins Theorie kann man ja nicht nur dazu verwenden, das Verhalten von Massen zu beschreiben, die den Raum krümmen und sich dann durch diesen gekrümmten Raum bewegen. Sondern auch dazu, dass Universum in seiner Gesamtheit zu beschreiben. Einstein und die meisten anderen Wissenschaftler sind damals davon ausgegangen, dass das Universum statisch und unendlich ist. Das soll heißen: Es hat keinen Anfang und kein Ende; es war immer schon da und wird auch immer da sein und es verändert sich nicht. Das Problem: Einsteins eigene Gleichungen waren nicht in der Lage, dieses Verhalten auch zu beschreiben. Wenn man sie entsprechend gelöst hat, war das Ergebnis immer ein Universum, dass sich verändert; ein Universum, dass sich ausdehnt oder kollabiert. Deswegen hat Einstein seine berühmte kosmologische Konstante eingeführt, von der ich in Folge 249 ausführlich erzählt habe. Nur mit dieser Korrektur konnte er ein Universum so beschreiben, wie er sich das vorgestellt hat. Lemaître hat die Gleichungen von Einstein ebenfalls ausführlich untersucht und konnte schon 1922 zeigen, dass die kosmologische Konstante keine reine Korrektur ist, sondern tatsächlich direkt aus Einsteins Gleichungen folgt. Das war aber erst der Anfang. Lemaître hat weiter geforscht, ist auch in die USA gereist um dort mit Leuten wie Vesto Slipher zu sprechen, die die fernen "Nebel" beobachtet haben, von denen man damals noch nicht wusste, dass es noch viel weiter entfernte Galaxien sind. Das konnte erst Edwin Hubble mit seinen heute berühmten Beobachtungen nachweisen, die er 1925 bei einer Konferenz vorgestellt hat; im Publikum saß auch Lemaître. Die Frage nach dem Universum selbst war aber immer noch offen. Einstein selbst hat seine Lösung favorisiert, bei der das Universum statisch ist, beziehungsweise dass durch die Kraft der von ihm eingeführten kosmologischen Konstante statisch gehalten wird. Vereinfacht gesagt: Das Universum will eigentlich in sich zusammenfallen. Aber weil da eben diese abstoßende Kraft ist, die die Konstante beschreibt, gleicht sich alles aus und alles bleibt wie es ist. Es gab aber auch noch eine andere Lösung, nämlich die des niederländischen Astronomen Willem de Sitter. Er hat ein Universum beschrieben, das ebenfalls statisch ist, aber bei dem Lichtwellen, die aus großer Entfernung zu uns kommen, in Richtung der Farbe Rot verschoben sind. Das war auch genau das, was Edwin Hubble und seine Kollegen beobachtet haben: Das Licht ferner Galaxien ist tatsächlich rotverschoben. Das Universum von de Sitter war allerdings nur ein mathematisches Konstrukt; seine Lösung funktioniert nur, wenn es sich um ein Universum handelt, das keine Materie enthält. Georges Lemaître hat über all das nachgedacht. Er hat sich mit all diesen Lösungen beschäftigt; hat die Beobachtungsdaten von Slipher, Hubble & Co gesammelt und dann 1927 eine Arbeit geschrieben, mit dem Titel "Über ein homogenes, expandierendes Universum mit konstanter Masse". Darin beschreibt er, basierend auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, einen Kosmos, der sich ausdehnt und in dem das Licht der fernen Galaxien deswegen rotverschoben ist, um so stärker, je weiter sie entfernt sind. Diese Lösung der Einsteinschen Gleichungen war nicht neu; der russische Physiker Alexander Friedman hat sie schon 1922 gefunden. Aber davon wusste Lemaître nichts; die Arbeit von Friedmann ist generell ziemlich ignoriert wurden und das selbe Schicksal hat auch die Arbeit von Lemaître ereilt. Die Wissenschaft war offensichtlich noch nicht bereit für ein expandierendes Universum. Im Oktober 1927 fand eine große wissenschaftliche Konferenz in Belgien statt, bei der auch Einstein eingeladen war. Lemaître nicht, aber er konnte die Gelegenheit trotzdem nutzen, um mit ihm über seine Arbeit zu besprechen. Einstein war durchaus beeindruckt von der Mathematik. Aber nicht von der Physik. Er wollte nur ein Universum, in dem die kosmologische Konstante den Wert hat, den sie braucht, damit das Universum statisch bleibt und keinen Wert, mit dem es expandiert. "Ihre Mathematik ist korrekt, aber ihre Physik ist grauenhaft", soll Einstein zu Lemaître gesagt haben. Sowohl von der Mathematik als auch der Physik höchst beeindruckt war Arthur Eddington, der sich auch dafür eingesetzt hat, dass die Arbeit von Lemaître auf englisch übersetzt und in einer englischen Fachzeitschrift veröffentlicht wird. Diese Version wurde dann 1931 veröffentlicht; Lemaître hat davor aber noch die Berechnungen gestrichen, die eine Expansion des Universums beschreiben. Später hat er gesagt, er habe das deswegen getan, weil mittlerweile die beeindruckenden Beobachtungsdaten von Edwin Hubble vorhanden waren, die ja gezeigt haben, dass das Universum expandiert. Auf jeden Fall war die Idee des expandierenden Universums nun in der Welt, auch wenn viele Forschende immer noch nicht überzeugt waren, dass sich das Universum wirklich ausdehnt. Denn wenn es immer größer wird, muss es in der Vergangenheit ja kleiner gewesen sein und irgendwann muss es dann doch einen Anfang gehabt haben? Arthur Eddington hat das so formuliert: "Philosophisch gesehen ist mir der Gedanke an einen Anfang der gegenwärtigen Weltordnung zuwider". Und genau mit diesem Satz beginnt auch ein wissenschaftlicher Aufsatz, den Georges Lemaître am 9. Mai 1931 veröffentlicht hat. Er trägt den Titel "Der Anfang der Welt aus dem Blickwinkel der Quantenmechanik" und obwohl er nur sehr kurz ist, finden sich darin ein paar sehr beeindruckende Gedanken. Der erste davon steckt schon im Wort "Quantenmechanik". Heute ist es für uns ganz normal, dass Kosmologie und Quantenmechanik zusammenhängen. Ok, vermutlich ist das für die meisten nicht normal, aber für die, die auf diesem Gebiet arbeiten, ist es das. Wir müssen auch über das allerkleinste Bescheid wissen, wenn wir verstehen wollen, wie das Universum funktioniert. Wir müssen die subatomaren Kräfte verstehen, wenn wir wissen wollen, wie sich das Universum entwickelt hat, und so weiter. Aber damals war das definitiv kein normaler Gedanke. Die Quantenmechanik war in den 1930er Jahren selbst noch jung, gerade in der Entstehung begriffen und noch längst nicht fertig entwickelt. Trotzdem hat Lemaître vermutet, dass die Entstehung des Universums mit der Quantenmechanik zu tun hat. Nachdem er den Satz von Eddington in der Einleitung zitiert, stellt er fest, dass die - laut Quantenmechanik - die Energie konstant und in diskreten Quanten verteilt ist. Genau das ist ja die Grundidee der Quantenmechanik: Energie kann es nur in bestimmten, kleinstmöglichen Energiepaketen geben. Er stellt außerdem fest, dass die Anzahl dieser Energiepakete im Laufe der Zeit immer größer wird. Am Anfang des Universums muss die gesamte Energie des Universums in einem einzigen Energiepaket gesammelt gewesen sein, quasi einem enormen riesigen Universumsquant oder, wie es später bezeichnet worden ist, einem "Uratom". Auch damals wusste man schon, dass es instabile Atome gibt, die im Laufe der Zeit in leichtere Atome zerfallen. Das ist das, was wir als Radioaktivität kennen und Lemaître hat sich gedacht, dass genau das passiert ist, als das Universum entstanden ist. Am Anfang war dieses Uratom, mit aller Energie, die es gibt und das ist zerfallen, in immer leichtere Atome, bis so die Materie entstanden ist, die wir heute sehen. Er stellt außerdem noch fest, dass Begriffe wie "Raum" und "Zeit" auf Quantenebene keine Bedeutung haben und erst relevant geworden sind, nachdem das Uratom mit seinem Zerfall begonnen hat. Das Uratom selbst war quasi zeitlos und es macht keinen Sinn, sich zu fragen, was davor war. Lemaître hat später auch postuliert, dass beim Zerfall des Uratoms Strahlung freigeworden sein muss, so wie es auch jetzt beim radioaktiven Zerfall passiert. Diese Strahlung könnte man vielleicht heute noch nachweisen und Lemaître hat vermutet, dass die - damals ebenfalls noch quasi frisch entdeckte - kosmische Strahlung über die ich in Folge 317 mehr erzählt habe, genau diese Strahlung des Zerfalls vom Anfang des Universums ist. In seiner kurzen Notiz schreibt er auch noch, dass es schwierig ist, das alles konkret mathematisch zu formulieren, weil man noch zu wenig über die Quantenmechanik weiß, aber dass er hofft, dass das in Zukunft anders sein wird. Mittlerweile wissen wir, dass es mit dem Urknall ein bisschen anders war, als Lemaître sich das vorgestellt hat. Aber im Prinzip hat er recht gehabt. Am Anfang war die gesamte Energie des Universums in einer unvorstellbar kleinen Region konzentriert und daraus hat sich alles andere entwickelt. Lemaître war der erste, der so eine konkrete Idee vom Anfang entwickelt hat; er war der erste, der sich einen "Urknall" im modernen Sinn vorgestellt hat. Was er nicht im Sinn gehabt hat, war die Rechtfertigung der biblischen Schöpfung durch wissenschaftliche Mittel. Er war zwar Priester, aber er hat auch darauf hingewiesen, dass man die Bibel nicht wörtlich verstehen kann; dass man sowohl an einen Gott glauben, als auch Wissenschaft betreiben kann, die beiden Themen aber nicht vermischen sollte. Deswegen war er auch so konsterniert, als der Papst seine Arbeit als Rechtfertigung der göttlichen Schöpfung erwähnt hat und er hat ihn danach extra in einem persönlichen Gespräch gebeten, in Zukunft so etwas zu unterlassen. Lemaître hat noch weitere wichtige Arbeiten auf dem Gebiet der Kosmologie geleistet und er hat, kurz vor seinem Tod im Juni 1966 noch miterlebt, wie die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt wurde. Das war nicht die Art von Strahlung, die aus dem Zerfall seines "Uratoms" stammt - aber es war der erste konkrete Beobachtungshinweis darauf, dass das Univerums tatsächlich bei einem Urknall in der Vergangenheit entstanden sein muss. Ich möchte diese Folge mit den Worten beenden, mit denen Lemaître auch seine Arbeit über die Entstehung des Universums beendet hat: "Wir verstehen unsere Welt heute als eine Welt, in der die Dinge wirklich passieren; die ganze Geschichte des Universums muss im ersten Quantum nicht so aufgeschrieben gewesen sein, wie Musik auf einem Phonographen. Die ganze Materie der Welt muss am Anfang vorhanden gewesen sein, aber die Geschichte, die sie zu erzählen hat, ist Schritt für Schritt geschrieben worden."

Mammut-Apokalypse Sternengeschichten Folge 696: Der Komet und das Ende der Clovis-Menschen Nordamerika, vor circa 13.000 Jahren. Die Menschen, die zu dieser Zeit hier leben sind die Nachfahren derjenigen, die am Ende der Altsteinzeit von Sibirien aus nach Alaska und damit nach Nordamerika eingewandert sind. Das war damals noch zu Fuß möglich; die Erde befand sich in einer Kaltzeit und viel Wasser war in Form gewaltiger Gletscher auf den Kontinenten gefroren. Der Meeresspiegel lag tiefer und Eurasien und Amerika waren durch eine Landbrücke verbunden. Die Menschen, die so nach Nordamerika eingewandert sind, nennen wir heute die Clovis-Kultur. Sie lebten von der Jagd, auf Mammuts und Bisons und auch auf kleinere Tiere. In den Steppen und Wälder waren damals noch Tiere unterwegs, die heute längst ausgestorben sind; nicht nur die Mammuts sondern zum Beispiel auch das Mastodon, Riesenfaultiere, Säbelzahntiger und andere große Tiere, die man als "Megafauna" bezeichnet. Die Menschen der Clovis-Kultur lebten in einfachen Hütten oder Höhlen; sie verwendeten Waffen und Werkzeuge aus Feuerstein. Sie beerdigten ihre Toten und ritzten Kunstwerke in Steine. Sie lebten ein normales, steinzeitliches Leben. Aber eines Tages ist etwas außergewöhnliches passiert. Schon in den Nächten der Wochen zuvor war ein helles Objekt am Himmel zu sehen. Kein Stern, sondern ein großes, neblig aussehendes Ding mit einem hellen Schweif. Später war es dann auch tagsüber sichtbar und es wurde von Tag zu Tag, von Nacht zu Nacht größer. Bis es dann in einer gewaltigen Explosion am Himmel auseinandergebrochen ist. Bruchstücke sind überall auf der Erde niedergegangen und haben gewaltige Brände ausgelöst. Und aus dem Norden kam eine ebenso gewaltige Flutwelle aus Wasser. Es war das Ende der Clovis-Kultur; das Ende der nordamerikanischen Megafauna und das Ende der jüngeren Dryaszeit, also der erdgeschichtlichen Epoche, die unmittelbar vor dem Holozän liegt, unserer gegenwärtigen Epoche. Es ist eine dramatische Geschichte, die wir in der Form bis jetzt zum Glück eigentlich nur aus der Science Fiction kennen. Ein Asteroid oder Komet droht mit der Erde zu kollidieren und die Zivilisation auszulöschen. In der Science Fiction sind wir dann dank unserer Technik in der Lage, die Katastrophe zu verhindern. Aber die Menschen der Steinzeit konnten nur hilflos bei ihrem Untergang zusehen, ohne zu wissen, was da passiert. Wir wissen, dass die Erde im Laufe ihrer Geschichte immer wieder von anderen Himmelskörpern aus dem Weltall getroffen wurde und wir wissen auch, dass solche Ereignisse gewaltige und katastrophale Folgen haben. Es ist also prinzipiell nicht unwahrscheinlich, dass so etwas auch vor 13.000 Jahren passiert ist und, wenn auch nicht die gesamte damalige Menschheit, aber zumindest die Clovis-Kultur ausgelöscht hat. Aber diese Geschichte ist höchstwahrscheinlich falsch. Die Hypothese eines Einschlags am Ende des Pleistozäns ist spektakulär und taucht immer wieder in den Medien auf. Die Belege dafür sind aber bestenfalls dürftig. Schauen wir zuerst einmal auf die Fakten. Wir wissen, dass irgendwann vor circa 12.000 Jahren die Jüngere Dryaszeit zu Ende gegangen ist. So bezeichnet man eine Phase, in der die Erde nach einer Erwärmung gegen Ende der letzten Kaltzeit noch einmal schnell und für circa 1000 Jahre abgekühlt ist. Erst als diese Phase vorüber war, war die Kaltzeit wirklich vorbei und es hat die Phase begonnen, die wir "Holozän" nennen, also die wärmere Phase die bis heute andauert. Wir wissen auch, dass die Clovis-Kultur in Nordamerika tatsächlich vor circa 13.000 Jahren existiert hat und dass die nordamerikanische Megafauna am Ende der jüngeren Dryaszeit verschwunden ist. Was wir nicht wissen, zumindest nicht mit absoluter Sicherheit: Warum ist das damals alles passiert? Aber der amerikanische Chemiker Richard Firestone hatte dazu im Jahr 2007 eine Idee. Ein großes Objekt ist damals mit der Erde kollidiert. Ein Komet, circa 4.5 Kilometer groß, aber mit geringer Dichte. Deswegen ist das Objekt auch nicht als ganzes am Erdboden eingeschlagen, sondern noch in der Atmosphäre auseinandergebrochen. Das ist irgendwo über Kanada passiert und die Trümmer sind überall heruntergekommen. Sie haben einerseits großflächige Waldbrände ausgelöst und andererseits das Eis destabilisiert, dass im Norden das Wasser des Agassizsee zurückgehalten hat. Gegen Ende der letzten Kaltzeit sind die gewaltigen Eisschilde langsam geschmolzen, die den Norden Amerikans bedeckt haben. Das Schmelzwasser hat sich unter anderem in Form eines enormen Sees gestaut, der größer war, als alle der heutigen Großen Seen zwischen Kanada und den USA. Zurückgehalten wurde es durch die Reste des Eisschildes, aber als das Objekt aus dem All einschlug, wurde diese Staumauer zerstört und riesige Wassermassen freigesetzt. Das war schon katastrophal genug, aber das ganze Frischwasser floss in die Ozeane, veränderte dadurch die Meeresströmungen, was, zusammen mit dem Staub, der durch Einschlag und Waldbrände in die Atmosphäre gelangt ist, zu einer neuerlichen Abkühlung und Vergletscherung der Erde geführt hat. Und natürlich zum Aussterben der Clovis-Kultur und der nordamerikanischen Megafauna. Erst als sich die Erde von diesem Einschlag wieder erholt hat, war die Kaltzeit dann wirklich vorbei und das Holozän konnte beginnen. Wie gesagt: Prinzipiell ist das eine plausible Hypothese. Nichts davon ist unmöglich; so etwas kann passieren. Wenn man aber behaupten will, dass es auch wirklich passiert ist, braucht man dafür Belege. Und die, so Richard Firestone, gibt es. Wenn man sich archäologische und geologische Grabungen ansieht, dann findet man überall in Nordamerika eine dunkle, kohlenstoffreiche Schicht. Unterhalb davon gibt es Fundstücke aus der Clovis-Kultur, darüber aber nicht. Diese schwarze Grenzschicht, so Firestone, markiert genau den Einschlag des Kometen und besteht aus Russ und Asche der dabei ausgelösten Waldbrände. In und der Nähe dieser Schicht findet man außerdem magnetische Körnchen und erhöhte Werte des chemischen Elements Iridium, beides Hinweise auf Material, dass außerhalb der Erde entstanden ist. Was man auch finden kann, sind glasartige Kügelchen aus Kohlenstoff, ebenfalls ein Hinweis auf einen Einschlag, dessen gewaltige Kräfte das Material entsprechend verformt haben. Gleiches gilt für Nanodiamanten, also winzige Kristalle aus Kohlenstoff, die so auch nur beim Einschlag eines Asteroiden oder Kometen entstehen können. Firestone hatte noch mehr Belege und wenn man die Sache so betrachtet, dann scheint alles klar: Da war wirklich ein Impakt vor circa 13.000 Jahren, der für das Ende der Clovis-Menschen und die jüngere Dryaszeit verantwortlich war. Aber so betrachtet man Sachen in der Wissenschaft nicht. Eine Hypothese ist gut; Belege dafür sind besser und am besten ist es, wenn andere Leute die Belege prüfen und bestätigen. Nur dass das hier nicht passiert ist. Denn selbstverständlich wurde geprüft, was Firestone da behauptet hat. Und es war übrigens nicht Firestone allein; er hatte noch diverse Kolleginnen und Kollegen die mit ihm gearbeitet haben. Die Ergebnisse der Prüfung waren aber eher schlecht für die Hypothese. Die angeblich so eindeutige schwarze Grenzschicht hat sich bei genauerer Untersuchung nicht als einheitliche geologische Schicht herausgestellt, sondern eher als Sammelsurium an Dingen. Die meisten waren einfach ganz normale Erdschichten, die durch diverese ebenso normale Vorgänge dunkel gefärbt waren. Verwitterung, biologische Abläufe, und so weiter können Sand und Erde dunkel färben; dafür braucht es nicht unbedingt Waldbrände. Tatsächlich fand man in vielen der Schichten bei genauerer Analyse auch keine Spuren von Russ, Asche oder Kohle. Auch was die magnetischen Körnchen angeht, scheint Firestone die Daten zu sehr in eine Richtung interpretiert zu haben. Man kann so etwas zwar tatsächlich als Folge eines Einschlags finden. Aber es gibt so ein Material auch ganz natürlich; wenn man nicht sehr viel davon sehr konzentriert in einer bestimmten Schicht entdeckt, bedeutet das gar nichts. Und diese große Konzentration konnte in späteren Untersuchungen der entsprechenden Schichten nicht nachgewiesen werden. Das selbe gilt für die Kohlenstoffkügelchen und ebenso für die Nanodiamanten. Hier scheint Firestone die Daten falsch interpretiert zu haben; der Nachweis der Existenz der Nanodiamanten ist schwach bis schlecht; es scheint sich viel mehr um normale, andere kristalline Formen von Kohlenstoff zu handeln, die man auch ohne Einschlag überall in den Sedimentschichten finden kann. Es gab noch jede Menge andere methodische Probleme mit Firestones Hypothese; bei der Datierung der Schichten zum Beispiel und vor allem bei der Interpretation der Daten. Es braucht auch nicht unbedingt einen Einschlag, um das Ende der Clovis-Kultur zu erklären. Man braucht keinen Einschlag, um zu erklären, warum es mit der Jüngeren Dryaszeit noch einmal so kalt wurde. Mit der Erwärmung gegen Ende der letzten Kaltzeit sind die Gletscher und Eisschilde zurückgegangen; es ist jede Menge Frischwasser ins Meer geflossen und der Agassizsee ist ausgebrochen, was aber auch passieren kann, ohne dass ein Asteroid einschlägt. Die Erde ist durch die Veränderung in den Ozeanströmungen kälter geworden und das hat Auswirkungen auf die Megfauna (und natürlich auch darüber hinaus) gehabt. Das Aussterben der Megafauna, bei dem auch die Jagd und der Kontakt mit Menschen eine Rolle gespielt hat, hat sich dann selbstverständlich auch auf die Clovis-Kultur ausgewirkt. Die Lebensweise der Menschen hat sich dadurch zwangsläufig geändert. Aber sie sind nicht ausgestorben. Es gibt keine Hinweise auf einen dramatischen Rückgang der damaligen Bevölkerung und dass die Clovis-Kultur verschwunden ist, ist viel mehr das Ergebnis eines normalen kulturellen Wandels. Asteroideneinschläge sind, erdgeschichtlich gesehen, völlig normal. Und sie können dramatische Folgen haben. Aber man sollte diese Katastrophen nicht unnötig ins Spiel bringen, um Dinge zu erklären, die auch anders erklärt werden können oder, wie in diesem Fall, gar keine andere Erklärung benötigen.

Neues von Asteroiden und unmöglichen Galaxien Sternengeschichten Spezial März 2026 STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Das ist die zweite Spezialfolge, in der ich über aktuelle Themen spreche, Fragen beantworte und ein bisschen "Backstage" vom Podcast erzähle. Diesmal gibt es ein kleines Update zur Artemis-Mondmission und dann habe ich ein paar coole Forschungsthemen aus der Asteroidenforschung zusammengesucht. Es geht um den Nachweis von Nukleinbasen auf Ryugu, um die Bahnänderung von Didymos und Doppelasteroiden. Danach habe ich die Fragen zur Unterstützung des Podcasts beantwortet und die Frage von Bertram, der wissen wollte, ob das Webb-Teleskop wirklich "unmögliche" Asteroiden beobachtet hat. Mehr zu den Asteroiden findet ihr hier, hier und hier. Die Folge von "Das Universum" über die Galaxien ist diese hier. Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch. Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima". Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier. Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter)), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten)) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)) Feedback zu den Spezialfolgen bitte unter kontakt@sternengeschichten.org

Rot, tot und super Sternengeschichten Folge 695: Red Nuggets - Galaktische Fossilien aus dem frühen Universum Die Astronomie ist in der einzigartigen Situation, dass sie nicht nur direkt beobachten kann, was da draußen im Universum passiert, sondern auch sehen kann, was weit in der Vergangenheit passiert ist. Wir können das frühe Universum beobachten und so verstehen, wie es sich zu dem Kosmos entwickelt hat, in dem wir heute leben. Aber manchmal können wir auch heute noch Überbleibsel aus diesem frühen Universum finden; Objekte, die die Jahrmilliarden quasi unverändert überdauert haben. Die "Red Nuggets" sind ein Beispiel dafür. Das erste Mal gesehen hat man sie in der Vergangenheit. Oder besser gesagt: Das erste mal gesehen hat man sie im "Hubble Ultra Deep Field". Von diesem Projekt habe ich schon in Folge 194 der Sternengeschichten ausführlich erzählt. Das Hubble-Weltraumteleskop hat in den Jahren 2003 und 2004 einen kleinen Bereich des Himmels extrem lange und genau beobachtet und dabei unzählige Galaxien sichtbar gemacht, deren Licht Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat. Oder anders gesagt: Es hat uns einen Blick in das frühe Universum erlaubt und seitdem sind diese Daten immer wieder neu untersucht worden. Zum Beispiel vom französischen Astronom Emanuele Daddi und seinem Team im Jahr 2005. Sie haben dabei sieben ganz besondere Galaxien entdeckt. Sie waren sehr massereich, sie waren circa eine Millarde Jahre alt, sie waren sehr kompakt und quasi tot. Was bedeutet das und warum war das eine überraschende Entdeckung? Gehen wir die Dinge der Reihe nach durch. Massereich bedeutet, dass die Galaxien ungefähr so viel Masse haben wie die Milchstraße heute oder sogar noch bis zu zehnmal mehr. Gleichzeitig sind sie aber sehr viel kleiner, teilweise nur ein Hundertstel so groß wie die Milchstraße - deswegen sind sie "kompakt". Und "tot" sind sie, weil die Sterne dort alle sehr alt sind und dort auch offensichtlich keine neuen Sterne mehr entstehen. Und wir dürfen nicht vergessen: Das, was Daddi und sein Team auf diesen Bildern gesehen haben, sind Galaxien aus dem frühen Universum. Wir sehen sie zu einem Zeitpunkt, der ungefähr drei bis vier Milliarden Jahre nach dem Urknall liegt, also von uns aus gesehen circa 10 Milliarden Jahre in der Vergangenheit. Das bedeutet: Diese kleinen, kompakten Galaxien müssen sehr schnell entstanden sein; sie müssen sehr schnell sehr viel Masse angesammelt haben und dann muss - ebenfalls sehr schnell - etwas passiert sein, dass dazu geführt hat, dass dort keine neuen Sterne mehr entstanden sind. Aus damaliger Sicht war diese Entdeckung überraschend. Die Galaxien müssen sich früher und schneller entwickelt haben, als man gedacht hat. Die Sternentstehung in den ersten Galaxien muss sehr effizient gelaufen sein, sonst hätte es nicht so schnell nach dem Urknall so massereiche Galaxien mit so vielen Sternen geben können. Gleichzeitig muss die Entstehung der Sterne dann auch schnell wieder abgewürgt worden sein, denn ansonsten würden wir in diesen frühen Galaxien nicht nur alte Sterne sehen, sondern auch junge. Und, auch das habe ich schon oft in den Sternengeschichten erzählt: Alte Sterne leuchten eher rötlich; junge Sterne dagegen sind tendenziell heiß und leuchten blau. Die kleinen, kompakten, massereichen Galaxien mit ihrem rötlichen Licht hat man deswegen "red nuggets" genannt, aber nicht nur deswegen, wie wir später noch sehen werden. Die roten Nuggets waren also eine Überraschung, weil sie uns gezeigt haben, dass Galaxien schneller entstehen können und die Sternentstehung schneller beendet sein kann, als man damals dachte. Mittlerweile wissen wir besser Bescheid, was da abläuft. Ich werde jetzt nicht die gesamte Geschichte der Galaxienentstehung erklären; das würde zu weit führen. Aber es geht alles los mit riesigen Gaswolken. In und aus diesen Wolken entstehen Sterne und am Ende haben wir eine große Ansammlung von Sternen, eine Galaxie. Das ist, wie gesagt, extrem verkürzt, aber wichtig für diese Folge ist die Tatsache, dass die Sternentstehung in Galaxien mit großer Masse schneller aufhört als in denen mit kleinere Masse. Das klingt zuerst einmal seltsam, ist aber plausibel, wenn man ein wenig genauer darüber nachdenkt. Wenn eine Galaxie eine große Gesamtmasse hat, kann sie mit ihrer Gravitationskraft auch früher und schneller sehr große Mengen an Gas in ihr Zentrum ziehen. Sie entwickeln einen kompakten Kern und in diesem Kern können in kurzer Zeit sehr viele Sterne entstehen. Je dichter das Gas ist, desto leichter kann es in sich zusammenfallen und das ist ja genau das, was Gas tun muss, damit daraus ein Stern entsteht. Was aber passiert, wenn wir da auf einmal einen ganzen Haufen junger, heißer, frisch entstandender Sterne haben? Junge Sterne sind sehr aktiv, das heißt sie haben starke Sternwinde. Oder anders gesagt: Sie schleudern jede Menge Material aus ihren äußeren Atmosphärenschichten durch die Gegend. Dieses Material kann das restliche Gas quasi davon pusten. Das selbe passiert, wenn die Sterne am Ende ihres Lebens in einer Supernova explodieren. Und, auch das habe ich schon oft erzählt, je massereicher ein Stern ist, desto schneller entwickelt er sich zu einer Supernova. Wenn wir also sehr viele Sterne auf einmal haben und viele davon auch noch massereich sind, dann führt das dazu, dass das restliche Gas einer Galaxie davon gepustet wird und keine neuen Sterne mehr entstehen können. Gleichzeitig befinden sich in den Zentren der Galaxien ja auch die supermassereichen schwarzen Löcher. Die können mit ihrer Anziehungskraft ebenfalls Material beschleunigen und wild durch die Gegend schleudern, also ihren eigenen "Wind" produzieren, der das Gas einer Galaxie davon bläst. Und auch das geht um so besser, je massereicher eine Galaxie ist, denn je dichter das Material in ihrer Zentralregion ist, desto mehr davon kann sich in die Nähe des schwarzen Lochs bewegen. Ein Teil davon wird hinein fallen und das schwarze Loch anwachsen lassen. Und ein Teil wird davon geschleudert. Und selbst wenn das Gas einer Galaxien nicht komplett davon geblasen wird, wird es von der Strahlung der jungen Sterne und der Strahlung, die in der Umgebung eines schwarzen Lochs freigesetzt wird, aufgeheizt. Heißes Gas bewegt sich schneller und kann nicht so gut kollabieren wie kühleres Material. Kurz gesagt: In massereichen Galaxien laufen die Prozesse, die die Entstehung neuer Sterne verhindern sehr viel effizienter ab. In den red nugget Galaxien ist genau das passiert; sie sind schnell entstanden, mit sehr viel Masse, haben schnell jede Menge Sterne entwickelt und ein massereiches schwarzes Loch und dadurch die weitere Sternentstehung zum Erliegen gebracht. Das heißt aber nicht, dass das immer so bleiben muss. Wenn sich die red nuggets nicht mehr verändern würden, wo kommen dann die ganzen frischen Sterne her, die wir in den Galaxien heute beobachten? Die roten Nuggets sind nur der erste Schritt auf dem Weg zu einer "modernen" Galaxie. Wenn zwei red nuggets miteinander oder mit anderen Galaxien verschmelzen, dann können die gravitativen Wechselwirkungen dafür sorgen, dass wieder frisches Gas nachgeliefert wird; die gravitative Wechselwirkung bei so einer Kollision kann dann das Gas dann wieder kollabieren lassen, und so weiter. Und solche galaktischen Zusammenstöße kommen nicht nur einmal vor, sondern immer wieder. Es bilden sich riesige Ansammlungen von Sternen, die wir heute als "elliptische Galaxien" bezeichnen. Oder anders gesagt: Die red nuggets sind die Vorläufer der riesigen elliptischen Galaxien, die wir heute beobachten. Die Arbeit von Daddi und seinen Kollegen hat außerdem auch gezeigt, dass sie damals ziemlich häufig waren; sie sind also keine exotischen Einzelfälle sondern ein relevanter Teil der damaligen Galaxienpopulation. Aber natürlich hat man sich auch gefragt, ob die red nuggets wirklich nur ein Phänomen des frühen Universums sind. Man hat im lokalen Universum nach ihnen gesucht, also unter den Galaxien, die mehr oder weniger "jetzt" existieren und von denen aus das Licht bis zu uns nur ein paar hundert Millionen Jahre unterwegs war. Lange Zeit war diese Suche erfolglos, aber 2013 hat die Astronomin Ivana Damjanov mit ihrem Team neun Stück davon gefunden, die sich in mittlerer Entfernung befinden. Das bedeutet: Es sind keine Galaxien, die wir so sehen, wie sie "jetzt" sind; ihr Licht hat immer noch ein paar Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht. Aber Damjanov hat immerhin bestätigt, dass die red nuggets sehr viel länger existiert haben als nur im frühen Universum. Und noch ein paar Jahre später haben wir dann auch red nuggets gefunden, deren Licht wirklich nur ein paar hundert Millionen Jahren bis zu uns braucht. Das macht die roten Nuggets zu einem Studienobjekt, das für die Astronomie so wertvoll ist, wie ein Nugget aus Gold. Wir können in der Gegenwart, im lokalen Universum, Objekte beobachten, die immer noch so sind, wie sie vor Milliarden von Jahren waren. Wir sehen heute noch das, was damals der Ausgangspunkt für die Entstehung von Galaxien war. Die red nuggets sind mehr als nur tote Fossilien. Sie haben die Jahrmilliarden ungestört überdauert und können uns heute dabei helfen, zu verstehen, wie damals alles angefangen hat.

Windige Geometrie Sternengeschichten Folge 694: Das Sechseck am Saturn Wenn wir die Erde vom Weltall aus betrachten, können wir das Wetter sehen. Oder besser gesagt: Wir sehen die großräumigen Wolkenstrukturen; die Wirbel der Hoch- und Tiefdruckgebiete über den Meeren und Kontinenten. Wenn wir auf andere Planeten schauen, dann sehen wir dort aber nur die Wolken, weil es dort keine Meere und Kontinente gibt. Zum Beispiel auf den Gasriesen Jupiter und Saturn. Da gibt es keinen festen Boden unter den Wolken; dort gibt es keine Geografie, nur Meteorologie. Und die Wolkenstrukturen können überraschend anders sein. Und auf dem Saturn finden wir ein ganz besonders überraschendes Beispiel. Der Nordpol des Planeten ist von einem riesigen Sechseck aus Wolken umgeben. Jede der sechs Seiten ist circa 14.500 Kilometer lang, also um gut 2000 Kilometer länger als der Durchmesser der Erde. Entdeckt wurde es im Jahr 1981, als die beiden Voyager-Raumsonden am zweitgrößten Planeten des Sonnensystems vorbei geflogen sind. Genauer gesagt: Es wurde erst 1987 entdeckt, als der amerikanische Astronom David Godfrey die Bilder der Raumsonden zusammengesetzt hat. Davor hat man sich bei der Analyse der Daten vor allem auf die mittleren Breiten und die Äquatorregion des Saturn konzentriert. Godfrey wollte aber auch wissen, wie die Polarregionen des Gasriesen aussehen. Da die Aufnahmen der Voyager-Sonden durch den Blickwinkel auf die Pole verzerrt waren, musste Godfrey sie erst entsprechend bearbeiten und zusammensetzen. Aber dann hat er um den Nordpol herum eine klar erkennbar sechseckige Struktur aus Wolken gesehen. 2004 ist dann die Raumsonde Cassini im Saturnsystem angekommen und hat 2006 auch das Sechseck beobachtet. Es war immer noch da und es ist geblieben, solange Cassini in der Lage war, es zu beobachten. Dass Wolken komische Formen haben, ist erstmal nicht weiter außergewöhnlich. Aber ein Sechseck, das fast 30.000 Kilometer breit ist: Das IST außergewöhnlich. Was geht da ab? Die Details sind komplex und noch nicht letztgültig verstanden. Aber wir können auf jeden Fall einmal festhalten, dass der Saturn sehr schnell um seine eigene Achse rotiert. Die Erde braucht dafür bekanntlich einen Tag; der Saturn schafft eine Umdrehung in nur 10,5 Stunden. Dadurch bilden sich dort auch sehr schnelle Winde aus; ein wenig so wie die Jetstreams auf der Erde. Dieses Phänomen wäre eine eigene Folge wert, aber kurz gesagt, sind das enorm starke Winde, die zwischen 40 und 60 Grad nördlicher Breite (und entsprechend auf der Südhalbkugel) einmal um die Erde wehen. Sie tun das mit bis zu 650 Kilometer pro Stunde und in circa 10 Kilometer Höhe, was gut ist, denn in der Nähe des Erdbodens wäre so ein starker Wind etwas unangenehm. Sie entstehen, weil die Erde ungleichmäßig stark erwärmt wird. Am Äquator ist es wärmer als an den Polen und die Temperatur der Luftschichten dort ist ebenfalls unterschiedlich. Dadurch ist auch die Dichte der kälteren Luft an den Polen geringer als die der warmen Luftmassen am Äquator. Vereinfacht gesagt bedeutet das: Am Äquator reicht die relevante Luftschicht weit nach oben, am Pol nicht so weit und die Atmosphäre will diesen Druckunterschied ausgleichen. Die Luft strömt vom Äquator in Richtung Pol, und wird dabei durch die Rotation der Erde abgelenkt. So wird aus einer Nord-Süd-Strömung eine in Richtung Ost-West. Wie gesagt, das ist alles sehr stark vereinfacht dargestellt; auf der Erde muss man außerdem noch berücksichtigen, dass da jede Menge Berge und andere geografische Phänomene existieren, die die Bewegung der Luftmassen beeinflussen. Auf dem Saturn gibt es so etwas aber nicht. Und seine Rotation ist viel schneller. Die Luft kann sich ungehindert bewegen und tut das sehr schnell. So bilden sich die starken Jetstreams aus, die wir in Form von Wolkenbändern sehen können, die sich um den Planeten legen. Aber auch wenn der Saturn keine Berge hat, ist so ein Jetstream nicht völlig stabil. Zum Beispiel, wenn die Windgeschwindigkeit an der Innenseite eines Windbandes größer oder kleiner ist als an der Außenseite. Und wenn das Windband breit genug ist, dann wird genau das passieren. Wir haben es hier wieder mit der Rotation des Planeten zu tun. Bleiben wir dafür zuerst wieder auf der Erde. Ein Mensch, der am Äquator steht, legt dort durch die Erdrotation in 24 Stunden knapp 40.000 Kilometer zurück, denn das ist der Umfang der Erde am Äquator. Der Mensch wird davon nichts spüren, aber er dreht sich mit der Erde mit und zwar mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1700 Kilometer pro Stunde. Ein anderer Mensch, der exakt am Nordpol steht, dreht sich in 24 Stunden ebenfalls, aber nur einmal um seine Achse. Im Vergleich zu der Person am Äquator bewegt er sich aber nicht; er steht quasi still. Und wer sich irgendwo zwischen Pol und Äquator befindet, wird von der Erde mit einer anderen Geschwindigkeit herumgetragen, die um so größer ist, je näher man sich am Äquator befindet. Das ist alles noch nicht weiter bemerkenswert, aber es wird relevant, wenn wir uns Luftmassen anschauen, die sich in Nord-Süd-Richtung bewegen. Luft am Äquator startet dort mit den vorhin erwähnten 1700 km/h. Wenn sie dann nach Norden strömt, bewegt sich die Erde unter der Luft aber langsamer. Oder anders gesagt: Luft die sich bewegt, wird immer in Richtung Osten abgelenkt, weil die Erde nach Osten rotiert. Das führt einerseits zu den bekannten Wirbeln der Hoch- und Tiefdruckgebiete, die genau aus diesem Grund Wirbel sind. Es führt aber auch dazu, dass der Jetstream instabil werden kann. Er kann quasi ein wenig zu wackeln anfangen. Auch hier sind die Details komplex, aber anstatt in einer perfekten Kreisbahn einmal um den Planeten herum kann ein Jetstream dadurch ein wenig mäandern, sich also in Wellen rundherum schlängeln. Solche Windstrukturen können instabil sein, oder aber nicht. Es kann sich - wieder vereinfacht ausgedrückt - so etwas wie eine stehende Welle bilden. Wenn der Jetstream gerade richtig hin und her schwingt, dann bildet sich ein Muster heraus, das quasi statisch ist. Wie genau so ein Muster aussieht, hängt von jeder Menge äußeren Bedingungen ab. Aber auf dem Saturn scheint es gerade so zu passen, dass das Windband sechs Ausbeulungen haben muss. Wir haben also immer noch eine atmosphärische Strömung, die sich einmal um den Nordpol des Planeten herum windet, das aber nicht entlang einer gerade Linie tut, sondern mal weiter nach außen läuft, dann wieder nach innen, dann wieder nach außen, und so weiter, bis sie am Ende wieder genau auf sich selbst trifft. Wir haben also eine wellenförmige Strömung, mit sechs Wellenbergen und -tälern und wenn sich so eine Welle einmal im Kreis um einen Planeten herum legt, dann sieht das aus wie ein Sechseck. Natürlich ist es kein exaktes Sechseck. Dann müsste die Strömung ja alle 14.500 Kilometer in einem Winkel von 60 Grad abknicken, und das macht sie nicht. Der Jetstream um den Saturn-Nordpol ist eine ringförmige Strömung, die sechsmal regelmäßig ausgelenkt wird. Es sieht einem Sechseck nur sehr, sehr ähnlich und unser Gehirn ist sehr gut darin, Muster zu erkennen und zu ergänzen und gibt dem Wolkenmuster dort vermutlich auch noch eine Perfektion, die in echt nicht existiert. So oder so: Die fast sechseckige Luftströmung auf dem Saturn ist beeindruckend. Die Cassini-Sonde hat zum Beispiel beobachtet, dass es zwischen 2013 und 2017 die Farbe geändert hat. 2013 war es noch deutlich bläulich; danach ist es gelb-bräunlich geworden. Der Grund hat vermutlich mit den Jahreszeiten auf dem Saturn zu tun. Die sind zwar nicht vergleichbar mit denen auf der Erde, aber auch hier kommt es darauf an, wie die Achse des Saturn gerade in Bezug auf die Sonne geneigt ist. Mal trifft Sonnenlicht auf den Nordpol und mal nicht, und wenn die Sonne auf die Gase der Atmosphäre dort scheint, kann das chemische Reaktionen und eine Art von Dunst erzeugen, der die Farbänderung verursacht. Und weil der Saturn für eine Runde um die Sonne gut 30 Jahre braucht, ist so eine Jahreszeit dort auch 7,5 Jahre lang. Zeit genug also, um sich ordentlich in der Atmosphäre auszuwirken. Die Jahreszeiten sind also in der Lage, die Farbe des Sechsecks zu verändern. Das Sechseck selbst aber ist stabil und warum es schon so lange so stabil ist, ist immer noch unklar. Wir wissen auch nicht, was in den tieferen Schichten der Saturnatmosphäre los ist; wir sehen ja nur die äußeren Bereiche. Vielleicht gibt es weiter unten auch noch Sechsecke, die man von außen nicht sehen kann. Wir wissen auch nicht, warum es gerade ein Sechseck ist, das wir dort sehen. Im Prinzip können sich auch andere stehende Wellen ausbilden, die dann wie ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck aussehen würden. Wir haben zwar viel Erfahrung mit der Atmosphäre der Erde, aber die ist quasi nichts im Vergleich zu den gewaltigen Atmosphären von Planeten wie Jupiter und Saturn. Die können wir nur von außen beobachten und wir wissen nicht, was in den tausenden Kilometer dicken Schichten aus Gas wirklich passiert. Bis jetzt haben wir noch keine Raumsonde dorthinein geschickt. Beziehungsweise nicht so, dass wir wissenschaftlich viel daraus gelernt hätten. Als der Cassini-Sonde im Jahr 2017 der Treibstoff ausgegangen ist, hat man sie in die Atmosphäre gesteuert. Aber dort ist sie schon in den äußersten Schichten ziemlich schnell zerstört worden. Aber vielleicht bauen wir irgendwann eine Raumsonde, die in der Lage ist, die extremen Bedingungen dort zu überleben. Die den enormen Druck und die hohen Temperaturen aushalten und die gewaltigen Winde überstehen kann. Dann können wir in die Gaswirbel von Jupiter und Saturn hineinfliegen und verstehen, wie so etwas faszinierendes wie das Saturn-Sechseck entstehen kann.

Wenn Universen kollidieren... Sternengeschichten Folge 693: Das ekpyrotische Universum Wie hat alles angefangen? Das ist eine große Frage; vielleicht sogar die größte Frage, die wir uns als Menschen stellen können. Seit es uns Menschen gibt, haben wir nach einer Antwort gesucht. Die Religionen der Welt haben versucht, den Anfang von Allem zu erklären, wenn auch ohne wissenschaftlich akzeptable Belege für ihre Vorstellungen zu haben. Die hat dafür aber die Kosmologie, die sich mittlerweile auch schon seit einiger Zeit damit beschäftigt. Wir haben eine recht gute Idee, wie sich die Dinge entwickelt haben; wie das Universum vor knapp 14 Milliarden Jahren aus einem Zustand extremer Dichte zu dem Kosmos geworden ist, den wir heute beobachten und wir können die meisten dieser Ideen durch Beobachtungsdaten belegen. Was wir aber nicht wissen, ist das, was davor war. Wenn wir akzeptieren, dass das Universum vor 14 Milliarden Jahren durch das entstanden ist, was wir als "Urknall" bezeichnen, dann bleibt natürlich immer noch die Frage übrig: Was ist davor passiert und hat den Urknall verursacht? Eine mögliche Antwort darauf haben vier Astrophysiker im Jahr 2002 gegeben. Die Amerikaner Paul Steinhardt, Burt Ovrut, Justin Khoury und ihr südafrikanischer Kollege Neil Turok haben ein kosmologisches Modell vorgestellt, dass sie das "Ekpyrotische Universum" genannt haben. Dieser etwas komplizierte Begriff kommt vom altgriechischen Wort ekpyrosis, was auf deutsch so viel wie "Verbrennung" bedeutet. In der Philosophie der Antike war damit aber nicht einfach nur irgendein Feuer gemeint, sondern einen "Weltenbrand", also der Untergang der Welt durch eine gigantische Feuerkatastrophe. Warum gerade das ein passender Begriff für eine Modell sein soll, das die Entstehung des Universums beschreibt, ist auf den ersten Blick vielleicht ein wenig unklar - aber Turok, Steinhardt & Co haben das Wort "ekpyrosis" mit Bedacht gewählt. Es ist allerdings ein wenig schwierig, genau zu erklären, wie ihr Modell aussieht. Einerseits, weil es sich naturgemäß um eine mathematisch extrem komplexe Arbeit handelt und andererseits, weil es sich um ein Thema handelt, dass sich fast schon per Definition unserer Vorstellungskraft entzieht. Wir leben in einem dreidimensionalen Raum, aber die Raumzeit selbst, die - nach dem was wir bis jetzt wissen - die Gesamtheit des Universums ausmacht, ist vierdimensional. Raum und Zeit können nicht getrennt voneinander betrachtet werden, das wissen wir seit der Arbeit von Albert Einstein. Wir sind aber nicht in der Lage, uns etwas vierdimensionales vorzustellen und schon gar nicht können wir uns eine fünf-dimensionale Raumzeit vorstellen. Genau das wäre aber im Fall des ekpyrotischen Universums nötig. Es basiert auf der sogenannten "heterotischen M-Theorie" und ich werde jetzt sicherlich nicht erklären, was DAS genau ist. Das wissen genaugenommen nicht mal die Leute, die sich das ausgedacht haben… Es geht dabei um die Stringtheorie, also die Hypothese, dass die Grundbausteine von Allem winzigste Fäden, die "Strings" sind, die aber nur in einem Universum existieren können, das mehr als die üblichen drei Raumdimensionen hat. Diese Stringtheorie kann man in Form der M-Theorie erweitern, so dass sie nicht nur die eindimensionalen Strings beschreibt, sondern auch höherdimensionalen Branen. Und das Wort "Brane" ist von "Membran" abgeleitet. Eine Membran ist in unserem Alltagsverständnis eine dünne Fläche, die schwingen kann, so wie zum Beispiel das Trommelfell in unseren Ohren. In der M-Theorie ist eine Membran einfach nur ein abstraktes, zweidimensionales schwingendes Ding; es gibt aber auch dreidimensionale Membrane, vierdimensionalen Membrane, und so weiter und damit das nicht so enorm kompliziert wird, nennt man die alle einfach "Branen" und setzt eine Zahl davor für die Dimension. Unser normaler Raum wäre also eine 3-Brane. Für das ekpyrotische Universum brauchen wir drei davon und außerdem noch eine extra Dimension. Ich probiere mal, das so einfach wie möglich zu erklären. Gehen wir davon aus, es existieren 4 Raumdimensionen und eine Zeitdimension, also eine fünfdimensionalen Raumzeit. In dieser 5D-Welt gibt es zwei sehr, sehr große 3-Branes, die quasi den Rand der 5D-Welt darstellen. Wie gesagt, man kann sich das nicht vorstellen, aber mathematisch zumindest beschreiben. Ein Würfel zum Beispiel ist ein dreidimensionales Objekt; der Rand des Würfels ist aber eine zweidimensionale Fläche - der Rand muss immer eine Dimension weniger haben als das, was er begrenzt. Unsere 5D-Welt hat vier räumliche Dimensionen (die Zeit ignorieren wir jetzt einfach); ihre Rand muss also dreidimensional sein. Das was wir normalerweise als "unser Universum" bezeichnen ist in diesem Modell nichts anderes als eine dieser beiden 3-Branes. Auf der "anderen" Seite gibt es dann aber noch die andere 3-Brane, quasi ein Paralleluniversum, von dem wir aber nichts mitkriegen. Wenn man will, kann man sich das wie zwei Blatt Papier vorstellen, die übereinander liegen, aber mit einem kleinem Zwischenraum. Das eine Blatt ist unser Universum, das andere ist die Parallelwelt und dazwischen ist "zusätzlicher" Raum. Der Raum zwischen den Papierblättern ist dreidimensional und das Blatt selbst hat aber nur zwei Dimensionen. Genau so sind unser Universum und die Parallelwelt dreidimensional und das, was dazwischen liegt, hat eine Dimension mehr, also vier Raumdimensionen plus eine für die Zeit. Diesen 5D-Raum zwischen den beiden Universen auf den 3-Branes nennt man "Bulk". Von unserer 3-Brane aus können wir nicht in den Bulk kommen; auch nicht zu der anderen 3-Brane auf der anderen Seite. Es kann eigentlich nichts so eine 3-Brane verlassen; mit Ausnahme der Gravitationskraft. Die kann sich in diesem Modell durch den gesamten Bulk ausbreiten. Und jetzt kommt der wichtige Punkt: Im Bulk gibt es mindestens noch eine weitere 3-Brane, die aber jetzt keine Randbrane ist. Unser Universum und das auf der anderen Seite sind quasi fix; wir sind ja der Rand. Aber die zusätzliche Brane im Bulk kann sich bewegen und das ist der Punkt, um den es geht. Das ist auch der Punkt, an dem es wirklich heftig wird, was die Mathematik angeht. Ich müsste jetzt von Dingen erzählen wie der Bogomolny-Prasad-Sommerfield-Grenze, den Yang-Mills-Higgs-Gleichungen aus der nichtlinearen Differentialgeometrie, von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten, Eichtheorien, und so weiter. Aber das mache ich natürlich jetzt nicht. So anschaulich wie es in diesem Fall geht, können wir uns den Anfangszustand im Modell des ekyprotischen Universum so vorstellen: Das ganze 5D-Dingens ist kalt und leer. Die beiden Randbranen sind parallel zueinander ausgerichtet; alles ist so symmetrisch wie möglich. Da ist quasi keine Energie irgendwo drin, es gibt keine Materie und keine Strahlung. Aber die Branen wechselwirken dennoch miteinander und zu erklären, wie sie das genau tun, würde den Rahmen dieser Podcastfolge definitiv sprengen. Sagen wir einfach, sie ziehen einander an, auch wenn das eine viel zu stark vereinfachte Erklärung ist. Auf jeden Fall beginnt nun die Bulk-Brane, also das Ding, das sich frei durch die 5D-Welt bewegen kann, sich zu bewegen. Sehr langsam. Also wirklich langsam. Es würde keinen Sinn machen, hier eine Geschwindigkeit anzugeben, also lassen wir es bei "sehr, sehr langsam". Aber irgendwann kommt das, worum es eigentlich geht: Die Bulk-Brane kollidiert mit unserer Rand-Brane. Und man kann sich eh nichts von dem vorstellen, was ich die ganze Zeit erzähle - aber es ist extrem schade, dass wir uns das nicht vorstellen können. Da kollidieren quasi zwei komplette Universen! Und auch wenn die komplett leer sind, hat es doch ordentlich Wumms, wenn die Bewegungsenergie zweier solcher Branen bei einem Zusammenstoß plötzlich freigesetzt wird. Die Energie landet in unserer Brane; von einem Moment auf den anderen ist extrem heiß; die Energie wandelt sich in Materie um und ab da läuft - im Prinzip - alles so weiter, wie wir es auch bisher mit der Urknalltheorie beschreiben. Nur dass jetzt der Urknall nicht der Anfang von allem ist, sondern einfach "nur" das, was in einem 5D-Universum passiert, wenn zwei Branen miteinander zusammenstoßen. Und jetzt versteht man auch, wieso das Wort "ekpyrosis" durchaus passend ist. Was kann es für eine größere Katastrophe geben, als die Kollision zweier Universen? Der "Weltenbrand" der dabei ausgelöst wird, ist aber in diesem Fall gleichzeitig der Beginn unserer eigenen Welt. Das ist, vorsichtig gesagt, eine wilde Theorie. Aber sie könnte einige Sachen erklären, die in der Kosmologie erklärt werden müssen. Zum Beispiel, warum das Universum so homogen ist. Auch darüber habe ich in früheren Folgen schon gesprochen: Auf ganz großen Maßstäben betrachtet ist die Temperatur im Universum überall quasi gleich und erscheint die Materie im Universum sehr gleichmäßig verteilt zu sein. Nur dass das eigentlich nicht so sein sollte. Denn Licht - und alles andere auch - braucht Zeit, um sich von einem Ort zum anderen zu bewegen. Weit voneinander entfernte Regionen brauchen also sehr viel Zeit um sich quasi "absprechen" und angleichen zu können. Wenn da jetzt zum Beispiel ein sehr heißer Bereich im Universum ist und anderswo ein sehr kalter, dann muss die Wärme von einem Ort zum anderen gelangen, bis sich alles ausgeglichen hat und das dauert. Es dauert vor allem länger, als das Universum alt ist. Es hilft auch nichts, dass das Universum expandiert und früher kleiner war. Ich will nicht zu sehr ins Detail gehen, weil das eigentlich ein ganz anderes Thema ist, aber wir sehen das selbe Problem auch, wenn wir die kosmische Hintergrundstrahlung beobachten, also die Strahlung, die aus einer Zeit knapp 400.000 Jahre nach dem Urknall stammt. Sie ist zu homogen; es gab auch damals nicht genug Zeit, so dass sich alles angleichen hätte können. In unserem aktuellen Urknallmodell haben wir als Lösung die Phase der Inflation vorgeschlagen. Vereinfacht gesagt: Als das Universum wirklich klein war, hat sich alles ausreichend gut vermischen und angleichen können. Dann aber gab es eine sehr kurz Phase, in der sich das Universum absurd weit ausgedehnt hat; es ist quasi schlagartig unvorstellbar viel größer geworden und danach hat erst die normale Expansion eingesetzt. Diese Inflationsphase hat das gut durchmischte frühe Universum so enorm aufgeblasen, dass es heute für uns so aussieht, als hätten die weit voneinander entfernten Regionen keinen Kontakt miteinander haben können. Das ekpyrotische Universum löst dieses sogenannte "Horizontproblem" einfach dadurch, dass hier quasi beliebig viel Zeit zur Verfügung steht. Und wenn zwei Branen kollidieren, dann ist das mehr oder weniger ein gleichzeitiges Ereignis, das im ganzen Universum stattfindet und damit startet alles mit den selben Bedingungen. Wie gesagt, das ist eine enorm vereinfachte Darstellung, aber mit dem ekpyrotischen Universum kann man nicht nur dieses Horizontproblem lösen, sondern auch noch ein paar andere kosmologische Probleme. Und wir haben als Zusatz eine Antwort auf die Frage, was vor dem Urknall war. Aber leider ist es halt dann doch nicht so einfach. Abgesehen davon, dass es keinen Beleg dafür gibt, dass wir eine 3-Brane am Rand eines 5D-Bulk sind, hat man im Lauf der Zeit noch andere Probleme mit dem ekpyrotischen Universum gefunden. Nicht alles, was man sich damals ausgedacht hat, hat bei genauerer Betrachtung so gut funktioniert, wie man dachte. Natürlich hat man die Fehler korrigiert; hat neue Versionen entwickelt; man kann die Grundidee des Ekpyrotischen Universums mittlerweile sogar ohne den Rückgriff auf die Stringtheorie und die Branen beschreiben. Aber eine richtig überzeugende Alternative zum Urknallmodell ist daraus leider nicht geworden. Es gibt wenig Möglichkeiten, durch Beobachtungen zu überprüfen, ob das ekpyrotische Universum die richtige Idee ist. Aber immerhin gibt es eine Möglichkeit, es zu widerlegen. Wenn wir irgendwann mal primordiale Gravitationswellen messen sollten, also quasi das Wackeln der Raumzeit selbst, das durch die Inflationsphase nach dem Urknall ausgelöst worden ist (oder eben durch die Kollision der Branen), dann können wir - je nach Stärke dieser Wellen unterscheiden, ob wir in einem ekpyrotischen Universum leben oder nicht. Und werden dann vermutlich immer noch unzufrieden sein. Denn selbst wenn wir die Frage "Was war vor dem Urknall?" mit "Eine Kollision zwischen zwei Branen" beantworten können, stellt sich ja gleich die nächste Frage, nämlich: "Was war vor der Kollision der Branen?". Neil Turok und Paul Steinhardt haben das in einer modifzierten Version des Modells probiert zu beantworten, nämlich mit "Noch eine Kollision!". In ihrem "zyklischen Universum" kollidieren die Branen quasi regelmäßig. Sie prallen voneinander ab, nähern sich wieder für eine neue Kollision, entfernen sich, und so weiter. Aber auch da bleibt die Frage: Wo kommt dieser ganze 5D-Bulk mit seinen Branen eigentlich her? Am Ende muss die Frage nach dem Anfang vermutlich immer offen bleiben. Egal was wir uns am Beginn der Existenz von allem vorstellen: Wir werden immer fragen, was denn DAVOR war. Egal ob wir alles mit einem Urknall, einer Kollision von Branen, irgendwas anderem oder sogar einem Gott beginnen lassen: Auch das muss alles einen Ursprung haben. Die Alternative zu einem Anfang ist die Ewigkeit und die ist für uns genau so unvorstellbar und unbefriedigend. Ein Kosmos; ein Gott, der immer schon existiert hat ist genau so wenig eine Antwort wie ein Universum ohne Anfang oder einem Beginn, vor dem Nichts war. Egal wie man es formuliert oder zu denken versucht: Es scheint unmöglich, eine zufriedenstellende Antwort zu finden. Also kann ich diese Folge auch einfach mit dem beenden, was der griechische Philosoph Heraklit vor fast 2500 Jahren gesagt hat: "Diese Welt, dieselbe von allem, hat weder ein Gott noch ein Mensch geschaffen, sondern sie war immer, ist immer und wird sein ewig lebendes Feuer, sich entzündend nach Maßen und erlöschend nach Maßen."

Die Wohnsitze des Mondes und die Gebiete des Kaisers Sternengeschichten Folge 692: Der blaue Drache des Ostens und Chinas Sterne In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um die chinesische Astronomie. Oder besser gesagt: Es geht um einen ganz bestimmten Aspekt der Astronomie, die früher in China betrieben worden ist. Es ist genau so unmöglich, DIE chinesische Astronomie in einer Podcastfolge darzustellen, wie es unmöglich ist DIE Astronomie darzustellen. Und in der Gegenwart betreibt man in China dieselbe moderne Astronomie die auch im Rest der Welt betrieben wird. Es geht also in dieser Folge um die Art und Weise, wie man in China früher den Himmel betrachtet hat und vor allem darum, wie man dort Ordnung geschaffen hat. Hier bei uns, in Europa, hat man dafür die klassischen Sternbilder verwendet, die über Mesopotamien und die griechisch-arabische Antike zu uns gelangt sind. Darüber habe ich ja schon in einigen Folgen des Podcasts gesprochen; ich habe auch einige Folge speziell zu bestimmten Sternbildern gemacht, und so weiter. Auch in China ist man schon vor über 2000 Jahren mit den astronomischen Vorstellungen aus Mesopotamien in Kontakt gekommen; der klassische Tierkreis, über den ich in Folge 684 ausführlich gesprochen habe und seine Orientierung an der scheinbaren Bewegung der Sonne über den Himmel, hat aber nicht so wirklich zu den Vorstellungen der Menschen in China gepasst. Dort hat man sich mehr am Lauf des Mondes orientiert. Der Tierkreis beschreibt ja die Regionen am Himmel, durch die sich die Sonne scheinbar im Laufe eines Jahres bewegt. In China war viel wichtiger, was der Mond im Laufe eines Monats macht und dementsprechend waren auch die Sterne wichtiger, die sich am Himmel dort befindet, wo sich der Mond entlang bewegt. Eine Runde um den Himmel absolviert der Mond in knapp 28 Tagen. Genauer gesagt: in 27,32 Tagen; das ist ein sogenannter "siderischer Monat", also die Zeitspanne die es braucht, bis der Mond von der Erde aus gesehen in Bezug auf die Sterne wieder dieselbe Position einnimmt. Passend dazu hat man die Region des Himmels, durch die sich der Mond in diesen fast 28 Tagen bewegt in 28 Bereiche eingeteilt, die "xiu" genannt werden, was man mit "Wohnsitz" übersetzen könnte. Und ich entschuldige mich an dieser Stelle gleich für den Rest des Podcasts für meine Aussprache der chinesischen Wörter, die mit Sicherheit nicht korrekt ist. Das System der Einteilung des Himmels in China unterscheidet sich generell ziemlich stark von dem, das wir in Europa gewohnt sind. Es gibt keine klassischen Sternbilder; man ist eher an eine Adressangabe erinnert. Neben den 28 Wohnsitzen gibt es auch noch die drei Gebiete oder "Einfassungen", die den chinesischen Kaiserhof selbst am Himmel repräsentieren. Das erste davon ist das "Gebiet des Kaiserpalasts" oder die "Purpurne verbotene Einhegung". Im Zentrum davon steht der Polarstern, also der Himmelsnordpol, um den herum sich alles dreht - natürlich ein Symbol für den Kaiser selbst. Die Sterne um die Himmelsnordpolregion herum sind zu Asterismen zusammengefasst, also zu markanten Sterngruppen, die andere Aspekte des kaiserlichen Hofs symbolisieren. Es gibt die "linke Mauer", die "rechte Mauer", das "Gästehaus" und so weiter. Aber auch Sterne, die die Frauen und Konkubinen des Kaisers darstellen, die führenden Minister und Richter und andere Beamte am Kaiserhof. Die anderen beiden großen Gebiete sind das "Gebiet des höchsten Palastes" und das "Gebiet des himmlischen Marktes". Sie umfassen die Regionen die östlich und nördlich beziehungsweise westlich und südlich des Gebiets des Kaiserpalasts am Himmel zu finden sind. Das Gebiet des höchsten Palasts liegt zum Beispiel dort, wo wir die Sternbilder Löwe oder Jungfrau haben und der himmlische Markt ist in der Region unserer Sternbilder Herkules, Schlange und Schlangenträger. Auch die anderen beiden Gebiete sind entsprechend in weitere Asterismen unterteilt. Insgesamt wurden 328 individuelle Sterne in den drei Gebieten in den klassischen Katalogen Chinas erfasst. Neben diesen drei Gebieten gibt es aber eben auch noch die 28 Wohnsitze, die alle einem "Symbol" zugeordnet sind. Die Region, durch die sich der Mond während eines Monats bewegt, hat man zuerst in vier Bereiche unterteilt, die als die "Vier Symbole" oder auch die "Vier Wundertiere" bezeichnet werden. Es gibt den "Blauen Drachen des Ostens", den "Roten Vogel des Südens", den "Weißen Tiger des Westens" und die "Schwarze Schildkröte des Nordens". Jedem dieser Wundertiere sind sieben Wohnsitze des Mondes zugeordnet, deren Bezeichnung eine aus unserer Sicht wilde Mischung aus profanen und poetischen Namen sind. Beim Blauen Drachen gibt es zum Beispiel Horn, Nacken, Wurzel, Haus, Herz, Schwanz und Kornschwinge. Und eine Kornschwinge, die bei uns auch "Worfel" genannt wird, ist übrigens ein flacher Korb, mit dem man beim Getreide die Spreu vom Korn trennen kann. Die 7 Mondstationen in der schwarzen Schildkröte des Nordens nennt man Schöpflöffel, Ochse, Mädchen, Leere, Hausdach, Feldlager und Klippe. Beim Weißen Tiger des Westens sind es Füße, Band, Magen, Haariger Kopf, Netz, Schildkrötenschnabel und Dreigestirn und die letzten 7 Wohnsitze im Roten Vogel des Südens heißen Quelle, Geister, Weide, Sterne, ausgebreitetes Netz und Streitwagen. Man könnte vermutlich einige Folgen allein nur über die Gründe dieser Namensgebung machen, aber wie ich zu Beginn gesagt habe: Es ist unmöglich, die ganze chinesische Astronomie in einer Folge zu behandeln. Jeder der 28 Wohnsitze hat außerdem einen "regierenden Stern". Der Stern, den wir "Spica" nennen oder "Alpha Virginis", der hellste Stern in unserem Sternbild der Jungfrau, ist der regierende Stern im Wohnsitz Horn im blauen Drachen des Ostens. Elektra, einer der Sterne in den Plejaden, ist der regierende Stern im Haarigen Kopf im Weißen Tiger des Westens. Aber auch die anderen Sterne am Himmel haben ihren Platz. So wie die drei Gebiete weiter in diverse Asterismen unterteilt sind, gilt das auch für die 28 Wohnsitze. Der Ochse, ein Wohnsitz in der schwarzen Schildkröte des Nordens enthält zum Beispiel Hé Gǔ, die "Flusstrommel" und Tiānfú, den "himmlischen Trommelschlägel". Zum Asterismus der Flusstrommel gehören die Sterne Alshain und Altair und damit wird auch klar, um welchen Fluss es hier vermutlich geht. Altair ist der hellste Stern in unserem Sternbild Adler und durch das zieht sich die Milchstraße, der himmlische Fluss. Jeder Stern in so einem Asterismus hat eine Nummer, aus der sich dann auch sein chinesischer Name ergibt. Altair ist Nummer 2 in der Flusstrommel und der chinesische Name ist "Hégŭ Èr" oder "Zweiter Stern der Flusstrommel". Ein anderer Asterismus im Wohnsitz des Ochsen ist das "Webermädchen" und Stern Nummer eins dort ist der, den wir "Wega" nennen. Beide Sterne, Wega und Altair, spielen eine zentrale Rolle im Mythos des Kuhhirten und des Webermädchens, die verliebt ineinander aber durch den großen himmlischen Fluss getrennt sind. Ich habe in Folge 462 der Sternengeschichten mehr dazu erzählt. Die chinesische Bezeichnung der Sterne spiegelt diese Geschichten wieder und es gäbe noch jede Menge weitere Geschichten. Immerhin findet man in den 28 Wohnsitzen und 3 Gebieten insgesamt 283 Asterismen die zusammen 1634 individuelle Sterne enthalten. Die Art und Weise, wie man in China die Sterne eingeteilt hat, ist eine aus unserer Sicht seltsame Mischung aus Mythologie und Systematik. Einerseits sind da die exakten Abbilder der politischen Struktur Chinas, mit den drei Gebieten und ihren Asterismen, die alle Details des Kaiserhofs abbilden. Darum herum finden wir die 28 Wohnsitze, die dann eher das Volk und dessen Leben darstellen. Was das angeht, war der Himmel in China ein Spiegelbild des Staates selbst. Im Zentrum steht der Kaiser, außen herum der Hofstaat und die Beamte und dann kommt der Rest des Volkes. Das hat sich auch in der chinesischen Astronomie insgesamt fortgesetzt: Wichtigste Aufgabe der Astronomie war es, die Harmonie am Himmel wiederzufinden und zu beschreiben, die der Kaiser auf der Erde repräsentiert. Und alles was diese Harmonie stören könnte, musste rechtzeitig und exakt vorhergesagt werden (also sowas wie Kometen, Sonnenfinsternisse, und so weiter). Der Himmel ist zwar auch in China voll mit Mythen und Geschichten, aber gleichzeitig zeigt sich in seiner Einteilung auch das Streben nach Ordnung viel deutlicher als bei uns. Wir haben erst in der frühen Neuzeit angefangen, wissenschaftliche Systematik in die Sternbilder zu bringen. Ich habe das schon vor langer Zeit in Folge 2 der Sternengeschichten erzählt: Im 16. Jahrhundert war der deutsche Astronom Johann Bayer einer der ersten, der das gemacht hat. Er hat die Sterne in einem Sternbild nach Helligkeit eingeteilt und der Reihe nach mit griechischen Buchstaben versehen. "Alpha Centauri" ist der hellste Stern im Sternbild des Zentauren, "Beta Leonis" der zweithellste im Sternbild Löwe, und so weiter. Die chinesischen Konstellationen haben dieses System von Anfang an eingebaut. Hier gibt es eine klare Struktur, mit den vier Wundertieren, den 28 Mondsitzen, den jeweiligen Asterismen darin und den wiederum darin geordneten Sternen. "Zweiter Stern der Flusstrommel" mag für unsere westlichen Ohren poetischer klingen als eine Bezeichnung wie etwa "Beta Leonis", es ist aber genau das selbe System. Es gibt noch viel mehr über die chinesische Astronomie zu erzählen; ihre Entwicklung und Verbindungen zur Astronomie in Indien, in Korea oder Japan; über die Entdeckungen die dort gemacht wurden, und so weiter. Aber das wird in anderen Folgen der Sternengeschichten passieren müssen. Aber auch wenn diese Folge hier nur ein kurzer Überblick war, ist damit hoffentlich klar geworden, dass der Himmel über unseren Köpfen gleichzeitig einzigartig und vielfältig ist. Wir alle schauen in der Nacht zu den selben Sternen - aber jede Kultur hat ihren eigenen Blick und hat dort oben ihre eigenen Geschichten und Welten gesehen.