Sternengeschichten Folge 718: Bielas Komet

"Die Welt steht auf kein' Fall mehr lang". So lautet der Refrain des berühmten "Kometenlieds", das der österreichische Autor Johann Nestroy als Teil seines Theaterstücks "Der böse Geist Lumpacivagabundus" geschrieben hat. Es geht darin um den Verfall der Welt, die Dummheit der Menschen und den deswegen nahenden Weltuntergang. Und untergehen wird die Welt durch den Einschlag eines Kometen. Dass Kometen als Unheilbringer und böse Omen angesehen werden, ist allerdings nicht neu. Das haben die Menschen schon in der Antike geglaubt; es wäre also nicht überraschend, wenn Nestroy sich für sein Lied an diesem Motiv bedient hätte. Im Fall des Kometenliedes gibt es aber einen realen Himmelskörper als Inspiration: 3D/Biela beziehunsweise Bielas Komet.

Dieser Himmelskörper wurde das erste Mal im Jahr 1772 beschrieben. Es ist davon auszugehen, dass er auch früher schon immer wieder mal am Himmel der Erde zu sehen war; aber wenn es entsprechende Beobachtungen gibt, dann lassen sie sich heute nicht mehr zweifelsfrei dem Objekt zuordnen, dass wir heute "Bielas Komet" nennen. Am 8. März 1772 aber hat der französische Astronom Jacques Laibats-Montaigne in Limoges einen bis dahin unbekannt Kometen entdeckt und konnte diese Entdeckung bei Beobachtungen in der nächsten Nacht bestätigen. Die Daten waren aber nicht gut genug, um daraus eine wirklich vernünftige Umlaufbahn zu berechnen und im April war der Komet nicht mehr zu sehen. Das nächste Mal hat er sich dann erst 1805 gezeigt. Es war wieder ein Franzose, der ihn zuerst gesehen hat: Jean-Louis Pons aus Marseille hat am 10. November 1805 einen Kometen beobachten und diverse andere Astronomen konnten ihn ebenfalls sehen. Er war so hell, dass er auch ohne Teleskop sichtbar war und auf der ganzen Welt konnte man ihn bis Dezember beobachten. Bei der Durchsicht der gesammelten Daten ist dem deutsche Astronom Heinrich Wilhelm Olbers aufgefallen, dass die Bahn der des Kometen aus dem Jahr 1772 ziemlich ähnlich sieht und es sich vielleicht um das selbe Objekt handelt. Aber es gab immer noch zu wenig Daten, um zweifelsfrei eine Umlaufbahn zu berechnen.

Dann kam das Jahr 1826 und der deutsch-österreichische Astronom Wilhelm von Biela. Biela stammt aus einem thüringischen Adelsgeschlecht, wurde aber Offizier im österreichischen Heer. Er nahm unter anderem an der Völkerschlacht von Leipzig teil, aber neben seiner militärischen Tätigkeit interessierte er sich auch für Astronom und führte immer wieder entsprechende Beobachtungen durch. Und dabei entdeckte er am 27. Februar 1826 den typischen Nebelfleck eines Kometen am Himmel. Mit seinen Beobachtungsdaten und denen anderer Astronomen war Biela in der Lage, eine Umlaufbahn zu berechnen und er stellte fest, dass sie sehr ähnlich der Bahnen war, die die Kometen aus den Jahren 1772 und 1805 hatten. So ähnlich, dass es sich um dasselbe Objekt handeln musste. Biela berechnete, dass es sich um ein Objekt handeln muss, dass auf einer Umlaufbahn von circa 6,5 Jahren um die Sonne kreist. Und mittlerweile waren die Daten so gut, dass auch andere seine Berechnungen bestätigen konnten. Man konnte jetzt also einerseits berechnen, wann dieser Komet wieder am Himmel der Erde auftauchen wird. Und andererseits nannte man das Objekt jetzt "Bielas Komet", zu Ehren des Mannes, der seine Bahn erstmals genau bestimmen konnte.

Und auf dieser Bahn sollte der Komet 1832 wieder zu sehen sein, frühestens im September. Und tatsächlich konnte der englische Astronom John Herschel den Kometen am 24. September in seinem Teleskop sehen. Bei seinem nächsten Besuch im Jahr 1839 waren die Bedingungen ungünstig für eine Beobachtung, aber 1846 klappte es wieder. Da wurde der Komet auch vom amerikanischen Marineoffizier Matthew Maury beobachtet. Er ist heute zwar vor allem als Meeresforscher bekannt für seine Erstellung von Wind- und Strömungskarten, der auch als erster die Rolle des Golfstroms für das Klima in Europa beschrieben hat. Aber wenn man die ganze Zeit auf dem Meer die Welt beobachtet, dann fällt einem natürlich auch ein Komet ins Auge. Und Maury stellt fest, dass es sich bei Bielas Komet offensichtlich um zwei Objekte handelt. Das Phänomen des "Doppelkometen" wurde auch von anderen Astronomen festgestellt. Anscheinend war der Komet seit den letzten Beobachtungen auseinandergebrochen. Heute wissen wir, dass so etwas durchaus immer wieder passiert - aber damals war Bielas Komet das erste Objekt, bei dem man so etwas beobachten konnte. Beim nächsten Vorbeiflug 1852 war die Trennung in zwei große Stücke deutlich zu sehen. Die beiden Komponenten haben klar erkennbar getrennt am Himmel geleuchtet; zwischen ihnen war ein Winkelabstand von einem Grad oder anders gesagt: doppelt so viel Platz, wie der Vollmond am Himmel einnimmt. Das nächste Mal hätte Bielas Komet im Jahr 1859 kommen sollen und danach im Jahr 1866. Aber diesmal war nichts zu sehen. Ebensowenig wie im Jahr 1872 oder im Jahr 1885. Der Komet war verschwunden.

Heute haben wir ein besseres Bild von den Vorgängen. Vermutlich hat das erste große Zerbrechen irgendwann zwischen 1842 und 1843 stattgefunden, als der Komet den sonnenfernsten Punkt seiner Umlaufbahn erreicht hat. Er war circa 6 astronomische Einheiten weit weg, also das sechsfache der Distanz zwischen Erde und Sonne und damit noch ein Stück hinter der Umlaufbahn des Jupiters. Warum das passiert ist, lässt sich nicht eindeutig sagen. Kometen sind ja keine massiven Felsbrocken, sondern Ansammlungen aus mehr oder weniger großen Gesteinsstücken, durchmischt mit Eis und Staub. Jedesmal wenn sich ein Komet auf seiner Bahn der Sonne nähert, wird ein Teil des Eises gasförmig, strömt ins All und reisst dabei Staub und Gestein von der Oberfläche mit sich. Und wenn das zu oft passiert, kann es sein, dass der ganze Komet den Zusammenhalt verliert und zerbricht. Es kann genauso gut auch sein, dass er irgendwo im All mit Trümmern von anderern auseinanderbrechen Kometen in Kontakt gekommen ist, die den Vorgang ausgelöst oder beschleunigt haben. Fest steht nur: Mittlerweile ist er weg. Wir können höchstens noch und mit ein bisschen Glück ein paar Bruchstücke von ihm sehen. So wie viele andere Kometen hat auch Bielas Komet eine Spur aus Staub entlang seiner Bahn hinterlassen. Und wenn die Erde diese Spur kreuzt, sehen wir mehr Sternschnuppen als sonst, weil die ganzen Staubteilchen bei ihrer Kollision mit dem Planeten die Atmosphäre zum Leuchten bringen. Über diese "Meteorströme" habe ich ja schon in einigen Folgen berichtet und im 19. Jahrhundert konnte man zwischen September und Dezember die "Andromediden" beobachten, also ein verstärktes Auftreten von Sternschnuppen, die aus Richtung des Sternbilds Andromeda zu kommen scheinen. Die meisten davon erreichen uns Mitte November und das waren teilweise wirklich viele. 1872 konnte man zum Beispiel teilweise mehrere Sternschnuppen gleichzeitig sehen, die über den Himmel sausen und 1885 waren es bis zu 300 Sternschnuppen pro Minute. Danach aber waren auch die Andromediden kaum noch zu sehen. Ein paar lassen sich ab und zu immer noch blicken, aber sie fallen kaum weiter auf. So wie der Komet selbst ist auch der von ihm ausgelöste Sternschnuppenschauer mittlerweile verblasst.

Deutlicher sind die Spuren, die Bielas Komet in der Literatur hinterlassen hat. Gehen wir noch einmal kurz zurück ins Jahr 1832. Das war das Jahr, für das die Rückkehr des Kometen dank Bielas Berechnungen das erste Mal gut vorhergesagt werden konnte. Damals waren überhaupt nur drei andere solcher periodischer Kometen bekannt, also Kometen, bei denen man wusste, dass sie einer regelmäßigen Bahn um die Sonne folgen. Einer davon war der Enckesche Komet der ebenfalls für 1832 erwartet wurde. Und der berühmte Halleysche Komet sollte 1835 an der Erde vorbeifliegen. Es war also kein Wunder, dass man damals einerseits viel über Kometen gesprochen hat und das andererseits die "Kometenfurcht" ausgebrochen ist, also die Angst der Menschen vor dem Unheil, dass ein Komet angeblich bringen soll beziehungsweise vor einer Kollision der Erde mit dem Kometen. Man wusste dank Bielas Berechnungen, dass sein Komet die Umlaufbahn der Erde tatsächlich kreuzt - bzw. fast. Aber man wusste auch, dass die Erde zu diesem Zeitpunkt ganz woanders auf ihrer Bahn sein wird und keine Gefahr besteht. Oder besser gesagt: Die Astronomie wusste das, den Medien war das aber egal und man hat fröhlich über Gefahren spekuliert oder gleich den Weltuntergang prophezeit. Es gab Leute, die Sintfluten vorhergesagt haben oder den Ausbruch der Cholera. Natürlich hat Johann Nestroy das alles mitbekommen und in seinem "Kometenlied" verarbeitet, dass 1833 in Wien uraufgeführt wurde. Ich erspare es den Hörerinnen und Hörern, dieses Lied hier vorzutragen. Möchte euch aber dennoch nicht die wunderbare Einleitung dazu vorenthalten, die der Schuster Knierim im Theaterstück erzählt. Er ist der einzige, der fest daran glaubt, dass der Komet die Welt zerstören wird und hat dafür gute Argumente:

"Die [Peppi] glaubt nicht an den Kometen, die wird Augen machen. – Ich hab die Sach schon lang heraus. Das Astralfeuer des Sonnenzirkels ist in der goldenen Zahl des Urions von dem Sternbild des Planetensystems in das Universum der Parallaxe mittelst des Fixstern-Quadranten in die Ellipse der Ekliptik gerathen; folglich muß durch die Diagonale der Approximation der perpendikulären Cirkeln der nächste Komet die Welt zusammenstoßen. Diese Berechnung ist so klar wie Schuhwix. Freilich hat nicht Jeder die Wissenschaft so im klein Finger als wie ich; aber auch der minder Gebildete kann alle Tag Sachen genug bemerken, welche deutlich beweisen, daß die Welt nicht lang mehr steht. Kurzum, oben und unten sieht man, es geht rein aufn Untergang los."

Sternengeschichten Folge 717: Lunar Laser Ranging

"Professor Dicke, würden Sie bitte prüfen, ob das irgendeinen Sinn ergibt?". Diesen Satz hat James Faller im Jahr 1962 in die Ecke einer kurzen Notiz geschrieben, die er seinem Chef, dem Physiker Robert Dicke zeigen wollte. Der Text von Faller trug den Titel "A Proposed Lunar Package (A Corner Reflector on the Moon)" und darin wird ein wissenschaftliches Experiment beschrieben, dass auf dem Mond durchgeführt werden könnte. Faller hat sich einen Reflektor vorgestellt, der auf der Mondoberfläche platziert wird und der von der Erde aus mit einem Laserstrahl angepeilt werden kann. Wenn das Laserlicht davon wieder zurück auf die Erde reflektiert wird, lässt sich aus der Laufzeit des Strahls die Distanz zwischen Erde und Mond messen. Robert Dicke schickte die Notiz von Faller mit der Anmerkung "Vielleicht können wir darüber mal diskutieren" zurück und offensichtlich haben sie das auch gemacht, denn als sieben Jahre später Neil Armstrong und Buzz Aldrin als erste Menschen auf dem Mond gelandet sind, hatten sie genau so ein Lunar Laser Ranging Experiment mit Gepäck.

Aber was soll es eigentlich bringen, Laserstrahlen zwischen Mond und Erde hin und her zu schicken? Mehr als man glauben würde, wie wir im Verlauf dieser Folge noch erfahren werden. Die Geschichte des "Lunar Laser Rangings", wie diese Art der Experimente offiziell heißt, hat aber nicht mit James Faller begonnen, sondern ein kleines bisschen davor. Am 9., 10. und 11. Mai 1962 haben der amerikanische Ingenieur Louis Smullin und der italienische Physiker Giorgio Fiocco, die damals beide am Massachusetts Institute of Technology, dem MIT, gearbeitet haben, ebenfalls probiert, Laserechos vom Mond zu erhalten. Die Ergebnisse haben sie kurz danach unter dem Titel "Optische Echos vom Mond" veröffentlicht, darin aber eigentlich nur festgestellt, dass es prinzipiell möglich ist, Laserstrahlen von der Erde aus in Richtung Mond zu schicken und die von der Mondoberfläche reflektierten Strahlen wieder zu registrieren. Wenn man damit aber wissenschaftlich sinnvolle Arbeit machen will, braucht es das, was James Faller sich überlegt hat: Reflektoren auf dem Mond.

So ein Laserreflektor besteht üblicherweise aus Tripelprismen, also Bauteilen aus Glas, die auftrefendes Licht wieder in die Richtung zurückschicken, aus der es gekommen ist. Wir kennen das alle aus dem Alltag, zum Beispiel von den "Katzenaugen", die wir an unsere Fahrräder montieren um besser sichtbar zu sein. Für Experimente auf dem Mond kann man aber nicht einfach ein paar Katzenaugen aus Plastik ins All schicken. Die Reflektoren, die 1969 mit der Apollo-Mission zum Mond geflogen sind, bestanden aus einigen hundert solcher Tripelprismen, die jeweils 4 Zentimeter im Durchmesser hatten. Sie bestanden aus einem speziellen Quarzglas, das besonders stabil gegenüber dem Einfluss der kosmischen Strahlung ist. Normale Materialien würden durch diese hochenergetische Strahlung sehr schnell so zerstört werden, dass sie nicht mehr sinnvoll reflektieren können. Das Glas entwickelt und die Prismen gebaut hat übrigens eine deutsche Firma: Heraeus aus Hanau. Und als Neil Armstrong und Buzz Aldrin am 21. Juli 1969 am Mond gelandet waren, gehörte zu ihren ersten Aufgaben dort auch die Installation des Laser-Reflektors. Zwei weitere sind mit Apollo 14 und Apollo 15 zum Mond geflogen und auch die sowjetischen Mondrover Lunokhod 1 und Lunokhod 2, die 1970 und 1973 auf dem Mond gelandet sind, waren mit kleinen Reflektoren ausgestattet.

Aber was stellt man nun mit diesen Dingern an und vor allem wie stellt man es an? Das Prinzip ist einfach: Man schickt einen Laserstrahl von der Erde ins All, der genau auf einen der Laserreflektoren gerichtet ist. Dort wird er reflektiert und mit einem passenden Teleskop wird der zurückkehrende Strahl registriert. Man misst die Zeit, die dieses Hin und Her gedauert hat und daraus lassen sich jede Menge spannende wissenschaftliche Daten ableiten. In der Praxis ist das alles aber sehr viel schwerer. Gleich der erste Versuch, direkt nach der Landung von Armstrong und Aldrin am 21. Juli 1969, ist fehlgeschlagen, weil der Astronom Joseph Miller und seine Kollegen von der Lick-Sternwarte in den USA den Laserstrahl auf die falsche Stelle gerichtet haben. Aber kurz danach, schon am 1. August 1969, waren sie erfolgreich. Und das war eine durchaus beeindruckende Leistung! Wir dürfen uns die Laserstrahlen nicht so vorstellen, wie die, wir zum Beispiel von den Laserpointern im Alltag kennen. Beziehungsweise schon, denn es sind ja in beiden Fällen Laserstrahlen. Aber mit einem Laserpointer zeigen wir auf Objekte, die vielleicht ein paar Meter entfernt sind. Der Mond ist aber gut 400.000 Kilomter weit weg und das ist etwas ganz anderes. Ein typischer Laserstrahl, der bei den Lunar Ranging Experimenten verwendet wird, ist kein eng fokusierter Strahl mehr, wenn er auf dem Mond auftrifft! Selbst der beste Laser lässt sich nicht unendlich weit fokusieren, der Strahl läuft irgendwann auseinander und um so weiter, je weiter er sich bewegt. Oder anders gesagt: Der Laserstrahl, der von der Erde aus auf den Weg geschickt wird, hat beim Eintreffen auf dem Mond einen Durchmesser von circa 6,5 Kilometern. Das ist sehr viel, aber dann auch wieder nicht. 6,5 Kilometer auf 400.000 Kilometer Entfernung ist eigentlich nichts, besonders dann, wenn man damit einen ganz bestimmten Punkt der Mondoberfläche treffen will. Das ist ungefähr so, als wolle man mit einem Gewehr eine 1-Cent-Münze treffen, die 3 Kilometer weit weg ist. Es ist also gar nicht so schlecht, wenn der Laserstrahl sich ein wenig aufweitet, denn das erhöht die Chance, den Reflektor zu treffen. Aber natürlich verliert man dadurch auch ein wenig Helligkeit. Oder besser sehr gesagt: Sehr viel Helligkeit. Ein typischer Laserpuls, den man für die Lunar Ranging Experimente verwendet besteht aus ein paar hundert Billiarden Photonen. Die meisten davon landen irgendwo, aber nicht auf der Oberfläche des Reflektors. Die, die dort wieder zurück zur Erde geschickt werden, kommen aber natürlich auch nicht fokusiert an. Von den Billiarden Photonen werden am Ende nur ein paar von den Teleskopen auf der Erde detektiert. Und "ein paar" heißt hier wirklich: Eine einstellige Zahl, irgendwas zwischen einem und fünf Photonen.

Man kann also nicht einfach mit einem Laser auf den Mond schießen und sieht dann dort den Reflektor aufleuchten. Es ist eine komplexe Aufgabe, die wenigen Photonen zu registrieren, die wieder zurück kommen. Beziehungsweise: Sie zu identifizieren. Wüsste man nicht vorher schon, wann sie wieder ankommen müssen und vor allem um welche Art von Licht es sich handelt, hätte man keine Chance. Auch deswegen ist es wichtig, diese Experimente mit Laserlicht zu machen: Alle Photonen, die der Laser aussendet haben exakt die selbe Energie und das gilt auch für die, die wieder zurückkommen. Oder anders gesagt: Das Licht des Lasers ist einfarbig und man muss nur nach Photonen mit genau dieser Farbe suchen. Einfach ist das alles immer noch nicht, man muss auch berücksichtigen, dass der Laser sich durch die Atmosphäre der Erde bewegt, dass der Mond sich bewegt, und so weiter. Aber mittlerweile sind wir sehr gut darin geworden, diese Experimente durchzuführen. Wir können die Reflektoren am Mond anpeilen und genau registrieren, wann und wie viel Licht zurück kommt. Mit sehr viel Mathematik und Statistik kann man diese Daten dann sinnvoll auswerten und das erste und direkteste Ergebnis ist die Distanz zwischen Erde und Mond. Wir wissen, wie schnell sich das Licht bewegt, und wenn wir wissen, wie lange es zum Mond und wieder zurück braucht, können wir bestimmen, wie weit der Mond weg ist. Und zwar sehr, sehr genau, bis auf den Millimeter. Das wiederum macht viele andere wissenschaftliche Messungen möglich. Ich habe in den vergangenen Folgen der Sternengeschichten immer wieder mal über das Phänomen der Gezeitenreibung gesprochen. Kurz gesagt: Der Mond übt Gezeiten auf die Erde aus; die Erde aber auch genau so auf den Mond. Das hat - ohne jetzt die Details zu wiederholen - zur Folge, dass sich die Erdrotation im Laufe der Zeit abbremst und das wiederrum führt dazu, dass der Mond sich im Laufe der Zeit von der Erde entfernt. Dank des Lunar-Rangings können wir das auch exakt messen: Der Abstand zwischen Erde und Mond vergrößert sich pro Jahr um 3,8 Zentimeter.

Das ist aber erst der Anfang! Wenn man über Jahre und Jahrzehnte immer wieder den Abstand zwischen Erde und Mond bestimmt, dann kann man natürlich auch sehr, sehr exakt bestimmen, auf welcher Bahn er sich bewegt; wie er sich um seine Achse dreht, und so weiter. Und mit diesen Daten lässt sich sehr viel anfangen. Die beobachtete Bewegung des Mondes stimmt zum Beispiel exakt mit dem überein, was aus Einsteins Relativitätstheorie folgt. Oder andersherum: Wenn wir mit noch präziseren Messungen noch bessere Daten bekommen, dann könnten die vielleicht Abweichungen zeigen und uns Hinweise darauf geben, wie eine Gravitationstheorie aussehen muss, die über Einstein hinaus geht. Aus der Rotation und der Bewegung des Mondes können wir aber auch Rückschlüsse über sein Inneres ziehen und da zeigen uns die Daten, dass der Kern des Mondes flüssig sein muss. Und so weiter: Die Lunar-Laser-Ranging-Experimente sagen uns nicht einfach nur, wie weit der Mond entfernt ist, sondern helfen uns dabei, das Verhalten des ganzen Himmelskörpers zu verstehen. Wir lernen dabei etwas über die Grundlagen der Physik und sogar über unsere eigene Erde. Denn wir können die Daten der Experimente auch nutzen, um die Position der Bodenstationen sehr exakt zu bestimmen. Und im Laufe der Zeit die Veränderung dieser Koordinaten, das heißt, den Einfluss der Bewegung der Kontinentalplatten auf der Erde, geologische Prozesse, die den Boden heben oder senken, und so weiter.

Wir können die Frage, die James Faller 1962 an seinen Professor gestellt hat, also heute klar und deutlich beantworten: Ja, das ergibt definitiv sehr viel Sinn!

Sternengeschichten Folge 716: Kallisto - Sprungbrett ins äußere Sonnensystem

Unser Sonnensystem hat acht Planeten und diese Planeten haben zusammen sehr, sehr viele Monde. Wie viele es genau sind, wissen wir nicht, weil wir noch nicht alle entdeckt haben und es auch keine eindeutige Definition dessen gibt, was ein "Mond" ist. Aber wenn wir die ausreichend großen Himmelskörper nehmen, bei denen kein Zweifel an ihrer Mondhaftigkeit besteht, dann sind da auf jeden Fall ein paar hundert von ihnen. Abgesehen vom Mond unserer Erde waren die ersten anderen Monde, die wir entdeckt haben, die des Jupiter. Beziehungsweise die vier größten Monde des Jupiters, die Galileo Galilei im Jahr 1610 gefunden hat. Es sind beeindruckende Himmelskörper: Da ist Io, das vulkanisch aktivste Objekt im Sonnensystem. Und Europa, der Eismond mit dem riesigen Wasserozean unter einer dicken Eiskruste, der als einer der besten Orte für die Suche nach außerirdischem Leben gilt. Und natürlich ist da Ganymed, mit einem Durchmesser von 5262 Kilometern der größte Mond des Sonnensystems und sogar noch größer als der Planet Merkur. Galileo Galilei hat damals aber vier Monde entdeckt und der vierte galileische Mond wird immer ein wenig ignoriert. Und genau deswegen bekommt er heute eine eigene Folge der Sternengeschichten. Wir werden uns Kallisto ganz genau ansehen. Kallisto, den man zwar immer mitaufzählt, wenn man die großen Monde des Jupiters und die großen Monde des Sonnensystems auflistet - über den man aber ansonsten eher wenig spricht. Dabei gäbe es genug zu erzählen!

Kallisto ist der zweitgrößte Mond des Jupiters und der drittgrößte Mond des ganzen Sonnensystems. Er hat einen Durchmesser von 4820 Kilometern und ist der äußerste der vier großen Jupitermonde. Der Abstand zwischen Jupiter und Kallisto beträgt circa 1,9 Millionen Kilometer, also circa das fünffache der Distanz zwischen Erde und Erdmond. Für eine Runde um Jupiter braucht Kallisto 16 Tage und 16,5 Stunden und die Umlaufbahn des Mondes ist fast exakt kreisförmig und kaum geneigt gegenüber der Äquatorebene des Jupiters. So wie der Erdmond hat auch Kallisto eine gebundene Rotation, das heißt er dreht sich während eines Umlaufs um Jupiter auch exakt einmal um seine eigene Achse und von Jupiter aus ist deswegen immer die selbe Seite von Kallisto zu sehen.

Ich habe vorhin gesagt, dass Kallisto der drittgrößte Mond des Sonnensystems ist und er ist fast genau so groß wie der Planet Merkur, dessen Durchmesser nur knapp 50 Kilometer größer ist. Aber auch wenn Kallisto fast so groß wie ein Planet ist; seine Masse ist deutlich geringer. Kallisto ist ein Eismond, das heißt er hat eine sehr geringe Dichte, weil er im Gegensatz zu einem typischen Planeten wie der Erde oder dem Merkur keinen Kern aus Metall hat, sondern nur aus Eis und Gestein besteht.

wenn wir uns die eisige Oberfläche von Kallisto anschauen, fallen sofort die unzähligen Krater auf. Tatsächlich hat nur der Saturnmond Phoebe eine höhere Dichte an Einschlagskratern als Kallisto. Und im Gegensatz zu anderen Himmelskörpern gibt es auf Kallisto auch fast nur Einschlagskrater. Man sieht dort keine Gebirgszüge, Hochebenen, Täler oder andere Oberflächenmerkmale - was daran liegt, dass seine Kruste vor allem aus Wassereis besteht, in dem sich fast kein Gestein befindet. Bei einer durchschnittlichen Temperatur von -140 Grad Celsius ist das Eis zwar härter als Stein, aber im Laufe der Zeit gibt die Eiskruste nach und etwaige Gebirge oder andere große Strukturen werden eingeebnet.

Eine Ausnahme bildet das gigantische Einschlagsbecken, dass den Namen "Valhalla" bekommen hat. Es fällt beim Anblick von Kallisto sofort ins Auge: Eine circa 600 Kilometer durchmessende helle Zentralregion ist von mehreren ringförmigen Strukturen umgeben, wobei die äußersten Ringe gut 3000 Kilometer durchmessen. Es muss durch einen enormen Einschlag entstanden sein, bei der ein großer Asteroid die äußere Kruste des Mondes komplett durchschlagen hat. Es ist schwer zu sagen, wann das passiert ist - die Schätzungen gehen davon aus, dass dieses Ereignis vor 2 bis 4 Milliarden Jahren stattgefunden hat. Aber auch wenn wir nicht wissen, wann das passiert ist, sagt uns die Existenz von Valhalla doch ein bisschen was über das Innere von Kallisto. Wenn ein vergleichbarer Einschlag zum Beispiel auf der Erde oder dem Mars stattgefunden hätte, würde man nicht nur einem enormen Krater erwarten, sondern auch eine entsprechende Struktur genau auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten. Dort, wo sich die seismischen Schockwellen des Impakts auf der anderen Seite des Himmelskörpers treffen, sollte es ebenfalls großflächige Zerstörungen der Oberfläche geben. Auf Kallisto sieht man so etwas aber nicht, was bedeutet, dass die Wucht des Einschlags von einem weichen Material unter der harten Eiskruste aufgenommen wurde. Das kann entweder Eis sein, dass etwas wärmer ist oder aber sogar flüssig. Oder anders gesagt: Unter der Eiskruste von Kallisto könnte sich ein flüssiger Ozean befinden. Das wärmere Eis oder das Wasser hat dann schnell den großen Krater des Einschlags gefüllt und die Eisdecke darüber hat sich wieder neu gebildet, aber nicht so schön wie zuvor: Das Result sind die konzentrischen Ringe in der Oberfläche von Kallisto, die wir heute als "Valhalla" bezeichnen.

Die Existenz eines unterirdischen Ozeans haben auch Messungen nahegelegt, die die Raumsonde Galileo in den 1990er Jahren gemacht hat. Damals wurden auch Messungen des Magnetfelds von Kallisto angestellt und man hat gesehen, dass dessen Stärke sich verändert, während sich der Mond durch das viel stärkere Magnetfeld des Jupiters bewegt. Ein Grund dafür könnte die Existenz einer elektrisch leitenden Flüssigkeit unter der Kruste von Kallisto sein: Oder anders gesagt: Ein unterirdischer, circa 10 Kilometer tiefer Ozean aus salzigem Wasser, der unter der gut 200 Kilometer dicken Eiskruste von Kallisto liegt.

Tatsächlich bestätigen könnten wir das erst, wenn wir bessere Daten bekommen. Im Gegensatz zu anderen Monden ist Kallisto bis jetzt leider nur sporadisch untersucht worden. 1973 und 1974 sind die Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 an Jupiter vorbeigeflogen und haben erste Detailbilder machen können. 1979 sind dann Voyager 1 und 2 ebenfalls kurz vorbei geflogen. Längere und ausführlichere Beobachtungen gab es nur in den acht Jahren, die Galileo zwischen 1995 und 2003 im Jupitersystem verbracht hat. Erst in den 2030er Jahren wird Kallisto wieder von der europäischen Raumsonde JUICE besucht worden sein - und irgendwann spazieren vielleicht auch Menschen auf der Oberfläche des Jupitermondes herum.

Schon seit den 1980er Jahren hat man sich Gedanken gemacht, wohin Menschen nach der erfolgreichen Landung am Mond noch überall hinfliegen könnten. Klar, da ist der Mars, der immer im Zentrum der menschlichen Aktivitäten im Weltraum steht. Aber ansonsten wird es schwierig, zumindest in der relativen Nähe der Erde. Auf dem Merkur wäre es zu heiß und auf der Venus ebenso. Und im äußeren Sonnensystem kommen die Gasplaneten, auf deren Oberfläche man natürlich nicht landen kann, weil sie als Gasplaneten keine Oberfläche haben. Also hat man sich ihre Monde angesehen, aber die sind auch ein wenig kritisch. Jupiter ist von einem Strahlungsgürtel umgeben, also einer Zone, in der sein starkes Magnetfeld jede Menge geladene Teilchen des Sonnenwindes eingefangen hat. Die Bedingungen dort sind unangenehm für Menschen; wir würden diese Strahlung nicht lange aushalten und auch für unsere Technik ist das keine optimale Umgebung. Als die Raumsonde Pioneer 10 durch den Strahlunsgürtel des Jupiter geflogen ist, hat sie dabei einen Strahlendosis registriert, die circa dem 1000fachen der Dosis entspricht, die für uns Menschen tödlich ist.

Die großen Monde Io, Europa und Ganymed befinden sich alle innerhalb dieses Gürtels und sind daher keine sonderlich guten Ziele für uns Menschen. Aber Kallisto liegt außerhalb von Jupiters Strahlungsgürtel! Die NASA hat im Jahr 2003 eine Studie mit dem Titel "Human Outer Planets Exploration" veröffentlicht. Darin ging es um Ziele im äußeren Sonnensystem, die nach einer Marslandung sinnvollerweise für die menschliche Raumfahrt ins Auge gefasst werden können. Und aus all den Gründen, die ich gerade aufgezählt habe, hat sich Kallisto als vielversprechend herausgestellt. Man wäre dort einer vergleichsweisen geringen Strahlung ausgesetzt; die Oberfläche des Mondes ist geologisch relativ stabil und man könnte dort eine wunderbare Basis für weitere Erkundungsmissionen einrichten. Auf Kallisto könnte man das viele Eis verwenden, um daraus Wasserstoff für den Raketenantrieb zu bekommen. Man könnte Kallisto als Ausgangspunkt für kurze Forschungsmissionen zu den anderen Jupitermonden verwenden oder als eine Art Rast- und Tankstelle auf dem Weg von der Erde noch weiter hinaus ins Sonnensystem. Ein Raumfahrzeug, das von Kallisto aus startet kann die Gravitationskraft von Jupiter nutzen, um durch ein Fly-By-Manöver quasi ins All geschleudert zu werden und so Treibstoff sparen. Und zu erforschen gäbe es auf Kallisto selbst natürlich auch mehr als genug.

2003 hat die NASA geschätzt, dass Menschen irgendwann in den 2040er Jahren auf Kallisto landen könnten. Dieser Zeitplan ist mittlerweile natürlich nicht mehr aktuell; vor allem weil es auch keinerlei ernsthafte Bestrebungen gibt, so eine Mission auch wirklich durchzuführen. Aber wer weiß, was die Zukunft der Raumfahrt noch bringen wird. Vielleicht wird Kallisto irgendwann wirklich unsere erste Basis im äußeren Sonnensystem. Und dann wird niemand mehr diesen Jupitermond ignorieren können.

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Folge 7 der Spezial-Serie! Es geht um die totale Sonnenfinsternis am 12. August und große kosmische Zufälle. Wer wissen will, wann genau die (partielle) Finsternis zu sehen ist, kann für Österreich hier nachsehen; oder ihr googelt einfach; diese Infos finden sich überall. Ich weise außerdem auf die Abstimmung zum Wissensbuch des Jahres hin und freue mich über eure Stimme. Mehr zu Claudius Frage über die Größe der Sterne findet ihr in dieser Sternengeschichten-Folge. Henrys 3D-Karte zum Podcast könnt ihr hier sehen.

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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".

Die nächsten Live-Podcastaufzeichnungen von “Das Universum” im Radiokulturhaus werden am 21. September und am 16. Dezember stattfinden. Tickets gibt es hier.

Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier.

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Sternengeschichten Folge 715: Astronomie vor Gericht: Streit um die kalte Sonne

"Der rotglühende Krater, durch den die SUNCRAFT hinabstürzte, war nur noch in seinen Ausläufern zu erkennen. Dort, wo sich blaue, schwefelgelbe, violettfarbene und jene erschreckend grünen Dunstwolken gezeigt hatten, stand jetzt eine lindgrüne Landschaft in dem klaren Bild – eine Landschaft, in der sich bewaldete Hügel abzeichneten, ein silbern spiegelnder See von ungeheuren Ausmaßen und an seinem Strande eine Ansammlung von Gebäuden, großen, kugelartigen Gebäuden, die sich kristallen und durchsichtig in die Flut von hellem, goldenem Licht erstreckten, das über der ganzen, weiten Landschaft lag."

Das ist eine Szene aus der Science-Fiction-Geschichte "Das Geheimnis der schwarzen Sonnenflecken" von Wayne Coover, die im Jahr 1955 veröffentlicht wurde. Darin fliegt das Raumschiff SUNCRAFT mit seiner Besatzung zur Sonne, um herauszufinden, ob man dort landen kann. Aus heutiger Sicht klingt das absurd; natürlich geht das nicht. Aber es ist ja auch nur eine Science-Fiction-Geschichte, da kann man sich sowas ja mal ausdenken. Tatsächlich beruht die Story von Wayne Coover aber auf einer wahren Begebenheit. Nicht die Sache mit der Landung auf der Sonne, so etwas haben wir natürlich nie probiert. Aber in den 1950er Jahren gab es Diskussionen darüber, ob die Sonne bewohnbar ist, es gab einen Streit, der am Ende vor Gericht entschieden werden musste und es gab sogar einen mysteriösen Todesfall.

Fangen wir im 18. Jahrhundert an, mit dem britischen Astronomen Wilhelm Herschel. Der hat im Jahr 1781 den Uranus entdeckt und sich darüber hinaus auch mit jeder Menge anderer astronomischer Themen beschäftigt. Unter anderem mit der Sonne und den Sonnenflecken. Ich habe davon ausführlich in Folge 333 der Sternengeschichten erzählt; die kurze Version dieser Geschichte geht so: Man wusste damals nicht viel über die Zusammensetzung der Sonne und Herschel ist bei seinen Hypothesen den Vorstellungen seiner Zeit gefolgt, in der man sich die Sonne als Himmelskörper wie die Erde gedacht hat. Sie ist eben nur sehr viel größer und sie ist von einer heißen, leuchtenden Schicht aus Wolken umgeben. Darunter aber könnte sie ein ganz normaler Himmelskörper sein, mit fester Oberfläche, angenehmen Temperaturen und warum sollte es dann dort nicht auch Lebewesen geben, die dort wohnen?

Die Sonnenflecken, so Herschel, könnten einfach Berge sein, die aus der leuchtenden Schicht herausragen. Oder aber es sind Löcher in der Leuchtschicht, durch die wir auf die kühlere Oberfläche darunter blicken. Dafür gab es auch Hinweise, des schottischen Astronomen Alexander Wilson, der bei seinen Beobachtungen Ende des 19. Jahrhunderts festgestellt hat, dass die Sonnenflecken sich so verhalten, als wären es tiefer gelegende Regionen der Sonnenatmosphäre; also Eindellungen oder Löcher. Was auch stimmt, wie wir heute wissen: Die Details sind komplex, aber es hat mit den Magnetfeldern der Sonne zu tun, und den Temperaturunterschieden im heißen Plasma, die sie verursachen und der Transparenz des Materials, und so weiter. Und am Ende führt das dazu, dass wir in den Sonnenflecken tatsächlich ein wenig tiefer in die Sonne hineinblicken als außerhalb davon.

Aber trotz allem sind die Sonnenflecken weder Berge, noch Löcher und darunter liegt keine kühle, feste Oberfläche auf der irgendwelche Sonnenmenschen leben. Das wissen wir mittlerweile ziemlich gut und wir wissen es schon seit Ende des 19. Jahrhunderts. Damals hat man zwar immer noch keine Ahnung gehabt, wie die Sonne ihr Licht und ihre Energie erzeugt; das kam erst im 20. Jahrhundert mit Einsteins Relativitätstheorie und der Erkenntnis, dass im Inneren der Sonne Wasserstoff durch Kernfusion in Helium umgewandelt wird. Aber auch im 19. Jahrhundert war schon klar, wie heiß die äußeren Schichten der Sonne sein müssen und welche Temperaturen deswegen zwangsläufig auch darunter herrschen müssen.

Aber wie das eben oft so ist, haben auch widerlegte Hypothesen ihre Fans. Im Fall der kühlen Sonne war das zum Beispiel der deutsche Physiker Hermann Fricke. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hat er behauptet, dass das mit der Hitze kein Problem ist. Denn zwischen heißer Hülle und kühlem Kern liegt eine Schicht aus Wasser, die quasi isolierend wirkt. Einsteins Erkenntnisse hat Fricke nicht gelten lassen; er war ein überzeugter Gegner der Relativitätstheorie und hat unter anderem die "Deutsche Gesellschaft für Weltätherforschung und anschauliche Physik" gegründet.

Und jetzt kommen wir zu Godfried Bueren, ein Diplomingenieur und Patentanwalt aus Osnabrück. Die beiden haben sich in den 1920er Jahren im Zuge ihrer Arbeit kennengelernt, denn Fricke war auch Mitarbeiter des Reichspatentamtes, wo Bueren auch immer wieder zu tun hatte. Bueren war beeindruckt von Frickes Theorie der kalten Sonne und beschloss dessen Arbeit weiterzführen, nachdem Fricke 1949 gestorben war. Er hat überall nach Aufnahmen von Sonnenflecken gesucht und war bald ebenfalls der Ansicht, dass es sich eindeutig um Löcher handelt, die den Blick auf eine kühle Oberfläche freigegen. Die Sache mit der Schicht aus Wasser hat Bueren aber verworfen. Er war der Meinung, dass der feste Kern der Sonne voll mit Pflanzen bewachsen ist, die die Wärme von außen aufnehmen und die Sonnenoberfläche dadurch kühl halten. Mit dieser Theorie versuchte Bueren nun, den Rest der Astronomie zu überzeugen. Leider ohne großen Erfolg. Aber Bueren war nicht nur überzeugt von seiner Idee, sondern auch noch sehr wohlhabend. Also setze er einen Preis aus: Wer zeigen kann, dass die Sonne im Inneren tatsächlich heiß ist, bekommt 25.000 D-Mark. Und wer seine Theorie der kalten Sonne widerlegen kann, kriegt ebenfalls 25.000 Mark. Insgesamt waren also 50.000 Mark zu bekommen, was aus heutiger Sicht ungefähr 150.000 Euro wären. Nicht wenig Geld also, und das hat sich auch der Astronom Otto Heckmann gedacht. Er war nach dem zweiten Weltkrieg maßgeblich daran beteiligt, die deutsche Astronomie wieder mit der Forschung in der restlichen Welt zu vernetzen. Er war 1947 beteiligt an der Gründung der "Astronomische Gesellschaft in der britischen Zone", die 1949 dann auch in ganz Deutschland arbeiten konnte. Aber jeder Verein braucht Geld, oder, um es in den Worten von Heckmann zu sagen: "Was wäre nicht alles mit 50.000 DM anzufangen! Wie viele Reisekostenzuschüsse konnte man damit an junge Astronomen geben. Wie viele Gastaufenthalte konnte man damit finanzieren! Ja, die Zinsen allein konnten schon nützlich sein!"

Also machte sich Heckmann daran, das Preisgeld von Bueren zu verdienen. Zuerst einmal bat er den Patentanwalt aus Osnabrück um eine schriftliche Ausfertigung der genauen Bedingungen und man hat sich darauf geeinigt, dass eine Kommission das ganze beaufsichtigen sollte. Die bestand aus Werner Heisenberg, der immerhin im Jahr 1932 den Nobelpreis für Physik bekommen hat. Dann war noch Clemens Schaefer dabei, Professor für Astrophysik an der Uni Köln und ein Professor für Juristik der auf Rechtsschutz spezialisiert war. Die drei sollten die Einreichung der Astronomischen Gesellschaft beurteilen. Man wollte sich zuerst nur mit der ersten Aufgabe beschäftigen, also nachweisen, dass das Innere der Sonne tatsächlich heiß ist. Am 4. Oktober 1951 kam die Kommission zum erwartbaren Urteil: Die Einreichung der Astronomischen Gesellschaft belegt deutlich, dass im Inneren der Sonne hohe Temperaturen herrschen. Heckmann hat nun also Bueren kontaktiert, um die Übergabe der 25.000 Dmark zu organisieren.

Aber, und auch das war erwartbar, der dachte nicht daran, zu zahlen. Er hat die Belege der Wissenschaft nicht akzeptiert, man wäre von falschen Voraussetzungen ausgegangen und die Kommission hätte ihn nicht eingeladen, um seine Theorie vorzutragen. Das könne er nicht akzeptieren und deswegen hat Bueren die Angelegenheit an das Landgericht Osnabrück übergeben. Es soll der Astronomischen Gesellschaft verbieten zu behaupten, dass sie Anspruch auf seine 25.000 DMark hätte. Der Richter kam allerdings zu einem anderen Urteil: Es wäre alles korrekt verlaufen; bei der Ausschreibung und Prüfung durch die Kommission gibt es nichts zu beanstanden. Man kann sich denken, wie es weitergeht: Bueren hat die Sache vor das Oberlandesgericht gebracht und, als Bueren auch dort verloren hat, vor das Bundesgericht. Bevor dort aber verhandelt werden konnte, starb Bueren. Der nun schon 72jährige ist mit seinem Auto bei einer Fahrt durch die Lüneburger Heide durch das Geländer einer Brücke gefahren, in einen Fluss gestürzt und gestorben. Der Grund für den Unfall blieb unbekannt.

Die Verhandlung wurde aber weitergeführt, denn die Erben von Godfried Bueren wollten das Geld auch lieber selbst behalten anstatt es an die Astronomische Gesellschaft zu übergeben. Nachdem auch das Bundesgericht entsprechend geurteilt hatte, war die Sache endlich abgeschlossen: Die Erben von Bueren wurden zur Zahlung von 25.000 Mark, plus 4000 Mark an Zinsen verurteilt.

Eine kuriose Geschichte, die zeigt, wie Wissenschaft funktioniert und wie nicht. Prinzipiell ist das, was Bueren gemacht hat, ja nicht falsch. Er hatte eine Hypothese und er hat die wissenschaftliche Gemeinschaft gebeten, sie zu prüfen. Genau so muss es sein, so funktioniert Wissenschaft auch heute noch. Jede Arbeit muss von Expertinnen und Experten geprüft werden, bevor sie publiziert werden kann. Aber, und das ist der Punkt: Man muss das Ergebnis dieser Prüfung auch akzeptieren. Das hat Bueren nicht getan und spätestens hier hatte die Angelegenheit nichts mehr mit seriöser Wissenschaft zu tun. Auch heute noch gibt es immer wieder Leute, die meinen, sie hätten eine revolutionäre Idee und wünschen sich Anerkennung durch die Wissenschaft dafür. Einige davon kommen auf die selbe Idee, wie Bueren: Sie setzen Preisgelder aus, für diejenigen, die sie widerlegen. Es gab zum Beispiel einen Impfgegner, der der Meinung war, das Viren nicht existieren und er hat 100.000 Euro für den Nachweis der Existenz des Masernvirus ausgesetzt. Es gäbe noch mehr Beispiele dieser Art, aber am Ende wird Wissenschaft weder durch Preisausschreiben noch durch Gerichtsurteile gemacht. Was richtig ist und was nicht, entscheiden Beobachtung und Experiment. Und dass die Sonne nicht kalt ist, und keine Leute darauf wohnen, haben Beobachtung und Experiment mittlerweile mehr als deutlich gezeigt.

Anders kann es höchstens noch in der Science Fiction sein, wie in der Geschichte, die ich zu Beginn erwähnt habe. In "Das Geheimnis der schwarzen Sonnenflecken" wird der Autounfall von Bueren aufgegriffen. Auch dort ist es ein Vertreter einer alternativen Sonnentheorie, der durch einen mysteriösen Unfall stirbt. Nur dass es eben kein simpler Unfall war, sondern von dunklen Mächten verursacht. Oder sollte man sagen: von hellen Mächten? Denn man kann sich denken, wer dafür verantwortlich ist, das Geheimnis der Sonne zu schützen… Und was mit der Besatzung des Raumschiffs passiert, dass sich anschickt, auf ihr zu landen, kann man in der Geschichte nachlesen, wenn man will. Oder vielleicht auch nicht - Buerens Hypothese war leider nicht nur schlechte Wissenschaft, sondern hat auch keine allzu großartige Science Fiction inspiriert…

Sternengeschichten Folge 714: Der Dipole Repeller und die abstoßende Region im Universum

Die Kraft, die bestimmt wie das Universum als ganzes aussieht, ist die Gravitation. Und die Gravitation ist eine Kraft, die nur in eine Richtung wirkt. Massen ziehen einander immer an, es gibt keine "Anti-Gravitation", die in die Gegenrichtung wirkt. Deswegen war es auch ein wenig seltsam, als Anfang 2017 jede Menge Meldungen aufgetaucht sind, die von einer ganz besonderen Entdeckung berichtet haben. Weit draußen im Universum habe man eine Region gefunden, die uns nicht anzieht, sondern "abstößt", den sogenannten "Dipole Repeller". Genau das war auch der Titel der wissenschaftlichen Facharbeit, die Yehuda Hoffman von der Universität Jerusalem, gemeinsam mit Daniel Pomarède, Brent Tully und Hélène Courtois veröffentlicht haben. Und darin berichten sie natürlich nicht über die Entdeckung von Anti-Gravitation, sondern von der großräumigen Bewegung der Galaxien und Galaxienhaufen in unserer Umgebung.

Ich habe darüber ja schon mehr als einmal gesprochen; gerade erst vor kurzem in Folge in Folge 710 über Void-Galaxien. Es gibt im Universum einerseits riesige Strukturen aus Galaxien, die Galaxienhaufen und Superhaufen aus Galaxienhaufen. Und andererseits gibt es Regionen, in denen sich so gut wie nichts befindet, die Voids. Unsere eigene Galaxie, die Milchstraße ist Teil der Lokalen Gruppe und die ist Teil eines größeren Galaxienhaufens, der wieder Teil einer noch größeren Struktur aus gut 100.000 Galaxien ist, dem Superhaufen Laniakea. All diese Galaxien stehen natürlich nicht still; alles bewegt sich. Und genau um diese Bewegung geht es. Die Bewegung von Galaxien und Galaxienhaufen ist nicht mehr so simpel wie es bei den Planeten der Fall ist. Die bewegen sich - bei uns - alle um die Sonne herum und wir können diese Bewegung näherungsweise sehr einfach beschreiben. Bei den Galaxien gibt es nichts, was sie umkreisen. Aber sie bewegen sich auch nicht völlig wahllos. Ich habe in Folge 113 schon mal über den "Großen Attraktor" gesprochen. Auch das klingt mysteriös, ist aber - vereinfacht gesagt - nur eine Region im Universum wo sich überdurchschnittlich viele Galaxienhaufen befinden und die deswegen eine überdurchschnittlich große Anziehungskraft auf die Umgebung ausübt. Oder anders gesagt: Die Galaxien bewegen sich tendentiell dorthin, wo viele Galaxienhaufen sind. Das ist keine große Überraschung, aber es ist wichtig, dass wir das erforschen. Und vor allem ist es schwierig, das zu erforschen. Denn wir können ja nicht von außen auf das Universum schauen und in Ruhe beobachten, wie sich alles durch die Gegend bewegt. Wir können auch nicht einfach mal eben ALLE Galaxien kartieren. Es ist schon schwer genug, die ganzen weit entfernten Galaxien nur zu beobachten; wir müssen darüber hinaus aber auch noch ihre Entfernungen genau bestimmen und herausfinden, wie schnell sie sich wohin bewegen.

Genau deswegen macht man solche Studien wie sie Yehuda Hoffman und sein Team gemacht haben. Sie haben sich Daten von circa 8000 Galaxien aus unserer kosmischen Nachbarschaft angesehen, von denen gute Daten vorhanden waren. Das ist nur ein winziger Ausschnitt, aber der kann reichen, um auch etwas über das herauszufinden, was man nicht sehen kann. Wenn man in der Bewegung dieser Galaxien zum Beispiel einen Trend sieht, also feststellt, dass sich alle in eine bestimmte Richtung bewegen: Dann muss da logischerweise etwas sein, das dafür verantwortlich ist. In diesem Fall war das genau so und das, was dafür verantwortlich ist, ist der "Shapley-Superhaufen". Diese riesige Struktur ist circa 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und eine der größten bekannten Ansammlungen von Galaxien und wir wissen schon seit längerem über seine Existenz Bescheid. In der Arbeit über den Dipole Repeller haben sich Hoffman & Co die Sache aber auf eine andere Weise angesehen. Es würde zu weit gehen, im Detail zu erklären, wie sie die Bewegung der Galaxien betrachtet haben. Aber vereinfacht gesagt, haben sie ein sich mitbewegendes Koordinatensystem verwendet. Galaxien bewegen sich ja nicht einfach nur wegen der Anziehungskraft anderer Galaxien und Galaxienhaufen. Sondern sie bewegen sich auch durch die Expansion des Universums. Wir wissen, dass der Kosmos sich seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren ausdehnt und der Raum zwischen den Galaxien immer größer wird. Aber, und das ist ein wichtiger Punkt, das gilt nicht immer. Das Universum dehnt sich zwar aus und treibt die Galaxien auseinander. Gleichzeitig ziehen sich die Galaxien an und je nachdem wie viele Galaxien auf einem Haufen sind, kann diese Anziehungskraft den Haufen zusammenhalten. Das ist alles ein wenig verwirrend, und deswegen macht man so etwas wie bei diesen mitbewegenenden Koordinaten. Das heißt nichts anderes, als dass man die Bewegung der Galaxien, die von der Expansion des Universums verursacht wird, aus der gesamten Bewegung rausrechnet. Und dann kann etwas auf den ersten Blick seltsamen passieren.

Stellt euch vor, ihr fahrt mit dem Auto eine gerade Straße entlang, mit einer konstanten Geschwindigkeit von 50 Kilometer pro Stunde. Hinter euch fährt ein Auto in die selbe Richtung, aber mit nur 40 Kilometer pro Stunde. Beide Autos fahren, keines davon steht still. Aber jetzt kann ich das rein mathematisch ja auch anders betrachten. Ich kann mein Auto als Basis betrachten, als - aus meiner Sicht im Auto - in Ruhe. Oder anders gesagt: Die 50 Kilometer pro Stunde, mit denen ich unterwegs bin, rechne ich aus allen Geschwindigkeiten raus. Ich bin dann in Ruhe, meine Geschwindigkeit beträgt 0 km/h. Und das Auto hinter mir? Das entfernt sich aus meiner Sicht mit 10 km/h, denn es ist ja auch 10 km/h langsamer als ich. In meinen mitbewegten Koordinaten hat es nun aber eine Geschwindigkeit von -10 km/h, denn ich habe ja meine 50km/h von den 40km/h abgezogen. Man kann das alles auch so interpretieren, also würde ich das Auto hinter mir abstoßen. Beim Beispiel der Autos ist das alles nicht sonderlich überraschend, aber wenn es um Galaxien geht, hat das einerseits damals einige Leute sehr verwirrt und andererseits ist es da viel spannender.

Wenn man die "Gundgeschwindigkeit" der Expansion des Universums von allen Galaxienbewegungen abzieht, dann kriegt man ein Bild, in dem Regionen mit überdurchschnittlich vielen Galaxien anziehend wirken, genau so wie ich das vorhin beim Shapley-Superhaufen erklärt habe. Nur dass man hier jetzt den Beitrag dieser Anziehungskraft deutlicher sieht. Vor allem aber passiert in diesem Bild aber noch etwas: Regionen, in denen sich sehr viel weniger Galaxien als anderswo befinden, wirken tatsächlich "abstoßend". Nicht im realen, physikalischen Sinn; sie üben keine reale Abstoßungskraft aus. Aber so wie beim Beispiel mit den Autos sieht es durch den mathematischen Trick so aus, als würden sie andere Galaxien abstoßen.

Regionen mit unterdurchschnittlich vielen Galaxien, also die großen Voids, sind leer. Sie stoßen nichts ab, auch das bisschen an Masse was in den Voids ist, übt eine anziehende Gravitationskraft auf den Rest aus. Aber es ist eben eine sehr viel geringere Anziehungskraft als von den überdurschnittlich vollen Regionen der Superhaufen ausgeübt wird. Und das mathematische Modell mit den mitbewegten Koordinaten zeigt diesen Unterschied viel deutlicher. Auf diese Weise kann man Voids entdecken, von denen man vorher nichts gewusst hat, und genau darum geht es eigentlich. Voids zu entdecken ist schwer, weil da ja nichts ist, was man entdecken kann. Aber wenn man bei Analysen wie der von Hoffman & Co eine Region im Weltall entdeckt, die scheinbar "abstoßend" wirkt; wenn man also sieht, dass sich die Galaxien nicht nur auf eine bestimmte Gegend im Universum zu sondern auch alle von einer bestimmten Region WEG bewegen: Dann kann die Ursache dafür nur eine Void sein. Genau das ist der "Dipole Repeller": Eine Void, ungefähr 700 Millionen Lichtjahre entfernt, in der Richtung des Himmels, in der wir das Sternbild der Eidechse sehen können.

Der "Dipole Repeller" ist also kein mysteriöses Phänomen, sondern eine große Leere im lokalen Universum. Diese unterdichte Region beeinflusst die Geschwindigkeit der Galaxien ungefähr gleich stark wie sie durch die überdichte Region des Shapley-Superhaufens beeinflusst wird. Man darf das Nichts nicht ignorieren, wenn man das Universum verstehen will.

Sternengeschichten Folge 713: Lemuria und das Auf und Ab der Kontinente

In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den versunkenen Kontinent Lemuria, die Heimat der ersten Menschen, die nach dem Untergang ihrer Zivilisation die Kultur von Atlantis gegründet haben. Und wer sich jetzt fragt, was das soll, hat vollkommen recht. Keine Sorge, das hier ist nicht plötzlich zu einem Esoterik-Podcast geworden - aber Lemuria ist heute wirklich das Thema. Diese Folge der Sternengeschichten ist eine über unseren Planeten und über den langen Weg, den wir zurückgelegt haben, um zu verstehen, wie die Erde als Planet funktioniert. Es geht um das Wissen über die unmerklich langsamen Veränderungen der Erdoberfläche, die am Ende dennoch dafür verantwortlich sind, dass wir darauf leben können und die wir verstehen müssen, wenn wir verstehen wollen, was auf anderen Planeten im Sonnensystem und bei anderen Sternen passiert.

Die Geschichte von Lemuria beginnt in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Das war auch die Zeit, in der sich unser Bild der Erde und ihrer Lebewesen dramatisch gewandelt hat. Lange Zeit war in unserem Kulturkreis die Bibel das maßgebliche Werk, um die Welt zu verstehen. Dort steht, dass Gott die Erde in sieben Tagen erschaffen hat und das Gott ebenfalls der Schöpfer von Tieren, Pflanzen und Menschen ist. Nach dieser Schöpfung war alles fix und fertig und hat sich nicht mehr geändert; es sei denn, Gott wird unzufrieden und muss einen Teil der Schöpfung durch Katastrophen wie die Sintflut wieder auslöschen und danach ein bisschen umgestalten. Aber diese Geschichten haben irgendwann nicht mehr gereicht. Forscher wie Charles Darwin und Alfred Russel Wallace haben festgestellt, dass die Lebewesen auf der Erde nicht unveränderlich sind, sondern dass es so etwas wie "Evolution" gibt, die dafür sorgt, dass sich Tiere und Pflanzen sehr langsam, aber beständig verändern und dass das auch auf den Menschen zutrifft. Und der Geologe Charles Lyell hat gezeigt, dass solche langsamen Veränderungen auch für das Aussehen der Erde verantwortlich sind. Genau in dieser Zeit des Umbruchs hat sich der englische Zoologe Philip Lutley Sclater mit den Fossilien von Säugetieren in Indien, Sri Lanka und Madagaskar beschäftigt. Er hat Primaten erforscht, die Lemuren, die heute ausschließlich auf der östlich vor Afrika gelegenen Insel Madagaskar leben. Sclater hat aber Fossilien dieser Tiere auch in Indien und Sri Lanka gefunden und festgestellt, dass sie Fossilien sehr ähnlich sind, die man in Madagaskar finden kann. Oder simpel gesagt: Tiere, die geografisch weit voneinander und noch dazu durch einen Ozean getrennt sind, sind trotzdem eng miteinander verwandt. Wie kann dann sein?

Sie können nicht einfach von Madagaskar nach Indien geschwommen sein, das funktioniert nicht. Also hat Sclater in einer wissenschaftlichen Arbeit zu dieser Frage 1864 eine andere Lösung vorgeschlagen: "Die Besonderheiten der Säugetierfauna Madagaskars lassen sich am besten durch die Annahme erklären, dass ein großer Kontinent Teile des Atlantischen und des Indischen Ozeans einnahm … dass dieser Kontinent in Inseln zerbrach, von denen einige mit Afrika verschmolzen, andere mit dem Gebiet, das heute Asien bildet; und dass wir in Madagaskar noch heute Überreste dieses großen Kontinents vorfinden, für den ich den Namen Lemuria vorschlagen möchte!"

Sclater sagt also, dass Afrika, Indien und Südostasien früher durch Land verbunden waren und dieses Land ist später zum größten Teil versunken. Diesen versunkenen Kontinent nennt er "Lemuria" und aus damaliger Sicht war die Idee nicht so dramatisch, wie sie heute klingt. Vor Sclater haben schon andere festgestellt, dass es überraschende Verwandtschaften zwischen Pflanzen und Tieren in weit entfernten Regionen gibt und dass sie, ganz im Sinne der Darwinschen Evolution, einen gemeinsamen Ursprung haben müssen. Die weit entfernten Regionen müssen also durch heute verschwundene Landbrücken miteinander verbunden gewesen sein. Denn das war die einzige Möglichkeit, die Beobachtungen zu erklären. In der Geologie war damals (und noch bis in die 1960er Jahre) der sogenannte "Fixismus" verbreitet. Das bedeutet, man ist davon ausgegangen, dass die Erdkruste fix ist; und dass damit auch die Kontinente fix sind. Sie bewegen sich nicht, zumindest nicht hin und her. Was stattdessen aber sehr wohl passieren kann, ist ein Auf und Ab der Kontinente. Regionen der Erdkruste können sich heben oder senken; der Meeresspiegel kann steigen oder fallen. Dafür gab es auch jede Menge Belege; man hat Fossilien von Fischen und anderen Meereslebewesen im Hochgebirgen gefunden, man hat anderswo im Gestein Spuren eines früher höheren Meeresspiegels entdeckt, und so weiter. Im Rahmen dieser Überlegungen ist es nicht überraschend, dass es früher eine Landbrücke zwischen Afrika und Asien gegeben hat, die heute versunken ist.

Die Lemuria-Hypothese von Sclater hat deswegen auch bald Verbreitung erfunden. Ernst Haeckel, der deutsche Biologe der maßgeblich für die Verbreitung von Darwins Evolutionstheorie verantwortlich war, hat 1868 in einem seiner Bücher auch darüber spekuliert, ob Lemuria auch der Ort war, an dem sich die ersten Menschen entwickelt haben, bevor sie sich von Afrika ausgehend über die ganze Welt verbreitet haben. Friedrich Engels, den wir eher als Philosophen des Marxismus kennen, hat sich auch mit der Philosophie der Naturwissenschaft beschäftigt und 1876 geschrieben: "Vor mehreren hunderttausend Jahren, während eines noch nicht fest bestimmbaren Abschnitts jener Erdperiode, die die Geologen die tertiäre nennen, vermutlich gegen deren Ende, lebte irgendwo in der heißen Erdzone – wahrscheinlich auf einem großen, jetzt auf den Grund des Indischen Ozeans versunkenen Festlande – ein Geschlecht menschenähnlicher Affen von besonders hoher Entwicklung."

Lemuria und andere versunkene Landbrücken waren bis weit in das 20. Jahrhundert hinein ein plausibler Bestandteil geologischer und biologischer Forschung. Geändert hat sich das erst mit Alfred Wegener und seiner Theorie der Kontinentaldrift, also der Behauptung, dass die Kontinente sich eben doch auch hin und her bewegen können. Das Ende des Fixismus und damit auch der Landbrücken ist aber erst in den 1960er Jahren gekommen, als man das Phänomen der Plattentektonik tatsächlich auch nachweisen und erklären konnte - ich habe darüber ausführlich in Folge 647 der Sternengeschichten erzählt. Heute wissen wir, dass es keine Landbrücken und kein Lemuria gegeben hat. Afrika und Asien waren früher nicht getrennt; sie waren Teil des selben Kontinents der irgendwann auseinandergebrochen ist.

Seit wir die Plattentektonik verstanden haben, verstehen wir auch die Erde sehr viel besser als zuvor. Wir wissen, wie die tektonischen Vorgänge Gebirge auffalten, Vulkanismus verursachen, und so weiter. Wir wissen, dass in der Vergangenheit der Erde immer wieder "Superkontinente" entstanden sind, die dann wieder auseinanderbrechen und deren Einzelteile über den Planeten driften. Diese Vorgänge sind auch aus astronomischer Sicht interessant. Einerseits, weil die Plattentektonik eine wichtige Rolle dabei spielt, dass die Bedingungen auf der Erdoberfläche für uns lebensfreundlich sind. Treibhausgase wie Kohlendioxid können durch Vulkanismus in die Atmosphäre gelangen, können dann im Gestein gebunden werden und dieses Gestein wandert im Laufe der Jahrmillionen durch die tektonischen Prozesse in den Erdmantel, wo es aufgeschmolzen wird, bevor der ganze Zyklus wieder von vorne losgeht. Solche langfristigen Abläufe stabilisieren die Atmosphäre und wir vermuten, dass tektonische Prozesse ein wichtiger Bestandteil sind, wenn wir nach lebensfreundlichen Planeten anderswo im Universum suchen. Wenn wir die geologische Geschichte von Mars oder Venus verstehen wollen, müssen wir auch wissen, wie es dort mit der Plattentektonik aussieht. Auf der Venus zum Beispiel sehen wir keine Tektonik wie auf der Erde; es gibt auch keine Kontinente die sich bewegen. Das liegt vermutlich daran, dass ihre Kruste dicker ist und deswegen weniger Wärme aus ihrem Inneren an die Oberfläche gelangt. Vereinfacht gesagt: Der Druck kann sich nicht regelmäßig durch Vulkane oder Erdbeben entladen, wie auf der Erde, sondern staut sich auf bis irgendwann die gesamte Oberfläche in einem gewaltigen Vulkanisch-tektonischen Ereignis umgestaltet wird. Vielleicht läuft es auf der Venus aber auch anders; um es genau zu wissen, haben wir noch zu wenig Daten. Aber die Geschichte von Lemuria zeigt uns, wie wichtig es ist, zu verstehen wie ein Planet funktioniert. Wir können jede Menge spekulieren, und diese Spekulationen können durchaus plausibel sein, so wie es die über die Landbrücken und Lemuria aus damaliger Sicht ja auch waren. Aber solange wir nicht wirklich verstehen, was im Inneren das Planeten passiert, stehen die Chancen gut, dass wir uns irren - so wie es bei den Landbrücken und Lemuria der Fall war.

Die Geschichte von Lemuria zeigt übrigens auch und leider sehr gut, wie wissenschaftliche Erkenntnisse außerhalb der Wissenschaft falsch interpretiert und missbraucht werden. Wer sich heute nach Informationen über Lemuria umsieht, wird einerseits die Geschichten finden, die ich gerade erzählt habe. Darüber hinaus aber noch viel, viel mehr, die nach Science Fiction und Fantasy klingen. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde Sclaters Hyopthese nämlich unter anderem auch von Helena Blavatsky aufgegriffen, die damals die "Theosophische Gesellschaft" gegründet hat, eine Vorläuferin der diversen modernen Esoterik-Ideologien. Sie hat behauptet, dass auf der Erde ständig Kontinente versinken und das auf jedem versunkenen Kontinent andere "mystische" Menschenvorfahren gelebt haben. Auf Lemuria waren das Wesen, die noch keine echten Menschen waren. Sie haben zum Beispiel Eier gelegt um sich fortzupflanzen. Erst nach dem Untergang haben die Überlebenden von Lemuria die Kultur von Atlantis gegründet und erst als Atlantis auch untergegangen ist, sind daraus wir modernen Menschen entstanden. Das klingt alles sehr absurd, das ist auch alles sehr absurd und noch viel absurder ist es, dass es auch in der Gegenwart immer noch sehr viele Leute gibt, die das alles glauben.

Nun ja. Wer sowas gerne glauben möchte, kann das ruhig machen. Aber dann verpasst man leider die sehr viel spannendere Realität die uns zeigt, dass man sich durchaus auch mal irren kann, wenn man die Welt verstehen möchte. So etwas passiert, wenn man nicht genügend Daten hat. Aber man sollte versuchen, aus den Daten die man hat, das bestmögliche zu machen und man muss bereit sein, seine Ansichten zu ändern, wenn bessere Daten vorhanden sind. Der versunkene Kontinent Lemuria hat seinen Platz in der Geschichte der Naturwissenschaft verdient. Und wer weiß, welche Hyopthesen wir in Zukunft dank besserer Daten versinken lassen können.

Sternengeschichten Folge 712: Das Röntgenrätsel um Gamma Cassiopeiae

Den Stern Gamma Cassiopeiae kann man schwer übersehen. Das Sternbild Kassiopeia ist für Mitteleuropa zirkumpolar, das heißt, es ist das ganze Jahr über in der Nacht am Himmel zu sehen. Durch die markante Form ist es auch leicht zu erkennen, und es trägt nicht umsonst den Namen "Himmels-W". Und der Stern, der genau die mittlere Spitze des "W" bildet, ist Gamma Cassiopeiae. Und ich werde mich ab jetzt darauf beschränken, den Stern "Gamma Cas" zu nennen, denn es soll ja um das Rätsel gehen, dass dieser Stern uns in der Vergangenheit aufgegeben hat und nicht um seinen Namen. Obwohl es darüber tatsächlich auch einiges zu erzählen gibt: Gerade weil der Stern so gut zu finden und zu erkennen ist, wurde und wir er gerne für die Navigation und die Orientierung verwendet. Auch in moderner Zeit, zum Beispiel von den frühen NASA-Astronauten. Einer davon war Gus Grissom, der zweite Amerikaner und dritte Mensch überhaupt im All, der tragischerweise beim Test des Apollo-1-Raumschiffs 1967 ums Leben gekommen ist. Mit vollem Namen heißt er Virgil Ivan Grissom und weil er Gamma Cas bei seinem Training und den Raumflügen immer wieder zur Orientierung verwedent hat, hat er den Stern im Scherz "Navi" genannt - also "Ivan" rückwärts gelesen. Grissom hat auch ein paar andere Sterne seiner Navigationskarte auf diese Weise umbenannt und mit rückwärts geschriebenen Namen von Kollegen versehen. Aber wie gesagt: Es soll nicht um die Namen gehen, sondern um den Stern selbst.

Aus astronomischer Sicht ist er das erste Mal 1866 auffällig geworden. Am 23. August dieses Jahres hat der italienische Astronom Angelo Secchi eine kurze Nachricht an den Herausgeber der Fachzeitschrift "Astronomische Nachrichten" geschickt. Darin schreibt er unter anderem "Für den Augenblick kann ich nicht umhin, Sie auf eine merkwürdige Besonderheit des Sterns γ Cassiopeiae aufmerksam zu machen, die bisher einzigartig ist. Diese Besonderheit besteht darin, dass, während die große Mehrheit der weißen Sterne eine sehr klare und breite f-Linie zeigt — wie α Lyrae, Sirius usw. — γ Cassiopeiae an deren Stelle eine sehr schöne helle Linie besitzt, die viel glänzender ist als der gesamte übrige Teil des Spektrums."

Damit ist natürlich nicht gemeint, dass da irgendwelche Linien um den Stern verlaufen. Secchi hat ein Spektroskop getestet, er hat das Licht des Sterns also auf ein optisches Gerät fallen lassen, um es in seine Bestandteile aufzuspalten. Ich habe darüber in den Sternengeschichten schon sehr oft gesprochen: Das Licht der Sterne ist aus allen möglichen Farben zusammengesetzt und mit den richtigen Geräten kann man diese Mischung wieder in den bunten Regenbogen aller Farben aufspalten. Und wenn man dann noch genauer hinsieht, erkennt man dunkle Linien im Regenbogen, die Spektrallinien. Sie entstehen, sehr kurz gesagt, weil das Licht auf dem Weg aus dem Inneren eines Sterns dessen Gasschichten durchquert und die Atome des Gases bestimmte Teile des Lichts quasi blockieren. Von diesen Farben gelangt weniger ins All als von den anderen und am Ende sieht man die dunklen Linien. Das wusste man damals schon; Secchi hat aber das Gegenteil beobachtet. Dort wo andere Sterne dunkle Linien zeigen, hat Gamma Cas eine helle Linie. Nicht weniger Licht gelangt ins All, sondern mehr!

Das, was Secchi da beobachtet hat, war ein Stern mit Emissionslinien. Sie sind, im Gegensatz zu den Absorptionslinien nicht dunkel, sondern leuchten heller als der Rest des Regenbogens. Emissions- und Absorptionslinien entstehen auf die selbe Art und Weise und es wäre eine eigene Folge der Sternengeschichten wert, den Prozess im Detail zu erklären. Aber ich halte es kurz: Atome können angeregt werden, zum Beispiel durch die Strahlung eines Sterns und diese Energie der Anregung geben sie dann wieder ab, bei einer ganz bestimmten Lichtwellenlänge, also Farbe. Dann kommt es darauf an, ob man Licht untersucht, das von heißem Material stammt und sich durch kühleres Gas bewegt oder nicht. Den ersten Fall haben wir bei einem normalen Stern: Im Kern ist es heiß, dort strahlt Energie ab und dieses Licht bewegt sich dann durch die kühleren äußeren Schichten. Dort werden die Atome angeregt, durch Licht mit einer ganz bestimmten Farbe, und sie geben das Licht dieser Farbe dann auch wieder ab, aber das wird in alle Richtungen gestreut und am Ende fehlt ein bisschen was davon. Es kann aber auch sein, dass man ein heißes Gas hat, das aber vergleichsweise dünn ist. Wenn das dann durch Strahlung von irgendwo angeregt wird, geben die Atome dort wieder ihr charakteristisches Licht ab, aber weil drumherum eben nur das dünne Gas ist, wird dieses Licht dann nicht so stark gestreut. Anders gesagt: Eine helle Quelle von Licht die von kühleren Gas umgeben ist, erzeugt dunkle Linien. Ein heißes, dünnes Gas alleine erzeugt helle Emissionslinien, wenn es irgendwie angeregt wird. Aber Gamma Cas ist ja definitiv kein heißes dünnes Gas, sondern ein Stern. Dort sollte es Absorptionslinien geben, keine Emissionslinien. Was geht da ab?

Gamma Cas ist das, was man eine Be-Stern nennt. So nennt man heiße Sterne, die Emissionslinien zeigen und das erklärt natürlich noch nicht viel. Es sind Sterne, die erstens sehr massereich sind, also circa das 2 bis 20fache der Sonnenmasse. Diese Sterne sind auch deutlich heißer als die Sonne und manche von ihnen können sehr schnell um ihre eigene Achse rotieren. So schnell, dass sie Masse aus ihren äußeren Schichten ins All schleudern, die dann eine Art Ring oder Scheibe um den Stern bildet. Diese Scheibe aus heißem Gas ist es, die die Emissionslinien erzeugt, wenn das Material dort durch die Strahlung des heißen Sterns angeregt wird. Secchi konnte das damals natürlich noch nicht wissen, er hat die Überlagerung von Absorptions- und Emissionslinien gesehen und für ihn sah es so aus, als wäre da nur eine helle Linie.

Heute wissen wir, dass es einige solcher Sterne gibt wie Gamma Cas und wir wissen noch mehr. In den 1970er Jahren haben wir festgestellt, dass Gamma Cas nicht nur Emissionen im normalen Licht zeigt, sondern auch im Röntgenlicht. Jeder Stern leuchtet ein bisschen im hochenergetischen Licht der Röntgenstrahlung, aber Gamma Cas tut das sehr viel stärker, als es Sterne seines Typs normalerweise tun; circa 40 mal mehr als zu erwarten wäre.

Damit ein Objekt Röntgenstrahlung aussenden kann, muss es sehr stark aufgeheizt werden. Um das zu produzieren, was man bei Gamma Cas gemessen hat, bräuchte man ein heißes Gas mit mehr als 100 Millionen Grad. Und wir haben in der Nähe von Gamma Cas ja die Scheibe aus Gas - aber sie auf 100 Millionen Grad aufzuheizen: Das würde auch Gamma Cas nicht hinkriegen. Wenn man sich das Röntgenlicht anschaut, das von Gamma Cas kommt, sieht man auch, dass es nicht konstant leuchtet, sonder immer wieder einerseits kurzfristige Intensitätsausbrüche stattfinden, die ein paar Sekunden bis Minuten dauern und andererseits periodische Schwankungen in der gesamten Helligkeit beobachtbar sind. Womit sich ein weiters Mal die Frage stellt: Was geht da ab?

Es könnte sein, dass es irgendwelche magnetischen Wechselwirkungen zwischen Stern und Gasscheibe gibt. Sowas kennen wir ja auch von der Sonne, wenn da das elektrisch geladene Plasma ihrer äußeren Schichten durch die Gegend wirbelt, kommt es auch immer wieder zu "Kurzschlüssen" bei denen jede Menge Energie freigesetzt wird. Bei einem so großen und heißen Stern wie Gamma Cas könnte es noch wilder sein; da könnten die magnetischen Ströme des Sterns bis zur Scheibe reichen und wenn dann ein "Megakurzschluss" stattfindet, könnte so viel Energie ins Plasma der Scheibe gelangen, dass sie auf die extremen Temperaturen aufgeheizt wird. Oder aber, wir stehen vor einem ähnlichen Problem wie damals Angelo Secchi: Die Röntgenstrahlung kommt nicht nur vom Stern, sondern da ist noch etwas anderes. Zum Beispiel ein Weißer Zwerg oder Neutronenstern, der Gamma Cas umkreist. Wenn dann Material von Gamma Cas oder aus der Scheibe auf diesen Begleiter fällt, kann ebenfalls Röntgenstrahlung erzeugt werden.

Um das Rätsel zu lösen, muss man nicht nur die Röntgenstrahlung an sich messen, sondern sie so genau messen, dass man auch sieht, WO sie herkommt. Also nicht nur grob "aus der Richtung von Gamma Cas". Sondern sehr viel genauer und das ist schwer. Oder besser gesagt: Es war schwer, bis die japanische Weltraumagentur JAXA im Jahr 2023 die X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission gestartet hat und ein Weltraumröntgenteleskop mit dem unausprechbaren Namen XRISM ins All geschickt hat. Damit kann man nicht nur die Emissionslinien im Röntgenlicht extrem genau beobachtet, sondern auch sehr genau bestimmen, wo die Quelle dieses Röntgenlichts ist und wie schnell sich die Quelle bewegt. Zwischen 2024 und 2025 hat man Gamma Cas mit XRISM beobachtet und das Ergebnis lautet: Der Ort, von dem die Röntgenstrahlung kommt bewegt sich und er bewegt sich auf einer Umlaufbahn um Gamma Cas herum.

Wir haben jetzt also folgendes Bild: Da ist Gamma Cas, umgeben von einer Scheibe aus heißem Gas, das die Emissionslinien erzeugt, die Angelo Secchi als erster gesehen hat. Stern und Scheibe werden von einem weißen Zwergstern umkreist, dessen Gravitationskraft Material aus der Scheibe anzieht und der deswegen selbst von einer kleinen Scheibe aus Gas umgeben ist, das auf den weißen Zwerg stürzt. Dabei strahlt es Röntgenstrahlung ab, und weil der weiße Zwerg sich bewegt und mal mehr und mal weniger Material anzieht, sehen wir Veränderungen in der Intensität der Röntgenstrahlung.

Im Laufe der Zeit hat man einige Sterne gefunden, die ähnliche Röntgenemissionen zeigen wie Gamma Cas. Die Beobachtungen von XRISM legen nahe, dass auch dort Begleiter die Ursache sein können. Und das ist aus vielen Gründen spannend. Weiße Zwerge sind ja das, was von einem sonnenähnlichen Stern übrig bleibt, wenn dort die Kernfusion zum Erliegen kommt. Gamma Cas muss also früher mal ein normales Doppelsternsystem gewesen sein, und zwar ein enges System, denn nur dann kann es zu der Wechselwirkung zwischen Stern, Scheibe und weißem Zwerg kommen. Solche engen Doppelsterne sind aber genau das, aus dem noch später schwarze Löcher entstehen können. Denn irgendwann sind beide Sterne am Ende ihres Lebens angekommen; und die weißen Zwerge oder Neutronensterne zu denen sie sich entwickeln, umkreisen einander im Laufe der Zeit immer enger. Sie kommen einander immer näher, weil sie Gravitationswellen abgeben und irgendwann kommt es zur Kollision. Beide ehemaligen Sterne verschmelzen und mit einem großen Ausbruch an Gravitationswellen entsteht aus ihnen ein schwarzes Loch. Wir haben solche Ereignisse mit den Gravitationswellendetektoren schon beobachtet, aber nur den letzen Schritt der Verschmelzung. Systeme wie Gamma Cas zeigen uns, wie es davor dort aussieht und was passiert, bevor die Gravitationswellen entstehen, die wir dann irgendwann messen können.

Die Spitze des Himmels-W hat uns einige Rätsel aufgegeben. Und wird dabei helfen, andere Rätsel lösen zu können.

Sternengeschichten Spezial Juli 2026

STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live

Folge 6 der Spezial-Serie! Zu Beginn erzähle ich etwas über die Tianwen-2-Mission, die gerade beim Asteroid Kamo'oalewa angekommen ist, einem Quasisatelliten der Erde, um dort Bodenproben zu nehmen. Im "Backstage"-Teil geht es um die Schwierigkeiten, eine Live-Tour zu veranstalten und warum ich nicht überall hinkommen kann, wo ich gerne hinkommen würde. Danach beantworte ich eine Frage über vagabundierende Planeten und am Ende gehts auf in die Sommerferien.

Die Sonnenfinsternisbrillen beim Astronomieverlag gibt es mit diesem Link bzw. mit dem Rabattcode STERNENGESCHICHTEN. Wer aus Österreich bestellt bitte einfach ne Mail an [email protected] mit dem Rabattcode schreiben.

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))

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Sternengeschichten Folge 711: Das CLOUD-Experiment

In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den Himmel. Es geht um die Wolken, die dort ab und zu zu sehen sind und es geht um den Einfluss ferner Sterne und der nahen Sonne auf die Entstehung dieser Wolken. Das klingt erstmal seltsam, denn wie soll das, was fern der Erde irgendwo im All passiert, dafür sorgen können, dass an unserem Himmel Wolken entstehen? Aber bei genauerer Betrachtung ist die Sache gar nicht mehr seltsam, sondern sehr interessant. Und nicht nur das: Es ist auch höchst relevant, denn ob wir viele oder wenige Wolken am Himmel haben, hat Einfluss auf das Klima der Erde. Der Zusammenhang zwischen Wolken und Weltall ist so wichtig, dass am europäischen Kernforschungszentrum CERN sogar ein eigenes Experiment zur Erforschung dieses Phänomens durchgeführt wurde und genau das ist das Thema dieser Folge der Sternengeschichten.

Wir müssen dafür aber ein bisschen früher anfangen, im Jahr 1912 und mit dem österreichischen Physiker Victor Franz Hess, der damals in einem Ballon aufgestiegen ist, um Messungen der elektrischen Leitfähigkeit in der Atmosphäre durchzuführen. Dabei hat er das entdeckt, was wir heute "kosmische Strahlung" nennen und worüber ich in Folge 317 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich gesprochen habe. Kurz zusammengefasst handelt es sich dabei um geladene, hochenergetische Teilchen. Vor allem Protonen, aber zu einem kleinen Teil auch aus Alpha-Teilchen, also Atomkernen von Heliumatomen. Elektronen und ein paar andere Atomkerne sind auch in geringen Mengen dabei und die Quelle all dieser Partikel sind vor allem Sterne. Sie leuchten nicht nur, sondern schleudern auch Teilchen aus ihren äußeren Gasschichten hinaus ins All. Dazu kommen andere astrophysikalische Phänomene wie zum Beispiel Supernova-Explosionen, bei denen ebenfalls jede Menge Teilchen durch die Gegend geschleudert werden. Kurz gesagt: Das All ist voll mit geladenen Teilchen, die kreuz und quer durch die Gegend sausen. Für uns hier auf der Erde können wir die kosmische Strahlung in zwei Komponenten teilen. Da sind einerseits die Teilchen, die von unserer Sonne stammen. Und dann gibt es noch die galaktische kosmische Strahlung, also das, was von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangt.

Im Weltall ist die kosmische Strahlung gefährlich und gesundheitschädlich für uns; am Erdboden schützen uns Magnetfeld und Atmosphäre davor. Aber IN der Atmosphäre kann die kosmische Strahlung durchaus Auswirkungen haben. Wenn die hochenergetischen Teilchen auf die Moleküle der Luft treffen, können diese dadurch aufgespalten und ionisiert, also elektrisch geladen werden. Die Details sind komplex und wir kommen später noch darauf zurück. Aber durch die Ionisation können sich in der Luft auch leichter sogenannte Aerosole bilden, also kleinste Partikel, an denen sich Wassertröpfchen anlagern können. Die Aersole sind der Ausgangspunkt der Wolkenbildung und es gibt sie auch ganz ohne kosmische Strahlung. Pollen, Russ, Mikroorganismen, usw: Alles mögliche was in der Luft schwebt, kann die Entstehung von Wolken verursachen. Und eigentlich sollte die kosmische Strahlung da auch nicht weiter groß auffallen: Beziehungsweise nur, wenn sich ihre Intensität verändert, wenn also mal mehr und mal weniger davon auf die Erde kommt. Dann könnten wir, im selben Rhythmus, auch mal mehr und mal weniger Wolken haben. Und es gibt tatsächlich ein Phänomen, dass die Intensität der kosmischen Strahlung auf diese Weise steuern könnte: Die Aktivität der Sonne. Unser Stern ist unterschiedlich aktiv, das heißt die durch die Magnetfelder der Sonne gesteuerte Bewegung der geladenen Teilchen des Sonnenplasmas ist mal mehr und mal weniger turbulent, in einem Rhythmus von circa 11 Jahren. Dadurch ändert sich auch die Menge an Teilchen, die die Sonne ins All hinaus pustet. Es geht jetzt aber nicht um die Teilchen der Sonne selbst, sondern das, was sie mit den Teilchen anstellen, die von außerhalb des Sonnensystems kommen. Der Prozess ist kompliziert, aber im Wesentlichen läuft es so ab: Die galaktische kosmische Strahlung kommt von außen, in das Sonnensystem hinein. Die solare kosmische Strahlung bewegt sich von innen aus dem Sonnensystem hinaus. Wenn die Sonnenaktivität hoch ist, ist die Stärke dieses Teilchenstroms groß. Auch das Magnetfeld der Sonne verändert sich und die "Magnetosphäre", also der Einflussbereich des solaren Magnetfeldes vergrößert sich. Oder anders gesagt: Ist die Sonnenaktivität hoch, kann weniger galaktische kosmische Strahlung von außen ins Sonnensystem kommen. Es kommt weniger davon auf der Erde an und ihr Einfluss auf die Atmosphäre und die Wolkenbildung wird geringer. Oder noch einmal anders gesagt: Die Wolkenbedeckung der Erde könnte durch die periodische Sonnenaktivät und die dadurch verursachte periodische Veränderung der Intensität der galaktischen kosmischen Strahlung verändert werden. Die Konsequenzen sind unter Umständen sogar noch größer: Wenn in Zeiten hoher Sonnenaktivität weniger Wolken in der Atmosphäre entstehen, wird es auf der Erde heißer. Das Zusammenspiel von Sonnenaktivität und galaktischer kosmischer Strahlung könnte also das Klima der Erde beeinflussen.

Genau das war die Hypothese, die 1997 von den dänischen Physikern Eigil Friis-Christensen und Henrik Svensmark veröffentlicht wurde. Ihre Behauptung: Die Erwärmung der Erde, die man auch damals schon registriert hatte, hat nur wenig mit irgendwelchen menschengemachten Treibhausgase zu tun, sondern viel mehr mit der Sonnenaktivität. Ich habe darüber auch schon in Folge 368 der Sternengeschichten gesprochen und wer sich noch daran erinnert wird auch wissen, dass ich damals gesagt habe, dass diese Hypothese sich als falsch herausgestellt hat. Das ist immer noch der Fall, aber es lohnt sich, ein bisschen genauer darauf zu schauen, wie der Weg zu dieser Erkenntnis war. Denn erstmal ist die Hypothese von Svensmark und Friis-Christensen durchaus plausibel. All das, was ich vorhin beschrieben habe, ist tatsächlich so: Kosmische Strahlung kann einen Beitrag zur Wolkenbildung leisten. Unklar war zum damaligen Zeitpunkt aber noch das Ausmaß des Effekts. Svensmark war der Ansicht, dass der Einfluss der kosmischen Strahlung durchaus sehr relevant ist und viele andere sind ihm in dieser Interpretation gefolgt. Jede Menge Forscherinnen und Forscher waren aber auch skeptisch, weil die Datenlage nicht wirklich ausreichend war, um solche weitreichenden Aussagen treffen zu können. Und was macht man in so einem Fall? Seriöserweise forscht man weiter und kümmert sich vor allem um bessere Daten. Beides ist in den Jahren nach 1997 ausführlich passiert. In vielen hunderten wissenschaftlichen Arbeiten hat man sich auf alle möglichen Arten mit der Hypothese auseinandergesetzt. Und der britische Physiker Jasper Kirkby hat sich daran gemacht, ein Experiment zu entwerfen, um die Sache ein für alle mal zu klären. Schon 1998 hat er die Idee zu CLOUD gehabt. Das Wort bedeutet nicht nur "Wolke" auf englisch, sondern ist natürlich auch ein Akronym, wenn auch ein etwas bemühtes. CLOUD steht für "Cosmics Leaving OUtdoor Droplets", was so viel heißt wie "kosmische Strahlung erzeugt draußen Tropfen". Na ja…

Die Idee war aber gut. Kirkby war Physiker am europäischen Kernforschungszentrum CERN und hat sich gedacht: Hochenergetische Protonen und Alpha-Teilchen kriegen wir mit unseren Beschleunigern auch hin! Wir können quasi künstliche kosmische Strahlung produzieren und dann unter kontrollierten Bedingungen ihre Auswirkung auf Wolkenbildung untersuchen. Denn das war ja das Problem mit der Hypothese von Svensmark und Friis-Christensen: Man hat sie aus Beobachtungsdaten der Wolkenbedeckung abgeleitet, aus Messdaten der kosmischen Strahlung und die stammen natürlich alle aus der realen Welt. Und in der realen Atmosphäre geht jede Menge ab; da befinden sich jede Menge Gase, Teilchen, Aerosole, und so weiter und wir können das nicht alles auf einmal im Blick behalten. Viel deutlicher wird das Bild, wenn wir uns eine künstliche Atmosphäre basteln, wo nur das drin ist, was wir auch vorher reinstecken und wenn wir dann mit von uns selbst erzeugter kosmischer Strahlung drauffeuern. Dann haben wir alles unter Kontrolle und können genau schauen, unter welchen Bedingungen die kosmische Strahlung welchen Einfluss hat. Genau das war Kirkbys Idee zu CLOUD und genau das haben er und sein Team in den nächsten Jahren am CERN umgesetzt. 2006 wurde die ersten Tests gestartet, die gezeigt haben, dass die Anlage funktioniert und das macht, was sie machen soll. Und 2011 wurden dann auch die Ergebnisse des ersten echten CLOUD-Experimente publiziert. Bei den Testläufen hatte man vor allem Schwefelsäure untersucht, die in der realen Atmosphäre an der Entstehung von Wolkenbildungskernen beteiligt ist. Man hat aber auch gesehen, dass Schwefelsäure alleine nicht ausreicht, um ein realistisches Bild zu erhalten. Deswegen hat man für die echten Experimente auch noch andere Gase in die Testatmosphäre eingebracht. Zum Beispiel Ammoniak, und wenn man das in den Mengen hinzufügt, die man auch in der realen Atmosphäre findet, wird es spannend. CLOUD hat gezeigt, dass Ammoniak die Nukleationsrate von Schwefelsäure massiv erhöht. Nukleationsrate, das heißt die Rate, mit der sich Schwefelsäureteilchen zu größeren Aerosolen verbinden können. Und "massiv erhöht" heißt: Um das circa hundert bis tausendfache. Ammoniak kann sich an die Schwefelsäure anlagern und so dabei helfen, die Teilchen stabil zu halten, die ansonsten schnell wieder verdampfen würden. Die ersten CLOUD-Daten haben aber auch gezeigt, dass kosmische Strahlung zu einer Erhöhung der Nukleationsrate führt.

2013 hat man dann weitere Ergebnisse publizieren können. Diesmal hat man sich die Rolle von Aminen angesehen. Amine sind organische Moleküle, die zum Beispiel von Pflanzen erzeugt werden und die haben sich als noch effektiver herausgestellt, wenn es darum geht, die Wolkenbildungskerne anwachsen zu lassen und zu stabilisieren. So effektiv, dass der Einfluss der kosmischen Strahlung auf einmal gar nicht mehr so groß ist. Etwas vereinfacht gesagt: Ein sehr geringe Menge an Aminen in der Atmosphäre reicht aus, um quasi alles wegzunukleieren, was da ist - ob dann auch noch kosmische Strahlung ein wenig bei der Aerosolbildung hilft oder nicht, spielt fast keine Rolle mehr. Noch genauer hat man dann 2016 Bescheid gewusst: Da hat man mit CLOUD auch die Variationen der kosmischen Strahlung simuliert, die im Laufe eines Sonnenzyklus zu erwarten sind und festgestellt: Das führt nur zu einer Veränderung der Konzentration an Wolkenkondensationskernen von circa 0,1 Prozent. Spätere CLOUD-Messungen haben das bestätigt: Der Einfluss der galaktischen kosmischen Strahlung auf die Wolkenbildung existiert. Aber er ist viel zu klein, um auch nur irgendwie relevant für das Klima der Erde sein zu können. Gleichzeitig haben andere Forschungsarbeiten unabhängig von CLOUD auf anderen Wegen ebenfalls gezeigt, dass die Hypothese von Svensmark und Friis-Christensen zwar prinzipiell plausibel ist, der Effekt aber vernachlässigbar für das Klima.

Heute gibt es keinen wissenschaftlich seriösen Zweifel mehr daran, dass es die menschengemachten Treibhausgase sind, die das Erdklima erwärmen- und vom wissenschaftlich unseriösen Zweifel will ich gar nicht reden, denn natürlich geistert die Hypothese mit dem Einfluss der Sonnenaktivität auf das Klima immer noch durch die Welt, wird aber nur noch von Leuten vertreten, die entweder keine Ahnung vom Stand des Wissens haben oder ihn aktiv ignorieren um ihre eigenen Ziele durchzusetzen.

Die ganze Geschichte um die kosmische Strahlung und das Klima war aus wissenschaftlicher Sicht ein großer Erfolg. Es gab eine Hypothese, die Wissenschaft hat sich lange und ausführlich damit beschäftigt, und jetzt wissen wir mehr als vorher, auch wenn die Hypothese sich als falsch herausgestellt hat. Und auch CLOUD war ein großer Erfolg. Wir wissen jetzt zum Beispiel, wie wichtig die verschiedensten Spurengase wie Ammoniak oder Amine für die Wolkenbildung sind - und noch viel mehr. CLOUD hat auch untersucht, wie kosmische Strahlung sich zum Beispiel auf die Entstehung gesundheitsschädlicher Gase wie Ozon auswirkt; wir erforschen damit, wie extreme Strahlunsgereignisse wie Supernova-Explosionen unsere Atmosphäre vielleicht in der Vergangenheit beeinflusst haben, und so weiter. Die Wolkenkammer im Teilchenbeschleuniger wird auch in Zukunft noch weitere Erkenntnisse liefern. Und wir werden besser verstehen, wie die fernen Sterne unseren Himmel verändern können.

Sternengeschichten Folge 710: Void-Galaxien - ein Licht in der Dunkelheit

In dieser Folge der Sternengeschichten geht es hinaus in die große Leere des Universums. Die ist aber nicht völlig leer - auch dort findet man Galaxien, mitten im Nichts. Aber, fragen sich jetzt vielleicht einige, wo sollen Galaxien denn sonst sein, wenn sie nicht mitten im Nichts sind? Der Weltraum ist leer und dort wo er nicht leer ist, befinden sich die Galaxien mit ihren Sternen. Und das ist zwar richtig, aber nicht ganz. In Folge 63 der Sternengeschichten habe ich schon mal über die großräumige Struktur des Universums gesprochen. Die Materie ist nämlich nicht gleichmäßig verteilt und wenn ich "Materie" sage, dann meine ich jetzt nicht einzelne Asteroiden, Planeten oder Sterne. Wir betrachten den Kosmos jetzt auf einer viel größeren Skala. Selbst einzelne Galaxien sind noch zu klein, wir schauen auf die Galaxienhaufen und die Superhaufen, die aus vielen Galaxienhaufen bestehen. Untersucht man, wie die im Weltall verteilt sind, dann zeigt sich ein interessantes Bild. Sie sind nicht gleichmäßig oder zufällig verteilt, sondern bilden eine Struktur, die man das "kosmische Netz" nennt. Die Galaxienhaufen reihen sich zu riesigen, fadenartigen Strukturen auf, den Filamenten. Und diese Filamente umschließen ebenso riesige Leerräume, die Voids. Voids können ein paar hundert Millionen Lichtjahre groß sein und auch die Filamente erreichen eine ähnliche Länge. Aber dieses Bild ist - wie ich zu Beginn gesagt habe - ein wenig vereinfacht. In den Voids ist nicht einfach Nichts. Im Vergleich zu den Filamenten rundherum sind sie zwar mehr oder weniger leer. Aber tatsächlich findet man auch in den Voids Materie, nur eben sehr, sehr viel weniger als in den Filamenten. Es gibt sogar Galaxien, die sich mitten in den Voids befinden und das sind - wenig überraschend - die Void-Galaxien.

Genau die schauen wir uns jetzt an und es wird sich lohnen, sie angesehen zu haben. Aber dazu kommen wir später noch. Nehmen wir zum Beispiel MCG +01-02-015. Mit dieser unspektakulären Bezeichnung ist eine Spiralgalaxie gemeint, die ungefähr 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Man kann sie - ein ausreichend starkes Teleskop vorausgesetzt - am Himmel dort sehen, wo sich das Sternbild der Fische befindet. Betrachtet man typische astronomische Aufnahmen dieser Galaxie, dann sehen sie auf den ersten Blick nicht weiter außergewöhnlich aus. In der Mitte die große Spiralgalaxie und drumherum jede Menge andere Galaxien. Aber man darf dabei nicht vergessen, dass die astronomischen Bilder uns nur einen zweidimensionalen Eindruck der dreidimensionalen Realität zeigen. Nur weil da ein paar Galaxien nebeneinander zu sehen sind, bedeutet das nicht, dass sie auch tatsächlich nahe beieinander liegen. Das wahre Bild zeigt sich erst, wenn man auch die echten, physischen Abstände der Galaxien bestimmt und dann sieht man, dass MCG +01-02-015 mitten in einer großen Leere liegt. In einem Umkreis von gut 100 Millionen Lichtjahren findet sich keine andere Galaxie. Sie befindet sich mitten in einer Void und wir können froh sein, dass wir selbst einen deutlich weniger isolierten Platz im Universum bewohnen. Unsere nächste große Nachbargalaxie ist die Andromeda, mit einer Distanz von circa 2,5 Millionen Lichtjahren. Und dann sind da noch jede Menge weitere Galaxien, die mit unserer Milchstraße zusammen die Lokale Gruppe bilden. Neben der Lokalen Gruppe gibt es noch weitere Galaxiengruppen in unserer Umgebung. 54 Millionen Lichtjahre von uns entfernt sehen wir zum Beispiel die mehr als 2000 Galaxien, die den Virgo-Galaxienhaufen bilden oder anders gesagt: Die Umgebung der Milchstraße ist voll mit tausenden Galaxien. MCG +01-02-015 existiert dagegen völlig isoliert vom Rest des Universums. Würden wir dort leben, hätte sich unser Wissen über den Kosmos vermutlich ganz anders entwickelt. Wir haben schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt, dass es andere Galaxien gibt und das Universum absurd groß ist. Würden wir dagegen von MCG +01-02-015 hinaus ins All blicken, wären unsere Teleskope erst irgendwann in den 1960er Jahren gut genug gewesen, um die Existenz anderer Galaxien entdecken zu können.

Aber zum Glück leben wir nicht in einer Void. Wir müssen nicht aus der Leere hinaus schauen, sondern können aus den dichtbesiedelten Filamenten des kosmischen Netzes die Voids und ihre Galaxien erforschen. Und haben mittlerweile schon einiges über sie herausgefunden. Es sind keine prinzipiell anderen Galaxien, die dort in der großen Leere entstehen. Aber wenn wir im Detail hinschauen, sehen wir ein paar relevante Unterschiede. Eine Untersuchung der Void-Galaxien hat zum Beispiel gezeigt, dass sie alle tendenziell jünger sind; das heißt die Sterne dort sind im Durchschnitt nicht so alt wie anderswo und sie haben eine geringere Metallizität. Der Grund dafür: Die Leere verzögert das Wachstum. Void-Galaxien bilden sich später und langsamer als andere Galaxien. Das ist auch nicht überraschend, denn in den Voids gibt es ja auch weniger Materie als anderswo und deswegen laufen die Prozesse anders ab. Ich kann in dieser Folge nicht die kompletten Grundlagen der Galaxienentstehung behandeln, aber kurz gesagt läuft das so ab: Das Universum ist voll mit riesigen Wolken aus dunkler Materie. In den Zentren dieser Wolken ist die Dichte der dunklen Materie ein bisschen größer als anderswo, deswegen ist dort auch die Gravitationskraft stärker und die normale Materie sammelt sich dort. Aus diesen Ansammlungen bilden sich im Laufe der Zeit jede Menge Sterne und eine Galaxie ist entstanden. Wie gesagt, das ist eine sehr vereinfachte Version eines enorm komplexen Vorgangs. Aber so entstehen Galaxien und so entstehen auch die Galaxien in den Voids. Nur dass da die Wolken aus dunkler Materie kleiner und weniger dicht sind. Die Gravitationskraft die sie ausüben ist geringer und es dauert länger, bis sie das bisschen an normaler Materie, das in den Voids vorhanden ist, zu Galaxien geformt haben. Da die Sterne deswegen dort tendenziell alle ein wenig jünger sind, sind auch noch nicht so viele am Ende ihres Lebens angelangt. Das ist der Grund, warum die Metallizität der Void-Galaxien geringer ist: Metalle sind in der Astronomie ja alle chemischen Elemente, die kein Wasserstoff und kein Helium sind. Und diese anderen Elemente müssen erst durch die Vorgänge im Inneren der Sterne erzeugt werden und verteilen sich dann in der Galaxie, wenn der Stern sein Leben beendet.

Es gibt auch Hinweise, dass die Void-Galaxien nicht völlig isoliert vom Rest des Universums existieren. Einerseits haben wir auch Gruppen von Void-Galaxien beobachtet. Nicht viele; die meisten von ihnen existieren tatsächlich alleine. Aber ab und zu findet man auch Gruppen, die aus zwei, drei oder manchmal noch mehr Galaxien bestehen. Diese Void-Gruppen beeinflussen sich dann so, wie es auch die Galaxien in den normalen Galaxiengruppen tun. Sie können miteinander verschmelzen, dadurch neue Sternentstehung anregen, und so weiter. Aber es gibt auch die Vermutung, dass Material von den Filamenten in die Voids gelangt. Denn auch die Leere hat Struktur. Das bisschen an Gas und anderer Materie in den Voids bildet ebenfalls schwache Filamente, dünne Ranken, und so weiter, die sich durch das Nichts ziehen und die wirken mit ihrer Gravitationskraft quasi wie Pipelines, durch die weiteres Gas aus dem kosmischen Netz zu den Void-Galaxien gelangen kann.

Aber trotz dieser schwachen Verbindungen zur Außenwelt leben die Void-Galaxien mehr oder weniger abgetrennt vom kosmischen Netz. Genau das macht sie aber so interessant für die Wissenschaft. In den wuseligen wilden Galaxienhaufen passieren jede Menge Dinge. Alles beeinflusst sich gegenseitig und es ist schwierig, ein klares Bild der Vorgänge zu kriegen. In den Voids lebt eine Galaxie aber quasi wie in einem Labor, abgeschirmt von all den äußeren Einflüssen, die ihre Erforschung verkomplizieren. Die Void-Galaxien zeigen uns, was mit einer Galaxie passiert, wenn sie einfach nur da ist und nicht vom Rest des Universums beeinflusst wird. Mit diesem Wissen können wir die viel komplexere Realität im kosmischen Netz besser verstehen. Das Licht in der Dunkelheit der Voids macht auch den Rest des Universums ein klein wenig heller für uns.