Sternengeschichten Folge 707: Das Asymptotische Schweigen der Singularität

"Am Anfang war das Wort". So beginnt die Schöpfung der Welt im Johannes-Evangelium der christlichen Bibel. Als wissenschaftliche Quelle ist die natürlich nicht zu gebrauchen. Und in diesem Fall gilt das ganz besonders, denn vielleicht war am Anfang nicht das Wort, sondern Schweigen. In der heutigen Folge der Sternengeschichten geht es um ein Konzept aus der theoretischen Kosmologie, das mit dem schönen Begriff "Asymptotisches Schweigen" bezeichnet wird. Und wie so gut wie alles aus der theoretischen Kosmologie ist das, worum es geht, eigentlich kaum in normaler Sprache zu beschreiben sondern nur mit sehr viel sehr komplizierter Mathematik. Aber ich werde mich bemühen, dass wir am Ende dieser Folge zumindest einen brauchbaren Eindruck davon haben, worum es geht.

Dazu müssen wir zuerst zwei andere Konzepte betrachten: Singularitäten und Lichtkegel. Fangen wir mit den Singularitäten an. Ich habe darüber schon in einigen anderen Folgen der Sternengeschichten gesprochen. Eine Singularität ist in der Astronomie ein Ort, an dem die Gravitation so außerordentlich stark ist, dass die Krümmung der Raumzeit divergiert. Oder, etwas vereinfacht: Ein Ort, an dem die Krümmung der Raumzeit unendlich groß ist. Singularitäten sind Orte, an denen die normale Beschreibung der Raumzeit nicht mehr funktioniert; sie sind demnach auch gar keine Orte IN der Raumzeit mehr. Eine Singularität ist zum Beispiel das, was sich hinter dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs verbirgt. Beziehungsweise: Die Theorien mit denen wir schwarze Löcher zur Zeit beschreiben, führen am Ende zu einer Singularität. Wenn - wie bei der Entstehung eines schwarzen Lochs - Masse unter ihrer eigenen Gravitationskraft immer weiter in sich zusammenfällt, wird auch ihre Dichte immer größer. Dadurch wird die Raumkrümmung in der Umgebung der Masse immer größer und wenn nichts diesen Prozess aufhält, landen wir am Ende bei einem Punkt mit unendlicher Raumkrümmung; einer Singularität. Wir gehen heute davon aus, dass irgendetwas passiert, bevor es so weit ist und dass Singularitäten in echt nicht existieren können. Aber mit letzter Sicherheit wissen wir es nicht. Eine andere Art der Singularität ist der Urknall: Auch das ist, in der derzeitigen wissenschaftlichen Beschreibung, ein Zeitpunkt, an dem die gesamte Energie beziehungsweise Masse des Universums in einem Punkt konzentriert war und die Raumkrümmung unendlich groß gewesen sein muss.

Singularitäten selbst können wir mit den derzeitigen Theorien der Wissenschaft nicht beschreiben. Das ist kein Fehler; das liegt in der Natur der Sache, denn Singularitäten sind ja gerade die Momente/Zeitpunkte, in denen physikalische Größen wie eben die Raumkrümmung oder die Energiedichte oder die Temperatur unendlich groß werden - oder, wenn es um die Ausdehnung der Objekte geht, unendlich klein. Unendliche Größen sind aber unphysikalisch, so etwas kann nicht existieren. Singularitäten sagen uns also vor allem, dass wir das, was da passiert, nicht vernünftig beschreiben können. Wir können mit unseren Theorien aber durchaus beschreiben, was passiert, wenn man sich einer Singularität nähert. Wir können beschreiben, was kurz davor passiert beziehungsweise wie beim Urknall, kurz danach. Und auch das Asymptotische Schweigen ist etwas, was mit den Bedingungen unmittelbar vor einer Singularität zu tun hat.

Zuerst müssen wir uns aber noch die Sache mit den Lichtkegeln anschauen. Das ist ein Konzept aus der Relativitätstheorie. Die sagt uns ja, dass sich nichts schneller als das Licht durch das Universum bewegen kann. Wenn wir Informationen von einem Ort des Kosmos zu einem anderen schicken wollen, dann geht das nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit ist aber nicht einfach nur ein Geschwindigkeitslimit, sondern auch quasi eine Obergrenze für Kausalität. Das kann man sich in etwa so vorstellen:

Wenn ich hier auf der Erde genau JETZT ein Signal hinaus ins Weltall schicke, dann dauert es circa 1,3 Sekunden, bis es beim Mond angekommen ist. Schneller geht es nicht. Und das bedeutet: Was auch immer auf der Erde passiert, für den Mond ist es frühestens 1,3 Sekunden später relevant. Wenn die Erde spontan verschwinden würde, würde der Mond den Verlust ihrer Anziehungskraft erst nach 1,3 Sekunden spüren. Und so weiter - in diesem Fall merkt man das kaum. Aber wenn nicht die Erde, sondern die Sonne plötzlich verschwinden würde, würden wir das erst nach 8 Minuten merken. 8 Minuten lang würde sich die Erde weiter auf ihrer Umlaufbahn bewegen, so als ob nichts wäre. Weil aus Sicht der Erde ja auch nichts passiert ist! Kausalität, also der Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung, kann sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Wirkung - die Erde verlässt ihre Umlaufbahn - kommt in diesem Fall erst 8 Minuten nach der Ursache - dem Verschwinden der Sonne - weil man die Distanz zwischen Sonne und Erde höchstens mit Lichtgeschwindigkeit zurücklegen kann und das 8 Minuten dauert. Würde man die Sonne von unserem Nachbarstern Alpha Centauri aus beobachten, der knapp 4 Lichtjahre entfernt ist, dann würde man dort das Verschwinden erst 4 Jahre später bemerken, als man es auf der Erde bemerkt hat. Obwohl es auch nicht unbedingt korrekt ist, in diesem Fall von "später" zu reden, denn es ist ja schon der frühestmögliche Zeitpunkt an dem man es merken kann, zumindest von Alpha Centauri aus gesehen. Es kommt eben immer auf den Standpunkt an - genau darum geht es ja in der Relativitätstheorie und Einstein hat sich viele Gedanken darüber gemacht, was "Gleichzeitigkeit" eigentlich wirklich bedeuten soll und warum es so etwas auf einem universalen Maßstab nicht geben kann.

Aber das soll uns jetzt vorerst nicht interessieren. Wichtig ist: Die Lichtgeschwindigkeit legt fest, welche Bereiche des Universums kausal miteinander verknüpft sind. Beziehungsweise welche Bereiche des Universums einander beeinflussen können. Wir wissen ja, dass das Universum expandiert. Je weiter zwei Orte voneinander entfernt sind, desto schneller dehnt sich der Raum zwischen ihnen aus. Stellen wir uns jetzt zwei Orte im Universum vor, die so enorm weit voneinander entfernt sind, dass sich der Raum zwischen ihnen mit mehr als der Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Das ist übrigens erlaubt, denn erstens darf sich nur nichts schneller als das Licht DURCH den Raum bewegen; mit der Expansion des Raums selbst hat das nichts zu tun. Und zweitens ist auch das wieder ein Punkt, wo es auf den Blickwinkel ankommt. Der Raum dehnt sich nicht wirklich mit Überlichtgeschwindigkeit aus, es kommt immer darauf an, wie man es betrachtet. Ich habe das ausführlich in Folge 249 der Sternengeschichten erzählt und wer möchte, kann das dort nochmal nachhören.

Also: Wir haben zwei Orte und der Raum dazwischen dehnt sich schneller als das Licht aus. Das bedeutet dann aber auch: Die beiden können einander niemals irgendwie beeinflussen. Licht von einem Ort kann niemals den anderen erreichen. Es gibt keinerlei kausalen Zusammenhang zwischen den beiden Orten; sie befinden sich quasi in unterschiedlichen Universen. Oder anders gesagt: Die Lichtkegel der beiden Orten überschneiden sich nicht, denn mit Lichtkegel meint man genau den Bereich, der von einem bestimmten Ort aus zumindest theoretisch irgendwie kausal beeinflusst werden kann.

So. Jetzt haben wir zwei grundlegende Konzepte für das Verständnis des Asymptotischen Schweigens. Jetzt fehlen noch Jewgeni Michailowitsch Lifschitz, Isaak Markowitsch Chalatnikow und Wladimir Alexejewitsch Belinski. Diese drei sowjetischen Physiker haben die Sache mit dem Asymptotischen Schweigen in den 1970er und frühen 1980er Jahren entdeckt. Wie ich schon zu Beginn gesagt habe: Die Mathematik die dahinter steht, ist enorm komplex. Aber im Prinzip geht es um folgendes: Die drei haben sich angeschaut, was ganz in der Nähe einer Singularität mit der kausalen Beziehung zwischen benachbarten Orten passiert. Man könnte ja eigentlich denken, dass das nicht schwer zu untersuchen ist. Wenn da, wie bei einem schwarzen Loch oder dem Urknall, die gesamte Materie immer weiter komprimiert wird, dann rückt alles immer weiter zusammen. Und dann muss es ja eigentlich viel leichter sein, dass alles da miteinander wechselwirkt und sich beeinflusst. Aber, und das war das überraschende Ergebnis, so ist es nicht. Das, was bei, beziehungsweise in der unmittelbaren Umgebung einer Singularität passiert, ist viel komplizierter. Die Raumzeit wird nicht einfach nur immer stärker und stärker gekrümmt. Das passiert zwar, aber nicht in alle Raumrichtungen gleich schnell gleich stark. Unterschiedliche Raumregionen verändern sich unterschiedlich schnell. Das klingt jetzt erstmal nicht sonderlich aufregend. Aber vielleicht hilft ein Vergleich: Stellt euch vor, ihr würdet mit einer Freundin jeden Tag eine Nachricht austauschen. Darin erzählt ihr einander, was so los ist, gebt euch Ratschläge, was man im Leben so tun und verändern könnte, und so weiter. Aber plötzlich kommt ein böser Zauberer und verhext euch. Ihr altert viel schneller als der Rest der Welt; euer Leben verändert sich in Minuten so stark wie es bei anderen vielleicht nur in ein paar Jahren der Fall ist. Und, das ist wichtig - für euch beide läuft das unterschiedlich schnell ab. Jetzt macht es gar keinen Sinn mehr, wenn ihr euch weiterhin jeden Tag eine Nachricht schickt. Deine Freundin hat sich in der Zeit vielleicht so enorm verändert, dass das, was du schreibst, überhaupt nicht mehr relevant ist. Ihr könnt keinen sinnvollen Einfluss auf das Leben der jeweils anderen Person nehmen.

Ok, das ist vielleicht ein etwas schiefes Beispiel; unter Umständen vielleicht sogar zu schief. Aber Lifschitz, Chalatnikow und Belinski haben herausgefunden, dass genau so etwas ähnliches mit den Punkten der Raumzeit in der Nähe einer Singularität passiert. Die Raumzeit wird nicht einfach nur gekrümmt, sie wird im übertragenen Sinn wild und chaotisch hin und her gedreht und durcheinander gewirbelt. Sie verändert sich unterschiedlich schnell je nachdem um welche Raumrichtung es geht. Und wenn man das alles mathematisch korrekt untersucht kommt am Ende raus: Die kausalen Zusammenhänge zwischen den Punkten verschwinden. Die jeweiligen Lichtkegel werden immer schmaler und überlappen sich nicht mehr. Nicht, weil die Lichtgeschwindigkeit sich ändert. Sondern, und das ist wieder sehr vereinfacht gesagt, weil dem Licht der Raum fehlt, durch den es irgendwie anderswo hingelangen könnte. Die Raumzeit ist so wild, dass jeder einzelne Punkt sich absurd schnell verändert und so schnell, dass keine Information von anderen Punkten rechtzeitig eintreffen und diese Entwicklung irgendwie beeinflussen kann. Es gibt keine räumliche Kopplung mehr, oder anders gesagt: Der Raum fällt quasi auseinander. Die Punkte des Raums sind nicht mehr kausal miteinander verbunden. Alles wird extrem lokal. Nichts was an einem bestimmten Ort passiert hat irgendeinen Einfluss auf das, was an einem anderen Ort passiert. Oder noch einmal anders gesagt: Es gibt keine Kommunikation mehr. Und das Phänomen wird um so stärker, je näher wir der Singularität kommen. Das ist das "Asymptotische Schweigen" - am Ende kann überhaupt keine Kommunikation mehr stattfinden, es gibt nur noch Schweigen.

Es ist ein bisschen schwer zu sagen, was daraus nun genau folgt. Einerseits ist das alles, wie gesagt, eine rein mathematische Sache. Wir haben nichts davon in echt beobachtet. Das Asymptotische Schweigen folgt, wenn man die Gleichungen der Relativitätstheorie auf eine bestimmte Art löst. Wir wissen aber, dass diese Gleichungen noch nicht das letzte Wort sein können. Am Ende brauchen wir eine Theorie, die in der Lage ist, nicht nur mit enormer Raumkrümmung umzugehen, sondern auch die quantenmechanischen Phänomene der Mikrowelt berücksichtigt. Wir brauchen eine Quantentheorie der Gravitation und dann können wir schauen, was da wirklich bei den angeblichen Singularitäten los ist. So eine Theorie haben wir noch nicht, aber es gibt Ansätze, die zeigen, dass das Asymptotische Schweigen vielleicht wirklich Teil so einer Quantengravitation sein könnte. Was das für unser Verständnis der schwarzen Löcher heißt oder für den Urknall oder ein mögliches Ende des Universums, wenn es in fernster Zukunft wieder mal in sich zusammenfallen und zu einer Singularität werden könnte: Das müssen wir dann erst noch rauskriegen. Aber vielleicht war das Schweigen nicht nur am Anfang. Vielleicht endet auch alles wieder in Schweigen.

Sternengeschichten Folge 706: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper

In dieser Folge der Sternengeschichten geht es nicht um etwas, sondern um etwas, wo nichts ist. Es geht um eine Lücke und zwar um die "Planetenlücke" oder die "Fulton-Lücke". Damit ist allerdings keine Lücke IN einem Planeten gemeint. Auch nicht eine Lücke zwischen Planeten. Die gibt es natürlich immer; zwischen den Planeten eines Planetensystems ist immer jede Menge leerer Weltraum; das ist normal und wäre kein Thema für eine eigene Podcastfolge. Die Lücke, um die es geht, ist eine, die sich nicht im echten Raum befindet, sondern eine, die mit den Eigenschaften der Planeten zu tun hat. Und um das zu verstehen, müssen wir uns deshalb zuerst einmal ansehen, was für Planeten es im Universum gibt.

Fangen wir im Sonnensystem an. Die acht Planeten die wir haben, kennen wir alle: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Merkur ist der kleinste davon und Jupiter der größte. Und wenn ich jetzt und im folgenden "der kleinste" und "der größte" sage, dann beziehe ich mich auch tatsächlich auf die Größe, also den Radius des Planeten. Oft bin ich - und nicht nur ich alleine - da ja ein wenig ungenau und meine einen Planeten mit einer großen Masse, wenn ich von einem "großen" Planeten spreche. Im Fall von Merkur und Jupiter wäre das egal; der Merkur ist auch der Planet mit der kleinsten Masse im Sonnensystem und Jupiter der mit der größten und ganz allgemein haben größere Planeten meistens auch eine größere Masse. Aber der Unterschied zwischen Größe und Masse wird später noch relevant.

Ordnen wir jetzt also mal die Planeten des Sonnensystems ihrer Größe nach. Merkur hat 0,38 Erdradien, dann kommt Mars mit 0,53 Erdradien. Dann die Venus, die mit 0,94 Erdradien fast so groß wie die Erde selbst ist. Größer als die Erde ist Neptun, mit 3,8 Erdradien, dann kommt Uranus mit 4 Erdradien und dann die beiden Riesen im Sonnensystem; Saturn und Jupiter mit 9,5 beziehungsweise 11,2 Erdradien. Auf den ersten Blick ist daran nichts besonders auffällig. Wir haben kleine Planeten und große Planeten und welche dazwischen. Bei genauerer Betrachtung sieht man aber ein paar Besonderheiten. Auf der einen Seite haben wir Planeten wie Mars, Venus und Erde, die alle zwischen einem halben und einem ganzen Erdradius groß sind. Und auf der anderen Seite die "Eisriesen" Uranus und Neptun mit circa dem 4fachen Erdradius. Und warum wir diese Himmelskörper "Eisriesen" nennen und sie von den noch größeren Gasriesen wie Jupiter und Saturn trennen, ist wieder eine ganz andere Geschichte die auf eine andere Folge warten muss. So oder so sehen wir eine Lücke, nämlich zwischen der Erde und Neptun. Es gibt im Sonnensystem keine Planeten die doppelt oder dreifach so groß sind wie die Erde. Das muss aber erstmal nichts bedeuten, denn es gibt ja auch jede Menge Planeten außerhalb des Sonnensystems. Wir kennen tausende davon und wir wissen, dass da auch jede Menge Himmelskörper dabei sind, die wir in dieser Form bei uns nicht finden. Zum Beispiel die "Supererden", über die ich in Folge 34 der Sternengeschichten schon einmal ausführlich gesprochen habe. Das sind Planeten, die mehr Masse (Achtung, jetzt geht es wieder um die Masse) als die Erde haben, aber weniger als Neptun. Diese Supererden sind dann aber auch tendenziell ein wenig größer als die Erde, bis zum eineinhalbfachen Radius. Obwohl sie größer und massereicher als die Erde sind, haben sie immer noch eine feste Oberfläche und einen Mantel aus Gestein, so wie die Erde. Von denen haben wir da draußen im All schon einige entdeckt, genau so wie "Sub-Neptune" oder "Mini-Neptune". Das sind Planeten, deren Radius kleiner ist als der des Neptun. Diese Planeten haben vermutlich einen felsigen Kern, der von einer ausgedehnten Gashülle aus Wasserstoff und Helium umgeben ist, so wie es auch bei Neptun der Fall ist.

Es gibt also da draußen Planeten, die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind. Aber, und das ist der Punkt um den es in dieser Folge geht: Planeten können anscheinend nicht einfach irgendwelche Größen haben. Nimmt man alle Planeten zusammen, die wir kennen und schaut sich ihre Größe an, dann findet man darunter viele kleine Planeten, wie die Erde und auch Supererden, die ein bisschen größer sind. Und man findet jede Menge größere Planeten wie Neptun und einen ganzen Haufen Mini-Neptune, die ein wenig kleiner sind. Tatsächlich sind die Mini-Neptune der häufigsten Planetentyp in der Milchstraße, aber auch das ist wieder eine andere Geschichte. Wir finden aber keine oder nur sehr wenige Planeten mit einem Radius der zwischen dem eineinhalbfachen und dem doppelten Erdradius liegt. Das ist die Lücke, um die es geht und es ist tatsächlich eine Lücke. Wir haben mittlerweile genug Planeten anderer Sterne untersucht. Wenn diese fehlenden Planeten genau so häufig wären wie die anderen, dann hätten wir sie gefunden. Es ist auch kein Problem der Präzision. Natürlich ist es nicht einfach, die Größe eines Planeten zu bestimmen, der einen anderen Stern umkreist. Dazu müssen wir unter anderem wissen, wie groß der Stern selbst ist. Aber auch da haben wir in den letzten Jahrzehnten immer genauere Daten gewonnen und die Lücke ist immer noch da. Aus irgendeinem Grund scheint das Universum etwas gegen Planeten zu haben, die eineinhalb bis zweimal so groß wie die Erde sind.

Das erste Mal im Detail erforscht und dargestellt wurde die Lücke in der Verteilung der Planetengrößen im Jahr 2017 in einer wissenschaftlichen Arbeit unter der Leitung des amerikanischen Astronomen Benjamin Fulton, weswegen man die Planetenlücke oft auch als "Fulton-Gap", also "Fulton-Lücke" bezeichnet. Und natürlich hat man sich seitdem jede Menge Gedanken darüber gemacht, was die Ursache dafür sein könnte. Es wäre eigentlich überraschend, wenn Planeten der fehlenden Größe nicht entstehen könnten. Nichts was wir über die Entstehung von Planeten wissen sagt uns, dass sich gerade Himmelskörper mit dem 1,5 bis 2fachen Erdradius nicht bilden können. Es ist viel wahrscheinlicher, dass sie genau so entstehen wie die Planeten mit anderen Größen. Aber danach passiert irgendwas, was die größeren von ihnen schrumpfen lässt. Denn dass die kleineren zu wachsen beginnen ist eher unmöglich; es gibt kaum sinnvolle physikalische Prozesse, die dazu führen, dass ein Planet größer wird, zumindest nicht die Art von Planeten, die uns hier interessieren. Ein Gasplanet kann sich zum Beispiel ausdehnen, wenn er erwärmt wird. Aber ein Gesteinsplanet wie eine Supererde kann nicht plötzlich auf die doppelte Größe anwachsen. Wir suchen also nach Prozessen, die Planeten in der Lücke, also Planeten mit dem 1,5 bis 2fachen Erdradius schrumpfen lassen. Es muss ein Prozess sein, der die größeren Himmelskörper, also die Mini-Neptune nicht betrifft, denn die bleiben ja übrig. Aber alles, was kleiner ist als ein Mini-Neptun muss durch diesen Prozess auf die Größe einer Supererde geschrumpft werden.

Wenn wir verstehen wollen, was hier passiert, müssen wir uns kurz noch einmal den Zusammenhang zwischen Planeten, Planetenentstehung und Atmosphären anschauen. Nur kurz, aber das ist nötig, wenn wir die Planetenlücke verstehen wollen. In der ursprünglichen Wolke aus Gas und Staub, aus der Planeten um einen jungen Stern entstehen, befindet sich jede Menge Wasserstoff und Helium. Planeten, deren Kern während der ersten Entstehungsphase groß genug geworden ist, haben auch eine große Masse und können mit ihrer deswegen starken Anziehungskraft auch große Menge an Wasserstoff und Helium festhalten. Sie legen sich gewaltige Atmosphären zu, so wie Jupiter oder Saturn. Kleine Himmelskörper, wie zum Beispiel die Erde, können die leicht flüchtigen Gase wie Wasserstoff und Helium nicht festhalten und haben am Ende nur sehr dünne Atmosphärenschichten. Dazwischen sind Planeten wie Uranus und Neptun, die Wasserstoff und Helium festhalten können, aber nicht so viel wie Jupiter oder Saturn. Die Mini-Neptune haben noch weniger davon und die Planeten, die in unsere Lücke fallen würden, noch ein bisschen weniger. Es kommt aber nicht nur auf die Masse an, ob ein Planet seine Atmosphäre halten kann, sondern auch darauf, was sein Stern macht. Junge Sterne geben im Allgemeinen sehr viel mehr energiereiche Ultraviolettstrahlung ab als ein alter Stern wie unsere Sonne. Diese energiereiche Strahlung regt die Gasmoleküle einer Atmosphäre an und sie können sich dadurch leichter aus der Anziehungskraft ihres Planeten lösen. Der junge Stern ist quasi wie ein Sandstrahler, der die Atmosphären von Planeten abträgt. Es gibt aber noch einen zweiten Weg, wie Energie in eine Atmosphäre gelangen kann, nämlich durch den Planeten selbst. Junge Planeten sind noch sehr warm, sie haben viel thermische Energie gespeichert und geben die auch ab und zwar ebenfalls in ihre Atmosphäre. Auch dadurch können die Gasmoleküle angeregt werden und entkommen.

Wenn sich die Wasserstoff/Helium-Atmosphäre so ins All verflüchtigt, wird der Planet natürlich kleiner. Diese Wasserstoff/Helium-Atmosphären können sehr ausgedehnt sein; nicht die dünne Luftschicht, die wir von der Erde kennen. Selbst wenn nur ein bisschen dieser Atmosphäre verloren geht, schrumpft der Planet deutlich. Er verliert aber auch Masse und hat es dadurch NOCH schwerer, den Rest seiner Atmosphäre zu halten. Es ist ein Teufelskreis und am Ende hat der Planet seine ganze Wasserstoff/Helium-Hülle verloren und übrig bleibt der nackte Kern aus Gestein und Metall, also das, was wir als "Supererde" klassifizieren (auf denen sich im Laufe der Zeit wieder eine andere Atmosphäre entwickeln kann, die nicht aus Wasserstoff und Helium besteht und nicht so leicht flüchtig ist). Die größeren Planeten, also die Mini-Neptune und Eisriesen wie Neptun und Uranus sind von diesem Prozess nicht oder nur wenig betroffen. Sie haben von Anfang an genug Masse, um den Großteil ihrer Wasserstoff- und Heliumatmosphäre trotz Sternstrahlung und eigener innerer Wärme festzuhalten. Ihre atmosphärischen Hüllen überleben und so kriegen wir auf einer Seite der Lücke eben genau diese Sub-Neptune und Eisriesen und auf der anderen Seite die Supererden und Gesteinsplaneten wie die Erde. Dazwischen bleibt kaum etwas übrig und genau deswegen gibt es diese Lücke.

Ein junger Planet muss mit einer gewissen Grundmasse an Atmosphäre starten (und braucht dazu auch einen ausreichend massereichen Kern um sie festhalten zu können). Dann schafft er es auch, diese Atmosphäre zu behalten. Ist die Grundmasse an Atmosphäre aber zu gering, dann sorgen die gerade beschriebenen Prozesse dafür, dass er sie im Laufe der Zeit komplett verliert. Viele der Supererden, die wir heute überall in der Milchstraße beobachten, haben als Mini-Neptune begonnen, aber es nicht geschafft, diesen Zustand aufrecht zu erhalten.

Wir wissen noch nicht genau, welcher der beiden Prozesse - Sternstrahlung oder "Photoevaporation", wie es korrekt heißt oder die eigene innere Wärme der Planeten - wirklich für die Planetenlücke verantwortlich ist. Vermutlich spielen beide eine Rolle. Es ist auch noch nicht sicher, ob die Sub-Neptune, die ihre Atmosphäre verlieren, am Ende wirklich zu Supererden werden, also großen Gesteinsplaneten mit fester Oberfläche oder ob sich da doch etwas anderes draus entwickelt, dass nur so groß wie eine Supererde, aber ganz anders aufgebaut ist. Wir müssen noch mehr Planeten noch genauer beobachten und noch mehr Daten sammeln. Es wird noch ein wenig dauern, bis wir wirklich verstanden haben, was in der Planetenlücke passiert ist. Aber allein aus der Tatsache ihrer Existenz wissen wir schon, dass sehr viele Planeten eine sehr dramatische Jugend gehabt haben müssen.

Sternengeschichten Spezial Mai 2026

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Sternengeschichten Spezial! In der Spezialfolge für den Mai erzähle ich von einem fernen Asteroid, der letztes Jahr einen Stern bedeckt hat. Das hat uns gezeigt, dass dieses kleine Ding überraschenderweise eine Atmosphäre hat und das in der fernen, dunklen Ecke des Sonnensystems mehr passiert, als man denken würde. Ich habe die Frage von Phillip beantwortet, der wissen wollte "Was ist Raum?". Und ich habe ein bisschen über das Problem gesprochen, das Plattformen wie Spotify für Podcasts darstellen.

Mehr zur Sternbedeckung findet man hier oder hier.

STERNENGESCHICHTEN LIVE TOUR in D und Ö: Tickets unter https://sternengeschichten.live Der nächste Auftritt wird am 3. Juni in Wien stattfinden und Karten gibt es hier. Karten für die Live-Aufzeichung von "Das Universum" am 16.6. in Wien gibt es hier

Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt.

Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima".

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Sternengeschichten Folge 705: Rheticus und der Beginn der kopernikanischen Revolution

Im Mittelalter haben die Menschen geglaubt, dass die Erde das Zentrum des Universums ist. Dann kam Nikolaus Kopernikus und hat im Jahr 1543 sein berühmtes Werk veröffentlicht, in dem er zeigt, dass sich die Planeten alle um die Sonne herum bewegen. Das war die berühmte "kopernikanische Wende" und auf sie ist die wissenschaftliche Revolution der Neuzeit gefolgt, mit Galileo Galilei, Isaac Newton, Johannes Kepler und so weiter. Diese Darstellung der Ereignisse ist nicht falsch. Aber sie ist auch nicht ganz richtig. Ich habe in Folge 403 ja schon einmal ausführlich über das Leben und die Arbeit von Nikolaus Kopernikus erzählt, aber damals eine sehr wichtige Person nicht erwähnt. Das möchte ich in dieser Folge nachholen. Es geht heute also um Georg Joachim Rheticus, ohne den es die kopernikanische Wende nicht oder erst später gegeben hätte. Rheticus ist eigentlich als Georg Joachim Iserin zur Welt gekommen; am 16. Februar 1514, in der Stadt Feldkirch, die heute im österreichischen Bundesland Vorarlberg liegt. Sein Vater war der Stadtarzt und seine Mutter eine Adlige aus Italien. Als Georg 14 Jahre alt war, bekam sein Vater allerdings Schwierigkeiten mit den Behörden. Die Ereignisse lassen sich nicht mehr genau rekonstruieren, aber vermutlich gab es Streit mit ein paar einflussreichen Familien aus Feldkirch. Georgs Vater war nicht nur Arzt, sondern ein allgemein gebildeter Mensch; er war ein Büchersammler; hat seine eigene Medizin hergestellt; astrologische Vorhersagen getätigt, und so weiter. Das hat ihm aber eine Anklage als Hexer und Betrüger eingebracht, er wurde entsprechend verurteilt und hingerichtet. Georg hat danach sicherheitshalber den Familiennamen seiner Mutter angenommen und sich ab da Georg Joachim de Porris genannt oder eingedeutscht: Georg Joachim von Lauchen. Ich werde ihn ab jetzt aber dann so nennen, wie er später als Wissenschaftler genannt wurde, nämlich mit dem lateinischen Namen Rheticus.

Die erste Station auf dem Weg hin zum Forscher war für Rheticus die Lateinschule in Feldkirch und danach ein Studium der Mathematik in Zürich. Das hat er 1531 beendet und danach ging er an die Universität von Wittenberg, wo er 1536 ein Studium der "sieben freien Künste" abschloss. So hat man damals die Disziplinen genannt, die quasi die Grundlage für jede weiter Ausbildung dargestellt haben, also Grammatik, Rhetorik und Dialektik und Arithmetik, Geometrie, Musik und Astronomie. In Wittenberg hat Rheticus auch Philipp Melanchton kennengelernt, der - gemeinsam mit Martin Luther - nur ein paar Jahrzehnte zuvor eine der wichtigsten Personen im Streit mit der katholischen Kirche und der Reformation war. Melanchton jedenfalls hat Rheticus geholfen, eine Stelle als Professor für Mathematik und Astronomie in Wittenberg zu bekommen. Und er hat ihm die Möglichkeit gegeben, ein wenig durch die Welt zu reisen, um andere Mathematiker und Astronomen zu treffen und von ihnen zu lernen. Auf dieser Reise ist Rheticus 1539 auch nach Frauenburg gekommen um dort Nikolaus Kopernikus zu besuchen.

Eigentlich sollte es nur ein kurzes Treffen werden; geworden ist daraus ein dreijähriger Aufenthalt. Rhetiucs war 25 Jahre alt; Kopernikus schon 70. Trotzdem verstanden sich die beiden auf Anhieb hervorragend und Rheticus wurde der erste, einzige und letzte Schüler von Nikolaus Kopernikus. Der hatte die Arbeit, für die er heute berühmt ist, schon seit gut 10 Jahren abgeschlossen, aber nichts davon veröffentlicht. Rheticus hat die Rohfassung von Kopernikus' Bericht über die Bewegung der Himmelskörper aber natürlich trotzdem sehr genau studiert. Und auch wenn die Arbeit noch nicht druckreif war, wollte Rheticus trotzdem den Rest der gelehrten Welt darüber informieren. Mit Zustimmung von Kopernikus hat er deswegen eine Zusammenfassung geschrieben und in nur 10 Wochen das kleine Buch "Narratio Prima", also "Erster Bericht" geschrieben. Mit vollem Titel heißt es "De libris revolutionum Copernici narratio prima" beziehungsweise "Erster Bericht über das Werk 'Über die Umläufe' des Kopernikus". Es wurde 1540 veröffentlicht und war schnell ein großer Erfolg. Bei der Arbeit an der Narratio Prima hatte Rheticus auch gemerkt, dass das eigentliche Werk von Kopernikus noch längst nicht so weit war, wie gedacht. Das Manuskript hätte deutlich umgeschrieben, mathematisch erweitert und umorganisiert werden müssen; eine Arbeit, zu der sich doch schon recht alte Kopernikus aber nicht imstande gesehen und den Text daher in der Schublade liegen lasse hatte. Jetzt aber war Rheticus da und hat einerseits, in Abstimmung mit Kopernikus, eine überarbeite Version verfasst. Und andererseits konnte er Kopernikus auch überreden, das Buch endlich zu veröffentlichen.

Im Frühjahr 1543, kurz vor Kopernikus' Tod, war es dann soweit: "De revolutionibus orbium coelestium" oder auf deutsch "Über die Umlaufbahnen der Himmelssphären" wurde gedruckt. Rheticus konnte den Publikationsprozess allerdings nicht komplett beaufsichtigen; er musste eine Stelle an der Universität Leipzig antreten. Die letzte Korrektur der Druckfahnen übernahm Andreas Osiander; ein Theologe und Reformator, der - ohne Rücksprache mit Rheticus und Kopernikus - dem Werk noch ein Vorwort beigefügt hat. Darin erklärt er, dass das Planetenmodell von Kopernikus nur ein reines Rechenmodell wäre, das definitiv nicht den Anspruch erhebt, die Realität zu beschreiben. Das war schon frech genug; noch frecher war es, dass er das nicht als eigenen Zusatz gekennzeichnet hatte, sondern so tat, als wäre das eine Aussage von Kopernikus selbst. Rheticus selbst hatte eigentlich ein anderes Vorwort verfasst, in dem er erklärte, dass sich das kopernikanische Weltmodell durchaus mit den Aussagen der Bibel vereinen lässt. Er hat seine Argumente auf einem Prinzip des frühen Kirchenlehrers Augustinus von Hippo basiert. Der lebte im 4. und 5. Jahrhundert, als sich die noch junge christliche Kirche ausgebreitet hat beziehungsweise bemüht war, sich durch Missionierung andersgläubiger Menschen auszubreiten. Das war nicht immer einfach und schon damals gab es Diskussionen über die Konflikte zwischen den Aussagen in der Bibel und der Realität. Ich will hier nicht zu weit in die Theologie abschweifen, aber im Wesentlichen hat Augustinus und mit ihm später Rheticus folgendes gesagt: In der Bibel steht nur das, was nötig ist, um den Menschen den Weg zur Erlösung möglich zu machen. Und es steht dort so, dass es für die Menschen möglichst einfach zu verstehen ist. Mit wissenschaftlich exakten Aussagen ist daher in der Bibel nicht zu rechnen. Ein gutes Beispiel aus Rheticus Zeit ist die Entdeckung von Amerika. Davon stünde nichts in der Bibel, weil es aus theologischer Sicht nicht relevant war. Genauso steht in der Bibel nichts über die wahre Bewegung der Himmelskörper, weil auch das nicht wichtig ist, wenn man Menschen zum Glauben an Gott bringen will.

Diese theologische Abhandlung von Rheticus, mit der das neue kopernikanische Weltbild mit den Lehren der Kirche in Einklang gebracht werden sollte, wurde von Osiander aber nun entfernt und dieser Text wurde erst sehr viel später wieder entdeckt. So oder so: Das Werk von Kopernikus war jetzt endlich in der Welt und ohne Rheticus wäre das nicht - oder wenn, dann erst viel später - passiert. Es war nicht so sehr die Angst vor der Kirche, die Kopernikus mit der Veröffentlichung zögern hat lassen. Tatsächlich ist sein Buch erst 1616 von der Kirche auf den Index der verboteten Bücher gesetzt worden, also gut 70 Jahre nach seinem Tod und der Veröffentlichung. Aber Kopernikus wusste eben auch, dass sein Werk noch nicht fertig ist und erst durch die Hilfe von Rheticus konnte es in eine Form gebracht werden, mit der auch Kopernikus zufrieden war.

Wenn man sagt, dass es ohne Rheticus keinen Kopernikus gegeben hätte, wäre das vermutlich zu sehr vereinfacht. Aber nicht viel… und es wäre übrigens auch ungerecht, das Leben von Rheticus nur auf seine Zusammenarbeit mit Kopernikus zu reduzieren. Er war Kartograph, hat als Arzt gearbeitet und er war vor allem auch Mathematiker. Wir neigen dazu, den Wert mathematischer Arbeit aus dem Mittelalter und der frühen Neuzeit zu unterschätzen, weil das, was zum Beispiel Rheticus gemacht hat, aus unserer Sicht immer ein wenig langweilig aussieht. Rheticus hat sich extrem für die Eigenschaften von Dreiecken interessiert und für das, was wir heute "Trigonometrie" nennen. Also die Berechnung von Winkel und Winkelfunkionen, wie Sinus, Kosinus, und so weiter. Das ist natürlich auch heute noch sehr wichtig in der Mathematik, aber wir tippen das halt einfach in den Taschenrechner oder den Computer. Damals gab es da aber nicht. Wenn man den Sinus eines Winkels wissen wollte, waren das langwierige Berechnungen. Und damit man die nicht immer wiederholen musste, gab es Bücher mit langen Tabellen, wo man die entsprechenden Werte nachschlagen konnte. Aber damit es solche Bücher gab, musste die irgendwer schreiben und davor all diese Werte auch berechnen und das möglichst ohne Fehler zu machen. Rheticus hat genau das gemacht und seine mathematischen Fähigkeiten waren auch enorm wichtig für die Überarbeitung von Kopernikus' Werk.

Rheticus hat die späteren Jahren in seinem Leben vor allem als Arzt verbracht. In den 1550er Jahren hat er Medizin in Prag studiert und dann in Krakau als Doktor praktiziert. Nebenbei hat er sich immer noch mit Mathematik und Astronomie beschäftigt und seine Tabellenwerke verfasst. Er starb am 4. Dezember 1574 und ich möchte diese Folge mit einem Zitat von Rheticus beenden, dass erstaunlich gut in die Gegenwart passt. Rheticus schreibt darin an den Bürgermeister von Feldkirch über die wissenschaftliche Ausbildung junger Menschen:

"Denn will man die Jugend begeistern, so kommt es darauf an, dass sich die führenden Persönlichkeiten für die Wissenschaft einsetzen. […] Es steht den Regierenden gut an, die Studien nicht nur kraft ihres Einflusses anderen zu empfehlen. Vielmehr müssen sie auch der verkehrten Meinung der Masse entgegentreten, dass nur der materielle Gewinn zählt."

Sternengeschichten Folge 704: Der Asteroid Eros

Samstag, der 13. August 1898 war ein heißer Tag in Berlin und auch in der Nacht zum Sonntag ist nicht sonderlich kühl geworden. In der Sternwarte der Berliner Urania war es drückend schwül, aber der Astronom Gustav Witt und sein Assistent Felix Linke haben sich trotzdem an die Arbeit gemacht. Witt wollte einen verloren gegangenen Asteroiden finden: Eunike, der 10 Jahre zuvor entdeckt, aber danach nur mehr spärlich beobachtet wurde und seit ein paar Jahren gar nicht mehr. Witt hatte eine Ahnung, wo am Himmel er sich aktuell befinden musste und wollte die Umlaufbahn von Eunike mit neuen Daten besser bestimmen. Stattdessen haben die beiden Astronomen aber einen anderen Asteroid entdeckt, einen Asteroid, den davor noch niemand entdeckt hat. Dieser Asteroid sollte sich bald als Objekt einer ganz neuen Klasse herausstellen; er hat eine wichtige Rolle beim Verständnis des Sonnensystems gespielt und es war der erste Asteroid auf dem wir gelandet sind.

Aber so weit ist die Geschichte noch nicht. Bleiben wir noch in den 1890er Jahre und bei der Entdeckung von Eros. So hat Witt den neuen Asteroid genannt und das war schon die erste Auffälligkeit. Bis dahin sind alle Asteroiden mit weiblichen Namen benannt worden. Witt hat diese Regel als erster gebrochen und den Namen des griechischen Gotts der Liebe ausgewählt. Und, so wie alle anderen Asteroiden auch, hat Eros eine fortlaufende Nummer bekommen: 433; es war also der 433. Asteroid, den man entdeckt hatte. Mit dieser Nummer war Witt allerdings unzufrieden. Denn Eros war kein Asteroid, wie man ihn bisher kannte. In Folge 443 der Sternengeschichten habe ich über den Asteroid Ceres gesprochen, den ersten Asteroid überhaupt den man im Jahr 1801 gefunden hat. Seine Umlaufbahn befindet sich zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter und das war auch bei allen anderen Asteroiden so, die man seit damals entdeckt hat. Bis auf Eros: Seine Umlaufbahn liegt zwischen denen von Mars und Erde. Beziehungsweise liegt sie dort fast; sie reicht ein bisschen über die Marsbahn hinaus oder anders gesagt: Eros nähert sich einerseits der Erde und kreuzt andererseits die Bahn des Mars. Sowas kannte man damals nicht und Witt war der Meinung, dass man Eros daher nicht mit den anderen Asteroiden in eine Gruppe zusammenfassen sollte. Asteroiden sollten nur die Objekte sein, die sich zwischen Mars und Jupiter befinden. Sein Kollege, Julius Bauschinger vom Astronomischen Recheninstitut in Heidelberg - zuständig für die Katalogisierung der Asteroiden war allerdings anderer Meinung. Die Bahn von Eros liegt zwar nicht dort wo die anderen Asteroiden sind, aber ist auch nicht weit weg. Und, so Bauschinger, man wird in Zukunft sicherlich noch mehr Asteroiden wie Eros finden. Womit er, wie wir heute wissen, völlig recht gehabt hat. Ich habe in Folge 271 der Sternengeschichten ausführlich über die Gruppe der "Erdnahen Asteroiden" gesprochen, deren Bahnen sich zwischen den Umlaufbahnen von Venus und Mars befinden. Heute kennen wir jede Menge davon - und Eros war der erste aus dieser Asteroidenklasse der entdeckt wurde. Und sein Entdecker, Gustav Witt, war nichtmal der erste, der ihn gesehen hat. In der selben Nacht, von Samstag dem 13. August 1898 zum Sonntag dem 14. August, aber ein paar Stunden davor, hat der französische Astronom Auguste Charlois in Nizza ebenfalls eine Aufnahme gemacht, auf der Eros zu sehen war. Das hat Charlois aber erst ein paar Tage später gemerkt, weil er am Sonntag nicht gearbeitet und die Fotoplatten nicht ausgewertet hat. Also wurde Witt zum offiziellen Entdecker - so kanns gehen.

Aber genug von der Entdeckung und zurück zu Eros. Wir wissen heute, dass es sich um einen erdnahen Asteroid aus der Gruppe der Amors handelt. So nennt man die Asteroiden, die der Erde nahekommen, aber die Erdbahn nicht kreuzen. Sie können sich entweder komplett zwischen den Bahnen von Erde und Mars bewegen, oder aber die Bahn des Mars kreuzen, so wie es Eros tut. Für eine Runde um die Sonne braucht Eros ein Jahr und 278 Tage. Er kommt Erde und Mars zwar nahe, aber die Gefahr einer Kollision besteht vorerst nicht. Die Minimaldistanz zwischen Erde und Eros liegt bei circa 23 Millionen Kilometer - das ist genug Sicherheitsabstand. Und das ist gut; immerhin hat Eros einen mittleren Durchmesser von circa 17 Kilometer - der Einschlag so eines Brockens wäre mehr als ausreichend für ein ordentliches Massensterben. Das mit der Größe hat die Menschen aber einige Zeit lang verwirrt. Es ist ja nicht so einfach, die Größe eines Asteroiden zu bestimmen. Man sieht ja nur einen Lichtpunkt im Teleskop. Wenn der Asteroid hell leuchtet, kann das heißen, dass er viel Licht der Sonne reflektiert, weil er groß ist und man kann aus der Helligkeit grob auf den Durchmesser schließen. Aber so einfach ist es nicht immer. Und im Fall von Eros war die Helligkeit auch nicht konstant. Man hat beobachtet, dass er mit einer Periode von ein paar Stunden heller und dunkler wird. Das bedeutet, dass der Asteroid eine unregelmäßige Form haben kann und genau das ist hier der Fall. Eros sieht ein wenig aus wie eine Banane, in seiner längsten Richtung ist der Asteroid 34 Kilometer lang, in die anderen beiden Richtungen circa 11 Kilometer. Je nachdem ob er uns gerade seine lange oder kurze Seite zeigt, sehen wir mehr oder weniger Licht, das reflektiert wird.

Wirklich viel Aufmerksamkeit hat Eros im Dezember 1900 bekommen. Lange Zeit waren ja die Größenverhältnisse im Sonnensystem unbekannt. Das soll heißen: Man hat zwar die relativen Abstände der Himmelskörper gekannt, aber nicht die absoluten Distanzen. Oder anders gesagt: Man hat zum Beispiel gewusst, dass der Mars circa 1,5 mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde. Aber nicht, was das in Kilometer bedeutet. Dazu muss man den Abstand zwischen Erde und Sonne kennen und das war schwer rauszukriegen. Aber wenn man diesen Abstand hat beziehungsweise wenn man irgendeine Distanz zwischen zwei Himmelskörpern absolut bestimmt hat, kann man damit alle anderen relativen Distanzen umrechnen. Nur diese eine, erste Messung war kritisch.

Man hat 1822 durch die Beobachtung des Venustransits eine erste Näherung der sogenannten "Astronomischen Einheit" bekommen (wie das genau gelaufen ist, habe ich in einer anderen Folge erzählt), also des mittleren Abstands zwischen Erde und Sonne und ihn mit circa 155 Millionen Kilometer bestimmt. Aber so richtig genau war das Ergebnis nicht. Ein paar Jahrzehnte später, 1873, hat man versucht, das Resultat durch die Beobachtung der Parallaxe des Asteroiden Flora zu verbessern. "Parallaxe", das ist die scheinbare Positionsveränderung eines Himmelskörpers wenn man ihn von unterschiedlichen Orten der Erde aus beobachtet. Je nachdem unter welchem Blickwinkel man den Asteroiden Flora betrachtet, erscheint er gegenüber den Sternen im Hintergrund leicht verschoben. Diese scheinbare Positionsänderung ist umso größer, je näher der Asteroid der Erde ist, was bedeutet: Aus dem Ausmaß der Positionsänderung - der Parallaxe - kann man den Abstand bestimmen. Bei der Beobachtung von Flora kam man auf einen Wert für die Astronomische Einheit von 148 Millionen Kilometer. Ein großer Unterschied zu den 155 Millionen Kilometer von früher. Zu groß - man brauchte genauere Daten. Jetzt kommt der Auftritt von Eros: Man hat ziemlich bald nach seiner Entdeckung bemerkt, dass er der Erde vergleichsweise nahe kommen kann. Näher auf jeden Fall als alle anderen damals bekannten Asteroiden und je näher ein Objekt der Erde ist, desto besser ist der Effekt der Parallaxe zu beobachten. Im Dezember 1900 sollte sich Eros besonders weit nähern und das wollte man nutzen, um die Astronomische Einheit endlich vernünftig zu bestimmen.

Das Ergebnis: 149.488.000 Kilometer, mit einer Messungenauigkeit von nur 38.000 Kilometer. 1931 ist Eros sogar noch näher an die Erde gekommen und man konnte das Ergebnis auf 149.675.000 Kilometer mit einer Messungenauigkeit von 17.000 Kilometer verbessern. Noch besser ist unser Wert für die Astronomische Einheit erst 1962 geworden, als man exakte Messungen mit Radartechnik machen konnte. Dafür aber war Eros unser bestes Instrument, um die Abstände im Sonnensystem zu bestimmen. Eros ist auch danach immer wieder Ziel astronomischer Beobachtungen gewesen. Und in den 1990er Jahren hat man sich daran gemacht, diesem besonderen Asteroid einen besonderen Besuch abzustatten. Am 17. Februar 1996 hat die NASA die Raumsonde NEAR ins All geschickt. Die Abkürzung steht für "Near Earth Asteroid Rendezvous" und genau das war das Ziel: Ein Rendezvous mit einem erdnahen Asteroiden, nämlich Eros. Man wollte das erste Mal zu einem Asteroid fliegen, ihm umkreisen und in Ruhe aus der Nähe untersuchen. Ende 1998 war man bei Eros angekommen, es gab aber ein paar technische Probleme. Das Haupttriebwerk hat sich ungeplant abgeschaltet und man konnte nicht in eine Umlaufbahn einschwenken. Die Raumsonde ließ sich zwar wieder stabilisieren, aber es hat nur für einen Vorbeiflug in circa 3800 Kilometer Entfernung gereicht. Aber immerhin hat man da schon mal ein paar erste Bilder aufnehmen können. Mit diversen Korrekturen und Kurswechseln hat man es dann am 14. Februar 2000 doch noch geschafft: NEAR war in einer Umlaufbahn um Eros; zuerst mit einem Abstand von circa 350 Kilometer. Die Sonde ist dann aber immer näher an den Asteroid gerückt, bis sie am Ende in nur 35 Kilometer Abstand um Eros gekreist ist. Endlich konnte man einen Asteroiden aus nächste Nähe erforschen.

Eros ist, wenig überraschend, voller Krater. Aber, und das war überraschend, es gibt auch Bereiche, wo kaum Krater zu finden sind. Man geht davon aus, dass Eros vor ungefähr einer Milliarde Jahre mit einem größeren Brocken kollidiert ist. Dabei wurden jede Menge Bruchstücke über die Oberfläche von Eros verteilt. Die Schockwellen, die dabei entstanden sind, haben dabei die kleineren Krater in bestimmten Bereichen der Oberfläche von Eros zerstört; sie sind quasi kaputt geschüttelt worden. Man hat auch "Staubteiche" entdeckt, also kleinere Vertiefungen auf Eros, die mit Staub gefüllt sind.

Im Januar 2001 hat man begonnen, die Umlaufbahn von NEAR weiter abzusenken. Zuerst ist die Raumsonde in 5 bis 6 Kilometer Abstand vorbei geflogen, dann in nur noch 2 bis 3 Kilometer. Die Mission hat sich ihrem geplanten Ende genähert und man wollte noch so viel wie möglich beobachten. Am Schluss sollte NEAR mit Eros kollidieren. Das ist am 12. Februar 2001 auch passiert, aber nicht so wie geplant. Man hat die die Umlaufbahn von NEAR immer näher an Eros herangebracht und das so kontrolliert, dass aus dem Zusammenstoß eine sanfte Landung wurde. Das hat das Kontrollteam ziemlich überrascht, denn NEAR war nicht darauf ausgelegt, zu landen und hatte keine Landemechanismen oder ähnliches. Aber sie hat die Landung denoch überlebt und konnte weiterhin Daten zur Erde senden. Man hat die Mission also nochmal um 2 Wochen verlängert und NEAR dann in einen Ruhe- und Energiesparmodus versetzt. Bis November 2001 lag die Sonde im Schatten und die Solarmodule konnten keinen Strom mehr produzieren. Erst im Dezember 2002 hatte sie wieder volles Sonnenlicht, einer Reaktivierung von NEAR hat aber leider nicht funktioniert.

Mittlerweile haben wir Besuche und Landungen bei diversen anderen Asteroiden wiederholt. Aber Eros war der erste Asteroid, den wir aus der Nähe gesehen haben und Eros war der erste Asteroid, auf dem wir gelandet sind.

Sternengeschichten Folge 703: Das Green Bank Treffen, Außerirdische und der Orden des Delfins

Am Halloween-Abend des Jahres 1961 haben sich 10 Wissenschaftler in der abgelegenen Ortschaft Green Bank in West Virgina getroffen. Die Zusammenkunft war nicht geheim, aber man hat sie auch nicht an die große Glocke gehängt. Es waren Astronomen, Informatiker, Biologen und Ingenieure die am Radio-Observatorium von Green Bank zusammengekommen sind und sie waren zum größten Teil die führenden Experten auf ihrem Gebiet. Ihr Ziel: In Ruhe und ausführlich darüber zu diskutieren, ob es irgendwo intelligente Außerirdische gibt und wie man sie kontaktieren könnte.

Das klingt nach dem Beginn eines Science-Fiction-Films, hat aber genau so tatsächlich stattgefunden. Damals, im Jahr 1961, hat sich die Wissenschaft das erste Mal seriös und umfassend mit der Frage nach der Suche und einer möglichen Kontaktaufnahme mit außerirdischen Lebewesen beschäftigt, also der Disziplin, die man heute "SETI" nennt, "Search for Extraterrestrial Intelligence". Heute ist dieses Thema immer noch ein wenig außergewöhnlich, aber man macht sich auch nicht mehr lächerlich, wenn man wissenschaftlich untersucht, ob es außerirdisches Leben gibt; wenn man sich mit Astrobiologie beschäftigt oder darüber nachdenkt, ob und wie Kommunikation mit intelligenten Lebewesen außerhalb der Erde funktionieren könnte. Anfangen hat das aber alles damals in Green Bank. Und dieses Treffen in Green Bank kam nicht aus dem Nichts. Der zweite Weltkrieg war noch nicht so lange her und dort hat man auch das erste Mal Raketen im großen Maßstab eingesetzt. Leider vor allem als Waffe, von Deutschland in Form der V2-Raketen. Aber nach Kriegsende wurden die restlichen Raketen von den USA (und der Sowjetunion) als Basis für die Entwicklung eigener Raumfahrtprogramme genutzt. Die Nachkriegszeit war auch die Zeit, in der UFOs populär wurden. Immer mehr Menschen haben berichtet, dass sie irgendwelche seltsamen fliegenden Objekte gesehen hätten und unabhängig des Wahrheitsgehaltes dieser Aussagen, war das Thema in den 1950er Jahren in der Öffentlichkeit weit verbreitet. Die Science Fiction hat sich sowieso damit beschäftigt, aber auch die Wissenschaft hat darüber nachgedacht, ob es vielleicht außerirdisches Leben geben könnte. Der berühmte Physiker Enrico Fermi hat sich gefragt, warum wir noch keine Aliens gesehen haben, obwohl sie doch, wenn es sie gibt, genug Zeit gehabt haben müssten, die ganze Milchstraße zu besieden - das ist das, was wir heute "Fermi-Paradoxon" nennen und wovon ich in Folge 410 ausführlich gesprochen habe. Stanley Miller und Harold Urey haben 1953 ihr berühmtes Experiment durchgeführt, dass "Miller-Urey-Experiment" oder, etwas volkstümlicher, das Experiment mit der "Ursuppe". Sie haben gezeigt, dass sich schon unter recht simplen Bedingungen, wie sie auf der frühen Erde geherrscht haben, die Grundbausteine für die Entstehung des Lebens bilden können. Man hat die DNA entschlüsselt, hat Fortschritte beim Verständnis der Planetenentstehung gemacht und 1957 flog mit "Sputnik" der erste Satellit ins Welltall. Die NASA wurde 1958 gegründet und Raumfahrt und außerirdisches Leben waren keine Science Fiction mehr, sondern etwas, worüber sich auch die Wissenschaft Gedanken machen konnte.

Das haben insbesondere Giuseppe Cocconi und Philip Morrison getan. Cocconi, ein Physiker aus Italien, war 1959 in den USA zu Besuch. Dort hat er Morrison getroffen, einen amerikanischen Physiker, der unter anderem am Manhattan-Projekt, also dem Bau der ersten Atombombe mitgearbeitet hatte. Cocconi dagegen awr Experte für hochenergetische Teilchen und Strahlung. Er war, so wie Morrison, unter anderem an der Gammastrahlung interessiert. Cocconi hat sich mit Gammastrahlen beschäftigt, die an Beschleunigern produziert werden, Morrision mit denen, die wir im Weltall beobachten können. Das hat Cocconi auf eine Idee gebracht: Wenn wir Menschen Gammastrahlen erzeugen können, und wir sie aus dem Weltall empfangen: Könnten dann Aliens die Gammastrahlen nicht für Kommunikation benutzen? Die beiden haben die Frage diskutiert und sind zu dem Schluss gekommen: Nein, Gammastrahlung ist nicht die beste Wahl für interstellare Kommunikation, viel besser geeignet ist Radiostrahlung. Ihre Ergebnisse haben sie am 19. September 1959 in einer Facharbeit mit dem Titel "Suche nach interstellarer Kommunikation" veröffentlicht, der durchaus einiges an Aufsehen erregt hat. Heute können wir sagen, dass dieser Artikel quasi den Anstoß für die SETI-Forschung gegeben hat. Gleichzeitig und ohne dass Cocconi und Morrison davon gewusst hatten, hat sich der Radioastronom Frank Drake ebenfalls mit dem Thema beschäftigt. Er hat im Frühjahr 1960 ein großes Radioteleskop an einen vielversprechenden Punkt am Himmel gerichtet um dort nach Botschaften von Aliens zu suchen. Ohne Erfolg, aber dieses "Projekt Ozma" war die erste Suche dieser Art.

All diese Aktivitäten haben auch James Peter Pearman interessiert. Er war Mitglied des Space Science Board der Nationalen Akamdemie der Wissenschaften in den USA: Diese Einrichtung wurde 1958 gegründet um beratend bei den Raumfahrtaktivitäten der USA tätig zu sein. Dort gab es auch eine Gruppe, die sich mit außerirdischem Leben beschäftigt hat, aber vor allem wegen der Frage, ob es vielleicht irgendeine Art der Kontamination geben könnte, wenn Menschen ins All fliegen oder zum Mond. Aber 1961 hat sich das Space Science Board auch der Frage gewidmet, ob und wie man die Suche und Kommunikation mit etwaigen Aliens wissenschaftlich sinnvoll erforschen kann. Also haben Drake und Pearman überlegt, eine kleine Konferenz dazu zu veranstalten. Und sie haben vor allem überlegt, wen man einladen sollte.

Natürlich Cocconi und Morrison. Aber auch Otto Struve, einer der bekanntesten und bedeutensten Astronomen seiner Zeit und damals Direktor des National Radio Astronomy Observatory. Denn treffen wollte man sich an der Radiosternwarte in Green Bank, wo auch Frank Drake damals gearbeitet hat und das musste Struve natürlich erlauben. Man hat noch jede Menge andere Leute eingeladen, aber neben Drake, Pearman und Struve hatten am Ende nur sieben weitere Leute zugesagt. Der junge Astronom Carl Sagan, der damals - im Gegensatz zu heute - noch weitestgehend unbekannt war. Der chinesisch-amerikanische Astronom Su-Shu Huang. Dana Atchley, ein Ingenieur und Bernard Oliver, ein Elektrotechniker. Der Biologe Melvin Calvin und der Neurophysiologe John Lilly. Philip Morrison war auch dabei; Giuseppe Cocconi hatte abgesagt. Es waren also nur zehn Forscher, die zugesagt hatten und diese zehn waren es, die an Halloween 1961 in Green Bank eingetroffen sind. Ich könnte über jede dieser Personen eine eigene Folge machen; aber wenn ich in dieser Folge erzählen würde, was sie alles gemacht haben, würde sie vermutlich ein paar Stunden dauern. Also belassen wir es dabei, dass sie alle qualifiziert waren, um über Aliens nachzudenken - sofern man bei diesem Thema überhaupt irgendwie qualifiziert sein kann.

Auf dem Programm des Treffens standen drei große Ziele: Erstens: Herauszufinden, wie wahrscheinlich es ist, dass sich irgendwo anders im Universum intelligentes Leben entwickelt hat und wie wahrscheinlich eine Kontaktaufnahme ist. Zweitens: Herauszufinden, ob es sich lohnt, mit der existierenden Technologie auf die Suche nach Aliens zu gehen oder ob man warten muss, bis bessere Technik entwickelt wird. Und Drittens: Einen entsprechenden Aktionsplan für das Space Science Board zu entwickeln.

Frank Drake war bestens vorbereitet, um Frage Nummer 1 zu diskutieren. Direkt zu Beginn der Konferenz hat er das präsentiert, was wir heute als die "Drake-Gleichung" kennen und worüber ich in Folge 304 der Sternengeschichten ausführlich erzählt habe. Drake hat darin alle Faktoren zusammengestellt, die bestimmen, ob sich irgendwo Aliens entwickeln und ob wir mit ihnen kommunizieren können. Seine Gleichung beinhaltet zum Beispiel die Anzahl der Sterne in der Milchstraße, die Anzahl der Sterne, die Planeten haben, die Anzahl der Planeten, die Leben beherbergen können, die Anzahl der Planeten auf denen sich Leben und intelligentes Leben entwickelt, die Anzahl der technischen Zivilisationen darunter und ihre Lebensdauer. Damals wusste man über so gut wie keinen dieser Faktoren irgendetwas aus wissenschaftlicher Sicht verlässliches - aber genau deswegen war man ja zusammengekommen. Man hat also über die Faktoren der Drake-Gleichung diskutiert und die Diskutanten waren gut qualifiziert dafür. Otto Struve hatte sich zum Beispiel intensiv mit der Frage nach Planeten anderer Sterne beschäftigt. Damals hatte man noch keine solche Exoplaneten gefunden; das kam erst in den 1990er Jahren. Aber Struve war überzeugt, das fast jeder Stern Planeten haben muss. Das stimmt, wie wir heute wissen, auch wenn Struves Argumente aus heutiger Sicht nicht mehr ganz richtig sind (aber das ist wieder eine ganz andere Geschichte). Su-Shu Huang war ebenfalls Spezialist für Planeten und er war auch der erste, der sich über das Konzept der "habitablen Zone" Gedanken gemacht hat, also die Bereiche um einen Stern herum, wo die Energie des Sterns gerade ausreicht, so dass auf der Oberfläche eines passenden Planeten Wasser und Leben existieren kann. Dana Atchley war Spezialist für Kommunikation und hat Drake schon mit entsprechendem Equipment für sein Projekt Ozma ausgeholfen. Bernard Oliver hat unter anderem an Mikrowellen-Sendern und Empfängern gearbeitet und war Forschungsdirektor bei Hewlett Packard. Carl Sagan war damals noch recht unbekannt, aber interessiert an allem, was mit dem Thema zu tun hat und von Joshua Lederberg für die Konferenz empfohlen, dem Direktor des Space Science Board. Philip Morrison war als SETI-Pioneer sowieso qualifiziert und das galt auch für den Biologen Melvin Calvin. Wie qualifiziert er war, haben die Teilnehmer an der Konferenz direkt erfahren, als plötzlich ein Anruf aus Schweden kam: Calvin hat den Nobelpreis für seine Forschung zur Photosynthese gewonnen. Und dann war da noch John Lilly. Er war deswegen eingeladen, weil er kurz davor sein Buch "Mensch und Delfin" veröffentlicht hatte. Darin berichtet er von seiner Forschung, um die Sprache der Delfine zu verstehen. Aber nicht nur das: Lilly war auch der Meinung, es sei möglich, den Delfinen beizubringen, auf englisch zu sprechen. Für diese Forschung bekam er sogar Fördergelder der Regierung, mit der ein entsprechendes Forschungszentrum auf einer Karibikinsel gebaut hat. Drei Delfine lebten dort direkt mit Menschen zusammen, in einer Art Aquariums-Haus. Man ging beim Treffen in Green Bank natürlich nicht davon aus, dass irgendwo im All Delfine herumschwimmen. Aber irgendwie muss man mit den Aliens ja kommunizieren, und wie kann man das besser lernen, als wenn man zuerst mit einer nicht-menschlichen Intelligenz auf der Erde kommuniziert. Lillys Versuche, die Sprache der Delfine zu verstehen und ihnen unsere Sprache beizubringen, war eine gute Vorbereitung für das SETI-Projekt.

Lillys Forschung hat die anderen sogar so sehr beeindruckt, dass sie ihrer Gruppe den informellen Namen "Orden des Delfins" gegeben haben. Melvin Calvin hat nach dem Ende des Treffens sogar kleine Delfin-Anstecknadeln mit den eingravierten Namen der Teilnehmer verschickt. Trotzdem ist das Treffen in Green Bank eine einmalige Angelegenheit geblieben. Pearman hat die Ergebnisse der Diskussion an das Space Science Board geschickt und damit war der Auftrag vorerst erfüllt. Die Mitglieder des Delfin-Ordens blieben in losem Kontakt, aber haben das mit dem Delfin bald fallen gelassen. Denn Lillys Forschung hat sich als weniger beeindruckend herausgestellt, als sie ausgesehen hat. Die Delfine haben kein Englisch gelernt und Lillys Methoden sind immer weiter in unwissenschaftliche New-Age-Konzepte abgeglitten. Als er dann auch noch LSD an die Tiere verteilt hat, war es auch mit den Fördergeldern vorbei.

Das Treffen in Green Bank war aber dennoch nicht folgenlos. Die Drake-Gleichung, die damals entwickelt wurde, ist auch heute noch die Grundlage jeder SETI-Forschung. Und auch wenn wir bisher noch keinen Kontakt mit Aliens hatten und noch nicht mal irgendeine Art von Leben außerhalb der Erde entdeckt haben: Das Thema wurde damals das erste Mal mit wissenschaftlicher Ernsthaftigkeit diskutiert. Was davor nur Science Fiction war und ein Gebiet, auf dem man sich bestenfalls lächerlich machen kann, ist durch das Green Bank Treffen zum Teil rehabilitiert und zu einer seriösen Forschungsrichtung geworden. Die Sache mit den Delfinen war ein Reinfall. Aber ohne den Orden des Delfins wäre SETI nicht zu dem geworden, was es heute ist.

Sternengeschichten Folge 702: Der Forbush-Effekt

Wir Menschen auf der Erde spüren den Einfluss der Sonne jeden Tag; ohne ihre Strahlung könnten wir hier nicht leben. Auf den weiter entfernten Planeten strahlt sie aber nicht mehr so hell und im äußeren Sonnensystem ist es so kalt, als wäre die Sonne überhaupt nicht da. Aber sie ist da und ihr Einfluss reicht weiter, als man es sich vielleicht vorstellt. Und damit ist nicht die Gravitationskraft gemeint, die sie ausübt; die reicht theoretisch ja sogar unendlich weit. Das, was auf der Sonne passiert hat Auswirkungen auf das gesamte Sonnensystem und die Phänomene, die als "Forbush-Ereignis" bezeichnet werden, demonstrieren das wunderbar.

Bevor wir uns aber damit beschäftigen, wer oder was Forbush ist und was es dazu ereignisvolles zu erzählen gibt, müssen wir uns mit etwas beschäftigen, von dem ich schon ausführlich in Folge 317 gesprochen habe, nämlich der kosmischen Strahlung. Ich halte die Wiederholung kurz, aber im Prinzip besteht die kosmische Strahlung aus hochenergetischen Teilchen, deren Ursprung im Weltraum liegt. Wir wissen darüber Bescheid, seit sie 1912 vom österreichischen Physiker Victor Franz Hess entdeckt worden ist und man kann ihren Ursprung grob in zwei Quellen einteilen. Einmal ist da die Sonne, die nicht nur Licht abstrahlt, sondern auch ständig Teilchen aus ihren äußeren Gasschichten ins All schleudert. Einerseits tut sie das ständig und vergleichsweise ruhig, in Form des Sonnenwindes, von dem ich auch schon oft hier erzählt habe und andererseits macht sie das manchmal auch sehr dramatisch, wenn sie zum Beispiel koronale Massenauswürfe durchs Planetensystem schleudert. Die Ursache für diese Eruptionen liegen in der dynamischen Wechselwirkung des Gases aus dem die Sonne besteht und ihrem Magnetfeld. Ab und zu gibt es da quasi Kurzschlüsse, bei denen sehr viel Energie frei wird und große Mengen an solarer Materie ins All hinaus geworfen werden. Die Details sind komplex und noch nicht vollständig verstanden, aber der Punkt ist: Unser Stern schleudert mal mehr und mal weniger Teilchen mit großer Energie durch die Gegend. Es sind geladene Teilchen, vor allem Protonen und Elektronen, aber auch schwerere Atomkerne anderer chemischer Elemente.

Das ist allerdings nichts, was nur die Sonne macht. Alle anderen Sterne tun das ebenfalls und es gibt noch mehr astronomische Prozesse, die so eine Art der Teilchenstrahlung erzeugen. Sie entstehen bei Supernova-Explosionen, in der Umgebung schwarzer Löcher oder in den gewaltigen Jets, also riesigen Materieströmen, die aus den Zentren ferner Galaxien hinaus ins All schießen. All diese Prozesse (und noch mehr) sind für die zweite Komponente der kosmischen Strahlung verantwortlich, die galaktische kosmische Strahlung. Diese Teilchen haben im Allgemeinen eine sehr viel höhere Energie als die in der solaren kosmischen Strahlung, aber die eine wie die andere ist äußerst unangenehm für uns Menschen. Wenn Teilchen mit so viel Energie auf die Atome in unserem Körper treffen, dann können sie dort Reaktionen auslösen; Atome können zerfallen; Moleküle ihre Bindung verlieren, und so weiter. Wenn wir zulange der kosmischen Strahlung ausgesetzt sind, dann werden wir krank oder sterben. Aber wenn wir uns nicht im Weltall aufhalten, dann schützt uns zum Glück unsere Atmosphäre. Die kosmische Strahlung trifft zuerst auf die Atome der Lufthülle, bevor sie uns erreichen kann. Auch dort oben, hoch über unseren Köpfen, löst sie atomare Reaktionen aus; lässt Stickstoff- oder Sauerstoffatome zerfallen und die entstehenden Zerfallsprodukte zerfallen weiter, können neue Zerfallsreaktionen auslösen, und so weiter. Oder anders gesagt: Jedes Teilchen der kosmischen Strahlung das auf die Atmosphäre der Erde trifft, löst einen Schauer aus Teilchen aus, die "Sekundärstrahlung" genannt wird und das was davon am Ende noch auf dem Erdboden ankommt, ist für uns weitestgehend ungefährlich.

Das bedeutet, dass wir die kosmische Strahlung von der Erde aus nur indirekt über die Sekundärstrahlung messen können. Aber genau das hat man in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gemacht. Nach der Entdeckung des Phänomens 1912 hat man natürlich versucht, möglichst viel darüber und ihren Ursprung herauszufinden. Parallel hat man auch immer besser verstanden, wie die Sonne funktioniert. In Folge 10 haben ich vor langer Zeit schon mal über das Sonnenwetter gesprochen; so nennt man alle Phänomene, die mit der elektrisch-magnetischen Aktivität der Sonne zu tun haben. Wenn es da zum Beispiel einen wirklich heftigen Kurzschluss gibt und große Mengen an Material bei einem koronalen Massenauswurf in Richtung Erde geschleudert werden, kann das durchaus dramatische Folgen bei uns haben. Die können ästhetisch anspruchsvoll sein, weil die Interaktion zwischen den geladenen Teilchen von der Sonne und dem irdischen Magnetfeld zum Beispiel Polarlichter verursacht. Die Folgen können aber auch katastrophal sein, wenn die solare kosmische Strahlung Satelliten ausfallen lässt oder die kurzfristige Störung im Erdmagnetfeld Stromleitungen kollabieren lässt. Einer, der sich ab den 1930er Jahren intensiv mit all diesen Phänomenen beschäftigt hat, war der amerikanische Physiker Scott Forbush. 1937 hat er einen kurzen Aufsatz veröffentlicht, mit dem Titel "Über die Effekte in der Intensität der kosmischen Strahlung, die während des jüngsten magnetischen Sturms beobachtet wurden". Mit "magnetischer Sturm" ist das gemeint, was ich vorhin kurz angedeutet habe: Wenn die Sonne bei einem koronalen Massenauswurf jede Menge geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit und Energie in Richtung Erde schleudert, dann bringt das unser Magnetfeld kurzfristig durcheinander. Das kann man messen und so ein Ereignis hat zwischen 25. und 30. April 1937 stattgefunden. Forbush ist aber aufgefallen, dass es da nicht nur Variationen beim Magnetfeld gegeben hat. Zwei andere Messstationen; eine in Maryland in den USA und eine in Huancayo in Peru haben die Intensität der kosmischen Strahlung überwacht. Die Intensität der kosmischen Strahlung ist während des magnetischen Sturms um vier Prozent geringer geworden, was weit über den üblichen Variationen gelegen ist. Es kann Zufall sein, dass die Abnahme der kosmischen Strahlung zeitgleich mit dem magnetischen Sturm aufgetreten ist. Oder auch nicht. Forbush schreibt am Ende seiner Arbeit: "Auch wenn die hier vorgelegten Belege für sich genommen nicht als schlüssiger Beweis dafür gelten können, dass die beobachteten Änderungen in der Intensität der kosmischen Strahlung auf das äußere Feld des magnetischen Sturms zurückzuführen sind, so scheint diese Hypothese doch die vernünftigste zu sein." In einer längeren Arbeit aus dem Jahr 1938 hat Forbush dass sehr viel genauer untersucht und Daten weiterer magnetischer Stürme in seine Analyse inkludiert. Das Fazit: Nicht alle magnetische Stürme führen zu einem Rückgang der kosmischen Strahlung aber bei vielen ist das der Fall und dieser Rückgang kann global gemessen werden, egal wo auf der Welt die Messstation steht.

Mittlerweile können wir das Phänomen, das Forbush damals entdeckt hat, genauer einordnen. Wenn die Sonne bei einer großen Eruption eine große Wolke aus geladenen Teilchen ihres Plasmas ins All schleudert, dann verschwindet die nicht einfach so. Sie bewegt sich durch das ganze Sonnensystem hindurch. Wenn sie dabei in der Nähe der Erde vorbei kommt, wirkt sie für einige Zeit wie eine Art von Schutzschild. Es sind ja elektrisch geladene Teilchen, die da durch die Gegend geschleudert werden und die können die ebenfalls elektrisch geladenen Teilchen der galaktischen kosmischen Strahlung abhalten. Solange das Schutzschild da ist, trifft also weniger galaktische kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre und unsere Detektoren am Boden messen einen Rückgang der Sekundärstrahlung. Wie stark dieser Rückgang ausfällt hängt davon ab, wie groß die Sonneneruption war und wie stark das Magnetfeld ist, dass die geladenen Teilchen der ausgestoßenen Plasmawolke erzeugen. Und es hängt natürlich auch davon ab, wie nahe diese Wolke an der Erde vorbei kommt. Typischerweise beträgt der Rückgang einige Prozent, kann aber in besonderen Fällen auch 10 bis 20 Prozent betragen. Das ganze passiert schnell; es braucht nur ein paar Stunden, bis sich die Intensität der kosmischen Strahlung verringert. Danach dauert es dann ein paar Tage, bis alles wieder den Normalzustand erreicht hat und das Forbush-Ereignis, wie das Phänomen mittlerweile genannt wird, vorbei ist.

Vielleicht ist dem einen oder der anderen an diesem Punkt ein Gedanke gekommen: Ich habe vorher gesagt, dass es zwei Komponenten der kosmischen Strahlung gibt; die die von der Sonne kommt und die galaktische, die von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangt. Koronale Massenauswürfe, die Forbush-Ereignisse verursachen sind eine Ursache für die solare kosmische Strahlung. Sollte man da bei so einer Sonneneruption nicht MEHR kosmische Strahlung erwarten? Ja und Nein. Wenn ein koronaler Massenauswurf stattfindet und auf die Erde trifft, dann führt das natürlich zu einer kurzfristigen Erhöhung der Intensität der kosmischen Strahlung. Das passiert schnell und es passiert anfangs vor allem nur an bestimmten Orten der Erde, weil die Teilchen von der Sonne sich entlang der Magnetfeldlinien der Erde bewegen. Das gilt nicht nur für koronale Massenauswürfe, sondern generell für die solare kosmische Strahlung. So ein Ausbruch auf der Sonne verursacht also einen kurzen Anstieg kosmischer Strahlung, der nicht überall auf der Erde gemessen werden kann. Die galaktische kosmische Strahlung dagegen kommt aus allen Richtungen zu uns. Wenn es bei dieser Komponente Veränderungen gibt, dann wirken die sich überall auf der Erde aus. Das heißt, man kann die beiden Teile der kosmischen Strahlung gut unterscheiden und ein Forbush-Ereignis betrifft nur eine Verringerung der galaktischen kosmischen Strahlung.

Was fangen wir mit diesem Wissen an? Einerseits ist es natürlich gut, wenn wir Bescheid darüber wissen, wie sich die kosmische Strahlung verhält und verändert, damit wir unsere Satelliten, Raumfahrzeuge und vielleicht auch die Menschen schützen können, die sich gerade im Weltall befinden. Andererseits sind solche Forbush-Ereignisse aber auch ein Beispiel dafür, wie nicht nur die Sonne sondern die gesamte Heliosphäre funktioniert. So bezeichnet man den gesamten magnetischen Einflussbereich der Sonne und der reicht bis weit über den Bereich der bekannten Planeten hinaus. Die Grenze der Heliosphäre liegt grob 100 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, also noch weit hinter den Umlaufbahnen von Neptun, Pluto und den restlichen Asteroiden des Kuiper-Gürtels. Und ein Forbush-Ereignis muss nicht zwingend nur auf der Erde stattfinden. Wir haben den selben Effekt auch auf dem Mars gemessen und auch mit den Instrumenten von Raumsonden wie Pioneer 10 und Voyager 1 und 2, die sich weit im äußeren Sonnensystem befinden und die Grenze der Heliosphäre mittlerweile überschritten haben. Forbush-Ereignisse zeigen uns, dass die Sonne nicht nur ein helles Licht am Himmel ist, sondern ein dynamischer Himmelskörper der das ganze Sonnensystem im Griff hat. Die atomare Reaktionen im Inneren unsers Sterns, die chaotischen Ströme des geladenen Plasmas und die wilde Dynamik seines Magnetfelds haben Einfluss auf die fernsten Regionen im Sonnensystem. Die geladenen Teilchen die die Sonne durch die Gegend schleudert, verändern was von außerhalb des Sonnensystems zu uns gelangen kann oder nicht. Forbush-Ereignisse zeigen uns in aller Deutlichkeit die Dynamik der Sonne und die Heliosphäre in Aktion.

Sternengeschichten Folge 701: Planetenbedeckung

"An den Iden des September, um Mitternacht, sah man zwei Planeten so zusammenkommen, dass sie beinahe wie ein und derselbe Stern erschienen; danach trennten sie sich aber um die Breite eines Fingers." Das hat der englische Mönch Gervasius von Canterbury am 12. September 1170 in seiner "Chronica" geschrieben. Die beiden Planeten, von denen er spricht, waren Mars und Jupiter und was er beobachtet hat, war ein extrem seltenes Ereignis. Tatsächlich wissen wir heute, dass sich damals - von der Erde aus gesehen - der Mars genau vor dem Jupiter befunden hat. Die beiden Lichtpunkte sind wie einer erschienen: Es hat eine Bedeckung zwischen zwei Planeten stattgefunden. Und bevor wir schauen, wie oft so etwas in der Vergangenheit vorgekommen ist und wer solche Ereignisse beobachten konnte, fangen wir mit den Grundlagen an.

Bedeckungen gibt es unter den Objekten am Himmel immer wieder. In den meisten Fällen ist es aber ein Himmelskörper des Sonnensystems, der einen fernen Stern bedeckt. Der Mond kann, von der Erde aus gesehen, zum Beispiel direkt vor einem Stern vorüberziehen und ihn kurzfristig verdecken. Da der Mond an unserem Himmel sehr groß erscheint und im Laufe seiner Bewegung einen großen Bereich am Himmel abdeckt, passiert das vergleichsweise oft. Es passiert genau genommen extrem oft, denn es gibt sehr viele Sterne am Himmel. Aber im Allgemeinen erregt eine Sternbedeckung durch den Mond nur dann Aufmerksamkeit, wenn es ein heller und prominenter Stern ist und man die Bedeckung auch ohne Einsatz eines Teleskops verfolgen kann. Es gibt auch andere Konstellationen und sie sind nicht nur außergewöhnliche Ereignisse sondern können auch wichtig für die Forschung sein. Im Jahr 1988 hat zum Beispiel der Pluto einen Stern bedeckt. Eigentlich hatte man erwartet, dass das Licht dieses Sterns schlagartig verschwindet, wenn Pluto ihn verdeckt und es dann ebenso schlagartig wieder erscheint, wenn der Pluto weiter gezogen ist. Tatsächlich ist das Sternenlicht aber graduell schwächer geworden, bevor es verschwunden ist. So hat man damals entdeckt, dass der Pluto eine Atmosphäre besitzen muss. Kurz bevor der - damals noch - Planet komplett vor dem Stern stand, hat das Sternenlicht durch die Atmosphäre des Pluto geleuchtet und ist dabei schwächer geworden.

Es kommt auch immer wieder mal vor, dass Asteroiden einen Stern bedecken, woraus wir ableiten können, wie groß der Asteroid ist und welche Form er hat. Und wir können auch immer wieder Transits von Merkur oder Venus vor der Sonne beobachten, also den Durchgang des Planeten direkt vor der Scheibe der Sonne. Und wie wichtig solche Ereignisse für die Wissenschaft sind, habe ich ausführlich in Folge 539 der Sternengeschichten erklärt. Heute soll es aber nicht um Sternbedeckungen gehen und auch nicht um Transits vor der Sonne. Sondern um echte Planetenbedeckungen. Das bedeutet: Von der Erde aus gesehen muss dabei ein Planet exakt vor dem anderen stehen. Oder anders gesagt: Die Erde und zwei Planeten müssen eine exakte und gerade Linie bilden. So etwas kommt nicht so häufig vor, wie man vielleicht denken würde. Denn die Planeten des Sonnensystems bewegen sich zwar alle annähernd in der selben Ebene um die Sonne. Aber eben nur annähernd und nicht exakt. Es muss wirklich alles passen: Nicht nur müssen die drei Himmelskörper alle in einer Reihe stehen, sie müssen auf ihren Bahn auch gerade in den passenden Positionen angekommen sein, so dass sie sich alle in der selben Ebene befinden. Ist das nicht der Fall, dann beobachten wir keine Bedeckung, sondern eine Konjunktion. Ok, astronomisch exakt gesprochen IST eine Bedeckung eine Konjunktion. Aber wenn man den Begriff nicht ganz so exakt verwendet, was meistens der Fall ist, dann meint man mit "Konjunktion", dass zwei Himmelskörper einander am Himmel sehr nahe sind. So etwas gibt es häufig, aber uns interessieren heute die echten Bedeckungen.

Das, was Gervasius von Canterbury im Jahr 1170 beobachtet hat, war eine Bedeckung. Oder, wenn man es wirklich ganz genau nimmt, vielleicht auch nicht. Denn damals stand der Mars, von der Erde aus gesehen, exakt vor dem Jupiter. Der Mars ist klein, der Jupiter ist groß und der Mars hat den großen Planeten nicht komplett bedeckt. Es war eher ein Transit - im Teleskop hätte man den Mars als schwarze Scheibe vor der größeren Scheibe des Jupiter vorüber ziehen sehen. Und vielleicht hat Gervasius von Canterbury auch nicht wirklich im richtigen Moment beobachtet. Mars und Jupiter sind damals, von England aus gesehen, erst kurz vor Ende der Bedeckung aufgegangen. Es kann also gut sein, dass Gervasius die beiden Himmelskörper gesehen hat, als die Bedeckung schon zu Ende war. Mit freiem Auge können die beiden dann aber immer noch "wie ein und derselbe Stern" erscheinen, weil wir die hellen Lichtpunkte nicht voneinander trennen können, wenn sie einander am Himmel sehr nahe stehen.

Schauen wir also ein paar Jahrhunderte in die Zukunft. Am 9. Januar 1591 beobachteten der deutsche Astronom Michael Mästlin und sein Schüler, ein gewisser Johannes Kepler den Himmel über der Universität von Tübingen. Sie wollten eine nahe Begegnung zwischen Mars und Jupiter beobachten. Als die beiden Planeten aber kurz nach Mitternacht am Himmel aufgehen sollten, war Jupiter nicht zu sehen; nur das rötliche Leuchten des Mars. Erst ein wenig später hat sich dann auch der Jupiter gezeigt. Auch das klingt nach einer Bedeckung beziehungsweise einem Transit von Mars und Jupiter. Aber, wie wir heute dank exakter Berechnungen wissen, es war tatsächlich nur eine extrem nahe Begegnung der beiden Planeten. Mästlin und Kepler kann man allerdings keinen Vorwurf machen; ohne Teleskop - das damals noch nicht erfunden war - waren sie nicht in der Lage, die beiden Lichtpunkte der Planeten zu trennen; sie sind ihnen tatsächlich wie ein einziger Lichtpunkt erschienen. Für das nackte Auge erscheinen die Himmelskörper auch immer ein wenig größer, als sie im Teleskop aussehen würden und wenn sie einander wirklich nahe sind, dann sieht es aus wie eine Bedeckung, obwohl es keine ist.

Gehen wir noch ein paar Jahrhunderte in die Zukunft und zwar zum 28. Mai 1737. Für diesen Tag hat man eine extrem nahe Begegnung zwischen den Planeten Venus und Merkur berechnet. Der englische Arzt und Hobby-Astronom John Bevis hat deswegen sein Teleskop an der Sternwarte in Greenwich bei London zum Himmel gerichtet. Anfangs konnte er Venus und Merkur nahe beieinander sehen und sie bewegten sich immer weiter aufeinander zu. Für ein paar Minuten haben Wolken sein Sichtfeld bedeckt, aber als sie verschwunden waren, war Merkur ebenfalls nicht mehr da. Nur die hell leuchtende Venus war im Teleskop zu sehen bevor auch sie hinter den Wolken verschwunden ist.

Hat Bevis jetzt also eine Bedeckung des Merkur durch die Venus beobachtet? Oder haben ihn die Wolken durcheinander gebracht? Gut 100 Jahre später hat sich der große französische Himmelsmechaniker Urbain Le Verrier die Sache noch einmal angesehen. Wenn es jemanden gibt, der wirklich in der Lage ist, herauszufinden, wo sich Planeten am Himmel befinden, dann Le Verrier! Immerhin war er es, der rein aus der beobachteten Bewegung des Planeten Uranus berechnet hat, dass da noch ein weiterer Planet im Sonnensystem sein muss und auch noch so genau sagen konnte, wo man suchen muss, dass er ohne große Verzögerung gefunden werden konnte und heute als "Neptun" fixer Bestandteil des Sonnensystems ist. Le Verrier hat also berechnet, wo sich Merkur und Venus am 28. Mai 1737 am Himmel befunden haben. Sie haben einander tatsächlich bedeckt, aber zum Zeitpunkt von Bevis' Beobachtung war diese Bedeckung zum Teil schon wieder vorbei. Ein Stückchen von Merkur war schon wieder sichtbar, aber - und das ist das wirklich beeindruckende an Le Verriers Berechnung - dieses Stückchen konnte Bevis nicht sehen. Denn, so Le Verrier, der Merkur war nur circa zur Hälfte beleuchtet. So wie der Mond zeigt der innerste Planet auch Phasen und in dem Fall war quasi "Halb-Merkur". Die helle Hälfte war noch hinter der Venus, die dunkle aber nicht mehr. Für Bevis muss es also ausgesehen haben, als wäre der Merkur immer noch komplett bedeckt.

Je nachdem wie streng man sein will, hat also auch Bevis keine eindeutige Bedeckung von zwei Planeten beobachtet. Kepler und Mästlin haben das auch nicht und bei Gervasius von Canterbury reichen die verfügbaren Daten nicht um zu klären, was er im Detail gesehen hat. Es gibt natürlich auch noch andere Aufzeichnungen aus der Vergangenheit, zum Beispiel aus der astronomischen Forschung in China. Dort ist von einer extrem nahen Begegnung zwischen Mars und Jupiter am 9. Juni 493 die Rede, obwohl wir heute wissen, dass an diesem Tag nicht nur eine nahe Begegnung stattgefunden hat, sondern eine echte Bedeckung. Aber vielleicht hat man - wer auch immer damals beobachtet hat - einfach ein bisschen zu früh oder zu spät hingeschaut. Am 1. Mai 498 hat Heliodoros von Alexandria ebenfalls eine Bedeckung von Mars und Jupiter beobachtet, aber so wie im Fall von Mästlin und Kepler war auch das in Wahrheit nur eine nahe Begegnung.

Es gibt noch mehr Aufzeichnungen, aber nirgendwo lässt sich ohne jeden Zweifel belegen, dass da eine echte Bedeckung in echt beobachtet worden ist. Natürlich kann man sich fragen, ob das wichtig ist. Wir wissen, dass solche Bedeckungen stattfinden. Sie sind selten, aber auch nicht so enorm selten, dass wir keine Chance gehabt hätten, sie zu beobachten. Und was solls, wenn John Bevis vielleicht nur gesehen hat, wie die dunkle Hälfte des Merkurs hinter der Venus hervorlugt oder die Leute in China ein paar Minuten zu spät hingesehen haben? Und das ist alles natürlich richtig; es spielt keine Rolle. Aber einerseits ist so eine Planetenbedeckung durchaus ein beeindruckendes astronomisches Phänomen. Und man will vielleicht wissen, wer es zuerst beobachtet hat. Andererseits zeigt die Bedeckung zweier Planeten auch sehr schön, wie dynamisch unser Sonnensystem ist. Alles bewegt sich um die Sonne herum; nicht nur die anderen Planeten sondern auch wir. Wir beobachten den Tanz der Himmelskörper von einem Ort aus, der selbst Teil dieses Tanzes ist. Es geht immer herum um unseren Stern, in unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Bahnen, auf denen wir die Sonne umkreisen, werden im Laufe der Jahrhunderte größer und kleiner, sie wackeln im Raum herum und nur wenn alles exakt passt, können wir für einen kurzen Moment beobachten, wie ein Planet einen anderen bedeckt. Für die moderne Forschung mag eine Planetenbedeckung keinen Erkenntnisgewinn mehr bringen. Aber für uns Menschen lohnt es sich, darüber nachzudenken, denn dann bekommen wir ein besseres Gefühl für unseren Platz im Sonnensystem und im Universum.

Das ist auch ein Grund, warum wir solche Ereignisse beobachten wollen. Nach der Bedeckung von Merkur durch Venus 1737 gab es einen Transit der Venus vor dem Saturn, am 29. August 1771, aber zum relevanten Zeitpunkt waren beide Himmelskörper so nahe bei der Sonne, dass niemand das Ereignis beobachten konnte und die Venus hat den Saturn dabei genaugenommen auch nur gestreift und nicht vollständig verdeckt. Am 21. Juli 1793 hat der Merkur den Uranus bedeckt, aber auch das konnte niemand beobachten, weil der Merkur einfach so viel heller leuchtet als der Uranus und ihn schon lange vor der Bedeckung komplett überstrahlt hat. Am 9. Dezember 1808 gab es eine teilweise Bedeckung des Saturn durch den Merkur und am 3. Januar 1818 eine teilweise Bedeckung des Saturn durch die Venus. Und dann kam eine lange Pause… eine Pause, die immer noch andauernd. Die nächste totale Bedeckung zweier Planeten wird am 15. Juli 2067 stattfinden. Der sonnennächste Planet Merkur wird dann von der Erde aus gesehen, den sonnenfernsten Planeten, also Neptun, komplett bedecken. Aber zu diesem Zeitpunkt stehen beide sehr nahe an der Sonne und es wird schwer werden, das zu beobachten. Besser wird es am 11. August 2079: Da wird der Mars komplett hinter dem Merkur verschwinden - auch hier ist die Sonne vergleichsweise nahe am Himmel, aber bis dahin haben wir die Optik ja vielleicht schon in den Griff bekommen. Und der 11. August 2079 ist übrigens ein Freitag. Wenn es mich und diesen Podcast dann noch geben sollte, werde ich dann mehr über diese Entdeckung berichten, in Folge 3481 der Sternengeschichten.

Sternengeschichten Spezial April 2026

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Folge 3 der Spezial-Serie! Ab jetzt ist es eine Tradition und es gibt zu Beginn neues aus der Forschung. Man hat mehr über die Thorne-Żytkow-Objekte herausgefunden, also hypothetische Strukturen, bei denen sich ein Stern im Inneren eines anderen befindet. Ich habe darüber schon in einer alten Folge erzählt, aber jetzt gibt es Neuigkeiten dazu, wie wahrscheinlich es ist, dass wir so etwas mal in echt finden. Danach erzähle ich ein wenig darüber, wie ich mit Fehlern umgehe, die ich im Podcast mache. Und erzähle auch, was ich abseits des Podcasts so mache, zum Beispiel in meinem Workshops für Wissenschaftskommunikation. Bei den Veranstaltungen gibt es einen dringenden Tipp für Kurzentschlossene: Am 28. April 2026 stellen Evi, Elka und Jana ihr Buch "Auf einen Kaffee im All" in Wien vor und das solltet ihr euch anschauen! Am Ende der Spezialfolge beantworte ich dann noch eine Frage von Stephanie über angebliche "interstellare Tunnel".

Die Folge über Thorne-Żytkow-Objekte gibt es hier. Die aktuelle Forschungsarbeit dazu ist diese hier

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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".

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Sternengeschichten Folge 700: TOI-700 d

TOI-700 d ist ein sehr kryptischer Titel, wenn man nicht weiß worum es geht, aber es ist ein passender Titel für Folge 700 der Sternengeschichten und es ist, wie so oft in der Astronomie, nicht so sehr von Bedeutung, wie etwas offiziell bezeichnet wird, sondern um was es sich dabei handelt und welche Geschichten man darüber erzählen kann. Und über TOI-700 d kann man jede Menge Geschichten erzählen. Es handelt sich um den Planeten eines anderen Sterns; einen Planeten, der bei seiner Entdeckung zuerst falsch eingeschätzt wurde, sich aber dann, nach der Korrektur dieses Fehlers als einer der faszinierensten fremden Welten heraugestellt hat, die wir kennen. TOI-700 d ist ein Planet, der der Erde sehr ähnlich sein könnte und der gleichzeitig vermutlich extrem anders ist.

Aber fangen wir bei dieser Geschichte trotzdem mit dem Namen an. TOI 700 ist der Name eines Sterns. Er hat noch viele andere Bezeichnungen, die aber nur noch sehr viel längere und komplexere Aneinanderreihungen von Zahlen und Buchstaben sind. TOI 700 war die längste Zeit einfach zu unauffällig, um einen "schönen" Namen zu bekommen. Er ist einer der paar hundert Milliarden Sterne in unserer Milchstraße und ohne sehr gute Teleskope nicht zu sehen. Es handelt sich um einen roten Zwergstern in einer Entfernung von etwa 100 Lichtjahren. Er befindet sich dort am Himmel, wo man auch das Sternbild "Schwertfisch" sehen kann, und weil das am Südhimmel ist, kann man TOI 700 von Mitteleuropa aus gar nicht sehen. Der südliche Himmel, inklusive dem Sternbild Schwertfisch war aber auch das Ziel der Beobachtungen von TESS. Das steht für "Transiting Exoplanet Survey Satellite" und ist der Name eines Weltraumteleskops der NASA, das im Jahr 2018 ins All geflogen ist. Es hat sich aber nicht nur auf den Südhimmel konzentriert, sondern sollte mindestens 85 Prozent des gesamten Himmels durchmustern. Natürlich kann ein einziges Teleskop nicht ALLE Sterne beobachten die es gibt, zumindest nicht in einem vernünftigen Zeitraum. TESS sollte sich auf sonnenähnliche Sterne und die weniger hellen Sterne wie die roten Zwerge konzentrieren und von denen auch nur die, die nicht weiter weg als ungefähr 300 Lichtjahre sind. Mit dabei sollten auf jeden Fall die 1000 uns am nächsten gelegenen roten Zwergsterne sein. Zwergsterne, wie TOI 700, der glücklicherweise schon ziemlich am Beginn der TESS-Mission beobachtet wurde.

Daher hat der Stern auch seinen Namen: TOI steht für "TESS Object of Interest", was frei übersetzt bedeutet: "Stern, den TESS beobachtet hat". Und TESS hat diesen Stern nicht nur beobachtet, sondern dort auch etwas gefunden. Oder genauer gesagt: Nicht TESS hat etwas gefunden, sondern die amerikanische Astronomin Emily Gilbert. Oder noch genauer gesagt: Nicht Emily Gilbert alleine, sondern ein großes, internationales Team von Astronominnen und Astronomen. Aber Gilbert war diejenige, die die Arbeit zur Publikation der Entdeckung des Planeten koordiniert hat. Aber noch sind wir bei unserer Geschichte nicht bei der Entdeckung angelangt.

Man darf sich die Entdeckung eines extrasolaren Planeten nicht allzu spektakulär vorstellen. Beziehungsweise ist das eigentlich falsch. Eine ganze Welt zu entdecken, die einen anderen Stern umkreist ist enorm spektakulär. Aber das, was man sich da vielleicht vorstellt, ist nicht das, was in der Realität passiert. Da sind keine Astronominnen und Astronomen, die in kalten Nächten durchs Teleskop schauen und irgendwann begeistert aufspringen, weil sie einen unbekannten Planeten gesehen haben. Das, was da in Wahrheit passiert, läuft zu Beginn meist noch ohne menschliches Zutun ab. In diesem Fall misst TESS die Helligkeit von Sternen und vor allem die Veränderung dieser Helligkeit. Denn wenn so ein Stern von einem Planeten umkreist wird und der sich von uns aus gesehen gerade direkt vor dem Stern vorüber bewegt, blockiert er ein ganz klein wenig von dessen Licht. Der Stern leuchtet kurz schwächer und dieses Absinken der Helligkeit wiederholt sich in regelmäßigen Abständen. Zumindest ist das im Idealfall so, in der Realität sind die Daten nie so exakt und sauber. Es ist nicht immer sofort klar, ob da wirklich eine periodische Helligkeitsänderung ist oder nicht. Hier ist dann der Punkt, wo Menschen ins Spiel kommen. Die Software die die Teleskopdaten auswertet, markiert alle potentiell interessanten Fälle und die müssen sich die Astronominnen und Astronomen dann ansehen.

Und beim Stern TOI 700 hat es sich um einen ganz besonders interessanten Fall gehandelt. 2019 hat TESS dort gleich drei mögliche Planeten gemeldet. Emily Gilbert, damals noch Doktorandin an der Universität Chicago und Mitarbeiterin am TESS Projekt der NASA, hat sich die Daten mit ihren Kolleginnen und Kollegen angesehen. Drei Planeten bei einem Stern sind durchaus spannend, aber auf den ersten Blick haben diese Planeten noch nicht so spektakulär gewirkt, wie sie tatsächlich waren. Bis eine Person aus dem Team, der Astronom Josh Schlieder, gemerkt hat, dass bei der Datenauswertung etwas nicht korrekt gelaufen ist. Die Software hat nicht mit den realen Daten des Sterns gearbeitet, sondern quasi defaultmäßig die Werte für die Sonne eingesetzt. Und das macht einen großen Unterschied! Denn man kann ja die Planeten nicht direkt sehen. Man kann auch nicht direkt herausfinden, wie groß sie sind, und so weiter. Das muss man alles aus dem Helligkeitsabfall des Sterns bestimmen. Um daraus auf die Größe des Planeten schließen zu können, muss man aber natürlich auch wissen wie groß der Stern selbst ist. Wenn ich weiß, wie groß der Stern ist und sehe, um wie viel sein Licht schwächer wird, kann man daraus berechnen, wie viel der Sternfoberfläche der Planet verdeckt und daraus folgt die Größe des Planeten. Die Sonne ist die Sonne. TOI 700 ist aber ein roter Zwerg, der nur circa 42 Prozent des Sonnenradius hat. Oder anders gesagt: Wenn man die Daten der Sonne verwendet anstatt die des roten Zwergs, dann überschätzt man die Größe der Planeten.

Der Fehler wurde aber rechtzeitig entdeckt und auf einmal sind die drei Planeten von TOI 700 enorm interessant geworden. Alle drei waren vergleichsweise klein. Einer war fast so groß wie die Erde, der zweite mit dem 2,6fachen Erdradius größer und der dritte dafür nur ein kleines bisschen größer als die Erde. Alle drei Planeten waren vergleichsweise nahe am Stern. Im Sonnensystem würden sie sich alle weit innerhalb der Merkurbahn befinden und dementsprechend schnell bewegen sie sich auch um ihren Stern herum. Der innerste braucht nur 10 Tage für einen Umlauf, der mittlere Planet schafft eine Runde in 16 Tagen und der äußerste braucht auch nur wenig mehr als 37 Tage. Aber wir dürfen nicht vergessen, dass TOI 700 nicht die Sonne ist, sondern ein roter Zwerg. Seine Leuchtkraft ist sehr, sehr viel geringer als die der Sonne. Wenn ein Planet ausreichend viel Energie abbekommen will, um zumindest theoretisch lebensfreundliche Bedingungen zu bieten, muss er auch sehr viel näher an einen roten Zwerg heranrücken. In diesem Fall hat sich gezeigt, dass der äußerste der drei genau in diesem Bereich liegt. Wir haben also einen Planeten, der nur wenig größer als die Erde ist und sich genau in der richtigen Entfernung von seinem Stern befindet, um lebensfreundliche Temperaturen zu haben.

Aber bevor man sich Gedanken über die genauen Bedingungen machen kann, die dort vielleicht herrschen, muss zuerst einmal sicher sein, dass die Planeten wirklich da sind. In dem Fall hat man Daten eines anderen Weltraumteleskops, dem Spitzer Space Telescope, genutzt, um die Beobachtungen zu bestätigen. Und am 14. August 2020 konnte man dann offiziell verkünden, dass TESS seinen ersten erdgroßen Planeten in der sogenannten habitablen Zone um einen Stern gefunden hat. Die Planeten wurden, wie es üblich ist, der Reihe nach mit Kleinbuchstaben, beginnend mit "b", benannt, nämlich TOI-700 b, TOI-700 c und TOI-700 d. Und 2021 hat man sogar noch einen weiteren gefunden, TOI-700 e. Und TOI-700 d ist genau der, der vielleicht lebensfreundliche Bedingungen bietet. Aber, und das ist sehr wichtig, erdgroß heißt noch nicht erdähnlich. Zuerst man neben der Größe auch noch die Masse des Planeten bestimmen. Die kriegt man nur aus dem Abfall der Sternhelligkeit nicht raus, dafür braucht es zusätzliche Beobachtungen, mit anderen Methoden. Aber auch die wurden gemacht und wir wissen, dass TOI-700 d ungefähr die 2,4fache Erdmasse hat. Daraus folgt sofort, dass die mittlere Dichte des Planeten enorm hoch sein muss. Sie liegt bei circa 8,5 Gramm pro Kubikzentimeter, was sehr viel mehr ist als die 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter mittlere Dichte der Erde. Und die mittlere Dichte der Erde ist schon sehr hoch; kein anderer Planet des Sonnensystems hat mehr als sie. Bei der Erde liegt das am großen Kern aus Eisen und Nickel, der sich im Inneren unseres Planeten befindet. TOI-700 d muss noch mehr Eisen und Nickel haben als die Erde und wo das her kommt, ist noch unklar.

Die Gleichgewichtstemperatur des Planeten liegt bei -4,3 Grad Celsius. Das klingt nicht sehr lebensfreundlich, aber das ist auch nur die Temperatur, die sich rein physikalisch einstellt, wenn man ein Objekt in einem bestimmten Abstand vor eine konkrete Energiequelle setzt. Strahlung geht hin, wird absorbiert und dann wieder abgestrahlt, so lange bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Rechnet man diese Temperatur für den Fall von Sonne und Erde aus, dann ergibt sich ein Wert von -18 Grad Celsius. Zum Glück liegt die Durchschnittstemperatur bei uns aber deutlich höher und der Grund dafür ist, dass etwas dieses Gleichgewicht stört oder besser gesagt, verschiebt. Dieses Etwas ist unsere Atmosphäre und die darin enthaltenen natürlichen Treibhausgase, die für eine zusätzliche Erwärmung sorgen. Wenn wir wissen wollen, wie warm es auf TOI-700 d tatsächlich ist, müssen wir wissen, ob und was für eine Atmosphäre dieser Planet hat.

Wir wissen, dass er eine Atmosphäre haben könnte. Entsprechende Computersimulationen haben gezeigt, dass eine Atmosphäre wie die der Erde dort zumindest länger als eine Milliarde Jahre existieren kann. Das ist nicht selbstverständlich, denn rote Zwerge leuchten zwar schwach, aber sie können trotzdem hinterhältig sein. Die kleinen Sterne haben nämlich üblicherweise eine sehr starke Aktivität, das heißt, sie schleudern sehr viel mehr Partikel und Material aus ihren äußeren Schichten ins All als zB die Sonne. Und das schafft Probleme für die Atmosphäre eines Planeten, die dadurch wie mit einem Sandstrahler abgetragen werden kann, wenn der Planet dem Stern zu nahe ist. Aber TOI 700 scheint ein überraschend braver roter Zwerg zu sein, ohne dramatische Ausbrüche, und der Planet kann eine Atmosphäre halten. Und wenn er das tatsächlich tut, dann dürfte es eine spannende Atmosphäre sein. Denn weil der Planet dem Stern so nahe ist, ist er mit ziemlicher Sicherheit gravitativ gebunden. Die Situation dort ist wie die zwischen Erde und Mond, wo der Mond immer die selbe Seite in Richtung Erde zeigt. Bei TOI-700 d ist also immer eine Hälfte des Planeten und vor allem immer die selbe Hälfte zum Stern gerichtet. Oder anders gesagt: Es gibt eine Hälfte, auf der immer Tag ist und eine, auf der immer Nacht herrscht. Das führt zu Temperaturunterschieden und das beeinflusst die Strömungen der Atmosphäre. Hätte TOI-700 d eine Atmosphäre wie die der Erde, dann würden sich dadurch zum Beispiel alle Wolken auf der hellen Seite sammeln.

Ein Planet im Licht eines roten Zwergs, auf dem es entweder immer Nacht, oder, auf der anderen Seite, ständig bewölkt ist: Das klingt nach einer faszinierenden Welt und man könnte endlos spekulieren, ob sich dort Leben entwickeln kann und wenn ja, wie das dann aussieht. Aber solange wir nicht wissen, ob es da eine Atmosphäre gibt und wie sie zusammengesetzt ist, müssen es reine Spekulationen bleiben. Bis wir die Technik haben, um das herauszufinden, wird es noch ein bisschen dauern. Aber es steht auf jeden Fall jetzt schon fest, dass es sich bei TOI-700 d um eine spektakuläre Welt handelt, egal ob sie der Erde ähnlich ist oder nicht.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PIA23408-Exoplanet-TOI700d-20200106.jpg

Sternengeschichten Folge 699: Die Monde des Dr. Waltemath

"Das Jahr 1898 scheint in den Annalen der Astronomie ein denkwürdiges Jahr zu werden. Es hat nicht nur bereits eine der erfolgreichsten totalen Sonnenfinsternisse erleben dürfen, sondern ein Hamburger Astronom hat auch die Entdeckung eines zweiten Mondes der Erde verkündet!"

So beginnt ein Artikel der am 24. März 1898 in einem amerikanischen Magazin erschienen ist. Die totale Sonnenfinsternis hat am 22. Januar 1898 stattgefunden. Aber was den zweiten Mond der Erde angeht, muss sich der Hamburger Astronom wohl geirrt haben. Denn der einzige Mond der Erde ist der, den wir immer schon hatten und auch jetzt noch haben. Aber die Frage nach diesem zweiten Mond und vor allem der Hamburger Astronom haben die Astronomie des frühen 20. Jahrhunderts noch eine Zeit lang beschäftigt. Es geht um Dr. Georg Wilhelm Waltemath. Er wurde am 24. August 1840 geboren und auch wenn er sich selbst gerne so bezeichnet hat und von diversen Medien immer wieder so bezeichnet wurde: Ein professioneller und wissenschaftlich ausgebildeter Astronom war er nicht. Aber er hat sich für die Astronomie interessiert und insbesondere für die Bewegung des Mondes. Mathematisch exakt zu beschreiben, wie sich der Mond um die Erde und beide um die Sonne bewegen, ist definitiv nicht einfach. Heute können wir das mit sehr genauen Computersimulationen lösen, aber damals konnte man nur rechnen, mit Stift und Papier. Das die Bewegung von mehr als zwei Körpern, die sich wechselseitig gravitativ beeinflussen, mathematisch nicht exakt gelöst werden kann, hat der französische Mathematiker Henri Poincaré erst 1890 bewiesen; aber es gibt natürlich diverse Näherungsmethoden, die aber höchst komplex und schwer anzuwenden sind. Die Geschichte dieser "Mondtheorie", wie man die Berechnung der Mondbahn genannt hat, hebe ich mir aber für eine andere Folge der Sternengeschichten auf, denn da gibt es überraschend viel zu erzählen. Für jetzt reicht es zu wissen, dass gegen des 19. Jahrhundert die beobachteten Positionen des Mondes nicht exakt mit den aus der Mondtheorie abgeleiteten Berechnungen übereingestimmt haben. Und Georg Waltemath fand das interessant. Er ging nicht davon aus, dass man es hier mit ungenauen Berechnungen zu tun hat. Sondern dass da etwas ist, was die Umlaufbahn des Mondes stört und so für die Abweichungen sorgt. Und dieses "etwas" ist ein zweiter Mond.

Aus heutiger Sicht klingt das ein wenig absurd, aber damals ist die Frage nach einem zweiten Erdmond in der Astronomie immer wieder aufgetaucht. Ich habe davon kurz in Folge 364 der Sternengeschichten erzählt, aber heute schauen wir uns das ein wenig genauer an. Schon 1846 hat der französische Astronom und Direktor der Sternwarte von Toulouse, Frédéric Petit, behauptet, einen zweiten Erdmond entdeckt zu haben. Seine Daten waren aber höchst unplausibel; dieser zweite Mond wäre erstens sehr klein gewesen und zweitens hätte er eine Bahn gehabt, die ihn bis auf wenig mehr als 11 Kilometer an die Erdoberfläche heran bringt. Aber immerhin hat es der Mond von Petit zu einem Gastauftritt in Jules Vernes Buch "Reise um den Mond" geschafft. Aber auch wenn niemand die Beobachtung von Petit bestätigt hat und auch kaum jemand in der Astronomie daran geglaubt hat, hat sich der Franzose nicht von der Idee abbringen lassen. Ein paar Jahre später hat er ein weiteres Mal die Existenz eines zweiten Mondes postuliert, diesmal aufgrund der Abweichungen zwischen der beobachteten und berechneten Position des Erdmonds am Himmel. Die Berechnungen waren so unzuverlässig wie beim ersten Mal und der Rest der Astronomie hat seine Arbeit weiterhin nicht ernst genommen. Aber vielleicht ist Georg Waltemath darauf gestoßen; vielleicht hat er die Idee auch unabhängig davon gehabt.

So oder so: Georg Waltemath war überzeugt, dass da ein zweiter Mond sein muss, dessen Einfluss erklärt, warum die Mondbewegung nicht mit den Berechnungen übereinstimmt. Er hat eine Umlaufzeit um die Erde von circa 177 Tagen, einen Durchmesser von 700 Kilometer und ist im Durchschnitt knapp über eine Million Kilometer von der Erde entfernt. 700 Kilometer - das ist nicht so groß wie der Mond den wir kennen, der immerhin einen Durchmesser von knapp 3500 Kilometer hat. Aber es ist auch kein winziger Felsbrocken und man fragt sich, warum niemand diesen zweiten Mond entdeckt hat. Das liegt daran, so Waltemath, dass der zweite Mond Sonnenlicht nur ganz schlecht reflektieren kann. Er ist dunkel und mit freiem Auge nicht zu sehen. Man braucht ein Teleskop und man muss genau wissen, wo man hinschauen muss, um ihn zu finden. Das ist zwar unpraktisch, aber es ist zumindest plausibel. Und es wäre noch viel plausibler gewesen, hätte Waltemath nicht ebenfalls behauptet, er hätte schon diverse Berichte von Leuten erhalten, die den zweiten Mond gesehen haben. Ein gewisser Herr Waller, ein Maler aus München und passenderweise ein Freund von Waltemath, soll den Mond am 16. Februar 1897 gesehen haben, als er direkt vor der Sonne vorüber gezogen ist. Und dann hat auch noch kein geringerer als Herr Postdirektor Ziegler aus Greifswald ein "merkwürdiges Phänomen" beobachtet, am 4. Februar 1898. Über diese Beobachtung wurde sogar ein Bericht in der Fachzeitschrift "Astronomische Nachrichten" veröffentlicht. "In den Mittagsstunden des 4. Februar wurde auf dem hiesigen Postgebäude ein merkwürdiges Phänomen vor der Sonne gesehen", beginnt der Bericht, den der deutsche Astronom Martin Brendel aufgeschrieben hat. Ein dunkler Körper wurde "dicht östlich der Sonne" bemerkt. Brendel merkt außerdem noch an, dass nicht nur der Postdirektor das Phänomen gesehen hat, sondern auch 11 weitere Personen, nämlich einige Familienangehörige und diverse Postbeamte. Aber gut, wenn ein gestandener preussischer Direktor etwas sieht, dann werden seine Untergeben und seine Familie ihm da vermutlich nicht widersprechen…

Waltemath war jedenfalls überzeugt von der Existenz seines zweiten Mondes. Er hatte allerdings Probleme, die Astronomie davon zu überzeugen. Magazine und Zeitungen haben seine Behauptungen gerne gedruckt, wie das von mir zitierte Beispiel zu Beginn dieser Folge zeigt. Aber die Fachwelt war skeptisch. Dabei hat Waltemath extra jede Menge Flugblätter und Schriften gedruckt, um die Wissenschaft zu informieren. Ein Beispiel davon aus dem Jahr 1898 beginnt mit den Worten "Aufruf an die Herren Astronomen und Freunde der Astronomie". Und geht weiter mit "Ein zweiter Mond der Erde. Die säkulare Beschleunigung der Mond-Bewegung in Länge ist bekanntlich um 5 Sekunden grösser, als sie nach der Störungs-Theorie aus den Einwirkungen der Planeten sein sollte und die Versuche, diese Acceleration zu erklären, sind bis jetzt nicht gelungen. Der Unterzeichner ist der Überzeugung, dass ein System kleiner Monde und Meteoriten die Beschleunigung herbeiführen. Thatsächlich ist auch am 11. Juni 1855 von Dr. Ritter, einem Lehrer der Polytechnischen Schule von Hannover, mit bloßem Auge ein runder schwarzer Körper beobachtet worden, der von rechts nach links an der Sonne vorüberging".

Und bald können sich die "Herren Astronomen" sowieso alle selbst von der Existenz des Mondes überzeugen. Denn, so die Berechnungen von Waltemath, am 30. Juli 1898 wird der Mond wieder direkt vor der Sonnenscheibe vorüber ziehen. Und vielleicht ist dem einen oder der anderen aufgefallen, dass in dem Zitat vorhin von einem "System kleiner Monde" die Rede war. Waltemath hatte seiner Meinung nach tatsächlich nicht nur einen zweiten Mond entdeckt, sondern auch noch einen dritten. Der soll mit 750 Kilometern ein wenig größer als der zweite sein, und noch dazu sehr viel näher, nämlich mit einem Abstand von 427250 Kilometern nur wenig weiter als der erste, also der "normale" Mond der Erde. Dieser Mond soll außerdem ein "wahrhafter Wetter- und Magnetmond" sein. Damit mein Waltemath, dass dieser Mond mit seinem Einfluss das Wetter der Erde beeinflusst und auch verantwortlich für diverse Wetterereignisse der Vergangenheit gewesen sein muss.

Nun ja. Am 30. Juli 1898 hat niemand den zweiten Mond gesehen und den dritten auch nicht. Und die Beobachtungen, die Waltemath selbst für seine Hypothese ins Feld führt, sind nicht so überzeugend, wie er vielleicht dachte. So gut wie immer geht es dabei nicht um Beobachtungen die in der Nacht gemacht worden sind, sondern um dunkle Flecken auf der Sonnenscheibe. Nur dass es eben keine Flecken auf der Sonne sind: Man sieht hier den zweiten Mond, wie er von uns aus gesehen gerade direkt vor der Sonne vorüber zieht. Und das ist auch nicht prinzipiell unplausibel. Es ist allerdings sehr schwer, Beobachtungen dieser Art zweifelsfrei zu belegen. Der Postdirektor aus Greifswald zum Beispiel, hat kein Teleskop gehabt. Sondern einfach mit freiem Auge zur Sonne geschaut. Dass das eher ungesund ist, muss ich hoffenlicht nicht extra erklären und dass da die Chancen gut stehen, alle möglichen dunklen Flecken irgendwo zu sehen, obwohl sie gar nicht da sind, ebenso. Das grelle Licht der Sonne ist nicht nur gefährlich für die Augen sondern kann auch alle möglichen optischen Täuschungen erzeugen. Und im Fall von Greifswald wissen wir auch, dass es sich um optische Täuschungen handelt. Denn Waltemath hatte - unter anderem - auch Ivo von Benko kontaktiert, Direktor der Sternwarte in Pola in Kroatien und gemeint, er solle zwischen 2. und 4. Februar die Sonne beobachten, weil da sein Mond vorbei kommen würde. Das hat von Benko auch gemacht, in aller astronomischen Sorgfalt und genau nichts gefunden. Was auch immer der Postdirektor in Greifswald gesehen hat, war mit Sicherheit kein zweiter Mond der Erde. Das hat der Herausgeber der Astronomischen Nachrichten auch mit Vermerk auf die Beobachtungen in Pola am Ende des von mir vorhin zitierten Berichts von Martin Brendel hinzugefügt. Und er merkt auch noch an: "Auf die Waltemath'sche Aufforderung, die wohl den meisten deutschen Sternwarten zugegangen ist, an dieser Stelle näher einzugehen, dürfte sich nicht der Mühe verlohnen, da die Grundlagen seiner Rechnung einer strengeren Kritik nicht Stand zu halten vermögen".

Und das ist aus meiner Sicht auch der relevante Punkt an dieser Geschichte. Es spricht nichts dagegen, neue, originelle, revolutionäre oder vielleicht sogar verrückte Ideen zu haben. Manchmal sind es genau diese Ideen, die die Wissenschaft voranbringen. Den Unterschied zwischen Beobachtung und Berechnung durch den Einfluss eines bis dahin unbekannten zweiten Erdmondes zu erklären, ist prinzipiell ok. Es ist keine unphysikalische Idee, es ist keine unmögliche Situation - die Entdeckung des Planeten Neptun ist ja zum Beispiel genau so abgelaufen, weil man seine Existenz aus Ungereimtheiten bei der Bewegung des Uranus abgeleitet hat. Aber man darf bei einer gute Ideen eben nicht aufhören. Sie muss erstens gut begründet sein und vor allem muss man die Gültigkeit der Idee überprüfen und - das ist der wirklich wichtige Punkt - das Ergebnis dieser Prüfung akzeptieren. Die Idee von Waltemath war für sich genommen nicht schlecht. Sie war außergewöhnlich und vielleicht ein klein wenig verrückt und man hat sie überprüft. Sie hat diese Prüfung nicht überlebt und Waltemath hätte das akzeptieren sollen, was er aber nicht getan hat. Stattdessen war er böse auf die "Herren Astronomen" und das ist leider die falsche Reaktion, zumindest dann, wenn man ernsthaft Wissenschaft betreiben will.

So wie Waltemath auf seiner Theorie beharrt hat, ist auch die Idee des zweiten Mondes geblieben. 1918 hat Walter Gornold behauptet, den zweiten Mond von Waltemath entdeckt zu haben. Gornold war aber kein Astronom sondern Astrologe und er hat den Mond "Lilith" genannt. Lilith, so Gornold, ist ein "dunkler" Mond und die meiste Zeit über unsichtbar. Aber natürlich wichtig für die Astrologie, weswegen dieses nicht-existente Objekt auch heute noch in diversen Horoskopen verwendet wird. 1926 war es ein dann deutscher Hobby-Astronom, ein gewisser Herr Spill, der einen zweiten Mond entdeckt haben wollte. Cuno Hoffmeister, damals Direktor der Sternwarte Sonneberg hat darüber in der Fachzeitschrift "Die Sterne" geschrieben und dabei auf die Thesen von Georg Waltemath verwiesen. Allerdings ohne dessen Namen zu nennen. Er schreibt, dass es vor einigen Jahrzehnten schon jede Menge Trubel mit Behauptungen über einen zweiten Mond gegeben hat, von einem "Dr. W aus Hamburg, dessen Name es nicht wert ist, aus der Vergessenheit gerettet zu werden". Ich hoffe, Cuno Hoffmeister ist nicht allzu böse über diese Folge…

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