Sternengeschichten Folge 687: Zwerggalaxien und ihre Probleme

In dieser Folge der Sternengeschichten schauen wir wieder weit hinaus ins Weltall. Auf jeden Fall über die Grenzen unserer Milchstraße hinaus. Es wird extragalaktisch, aber wir wollen auch nicht übertreiben und bleiben bei den kleinen Dingen, die sich im großen Raum jenseits der Milchstraße befinden: Den Zwerggalaxien.

Die sind, immer wieder mal, in verschiedenen Folgen der Sternengeschichten aufgetaucht, aber sie haben bis jetzt noch keine eigene Folge bekommen, und das ist nötig. Denn die Zwerggalaxien sind nicht nur sehr spannend, sondern auch Teil eines großen Problems, das wir mit dem Verständnis des gesamten Universums und seiner Entwicklung haben.

Aber bevor es problematisch wird, bleiben wir bei den Zwerggalaxien selbst. Eine Galaxie ist eine große Ansammlung von Sternen, ein paar hundert Milliarden oder sogar noch mehr, die durch ihre Gravitationskraft aneinander gebunden sind. Und Gas, Staub, dunkle Materie und so weiter ist da natürlich auch noch mit dabei. Die Milchstraße ist eine Galaxie, zu der auch die Sonne gehört. Die Andromedagalaxie ist unsere nächstgelegene Nachbargalaxie - und so weiter. Das Universum ist voll damit. Und eine Zwerggalaxie ist - wenig überraschend - eine kleine Galaxie. Es gibt keine exakte Definition, ab wann man einen Haufen Sterne als "Zwerggalaxie" bezeichnet. Wenn es sehr viele Sterne sind, dann ist es eine Galaxie. Wenn es sehr wenig Sterne sind, dann ist es ein Sternhaufen beziehungsweise ein Kugelsternhaufen. Und irgendwo dazwischen sind die Zwerggalaxien. Typischerweise haben Zwerggalaxien mindestens ein paar hunderttausend Sterne und höchstens ein paar Milliarden. Aber wie gesagt - klare Grenzen gibt es da nicht.

In Folge 243 der Sternengeschichten habe ich ausführlich über die große und die kleine Magellansche Wolke gesprochen; zwei Zwerggalaxien, die man sehr gut mit freiem Auge am Nachthimmel sehen kann, zumindest wenn man sich ausreichend weit im Süden befindet. Sie enthalten 15 Milliarden Sterne beziehungsweise circa 5 Milliarden Sterne und in beiden Fällen sind das ziemlich viele Sterne. Ok, es sind nicht die rund 200 Milliarden Sterne die sich in der Milchstraße befinden, aber jetzt auch nicht dramatisch viel weniger. Wir haben aber auch schon Zwerggalaxien gefunden wie Ursa Major III, in der wir nur 57 Sterne sehen konnten. Das sind zugegeben extrem wenig Sterne, aber in dem Fall wird das durch die große Menge an dunkler Materie ausgeglichen, die sich dort befindet. Aber Objekte wie Ursa Major III sind Extremfälle und eine eigene Folge der Sternengeschichten wert.

Bleiben wir bei den normalen Zwerggalaxien. So wie die großen Galaxien kann man sie auch anhand ihrer Form einteilen. Es gibt elliptische und sphäroidale Zwerggalaxien, die - wie der Name nahelegt - mehr oder weniger kugelförmige Ansammlungen sind. Es gibt die irregulären Zwerggalaxien, deren Form irgendwie ist und es gibt Zwergspiralgalaxien. Dort sind die Sterne in einer Scheibe mit Spiralarmen angeordnet, so wie es auch in der Milchstraße und vielen anderen großen Spiralgalaxien der Fall ist. Zwergspiralgalaxien sind aber deutlich seltener. Damit eine Galaxie Spiralearme ausbilden kann, braucht sie vor allem ausreichend viel Gas und die Sterne müssen sich ausreichend lange stabil um das Zentrum der Galaxie herum bewegen. Zwerggalaxien sind klein und haben wenig Masse. Dadurch ist auch die gravitative Bindung zwischen den Sternen schwach und sie bewegen sich langsam. Sie können deswegen durch ihre Bewegung auch nicht die gravitativen Störungen auf das Gas ausüben, so dass dort neue Sterne entstehen. Ich will jetzt gar nicht im Detail auf die Entstehung von Spiralarmen und die "Dichtewellentheorie" eingehen, die das erklärt. Aber sehr kurz gesagt: Spiralarme bilden sich dann, wenn die kombinierten gravitativen Störungen jeder Menge Sterne auf die richtige Weise auf das interstellare Gas einwirken, so dass dort an bestimmten Stellen neue Sterne entstehen. Die leuchten dann hell und weil sie eben nur an bestimmten Stellen entstehen und hell leuchten, sehen wir ein Muster und dieses Muster sind die Spiralarme. Zwerggalaxien haben im Allgemeinen zu wenig Sterne dafür, sie bewegen sich nicht auf die richtige Weise und haben zu wenig Masse, um das Gas, das man für die Sternentstehung braucht, festzuhalten.

Deswegen sind die allermeisten Zwerggalaxien einfach "Haufen" von Sternen; manche eher kugelförmig und manche komplett unförmig. Und unförmig sind sie vor allem dann, wenn sie mit einer großen Galaxien in Wechselwirkung treten. Auch davon habe ich schon oft erzählt, zum Beispiel als es um die Sternströme in Folge 177 ging. Eine große Galaxie kann eine kleine Zwerggalaxie durch ihre Gravitationskraft nicht nur anziehen, sondern auch verformen. Und am Ende dann verschlucken. Das passiert ständig denn die Zwerggalaxien sind normalerweise immer in der Nähe von großen Galaxien zu finden. Es gibt zwar auch welche, die isoliert und weitab von allen anderen Galaxien existieren. Aber normalerweise ist die Situation so wie bei unserer Milchstraße: Sie hält sich einen ganzen Haufen an Satellitengalaxien. Wir kennen ein paar Dutzend davon. Die uns nächstgelegene ist die Canis-Major-Zwerggalaxie in circa 25.000 Lichtjahren Entfernung. Die bekanntesten sind die vorhin angesprochenenen Magellanschen Wolken, von denen die große auch die größte Satellitengalaxie ist. Aber wir kennen eben auch noch jede Menge andere, die die Milchstraße wie eine Wolke umgeben. Auch die Andromedagalaxie hat ihre eigene Gruppe an Satellitengalaxien.

Und jetzt nähern wir uns langsam dem Problem, das ich zu Beginn der Folge angesprochen habe. Wir gehen heute davon aus, dass die Galaxien sich hierarchisch entwickelt haben. Das soll heißen: Zuerst sind kleine Strukturen entstanden und die haben sich langsam zu größeren entwickelt. Oder anders gesagt: Eine Galaxie wie die Milchstraße, die aus ein paar hundert Milliarden Sternen besteht, ist nicht auf einen Schlag entstanden. Zuerst waren da jede Menge kleinere Ansammlungen von Sternen, die sich gegenseitig mit ihrer Gravitationskraft beeinflusst haben. Manche davon sind miteinander verschmolzen und haben größere Ansammlungen gebildet. Die größten haben dann dominiert und noch mehr der kleineren verschluckt. Bis am Ende dann, vereinfacht gesagt, eine große Galaxie existiert, die von jeder Menge Zwerggalaxien umgeben ist, die noch nicht mit ihr verschmolzen sind sondern sich vorerst noch als "Satelliten" um die große Galaxie herum bewegen.

Mit unserem Wissen über die Vorgänge im frühen Universum, den theoretischen Modellen über die Entstehung und Entwicklung der Galaxien und so weiter, können wir das alles im Computer simulieren. Das ist alles andere als einfach. Man muss dazu zum Beispiel den Einfluss der dunklen Materie berücksichtigen, von der es ja sehr, sehr viel mehr gibt als von der normalen Materie. Die dunkle Materie hat im frühen Universum gigantische Wolke gebildet. Die Anziehungskraft dieser Wolken hat dafür gesorgt, dass die normale Materie sich in deren Zentren ansammelt. Dort sind daraus dann Galaxien entstanden - jede Galaxie liegt also im Zentrum einer noch viel größeren Wolke aus dunkler Materie. Diese Dunkle-Materie-Wolken stehen natürlich ebenfalls in Wechselwirkung miteinander und weil es eben so viel mehr dunkle Materie gibt als normale Materie, ist es genaugenommen diese Wechselwirkung, die relevant ist. Die Galaxien und Zwerggalaxien in den Zentren dieser Wolken sind nur so etwas wie leuchtende Markierungen für uns, anhand derer wir nachvollziehen können, wie die Struktur der Wolken aussehen muss.

All das muss man berücksichtigen, wenn man entsprechende Computermodelle haben will. Auf jeden Fall aber kann man solche Simulationen machen und sie stimmen eigentlich recht gut mit den realen Daten überein. Die großräumige Struktur, die sich in so einem Computeruniversum im Laufe der Jahrmilliarden entwickelt sieht mehr oder wenig so aus wie das, was wir auch in echt sehen, wenn wir die Verteilung der Galaxien im Universum kartieren. Wenn da nicht die Zwerggalaxien wären! Denn wir sehen zwar, dass jede große Galaxie einen Haufen Satellitengalaxien um sich herum hat. Aber wir sehen deutlich weniger als in den Simulationen. Das ist das Problem mit den Zwerggalaxien, das auch oft das "Missing Satellite Problem" genannt wird.

Wir wissen immer noch nicht genau, was die Ursache für das Zwerggalaxienproblem ist. Es kann natürlich sein, dass wir irgendwas grundlegendes nicht verstanden haben, was mit der Entwicklung des Universums zu tun hat. Vielleicht brauchen wir ein neues kosmologisches Modell; eine völlig neue Theorie über das Universum. Aber, und das ist vermutlich wahrscheinlicher, vielleicht haben wir auch nur ein paar Details noch nicht ganz verstanden. Wir sehen ja nur die Zwerggalaxien, in denen sich auch ausreichend viele Sterne befinden, die Licht aussenden. Es kann aber durchaus sein, dass in vielen Zwerggalaxien wenig oder vielleicht sogar gar keine Sterne gebildet worden sind. Ich habe vorhin gesagt, dass die großräumige Struktur durch die Verteilung der dunklen Materie bestimmt wird, die wir nicht direkt beobachten können. Wir sehen nur die normale Materie, die sich in den Zentren der großen Wolken aus dunkler Materie angesammelt und in Form von Sternen und Galaxien zu leuchten begonnen hat. Was aber, wenn sich in manchen Wolken aus dunkler Materie keine Sterne gebildet haben? Oder nur so wenig, dass wir es nicht beobachten können? Vielleicht müssen wir nicht unsere Theorien über das Universum über den Haufen werfen, sondern besser verstehen, wie die Wolken aus dunkler Materie die Entstehung von Galaxien beeinflussen?

Was aber auf jeden Fall außer Frage steht ist: Zwerggalaxien sind wichtig. Sie sind zahlreicher als die großen Galaxien. Sie sind quasi das, was bei der Entstehung der großen Galaxien übrig geblieben sind; sie sind eine Möglichkeit für uns, die Bildung der großen Strukturen im Universum zu verstehen. Und je besser wir darin werden, sie zu beobachten, desto besser werden wir auch verstehen, wie das Universum zu dem geworden ist, was wir heute sehen.

**Sternengeschichten Folge 686: Der asymptotische Riesenast **

In dieser Folge der Sternengeschichten geht es zum asymptotischen Riesenast! Das klingt natürlich seltsam: Was soll ein Ast mit dem Weltraum zu tun haben und warum ist es ein Riesenast? Und warum ist er asymptotisch? Das werden wir alles klären - aber es geht natürlich nicht um den Ast eines Baumes, sondern um das, was ein Stern wie unsere Sonne macht, kurz bevor er aufhört, ein Stern zu sein. Der asymptotische Riesenast beschreibt die letzten Schritte im Leben eines Sterns und da passieren jede Menge spektakuläre Dinge.

Aber bevor wir zum Ast kommen, müssen wir uns ein wenig mit dem Stern beschäftigen. Alles was ich im folgenden sage, gilt für Sterne, die nicht allzu viel mehr Masse haben als unsere Sonne. Es geht um Sterne, mit circa einer halben Sonnenmasse, bis hin zum circa 8-fachen der Sonnenmasse. Nur sie verhalten sich so, wie ich es jetzt gleich erklären werde. Ich habe in den vergangenen Folgen der Sternengeschichten schon oft davon erzählt, was ein Stern wie unsere Sonne gegen Ende seines Lebens tut. Aber für diese Folge müssen wir uns das sehr viel genauer ansehen als bisher. Ein Stern fusioniert Wasserstoff zu Helium und erzeugt dadurch Energie. Das passiert aber nur im Kern des Sterns, weiter außen reicht die Temperatur dafür nicht aus. Wenn im Kern kaum Wasserstoff mehr übrig ist, dann wird logischerweise auch weniger Fusion stattfinden und es wird weniger Energie erzeugt, die in Form vom Strahlung nach außen dringen kann. Diese Strahlung ist aber quasi die Gegenkraft, die verhindert, dass der Stern unter seiner eigenen Masse in sich zusammenfällt. Wenn der Strahlungsdruck also geringer wird, fällt der Stern - oder genauer gesagt: Der Kern, der jetzt fast nur noch aus Helium besteht - in sich zusammen. Deswegen steigt dort die Dichte und es steigt die Temperatur. Weil der Kern jetzt heißer ist als vorher, heizt er auch die weiter außen liegenden Gasschichten des Sterns auf. Und dort befindet sich ja noch jede Menge Wasserstoff; Wasserstoff, der auf einmal ausreichend stark aufgeheizt wird, um fusionieren zu können. Oder anders gesagt: Wir haben jetzt einen Stern mit einem Kern aus Helium, das vorerst nichts macht, und drum herum eine Hülle aus Wasserstoff, der heiß genug ist, um zu Helium fusioniert zu werden.

Und es ist nicht nur heiß genug, es ist sogar noch heißer als es vorher im alten Kern war. Denn der neue Heliumkern ist viel kompakter und dichter; seine Gravitationskraft ist sehr stark und deswegen ist der Druck in der darüberliegenden Schale aus Wasserstoff ebenfalls sehr hoch und hoher Druck bedeutet immer auch eine hohe Temperatur. Der Wasserstoff, der jetzt in der Schale um den Kern herum fusioniert, tut das also unter extremeren Bedingungen; es wird sehr viel mehr Energie frei als früher und die muss irgendwie nach außen. Der jetzt stärkere Strahlungsdruck bläht den Stern auf. Er wird größer und seine Oberfläche dadurch kühler (weil sich die Energie dort jetzt über eine größere Fläche verteilt als vorher). Das Resultat: Wir haben einen Stern, der einerseits - außen! - kühler ist als vorher und gleichzeitig heller leuchtet, weil er viel größer ist. Ein Stern wie unsere Sonne, der vorher weiß-gelbliches Licht abgegeben hat, leuchtet nun im kühleren Rot und wird riesig. Oder anders gesagt: Er wird zu einem Roten Riesenstern.

Ist der Wasserstoff in der Schale aufgebraucht und zu Helium geworden, dann ist einerseits der Heliumkern dadurch größer geworden, noch dichter und noch heißer und andererseits kann dadurch die nächst-äußere Wasserstoffschicht zu fusionieren beginnen. Der Stern bläht sich noch mehr auf - und so weiter. Aber natürlich nicht ewig und so weiter. Was am Ende dieser Entwicklung, passiert habe ich in Folge 576 sehr ausführlich erklärt. Irgendwann wird es jetzt auch im Heliumkern so heiß, dass endlich auch die Heliumatome miteinander fusionieren können. Das passiert quasi schlagartig, und deswegen nennt man das auch den "Helium-Blitz". Ob und wie so ein Blitz stattfindet hängt übrigens von der Masse des Sterns ab, aber das wichtige ist: Wir haben jetzt einen Stern, der quasi doppelt fusionieren kann: Helium im Kern und Wasserstoff in einer Schale außen herum. Das ganze läuft jetzt wieder ein wenig stabiler ab; der Stern dehnt sich nicht mehr dramatisch aus; seine Oberfläche wird wieder ein wenig heißer; seine Helligkeit wächst nicht mehr dramatisch an. Aber auch diese Phase dauert nicht ewig, denn irgendwann ist das Helium im Kern durch die Fusion aufgebraucht. Jetzt passiert quasi das selbe wie vorhin, nur mit Helium anstatt Wasserstoff. Der Kern fällt in sich zusammen; es wird heiß genug, dass Helium in einer Schale um den Kern herum fusionieren kann (während noch weiter außen der Wasserstoff natürlich immer noch fusioniert und neues Helium produziert). Der Stern beginnt wieder, sich aufzublähen und seine Oberfläche kühlt weiter ab.

In Wahrheit sind die Vorgänge natürlich alle deutlich komplexer als ich sie beschrieben habe, aber das reicht fürs Erste. Es reicht auf jeden Fall, um jetzt endlich die Sache mit dem Riesenast zu klären. Und dafür müssen wir noch einen kurzen Ausflug zum Hertzsprung-Russell-Diagramm machen. Darüber habe ich in einer der allerersten Folgen der Sternengeschichten gesprochen. Dieses Diagramm ist eines der wichtigsten Instrumente in der Astronomie. Ganz simpel gesagt handelt es sich um ein Diagramm, bei dem auf der x-Achse die Temperatur des Sterns aufgetragen wird, und zwar so, dass hohe Temperaturen links sind und tiefe Temperaturen rechts. Auf der y-Achse trägt man die Helligkeit ein, so dass helle Sterne oben sind und weniger helle weiter unten. Ein Stern, der noch quasi mitten im Leben steht, ändert weder seine Helligkeit noch seine Temperatur - das ist ja alles im Gleichgewicht. Er hat in dieser Phase also einen fixen Platz im Diagram: Kühle Sterne leuchten schwach; heiße Sterne leuchten hell und wenn wir alle möglichen Sterne in so ein Diagramm einzeichnen, kriegen wir Punkte entlang einer Linie, die von links oben nach rechts unten verläuft. Diese Linie nennt man die "Hauptreihe", weil sie eben die Phase markiert, in der ein Stern den hauptsächlichen Teil seines Lebens verbringt.

Als ich vorhin von dem erzählt habe, was in den späten Phasen eines Sternenlebens passiert, habe ich auch immer wieder gesagt, dass die Leuchtkraft sinkt oder die Temperatur steigt, und so weiter. Das heißt aber auch: Wenn ein Stern in diese Endphase seines Lebens kommt, dann fängt er an, im Hertzsprung-Russell-Diagramm herumzuwandern. Die erste Phase die ich beschrieben habe, war die der Roten Riesen: Ein Stern wird kühler und gleichzeitig heller, weil er sich aufbläht. Im Hertzsprung-Russell-Diagramm entspricht das also einer Linie, die vom Startpunkt irgendwo auf der Hauptreihe nach rechts oben verläuft. Wenn dann der Heliumblitz einsetzt, wird der Stern ein klein wenig heißer und kaum noch heller. Er wandert im Diagramm jetzt also wieder ein Stück nach links und gleichzeitig nur wenig oder gar nicht nach oben. Die Linie knickt also fast horizontal nach links ab. Dann, wenn auch die Heliumschalen zu fusionieren beginnen, bläht sich der Stern wieder auf, wird wieder heller und kühler - und folgt im Laufe der Zeit einer Linie, die erneut nach rechts oben im Diagramm verläuft, fast parallel zur ersten Linie der er während der Phase als roter Riese gefolgt ist.

Ich weiß, es ist ein wenig schwierig sich das ohne Bilder vorzustellen. Aber ich habe das trotzdem so ausführlich erklärt, weil man nur so verstehen kann, was mit dem Begriff "Asymptotischer Riesenast" gemeint ist. Ich habe vorhin schon von der "Hauptreihe" geredet, dem Bereich im Hertzsprung-Russell-Diagramm, in dem sich die Sterne während ihrer normalen Lebensphase befinden. Und genau so wie man diesem Bereich einen Namen gegeben hat, haben auch die anderen Regionen Namen, in denen sich ein Stern während seiner Entwicklung befinden kann. Wenn man alle möglichen Linien einzeichnet, denen Sternen folgen können, dann sieht es fast so aus wie Äste, die aus der Hauptreihe herauswachsen und darum hat man sie auch so genannt. Die Linie, entlang der sich ein Stern während seiner Phase als Roter Riese nach rechts oben bewegt, heißt "Roter Riesenast". Wenn die dann horizontal nach links abknickt, weil der Heliumblitz eingesetzt hat, befindet sich der Stern auf dem "Horizontalast". Danach kommt er auf die Linie, die parallel neben dem Riesenast wieder nach rechts oben führt. Die eine Linie nähert sich also quasi der anderen an und man hat dafür den mathematischen Fachbegriff der Asymptote verwendet, auch wenn es streng genommen mathematisch nicht korrekt ist. Aber das kümmert die Astronomie in dem Fall nicht und man nennt die Linie, entlang der sich ein Stern in dieser Phase seines Lebens bewegt trotzdem den "Asymptotischen Riesenast". Auf englisch heißt das "asymptotic giant branch" oder kurz "AGB" und ein Stern, der gerade diese Entwicklung durchmacht wird AGB-Stern genannt.

Auch unsere Sonne wird diesem Weg folgen. In 5 bis 6 Milliarden Jahren wird sie die Hauptreihe verlassen und sich entlang des Roten Riesenastes entwickeln. Sie wird einen kurzen Schlenker am Horizontalast einlegen, bevor sie als AGB-Stern auf den Asymptotischen Riesenast einschwenkt. Und dann? Dann ist ihr Leben als Stern bald vorbei. Sie wird größer werden, als sie es als Roter Riese gewesen ist; ihr Inneres wird immer heißer werden und der Druck der Strahlung immer größer. Im Abstand von einigen zehn- bis hunderttausend Jahren werden mehrere Heliumblitze stattfinden, je nachdem in welcher Schale um den Kern das Helium gerade zu fusionieren beginnt. Dabei wird die freiwerdende Strahlung so viel Druck ausüben, dass sie sich nicht nur aufbläht, sondern Teile ihrer äußeren Schichten komplett hinaus ins All pustet. Sie verliert immer mehr Masse, wodurch in den Schalen um den Kern immer weniger bleibt, was fusionieren kann. Am Ende bleibt nur ein Kern übrig, in dem keine Fusion mehr stattfindet, der aber immer noch heiß genug ist, um die abgestoßenen Gasschichten zum Leuchten anzuregen. Das ist die Phase der "Planetarischen Nebel", von denen ich in Folge 303 ausführlich gesprochen habe und wenn die Gasschichten sich irgendwann verflüchtigt haben, bleibt nur der fusionslose Kern übrig beziehungsweise das, was wir einen "Weißen Zwerg" nennen. Aber weder einen weißer Zwerg noch einen planetarischen Nebel kann man als "Stern" bezeichnet. Das letzte Mal, das unsere Sonne diesen Status verdient hat, ist in ihrer Phase als AGB-Stern am Asymptotischen Riesenast.

Verglichen mit den Milliarden von Jahren, die ein Stern davor auf der Hauptreihe verbringt, ist die Zeit am Asymptotischen Riesenast verschwindend kurz. Dort verbringt er höchstens ein paar Millionen Jahren. Trotzdem passieren währenddessen in seinem Inneren so viele komplexe Dinge, dass die Erforschung der AGB-Sterne eine eigene Disziplin innerhalb der Astronomie ist. Die AGB-Phase der Sterne hat zum Beispiel die chemische Entwicklung des Universums massiv geprägt; viele chemische Elemente können nur in dieser kurzen Zeit unter diesen speziellen Bedingungen entstehen. Aber das ist wieder eine ganz andere Geschichte. Auch wenn Sterne nur kurze Zeit am Asymptotischen Riesenast verbringen, reicht es natürlich trotzdem um darüber noch sehr viel mehr Geschichten erzählen zu können.

Sternengeschichten Folge 685: Die dicken und die dünnen Scheiben der Galaxien

Bei einer "dicken Scheibe" denkt man vermutlich zuerst an das, was man sich von einem Kuchen abschneiden möchte und die dünne Scheibe ist das, was man sich dann auf den Teller legt, wenn man zu viele dicke Scheiben gegessen hat. Aber in dieser Folge geht es heute natürlich nicht ums Essen. Es geht um Galaxien und darum, wie sie aufgebaut sind. Und vor allem geht es darum, was wir aus diesem Aufbau über die Entstehung und Entwicklung der Galaxien lernen können.

Die Sonne ist Teil der Milchstraße, einer Galaxie die aus ein paar hundert Milliarden Sternen besteht und bei der es sich um eine sogenannte "Spiralgalaxie" handelt. Ich habe in den vergangenen Folgen immer wieder über die verschiedenen Arten von Galaxien gesprochen und bei den Spiralgalaxien meistens erklärt, dass man dort zwei hauptsächliche Komponenten unterscheiden kann. Einerseits eine kugelförmige Zentralregion die dicht mit Sternen besetzt ist, den sogenannten "Bulge". Dieser Bulge befindet sich inmitten einer großen Scheibe aus Sternen, die sich dort spiralförmig anordnen und weniger dicht beieinander stehen als im Bulge. Und das ist auch richtig - aber wie so oft ist es nicht das komplette Bild. Aber das haben wir erst gemerkt, als wir uns die Spiralgalaxien ganz genau angesehen haben.

Normalerweise ist das, was ich vorhin gerade gesagt habe, auch genau das, was man sehen kann, wenn man Aufnahmen von fernen Spiralgalaxien macht. Man sieht eine Scheibe mit Spiralarmen und ein helles Zentrum. Im Jahr 1979 hat dann aber der amerikanische Astronom David Burstein eine Arbeit über die Helligkeitsverteilung in lentikulären Galaxien veröffentlicht. Was lentikuläre Galaxien sind, habe ich in Folge 591 ausführlich erklärt; ist aber jetzt auch gar nicht so relevant. Viel wichtiger ist, dass sich Burstein mit der vertikalen Helligkeitsverteilung beschäftigt hat, auch wenn das vielleicht eher ein klein wenig öde klingt anstatt wichtig. Aber im Prinzip geht es um folgendes: Wenn wir ferne Galaxien untersuchen, dann können wir dort nur in ganz seltenen Fällen tatsächlich einzelne Sterne sehen. Das geht nur bei unseren nächsten Nachbargalaxien; von allen anderen sehen wir nur eine leuchtende, scheibenförmige Struktur. Aber wir sind natürlich trotzdem an den Details zum Aufbau der Galaxie interessiert. Der genaue Prozess um das zu erreichen, ist selbstverständlich sehr komplex und aufwendig, aber kurz gesagt, läuft es so: Man misst die Helligkeit der Galaxie, aber nicht im Ganzen, sondern in verschiedenen Bereichen. Man kann zum Beispiel Linien gleicher Helligkeit bestimmen; ein wenig so wie man es in der Meteorologie mit Temperatur und Luftdruck macht. Dann kann man auf den Landkarten Isothermen und Isobaren einzeichnen; in der Astronomie sind dass dann dementsprechend Isophoten. Aber die Bezeichnungen sind auch gar nicht so wichtig. Man verbindet die Punkte gleicher Helligkeit und dann kriegt man zum Beispiel eine Kurve, die das Zentrum der Galaxie umschließt, wo sich der dicht mit Sternen besetzte und damit auch sehr helle Bulge befindet. Außerhalb dieser Kurve ist es dann weniger hell, dh. dort müssen auch weniger Sterne sein, noch weiter außerhalb ist es noch weniger hell, und so weiter. Aus den Details der Struktur der Isophoten kann man dann ableiten, wie viele Sterne sich in welchem Abstand vom Zentrum befinden müssen und die Struktur der Galaxie selbst rekonstruieren.

David Burstein hat 1979 Galaxien untersucht, die wir "edge-on" sehen. Das heißt, von uns aus gesehen blicken wir genau auf die Kante der Scheibe. Wir sehen also keine Spiralarme - dafür müssten wir mehr von "oben" auf die Scheibe schauen. Aber Burstein wollte wissen, wie dick die Scheiben sind und hat dafür genau die Helligkeitsmessungen gemacht, die ich gerade erklärt habe und dann probiert, daraus mit Modellen abzuleiten, wie groß Scheibe und Bulge sind. Dabei hat Burstein gemerkt, dass das nicht so gut funktioniert, zumindest dann nicht, wenn man auch den Teil der Scheibe vernünftig berücksichtigen will, der am wenigsten hell leuchtet. Er hat nur dann ein brauchbares Ergebnis bekommen, wenn er in seinem Modell zwei Scheiben verwendet. Eine dünne Scheibe, um die herum sich auch noch eine dicke Scheibe befindet. Nur die Modelle in der die Scheibe aus diesen beiden Komponenten besteht waren in der Lage, die Helligkeitsmessungen vernünftig zu beschreiben.

Und weil die Astronomie bei der Namensgebung oft erstaunlich unkreativ ist, sind dass die Bezeichnungen, die man auch heute noch verwendet: Dicke Scheibe und Dünne Scheibe. Und jetzt könnte man sich natürlich denken, warum man da eine eigene Folge der Sternengeschichten machen muss. Dann haben die Spiralgalaxien halt eine dünne und eine dicken Scheibe? Was ist da so außergewöhnlich daran. Beziehungsweise: Wenn die dünne Scheibe quasi innerhalb der dicken Scheibe liegt, ist dass dann nicht eigentlich immer noch nur eine Scheibe?

Das sind gute Fragen und wie üblich ist die Sache nicht so einfach, wie sie auf den ersten Blick klingt. Die Sterne in einer Galaxien sind ja nicht gleichmäßig verteilt. Ich habe zu Beginn schon erwähnt, dass es den Bulge gibt, in dem die Sterne viel dichter beieinander stehen als in der Scheibe. Und in der Scheibe gibt es die Spiralarme aus Sternen und die Bereiche dazwischen, wo sich weniger Sterne befinden. Die dicke und die dünne Scheibe unterscheiden sich auf eine ähnliche Weise: Die meisten Sterne einer Galaxie findet man in der dünnen Scheibe; sie ist quasi das, was wir sehen, wenn wir eine Spiralgalaxie anschauen. In der dicken Scheibe gibt es viel weniger Sterne, auch wenn sie ausgedehnter ist. In der Milchstraße hat die dünne Scheibe eine Dicke von etwa 1000 Lichtjahren und dort befinden sich 95% aller Sterne, die nicht zum Bulge gehören. Die dicke Scheibe ist zwischen 2000 und 3600 Lichtjahren dick. Aber viel interessanter ist, dass sich dünne und dicke Scheibe nicht einfach nur durch die Anzahl der Sterne unterscheiden. Die Sterne der dicken Scheibe unterscheiden sich vor allem durch ihre Bewegung, ihr Alter und ihre chemische Zusammensetzung. Sie enthalten weniger schwere Elemente (also Elemente, die kein Wasserstoff oder Helium sind) als die Sterne in der dünnen Scheibe und sie sind alle viel älter. Die Sterne in der dicken Scheibe sind also grundlegend anders als die der dünnen Scheibe und wenn wir wüssten, warum es in den Galaxien diese beiden Sterngruppen in den beiden Komponenten der Scheibe gibt, dann könnten wir daraus viel über die Entstehung und Entwicklung der Galaxien lernen.

Man hat einige Hypothesen entwickelt, warum das so sein könnte. Zum Beispiel, weil Galaxien ja wachsen, in dem sie mit anderen Galaxien verschmelzen. Die dicke Scheibe könnte ein Überrest so einer alten Galaxie sein. Oder die Sterne der dicken Scheibe könnten früher aus der jungen Scheibe hinaus geworfen worden sein, was vor allem die Unterschiede in ihrer Bewegung erklären würde. Es gibt noch weitere Erklärungen, die alle aber nicht wirklich exakt passen. Im Juni 2025 haben Daten des James-Webb-Weltraumteleskops dann neue Erkenntnisse gebracht. Man hat 111 Galaxien beobachtet, in unterschiedlichen Distanzen. Teilweise hat das Licht bis zu 11 Milliarden Jahren bis zu uns gebraucht; wir haben also Galaxien gesehen, die im frühen Universum entstanden und noch nicht so weit entwickelt sind und Galaxien, die uns näher sind und die sich schon so lange entwickelt haben wie die Milchstraße. Die Astronominnen und Astronomen haben dabei Galaxien gefunden, die eine dicke und dünne Scheibe haben - und Galaxien, die nur eine einzige Scheibe besitzen. Eine genaue Analyse der Daten hat gezeigt, dass eine typische Galaxie zuerst mit nur einer Scheibe gebildet wird, nämlich der dicken Scheibe. Erst später entwickelt sich dann daraus auch eine dünne Scheibe. Das läuft vermutlich so: Eine junge Galaxie hat in ihrer - einen - Scheibe jede Menge Gas, das turbulent durch die Gegend wirbelt. Aus diesem Gas entstehen jede Menge Sterne, die dann das turbulente Gas stabilisieren. Die Bewegung von Gas und Sternen wird stabiler und sie sammeln sich einer dünneren Scheibe an; das, was zurück bleibt ist dann die dicke Scheibe. Und weil sich das meiste Gas in der dünnen Scheibe befindet, können dort weiterhin neue Sterne entstehen, während die dicke Scheibe nur von den alten Sternen bevölkert wird, und keine jungen mehr nachkommen. Wann dieser Wechsel von einer zu zwei Scheiben im Leben einer Galaxie passiert, hängt von ihrer Masse ab. Je mehr Masse, desto schneller passiert es, denn desto schneller können ausreichend viele Sterne entstehen, die das Gasstabilisieren.

Es gibt vieles, was wir noch nicht über Galaxien wissen; auch über unsere eigene Milchstraße. Galaxien sind eben wirklich langlebige Objekte und wir sehen immer nur einen kurzen Ausschnitt aus ihrem Jahrmilliarden langen Leben. Aber wenn wir genau genug hinschauen, dann können wir Spuren der Vergangenheit finden; Spuren, wie die Aufteilung der Sterne in eine dicke und eine dünne Scheibe. Spuren, die uns zeigen, was vor Milliarden Jahren passiert ist und auch in der Milchstraße passiert sein muss.

Sternengeschichten Folge 684: Die Geschichte des Tierkreis

Wer diesen Podcast regelmäßig hört hat höchstwahrscheinlich absolut kein Problem, alle Planeten des Sonnensystems aufzuzählen. Aber in der allgemeinen Öffentlichkeit ist das etwas, was viele Menschen nicht so ohne Probleme hinbekommen. Was hierzulande aber so gut alle Leute kennen, ist ihr Sternzeichen. Egal ob man an Astrologie glaubt oder nicht: Wir wissen ob wir Löwe, Schütze, Widder oder was auch immer sind. Wir kennen die 12 Sternbilder des Tierkreis, wie man die Gesamtheit der astrologischen Sternzeichen nennt.

Das ist einerseits natürlich ein bisschen tragisch, zumindest aus meiner Sicht als Astronom. Aber andererseits ist es auch irgendwie verständlich, jedenfalls aus historischer Sicht. Denn die Sternzeichen sind älter als die Astronomie. Oder besser gesagt: Die Sternzeichen sind in gewissen Sinne die Grundlage der Astronomie. Und damit will ich nicht einfach nur sagen, dass die Menschen halt früher Astronomie und Astrologie vermischt haben und historisch gesehen beide Disziplinen den selben Ursprung haben. Sondern dass die Entwicklung des Tierkreises ein wichtiger Schritt hin zu dem war, was viel später einmal die moderne Astronomie geworden ist. Und ja, der Tierkreis ist etwas, was entwickelt wurde, als Werkzeug, um den Himmel besser verstehen zu können.

Es lohnt sich also, einen Blick auf die Geschichte des Tierkreises zu werfen und wie er einerseits mit den modernen Sternzeichen zusammenhängt und andererseits mit der Astronomie. Und natürlich muss so eine Geschichte im Rahmen dieser Podcastfolge unvollständig bleiben; denn sie wäre erstens viel zu lang und zweitens kennt auch die Forschung noch längst nicht alle Details.

Aber wir können auf jeden Fall einmal festhalten, dass die Menschen immer schon zum Himmel geschaut und darüber nachgedacht haben, was es dort zu sehen gibt. Wie sollte es auch anders sein: Der Sternenhimmel übt auch heute noch eine enorme Faszination auf uns aus und das war früher noch viel mehr der Fall. Einerseits, weil die Sterne viel besser zu sehen waren. Wenn es Nachts dunkel geworden ist, war es richtig dunkel und zwar überall auf der Welt. Und andererseits war es auch wichtig, die Sterne zu beobachten. Wenn man lange genug und genau genug hinsieht, dann erkennt man Rhythmen in der Bewegung der Punkte am Himmel. Diese Rhythmen kann man nutzen, um einen Überblick über die Zeit zu gewinnen. Man kann dann vorhersagen, wann zum Beispiel der Winter kommt und wann er wieder aufhören wird. Man weiß, wann man die Saat ausbringen und wann man ernten kann. Und so weiter: Wissen dieser Art war früher überlebenswichtig und die einzige Möglichkeit es zu erhalten war der Blick in die Sterne.

Was die Menschen da gesehen und vor allem, was sie sich gedacht haben, lässt sich heute schwer rekonstruieren. Aber es gibt Quellen, die uns ein wenig sagen können. Zu den wichtigsten gehört wahrscheinlich das MUL.APIN und das wäre mindestens eine eigene Folge wert. Es handelt sich dabei um eine Zusammenstellung des babylonischen Wissens über den Himmel. Die ältesten Version die wir auf Keilschrifttafeln gefunden haben, ist über 2500 Jahre alt und es würde viel zu weit führen, über alles zu sprechen, was dort an Wissen zu finden ist. Es gibt Listen mit Sternbildern, mit Namen der Planeten, Regeln zur Berechnung eines Kalenders, Regeln für Schaltjahre, Listen mit Daten für den Auf- und Untergang von Sternen, der Sonne, die Bewegung der Planeten, und so weiter. Für die Geschichte des Tierkreises ist aber vor allem Liste 6 von Teil 1 des MUL.APIN interessant. Dort findet man die "Sternbilder im Mondpfad". Das heißt: Dort sind alle Regionen des Himmels aufgelistet, durch die sich der Mond im Laufe eines Monats bewegt.

Und das war neu. Davor, in der noch älteren Astronomie von Mesopotamien hat man auch Sternkarten gehabt. Man hat den Himmel in Zonen eingeteilt. Man hat den Himmel benutzt, um Kalender zu erstellen und die Landwirtschaft zu organisieren. Aber es gab noch nichts, was den heutigen Sternzeichen ähnelt. Erst in der babylonischen Astronomie hat man die Mondbahn als eine Art Strukturlinie definiert (zumindest ist die babylonische Astronomie die erste, von der wir das wissen). Der Kalender in Babylonien war am Mond und seinen Phasen orientiert, das heißt wenn man einen guten Kalender haben will, muss man auch so gut wie möglich wissen, wie sich der Mond bewegt. Der Mond braucht für eine Runde um die Erde circa 28 Tage, das heißt in diesem Zeitraum bewegt er sich einmal um den Himmel herum. Er durchquert auf seiner Bahn auch immer wieder die selben Sternbilder und deswegen haben diese in der babylonischen Astronomie besondere Bedeutung erlangt.

Die Sterngruppen, durch die der Mond sich regelmäßig bewegt, waren nicht mehr nur Bilder, die mit der Mythologie oder der Religion zu tun haben. Es waren gewissermaßen die Koordinaten entlang einer Himmelskarte. Denn man konnte damals ja nicht so einfach die Position von Himmelsobjekten messen wie heute. Man hatte keine präzisen Messinstrumente, sondern hat dafür die Sternbilder benutzt. Sie waren Referenzpunkte am Himmel, mit denen man entsprechende Zyklen erkennen und Berechnungen durchführen konnte. Im MUL.APIN sind 17 dieser Sternbilder gelistet. Manche davon sind dieselben, die wir auch heute noch so nennen, zum Beispiel der Löwe, der Krebs oder die Zwillinge. Manche haben andere Namen: Was wir heute "Schütze" nennen war damals Pabilsang, eine Gottheit. Zu den 17 Sterngruppen zählen auch welche, die heute keine eigenen Sternbilder sind, wie zum Beispiel die Plejaden oder Sternbilder wie der Orion, die mit den modernen Sternzeichen nichts zu tun haben. Die Hervorhebung der Sternbilder entlang der Bahn des Mondes war noch nicht das, was wir heute den Tierkreis nennen. Aber es war der erste Schritt dazu.

Die 17 Stationen entlang der Mondbahn waren auch nicht alle gleich groß und es waren eben 17 und nicht die 12 Sternbilder im Tierkreis, die wir heute kennen. Aber man hatte nun zumindest schon einmal die Mondbahn als zentrale Strukturlinie am Himmel definiert. Und dann kam das, was die Forschung den "zodiacal turn" nennt ("Zodiak" ist ein anderes Wort für den Tierkreis). Auch hier sind die Details erstens zu umfangreich um sie hier komplett darzustellen und zweitens immer noch Teil der aktuellen historischen Forschung. Aber irgendwann, vor circa 2500 Jahren wurde die Sache mit der Mondbahn standardisiert. Man hat sie in 12 gleich große Abschnitte eingeteilt. Warum es genau 12 sind, ist noch nicht abschließend geklärt. Aber es hat mit Sicherheit damit zu tun, dass es sich dann einfacher rechnen lässt. In der babylonischen Mathematik hat man ein Zahlensystem verwendet, das auf der Zahl 60 basiert. Und 60 lässt sich gut durch 12 teilen. Ein kompletter Kreis, also eine ganze Runde um den Himmel herum, hatte 6 mal 60, also 360 Grad und geteilt durch 12 gibt das Abschnitte zu je 30 Grad. Diese Einteilung ist - aus Sicht der babylonischen Mathematik - einfach und elegant und dann passt das auch noch gut zu der Anzahl an Monaten im Jahr, die zwar nicht exakt 12 beträgt, aber immerhin fast. Mit dieser Einteilung hat man sich auch von den konkreten, an einem bestimmten Ort sichtbaren Sternbildern als Referenz gelöst und eine einheitliche Struktur geschaffen, mit dem man gut rechnen kann. Oder anders gesagt: Der Himmel ist auf einmal berechenbar geworden, dass ist der "mathematical turn", der mit dem "zodiacal turn" einhergegangen ist. Die 12 Abschnitte sind zwar nach Sternbildern am Himmel benannt worden, waren aber eher Recheneinheiten, als konkrete Ansammlungen von Sternen. Der Tierkreis war ein abstraktes Koordinatensystem, der aus der Notwendigkeit entstanden ist, die Mondbewegung irgendwie zu standardisieren.

Damit war einerseits die Grundlage für das geschaffen, was sich im Laufe der Jahrtausende zur modernen Astronomie entwickelt hat, also eine systematische Verfolgung der Bewegung der Himmelskörper und ihre mathematische Beschreibung, mit der man in der Lage war, entsprechende Vorhersagen über zukünftige Position zu treffen und Modelle zu entwickeln, die den Kosmos beschreiben. Andererseits hat man dadurch natürlich auch die Möglichkeit geschaffen, die Astrologie auf eine Art und Weise zu betreiben, wie wir sie heute kennen. Früher hat man - vereinfacht gesagt - den Himmel betrachtet und nach "Omen" gesucht, nach speziellen Ereignissen oder ähnlichen Vorkomnissen. Nun konnte man auch hier konkrete Rechnungen und Vorhersagen machen. Man konnte die Position von Sonne, Mond und der Planeten anhand ihrer Stellung im Tierkreis kategorisieren, ihnen Bedeutungen zuordnen und die Sternzeichen im Tierkreis gewissermassen als Marker für die Identität von Individuen verwenden.

Die Entwicklung des Tierkreises war natürlich nur der Anfang. Was vor 2500 Jahren in Babylonien begonnen hat, hat sich in den Jahrtausenden danach immer weiter entwickelt. Das gilt für die Astrologie und die Erstellung der Horoskope und das gilt auch für die wissenschaftliche Astronomie. Im 2. Jahrhundert vor Christus hat der griechische Astronom Hipparch zum Beispiel entdeckt, dass sich die Ausrichtung der Erdachse im Laufe der Zeit langsam ändert. Über diese Präzession habe ich ja schon in anderen Folgen ausführlich gesprochen, aber dieses Phänomen hat dazu geführt, dass sich die Position der Himmelskörper im Tierkreis verändert. Die klassischen astrologischen Sternzeichen, die damals noch identisch mit den entsprechenden Sternbildern am Himmel waren, sind das heute wegen dieser Verschiebung nicht mehr. Es hat bis in die frühe Neuzeit gedauert, bis Astrologie und Astronomie vollständig entkoppelt waren. Die Referenzlinie aus Babylonien, die der Mond über den Himmel gezogen hat, haben wir heute durch die Ekliptik ersetzt. Das ist die scheinbare Bahn der Sonne am Himmel bzw. die an den Himmel projizierte Bahn der Erde. Sie ist die Referenzebene des Sonnensystems, alle Planeten (und auch der Mond der Erde) bewegen sich mehr oder weniger in dieser Ebene um die Sonne und damit auch mehr oder wenig entlang der Ekliptik über den Himmel. Wir haben die klassischen Sternbildern und die, die danach gekommen sind, standardisiert und im frühen 20. Jahrhundert durch die 88 offiziellen Sternbilder der modernen Astronomie ersetzt. 13 davon werden von der Ekliptik durchquert, aber wir brauchen sie nicht mehr als Referenzpunkte in einem Koordinatensystem, weil wir jede Menge spezielle Systeme entwickelt haben, um die Position von Himmelskörpern anzugeben. Der Tierkreis spielt heute nur noch in der unwissenschaftlichen Astrologie eine Rolle. Aber als er vor 2500 Jahren erfunden wurde, war er der erste Schritt, um ein wenig wissenschaftliche Ordnung in den Himmel zu bekommen. Der Tierkreis war der erste Versuch, die scheinbar unverständliche Bewegung der Himmelskörper zu fassen.Er war der Anfang des großen Abenteuers, das die Astronomie heute ist.

Sternengeschichten Folge 683: Mondbeben

Der Mond ist im Inneren in Wahrheit hohl! Und dort leben komische, gefährliche Mondwesen! Der Mond ist hohl und eine Maschine, die von Aliens gebaut worden ist! Und bevor jetzt jemand verwirrt ist: Natürlich stimmt weder das eine noch das andere. Die erste Aussage stammt aus dem Buch "Die ersten Menschen auf dem Mond" des Science Fiction Autors H.G. Wells. Und die zweite Aussagen kommt von ein paar sowjetischen Wissenschaftlern aus den 1970er Jahren. Aber es gibt auch heute noch Menschen, die daran glauben, dass der Mond hohl ist und egal was sie sich dabei vorstellen, begründen sie ihre Behauptungen oft mit dem, was im Rahmen der Apollo-Missionen über das Innere des Mondes gesagt worden ist. Da hat man nämlich nicht nur einfach versucht, den Mond zu erreichen und auf seiner Oberfläche herum zu laufen. Man hat auch wissenschaftliche Forschung betrieben und die hat auch mit dem zu tun, was unter der Oberfläche passiert. Dass der Mond nicht hohl ist, hat man da natürlich auch schon gewusst. Aber man wollte wissen, wie das Innere der Mondes aufgebaut ist und man hat dafür die selben Instrumente eingesetzt wie auf der Erde. Nämlich Seismometer, die Erdbebenwellen messen können. Nur dass es in diesem Fall eben keine Erdbeben sind, sondern natürlich Mondbeben.

Ich komme später nochmal kurz auf die Verschwörungstheorien zum hohlen Mond zurück. Zuerst schauen wir uns aber an, was die sehr viel spannendere Wissenschaft zu sagen hat. Ich habe in Folge 143 schon einmal davon erzählt, wie man Erdbeben nutzen kann, um mehr über das ansonsten unzugängliche Erdinnere erfahren kann. Es gibt unterschiedliche Arten von Wellen, die sich im Gestein auf unterschiedliche Weise ausbreiten können. Man kann messen, wie lange sie dafür brauchen und man kann messen, wo Erdbebenwellen überall registriert werden können. Wenn sie auf dem Weg durch die Erde verschiedene Gesteinsschichten durchqueren, werden sie abgelenkt oder reflektiert. Manchmal kommen sie auch gar nicht durch, zum Beispiel wenn sie auf Flüssigkeiten treffen. So hat man zum Beispiel entdeckt, dass der Erdkern tatsächlich aus flüssigem Metall besteht; man weiß, wie tief die Erdkruste reicht und wie dick der Erdmantel ist. Und so weiter. Aber auch wenn es nicht so tief hinab geht, kann man aus der Ausbreitung von Wellen im Gestein viel über seine Zusammensetzung erfahren. Deswegen produziert man in der Geologie auch oft künstliche, lokale Mini-Erdbeben, um gezielt bestimmte Regionen von Gestein der Erdkruste zu untersuchen. Und genau so etwas hat man im Rahmen der Apollo-Missionen auch auf dem Mond geplant.

Als Neil Armstrong und Buzz Aldrin im Juli 1969 als erste Menschen einen Fuß auf den Mond gesetzt haben, war ihr Job damit noch lange nicht erledigt. Sie hatten auch einen ganzen Schwung wissenschaftlicher Instrumente mit dabei, unter anderem das Passive Seismic Experiment Package (PSEP), ein Set aus simplen Messinstrumenten für seismische Wellen. Man hat sie knapp 17 Meter von der Mondlandefähre aufgestellt und man hat damit keine dramatischen Ereignisse gemessen. Vor allem hat man das gemessen, was Neil und Buzz gemacht haben. Ihre Schritte am Mond wurden von den Instrumenten registriert, ebenso die diversen Aktivitäten der Mondlandefährn. Es gab allerdings auch ein paar kleinere Ereignisse, die nichts mit der Anwesenheit der Menschen zu tun gehabt haben. Das waren zum Beispiel die Einschläge von Meteoriten auf dem Mond - aber recht viele Daten konnte man nicht sammeln, denn die Instrumente konnten nur mit einem Solarpanel betrieben werden und nach einem Mondtag war Schluss; nach 20 Erdtagen brach der Kontakt mit den Instrumenten ab. Aber schon mit Apollo 12 ist das nächste entsprechende Messinstrument auf den Mond geflogen und bei Apollo 14 und 16 gab es ein Update. Jetzt war es ein ASE, also ein Active Seismic Experiment. Hier hat man mehr oder weniger das gemacht, was die Geologie auch auf der Erde macht und von dem ich vorhin gesprochen habe. Man hat Geophone auf der Mondoberfläche ausgelegt. So nennt man - egal ob auf der Erde oder dem Mond - Geräte, die Schwingungen des Bodens in elektrische Spannungen umwandeln und somit aufzeichnen können. Dann hat man mit speziellen Geräten kleine Explosionen ausgelöst, um den Boden zum Schwingen zu bringen. Solche Mini-Beben breiten sich natürlich nicht durch den gesamten Mond aus. Aber es reicht, um das Gestein in der Nähe zu untersuchen und herauszufinden, wie der Untergrund beschaffen ist. Apollo 17, die letzte der Missionen des Programms, hat das dann noch einmal getoppt. Die Explosionen des Lunar Seismic Profiling Experiment waren größer.

Es waren aber nicht nur künstliche Explosionen die man genutzt hat, um Wellen im Gestein zu erzeugen. Man hat sogar das Aufstiegsantriebssystem der Mondlandefähre für die seismische Forschung genutzt. Dabei handelt es sich um den Raketenantrieb der oberen Stufe der Apollo-Mondlandefähre. Oder anders gesagt: Das ist das Antriebssystem, mit dem die Astronauten nach ihrem Besuch von der Mondoberfläche wieder zurück ins Weltall fliegen . Es trägt die Mondlandefähre hinauf ins All und wenn alle wieder ins Kommandomodul umgestiegen sind, braucht man es nicht mehr. Deswegen hat man es wieder auf den Mond stürzen lassen, wo es natürlich einen ordentlichen Rumms gibt, den man dann mit den Seismometern messen kann. Die Wellen können dabei ein paar Kilometer tief ins Gestein eindringen und als Messungen dieser Art von den Forscherinnen und Forschern diskutiert worden sind, wurde in Berichten darüber der Satz verwendet, dass der "Mond wie eine Glocke schwingt". Und - das haben sich zumindest die zu Beginn der Folge erwähnten Verschwörungsfans gedacht, wenn der Mond wie eine Glocke schwingt und eine Glocke innen hohl ist, dann muss auch der Mond hohl sein! Ob diese Leute dann auch geglaubt haben, dass die Mondlandung nur ein Fake war, ist allerdings überliefert…

Die Messinstrumente der Apollo-Missionen haben bis zum Jahr 1977 jedenfalls jede Menge Mondbeben aufgezeichnet; mehr als 10.000. Aber selbst die stärksten davon waren schwächer als die stärksten Beben auf der Erde. Die meisten waren so schwach, dass man ohne Messinstrumente kaum etwas davon mitbekommen würde und selbst die starken Beben würden hier auf der Erde vielleicht nur ein wenig die Wände wackeln lassen und keine gröberen Schäden anrichten.

Ein Grund für die Mondbeben ist seine Bewegung um die Erde. Wenn er sich dabei am erdnächsten oder erdfernsten Punkt seiner Bahn befindet, gibt es besondes viele Beben, was darauf hindeutet, dass es etwas mit der Gezeitenkraft zu tun haben muss, die die Erde auf ihn ausübt. Diese Beben entstehen circa 700 Kilometer tief unter der Oberfläche. Daneben gibt es aber auch noch Beben, die durch den Einschlag von Meteoriten ausgelöst werden und Beben die entstehen, wenn sich das Gestein durch den Wechsel von Tag und Nacht abkühlt oder aufheizt. Ein Tag auf dem Mond dauert ja 14 Tage, eine Nacht ebenso lange und während es am Tag bis zu 120 Grad heiß sein kann, kann die Temperatur in der Mondnacht auf bis zu -130 Grad absinken. Durch diese Schwankungen entstehen Spannungen im Gestein, die sich dann irgendwann abbauen und der Boden wackelt. Alle diese drei Arten von Mondbeben sind eher schwach; die starken kommen aus der vierten Gruppe, die Beben umfasst, die nur 50 bis 200 Kilometer tief unter der Oberfläche entstehen. Diese "seichten" Mondbeben sind nicht nur stark, sie dauern auch lange - bis zu 10 Minuten. Die Schwingungen werden also im Gestein des Mondes nur schwach gedämpft; auf jeden Fall aber schwächer als auf der Erde. Denn bei uns sorgt die Verwitterung dafür, dass das Gestein ein bisschen geschwächt wird. Es wird, vereinfacht gesagt, ein bisschen bröselig und lässt sich leichter deformieren; das dämpft die Erdbebenwellen. Auf dem Mond gibt es keine Verwitterung die durch Wind, Regen, Wasser und Eis ensteht. Bis auf die unmittelbare Oberfläche, die durch das Bombardement der Mikrometeoriten zerbröselt wird, ist das Gestein fest, trocken und kalt. Wenn es einmal zu schwingen beginnt, dann schwingt es!

Was wir noch nicht kennen, ist die Ursache dieser seichten Mondbeben. Dafür haben wir zuwenig Daten. Aus finanziellen Gründen wurden die Seismometer auf dem Mond im Jahr 1977 abgeschaltet. Und sie wären auch nicht weit genug über den Mond verteilt gewesen - die Instrumente standen ja nur auf den Stellen, wo die Apollo-Missionen gelandet sind. An den Polen zum Beispiel hat man noch gar nichts gemessen. Wenn wir mehr wissen wollen, müssen wir wieder zurück und es wäre gut, wenn wir mehr wissen, wenn wir wieder zurück zum Mond fliegen - ganz besonders dann, wenn wir auch länger bleiben wollen. Wie gesagt: Die schwersten Mondbeben sind, verglichen mit der Erde, nicht extrem stark. Aber doch stark genug, damit man sich beim Bau von Mondhabitaten Gedanken darüber machen muss.

Worüber man sich übrigens keine Gedanken muss, ist die Sache mit dem Mondraumschiff, das von Aliens gebaut worden ist. Diese Hypothese haben die sowjetischen Wissenschaftler Michael Vasin and Alexander Shcherbakov im Jahr 1970 veröffentlicht. Belege haben sie dafür keine gebracht, auch ansonsten nicht viel erklärt, nur dass der Mond eben in ferner Vergangenheit von irgendeiner Alienzivilisation gebaut worden sein soll. Das ganze war auch keine wissenschaftliche Arbeit, sondern ist in einer populärwissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht worden und war am Ende vermutlich sowieso nur Propaganda. Denn ab den 1960er Jahren hat die Sowjetunion immer wieder mal Ideen aus der sogenannten "Ancient Astronaut"-Szene verbreitet. Das ist das, was hierzulande unter anderem Erich von Däniken verbreitet hat, also die Idee, dass Außerirdische in der Vergangenheit auf der Erde waren, dort die Pyramiden und jede Menge andere eindrucksvolle Bauwerke errichtet haben und gleichzeitig für die Mythen und Gründung aller möglichen Religionen verantwortlich sein sollen. So etwas hat der offiziell atheistisch-kommunistischen Sowjetunion natürlich gut in den Kram gepasst und man auf diesem Weg probiert, dem gläubigen Westen eins Auszuwischen.

So oder so: Der Mond ist nicht hohl und kein Raumschiff. Er ist ein Himmelskörper, über dessen Inneres wir noch viel zu wenig wissen. Aber immerhin wüssten wir, wie wir mehr herausfinden können. Mit Erdbeben und ihrer Erforschung kennen wir uns aus und wir würden auch mit den Mondbeben jede Menge Wissenschaft anstellen können. Wir müssten halt nur wieder zurück zum Mond, um sie auch ordentlich messen zu können.

Sternengeschichten Folge 682: Die Urwolke

"Gebet mir Materie, ich will eine Welt daraus bauen! Das ist, gebet mir Materie, ich will euch zeigen, wie eine Welt daraus entstehen soll."

Dieser Satz stammt von Immanuel Kant, dem deutschen Philosophen aus dem 18. Jahrhundert, den man eher für Aussagen kennt wie "Handle so, dass die Maxime deines Willens jederzeit zugleich als Prinzip einer allgemeinen Gesetzgebung gelten könne.", dem berühmten Kantschen Imperativ. Oder aber man kennt den Satz "Sapere aude! Habe Mut, dich deines eigenen Verstandes zu bedienen!". Das jedenfalls hat Kant sehr ausführlich getan und in den 80 Jahren seines Lebens haufenweise relevante philosophische Werke geschrieben. Nicht ganz so bekannt ist die Tatsache, dass Kant sich auch mit Astronomie beschäftigt hat. 1755 ist sein Buch "Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels" erschienen und daraus stammt der Satz, den ich zu Beginn dieser Folge zitiert habe. Und wie man aus Materie eine Welt bauen kann: Genau das hat Kant darin erklärt.

Und er hat es vor allem ohne Rückgriff auf irgendeine Art der göttlichen Schöpfung erklärt, was für die damalige Zeit außergewöhnlich war. Mit seinen Gedanken hat Kant im 18. Jahrhundert Entdeckungen vorweg genommen, die erst fast 200 Jahre später tatsächlich gemacht worden sind. Aber fangen wir am Anfang an und das ist diesem Fall wörtlich zu verstehen. Denn genau der Anfang, also die Entstehung von Sonne und Erde, der anderen Planeten und des ganzen Sonnensystems: Das war eines der zentralen Themen in Kants Allgemeiner Naturgeschichte und Theorie des Himmels.

Es ist nicht möglich, den gesamten Inhalt von Kants astronomischer Forschung in einer Folge dieses Podcasts wiederzugeben. Er hat sich zum Beispiel ausführlich mit einer Darstellung der Theorien von Isaac Newton beschäftigt, die damals auch noch vergleichsweise neu waren. Kant hat sich dann - im Gegensatz zu Newton, auch intensiv darüber Gedanken gemacht, wo das alles herkommt. Er hat zuerst einmal festgestellt, dass es im Sonnensystem heute recht ordentlich zuzugehen scheint. Da ist die Sonne, die von sechs Planeten umkreist wird. Uranus, Neptun und Pluto waren damals ja noch nicht entdeckt. Alle bewegen sich in der selben Richtung um die Sonne und all ihre Bahnen liegen fast in der selben Ebene. Der Raum zwischen den Planeten ist leer und das war ein Problem. Denn wenn da nichts ist, dann kann es auch nichts geben, was die Bewegung der Himmelskörper irgendwie steuert; es gibt keine materielle Ursache für die Entstehung dieser Ordnung, weswegen Newton damals auch gesagt hat, dass es halt Gott war, der das alles so schön ordentlich eingerichtet und dann den Gesetzen der Gravitation überlassen hat, die Newton entdeckt hat.

Für Kant war das keine befriedigende Antwort. Und er hat sich etwas anderes ausgedacht. In seinem Buch schreibt er: "Ich nehme an: daß alle Materien, daraus die Kugeln, die zu unserer Sonnenwelt gehören, alle Planeten und Cometen bestehen, im Anfange aller Dinge in ihren elementarischen Grundstoff aufgelöset, den ganzen Raum des Weltgebäudes erfüllet haben, darinn jetzo diese gebildete Körper herumlaufen." Oder anders gesagt: Die Sonne, die Planeten und die Kometen sind nicht fix und fertig von irgendeinem Gott geschaffen worden. Sondern sie sind entstanden, aus ihren "elementaren Grundstoffen", also aus einer Art von ursprünglicher Materie. Denn, so Kant, "Dieser Zustand der Natur […] scheinet nur der einfachste zu seyn, der auf das Nichts folgen kann. Damals hatte sich noch nichts gebildet. Die Zusammensetzung von einander abstehender Himmelskörper, ihre nach den Anziehungen gemäßigte Entfernung; ihre Gestalt, die aus dem Gleichgewichte der versammleten Materie entspringet, sind ein späterer Zustand. Die Natur, die unmittelbar mit der Schöpfung gränzete, war so roh, so ungebildet als möglich." Oder, wieder ein wenig moderner formuliert: Am Anfang war so wenig wie möglich; zwar nicht Nichts, aber eben nur ein Haufen ursprünglicher Materie. Und daraus hat sich das Sonnensystem, so wie wir es heute beobachten gebildet.

Ja, was denn sonst, könnte man aus heutiger Sicht einwenden. Aber die heutige Sicht ist eben die Sicht von heute, und sie kann nur deswegen die Sicht von heute sein, weil sie irgendwann früher einmal entwickelt worden ist. Und dieses "früher" war zur Zeit von Kant, als es noch ein durchaus revolutionärer Gedanke war, zu behaupten, dass das Sonnensystem entstanden ist und nicht durch Schöpfung erzeugt wurde. Man kann das mit der Evolutionstheorie von Charles Darwin vergleichen. Dessen Werk "Über die Entstehung der Arten" ist erst mehr als 100 Jahre nach Kants Allgemeiner Naturgeschichte und Theorie des Himmels erschienen und auch damals war es noch bei weitem nicht selbstverständlich, auf eine natürliche Entstehung zu verweisen und auf Gottes Schöpfung zu verzichten.

Kant hat sich also eine Art "Urwolke" aus Teilchen vorgestellt, die sich alle bewegt haben. Durch Zusammenstöße und ähnliches konnten diese Teilchen ihre Bewegung aufeinander übertragen, und so hat sich im Laufe der Zeit eine gemeinsame Drehrichtung und eine Bewegung in einer gemeinsamen Ebene eingestellt. Es gab, so Kant, verschiedene Arten von Teilchen. Manche waren ein wenig dichter als andere und konnten so eine größere Anziehungskraft ausüben. Und die Kraft der Gravitation hat dazu geführt, dass sich dieser Urstoff zu immer größeren Klumpen zusammengeballt hat, bis am Ende die Sonne, die Planeten und der Rest des Sonnensystems entstanden ist. Und die Himmelskörper bewegen sich deswegen so, wie sie es tun, weil die Teilchen beim Zusammenballen nicht einfach alle in gerader Linie aufeinander zugestürzt sind. Es haben sich Wirbel gebildet, die zu einer Rotation geführt haben. Kant hat das alles noch sehr, sehr viel ausführlicher erklärt. Aber das war auf jeden Fall die Grundidee: In der Vergangenheit hat es eine "Urwolke" gegeben, in der sich Teilchen chaotisch bewegt haben. Daraus hat sich zuerst die Sonne gebildet, die dann von einer rotierenden Scheibe aus Teilchen umgeben war, in der sich wiederum die Planeten gebildet haben.

Viele der Details die Kant in seinen Gedanken angeführt hat, sind aus heutiger Sicht falsch. Aber die grundlegende Hypothese der Entstehung des Sonnensystems aus einer großen Wolke ist exakt das, wovon wir auch heute ausgehen. Trotzdem hat es gedauert, bis die Arbeit von Kant entsprechend anerkannt worden ist. Man hat sein Buch kaum beachtet und auch der französische Astronom Pierre-Simon Laplace hat es nicht gekannt, als er über 40 Jahre später, im Jahr 1796, seine "Nebularhypothese" veröffentlicht hat. Darin hat er behauptet, die Sonne wäre früher von einer Art riesiger Atmosphäre umgeben, die, weil die Sonne sie so stark aufgeheizt hat, sich über den ganzen Bereich des heutigen Sonnensystems ausgedehnt hat. Als die junge heiße Sonne dann abgekühlt ist, ist auch die Atmosphäre geschrumpft und die Materie darin hat sich verdichtet. Sie hat quasi einen Haufen Ringe um die Sonne gebildet, aus denen dann später die Planeten entstanden sind. Das ähnelt der Theorie von Kant insofern, als dass auch hier die Himmelskörper aus einer Art von Gas entstehen, das sich verdichtet. Es unterscheidet sich aber auch deutlich, denn einerseits hat Laplace nicht erklärt, wie die Sonne entstanden ist und andererseits wissen wir heute auch, dass das mit der Entstehung des Sonnensystems eben nicht so gelaufen ist, wie Laplace sich das so vorgestellt hat. Kant war wesentlich näher an der Wahrheit. Aber als seine Arbeit dann, fast 100 Jahre nach der Veröffentlichung, vom französischen Astronom François Arago wiederentdeckt und einer breiten Öffentlichkeit bekannt gemacht worden ist, hat man sie quasi mit der von Laplace zusammengeworfen und heute spricht man deswegen oft von der "Kant-Laplace-Theorie" zur Entstehung des Planetensystems. Aber immerhin: Sowohl Kant als auch Laplace konnten mit ihren Hypothese auf göttliche Schöpfungsakte verzichten, was aus Sicht der Wissenschaftstheorie definitiv einen großen Fortschritt darstellt.

Heute wissen wir natürlich ein wenig genauer Bescheid als zur Zeit von Kant. Wir wissen, dass die "Urwolke" nicht nur der Ursprung des Sonnensystems war, sondern von ein paar zehntausend Sternen. Sie war ungefähr 65 Lichtjahre groß und die "Urmaterie" in ihr bestand aus Wasserstoff und Helium, mit ein bisschen Staub, der aus diversen Verbindungen andere, schwerere Elemente zusammengesetzt war. Diese Wolke hat sich durch ihrene eigene Schwerkraft zusammengezogen und ist in kleinere Fragmente "zerbrochen", die aber immer noch ein paar Lichtjahre groß waren. Diese kleineren Bereiche sind dann selbst wieder kollabiert, vermutlich angeregt durch Supernova-Explosionen in der Nähe, die das Gas und den Staub durcheinander gewirbelt haben. Aus einem dieser Fragmente hat sich das Sonnensystem gebildet; die Sonne war aber nur einer von ein paar tausend bis zehntausend Sternen, die aus dieser Urwolke entstanden sind.

Es ist erstaunlich, dass Immanuel Kant schon in der Mitte des 18. Jahrhunderts eine Idee zur Entstehung des Sonnensystems entwickelt hat, die so nahe am heutigen Stand des Wissens ist. Aber gut, das war auch nicht das einzige astronomische Thema, bei dem Kant erstaunlich weitsichtig war. Aber das ist ein Thema für eine andere Folge der Sternengeschichten. Kant hat in seinem Buch auch geschrieben "Die Schöpfung ist niemals vollendet." - und das gilt auch für das Erzählen von Geschichten.

Sternengeschichten Folge 681: MESSENGER und die erste Umrundung des Merkur

Der Merkur ist der sonnennächste Planet unseres Sonnensystems. Man kann ihn mit freiem Auge sehen, aber es ist nicht immer leicht, ihn zu beobachten, eben weil er der sonnennächste Planet ist. Das bedeutet - wenig überraschend - dass er am Himmel immer irgendwo in der Nähe der Sonne sein muss. In der Nacht ist er also nicht da, man kann ihn nur in der kurzen Zeit sehen, in der die Sonne schon untergegangen ist, der Merkur aber noch über dem Horizont steht. Oder andersherum, kurz bevor die Sonne aufgeht, in der Morgendämmerung.

Mit ein bisschen Glück ist es aber gar nicht so schwer, den Merkur zu sehen. Deutlich schwerer ist es, ihn vor Ort zu erforschen. Gut, es ist immer schwer, irgendeinen Planeten zu erforschen. Es ist nicht einfach, zum Mars zu fliegen und dort Raumsonden zu landen; genau so schwierig ist es bei der Venus, und so weiter. Aber beim Merkur ist es noch einmal extra schwierig. Einerseits ist jede Raumsonde, die zu ihm fliegt, zwangsläufig sehr nahe an der Sonne. Dort ist die Temperatur sehr hoch; dort ist auch die Teilchenstrahlung die von der Sonne kommt sehr stark. Die Chance auf technische Probleme ist groß, wenn man zum Merkur fliegt und jede Raumsonde muss besonders robust und aufwendig gebaut werden. Andererseits ist so nahe an der Sonne natürlich auch ihre Gravitationskraft besonders stark. Je näher eine Raumsonde der Sonne kommt, desto stärker ist die Anziehungskraft und desto schneller wird sie. Und desto stärker muss man sie abbremsen, wenn man nicht einfach nur vorbeirauschen, sondern in eine Umlaufbahn einschwenken will. Bremsen braucht Treibstoff und je mehr Treibstoff man mitnehmen muss, desto komplexer und teurer wird eine Mission.

Es ist also kein Wunder, dass der Merkur das erste und für lange Zeit das letzte Mal am 29. März 1974 erreicht worden ist. Damals ist die amerikanische Raumsonde Mariner 10 in einem Abstand von 705 Kilometer an ihm vorbeigeflogen. Bremsen konnte man aber - wie ich gerade gesagt habe - nicht. Mariner 10 ist dann am 21. September 1974 und am 16. März 1975 nochmal vorbeigeflogen. Einmal sehr weit entfernt, in 50.000 Kilometer Abstand und einmal mit nur 375 Kilometern Distanz. Diese Vorbeiflüge haben immerhin gereicht, um 45 Prozent seiner Oberfläche zu kartografieren. Aber eigentlich ist das ja kein Zustand. Das war nicht mal die Hälfte der Oberfläche! Ein Planet wie Merkur hat es verdient, dass wir ihn uns ausführlich ansehen. Wenn es nur nicht so schwierig wäre…

Erst in den 1990er Jahren hat man sich wieder daran gemacht, einen Besuch bei Merkur zu planen. Ein entsprechender Entwurf wurde 1997 noch von der NASA abgelehnt, aber 1999 dann doch noch bewilligt. MESSENGER sollte das erledigen, was Mariner 10 nicht erledigen konnte: Nicht nur zum Merkur fliegen, sonder ihn auch umkreisen und im Detail studieren. Und MESSENGER ist nicht nur das englische Wort für "Botschafter", sondern natürlich auch ein Akronym für "MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging" was auf deutsch so viel heißt wie „Merkur-Oberflächen-, Umwelt-, Geochemie- und Entfernungsmessung“. Die Sonde war klein, nur 1,3 mal 1,4 mal 1,9 Meter groß. Aber sie hatte auch einen 2,5 mal 2 Meter breiten Schutzschild, um sie vor den Gefahren der nahen Sonne zu schützen. Beim Start hatte die Sonde ein Gewicht von 1093 Kilogramm. Davon waren aber nur 485 Kilogramm die Masse der Sonde selbst; der Rest war Treibstoff und der hätte nicht mal ausgreicht, um sie ausreichend zu bremsen.

Um die nötige Geschwindigkeit zu verlieren, um in eine Merkur-Umlaufbahn zu gelangen, musste man außerdem auch noch die Gravitation von Venus und Erde zum Bremsen nutzen. Der Start war eigentlich für März 2004 geplant, musste dann aber auf Mai 2004 verschoben werden. Da hat es auch nicht geklappt und am 2. August 2004 war das Wetter zu schlecht. Aber am 3. August 2004 hat es dann geklappt. MESSENGER hob mit einer Delta-II-Rakete von Cape Canaveral ab. Ein Jahr später gab es ein Swing-By an der Erde, noch ein Jahr später, im Oktober 2006 ein Swing-By-Manöver bei der Venus. 2007 kam Swing-By Nummer 2 bei der Venus und zwischen 2008 und 2009 ganze drei Swing-By-Manöver am Merkur selbst. Am 18. März 2011 war es dann soweit: Die Sonde hat 15 Minuten lang gebremst, was wirklich lang ist, und ist dabei um fast 3100 km/h langsamer geworden. Zusammen mit dem Geschwindigkeitsverlust durch die ganzen Swing-Bys davor hat das gereicht, um in eine Umlaufbahn um den Merkur zu gelangen. Dort ist MESSENGER dann bis 2015 geblieben um so viel wie möglich über den Planeten herauszufinden.

Und MESSENGER HAT viel herausgefunden. Zuerst einmal haben wir jetzt endlich eine vollständige Karte von Merkur. Man hat aber auch das bestätigt, was man vorher schon stark vermutet hat: Merkur hat einen absurd großen Kern aus Metall. Gut, so einen metallischen Kern haben auch die Erde und Venus, aber Merkur ist viel kleiner; Merkur ist sogar noch kleiner als der Mars. Merkur hat nur einen Durchmesser von circa 4880 Kilometern. Der metallische Kern der in ihm steckt hat einen Durchmesser von 4100 Kilometern, was etwas größer als der Mond und vergleichbar mit dem Kern der Erde ist. Wir wissen bis heute noch nicht genau, wie der Merkur zu so einem gewaltigen Kern aus Metall kommt. Vielleicht hat es mit seiner Nähe zur Sonne zu tun; vielleicht ist auch eine Kollision in der fernen Vergangenheit verantwortlich, bei der ein gewaltiger Einschlag fast die gesamte Kruste und Mantel des Merkur entfernt hat, der dann früher sehr viel größer gewesen sein muss.

Extrem spannend war die Entdeckung, die man im Jahr 2012 gemacht hat. Es gab Hinweise auf Wasser auf der Oberfläche des Merkur. Kein flüssiges Wasser natürlich, denn Merkur hat keine Atmosphäre und ohne entsprechenden Druck kann es kein flüssiges Wasser geben. Aber der sonnennahe Planet hat eben auch eine Durchschnittstemperatur von circa 167 Grad und die Maximalwerte bei voller Sonneneinstrahlung liegen bei circa 430 Grad. Auf so einer durcherhitzten Welt ist eigentlich kein Wasser zu erwarten. Aber, und das haben die Messungen von MESSENGER gezeigt: In der Nähe der Pole von Merkur gibt es Krater, in die niemals Sonnenlicht gelangt. Die Rotationsachse des Merkur ist quasi gar nicht geneigt; sie steht fast exakt senkrecht auf die Bahnebene. Und in Kratern am Nord- oder Südpol kann, sofern ihre Wände hoch genug sind, tatsächlich ewige Dunkelheit herrschen. Damit wird es dort natürlich auch nie heiß und es bleibt kalt genug, dass gefrorenes Wasser existieren kann. Das war schon überraschend genug, aber noch überraschender waren die Spuren von organischen Molekülen, die man in diesen Kratern entdeckt hat. Kein Leben natürlich, aber simple Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen, die eigentlich auch nicht auf seiner heißen Welt existieren sollten, die ständig der harten Strahlung der nahen Sonne ausgesetzt ist.

Man geht heute davon aus, dass Wasser und organische Moleküle durch Asteroiden und Kometen auf den Merkur gebracht worden sind, die dort in der Vergangenheit eingeschlagen haben. Aber um solche Details zu klären, war MESSENGER dann doch nicht lange genug und vor allem nicht nahe genug vor Ort. Die Raumsonde hat noch jede Menge mehr entdeckt; Spuren von Vulkanismus zum Beispiel, die darauf hindeuten, dass der Planet noch vor ein paar hundert Millionen Jahren aktiv gewesen sein könnte, womit man ebenfalls nicht gerechnet hat. Das Magnetfeld des Merkur hat sich als überraschend komplex herausgestellt, weil es direkt mit den magnetischen Phänomenen der Sonne in Wechselwirkung steht. Und so weiter: MESSENGER hat mehr als deutlich gezeigt, dass eine Mission zum sonnennächsten Planeten wichtig war. Nach Mariner 10 hat man zwar 30 Jahre warten müssen, aber besser spät als nie. Und zum Glück war MESSENGER auch nicht die letzte Mission. 2018 ist ihr BepiColombo ins All gefolgt, eine Raumsonde der Europäischen Weltraumagentur gefolgt. Aber trotzdem war MESSENGER die erste, die den sonnennächsten Planeten umkreist hat. Und deswegen passt es auch gut, dass sie ihre Mission dort beendet hat. Nach dem die Mission zweimal verlängert wurde, war dann irgendwer der Treibstoff endgültig zu Ende. Mit den letzten paar Tropfen hat man MESSENGER in Richtung Merkur gesteuert, wo sie am 30. April 2015 abgestürzt ist. Dort liegt sie jetzt, als erstes von Menschen gemachte Objekt, das die Oberfläche dieser seltsamen fernen und heißen Welt erreicht hat.

Sternengeschichten Folge 680: Die Astronomie der Rauhnächte

Wenn man sich in der Vorweihnachtszeit in den Buchläden umsieht, dann findet man dort nicht nur die übliche Literatur über Weihnachten und den Advent sondern meistens auch einen Schwung Bücher, die mit den "Rauhnächten" zu tun haben. Wenn man eines dieser Werke liest, dann hat man Glück, wenn es darin nur um die gesellschaftlichen und historischen Aspekte diverser Volksbräuche und -mythen geht oder um halbwegs sinnvoll formulierte Vorschläge, die Zeit rund um den Jahreswechsel zur Introspektion und Ruhe zu nutzen. Sehr viel öfter aber hat man Pech, und kriegt ein Buch, dass voll mit esoterischem Quatsch ist. Denn in der "magischen Zeit" der Rauhnächte kann man - so wird da oft versprochen - die Zukunft vorhersagen, böse Geister vertreiben, Wünsche wahr machen, Träume deuten, und so weiter.

Darum soll es in dieser Folge der Sternengeschichten natürlich nicht gehen. Sondern um das, was in kaum einem dieser Bücher erwähnt wird: Die astronomischen Hintergründe der Rauhnächte. Und um die zu verstehen, fangen wir am besten mal damit an zu klären, was eine Rauhnacht eigentlich ist.

Üblicherweise werden damit die zwölf Nächte zwischen dem 25. Dezember und dem 6. Januar bezeichnet. Regional kann es aber auch unterschiedlich sein, und dann sind die Rauhnächte der Zeitraum zwischen dem 20. Dezember und Neujahr. Wir kommen darauf später noch zurück, aber es reicht vorerst zu wissen, dass die Rauhnächte grob den Zeitraum bezeichnen, den wir allgemein als "Zwischen den Jahren" bezeichnen. Und das ist auch schon der erste Hinweis auf die Astronomie. Denn eigentlich gibt es ja kein "Zwischen den Jahren". Das Jahr endet am 31. Dezember um Mitternacht und unmittelbar danach beginnt das nächste Jahr. So ist unser Kalender definiert - aber wir haben ja nicht immer den Kalender verwendet, den wir heute verwenden.

Natürlich basiert auch unser moderner Kalender auf dem Umlauf der Erde um die Sonne beziehungsweise auf der Drehung der Erde um ihre Achse. Wie man diese Einheiten von Jahr und Tag in einen sinnvollen Einklang bringt, habe ich ja schon in vielen Folgen der Sternengeschichten erzählt und ganz ausführlich in Folge 101. Da habe ich auch erklärt, dass das gar nicht so einfach ist, weil sich das nie ganz genau ausgeht und immer ein bisschen was übrig bleibt. Das ist der Grund, warum wir Schalttage und Schaltjahre haben - ansonsten würde der Kalender irgendwann nicht mehr mit den Jahreszeiten im Einklang sein und wir hätten den Nordhalbkugelwinter irgendwann, wenn der Kalender Juli anzeigt.

Wir haben den Kalender also ein wenig angepasst, aber früher war das noch deutlich anders. Da hat man sich beim Erstellen des Kalenders natürlich auch nach der Bewegung der Himmelskörper gerichtet. Aber in den meisten Fällen hat man sich dabei entweder an der Sonne oder dem Mond orientiert. Beim Mondkalender misst man die Zeit zwischen Vollmond und Vollmond und das ist ein Monat. Zwölf dieser Monate ergeben ein Jahr und das ist dann 354 Tage lang. Beim Sonnenkalender wartet man, bis die Erde einmal um die Sonne herum gelaufen ist. Beziehungsweise man betrachtet die scheinbare Bewegung der Sonne am Himmel; das läuft aufs gleiche hinaus. Auf jeden Fall war es auch schon für die frühen Zivilisationen durch genaue Beobachtungen der Abläufe am Himmel möglich, zu bestimmen, dass es gut 365 Tage dauert, bis sich in der Hinsicht alles wiederholt.

Sowohl Sonne als auch Mond sind wichtige Taktgeber für Landwirtschaft, für das religiöse Leben, und so weiter. Man will also gerne Monate und das Jahr berücksichtigen. Vor allem auch, weil ein reiner Mondkalender nicht funktioniert, zumindest dann nicht, wenn man will, dass bestimmte Daten immer zur ungefähr selben Zeit im Jahr stattfinden. Der islamische Kalender ist so ein reiner Mondkalender und deswegen bewegen sich dort Feiertage wie Ramadan durch das ganze Jahr.

Die meisten Kulturen haben deswegen Lunisolar-Kalender entwickelt, die beide Perioden irgendwie zusammenführen. Man hat dann also ein Jahr, dessen Dauer vom Lauf der Sonne (was in Wahrheit die Bewegung der Erde um die Sonne ist) bestimmt wird und das unterteilt ist in Monate, deren Dauer vom Mond bestimmt wird. So ein Lunisolarkalender kann "interkalierend" sein oder nicht. Und dieses komplizierte Wort bedeutet eigentlich nur "Einschub". Ein interkalierender Kalender ist zum Beispiel der alte römische Kalender. Weil ein Jahr aus zwölf Mondmonaten deutlich kürzer als ein Sonnenjahr ist, hat man - vereinfacht gesagt - gewartet, bis sich die fehlenden Tage wieder zu einem ganzen Monat aufsummiert haben und dann einen ganzen zusätzlichen Schaltmonat eingeführt. In unserem modernen Kalender haben wir das anders gelöst; wir haben zwar immer noch 12 Monate, aber die dauern nicht so lange, wie der Zeitraum zwischen zwei Vollmonden - was ca 29 Tage sind. Wir haben ihnen mehr oder weniger willkürlich Längen zwischen 28 und 31 Tagen zugeordnet, und weil sich das am Ende immer noch nicht ganz ausgeht, brauchen wir alle paar Jahre noch einen Schalttag, damit der Kalender nicht aus dem Ruder läuft.

Man kann das mit den Einschaltungen aber auch einfach ignorieren. Dann lässt man das Jahr 12 Mondmonate lang laufen, also 354 Tage lang. Das neue Jahr beginnt dann aber erst 11 Tage später, wenn ein Sonnenjahr mit 365 Tagen um ist. Diese elf Tage beziehungsweise 12 Nächte liegen dann quasi außerhalb der Zeit; sie zählen nicht wirklich - es sind "Tage zwischen den Jahren".

Natürlich sind auch das einfach ganz normale Tage, auch wenn sie in den jeweiligen Kalendern keine Bezeichung haben. Aber in den mythologischen Vorstellungen der Menschen waren das eben auch Tage, an denen die üblichen Gesetze nicht mehr gelten. In diesen Tagen außerhalb der Zeit ist alles möglich; es fallen die Grenzen zwischen der Welt der Lebenden und der Toten; zwischen den Welten von Göttern und Menschen und so weiter. Es haben sich diverse Bräuche entwickelt, um die bösen Geister und Dämonen, die in diesen Tagen angeblich umgehen, in Schach zu halten. Oder aber um mit ihnen Kontakt aufzunehmen. Man hat Rituale entwickelt, Feste, und so weiter. Heute haben wir einen Kalender, dem zwischen den Jahren nichts mehr fehlt. Jeder Tag, sogar jede Sekunde ist genau erfasst; es gibt keine Lücken mehr. Aber die 12 Nächte, die das Ende des einen Mondjahres vom Anfang des nächsten trennen, haben in Form der Rauhnächte und ihrem Brauchtum bis heute überlebt.

Dass diese Tage gerade um Weihnachten herum liegen, ist auch keine Überraschung. Ich habe darüber in den Folge 369 und 474 ausführlich gesprochen. Am 21. oder 22. Dezember ist die Wintersonnenwende, also der Tag, an dem die Sonne auf der Nordhalbkugel ihre geringste Höhe über dem Horizont erreicht. Der Tag ist der kürzeste des Jahres und die Nacht die längste. Oder anders gesagt: Ab der Wintersonnenwende werden die Tage wieder länger und das ist etwas, dass man definitiv feiern kann. Das haben die Menschen auch immer schon gefeiert und das Christentum hat den Feiertag zur Geburt von Jesus einfach auf den Tag der Wintersonnenwende gelegt. Wenn die Menschen eh schon gewohnt sind, zu feiern, dann fällt es ihnen einfacher, den neuen Gott zu feiern und ihre alten Religionen abzulegen, hat man sich gedacht. Und damals war der Tag der Wintersonnenwende noch der 25. Dezember. Dass die heute ein paar Tage früher im Kalender stattfindet, liegt an den diversen Kalenderreformen, die in den letzten zweitausend Jahren stattgefunden haben.

Die Wintersonnenwende war auch ein guter Punkt, um ein Jahr enden zu lassen und ein neues zu beginnen - und damit müssen auch die Tage zwischen den Jahren hier zu finden sein. Die Rauhnächte mögen heute mit christlichem Brauchtum umgeben sein; mit der Zeit zwischen Weihnachten und dem Dreikönigstag oder mit der Zeit von der Thomasnacht (zum 21. Dezember, ein Gedenktag des Apostel Thomas) bis zu Silvester - darunter liegen aber die vorchristlichen Feste und die alten Kalender der Menschen, die sich nach dem Mond gerichtet und auf komplexe Schaltregeln verzichtet haben.

Die Rauhnächte sind ein letzter Rest dieser lang verschwundenen Vergangenheit und gleichzeitig eine Verbindung zwischen dem astronomischen Wissen aus früheren Zeiten und der Gegenwart. Damals war es von fundamentaler Bedeutung, über den Lauf der Zeit informiert zu sein, denn nur so hat man einerseits die Landwirtschaft und damit das Überleben gesichert und andererseits die religiöse und gesellschaftliche Verbindung zwischen den Menschen aufrecht erhalten können. Nur mit dem Überblick über die Zeit kann man die Feste zum richtigen Zeitpunkt feiern oder aber eben wissen, wann die omniöse Zeit "zwischen den Jahren" gekommen ist, in der man besonders auf das Walten und den Willen der Götter und Geister achten muss. Und den Überblick über die Zeit konnte man damals nur durch astronomische Beobachtungen bekommen - es war also wichtig, über den Lauf der Himmelskörper informiert zu sein. Heute ist das den meisten Menschen egal; wir ignorieren die astronomischen Verbindungen zwischen den Rauhnächten und dem Leben der Menschen in der Vergangenheit. Und haben die "Zeit zwischen den Jahren" dafür mit esoterischem Quatsch gefüllt.

Es gäbe noch viel mehr zu erzählen über die Astronomie und die Zeit der Rauhnnächte. Über die "Wilde Jagd", die in diesen Nächten ihr Unwesen treibt und Sternbilder wie den Orion; über die Perchten und das Frühlingsäquinoktium und so weiter. Aber das hebe ich mir für eine andere Folge der Sternengeschichten auf. Und bis es so weit ist, könnt ihr ja gerne in den Rauhnächten in den klaren Winterhimmel hinauf blicken und ein wenig an die Zeit denken, als die Nacht für die Menschen nicht einfach nur Dunkelheit war.

Sternengeschichten LIVE Tour, das Ende der Live-Show und Veränderungen im Podcast

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

Hallo liebe Hörerinnen und Hörer der Sternengeschichten,

Kurz bevor das Jahr zu Ende geht, melde ich mich noch einmal außerhalb der normalen Folgen bei euch, denn es gibt ein paar wichtige Dinge, die ich euch sagen möchte. Das wichtigste gleich zu Beginn: Die Veränderungen im Podcast, die ich im Titel angesprochen habe, bedeuten nicht, dass die Sternengeschichten nicht mehr so sein werden wie jetzt. Das wird alles so bleiben wie immer. Ich möchte nur eventuell etwas zusätzliches, neues machen. Aber dazu kommen wir später.

Zuerst möchte ich auf die Live-Shows zu meinem Podcast hinweisen. Es gibt noch ein paar Termine für 2025 und einige für 2026, aber das werden die letzten Termine sein. Ich werde die Live-Shows danach bis auf weiteres beenden; nicht weil sie keinen Spaß gemacht haben und nicht, weil niemand sie sehen wollte. Ganz im Gegenteil. Aber aus Gründen, die zu komplex sind um sie hier zu erläutern und aus Gründen, für die ich selbst auch nichts kann, hat sich die ganze Organisation der Tour als äußerst unerfreulich erwiesen, sowohl aus persönlicher als auch aus finanzieller Sicht. Aber der Punkt um den es geht ist: Wenn ihr meine Live-Show noch besuchen wollt, dann geht das bis auf weiters nur an den Terminen, die derzeit im Verkauf sind.

Wenn ihr mich im Ruhrgebiet sehen wollt, also in Essen, Düsseldorf und Dortmund, dann müsst ihr zu den Shows kommen, die demnächst stattfinden. Nämlich am 10. Dezember in Essen, am 11. Dezember in Dortmund und am 13. Dezember in Düsseldorf. Am 14. Dezember bin ich mit der Show das letzte Mal in Berlin, da ist zwar schon quasi ausverkauft, aber es kann sein, dass kurzfristig noch Tickets in den Verkauf kommen.

2026 kann man die Show auch in Österreich sehen; am 29. Januar in Wien, am 30. Januar in Salzburg, am 20. Februar in Wörgl, am 26. Februar in Oberwaltersdorf und am 28. Februar in Linz.

Danach geht es Ende 2026 im Norden von Deutschland weiter, am 3. Oktober bin ich in Lübeck und am 4. Oktober in Hamburg. Der einzige Auftritt in Bayern wird 2026 am 23.10 in Fürth stattfinden. Im Osten bin ich am 9.November in Erfurt, am 10.November in Leipzig und am 11. November in Dresden. Am 24. November geht es ein letztes Mal nach Bremen und die allerletzte Live-Show wird am 26. November in Osnabrück stattfinden.

Wenn ihr mich live mit den Sternengeschichten sehen wollt, gibt es dafür leider nur noch diese Möglichkeiten. Tickets und die weiteren Infos dazu findet ihr unter sternengeschichten.live

Ich würde mich freuen, euch zu sehen - denn trotz allem macht es immer wieder großen Spaß, nicht nur ins Mikrofon zu sprechen, sondern live zu euch.

Ach ja - und bevor ich es vergesse: Die ganz Kurzentschlossenen können mich am 3. Dezember in Schwandorf besuchen, da halte ich meinen Vortrag "Eine Geschichte des Universums in 100 Sternen" und am 4. Dezember bin in Freistadt mit einem Vortrag zu "Wie viel Astronomie steckt in einem Glas Bier?".

Soweit zur Live-Show. Der zweite wichtige Punkt betrifft den Podcast selbst. Wie gesagt: Es wird sich nichts ändern; es wird weiterhin jeden Freitag eine neue Folge der Sternengeschichten geben, so wie ihr es seit 13 Jahren gewohnt sein. Ich überlege aber, zum Beispiel einmal im Monat noch eine extra Folge zu veröffentlichen; in einem etwas anderen Format. Eine Spezialfolge, wo ich vielleicht auch auf die eine oder andere Neuigkeit aus der Wissenschaft eingehen kann, was ich ja in den regulären Folgen nicht mache; wo ich vielleicht auch auf Feedback aus der Hörerschaft eingehen kann und wo ich Dinge besprechen kann, wie ich sie jetzt gerade in dieser Spezialfolge bespreche.

Ich würde gerne wissen was ihr davon haltet; wenn ihr das jetzt in großer Anzahl extrem doof findet, dann werde ich es nicht machen - aber ich glaube, es wäre nach so langer Zeit eine nette Erweiterung für diesen Podcast.

In so einer Spezialfolge könnte ich dann zum Beispiel auch ausführlich von meinem neuen Buch erzählen, das nächstes Jahr im Februar erscheinen wird. Es heißt "Die Farben des Universums" und ihr könnt es gerne jetzt schon vorbestellen. Nicht vorbestellen, aber überall dort kaufen, wo es Hörbücher gibt, könnt ihr natürlich immer noch das "Sternengeschichten"-Hörbuch, auch als mp3-CD mit Booklet und Bildern. Vielleicht braucht ihr ja noch was für Weihnachten.

Ich wünsche euch auf jeden Fall noch eine möglichst ruhige Zeit bis zum Ende des Jahres und einen ebenso ruhigen Anfang des neuen Jahres!

Bis Bald mit der nächsten Folge der Sternengeschichten!

Wer den Podcast finanziell unterstützen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter)), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten)) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten))

Sternengeschichten-Hörbuch: https://www.penguin.de/buecher/florian-freistetter-sternengeschichten/hoerbuch-mp3-cd/9783844553062

Sternengeschichten Folge 679: Angeline Stickney und ihr Krater

Der Stickney-Einschlagskrater hat einen Durchmesser von 9 Kilometern. Und man könnte sich jetzt die Frage stellen, ob so ein Krater eine eigene Folge der Sternengeschichten verdient hat. Immerhin kennen wir allein auf der Erde mehr als hundert Krater, die einen Durchmesser von mehr als 5 Kilometer haben. Die größten davon sind sogar mehrere hundert Kilometer groß. Aber Stickney befindet sich eben nicht auf der Erde, sondern auf Phobos, einem der beiden Monde des Mars. Und Phobos selbst ist nur um die 20 Kilometer groß - und verglichen damit ist ein 9 Kilometer großer Krater gewaltig. Man kann Stickney kaum übersehen; quasi eine ganze Hälfte von Phobos ist regelrecht eingedellt.

Eine so beeindruckende Struktur wie Stickney verdient definitiv eine eigene Folge der Sternengeschichten. Außerdem ist Stickney nicht nur als Krater interessant; mindestens ebenso spannend ist die Geschichte der Person, nach der er benannt worden ist. Aber dazu kommen wir später noch; zuerst klären wir die Frage: Wie kommt ein so kleiner Mond wie Phobos zu so einem vergleichsweise gewaltigen Krater?

Von der Existenz des Marsmond Phobos wissen wir seit er am 18. August 1877 vom amerikanischen Astronom Asaph Hall entdeckt wurde. Mit ihm werden wir uns später noch beschäftigen, aber es ist klar, dass man damals noch nichts über die Oberflächenstruktur von Phobos wissen hat können. Bei einem so ein kleiner Mond lässt sich von der Erde aus nichts erkennen. Es hat bis 1972 gedauert und dem Besuch der amerikanischen Raumsonde Mariner 9. Sie hat hochauflösende Bilder von Phobos gemacht und dabei auch den gewaltigen Krater gezeigt.

Das, was da in der Vergangenheit auf Phobos eingeschlagen hat, hat den kleinen Mond fast zerstört. Und es war lange Zeit ein Rätsel, wieso der Mond tatsächlich noch existiert. Denn normalerweise müsste ein Objekt, dass so einen großen Krater verursachen kann, dabei zwangsläufig auch den Mond selbst zerstören. Aber ein etwas genauerer Blick auf die Situation in einer Studie aus dem Jahr 2016 hat die Angelegenheit klarer gemacht. Wir wissen mittlerweile, dass Phobos zwar aussieht, wie ein typischer Felsbrocken im All. Tatsächlich hat er aber eine sehr geringe mittlere Dichte und ist ein ziemlich poröses Objekt. Phobos ist das, was man einen "rubble pile" nennt, also einen Trümmerhaufen. Das ist typisch für viele Asteroiden im Sonnensystem: Sie sind keine großen Brocken, sondern bestehen aus einer Menge lose zusammengeballter kleinerer Felsen, mit jeder Menge Hohlräumen dazwischen und einem Haufen Staub darüber. Solche rubble piles haben ihre Existenz der chaotischen Vergangenheit des Sonnensystems zu verdanken, in der es immer wieder zu jeder Menge großer und kleiner Kollisionen gekommen ist. Die Trümmer solcher Zusammenstöße haben sich dann oft nur locker zusammengeballt und die geringe Gravitation der Asteroiden reicht gerade aus, das alles zusammenzuhalten. Im Fall von Phobos kann es sein, dass irgendwann früher etwas mit dem Mars kollidiert ist und die Trümmer dann den Mond gebildet haben. Oder aber Phobos war früher ein Asteroid, der vom Mars eingefangen wurde.

So oder so ist der kleine Mond kein fester Brocken, sondern hat eine poröse, schwammartige Struktur. Und die kann wie eine Art von "Stoßdämpfer" wirken und verhindern, dass ein großer Einschlag den ganzen Mond zerstört. Berücksichtigt man diese Tatsache, dann reicht auch schon ein ungefähr 200 bis 250 Meter großes Objekt, das mit circa 6 Kilometer pro Sekunde auf Phobos trifft, um einen Krater mit der Größe und Form wie Stickney zu schlagen.

Wann das alles passiert sein muss, ist noch umstritten. Das hängt davon ab, wie genau der Mond entstanden ist. Ist er schon länger in seiner Umlauf um den Mars und aus den Trümmern eines Einschlags auf dem Mars entstanden, dann muss dass vor circa 4,3 Milliarden Jahren passiert sein und Stickney muss sich kurz danach gebildet haben. Wenn er eingefangen wurde, dann ist das vor etwa 3,5 Milliarden Jahren passiert und Stickney hat sich ungefähr eine Milliarde Jahre später gebildet. Aber wieso sind die Zeitangaben hier so extrem unterschiedlich? Das liegt daran, dass wir das Alter von Phobos nicht direkt bestimmen können. Das geht nur indirekt, in dem wir die Krater dort zählen. Vereinfacht gesagt gilt: Je mehr Krater, desto älter ist die Oberfläche und damit Phobos, denn desto mehr Zeit hatte der Mond, um Krater zu sammeln. Das ist aber natürlich keine sonderlich exakte Methode und das Ergebnis hängt unter anderem davon ab, wie lange sich Phobos schon beim Mars befindet. Wir haben - aus diversen anderen Gründen auf die ich jetzt nicht im Detail eingehen möchte - halbwegs brauchbare Vorstellungen darüber, wo und wann im früheren Sonnensystem Asteroiden unterwegs waren und wie viele Kollisionen es gegeben hat. Daraus können wir ableiten, dass Phobos auf jeden Fall schon einige Zeit im Mars-Orbit sein muss. Phobos hat außerdem eine gebundene Rotation, dass heißt, er braucht für eine Runde um den Mars genau so lange wie für eine Drehung um seine eigene Achse. Das ist so wie beim Mond der Erde und so wie bei uns die Gezeitenkraft der Erde auf den Mond dafür verantwortlich ist, ist es bei Phobos die Gezeitenkraft des Mars, die die Rotation des kleinen Mondes im Laufe der Zeit abgebremst hat. Das braucht aber Zeit und auch deswegen wissen wir, dass Phobos schon ein paar Milliarden Jahre beim Mars sein muss. Je nachdem, welches Szenario der Entstehung von Phobos man nun annimmmt, kommt man auf ein Alter, dass irgendwo zwischen 4,3 und grob 3 Milliarden Jahren liegt. Und je nach Alter und Entstehungsort von Phobos - beim Mars oder im Asteroidengürtel - muss man die Verteilung der Krater auf Phobos unterschiedlich interpretieren und kommt auf ein unterschiedliches Alter von Stickney.

So oder so ist Stickney ein beeindruckender Beleg für die dynamischen Vorgänge im Sonnenystem. Und für die Vielfalt an Himmelskörpern, die aus all den Kollisionen der Vergangenheit hervor gegangen ist. Aber warum heißt der Krater "Stickney"?

Dazu müssen wir zurück zu Asaph Hall, über den ich auch schon in Folge 191 ausführlich gesprochen habe. Darin habe ich von der Entdeckung der beiden Marsmonde Phobos und Deimos erzählt und in einem kurzen Satz erwähnt, dass der Krater Stickney nach der Ehefrau von Asaph Hall benannt worden ist. Aber in dieser Folge möchte ich gerne ein wenig genauer von dieser Ehefrau erzählen.

Angeline Stickney wurde am 1. November 1830 geboren. Sie war das sechste Kind ihrer Eltern und kam aus einer einfachen Familie, war aber immer schon sehr wissensdurstig. Vorerst hatte sie sich aber vor allem um die Hausarbeit zu kümmern. 1847 konnte sie dann aber, dank finanzieller Zuwendungen ihrer Cousine, eine Schule in ihrer Heimatstadt besuchen. Nach einem Jahr konnte sich schon ein bisschen eigenes Geld verdienen, in dem sie selbst Unterricht in einer Schule gab. Angeline Stickney wollte aber nicht einfach nur weiter unterrichten, sie wollte vor allem mehr Bildung und selbst eine höhere Schule besuchen. 1852 ging sie an das New York Central College, eine damals sehr progressive Einrichtung. Dort konnte man auch studieren, wenn man wenig Geld hatte, so wie Angeline und vor allem auch, wenn man - wie Angeline - eine Frau war. Sie studierte dort Deutsch, Griechisch, aber auch höhere Mathematik, Astronomie und Vermessungswesen. Und auch hier war sie schnell so weit, dass sie selbst Unterricht geben könnte. Einer ihrer Studenten war ein gewisser Asaph Hall, den sie in Deutsch und und Geometrie unterrichtete. Hall und seine Freunde machten sich damals einen Spaß daraus, sich Fragen auszudenken, von denen sie dachten, Angeline Stickney könne sie nicht beantworten - was aber nie geklappt hat.

Während ihrer Zeit am College hat sich Stickney auch für Frauenrechte engagiert, an diversen Konferenzen teilgenommen, feministische Texte verfasst um Gleichberechtigung der Frauen in und durch Bildung zu fordern und sich für eine grundlegende Reform der amerikanischen Gesellschaft einzusetzen. In ihrem Privatleben hat das aber leider nicht so gut geklappt. Ihr Student, Asaph Hall, wurde 1856 ihr Ehemann. Und, wie es die - noch nicht reformierte Gesellschaft damals gefordert hat - Angeline Stickney musste ihre akademische Karriere beenden und sich mit einem Leben als Ehe- und Hausfrau begnügen. Asaph Hall dagegen bekam eine Stelle an der Harvard College Sternwarte und wurde 1862 Astronom am US Naval Observatory. Mit seiner Karriere ging es dort aber nicht wirklich weiter, so lange jedenfalls, bis Angeline einen Brief an Captain Gillis, den Leiter der Sternwarte schrieb und sich dort für ihren Mann eingesetzt hat. Das Resultat: Asaph Hall wurde Professor. Angeline blieb weiter Hausfrau. Sie kümmerte sich darum, dass das Essen auf dem Tisch stand, sie schickte ihrem Mann Lunchpakete auf die Sternwarte, damit der während der langen Beobachtungsnächte nicht hungrig sein musste und wartete zuhause gespannt auf die wissenschaftliche Ergebnisse, die Asaph Hall mit nach Hause brachte. Sie half ihm außerdem bei den Berechnungen die nötig waren, um die Beobachtungen auszuwerten.

Unter anderem war Hall damit beschäftigt den Mars zu beobachten und nach Monden des Planeten zu suchen. Danach hatte man schon lange gesucht, immer erfolglos und auch Hall war kurz davor den Mut zu verlieren. Er wollte die Suche aufgeben, aber Angeline überredete ihn, weiter zu machen. 1877 war Mars besonders nah an der Erde und wenn man Monde finden könnte, dann jetzt. Von Angeline angespornt, versuchte Hall es nochmal und im August 1877 war er erfolgreich. Zwei Monde des Mars wurden gefunden: Phobos und Deimos. Hall hat später selbst geschrieben, dass er diese Entdeckung nicht gemacht hätte, hätte seine Frau ihn nicht bestärkt, weiterzuschen. Als Angeline aber dann auch mal gefragt hat, ob sie nicht für ihre Arbeit und Berechnungen ein Gehalt bekommen könnte, so wie ein Mann auch, war Asaph nicht so begeistert und hat das abgelehnt - woraufhin Angeline dann auch ihre Mitarbeit eingestellt hat.

Angeline Stickney Hall ist am 3. Juli 1892 gestorben. Wir wissen nicht, welche Entdeckungen sie machen hätte können, wenn sie ihre wissenschaftliche Karriere nicht abbrechen hätte müssen. Das Potential dafür hätte sie auf jeden Fall gehabt. Aber immerhin hat sie es am Ende noch zu Phobos geschafft. Nachdem Mariner 9 die beeindruckenden Bilder von Phobos zur Erde geschickt hat, hat man dort überlegt, wie man all die Strukturen und Krater benennen soll. Und vor allem: Welchen Namen man dem gigantischen Krater geben soll. Ein Komittee, unter dem Vorsitz des bekannten Astronom Carl Sagan, schlug vor, dass er den Namen der Frau bekommen soll, die mit dafür verantwortlich war, dass der Mond überhaupt entdeckt wurde: Stickney.

Sternengeschichten Folge 678: Die Quark-Ära im frühen Universum und die Entstehung der Materie

Die heutige Folge der Sternengeschichten wird kurz. Odr besser gesagt: Das Thema ist kurz. Das Phänomen, um das es geht, hat nur gut eine hunderttausendstel Sekunde gedauert. Und trotz dieser absurd kurzen Dauer hat das, was da passiert ist, das gesamte Universum geprägt. Es geht um etwas, das unmittelbar nach dem Urknall passiert ist und das wir verstehen müssen, wenn wir wissen wollen, wo die Materie im Universum her kommt. Es geht um die sogenannte "Quark-Ära".

Und damit wir verstehen, was damit gemeint ist, müssen wir zuerst ein paar Grundlagen klären. Quarks sind, soweit wir wissen, die grundlegenden Bausteine der Materie. Jedes Atom hat einen Kern aus Protonen und Neutronen und eine Hülle aus Elektronen. Die Protonen und Neutronen werden selbst aber wieder aus jeweils drei Quarks gebildet. Die Quarks sind Elementarteilchen und - soweit wir bis jetzt wissen, wie gesagt - selbst nicht mehr weiter unterteilbar.

Quarks sind seltsame Teilchen. Ganz besonders seltsam ist eine Eigenschaft, die man "Confinement" nennt. Quarks haben einerseits eine elektrische Ladung, andererseits aber auch etwas, das man "Farbladung" nennt. Mit dem, was wir im Alltag als "Farbe" bezeichnen hat das natürlich nichts zu tun; die Farbladung beschreibt, wie sich ein Teilchen unter dem Einfluss der starken Kernkraft verhält. Man kann sich das alles leider nicht anschaulich vorstellen, weil diese Phänomene sich auf Größenordnungen abspielen, die in unserem Alltag keine Rolle spielen. Aber wir können es vielleicht mit der elektromagnetischen Kraft vergleichen. Da wissen wir, dass Dinge elektrisch positiv oder negativ geladen sein können oder auch ungeladen. Und je nachdem, ob und wie sie geladen sind, verhalten sie sich unterschiedliche, wenn sie einer elektrischen oder magnetischen Kraft ausgesetzt sind. Es gibt aber eben auch noch andere grundlegende Kräfte im Universum und die starke Kernkraft ist eine davon. Und so wie die elektromagnetische Kraft nur auf Teilchen wirkt, die eine elektrische Ladung haben, wirkt die starke Kernkraft nur auf Teilchen, die eine andere Art von "Ladung" haben und diese andere Art der Ladung hat man in der Physik eben "Farbladung" genannt. Ein Teilchen kann "rot" geladen sein oder "grün" oder "blau" und wenn ein rotes, ein grünes und ein blaues Quark zusammen zum Beispiel ein Proton bilden, heben sich die drei unterschiedlichen Farbladungen auf und das Proton ist "farblos", spürt also dann die starke Kernkraft nicht mehr, genau so wie ein elektrisch ungeladenes Teilchen die elektromagnetische Kraft nicht mehr spürt.

In Wahrheit ist das natürlich, wie immer, sehr viel komplexer und vielleicht fragt sich der eine oder die andere, was das mit der Entstehung der Materie und der Quark-Ära im frühen Universum zu tun hat? Dazu kommen wir gleich, aber wir müssen zuerst ja noch klären, was es mit diesem "Confinement" auf sich hat. Vereinfacht gesagt bedeutet Confinement, dass in der Natur nur farblose Objekte vorkommen können. Es kann also nur Teilchen geben, die aus drei Quarks mit drei unterschiedlichen Farbladungen zusammengesetzt sind (oder Teilchen, die aus einem Quark und einem anderen Quark mit der passenden Anti-Farbe gebildet werden, aber das würde jetzt zu weit führen). Denn die starke Kernkraft, die auf die farbgeladenen Quarks wirkt und sie zusammenhält, verhält sich ein wenig seltsam. Würde man probieren, eines der drei Quarks von den anderen beiden zu lösen, dann wird die starke Kernkraft umso stärker, je weiter man es entfernt. Oder anders gesagt: Man braucht absurd viel Energie, um ein Quark zu isolieren und das ist noch nicht einmal alles. Wir wissen dank Albert Einstein, dass Energie gleich Materie mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat ist - E=mc². Materie kann also in Energie umgewandelt werden und Energie in Materie. Und die Energie, die man bräuchte, um ein Quark zu isolieren ist so groß, dass daraus sofort neue Quarks entstehen würden, die sich mit den restlichen verbinden, so dass neue farblose Teilchen entstehen.

Noch einmal anders gesagt bedeutet das alles, dass wir in der Natur niemals irgendwo ein einzelnes Quark sehen werden. Es sei denn, es herrschen irgendwo wirklich, wirklich extreme Bedingungen. Und damit sind wir jetzt bei dem zu Beginn angesprochenen extrem kurzen Zeitraum am Anfang des Universums. Wir sind jetzt bei der Quark-Ära, die ungefähr eine Billionstel Sekunde nach dem Urknall begonnen und eine hunderttausendstel Sekunde lang gedauert hat. Aber was soll schon groß passieren in so kurzer Zeit? Jede Menge und vor allem mit jeder Menge Konsequenzen für das heutige Universum.

Der Urknall hat vor 13,8 Milliarden Jahren stattgefunden. Damals war das Universum absurd winzig und absurd heiß. Über das, was ganz am Anfang passiert ist, wissen wir noch nicht so wirklich viel und auch nicht über das, was in den unvorstellbar kurzen Sekundenbruchteilen danach abgelaufen ist. Aber wir wissen, dass ein paar hundert Quintilliardstel Sekunden nach dem Urknall die kosmische Inflation stattgefunden hat. Damals ist das Universum plötzlich in einem unvorstellbar kurzen Zeitraum unvorstellbar viel größer geworden. Ich habe darüber in den Folgen 69 und 70 der Sternengeschichten ausführlicher gesprochen, aber auch mit einer längeren Erklärung kann man sich diese absurd kurzen Zeiträume immer noch nicht vorstellen. Das Universum ist auf jeden Fall quasi instantan ein paar Quadrillionen mal größer geworden als zuvor - aber da es davor unvorstellbar winzig war, ist es nach der Inflation immer noch winzig; vielleicht so groß wie ein Fussball; vielleicht auch ein wenig größer, aber definitiv noch nicht so unvorstellbar groß wie jetzt. Aber im Vergleich zum Zustand davor hat es sich natürlich extrem stark ausgedehnt und dabei auch extrem stark abgekühlt. Das heißt, nach dem Urknall war das Universum enorm heiß und dicht und voller Strahlung. Nach der Inflation war enorm kalt und gar nicht mehr dicht. Was jetzt passiert, nennt man "Reheating", also "Wiedererhitzung". Die Details sind einerseits enorm komplex und andererseits noch immer nicht vollständig verstanden. Aber sehr vereinfacht gesagt: Das Universum nach dem Urknall war von einem sogenannten "Inflatonfeld" durchdrungen, in dem sehr viel Energie gesteckt hat und dieses Feld mit seiner Energie hat die Inflation verursacht. Nach dem abrupten Ende der Inflation (und wir wissen nicht genau, warum sie geendet hat), hat dieses Feld seine Energie quasi losgelassen und aus der plötzlich freigewordenen Energie sind jede Menge Teilchen entstanden. Diese Teilchen sind miteinander kollidiert, haben sich gegenseitig ausgelöscht, Energie und Strahlung freigesetzt aus denen wieder neue Teilchen entstanden sind, und so weiter. Kurz gesagt: Der Kollaps des Inflatonfeldes hat dafür gesorgt, dass das Universum plötzlich von einer dichten, heißen Mischung aus Strahlung und Teilchen gefüllt ist.

Ab jetzt ist, wieder vereinfacht gesagt, aber wenn es um diese Themen geht ist ja alles nur vereinfacht gesagt - ab jetzt also ist das Universum voll mit Teilchen. Es ist voller Quarks, es ist voll mit Gluonen - das sind die Teilchen, die die starke Kernkraft vermitteln, so wie die Elektronen die elektromagnetische Kraft übertragen - und es ist auch noch voll mit ein paar anderen Elementarteilchen, die wir jetzt aber ignorieren, damit es nicht noch verwirrender wird. Vor allem ist dieses junge Universum noch so heiß, dass Quarks tatsächlich nicht in der Lage sind, sich durch die starke Kernkraft aneinander zu binden. Die Temperatur und damit die überall zur Verfügung stehende Energie ist so groß, dass die Quarks sich frei bewegen können. Es herrscht eine Art Gleichgewichtszustand. Quarks und Antiquarks vernichten sich gegenseitig, aus der Energie entstehen aber ständig neue Quarks und Antiquarks. Dazwischen sausen die Gluonen durch die Gegend und mischen auch mit. Dieser Zustand nennt sich "Quark-Gluonen-Plasma"; die Teilchen, die heute immer nur im Inneren der Atomkerne aneinander gebunden existieren können, waren damals frei und haben das ganze Universum angefüllt. Dieser Zustand hat, wie gesagt, ungefähr eine hunderttausendstel Sekunde gedauert. Dann war das Universum soweit abgekühlt, dass die Quarks nicht mehr genug Energie hatten, um sich frei zu bewegen. Sie haben sich aneinander gebunden, dabei unter anderem die Protonen und Neutronen gebildet und seitdem nicht mehr voneinander gelassen. Ab diesem Zeitpunkt existieren also die Bausteine der Atomkerne im Universum und die Grundlage für die Materie, so wie wir sie kennen, ist geschaffen.

Einen wichtigen Punkt haben wir aber noch nicht angesprochen. Ich habe vorhin erzählt, dass alles im Gleichgewicht war. Quarks und Antiquarks haben sich gegenseitig ausgelöscht; aus der Energie sind neu Quark und Antiquark-Paare entstanden. Und ich habe auch gesagt, dass beim Zerfall des Inflatonfeldes aus der Energie ebenfalls Quarks und Antiquarks entstanden sind. Aber wenn das wirklich so war; wenn da wirklich ein perfektes Gleichgewicht war, dann hätte nach dem Ende der Quark-Ära eigentlich nichts übrig bleiben dürfen. Wenn da wirklich genau so viele Quarks wie Antiquarks waren, dann hätten sich daraus auch gleich viele Protonen und Antiprotonen bilden müssen, usw. Materie und Antimaterie hätten sich nach Ende der Quark-Ära gegenseitig auslöschen müssen und das Universum wäre von da an nur mit Strahlung gefüllt. Es hätten sich nie irgendwelche Sterne gebildet; keine Galaxien, keine Planeten und auch keine Menschen, die in Podcasts über die Quark-Ära erzählen. Das Gleichgewicht kann also nicht perfekt gewesen sein und wir wissen bis heute nicht genau, was dafür gesorgt hat, dass das so war. Aber was immer da auch passiert ist; es muss irgendwann vor der Quark-Ära passiert sein. Irgendwann, nach der Inflation und dem Reheating, in den unvorstellbar kurzen Sekundenbruchteilen bis zum Beginn der Quark-Ära und derem Ende muss etwas dafür gesorgt haben, dass es zu einer Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie kommt. Ansonsten würde das Universum heute nicht so aussehen, wie es aussieht.

Wir haben natürlich keine Chance, direkt zu beobachten, was damals passiert ist. Aber wir können die Zustände der Quark-Ära zumindest näherungsweise nachstellen. In den großen Teilchenbeschleunigern können wir, für kurze Zeit und auf kleinem Raum, so viel Energie konzentrieren, dass ein Quark-Gluonen-Plasma entsteht. Damit haben wir eine Chance, zu erforschen, was damals vielleicht wirklich passiert ist. Und können verstehen, wie diese Sekundenbruchteile am Anfang des Universums dafür gesorgt haben, dass wir heute existieren können.