Sternengeschichten Folge 667: Die Hyaden

Das Sternbild des Stiers kann man in Mitteleuropa von September an den ganzen Winter bis weit in den Frühling hinein am Himmel stehen sehen. Besonders markant ist dort nicht nur der sehr helle Stern Aldebaran, von dem ich schon in Folge 475 ausführlich erzählt habe, sondern die ganze Region, die wir als Kopf des Stiers interpretieren. Direkt neben Aldebaran erkennen wir eine V-förmige Struktur aus Sternen, die alle zu den Hyaden gehören. So nennt man einen Sternhaufen, der schon seit der Antike bekannt ist und bis heute neue wissenschaftliche Informationen liefert.

Der Name leitet sich vom griechischen Wort "hyein" ab, was so viel bedeudet wie "es regnen lassen" und früher hat man die Hyaden auch als das "Regengestirn" bezeichnet. Tatsächlich hat man die Hyaden im antiken Griechenland mit Regen verknüpft: Wenn die Sterne der Hyaden direkt bei Sonnenaufgang über dem Horizont erscheinen (oder direkt bei Sonnenuntergang wieder hinter dem Horizont verschwinden), dann sollte das Zeiten im Jahr ankündigen, in denen es besonders oft regnet. Passend zu dieser Beobachtung hat man auch den Namen und den zugehörigen Mythos entwickelt. Die Hyaden waren die Töchter des Titanen Atlas und Schwestern von dessen Sohn Hyas. Als dieser Hyas einmal in Lybien unterwegs auf der Jagd war, ist er von einem Löwen getötet worden. Oder einer Schlange. Oder einem Wildschwein. Da ist sich die Mythologie nicht ganz einig. Auf jeden Fall war Hyas tot und seine Schwestern extrem traurig. Sie weinten und weinten und konnten gar nicht mehr aufhören zu weinen. Die Götter hatten Mitleid mit ihnen und versetzen sie als Sterne an den Himmel. Wieso das bei der Trauer helfen soll, bleibt zwar unklar, aber auf jeden Fall haben wir seitdem den Sternhaufen der Hyaden und dass die Schwestern des Hyas als Sterne nicht wirklich glücklicher geworden sind, merkt man auch daran, dass ihre Tränen immer noch zur Erde fallen, jedesmal wenn es regnet. Das sagt zumindest der Mythos und was er uns nicht sagt, ist übrigens die Anzahl der Hyaden. Mal sind es fünf Schwestern, mal sieben, mal drei und mal fünfzehn. Also lassen wir die Mythologie sein und widmen uns der Wissenschaft.

Die sagt uns, dass der Sternhaufen der Hyaden aus circa 350 Sternen besteht. Alle befinden sich circa 150 Lichtjahre von der Erde entfernt und der ganze Haufen hat einen Durchmesser von 9 bis 10 Lichtjahren. Oder genauer gesagt: Der innerste, dichte Teil des Haufens hat diesen Durchmesser. Es gibt auch noch einen Haufen Sterne, die weiter entfernt sind, bis zu einer Entfernung von ungefähr 33 Lichtjahren. Da fängt dann die Gravitationskraft der restlichen Sterne in der Milchstraße an, stärker zu werden als die Gravitationskraft der Sterne im Hyaden-Haufen oder anders gesagt: Ab dieser Distanz kann der Haufen nicht mehr durch seine eigene Gravitationskraft zusammenhalten. Wir kennen aber auch eine Menge Sterne der Hyaden, die sich außerhalb dieser Grenze von 33 Lichtjahren befinden - das sind Sterne, die gerade dabei sind, sich vom Haufen zu lösen.

Was mit den Hyaden in Zukunft passieren wird, schauen wir uns dann später noch an, zuerst geht es aber in die Vergangenheit. Das Alter der Hyaden liegt bei ungefähr 600 Millionen Jahren. Damit sind sie ein bisschen älter als der Sternhaufen der Plejaden, der ja quasi gleich nebenan im Sternbild Stier liegt. Und jetzt fragt sich vielleicht der eine oder die andere: Wie bestimmt man eigentlich das Alter von so einem Sternhaufen?

Dazu muss man sich zuerst einmal darüber im Klaren sein, dass Sterne nie allein entstehen, sondern immer in Sternhaufen. Die meisten dieser Haufen lösen sich aus unterschiedlichsten Gründen schnell auf, meistens in weniger als 50 Millionen Jahren. So war es auch bei unserer Sonne: Auch sie ist vor 4,5 Milliarden Jahren gemeinsam mit ein paar hundert bis 1000 anderen Sternen entstanden, aber die sind im Laufe der Zeit alle ihrer eigenen Wege gegangen. Wie schnell sich so ein Haufen auflöst, hängt zum Beispiel davon ab, wie nahe die Sterne nach der Geburt beieinander sind und wie stark deswegen die Gravitationskraft ist, die sie zusammenhält. Oder davon, wie weit der Haufen vom galaktischen Zentrum entfernt ist. Die dichte Zentralregion der Milchstraße übt ja eine besonders starke Gravitationskraft aus, die so einen Haufen auch besonders gut zerreißen kann.

Die Hyaden sind offensichtlich als ein Haufen entstanden, der dicht genug und weit genug vom galaktischen Zentrum entfernt war, so dass er bis heute als Haufen überleben hat können. Aber auch er wird sich irgendwann auflösen. Einerseits, weil sich viele Sterne früher oder später doch vom Haufen lösen. Diesen Prozess nennt man "Evaporation" und es läuft circa so: In so einem Haufen sind die Sterne einander viel näher als es Sterne normalerweise sind. Es kommt daher auch immer wieder mal zu nahen Begegnungen zwischen zwei Sternen. Dabei kann Bewegungsenergie von einem Stern auf den anderen übertragen werden. Der ganze Vorgang ist naturgemäß komplex, aber es läuft darauf hinaus, dass Sterne mit mehr Masse immer näher an das Zentrum des Haufens rücken und leichtere Sterne weiter nach außen, wo sie sich dann irgendwann komplett vom Haufen lösen. Andererseits leben Sterne ja auch nicht ewig, und diese Information ist relevant, wenn wir das Alter eines Sternhaufens bestimmen wollen.

Wir gehen dazu zuerst einmal davon aus, dass alle Sterne der Hyaden mehr oder weniger zur selben Zeit entstanden sind. Das bedeutet aber natürlich nicht, dass die Sterne nach ihrer Geburt alle einander ähnlich waren. Ganz im Gegenteil: Es ist zu erwarten, dass alle Variationen von Sternen entstanden sind. Massereiche Sterne, massearme Sterne und alles dazwischen. Und wir wissen ja auch, dass die Lebensdauer eines Sterns von der Masse abhängt: Je mehr Masse ein Stern hat, desto heißer ist er und desto schneller hat er den Wasserstoff in seinem Inneren durch Kernfusion verbrannt. Massereiche Sternen leben nur ein paar Dutzend Millionen Jahre, massearme Sterne können Milliarden bis Billionen Jahre durchhalten. Wir können jetzt also von allen Sternen der Hyaden die Masse und die Helligkeit bestimmen. Beziehungsweise die Temperatur und die Helligkeit, was ja aufs gleiche rauskommt. Das tragen wir in ein Diagramm ein und kriegen das, was ich vor langer Zeit in Folge 6 der Sternengeschichten erzählt habe: Ein sogenanntes Hertzsprung-Russell-Diagramm der Hyaden.

Normalerweise sehen wir in so einem Diagramm, wie sich die Sterne entlang einer Linie anordnen, die von hellen und heißen Sternen diagonal nach unten zu den dunklen und kühlen Sternen führt. Bei den Hyaden wird man aber sehen, dass diese Linie am oberen Ende quasi abgeschnitten ist. Die hellen und heißen Sterne fehlen im Diagramm und sie fehlen deswegen, weil sie ihr Leben schon beendet haben. Die ganz hellen und ganz heißen verschwinden zuerst, dann die ein bisschen weniger hellen und heißen, und so weiter. Die Sterne eines Haufens entstehen zwar alle gemeinsam. Aber weil die Lebensdauer eines Sterns direkt mit der Masse, also der Helligkeit und der Temperatur zusammenhängt, verschwinden sie, schön nach Masse geordnet, der Reihe nach. Wir müssen also nur noch nachschauen, wie groß die Masse der massereichsten noch existierenden Sterne in den Hyaden ist und können daraus berechnen, wie viel Zeit seit seiner Entstehung vergangen sein muss, damit die anderen alle verschwinden konnten.

Im Fall der Hyaden sehen wir, dass die aktuell dort noch vorhandenen massereichsten Sterne circa 2,3 mal so schwer sind wie die Sonne was auf ein Alter von um die 600 Millionen Jahre hindeutet. Und ein paar hundert Millionen Jahre lang wird es den Haufen auch noch geben. Dann werden die schwereren Sterne ihr Leben beendet haben und die leichteren aus dem Haufen evaporiert sein. Am Ende bleiben vielleicht noch ein paar Dutzend Sterne übrig, die der endgültigen Auflösung des Haufens noch ein bisschen länger wiederstehen können. An unserem Himmel werden die Hyaden dagegen schon etwas früher aufhören, der prominente und beeindruckende Anblick zu sein, der sie derzeit sind. Die Sterne der Hyaden bewegen sich natürlich alle durch die Milchstraße, sie tun es aber alle zusammen in die selbe Richtung mit mehr oder weniger der selben Geschwindigkeit. Von der Erde aus beobachtet bewegen sie sich auf einen Punkt zu, der ein Stückchen östlich des hell leuchtenden Sterns Beteigeuze im Sternbild Orion liegt. Aus unserer Sicht entfernt sich der Haufen also, und schrumpft dadurch auch scheinbar. Was jetzt noch eine ausgedehnte, markante Sterngruppe im Kopf des Stiers ist, wird in ein paar Dutzend Millionen Jahren ein eng gedrängter Lichtfleck über der Schulter des Orion sein.

Aber noch können wir die Hyaden in Ruhe betrachten. Sowohl mit unseren eigenen Augen am Nachthimmel, als auch mit wissenschaftlichen Instrumenten. Weil die Hyaden uns vergleichsweise nahe sind, sind sie ein wunderbarer Ort, um die Entwicklung von Sternen im Detail beobachten zu können und noch dazu eines ganzen Haufens an Sterne, die alle gemeinsam entstanden sind. Sie werden uns noch lange Zeit wissenschaftliche Daten liefern. Und noch viel länger wird uns ihr Anblick am Nachthimmel Freude bereiten - zumindest wenn wir ignorieren, dass es sich dabei laut griechischen Mythen um einen Haufen weinender Schwestern handelt.

Sternengeschichten Folge 666: Die Achse des Bösen

In dieser Folge geht es um die "Achse des Bösen". Und damit ist nicht der Begriff gemeint, den der damalige US-Präsident George Bush im Jahr 2002 benutzt hat, um Länder wie Nordkorea, Iran und Irak zu beschreiben, die er beschuldigt hat, Terrorismus zu unterstützen. In dieser Folge geht es nicht um Politik, sondern um Kosmologie. Es geht um die Eigenschaften des gesamten Universums und um ein Phänomen, dass zwar nicht wirklich "böse" ist, aber dass man zumindest als "Bedrohung" für unser derzeitiges Verständnis des Universums betrachten kann.

Um zu verstehen, was mit der "Achse des Bösen" gemeint ist; um welche "Achse" es geht und warum sie "böse" sein soll, müssen wir aber zuerst ein wenig ausholen und bei der kosmischen Hintergrundstrahlung beginnen. Davon habe ich hier ja schon oft erzählt, aber weil es zentral ist für diese Geschichte, erzähle ich das wichtigste nochmal. Es geht um das, was ungefähr 400.000 Jahre nach dem Urknall passiert ist. Bis dahin war das junge Universum dicht mit Materie gefüllt, es gab aber noch keine Atome im heutigen Sinn. Sondern nur die Atomkerne; die Elektronen, die normalerweise die Hülle der Atome bilden, sind noch frei durch die Gegend gesaust. Es war noch zu heiß im Universum, als dass sich Atomkerne und Elektronen aneinander binden hätten können. Dadurch konnte sich aber auch das Licht nicht ausbreiten. Das Universum war auch voll mit jeder Menge Energie in Form von Lichtteilchen, die aber bei ihrem Weg ständig von den Elektronen aufgehalten worden sind. Das ganze Universum war damals ein wenig wie ein trüber, nebliger Tag an dem man nichts sieht, nur eben sehr, sehr viel heißer als ein trüber nebliger Tag. Aber dann, 400.000 Jahre nach dem Urknall, war das Universum weit genug abgekühlt, die Elektronen haben sich an die Atomkerne gebunden, der Weg war frei für die Photonen, die sich jetzt in alle Richtungen ausbreiten konnte. Von jedem Punkt im Universum hat sich damals also Strahlung in jede Richtung aufgemacht. Bis heute hat sich das Universum dann natürlich immer weiter ausgedehnt und abgekühlt, die Strahlung von damals ist aber immer noch unterwegs. Wir hier auf der Erde können heute den Teil davon beobachten, der gerade jetzt erst aus den fernen Ecken des Universums bei uns ankommt. Diese Strahlung kommt von jedem Punkt des Himmels zu uns und deswegen nennt man sie "Hintergrundstrahlung". Könnten wir sie mit unseren Augen sehen, dann würden wir sehen, dass der ganze Himmel ständig gleichmäßig schwach leuchtet. Aber unsere Augen können die Hintergrundstrahlung nicht wahrnehmen, es handelt sich um langwellige Mikrowellenstrahlung, die wir nur mit speziellen Teleskopen beobachten können.

Der zentrale Punkt, um den es hier geht, ist aber die Tatsache, dass die kosmische Hintergrundstrahlung mehr oder weniger gleichmäßig aussehen sollte. Wenn wir den Himmel beobachten und die Intensität dieser Strahlung messen, dann sehen wir quasi wie das Universum damals, kurz nach dem Urknall ausgesehen hat. Und damals gab es keine Galaxien, keine Galaxienhaufen, usw - es gab nichts, außer Elektronen, Atomkernen und Energie und alles war gleich im Raum verteilt. Da war keine Hälfte des jungen Universums die leer war, weil sich alles in der anderen Hälfte gedrängt hat. Warum hätte das auch so sein sollen? Es gibt keinen Bereich des Universums, der sich irgendwie fundamental von allen anderen Orten unterscheidet. Die Bedingungen sind überall die selben und es gibt keine "besonderen" Plätze im Kosmos. Das nennt man in der Wissenschaft das "kopernikanische Prinzip" und es ist eines der zentralen Elemente bei unserer Beschreibung des Universums.

Und sicherheitshalber sage ich noch einmal dazu: Das gilt, wenn wir das Universum im großen Maßstab betrachten. Natürlich ist unsere Erde ein "besonderer" Platz, zumindest insofern, als sie sich deutlich und dramatisch zum Beispiel vom Mars, der Venus oder dem leeren Weltraum unterscheidet. Unser Sonnensystem ist ein besonderer Platz, weil es sich von Sternen unterscheidet, die nicht von Planeten umkreist werden. Und so weiter: Es geht aber nicht darum, sondern um das große Ganze. Egal wohin wir im Universum schauen, wir sehen Galaxien voller Sterne, die sich in Galaxienhaufen anordnen. Es sind immer andere Galaxien mit anderen Sternen, aber im Grunde ist es immer das selbe. Ein Ecke des Universums sieht aus wie jede andere Ecke des Universums. So ist es heute und so muss es auch damals gewesen sein, 400.000 Jahre nach dem Urknall. Es gab keinen Bereich in dem sich sehr viel mehr Lichtteilchen rumgetrieben haben als anderswo. Und deswegen kann es auch heute keinen Bereich am Himmel geben, aus dem sehr viel mehr Hintergrundstrahlung zu uns kommt als von anderswo. Die Hintergrundstrahlung ist gleichmäßig, weil es im Universum keinen besonderen Ort gibt.

Und nachdem ich das jetzt alles erklärt habe, müssen wir uns als nächstes mit den Variationen in der Hintergrundstrahlung beschäftigen. Ja, ich weiß, ich habe gerade gesagt, dass es so etwas nicht geben sollte. Aber auch hier geht es um die Details und nicht das große Bild. Im Großen und Ganzen erreicht uns aus jeder Richtung des Himmels Hintergrundstrahlung mit der selben Intensität. Aber es gibt winzige Variationen, weil die Materie nach dem Urknall nicht absolut komplett gleichmäßig verteilt sein hat können. Es muss Regionen mit ein klein wenig mehr Materie gegeben haben und Regionen mit ein bisschen weniger. Die dichteren Bereichen haben im Laufe der Zeit eine größere Gravitationskraft ausgeübt, noch mehr Materie angezogen und so haben sich dann Strukturen wie Galaxienhaufen usw bilden können. Ansonsten wäre das Universum auch heute noch komplett gleichmäßig mit Teilchen angefüllt und es gäbe keine Sterne, keine Planeten und auch uns nicht.

Es muss also kleinste Variationen in der Verteilung der ursprünglichen Materie gegeben haben und die führen - aus Gründen auf die ich im Detail jetzt nicht eingehen will - dazu, dass auch die Intensität der Hintergrundstrahlung leicht variabel ist. Man spricht in der Kosmologie von der "Temperatur" der Hintergrundstrahlung; das bedeutet also, je nachdem an welchen Punkt des Himmels wir blicken, ist es dort ein kleines bisschen wärmer oder kälter. Die Variation in der Hintergrundstrahlung haben wir das erste Mal 1993 gemessen und seitdem immer genauer. Und, ich wiederhole es nochmal, weil es wichtig ist: Diese Variationen widersprechen vorerst nicht dem kopernikanischen Prinzip. Wir können uns irgendeinen Bereich des Himmels raussuchen und werden dort warme und kalte Flecken sehen. Die sehen wir aber genau so, wenn wir uns irgendeinen anderen Bereich des Himmels anschauen. Insgesamt betrachtet gibt es keine Gegend am Himmel, die sich fundamental von irgendeiner anderen unterscheidet; überall gibt es eine Mischung aus kalt und warm.

So soll es zumindest sein. Ob es auch wirklich so ist, muss man genau messen. Das hat man getan und damit sind wir schon fast bei der Achse des Bösen angelangt. Wir müssen aber zuerst noch klären, wie man die Verteilung der warmen und kalten Flecken tatsächlich wissenschaftlich exakt fassen kann. Es reicht nicht, einfach nur zu schauen, ob das Warm/Kalt-Muster halbwegs zufällig aussieht. Man muss das irgendwie mathematisch quantifizieren und das macht man mit etwas, das man "Multipol"-Entwicklung nennt. Im Detail ist das eine gar nicht so unkomplizierte Methode; das Prinzip ist aber leicht erklärt. In der mathematisch sehr vereinfachten Version läuft das so: Zuerst betrachtet man den Himmel als Gesamtheit und bestimmt die durchschnittliche Temperatur der Hintergrundstrahlung. Die liegt übrigens bei 2,725 Kelvin, falls es jemand wissen will und in diesem sehr simplen Bild kann es natürlich keine Variation geben. Im nächsten Schritt teilen wir den Himmel in zwei Hälften und bestimmen die Durchschnittstemperatur für jede davon. Dann teilen wir den Himmel in vier Viertel und berechnen wieder die durchschnittliche Temperatur für jedes Viertel, dann in acht Achtel, und so weiter. Macht man das mathematisch korrekt und nicht nur mit Hälften, Vierteln und Achteln sondern geht bis zu sehr, sehr, sehr viel feineren Unterteilungen, kann man durch die Überlagerung all dieser Bilder am Ende die beobachtete Temperaturverteilung der Hintergrundstrahlung rekonstruieren.

Man kann sich jetzt aber auch die einzelnen Zwischenschritte genauer anschauen und vor allem mathematisch analysieren. Das Bild, wo der Himmel einfach nur eine Durchschnittstemperatur hat und ansonsten keine Struktur wird "Monopol" genannt und ist für unsere Geschichte nicht weiter interessant. Auch nicht der "Dipol", also das Bild, wo der Himmel in zwei Hälften geteilt wird. Der Dipol der kosmischen Hintergrundstrahlung zeigt klar, dass eine Hälfte des Himmels kälter ist als der Durchschnitt und die andere wärmer. Aber genau das ist auch zu erwarten, denn die Erde bewegt sich ja - mitsamt Sonne und Milchstraße - durch das Universum. Wir fliegen quasi einem Teil der Hintergrundstrahlung entgegen und entfernen uns vom anderen Teil, was dazu führt, dass wir eine Hälfte wärmer messen und die andere kälter. Das ist ein bisschen so, wie der Fahrtwind beim Radfahren unser Gesicht abkühlt, den Hinterkopf aber nicht.

Interessant wird es beim Quadrupol, also dem Bild mit den vier Vierteln. Hier sollten wir jetzt die echten Variationen der Hintergrundstrahlung sehen. Ebenso beim Oktupol, also dem Bild mit den Achteln, und so weiter. Und jetzt sind wir direkt bei der Achse des Bösen angekommen. Bleiben wir dafür nochmal ein bisschen beim Quadrupol. Wir haben also den ganzen Himmel in vier Bereich geteilt und die jeweilige Durchschnittstemperatur bestimmt. Wir haben ein Muster bekommen, aus kalten und warmen Bereichen. Und können uns jetzt überlegen, ob es eine Richtung gibt, in der das Muster besonders stark ausgeprägt ist. Das soll folgendes bedeuten: Wir stellen uns das Universum als große Kugel vor und malen die Oberfläche der Kugel entsprechend der Temperatur der Hintergrundstrahlung an. Ein warmes Viertel wird rot, ein kaltes blau, und so weiter. Wie genau müssen wir diese Kugel dann drehen, dass das entstehende Muster möglichst symmetrisch aussieht? Wir können so dann quasi eine Ebene bestimmen, die die warmen von den kalten Bereichen trennt und wir können schauen, in welche Richtung diese Ebene zeigt. Diese Richtung ist die "Achse des Quadrupols" und wir können genau so eine Achse des Oktupols bestimmen, und so weiter. In Wahrheit ist das, wie gesagt, mathematisch alles ein wenig komplexer, aber fürs Erste reicht auch die vereinfachte Erklärung.

Bestimmt man die Achsen von Quadrupol und Oktupol, dann zeigt sich ein überraschendes Bild. Erstens stimmen beide fast überein. Und zweitens ist die Ausrichtung dieser Achsen auch noch mehr oder weniger identisch mit der Ausrichtung der Ebene unseres Sonnensystems. Und "überraschend" ist eigentlich das falsche Wort für dieses Phänomen. Es kann eigentlich nicht sein, dass das so ist! Überlegen wir noch einmal, was das bedeutet: Wir betrachten die Variationen der kosmischen Hintergrundstrahlung. Es sollte - ausgehend vom kopernikanischen Prinzip - keine Bereiche des Universums geben, die irgendwie besonders sind. Es gibt also erstens keinen Grund, warum die Achse des Quadrupols irgendwas mit der Achse des Oktupols zu tun haben sollte, weil die Variationen zwar vorhanden sind, aber ohne großflächiges Muster. Und, sehr viel wichtiger: Die kosmische Hintergrundstrahlung die wir heute beobachten, ist vor 13,8 Milliarden Jahren entstanden, nur ein paar hunderttausend Jahre nach dem Urknall. Damals gab es noch keine Sterne, keine Galaxien, gar nichts. Ganz besonders nicht gegegeben hat es das Sonnensystem. Das ist erst vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden, da war die kosmische Hintergrundstrahlung schon mehr als 9 Milliarden Jahre lang durch das Universum unterwegs. Wie um Himmels Willen soll die Ausrichtung unseres Sonnensystems irgendwas mit der Verteilung der Materie kurz nach dem Urknall zu tun haben? Und warum orientieren sich die Variationen der Hintergrundstrahlung gerade an unserem Sonnensystem? Wie die Planetenbahnen um einen Stern herum ausgerichtet sind, ist reiner Zufall, das hat mit den chaotischen Entstehungsprozessen von Planetensystemen zu tun. Warum soll sich die Hintergrundstrahlung und damit das gesamte Universum gerade an den Umlaufbahnen der Planeten eines einzigen Sterns orientieren der noch dazu der Stern ist, den wir mit der Erde umkreisen?

Klar, in so einem Fall liegt es nahe, dass da irgendein systematischer Beobachtungseffekt aufgetreten ist. So wie beim Dipol, wo wir eine warme und eine kalte Hälfte des Universums sehen, die genau in die Bewegungsrichtung der Erde orientiert sind. Da ist das weder Zufall noch überraschend, sondern halt einfach ein ein Effekt den wir nur sehen WEIL wir eben von der sich bewegenden Erde beobachten. Solche Effekte kann man auch leicht entsprechend korrigieren. Aber bei Quadrupol und Oktupol hat man natürlich auch probiert, solche Effekte zu finden - bis jetzt aber erfolglos.

Dass das Universum nicht ganz so gleichförmig ist, wie es das kopernikanische Prinzip verlangt, haben schon Daten der Hintergrundstrahlung nahe gelegt, die man Anfang der 2000er Jahre gewonnen hat. Als man dann aber auch noch herausgefunden hat, dass es anscheinend eine bevorzugte Richtung im Universum gibt, die noch dazu mit der Richtung übereinstimmt, die die Orientierung unseres Sonnensystems beschreibt, war man verwirrt. Die Astronomin Kate Lang und ihr Kollege João Magueijo vom Imperial College in London haben dieses Phänomen in einer wissenschaftlichen Arbeit aus dem Jahr 2005 scherzhaft als "Axis of Evil", die Achse des Bösen bezeichnet.

Neuere Daten haben das Bild leider nicht klarer gemacht. Je nachdem, wie man die Beobachtungen mathematisch im Detail auswertet, sieht man den Effekt oder auch nicht. Vielleicht ist das alles wirklich nur ein hartnäckiger, seit Jahrzehnten unentdeckter Fehler in der Datenauswertung. Vielleicht hat das alles irgendwas mit einem lokalen Phänomen in unserer Ecke des Universums zu tun, das wir noch nicht verstanden haben. Oder aber das Universum ist anders, als wir es bisher gedacht haben und es gibt tatsächlich Bereiche, die fundamental anders sind als andere. Die Frage nach der Natur der "Achse des Bösen" gehört zu den unbeantworteten Fragen der Kosmologie. Dass wir entgegen aller bisherigen Annahmen doch der Mittelpunkt des ganzen Universums sind, bleibt aber weiterhin unwahrscheinlich.

Sternengeschichten Folge 665: Der Meteorit von L'Aigle

Meteoriten sind Überreste von Asteroiden, die mit der Erde kollidiert sind. Überall auf der Welt haben wir diese Brocken aus Stein und Metall gefunden und mit ihnen können wir erforschen, wie die Objekte dort draußen im Weltall beschaffen sind und funktionieren. Aber das Wissen über ihren kosmischen Ursprung ist noch vergleichsweise jung. Erst vor gut 200 Jahren hat sich die Wissenschaft davon überzeugen lassen, dass diese Brocken wirklich aus dem Weltall kommen. Der Wendepunkt war ein Ereignis in der kleinen französischen Stadt L'Aigle.

Bevor wir aber schauen, was dort am 26. April 1803 passiert ist, schauen wir aber noch ein Stück weiter in die Vergangenheit. Steine, die vom Himmel fallen, haben die Menschen immer schon beobachtet. Es gab allerdings unterschiedliche Vorstellungen darüber, um was es sich dabei handelt. Im Jahr 861 haben Menschen in Japan einen hellen Lichtblitz in der Nacht gesehen und eine laute Explosion gehört und am nächsten Tag einen großen, schwarzen Stein im Garten eines Tempels gefunden. Die Priester haben das als Zeichen des Himmels betrachtet und den Stein als speziellen Schatz aufgehoben. 1492 hat ein Junge in der französischen Stadt Ensisheim einen Stein vom Himmel in ein Weizenfeld fallen sehen und auch das wurde als göttliches Zeichen interpretiert.

In der Antike hat man natürlich auch schon über die Steine Bescheid gewusst, die vom Himmel fallen. Im 5. Jahrhundert vor Christus hat der Philosoph Diogenes von Apollonia erklärt, dass das unsichtbare Sterne wären, die zur Erde fallen. Aristoteles dagegen war fest überzeugt, dass es sich um ein Phänomen in der Atmosphäre handeln muss; dass sich dort irgendwie Materie zusammenklumpt, die dann zu Boden fällt. Das altgriechische Wort "meteoros" bedeutet auch so viel wie "in der Luft schwebend" und die diversen Erscheinungen, die dort in der Luft stattfinden, hat Aristoteles in einem Buch mit dem Titel "Meteorologie" beschrieben. Dieses Wort verwenden wir heute noch, wenn wir von der Wissenschaft der Atmosphäre und des Wetters sprechen. Aber wir finden es eben auch im Wort "Meteorit". Denn das Werk von Aristoteles hatte auch weit über die Antike hinaus großen Einfluss und seine Vorstellungen sind von den Gelehrten des Mittelalters und der frühen Neuzeit übernommen worden. Deswegen war man auch im 18. Jahrhundert noch davon überzeugt, dass Meteorite nicht aus dem Weltall kommen. Man ging davon aus, dass es Steine sind, die vielleicht durch Vulkane oder Blitzeinschläge in die Luft geschleudert werden und dann wieder runterfallen. Oder dass Blitze irgendwas in der Atmosphäre anstellen, um dort Steine entstehen zu lassen. Oder vielleicht haben auch die Polarlichter was damit zu tun. Der erste, der sich ernsthaft und wissenschaftlich mit einem kosmischen Ursprung der Meteorite beschäftigt hat, war der deutsche Naturforscher Ernst Florens Friedrich Chladni. In einer Arbeit aus dem Jahr 1794 trug er diverse Aussagen von Leuten zusammen, die den Fall von Meteoriten beobachtet haben. Er hat argumentiert, dass es nichts mit Polarlichtern zu tun haben kann, weil man solche Feuerbälle überall auf der Welt sehen und finden kann. Die Menschen haben beobachtet, dass sich die fallenden Steine auf gerader Linie durch die Luft bewegen, was ganz anders aussieht, als die gezackten Bahnen der Blitze und deswegen können auch die nicht damit in Verbindung stehen. Wenn die Objekte sich auf so geraden Bahnen bewegen, dann muss es sich um kompakte, schwere Brocken handeln, und die müssen dann von außerhalb der Atmosphäre stammen. Und so weiter: Chladni hat probiert, den Nachweis zu erbringen, dass die Objekte aus dem Weltall kommen müssen. Nicht alle seine Argumente sind aus heutiger Sicht korrekt und er konnte nur wenige seiner Behauptungen wissenschaftlich einwandfrei belegen. Und die Leute waren auch nicht gewillt, ihm zu glauben. Erstens kann man dem Gerede von irgendwelchen Bauern nicht trauen, die behaupten, Steine fallen gesehen zu haben. Und zweitens hat Newton schon gesagt, dass der Weltraum leer ist und wo keine Steine sind, können auch keine Steine fallen. Drittens, Viertens usw hat es natürlich auch gegeben und man hat zwar über Chladnis Buch geredet und diskutiert - an der Meinung, dass die Meteoriten aus der Atmosphäre stammen und nicht aus dem All, hat sich allerdings nichts geändert.

Bis zum 26. April 1803. Um circa 13 Uhr ist an diesem Tag über der französischen Kleinstadt L'Aigle in der Normandie ein großer Feuerball über den Himmel gerast. Es gab drei laute Explosionen, die wie Kanonendonner geklungen haben. Und danach sind tausenden Steine über die ganze Stadt zu Boden gefallen. Menschen haben gesehen, wie sie in die Felder einschlagen und durch die Dächer von Häusern brechen. Zuerst berichten nur lokale Zeitungen über das Ereignis, aber bald wird auch die offizielle französische Wissenschaft aufmerksam. Im Juni 1803 schickt das Innenministerium den damals 29jährigen Physiker Jean-Baptiste Biot nach L'Aigle, um einen Bericht über das Ereignis zu erstellen. Er sammelte 17 der gefallenen Steine ein und er sprach mit jeder Menge Menschen, die das Ereignis beobachtet hatten. In seinem Bericht hat er die Fundorte der Steine vermerkt und probiert, eine möglichst genaue Karten zu erstellen, die zeigt, wo die unzähligen Brocken zur Erde gefallen ist. Er hat die Meteoriten chemisch und physikalisch analysiert und im Juli 1803 seinen ausführlichen Bericht an die Behörden übergeben.

Biot hat sich Mühe gegeben, die Berichte der Menschen möglichst klar darzustellen. Er hat die Gemeinsamkeiten der Sichtungen herausgearbeitet und alles so deutlich gemacht, dass ihm niemand vorwerfen konnte, dass das ja wieder nur irgendwelche dummen Bauern sind, die nicht wissen, was sie erzählen und sich irgendeinen abergläubischen Quatsch einbilden. Der Feuerball am Himmel, die Explosionen, die fallenden Steine, und so weiter: All das wurde von jeder Menge Menschen unabhängig voneinander in übereinstimmender Weise geschildert. Die Karte von Biot, die das sogenannte "Streufeld" zeigt, also den Bereich, in dem die Steine gefallen sind, war ebenfalls überzeugend. Es war ein zusammenhängendes Gebiet in dem mehrere tausend Meteoriten zu Boden fielen. Das kann kein Blitz verursachen und kein Vulkanausbruch. Die Löcher in den Dächer und am Boden haben außerdem gezeigt, dass die Dinger mit enormer Wucht zu Boden gefallen sind. Und die von ihm gesammelten Steine waren ebenfalls alle einheitlich: Jeder hat eine dunkle Schmelzkruste an der Außenseite gezeigt und metallische Einschlüsse im Inneren. Die bestehen, wie eine chemische Analyse gezeigt hat, aus Eisen und Nickel und in Gestein von der Erde findet man Nickel nur extrem selten. Außerdem konnte Biot zeigen, dass die Steine von L'Aigle anderen "himmlischen Steinen", wie zum Beispiel dem aus Ensisheim sehr ähnlich sind.

Insgesamt stand für Biot am Ende fest: Die Vorgänge in L'Aigle belegt klar und deutlich, dass Meteoriten aus dem Weltall kommen müssen. Der Fall von L'Aigle war außerdem kein Einzelfall: Meteoriten fallen regelmäßig auf die Erde; sie haben das in der Vergangenheit getan und werden das auch in Zukunft tun. Der Bericht von Biot war so überzeugend und seine Argumente so gut belegt, dass auch der Rest der Wissenschaft seinen Aussagen gefolgt ist. Natürlich gab es auch jetzt immer noch Leute, die anderer Meinung waren. Aber im großen und ganzen gab es seit damals keine Zweifel mehr daran, dass wir es bei den Meteoriten tatsächlich mit außerirdischem Material zu tun haben. In den kommenden Jahrzehnten und Jahrhunderten haben wir dieses Wissen genutzt und erweitert um mehr über das Weltall heraus zu finden. Immerhin sind die Meteoriten die einzigen Proben anderer Himmelskörper, für deren Untersuchung wir nicht weit hinaus ins All reisen müssen. Es ist zwar ein dramatischer und gefährlicher Vorgang, wenn sie bei uns auf der Erde eintreffen. Aber sie bieten uns auch eine einzigartige Möglichkeit, das Universum besser zu verstehen.

Sternengeschichten LIVE in Deutschland und Österreich - UPDATE

Hallo liebe Hörerinnen und Hörer,

Der Sommer geht in die letzte Runde ich melde mich wieder einmal außertourlich bei euch. Denn es gibt ein paar coole Neuigkeiten. Gleich zu Beginn das Wichtigste: Der Sternengeschichten-Podcast ist immer noch auf Tour! Die Shows im Frühjar in Frankfurt, Bremen, Eschweiler und München waren alle sehr erfolgreich, ihr seid zahlreich gekommen und ich habe mich sehr gefreut, endlich auch mal die Menschen persönlich zu treffen, die meinen Podcast hören. Aber nach der Sommerpause geht es weiter und zwar am 28. September in Leverkusen! Ich habe die Show nochmal überarbeitet, aber es wird weiterhin ein unterhaltsamer Abend, mit Experimenten, Geschichten, der Rettung der Welt, der Wahrheit über Astrologie, mehrdimensionalen Eichhörnchen und wie immer einer absolut exklusiven Sternengeschichte, die ich für jede Show extra auf den Veranstaltungsort abstimme und die es nur einmal und nur dort zu hören geben wird. Und natürlich auch immer mit dabei ist die berühmte kosmische Waffel!

Wenn ihr Lust habt, kommt vorbei. Tickets für die Shows findet ihr unter sternengeschichten.live - die Links gibt es natürlich auch noch in den Shownotes. Nach der Show in Leverkusen geht es dann im Dezember weiter. Un Essen, Dortmund, Düsseldorf und Berlin und zwar am 10., 11., 13. und 14. Dezember.

Und 2026? Da kommt endlich auch Österreich an die Reihe. Auch hier hat der Vorverkauf schon gestartet. Österreich-Premiere wird am 29. Januar 2026 in Wien sein, dann kommt am 30. Januar Salzburg an die Reihe. Und im Februar 2026 folgen Wörgl, Oberwaltersdorf und Linz.

Später im Jahr ist dann wieder Deutschland dran, da komme ich nach Lübeck, nach Hamburg, nach Fürth, Erfurt, Leipzig, Dresden, Bremen und Osnabrück. Schaut einfach auf sternengeschichten.live, da gibt es alle Infos.

Ansonsten weise ich auch nochmal auf das "Sternengeschichten" Hörbuch hin, dass ihr überall kriegt, wo es Hörbücher gibt und das auch als mp3-CD mit Booklet, Bildern usw erhältlich ist.

Und das war es auch schon für diesmal. Ich freu mich, wenn wir uns irgendwo bei einer meiner Liveshows sehen werden. Ich freu mich vor allem, wenn ihr weiterhin den Podcast hört und ihn so gerne hört, wie ihr ihn bisher gehört habt. Ich wünsche euch viel Spaß mit den kommenden Folgen.

Bis bald, im Podcast oder Live!

Tickets für die Sternengeschichten-Liveshow: https://sternengeschichten.live/

Wer die Sternengeschichten 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 Folge 664: Ein Blitzar und eine Erklärung für die mysteriöse Radiostrahlung aus dem All

Wenn ich in dieser Folge von einem "Blitzar" rede, dann meine ich definitiv nicht die Dinger, die am Straßenrand stehen und überprüfen, ob man mit dem Auto zu schnell unterwegs ist oder nicht. Es geht nicht um Blitzer, sondern um astronomische Objekte, von denen wir noch nicht wissen, ob sie existieren. Aber wenn sie existieren, könnten sie eine Erklärung für ein mysteriöses astronomisches Phänomen darstellen. Und bevor wir angesichts von Hypothesen und Mysterium den Überblick verlieren, fangen wir mit dem an, was wir wissen.

Seit dem Jahr 2007 beobachten wir sogenannte "Fast Radio Bursts". Ich habe darüber in Folge 487 der Sternengeschichten ausführlich erzählt, aber im Wesentlichen handelt es sich dabei um sehr starke Radiosignale aus dem Weltall, die sich nicht wiederholen, nur Millisekunden oder höchstens ein paar Sekunden lang dauern und deren Ursprung wir bis jetzt nicht zweifelsfrei geklärt haben. Und ich sage sicherheitshalber gleich zu Beginn, dass die ganze Angelegenheit nichts mit Radiobotschaften irgendwelcher intelligenten außerirdischen Lebewesen zu tun hat. Erstens sind die Radiosignale nicht so beschaffen, wie Radiosignale beschaffen wären, wenn sie irgendwelche Informationen übermitteln sollen. Und zweitens ist Radiostrahlung ein völlig normales Phänomen im Universum. Jede Menge astronomische Objekte und Ereignisse erzeugen elektromagnetische Strahlung mit der Wellenlänge, die wir als "Radiowellen" bezeichnen. Aber im Allgemeinen sind das Radiowellen, die kontinuierlich abgestrahlt werden - ein so extrem kurzes Blitzen mit so einer großen Intensität ist äußerst ungewöhnlich.

Es gibt jede Menge Hypothesen zum Ursprung der Fast Radio Bursts und eine davon hat mit "Blitzaren" zu tun. Dieses Wort haben die Astronomen Heino Falcke und Luciano Rezzolla in einer wissenschaftlichen Arbeit aus dem Jahr 2014 erstmals verwendet. Sie beschreiben darin eine sehr außergewöhnliche Weise, wie ein schwarzes Loch entstehen kann und bei der gleichzeitig ein Fast Radio Burst ausgesandt werden könnte.

Das ganze läuft so ab: Ich habe in den Sternengeschichten schon oft davon erzählt, was passiert, wenn Sterne am Ende ihres Lebens nicht mehr genug Brennstoff für die Kernfusion in ihrem Inneren haben. Wenn sie keine Energie in Form von Strahlung mehr erzeugen können, dann kollabieren sie unter ihrem eigenen Gewicht. Ist die Masse gering, wie bei unserer Sonne, dann bleibt ein dichter Kern übrig, den wir als "weißen Zwerg" bezeichnen. Ist die Masse sehr groß, dann kollabiert der Stern zu einem schwarzen Loch. Und liegt sie dazwischen, dann entsteht ein Neutronenstern. Auch diese Objekte sind schon oft in den Sternengeschichten vorgekommen: Es handelt sich um Objekte, die ungefähr so viel Masse haben wie unsere Sonne, gleichzeitig aber nur ein paar Dutzend Kilometer groß sind. Die Materie ist dort so enorm verdichtet, dass sie sich nicht mehr so verhält, wie die normale Materie eines Sterns es tun würde. Es gibt dort keine unterschiedlichen Atome mehr; keinen Wasserstoff, kein Helium, und so weiter. Alles ist so dicht an dicht gepresst, dass auch die Bestandteile der Atome quasi ineinander gedrückt worden sind. Die elektrisch negativ geladenen Elektronen aus den Atomhüllen verschmelzen regelrecht mit den elektrisch positiv geladenen Protonen aus den Atomkernen und es bleiben nur elektrisch neutrale Neutronen übrig, die so dicht zusammenrücken, wie Materie nur zusammenrücken kann. So eine Kugel aus extrem dichten Material nennt man "Neutronenstern" und er darf auch nicht zu viel Masse haben. Wenn der Neutronenstern mehr als circa die 2,2fache Masse der Sonne hat, dann fällt alles in sich zusammen und es entsteht ein schwarzes Loch.

Neutronensterne sind aber auch noch auf andere Weise extrem. Sie können zum Beispiel extrem schnell rotieren und sich ein paar tausend Mal pro Sekunde um ihre Achse drehen. Auch das liegt an ihrer enormen Verdichtung. Der Stern, aus dem sie entstanden sind, hat sich ja auch gedreht, nur halt sehr viel langsamer. Wenn die Masse aber dann beim Tod des Sterns plötzlich auf einen sehr viel kleineren Raum konzentriert wird, erhöht sich auch die Rotationsgeschwindigkeit. Das liegt an der Drehimpulserhaltung und ist derselbe Effekt, den man auch beim Eiskunstlauf beobachten kann, wenn dort jemand die Arme eng an den Körper legt, um so eine schnelle Pirouette zu drehen. Aus dem gleichen Grund haben Neutronensterne auch sehr starke Magnetfelder; auch sie werden verstärkt, wenn die Masse des Sterns verdichtet wird und die Magnetfeldlinien dicht aneinander rücken.

Das ist zwar alles enorm spektakulär, aber so weit noch nicht neu. Heino Falcke und Luciano Rezzolla haben sich nun aber überlegt, ob es nicht vielleicht doch auch Neutronensterne geben könnte, die mehr als die theoretische Grenzmasse von 2,2 Sonnenmassen haben könnten. Eigentlich wäre das zwar viel zu viel Masse, und die Kräfte zwischen der Materie wäre nicht in der Lage zu verhindern, dass alles immer weiter kollabiert. Aber es muss deswegen nicht sofort ein schwarzes Loch entstehen, so Falcke und Rezzolla. Denn wenn der Neutronenstern wirklich schnell rotiert, könnte die Zentrifugalkraft diesen Kollaps verhindern. Durch die schnelle Rotation wird die Materie quasi nach außen gedrückt, obwohl sie eigentlich unter ihrem eigenen Gewicht in sich zusammenfallen will. Solange ein Neutronenstern sich also ausreichend schnell um seine Achse dreht, kann er auch mehr Masse haben, als er eigentlich haben dürfte.

Das Problem an der Sache ist aber: Ein Neutronenstern kann nicht beliebig lange schnell rotieren. So ein Neutronenstern ist quasi ein sehr starker Magnet, der sich schnell dreht und dessen magnetische Achse - also die Linie zwischen magnetischen Nord- und Südpol - nicht zwingend mit der Rotationsachse übereinstimmen muss. Das bedeutet, dass sich die magnetische Achse ebenfalls im Raum bewegt und wenn sich ein Magnet auf diese Weise bewegt, dann strahlt er Energie ab (das ist im Prinzip das selbe Phänomen, durch das wir auch Radiosignale mit Antennen aussenden können). Wenn so ein Neutronenstern Energie abstrahlt, dann bleibt das aber nicht ohne Folgen - die verlorene Energie führt dazu, dass sich seine Rotationsgeschwindigkeit verlangsamt. Dadurch wird aber auch die Zentrifugalkraft immer kleiner und irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem sie nicht mehr groß genug ist, um den Kollaps zu einem schwarzen Loch zu verhindern.

Was dann passiert, geht sehr schnell. Die Materie des Neutronensterns fällt unter ihrem eigenen Gewicht in sich zusammen. Das Objekt wird immer dichter und dichter und die Gravitationskraft in seiner unmittelbaren Umgebung dadurch immer stärker und stärker. Damit etwas aus dieser Umgebung entkommen kann, braucht man immer höhere Geschwindigkeiten und irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem die notwendige Geschwindigkeit größer als die des Lichts ist. Dann kommt gar nichts mehr aus der Umgebung des sterbenden Neutronensterns weg und ein schwarzes Loch ist entstanden. Es dauert nicht einmal eine Millisekunde, bis der ganze Neutronenstern in dem schwarzen Loch verschwunden, das er selbst erzeugt hat. Das ist so schnell, dass keine Zeit für irgendeine Art von Abstrahlung bleibt. Der Kollaps geht so fix, dass keine charakteristische Strahlung, die dabei entstehen würde, ausreichend Zeit hätte, zu entkommen. Wir würden von diesem Kollaps also auch nichts mitbekommen, wenn da nicht das Magnetfeld des Neutronensterns wäre. Das reicht weiter hinaus und verschwindet nicht sofort.

Zuerst verschwindet der Neutronenstern selbst im schwarzen Loch, sein Magnetfeld ist aber noch da und außerhalb davon. Nur halt jetzt ohne Neutronenstern. Das Feld trennt sich also ab, steht schlagartig alleine da, die Feldlinien verbinden sich miteinander und das was passiert ist im Wesentlichen ein gewaltiger Kurzschluss, bei dem in Sekundenbruchteilen die ganze Energie freigesetzt wird, die zuvor im Magnetfeld gespeichert war. Das Resultat: Ein kurzer, starker Blitz aus Radiostrahlung, der sich nicht wiederholt und keine ersichtliche Quelle zu haben scheint. Also genau das, was wir in Form der "Fast Radio Bursts" beobachten.

Wie gesagt: Das ist ein fiktives Szenario. Nach allem, was wir bis jetzt über die Physik und Astronomie von Neutronensternen wissen, würde das so ablaufen und Computersimulationen bestätigen das. Wir haben den Vorgang bis jetzt aber noch nicht beobachtet und es ist auch sehr schwer, so etwas zu beobachten. Aber es ist nicht unmöglich und wenn es solche "Blitzare" tatsächlich gibt, dann wäre das eine ziemlich coole Sache. Einerseits hätten wir dann eine Erklärung für die Fast Radio Bursts. Und andererseits könnte eine genaue Analyse dieser Radiosignale uns dann auch mehr über die Entstehung von schwarzen Löchern verraten und uns helfen, diese Objekte besser zu verstehen. Denn dann wäre ein Fast Radio Burst so etwas wie der letzte Gruß eines sterbenden Sterns an das Universum, bevor er sich hinter einem schwarzen Loch versteckt.

Sternengeschichten Folge 663: Die Zerstörung von Chrysalis und die Ringe des Saturn

Das, was den Saturn so besonders macht, sind seine beeindruckenden Ringe. Alle großen Planeten im äußeren Sonnensystem haben Ringe, aber kein Planet hat ein so gewaltiges Ringsystem wie Saturn. Wir wissen woraus sie bestehen, wir kennen die Struktur der Ringe im Detail, wir haben Raumsonden direkt durch die Ringe geflogen - aber wir wissen immer noch nicht genau, wie sie entstanden sind. Eine der besten Ideen, die wir dazu haben, hat mit Neptun zu tun und mit zwei Monden des Saturn, von denen einer nicht mehr existiert.

Die ganze Angelegenheit ist naturgemäß komplex, also fangen wir mal mit den Dingen an, die wir mit Sicherheit wissen. Saturn ist von jeder Menge mehr oder weniger breiten Ringen umgeben. Manche davon sind extrem schmal und nur wenig Meter breit, manche über 10.000 Kilometer. Wir wissen, dass sie gleichzeitig extrem dünn sind; ihre Dicke beträgt zwischen 10 und 100 Metern. Und sie bestehen aus unzählichen Brocken, von denen die größten ein paar Meter groß und die kleinsten nicht größer als Staubteilchen sind. Das Material ist vor allem Eis, aber es sind auch Gesteinsbrocken darunter. Der Saturn selbst ist so alt wie der Rest des Sonnensystems, also circa 4,5 Milliarden Jahre. Die beeindruckenden Ringe sind dagegen ein vergleichsweise junges Phänomen und nur gut 100 Millionen Jahre alt. Irgendwas muss also in der jüngeren Vergangenheit des Sonnensystems passiert sein, dass Saturn zu seinen Ringen verholfen hat.

Und bevor wir uns ansehen, was das gewesen sein könnte, ein kurzer Einschub: Nicht alle Ringe des Saturns sind auf die selbe Weise entstanden. Wir wissen, dass es auf manchen Monden Eisvulkanismus gibt, wie ich in Folge 300 erzählt habe. Dabei werden Eisteilchen ins All geschleudert, die Ringe bilden könnte. Das ist nicht das Phänomen, um das es im Folgenden geht - wenn ich ab jetzt von den "Ringen des Saturn" reden, dann meine ich die großen, hellen Ringe, die man schon im 17. Jahrhundert entdeckt und die, die man im Allgemeinen vor Augen hat, wenn man sich die Saturnringe vorstellt.

Wo also kommen die her? Die wissenschaftlich korrekte Antwort lautet: Das wissen wir nicht. Die heute weitestgehend akzeptierte Vermutung lautet: Die Ringe sind das Material, das entstanden ist, als einer seiner Monde auseinandergebrochen ist. Das klingt prinzipiell plausibel, denn die Monde des Saturn sind eisige Himmelskörper mit einem Kern aus Gestein und würden genau die Mischung an Material in der genau der Gegend produzieren, in der wir die Ringe heute beobachten. Nur: Monde brechen nicht einfach so auseinander. Wie macht man einen Saturnmond kaputt? Schon im 19. Jahrhundert hat man vermutet, dass ein Mond dem Saturn vielleicht zu nahe gekommen ist, so dass er durch die dort sehr stark wirkende Gezeitenkraft des großen Planeten auseinandergerissen worden ist. Auch das klingt plausibel, aber hier gilt wieder: Warum sollte ein Mond sich vor 100 Millionen Jahren plötzlich auf den Weg gemacht und dem Saturn immer näher gekommen sein? Auch das machen Monde nicht einfach so, die bleiben so lange auf ihren Umlaufbahnen, bis sie durch eine äußere Ursache dazu gebracht werden, die Bahn zu ändern. Womit wir wieder bei der Frage sind: Was ist damals passiert und hat einen Mond zerstört?

Fangen wir am Anfang an, also mit der Entstehung des Saturn. Zusammen mit der Sonne, der Erde und den anderen Planeten ist der Saturn vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden. Damals sind auch die großen Monde des Saturn entstanden, unter anderem sein größer Mond, der Titan, von dem ich in Folge 157 ausführlich erzählt habe. Es ist auch Iapetus entstanden, ein kleinere Saturnmond, der in der letzten Folge der Sternengeschichten einen kurzen Auftritt gehabt hat. Es sind die anderen Monde entstanden, die wir heute kennen und es ist Chrysalis entstanden. So haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Himmelskörper genannt, der damals vielleicht existiert hat und dessen Schicksal zentral für diese Geschichte ist.

Chrysalis ist ungefähr so groß wie Iapetus, mit einem Durchmesser von circa 1500 Kilometern. Das sind zwei ordentlich große Monde, auch wenn sie nicht so groß sind wie der gigantische Titan, mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern. Titan ist ungefähr 1,2 Millionen Kilometer vom Saturn entfernt, Iapetus ist mit einem Abstand von 3,5 Millionen Kilometer weiter weg. Chrysalis umkreist den Saturn irgendwo zwischen den beiden. Und auch wenn Saturn damals schon der Planet ist, den wir auch heute noch sehen können, gibt es auch hier Unterschiede. Die Achse, um die er sich alle knapp 11 Stunden einmal dreht, steht damals fast senkrecht auf die Ebene, in der er sich um die Sonne bewegt. Oder anders gesagt: Die Neigung seiner Achse ist fast gleich Null. Das muss nicht so sein; bei der Erde zum Beispiel haben wir heute eine Achsenneigung von 23,5 Grad, was auch der Grund ist, warum wir hier so ausgeprägte Jahreszeiten erleben können. Jupiter hat dagegen eine Achsenneigung von nur 3 Grad. Und keine Sorge, es wird bald klar werden, warum die Neigung der Achse wichtig ist.

Wir haben also einen Saturn mit einer sehr geringen Achsenneigung und einem Mond, der heute verschwunden ist. Wir haben außerdem noch ein paar weitere Planeten im Sonnensystem und auch wenn sie alle vergleichsweise weit voneinander entfernt sind, üben sie natürlich trotzdem eine Gravitationskraft aufeinander aus. Die Effekte sind gering, aber über lange Zeit hinweg können sie dennoch Auswirkungen haben. Die diversen gravitativen Störungen sorgen unter anderem dafür, dass die Rotationsachse von Saturn anfängt zu präzessieren. Das bedeutet: Die Richtung am Himmel, in die sie zeigt, bleibt nicht fix sondern ändert sich im Laufe der Zeit. Auch davon habe ich schon oft gesprochen, zum Beispiel in den Folgen 211 und 645, in denen es um die Präzession der Erdachse ging. Heute zeigt sie in Richtung des Polarsterns, aber das ändert sich im Laufe der Zeit und die Erdachse braucht knapp 26.000 Jahre um eine komplette Drehung zu vollenden. Die Geschwindigkeit mit der sich die Richtung der Achse ändert, nennt man Präzessionsrate und die wird im Fall des Saturns gleich noch wichtig.

Schauen wir aber zuerst zum Titan. So wie zwischen Mond und Erde gibt es auch zwischen Titan und Saturn eine Gezeitenkraft. Bei der Erde sorgt dieser Effekt für Ebbe und Flut; die Gezeiten sorgen aber auch dafür, dass sich der Mond langsam von der Erde entfernt. Beim Titan ist es genau so: Er wandert im Laufe der Zeit langsam nach außen. Und das ist absolut wichtig für den Rest der Geschichte! Titan hat fast so viel Masse wie alle anderen Saturnmonde zusammengenommen. Er hat deswegen auch einem starken Einfluss auf die Präzession der Rotationsachse des Saturn und der Einfluss wird sogar noch größer, wenn er sich entfernt. Das klingt seltsam, aber man kann sich die Monde wie Griffe vorstellen, an denen die Gravitationskraft der Sonne und der anderen Planeten ansetzen kann, um die Rotationsachse des Saturns zu drehen. Titan ist der größte Griff und je weiter er weg ist, desto stärker ist auch der Hebel, den die Gravitationskraft hat. Wie gesagt, das ist ein vereinfachtes Bild, aber es ist auch nicht völlig falsch. Wenn der Titan sich also vom Saturn entfernt, dann ändert sich die Geschwindigkeit, mit der Saturns Rotationsachse ihre Richtung ändert.

Und jetzt kommt Neptun ins Spiel. Man kann sich fragen, was der bei diesem Thema überhaupt zu suchen hat. Neptun ist der äußerste Planet des Sonnensystems und weit vom Saturn entfernt (zwischen den beiden zieht auch noch Uranus seine Runden). Was hat der mit der Angelegenheit zu tun? Nun, ich hab ja zu Beginn gesagt, dass das alles sehr komplex ist und das war nicht gelogen. Das ist nämlich der Punkt, an dem die Spin-Orbit-Präzessionsresonanz ins Spiel kommt. Unser Sonnensystem ist ein höchst dynamischer Ort. Alles ist in Bewegung, und damit ist nicht einfach nur die Tatsache gemeint, dass sich die Planeten um die Sonne bewegen. Das tun sie zwar, aber alles andere bewegt sich auch! Die Bahnen, auf denen sie um die Sonne laufen, verändern sich selbst ständig, sie werden größer und kleiner, sie drehen sich im Raum, und so weiter. Die Rotationsachsen der Planeten schwanken und drehen sich und all das hat Auswirkungen. Alle Himmelskörper beeinflussen sich gegenseitig mit ihrer Gravitationskraft und es gibt Situationen, wo dieser Einfluss besonders groß werden kann. So einen Zustand nennt man "Resonanz" und er tritt immer dann auf, wenn sich irgendwelche Zustände regelmäßig wiederholen. Gravitative Störungen können sich dann aufschaukeln, genau so wie man buchstäblich eine Schaukel immer höher schubsen kann, wenn man nur regelmäßig und im richtigen Moment anschubst. Resonanzen im Sonnensystem gibt es immer dann, wenn zwei Bewegungen auf bestimmte Weise zusammenpassen. Wenn ein Planet zum Beispiel genau doppelt so lange für eine Runde um die Sonne brauchen würde, als die Erde, dann würde dieser Planet jedes zweite Jahr wieder genau in der gleichen Position in Bezug auf die Erde stehen wie zuvor. Er könnte der Erde also auch regelmäßig alle zwei Jahre einen Gravitationsschubs geben und das könnte sich im Laufe der Zeit so summieren, dass die Bahn der Erde instabil wird. So einen Planeten gibt es zum Glück nicht, aber Resonanzphänomene dieser Art sind häufig.

Das, um das es in dieser Geschichte geht, ist eine Spin-Orbit-Präzessionsresonanz zwischen Saturn und Neptun. Und es bedeutet: Die Geschwindigkeit mit der sich die Richtung von Saturns Rotationsachse ändert, ist auf die Geschwindigkeit abgestimmt, mit der sich die Umlaufbahn des Neptuns um die Sonne dreht. Es dauert in beiden Fällen ungefähr 1,9 Millionen Jahre, bis eine Runde durch ist und es ist schwer vorstellbar, dass das irgendwelche Auswirkungen haben sollte, aber wie gesagt: Das Sonnensystem ist ein dynamischer Ort. Die Himmelskörper existieren nicht isoliert voneinander sondern hängen durch unsichtbare Gravitationsfäden zusammen. Wenn man an einem Ort ein wenig daran zupft, dann wackelt es irgendwo anders. Bewegungsenergie und Drehimpuls werden durch ein Netzwerk an Resonanzen zwischen den Himmelskörpern ausgetauscht und bei der Spin-Orbit-Präzessionsresonanz zwischen Saturn und Neptun hat das dazu geführt, dass sich die Neigung der Rotationsachse im Laufe der Zeit erhöht hat.

Also halten wir mal fest was bis jetzt passiert: Die Gezeitenkraft zwischen Titan und Saturn lässt den Titan nach außen wandern. Dadurch erhöht sich langsam auch die Präzessionsgeschwindigkeit von Saturns Rotationsachse. Irgendwann, vor ungefähr 300 Millionen Jahren ist der Punkt erreicht, wo diese Geschwindigkeit genau mit der Präzessionsgeschwindigkeit von Neptuns Umlaufbahn übereinstimmt. Ab da wirkt die Resonanz, was bedeutet, dass die Präzession jetzt einerseits stabil wird, sich die Geschwindigkeit also nicht mehr ändert. Andererseits muss sich dafür irgendwas anderes ändern und das ist die Neigung von Saturns Rotationsachse, die immer stärker wird. In der Zwischenzeit bewegt sich der Titan aber immer weiter nach außen bis auf einmal ER auch in einer Resonanz landet. Auf seiner Wanderung weg vom Saturn hat er irgendwann vor ungefähr 200 Millionen Jahren einen Punkt erreicht, wo er für drei Runden um den Planeten genau so lange braucht wie Chrysalis für eine Runde. Diese Resonanz ist zerstörerisch; sie macht die Umlaufbahn von Chrysalis instabil.

Der Mond kann jetzt entweder aus dem Saturnsystem geschleudert werden, oder - und das ist für diese Geschichte der interessantere Fall - in Richtung des Saturn selbst. Wenn er dabei nicht einfach direkt auf den Riesenplaneten prallt, sondern quasi streifend mit ihm kollidiert, dann kann er dabei so zerissen werden, dass ein Großteil des Materials aus dem Chrysalis besteht, in Form von Ringen übrig bleibt. Das war vor ungefähr 100 Millionen Jahren und seitdem hat Saturn seine Ringe. Weil jetzt außerdem ein vergleichsweise großer Mond nicht mehr da ist, fällt auch dessen Einfluss auf die Präzessionsgeschwindigkeit der Saturnachse weg. Sie passt nicht mehr zu Neptuns Präzession und die Spin-Orbit-Resonanz endet. Die Saturnachse hört auf sich weiter zu neigen, geht aber natürlich auch nicht mehr in die Position zurück, in der sie ursprünglich war. Sie bleibt circa 27 Grad geneigt und auch Titan hat die Sache nicht ganz unbeschadet überstanden: Seine ursprüngliche fast kreisförmige Umlaufbahn ist durch den ganzen dynamischen Aufruhr ein wenig langgestreckter geworden.

Ob das alles wirklich so war, wissen wir nicht. Aber wir wissen, dass die Neigung von Saturns Achse mit 27 Grad unerwartet groß für einen Planeten dieser Art ist. Wir wissen, dass die Ringe jung sind und Titan eine Umlaufbahn hat, die auffällig wenig kreisförmig ist. Und die Präzession von Saturns Achse liegt ebenso auffällig nahe an der Präzessionsgeschwindigkeit von Neptuns Bahn. All das passt zusammen und all das lässt sich zumindest in Computersimulationen nachvollziehen.

Und wenn die Geschichte wirklich so gelaufen ist, dann zeigt sie ein weiteres Mal, was für ein wunderbarer und komplexer Ort das Sonnensystem ist. Die Gezeiten zwischen Titan und Saturn verändern die Umlaufbahn des großen Mondes, dadurch ändert sich die Geschwindigkeit der Achsendrehung des Saturns, bis irgendwann der ferne Neptun ins das Spiel eingreift und die Rotationsachse des Saturn verschiebt, während Titan durch seinen Einfluss einen anderen Mond seinem zerstörerischen Schicksal entgegenschickt und von all dem bleiben am Ende die fantastischen Ringe des Saturns.

Sternengeschichten Folge 662: Ravioli im Weltall: Der Saturnmond Pan

Im Universum gibt es nichts, was es nicht gibt. Und so weit wir bis jetzt wissen, gibt es da draußen keine 28 Kilometer großen Ravioli oder andere gigantische kosmische Nudelgerichte. Aber es gibt einen Himmelskörper, der aussieht wie eine Ravioli. Oder Pelmeni. Oder Maultausche. Oder eine reichlich belegte Extrawurstsemmel, für die Hörerinnen und Hörer aus Österreich. Mit was auch immer man es vergleichen möchte: Der Saturnmond Pan sieht definitiv nicht so aus, wie man sich einen Saturnmond vorstellt.

Aber bevor wir uns den kulinarischen Ähnlichkeiten im Detail widmen, schauen wir uns an, was es über diesen Mond sonst noch so zu erzählen gibt. Sehr viel nämlich! Entdeckt hat ihn der amerikanische Astronom Mark Showalter. Er hat noch fünf andere Monde entdeckt und ein paar unbekannte Ringe bei Jupiter und Uranus. Aber am 16. Juli 1990 hat Showalter sich alte Aufnahmen des Saturn aus dem Jahr 1981 angesehen. Gemacht hat sie die Raumsonde Voyager 2, die auf ihrem Weg ins äußere Sonnensystem auch einen ausführlichen Blick auf das Saturnsystem geworfen hat. Showalter jedenfalls hat auf den Bildern etwas gefunden, was bisher alle anderen übersehen haben. Einen kleinen Mond, sehr nahe am Saturn selbst. So nah wie kein anderer damals bekannter Mond. Das neue Objekt befindet sich genau in der Encke-Teilung. So nennt man eine der vielen Lücken in den Saturnringen. Die sind ja keine kosmischen Hulahoop-Reifen, sondern bestehen aus unzähligen kleinen und größeren Eisbrocken, die den Saturn ringförmig umgeben. Es gibt Bereiche, wo mehr Ringteilchen sind und dazwischen große und kleine Lücken. Je genauer man hinsieht, desto mehr einzelnen Ringe findet man und die großen Lücken kann man sogar schon in vergleichsweise kleinen Teleskopen sehen. Zum Beispiel die Cassini-Teilung, die knapp 5000 Kilometer breit ist und deswegen schon 1675 in der Frühzeit der astronomischen Teleskope entdeckt wurde.

Eine der vielen anderen Lücken hat der deutsche Astronom Johann Encke im Jahr 1837 gefunden, die deswegen auch nach ihm benannt ist. Sie ist nur gut 320 Kilometer breit und man braucht schon ein gutes Teleskop um sie zu sehen. Oder noch besser eine Raumsonde vor Ort, wie Voyager 2, die die Ringe genau angesehen und den Mond Pan - lange Zeit unbemerkt - fotografiert hat.

Wenn wir Monde wie Pan verstehen wollen, müssen wir uns auch mit den Ringen und vor allem den Lücken beschäftigen. Denn die Monde sind die Ursache der Lücken. Die Details sind kompliziert, aber ein Mond kann gravitative Störungen ausüben, die dafür sorgen, dass in bestimmten Abständen zum Saturn keine Ringteilchen auf stabilen Bahnen existieren können. Deswegen gibt es dort Lücken und der Mond muss dafür nicht einmal in unmittelbarer Nähe dieser Lücken sein. Es gibt aber noch einen anderen Weg, wie ein Mond eine Lücke verursachen kann und Pan ist genau so ein Mond. Man hat schon 1985 vermutet, dass die Encke-Teilung ihre Existenz einem sogenannten "Schäfermond" verdankt. Ein Mond dieser Art macht mit den Ringteilchen genau das, was auch ein Schäferhund mit seinen Schafen macht: Er treibt sie zusammen. Stellen wir uns einen Mond vor, der sich mitten durch die Ringteilchen durch bewegt. Teilchen, die sich hinter dem Mond befinden, werden dann von der Anziehungskraft des Mondes beschleunigt; sie werden quasi mitgezogen und weil sie schneller werden als vorher, werden sie nach außen geschleudert. Die Teilchen vor dem Mond werden durch seine Anziehungskraft dagegen gebremst und auf weiter innen liegende Umlaufbahnen gezogen. Oder anders gesagt: Der Mond schafft sich eine Lücke im Ring und hält sie durch seine Bewegung offen.

Man wusste in den 1980er Jahren, dass es die Encke-Teilung gibt und dass ein Mond sie verursachen hätte können. Und man konnte auch gut berechnen, was für eine Umlaufbahn so ein Mond haben muss und wie groß der Mond dafür sein sollte. Showalter hat solche Berechnungen angestellt und vorhergesagt, wo man nach dem Mond suchen müsste. Nur dadurch konnte er Pan auf den alten Voyager-Aufnahmen finden; hätte er vorher nicht genau gewusst, wo er suchen musste, hätte er das winzige Dinge nie entdeckt.

Denn Pan hat einen Durchmesser von nur gut 28 Kilometern. Und hieß nach seiner Entdeckung übrigens noch nicht Pan, sondern S/1981 S13. "Pan" wurde er erst später genannt, nach dem Sohn des Hirtengottes Hermes aus der griechischen Antike. Die Umlaufbahn von Pan ist fast exakt kreisförmig; er zieht seine Runden 73000 Kilometer von Saturns Oberfläche entfernt und braucht 13 Stunden und 48 Minuten für einen Umlauf.

Dieser knappe Abstand hätte eigentlich gefährlich sein müssen für Pan. Denn damit befindet er sich innerhalb der sogenannten Roche-Grenze. Das ist, vereinfacht gesagt, der Abstand zu einem großen Himmelskörper, in dem die Gezeitenkräfte so stark werden, dass kleinere Objekte auseinander gerissen werden. Darum hat Saturn da ja auch seine Ringe, in dieser Nähe zum Planeten können sich keine massiveren Objekte mehr bilden. Aber Pan existiert und der Grund dafür ist vermutlich, dass er selbst eher nur ein lose zusammenhängender Geröllhaufen ist. Die Gezeitenkräfte können das Geröll zwar ein bisschen verformen, aber weil er eben gerade kein massives Objekt ist, kann er nicht zerstört werden. Die Gezeitenkräfte wirken auf alle einzelnen Stücke des Mondes und die sind zu klein, um groß etwas von der Wirkung zu spüren.

Wir vermuten jedenfalls, dass das der Grund ist, warum Pan noch existiert. Genau wissen wir es nicht, weil wir ihn dafür leider nicht intenstiv genug erforscht haben. Aber immerhin wissen wir mittlerweile mehr als Voyager. Denn zwischen 2004 und 2017 hat sich die Raumsonde Cassini das Saturnsystem ganz genau angesehen und natürlich auch einen Blick auf Pan geworfen. Und dieser Blick hat gezeigt: Der Mond sieht aus wie eine Ravioli. Oder Wurstsemmel. Man sieht einen rundlichen, etwas abgeflachten Himmelskörper, der rund um seinen Äquator eine scheibenförmige Struktur hat. Wie eine Semmel mit Wurstscheiben darin. Oder eben eine gefüllte Ravioli-Nudel.

Natürlich ist Pan weder das eine noch das andere. Wir wissen noch nicht genau, wo er diesen Äquatorialkamm - wie solche Strukturen offiziel heißen - her hat. Wir haben sie bis jetzt nur bei Saturnmonden gefunden, bei Iapetus, bei Atlas und eben bei Pan. Es kann sein, dass sie durch Kollisionen entstanden sind. Wenn zwei Monde kollidieren und verschmelzen, könnte sich genau so eine Struktur bilden. Oder aber, und das scheint bei Pan sehr viel wahrscheinlicher: Es sind die Teilchen, die er auf seinem Weg durch die Saturnringe aufwirbelt. Ein Teil davon könnte sich um seinen Äquator ansammeln und weil der winzige Mond nur eine geringe Schwerkraft hat, bilden sie die komische Kammstruktur, anstatt sich platt auf der Oberfläche zu verteilen.

Für den Saturnmond Iapetus, den ich in Folge 494 der Sternengeschichten vorgestellt habe, gilt das allerdings nicht. Der ist sehr viel größer und befindet sich auch nicht innerhalb eines Ringes. Vielleicht gibt es also viele Wege, wie ein Mond zu einem Äquatorialkamm kommen kann. Oder auch nicht, denn wir sehen diese vielen Monde ja nicht. Wir sehen nur Iapetus, Atlas und Pan und vielleicht haben wir irgendwas noch nicht verstanden. Wir wissen nur, dass Pan ein wunderbares Beispiel für die komplexen Vorgänge im Sonnensystem ist. Ein kleiner Felsbrock mit 28 Kilometer Durchmesser umkreist eine gigantische Kugel aus Gas und tut das inmitten unzähliger kleiner Eisteilchen. Und am Ende kommt dabei so etwas beeindruckendes raus, wie der Saturn mit seinen faszinierenden Ringen - und eine fliegende Wurstsemmel. Es gibt im Universum nichts, was es nicht gibt. Aber das was es gibt, ist ziemlich cool!

Sternengeschichten Folge 661: Das International Celestial Reference Frame

"International Celestial Reference Frame" - das klingt ein wenig kryptisch und vor allem sehr technisch. Die offizielle Abkürzung ICRF macht die Sache auch nicht verständlicher. Aber genau dieses ICRF ist das Instrument, dank dem wir wissen, wo sich die Dinge am Himmel befinden. Das ist einerseits enorm wichtig, weil wir wissen wollen, wo sich die Dinge am Himmel befinden. Aber es ist andererseits auch wichtig, wenn wir uns im Weltall bewegen wollen und unserer Satelliten und Raumfahrzeuge in die richtige Richtung steuern möchten. Und deswegen schauen wir uns in dieser Folge an, wie das funktioniert.

Ich habe in den Sternengeschichten immer wieder mal über astronomische Koordinatensysteme gesprochen. Die einfachsten davon orientieren sich logischerweise an der Erde. Wir können zum Himmel schauen und messen, wie hoch ein Stern über dem Horizont steht. Und wenn wir dann noch messen, wie weit östlich beziehungsweise westlich er sich von einem Bezugspunkt befindet, dann haben wir schon eine ganz brauchbare Angabe, um die Position des Sterns in Bezug auf die Positionen anderer Sterne zu definieren. Aber wenn dann eine andere Person Messungen von einem anderen Ort auf der Erde macht, wird es schwierig, denn da kriegt man natürlich andere Zahlen raus. Außerdem bewegt sich die Erde ja um die Sonne; sie dreht sich um ihre Achse, und so weiter. Das muss man berücksichtigen und das hat man auch getan, mit anderen Koordinatensystemen (ich habe darüber zum Beispiel in Folge 307 mehr erzählt). Man kann auch Koordinatensysteme konstruieren, die sich an der Milchstraße orientieren oder an unserem Sonnensystem. Aber am Ende wird man immer an einem Punkt angelangen, wo man feststellen muss: Es gibt in diesem Universum keinen wirklichen Nullpunkt. Es gibt nichts, das sich nicht verändert; es gibt keinen Ort, dessen Position man für alle Zeiten und für alle möglichen Beobachtungspositionen und -situationen als unveränderlich annehmen kann. Und das gilt nicht nur deswegen, weil sich alles im Universum immer bewegt, sondern vor allem auch, weil es so einen Ort aus ganz fundamentalen Gründen nicht geben kann. Das war eine der Erkenntnisse aus Albert Einsteins Relativitätstheorie, die ja nicht umsonst RELATIVITÄTstheorie heißt: Man kann die Dinge immer nur relativ zu anderen Dingen betrachten aber, nichts im Universum ist absolut.

Gut, das ist blöd. Was sollen wir machen, wenn wir nun aber genau so ein absolutes Koordinatensystem haben wollen? Dann muss man improvisieren! Genau das hat die Astronomie auch gemacht. Zum Glück sind wir ja in der Lage, wirklich weit hinaus ins All zu schauen. Also wirklich, wirklich weit. Wir sehen Objekte, deren Strahlung zum Teil Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat. Zum Beispiel die Zentren ferner Galaxien, die Quasare, von denen ich in Folge 52 ausführlich erzählt habe. In diese Galaxien sitzen gewaltige schwarze Löcher. In deren Umgebung wird Gas und Staub absurd stark beschleunigt und aufgeheizt und das ganze Zeug strahlt dadurch wahnsinnig hell. So hell, dass wir das auch noch hier auf der Erde sehen können. Und natürlich bewegen sich diese fernen Galaxien genau so wie alle anderen. Aber weil sie eben so enorm weit weg sind, merken wir nichts davon.

Das ist so, wie wenn man bei einer Zugfahrt aus dem Fenster schaut. Die Bäume und Häuser direkt neben der Strecke rauschen schnell vorbei; die fernen Berge, die man am Horizont sehen kann, verschwinden dagegen nur sehr langsam aus dem Blickfeld. Und aus Sicht der Erde sind diese extrem weit entfernten Quasare so weit weg, dass sie ihre Position quasi gar nicht verändern. Sie tun es schon, aber aus unserer Sicht geht das so langsam, dass wir es tatsächlich ignorieren können. Klar, wenn wir jetzt ein paar Jahrhunderte lang hinschauen, vielleicht noch mit sehr, sehr viel besseren Instrumenten als wir jetzt haben, dann würden wir schon was merken. Aber für alle praktischen Anwendungen die wir derzeit haben, sind diese fernen Quasare quasi unbewegliche Leuchtfeuer im All, die wir für die Erstellung eines absoluten Koordinatensystems verwenden können.

Was aber in der Praxis nicht so einfach ist, wie man es sich vielleicht denkt. Das erste Mal hat man das im Jahr 1998 versucht. Da wurde das International Celestial Reference Frame 1 offiziell eingeführt. Und natürlich hat man davor auch Koordinatensysteme gehabt, die sogenannten "Fundamentalkataloge", die aber auf der Vermessung von Sternen basiert haben und die Sterne, die wir genau genug vermessen können, sind alle vergleichsweise nahe; so nahe, dass wir ihre Positionsänderung durchaus sehen können und in den Katalogen dann berücksichtigen müssen. Das war umständlich, und deswegen hat man es 1998 mit einem neuen Ansatz probiert. Der ICRF1-Katalog basiert auf der Vermessung von 212 extragalaktischen Objekten und zwar Objekten, die mit Radioteleskopen beobachtet werden können.

Warum gerade Radiobeobachtungen? Einerseits, weil die Quasare auch und vor allem im Radiolicht sehr hell leuchten, so hat man sie ja damals auch entdeckt, wie ich in Folge 455 ausführlich erzählt habe. Und andererseits, weil man mit Radioteleskopen sehr gut und sehr genau beobachten kann. Man kann einzelne Radioteleskope zusammenschalten und damit virtuelle Teleskope schaffen, die eine sehr viel größere Messgenauigkeit haben als die Einzelteleskope. Man kann Radiobeobachtungen auch am Tag durchführen und so sehr lange und durchgehende Messreihen erstellen. Und die extragalaktischen Radioquellen um die es hier geht, sind im Radiolicht oft sehr viel punktförmiger, als wenn man sie im normalen Licht betrachtet, sofern das überhaupt möglich ist.

Nach dem ICRF1 kam natürlich der ICRF2 im Jahr 2009, mit noch mehr Quellen und am 30. August 2018 wurde bei der Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union in Wien der ICRF3 angenommen. Aber wie läuft das jetzt im Detail ab, wenn man so ein International Celestial Reference Frame erstellt? Sehr, sehr kompliziert, weswegen ich das jetzt auch nicht im vollen Detail erklären werden. Aber man fängt mal damit an, den ganzen Himmel in Bereiche einzuteilen; 324 gleic hgroße Stücke in diesem Fall. In jedem Bereich sucht man dann nach passenden Radioquellen und klassifiziert sie dann anhand ihrer Qualität. Das heißt man sucht Quasare, die möglichst hell sind. Sie dürfen nicht zu groß sein; je kleiner sie erscheinen, desto genauer kann man sie vermessen. Sie sollen möglichst konstant leuchten, und so weiter. Für jeden Bereich des Himmels sucht man sich dann die beste Radioquelle aus, und die wird dann vermessen. Man bestimmt mit Radioteleskopen so genau wie möglich die Richtung, aus der die Signale auf die Erde treffen. Dann wirft man jede Menge sehr komplizierte Mathematik auf diese Daten, um zum Beispiel zu berücksichtigen, dass die Erde rotiert oder sich durch die Gezeitenkräfte verformt, dass Teleskope keine perfekten Messinstrumente sind, dass Strahlung durch die Raumkrümmung der Sonne abgelenkt wird, und so weiter. Am Ende werden dann aus den Messungen der Quasare drei Achsen eines Koordinatensystems bestimmt, dessen Ursprung exakt im Massenschwerpunkt des Sonnensystems liegt.

Wie gesagt, in Wahrheit ist das ein sehr langwieriger und komplexer Prozess. Aber wenn man alles sorgfältig genug macht, hat man danach ein Koordinatensystem, das als Grundlage für alle möglichen anderen Messungen und Angaben dienen kann. Das International Celestial Reference Frame benutzen zum Beispiel die Fundamentalstationen um ihre eigene Position zu bestimmen. Diese überall auf der Erde verteilten Messeinrichtungen bilden das Netzwerk, mit dem wir die Erde mit hochpräzisen Koordinaten überziehen. Wir brauchen hier unten ja auch genaue Koordinaten, nicht nur am Himmel. Wie das funktioniert wäre wieder eine ganz andere Geschichte. Aber diese Fundamentalstationen, von denen das ganze irdische Koordinatennetz abhängt, müssen natürlich selbst auch irgendwie wissen, wo sie sind und das wird durch die Verknüpfung mit dem International Celestial Reference Frame erreicht.

Und die Astronomie muss natürlich ebenso genau wissen, wo ihre Teleskope stehen, um die Beobachtungen die damit gemacht werden, sinnvoll auswerten zu können. Deswegen wird auch die Position der Sternwarten mit dem International Celestial Reference Frame millimetergenau bestimmt. Und wenn wir Satelliten und Raumfahrzeuge durchs All schicken, wollen wir natürlich auch wissen, wo die sich rumtreiben und wohin sie fliegen. Das macht man zum Beispiel, in dem man sie von der Erde aus mit Radiosignalen anpeilt. Man wartet, bis die Signale empfangen und zurück geschickt werden und wenn die Signale von zwei oder mehr weit auseinanderliegenden Stationen kommen, kann man aus den kleinen Unterschieden in der Laufzeit die Position der Raumsonde sehr genau bestimmen. Allerdings müssen die Signale auch durch die Erdatmosphäre und werden dort ein bisschen abgelenkt. Diesen Effekt muss man berücksichtigen und das macht man wieder mit dem ICRF. Gleichzeitig mit der Sonde wird auch einer der Quasare aus dem ICRF-Katalog angepeilt. Von dem weiß man ja GENAU wo er ist - das ist ja der Sinn des ganzen International Celestial Reference Frame. Ich weiß also, wo der Quasar sein soll und wenn meine Messung eine Abweichung zeigt, dann muss dass genau der Fehler sein, der durch die Atmosphäre erzeugt wird. Und da ich diesen Fehler jetzt kenne, kann ich die Positionsdaten der Raumsonde damit korrigieren und weiß genau, wo sie sich befindet.

Es gibt noch jede Menge andere Gründe, warum es gut ist, dass wir das International Celestial Reference Frame haben. Es wird in Zukunft mit Sicherheit immer weiter verbessert werden; vielleicht wird es irgendwann auch einmal auf eine ganz neue Grundlage gestellt. Aber auf jeden Fall muss sich niemand Sorgen machen, wenn man sich mal ein wenig verloren fühlt. Die Astronomie weiß immer ganz genau, wo alles ist.

Sternengeschichten Folge 660: "Mercury Retrograde" und echte Rückläufigkeit im Sonnensystem

Ok, der Titel dieser Folge ist ein wenig unverständlich. Aber keine Sorge, es geht um ein interessantes Phänomen in der Astronomie. Ich möchte etwas über rechtläufige und rückläufige Bewegung erzählen beziehungsweise über prograde und retrograde Bewegung, wie die astronomischen Fachbegriffe lauten.

Um was es sich dabei handelt, kann man eigentlich recht einfach beschreiben. Alle Himmelskörper im Sonnensystem unkreisen die Sonne. Ok, es gibt auch welche, die währenddessen noch einen anderen Himmelskörper umkreisen. Der Mond zum Beispiel umkreist die Erde während die Erde gemeinsam mit dem Mond um die Sonne kreist. Aber das ignorieren wir vorerst; wir bleiben bei den Objekten die direkt um die Sonne kreisen.

Außerdem drehen sich alle Himmelskörper um ihre eigene Achse. Mal schneller, mal langsamer, aber alles rotiert zwangsläufig immer, und warum das so sein muss, habe ich in Folge 238 der Sternengeschichten erzählt.

Jeder Himmelskörper führt also zwei Drehbewegungen gleichzeitig aus. Einmal um die Sonne herum und einmal um seine eigene Achse. Und die Begriffe "prograd" und "retrograd" beziehen sich auf die Richtung, in der das passiert. Bleiben wir vorerst mal bei der Bewegung um die Sonne herum. Wenn wir da darüber reden wollen, in welche Richtung sich die Objekte bewegen, müssen wir zuerst einmal ein paar grundlegende Dinge definieren. Wir haben es ja mit einem dreidimensionalen Raum zu tun in dem es kein oben und kein unten gibt. Wenn wir zum Beispiel von der einen Seite auf die Erdbahn schauen, dann bewegt sich die Erde in die eine Richtung, wenn wir von der anderen Seite schauen, dann bewegt sie sich in die andere Richtung. Deswegen definieren wir auch hier einmal die Himmelsrichtungen. Der "Nordpol" unseres Sonnensystems - den es in der Form natürlich nicht gibt - befindet sich in der Richtung, in der sich auch der Nordpol der Erde befindet. Anders gesagt: Wenn wir auf der Erde am Nordpol stehen und nach oben schauen, dann befindet sich über uns der nördliche Teil des Himmels und auch die nördliche Hälfte des Sonnensystems. Die andere ist dann logischerweise genau über dem Süpdol der Erde.

Damit wissen wir jetzt auch, wo Nord- und Südpol der Sonne sind und jetzt stellen wir uns vor, wir befinden uns genau über der nördlichen Hälfte der Sonne und blicken von ganz weit "oben" (ja, ich weiß ich hab gerade gesagt es gibt kein oben, aber stellen wir es uns trotzdem vor) auf die Sonne und Planeten hinunter. Die Planeten, die sich von diesem Blickwinkel aus gegen den Uhrzeigersinn um die Sonne bewegen, bewegen sich "rechtläufig" beziehungsweise "prograd". Sie bewegen sich in die selbe Richtung, in der auch die Sonne um ihre eigene Achse rotiert, die das nämlich aus diesem Blickwinkel auch gegen den Uhrzeigersinn tut. Das so zu definieren ist wirklich reine Konvention; man hätte es genau so gut andersherum machen können, aber man hat es nun einmal so rum gemacht.

Und nachdem wir das jetzt definiert haben, können wir schauen, welche Himmelskörper denn eine prograde Bewegung zeigen. Nämlich fast alle! Es ist natürlich kein Zufall, dass sich alle Planeten und fast alle Asteroiden in der gleichen Richtung um die Sonne bewegen, in der die Sonne sich um ihre eigene Achse dreht. Das hat mit der Art und Weise zu tun, in der Sonne, Planeten und der ganze Rest entstanden sind. Darüber habe ich auch schon öfter in den Sternengeschichten gesprochen. Nachdem sich die Sonne gebildet hat, ist aus dem restlichen Material eine Scheibe entstanden. Die Gas- und Staubteilchen aus denen diese Scheibe zusammengesetzt ist, haben sich um die Sonne bewegt und zwar in der Richtung, in der sich die Sonne um ihre Achse dreht. Das liegt an der Drehimpulserhaltung, die Drehbewegung eines Systems kann nicht einfach verschwinden. Die ursprüngliche kosmische Wolke aus der die Sonne entstanden ist, hat sich in eine Richtung gedreht und in diese Richtung hat sich dann auch später die Sonne selbst gedreht. In diese Richtung hat sich das Material der Scheibe gedreht und in diese Richtung haben sich dann auch die Planeten bewegt, die aus diesem Material entstanden sind.

Wie gesagt: Das muss alles so sein, das folgt direkt aus den grundlegenden Naturgesetzen. Und deswegen ist es besonders interessant, wenn es Himmelskörper gibt, die das nicht tun. Ich habe vorhin gesagt, dass sich FAST alle Himmelskörper prograd um die Sonne bewegen. Alle Planeten tun das, aber es gibt kleinere Objekte, die quasi als Geisterfahrer unterwegs sind. Wir kennen um die hundert Asteroiden, die sich auf retrograden Bahnen um die Sonne bewegen. Es gibt mehrere Gründe, warum sie das tun. In den meisten Fällen sind es gravitative Störungen, die dafür gesorgt haben. Das läuft natürlich nicht so ab, dass der Asteroid dann aus irgendeinem Grund stehen bleibt und in die andere Richtung wieder los fliegt. Es ist ein kontinuierlicher Prozess, der mit seiner Bahnneigung zu tun hat. Die Ebene der Erdbahn - die wir ja zu Beginn benutzt haben, um zu definieren, wo Norden und Süden im Sonnensystem ist - ist gleichzeitig auch die Referenzebene für das ganze Sonnensystem. Die großen Planeten bewegen sich alle auf Bahnen, die gegenüber der Erdbahn fast nicht geneigt sind. Aber bei Asteroiden können gravitative Störungen, zum Beispiel von Jupiter, dafür sorgen, dass sich die Bahnneigung ändert. Ich habe in Folge 435 schon im Detail über solche Störungsprozesse gesprochen, die sich insbesondere auf die Bahnneigung auswirkt. Jetzt stellen wir uns mal vor, die Neigung wird immer größer und größer. Wenn die Neigung exakt 90 Grad beträgt, dann bewegt sich der Asteroid senkrecht zur Erdbahn. Und wenn sie größer als 90 Grad wird und sich in Richtung 180 Grad bewegt, dann findet der Umlauf des Asteroiden um die Sonne zwar wieder in der Nähe der Ebene der Erdbahn statt - aber jetzt halt in die andere Richtung. In seltenen Fällen könnte es auch sein, dass ein Asteroid von außerhalb des Sonnensystems eingefangen wird und sich dann eben anders bewegt, je nachdem wie dieser Einfang stattgefunden hat. So etwas haben wir aber noch nicht eindeutig nachgewiesen; der Asteroid mit dem schönen Namen Kaʻepaokaʻawela in der Nähe des Jupiters könnte aber vielleicht so ein Fall sein.

Ein sehr prominentes Beispiel für retrograde Bewegung ist übrigens der Halleysche Komet. Bei Kometen liegt die Sache wieder anders: Viele von ihnen stammen ja aus der fernen Oortschen Wolke, die das Sonnensystem wie eine dicke Kugelschale umgibt. Die Kometen sind dorthin in der Frühzeit des Sonnensystems gelangt, als sie bei chaotischen Begegnungen und Kollisionen mit den jungen Planeten in alle Richtungen davon geschleudert worden sind. Für sie gilt die Beschränkung auf den Drehsinn der Sonne also nicht mehr und wenn sie wieder zurück in die inneren Bereiche des Sonnensystems gelangen, dann können sie genau so gut retrograd umlaufen wie prograd.

Bis jetzt habe ich nur von der Bewegung um die Sonne herum gesprochen. Man kann die Begriffe prograd und retrograd aber auch auf die Rotation der Himmelskörper um ihre eigene Achse verwenden. Die Erde dreht sich in die selbe Richtung um ihre Achse in der sich auch die Sonne um ihre Achse dreht: Die Erdrotation ist prograd. Und der Grund dafür ist - wie vorhin - wieder die Drehimpulserhaltung bei der Entstehung von Sonne und Planeten. Auch die anderen Planeten rotieren prograd, hier gibt es aber Ausnahmen, nämlich Venus und Uranus. Diese beiden Himmelskörper drehen sich retrograd, also genau andersherum als Sonne und die restlichen Planeten. Und auch hier deutet das wieder auf besondere Ereignisse in der Vergangenheit der Planeten hin. Wir wissen noch nicht genau, was diese Planeten, nicht in die vorgesehene Richtung zu rotieren. Es könnte eine Kollision mit einem anderen Planeten gewesen sein, der die Venus in der Frühzeit des Sonnensystems quasi umkippen hat lassen. Oder es war auch hier ein langsamer Prozess, verursacht durch sich aufschaukelnde gravitative Störungen.

Es gibt auch diverse Monde, die retrograd rotieren oder retrograd um ihren Planeten laufen. Triton zum Beispiel, der größte Mond des Neptun läuft entgegengesetzt der Bewegung der anderen Neptunmonde; dasselbe macht auch der Saturnmond Phoebe.

Und natürlich ist das alles nicht auf das Sonnensystem beschränkt. Wir können retrograde und prograde Bewegungen von Sternen um das Zentrum der Milchstraße untersuchen oder von Galaxien, die sich um andere Galaxien bewegen. Wir können den Drehsinn der zentralen schwarzen Löcher in Galaxien mit dem des restlichen Materials der Galaxie vergleichen, und so weiter. In jedem Fall aber verrät uns die Art der Rotationsbewegung etwas über die Entstehung und die Entwicklung der Himmelsobjekte, denn in dieser Bewegung steckt quasi die ganze bisherige Geschichte der Asteroiden, Planeten, Sterne und Galaxien.

Was uns dagegen überhaupt nichts verrät, sind die Menschen, die ständig irgendwas von "mercury retrograde" erzählen und Angst haben, dass bald irgendwas schlimmes passiert. Dabei geht es weder um eine reale astronomische Bewegung und noch nicht einmal um Astronomie, sondern um Astrologie. Mit "mercury retrograde" wird - sehr oft auch auf deutsch - das Phänomen bezeichnet, dass sich der Merkur am Himmel der Erde scheinbar rückwärts bewegt. Das tut er aber natürlich nicht wirklich. Aber der Merkur bewegt sich halt schneller um die Sonne herum als die Erde. Und wenn er uns gerade wieder einmal überholt sieht das aus Sicht der sich ja auch um die Sonne bewegenden Erde so aus, als würde der Merkur, wenn man ihn über mehrere Nächte hinweg beobachtet, an unserem Himmel eine kleine Schleife ziehen und sich dabei eine Zeit lang in die andere Richtung bewegen. Das können wir auch beim Mars oder der Venus beobachten (und auch bei den restlichen Planeten), aber das ist ein reiner Projektionseffekt, der nichts mit der echten Bewegung zu tun hat. Das wissen wir, seit wir wissen, dass sich die Erde um die Sonne bewegt. Als man noch dachte, dass es umgekehrt ist, war das mit der scheinbar rückläufigen Bewegung natürlich nicht so einfach zu erklären. Wahrscheinlich hat sich die Astrologie deswegen gedacht, dass so ein Verhalten der Planeten nichts Gutes bedeuten kann. Aber mittlerweile wissen wir seit über 400 Jahren, wie sich die Planeten wirklich bewegen; da hätte auch die Astrologie mal ein Update machen können. Stattdessen gibt es immer noch und immer öfter hysterische Meldungen, wenn der Merkur wieder einmal scheinbar rückläufig wird, weil dann angeblich wieder eine chaotische Zeit bevor steht.

Daran kann man vermutlich auch mit noch so vielen Erklärungen über Recht- und Rückläufigkeit etwas ändern. Was schade ist - denn in der Bewegung der Himmelskörper steckt so viel wahres und spannendes Wissen. Viel besser, als der Unsinn, den sich die Astrologie dazu ausgedacht hat.

Sternengeschichten Folge 659: Ruby Payne-Scott und die Anfänge der Radioastronomie

Dass es in der Astronomie mehr zu sehen gibt, als unsere Augen sehen können, habe ich ja schon oft erzählt. Die Himmelskörper leuchten in allen möglichen Farben und das, was wir im Alltag als "Licht" bezeichnen, ist nur ein winziger Ausschnitt davon. Darüber hinaus gibt es aber auch das Infrarot-Licht, das Ultraviolett-Licht; es gibt Mikrowellenlicht und Röntgenlicht und es gibt Radiolicht. Ich sagen deswegen zu allem "Licht", weil es physikalisch gesehen keinen relevanten Unterschied gibt zwischen dem, was unsere Augen sehen und dem, was wir zum Beispiel im Röntgengerät, der Mikrowelle oder dem Radioempfänger für Strahlung verwenden. Alles davon ist elektromagnetische Strahlung und der einzige Unterschied ist die Wellenlänge. Die Astronomie hat im Lauf der Zeit gelernt, all das zu beobachten und nur mit diesem kompletten Blick auf das Universum sind wir in der Lage, es wirklich zu verstehen.

Die Radioastronomie nimmt eine Sonderstellung ein. Neben der "normalen" Astronomie im für unsere Augen sichtbaren Licht, ist sie die einzige Beobachtungsmethode, die wir im großen Maßstab auch auf der Erde selbst durchführen können. Der ganze Rest der elektromagnetischen Strahlung aus dem Weltall wird von der Erdatmosphäre blockiert. Ich habe in Folge 223 der Sternengeschichten schon mal einen Überblick über die Geschichte der Radioastronomie gegeben, mich dabei aber vor allem auf die ganz frühe Geschichte konzentriert. Heute möchte ich eine Geschichte erzählen, die ich damals nicht erzählt habe, die es aber definitiv wert ist, erzählt zu werden. Es ist die Geschichte von Ruby Payne Scott, die nicht nur die erste Radioastronomin war, sondern auch maßgeblich dazu beigetragen hat, dass die Radioastronomie die wichtige Disziplin geworden ist, ohne die die moderne Astronomie nicht denkbar wäre.

Ruby Payne-Scott wurde am 28. Mai 1912 in Grafton geboren, einer Stadt in New South Wales, die sich allerdings nicht im Süden von Wales befindet, sondern im australischen Bundesstaat New South Wales. Sie übersiedelte dann aber bald nach Sydney, wo sie die Schule besucht hat. Ihre Eltern hatten extra darauf geachtet, dass es Schulen sind, die Ruby auf ein Universitätsstudium vorbereiten und an der Universität von Sydney hat sie dann auch studiert; Physik, Chemie, Mathematik und Botanik. Mit ihrem Abschluss 1933 war sie erst die dritte Frau, die dort einen Abschluss in Physik geschafft hatte; Payne-Scott hat aber noch weiter studiert, einen Master in Physik und eine Ausbildung zur Lehrerin gemacht.

Ihre physikalische Ausbildung hat sie ab 1936 in einem aus heutiger Sicht eher seltsamen Forschungsgebiet eingesetzt. Sie hat untersucht, ob das Magnetfeld der Erde einen negativen Einfluss auf die Gesundheit hat; etwas, was viele Menschen damals immer noch geglaubt haben (und sich deswegen zum Beispiel beim Schlafen in Nord-Süd-Richtung hingelegt haben). Payne-Scotts Experimente haben gezeigt, dass das Quatsch ist und nach dieser Forschung hat sie dann ihren zweiten Abschluss genutzt und kurze Zeit als Lehrerin gearbeitet. Danach hat sie einen Job bei einem Hersteller von Funkgeräten angenommen; eigentlich als Bibliothekarin - aber mit ihren Fähigkeiten ist sie schnell in der dortigen Forschungsabteilung gelandet. So richtig viel Spaß hat ihr das aber trotzdem nicht gemacht und 1941 hat sie einen neuen Job am Radiophysikalischen Labor der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation begonnen, quasi die offizielle Forschungsbehörde der australischen Regierung. Australien ist ja schon 1939 offiziell auf Seiten der Allierten dem zweiten Weltkrieg eingetreten und Radioforschung war extrem wichtig. Nicht unbedingt was die Kommunikation angeht, sondern vor allem die Radar-Technologie, um feindliche Flugzeuge frühzeitig erkennen zu können. Diese Technik wurde ja überhaupt erst während des zweiten Weltkriegs entwickelt und Ruby Payne-Scott war an genau so einem Top-Secret-Forschungsprojekt beteiligt.

Dass sie, als Frau, überhaupt so eine wichtige Rolle in der physikalischen Forschung spielen konnte, lag natürlich auch am zweiten Weltkrieg. Die Männer mussten kämpfen, die Forschung musste aber trotzdem gemacht werden - also gab es auf einmal auch für Frauen Möglichkeiten, die ihnen davor verwehrt waren. Ruby Payne-Scott jedenfalls hat schnell demonstriert, dass man durchaus auch früher damit anfangen hätte können, Frauen eine größere Rolle in der Forschung spielen zu lassen. Sie ist DIE australische Expertin für Plan-Position-Indicators geworden. Das Wort kennt man außerhalb der einschlägigen Forschung eher nicht. Aber alle haben mit Sicherheit schon einmal einen klassischen Radarschirm gesehen. Also dieses Ding, wo ein Strahl sich im Kreis dreht und wenn irgendwo ein Flugzeug, ein Schiff oder sonst irgendwas ist, macht es kurz "Pieps" und etwas leuchtet auf. Genau für dieses Ding ist Payne-Scott die Expertin gewesen und natürlich hat sie sich darüber hinaus auch mit anderen Aspekten der Radar- und Radioforschung beschäftigt.

Irgendwann war der Krieg aber zum Glück vorbei und am Radiophysikalischen Labor hat man begonnen, sich von der militärischen Radarforschung weg und zur damals noch jungen Radioastronomie hin zu orientieren. Genaugenommen hat man natürlich auch schon vorher ein wenig in diese Richtung experimentiert. Gemeinsam mit ihrem Chef, Joe Pawsey, hat Payne-Scott im März 1944 ein paar allererste Versuche in dieser Richtung unternommen. Die Resultate sind in einem internen Bericht veröffentlicht worden, mit dem eher unscheinbaren Titel "Messungen des Rauschpegels, der von einer S-Band-Antenne erfasst wird." Darin beschreiben die beiden, wie sie unter anderem die Temperatur des klaren Himmels gemessen haben und wie sie ihre Radioantenne dafür eingestellt haben. Das ist natürlich jetzt keine revolutionäre Forschung. Aber es war insofern revolutionär, als es das erste Mal war, dass eine Frau offiziell Radioastronomie betrieben haben. Ruby Payne-Scott ist also die erste Radioastronomin der Welt, aber noch lange nicht fertig mit der Arbeit.

Ihre komplette wissenschaftliche Leistung darzustellen, würde den Rahmen dieser Folge sprengen. Aber im Oktober 1945 führte sie zum Beispiel, gemeinsam mit ihren Kollegen Pawsey und Lindsay McCready, Radiobeobachtungen der Sonne durch. Die entsprechenden Ergebnisse veröffentlichen sie in der Fachzeitschrift Nature und berichten darin auch über einen Zusammenhang von Fluktuationen der empfangenen Radiostrahlung und dem Auftreten von Sonnenflecken. Sie konnten allerdings noch nicht klar zeigen, dass diese Fluktuationen auch wirklich von den Sonnenflecken verursacht werden, das kam erst später. Dazu brauchte es bessere Daten und eine andere Methode der Beobachtung. Während des Kriegs hatten Payne-Scott und ihre Kollegen eine Technik entwickelt, die sie jetzt für die Beobachtung der Sonne im Radiolicht einsetzen wollten. Dabei stellt man die Radioantenne auf eine Klippe, möglichst hoch über dem Meer. Radiostrahlung kann den Detektor jetzt einerseits direkt von der Sonne erreichen. Andererseits wird ein Teil der Strahlung auch von der Meeresoberfläche in Richtung Detektor reflektiert. Oder anders gesagt: Das Signal von der Sonne kommt zweimal bei der Antenne an, nur einmal ein klein wenig später, weil es durch die Reflektion ein kleines bisschen mehr Strecke zurück gelegt hat.

Wer ein wenig Ahnung von moderner Radioastronomie hat, wird schon vermuten, worauf das hinausläuft. Payne-Scott und ihre Kollegen haben mit Beobachtungen genau dieser Art Anfang 1946 das erste Mal die Technik der Radio-Interferometrie angewandt. Wie das heute funktioniert, habe ich in Folge 358 schon ausführlich erklärt. Im Wesentlichen läuft es darauf hinaus, dass man mehrere Teleskope das selbe Ziel beobachten lässt. Die Strahlung erreicht die Teleskope zu unterschiedlichen Zeitpunkten, weil sie jeweils eine minimal unterschiedlich lange Strecke zurück legen muss. Wenn man die Signale dann aber auf die richtige Weise kombiniert, kann man daraus mehr Informationen erhalten, als aus den jeweiligen Einzelsignalen und, wenn man es richtig anstellt, ein Teleskop simulieren, dass sehr viel größer ist, als das, was man in der Realität verwendet.

Heute nennen wir das in der Radioastronomie die Very Long Baseline Interferometry und es ist eine Standardtechnik, ohne die wir zum Beispiel im Jahr 2019 nicht das berühmte erste Bild eines schwarzen Lochs machen hätten können. Payne-Scott und ihre Kollegen haben im Jahr 1946 mit ihrem "See-Cliff-Interferometer" den Anfang gemacht und die mathematischen Methoden, die Payne-Scott zur Datenauswertung entwickelt hat, sind der Grundstein der späteren modernen Radioastronomie geworden.

Zwischen 1946 und 1951 konzentrierten Payne-Scott und ihre Kollegen sich auf die Ausbrüche an Radiostrahlung, die von der Sonne kommen. Sie konnten einige unterschiedliche Typen klassifizieren, je nach Dauer und Frequenz. Typ-I Bursts dauern Stunden bis Tage und kommen aus den Sonnenflecken, das war das, was schon in der ersten Arbeit aus dem Jahr 1945 vermutet wurde. Typ II Bursts dauern nur Minuten und werden in den Stoßwellen bei den koronalen Massenausbrüchen auf der Sonne verursacht. Und die Typ-III-Bursts sind nur noch ein paar Sekunden lang. Sie werden ebenfalls bei Sonneneruptionen erzeugt, von Elektronen die dadurch entlang der solaren Magnetfeldlinien beschleunigt werden. Payne-Scott selbst war die Entdeckerin dieses letzten Typs, aber auch bei der Entdeckung der anderen Arten von Strahlungsausbrüchen beteiligt.

Im Jahr 1951 endet die wissenschaftliche Karriere von Ruby Payne-Scott abrupt. Nicht, weil sie gestorben ist. Sondern weil sie im Jahr 1944 geheiratet hatte. Das war zwar nicht verboten, aber eine verheiratete Frau durfte damals in Australien keine Vollzeitstelle haben. Deswegen hielt Payne-Scott ihre Heirat auch geheim und änderte auch ihren Namen nicht. Im Jahr 1950 hat die Forschungsbehörde das aber entdeckt und sie wurde zur Teilzeitarbeit gezwungen. Bis zum Jahr 1951, da wurde Payne-Scott schwanger und durfte gar nicht mehr arbeiten.

Ruby Payne-Scott musste die Wissenschaft also verlassen und ist auch nicht mehr in die Forschung zurückgekehrt. Sie hat bis 1974 noch als Lehrerin an einer Schule gearbeitet und ist am 25. Mai 1981 kurz vor ihrem 69. Geburtstag gestorben. Trotzdem sie nur eine vergleichsweise kurze wissenschaftliche Karriere hatte, war es doch eine enorm wichtige Karriere. Ruby Payne-Scott war die erste Radioastronomin und hat maßgeblich dazu beigetragen, dass diese Disziplin zu der erfolgreichen Wissenschaft geworden ist, die wir heute überall in der Astronomie einsetzen. Wie so oft in diesen Fällen hat es gedauert, bis man die Rolle von Ruby Payne-Scott auch entsprechend öffentlich anerkannt hat. Außerhalb der australischen-astronomischen Community hat kaum jemand von ihr gewusst; ihr Beitrag ist in Lehrbüchern und wissenschaftlichen Arbeiten regelmäßig ignoriert worden. Erst ab den 1990er und den frühen 2000er Jahren hat man ihr Leben und ihre Arbeit wieder "entdeckt" und mittlerweile gibt es immerhin ein paar Biografien über sie und die australische Akademie der Wissenschaften verleiht seit 2021 die "Ruby Payne-Scott Medaille" für hervorragende australische Wissenschaftlerinnen. Was definitiv eine gute Idee ist, noch besser wäre es aber vermutlich gewesen, hätte man einer so hervorragenden australischen Wissenschaftlerin wie Ruby Payne-Scott das Forschen nicht verboten.