Sternengeschichten

Sternengeschichten Folge 492: Kometenwein

"Als der Gehilfe mit dem Bericht über seine merkwürdigen Erlebnisse zu Ende war, entstand eine Pause. Holmes lehnte sich in die Kissen zurück und sah mich mit wohlgefälligem und doch prüfendem Blicke an, wie ein Kenner, der den ersten Becher eines Kometen-Jahrgangs kostet." Das schreibt Dr. Watson, beziehungsweise eigentlich Arthur Conan Doyle in seiner Sherlock-Holmes-Kurzgeschichte "Eine sonderbare Anstellung". Um was es da genau geht soll uns heute nicht interessieren. Am Ende wird der Verbrecher überführt, so wie immer bei Sherlock Holmes. Wir interessieren uns in der heutigen Folge für die seltsame Art, in der Holmes über Wein redet. Was soll ein "Kometen-Jahrgang" sein, im englischen Original ein "comet vintage"? Was haben Kometen mit Wein zu tun?

Dazu müssen wir zurück ins Jahr 1811 gehen, zum 25. März, als der französische Astronom Honoré Flaugergues im südfranzösischen Viviers den Himmel beobachtet hat. Wie man das halt so macht. Dabei ist ihm ein Komet aufgefallen, tief am Horizont. Der Komet war auch am nächsten Tag zu sehen und am übernächsten Tag, bis zum 1. April; danach konnte Flaugergues ihn nicht mehr finden. Aber schon 10 Tage später konnte ihn sein Kollege Jean-Louis Pons erneut finden. Beziehungsweise aus seiner Sicht: Das erste Mal entdecken, denn Pons wusste nichts von den Beobachtungen die Flaugergues zuvor angestellt hatte. Danach war er immer wieder sichtbar, Flaugergues sah ihn bis Ende Mai; Alexander von Humboldt konnte ihn im Juni beobachten, Wilhelm Bessel fand ihn im August, Wilhelm Herschel im September, ebenso im Dezember. Im Januar 1812 konnte er immer noch beobachtet werden, der kubanische Astronom José Joaquin de Ferrer beobachtete ihn im Juli 1812 und die letzte Beobachtung ist von 17. August 1812 aus Russland überliefert. Damit war der Komet fast 17 Monate lang am Himmel sichtbar; so lange wie kein anderer damals bekannter Komet - und erst der Komet Hale-Bopp im Jahr 1997 war länger sichtbar als der Komet von 1811 der heute offiziell C/1811 F1 oder auch einfach nur Flaugergues 1811 heißt.

Die Menschen die ich vorhin aufgezählt habe waren alle Astronomen, aber bei weitem nicht die einzigen, die ihn beobachtet haben. Der Komet Flaugergues war nicht nur lange zu sehen, sondern auch sehr gut. Er wird heute zu den sogenannten "Großen Kometen" gezählt; eine Gruppe die zwar nicht offiziell definiert ist, aber Kometen beschreibt, die so richtig beeindruckend hell und spektakulär am Himmel aussehen. Und das war bei Flaugergues' Komet auf jeden Fall so. Im Oktober 1811 war er enorm hell; so hell wie hellsten Sterne am Himmel und mit einem langen und beeindruckenden Schweif, der auch bei Vollmond gut zu sehen war. Am Nachthimmel sah der Komet so groß wie der Vollmond aus, was er in Wahrheit natürlich nicht war. Er wird, wie die meisten Kometen, um die 10 Kilometer groß gewesen sein. Aber das was wir sehen, wenn wir einen Kometen sehen, ist nicht der Komet selbst, sondern seine "Koma", eine große Staubwolke in der Komet sich hüllt, wenn er sich der Sonne nähert. Dann wird er warm, die ganzen gefrorenen Gase und das Eis tauen auf und wehen hinaus ins All. Dabei reißen sie Staub von der Oberfläche des Kometen mit sich und die so entstehende Staubhülle kann viel besser und viel mehr Licht reflektieren als es der kleine Kometenkern tun könnte.

Und die Koma von Flaugergues muss WIRKLICH groß gewesen sein. Denn er war ja einerseits sehr hell. Andererseits aber gar nicht so nah an der Erde dran. Als er unserem Planeten am nächste war, im Oktober 1811, betrug der Abstand immer noch 183 Millionen Kilometer. Das ist weiter als die Distanz zwischen Sonne und Erde. Seine Umlaufbahn ist überhaupt außergewöhnlich. Sie ist extrem langgestreckt, am sonnenfernsten Punkt seiner Bahn ist Flaugergues gut 425 mal weiter von der Sonne entfernt als am sonnennächsten Punkt. Das ist aber noch normal für solche Kometen, die kommen ja aus den weit entfernten äußeren Regionen des Sonnensystems. Seine Bahn ist aber auch um 107 Grad gegenüber der Erdbahn geneigt, das heißt, sie steht fast senkrecht auf die Ebene, in der sich die Erde und die anderen Planeten bewegen. Für eine Runde um die Sonne braucht der Komet knapp 3000 Jahre. Das heißt er könnte vielleicht auch irgendwann in der Antike am Himmel zu sehen gewesen sein - und wir müssen bis ins Jahr 4800 warten, bis wir ihn wieder sehen.

So - jetzt haben wir viel über diesen Kometen erfahren. Aber wenig über den Wein. Ich bin kein großer Weinexperte, aber der Wein aus dem Jahr 1811 gilt als einer der besten Jahrgänge überhaupt. Der Winter war nicht so kalt, schon im Februar war es warm und trocken, ab Mai war es sommerlich und der Herbst war auch länger und wärmer als üblich. Zumindest dort, wo man Wein angebaut hat und offensichtlich ganz besonders dort, wo die Weinreben des Château Lafite bei Bordeaux stehen. Der dort 1811 hergestellte Wein gilt unter den Kennerinnen und Kennern immer noch als der beste Wein aller Zeiten. Aber auch in anderen Weinregionen war die Ausbeute außergewöhnlich, in Frankreich, in Deutschland und anderswo. Man war enorm froh endlich mal wieder einen tollen Wein zu haben; zu Beginn des Jahrzehnts gab es einige eher schlechte Weinjahre. In der Champagner-Kellerei Veuve Cliquot hat man 1811 auch einen beeindruckenden Champagner produziert; mit einer neuen Technik die die Grundlage für die moderne Champagner-Herstellung gilt. Der beste Wein aller Zeiten, der erste wirklich gute Champagner - und das alles, während ein höchst beeindruckender Komet am Himmel steht. Kann das Zufall sein?

Ja, was soll es denn sonst sein? Natürlich war es Zufall. Aber der Komet war damals enorm präsent; alle konnten ihn sehen; in den Zeitungen wurde drüber geschrieben und natürlich gab es Menschen, die da Verbindungen hergestellt haben. Das wird bei Kometen ja schon seit Jahrtausenden so gemacht. Mal wird der Komet als guten Omen angesehen - Napoleon zum Beispiel war 1812 gerade auf dem Weg um Russland zu erobern und hielt den Kometen für ein Zeichen, dass er mit seinem Eroberungsfeldzug erfolgreich sein wird. Was dann ja nicht so war. Sehr viel öfter werden Kometen als schlechte Vorzeichen betrachtet, in unserem Fall zum Beispiel als Ankündigung des schweren Erdbebens das im Juni 1811 in Südafrika stattgefunden hat. Aber so ist halt die Welt. Es gibt Erdbeben. Schlachten gehen verloren oder werden gewonnen. Der Wein wird gut oder schlecht. Und manchmal fliegt oben über allem ein Komet herum und manchmal nicht. Wir Menschen mögen aber keine Zufälle und suchen immer nach Verbindungen. Was ja auch gut ist, wenn wir das nicht tun würden, dann hätten wir das mit der Wissenschaft auch nie auf die Reihe gekriegt. Aber manchmal gibt es eben keine Verbindung. Und im Fall des Kometenweins ist das eben so. Es gibt keinen irgendwie gearteten Mechanismus durch den ein dutzende Millionen Kilometer entfernter Felsbrocken im All die Qualität von Weintrauben beeinflussen könnte.

Aber natürlich ist so ein Komet ein gutes Mittel um Werbung zu machen. Weswegen damals einige Weine in Flaschen mit Abbildungen von Kometen auf dem Ettiket gefüllt und "Kometenwein" genannt wurde. Und auch danach wurde immer wieder gerne "Kometenwein" produziert, wenn gerade ein passender Himmelskörper zu sehen war. Mit solchen Kometenweinen kann man heute ein Vermögen machen - wenn man irgendwo an so eine Flasche kommen sollte, kann man sie für sehr viel Geld an Sammlerinnen und Sammler verkaufen. Ob man sie auch trinken sollte ist eine andere Frage; manche Weine altern gut, andere eher schlecht. Beim Kometenwein aus dem Jahr 1811 könnte es sich aber lohnen; der berühmte Weinkritiker Robert Parker hat 1996 eine Flasche Château d'Yquem aus dem Jahr 1811 verkostet und ihm 100 von 100 Punkten gegeben (was nicht so oft vorkommt).

So oder so - mit dem Kometen hat der Wein aber nichts zu tun. Und am Ende kommt es beim Weingenuß ja auch auf andere Sachen an, wie schon Johann Wolfgang Goethe gewusst hat: "„Setze mir nicht, du Grobian, den Krug so derb vor die Nase! Wer Wein bringt, sehe mich freundlich an, sonst trübt sich der Elfer im Glase.“

Sternengeschichten Folge 491: Das Steady-State-Universum

Vor 13,8 Milliarden Jahren gab es den Urknall. Was in diesem Moment genau abgelaufen ist und vor allem warum: Das wissen wir nicht. Dafür aber ziemlich gut, was alles nach dem Urknall passiert ist, wie ich ja schon in Folge 99 erklärt habe. Das Universum dehnt sich seitdem aus; es expandiert. Wie das alles im Detail abläuft wird durch das sogenannte "Lambda-CDM-Modell" beschrieben, das kosmologische Modell mit wir heute erklären, wie sich unser Universum entwickelt hat und entwickeln wird. Dieses Modell passt sehr gut zu dem, was wir auch tatsächlich beobachten. Aber darum soll es heute nicht gehen, sondern um ein anderes kosmologisches Modell und zwar die "Steady-State-Theorie".

Dazu gehen wir zurück in die 1940er Jahre. Die Kosmologie als exakte Naturwissenschaft gab es damals noch nicht; zumindest nicht in heutiger Form. Damals hatte man noch kaum konkrete Beobachtungsdaten mit denen man arbeiten konnte und auch keine Möglichkeit sie zu kriegen. Über Satelliten, Weltraumteleskope und so hatte man zwar schon nachgedacht, aber die einzigen Raketen die damals in die Luft geflogen sind waren Waffen im zweiten Weltkrieg. Der erste Satellit sollte erst 1957 ins All fliegen und auch dann war es noch ein weiter Weg bis zu brauchbaren kosmologischen Daten. Aber dazu kommen wir noch; bleiben wir vorerst in den 1940er Jahren.

Was man damals hatte waren vor allem zwei Dinge: Die Relativitätstheorie von Albert Einstein und die Beobachtungen von Edwin Hubble und seinen Kollegen. Hubble beobachtete ab den 1920er Jahren andere Galaxien und hat dabei festgestellt, dass sie sich alle von uns entfernen. Und Einstein hat in seiner allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben, wie sich das Universum als ganzes verhält und dabei entdeckt, dass es sich ausdehnen muss. Aus beiden Phänomenen kann man eine Schlussfolgerung ziehen: Wenn die Galaxien sich alle von uns entfernen, dann müssen sie früher näher bei uns gewesen sein. Und noch früher noch näher. Und irgendwann müssen alle Galaxien quasi am gleichen Ort gewesen sein. Und wenn die Relativitätstheorie ebenfalls vorhersagt, dass sich das Universum ausdehnt, dann kann daraus eigentlich nur folgen, dass es in der Vergangenheit einen Zeitpunkt gegegen hat, in dem unser gesamter Kosmos in einem einzigen Punkt konzentriert war, von dem aus es dann begonnen hat zu expandieren. Oder anders gesagt: Unser Universum hat einen Anfang in der Zeit. Es hat NICHT immer schon existiert, ohne Anfang, wie man vor Hubble und Einstein gedacht hat.

Als diese Theorie eines expandierenden Universums mit Anfang das erste Mal geäußert wurde, waren viele nicht sonderlich glücklich damit. Den meisten Forscherinnen und Forschern erschien ein statisches Universum ohne Anfang und ohne Ende irgendwie eleganter. Und vor allem: Wenn das Universum einen Anfang hat, quasi einen "Schöpfungsmoment", dann rückt die Wissenschaft irgendwie ja auch wieder in die Nähe der Religion. Aber in dieser Folge soll es auch nicht um Wissenschaft gegen Religion gehen. Die Sache ist viel komplexer und diejenigen, die das Urknallmodell abgelehnt haben, haben das durchaus auch aus wissenschaftlichen Gründen getan und nicht nur wegen religiöser Assoziationen.

Womit wir jetzt bei Fred Hoyle sind. Von diesem britischen Astronom habe ich ja in Folge 22 schon ein bisschen mehr erzählt. Er war einer der bedeutensten Astronomen des 20. Jahrhunderts, wenn nicht sogar DER bedeutendste Astronom. Er hat jede Menge wichtige Dinge herausgefunden, unter anderem wie im Inneren der Sterne durch kernphysikalische Prozesse die chemischen Elemente entstehen. Er hat aber auch jede Menge kontroverse Theorien aufgestellt und einige, die man kaum anders als kompletten Quatsch bezeichnen kann. Wir bleiben aber bei denen die kontrovers sind, aber immerhin noch wissenschaftlich.

1948 sind in der Fachzeitschrift "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" zwei Artikel erschienen. Einer von Fred Hoyle und einer von Hermann Bondi und Thomas Gold. Alle drei waren Kollegen und haben gemeinsam an dem gearbeitet, was sie da vorgestellt haben. Der Titel von Hoyles Aufsatz war "A new model of the expanding univers" und der von Bondi und Gold hieß "The Steady-State Theory of the Expanding Universe". Es ging also um eine neue Theorie mit der man ein expandierendes Universum beschreiben kann und zwar die "Steady State"-Theorie. Das wird oft mal verwechselt: Hoyle, Bondi und Gold ging es nicht darum, das alte statische Modell des Universums wiederzubeleben in dem es keine Expansion gibt. Dafür waren auch in den 1940er Jahren die Beobachtungsdaten schon gut genug. Das Universum expandiert; die Galaxien bewegen sich voneinander fort; daran konnte man vernünftigerweise nicht mehr zweifeln. Die drei Astronomen wollten ein Universum beschreiben, dass expandiert, sich dabei aber - vereinfacht gesagt - trotzdem nicht verändert. Das klingt ein wenig komisch; noch komischer ist es, wenn man berücksichtigt, dass sie die Idee davon aus dem Horrorfilm "Dead of Night" aus dem Jahr 1945 hatten. Darin geht es um einen Architekten, der zu einem gruseligen Haus auf dem Land fährt, dort jede Menge grusliges Zeug erlebt das er zuvor schon in seinem Alpträumen erlebt hat und alles endet damit, dass er aufwacht, weils doch nur ein Traum war und seine Frau ihm vorschlägt, zur Erholung ein Wochenende auf dem Land zu verbringen und am Ende des Films fährt der Architekt dann zu einem Haus auf dem Land, womit man gleichzeitig auch wieder am Anfang angelangt ist.

Das Resultat war die Steady-State-Theorie. In ihr wird das Universum im Laufe der Zeit immer größer und größer. Aber egal zu welchem Zeitpunkt man es betrachtet, es schaut trotzdem immer gleich aus. Galaxien bewegen sich zwar voneinander fort. Aber ZWISCHEN den Galaxien entsteht ständig neue Materie aus der dann neue Sterne und neue Galaxien entstehen. Das heißt die Abstände zwischen Galaxien bleiben mehr oder weniger immer gleich. Das Universum erscheint immer gleich. Es expandiert, aber es hatte keinen Anfang und kein Ende und zu jedem Zeitpunkt erscheint es so wie zu jedem anderen Zeitpunkt.

Der Hauptunterschied zum Urknall-Modell ist die Art und Weise wie die Materie entsteht. Beim Urknall-Modell ist sämtliche Materie des Kosmos direkt zu beginn entstanden und seitdem dehnt sich das Universum aus und die Materie verdünnt sich quasi immer weiter. Wenn man lange genug wartet, dann erscheint es unterschiedlich; in fernster Zukunft würden wir hier von der Erde (die es dann schon längst nicht mehr gibt) keine anderen Galaxien mehr am Himmel sehen, weil sie sich alle so weit von uns entfernt haben. Im Steady-State-Modell entsteht Materie ständig und überall im Universum. Und auch in ferner Zukunft würden wir einen Himmel voll Galaxien beobachten, weil neue entstanden sind und den Platz derjenigen eingenommen haben die sich entfernt haben.

Aus damaliger Sicht war das jetzt keine völlig blöde Idee. Wenn man behaupten kann, dass Materie beim Urknall aus dem Nichts entstehen kann, dann kann man auch behaupten, dass sie nach dem Urknall aus dem Nichts entstehen kann. Gut, es wäre vielleicht eleganter, wenn man nur EIN Ereignis braucht, bei dem die ganze Materie entsteht und nicht viele "Mini-Urknälle" die ständig überall stattfinden. Aber das ist Ansichtssache. Aus damaliger Sicht war das Steady-State-Modell eine durchaus seriöse Alternative zum Urknallmodell. Das hat sich dann aber sehr bald geändert.

In den 1950er und 1960er Jahren hat die Radioastronomie so richtig Fahrt aufgenommen und man hat die "Quasare" entdeckt. Das sind die aktiven Zentren weit entfernter Galaxien und eben WEIT ENTFERNTER Galaxien. Wir wissen heute, warum das so ist; das hat mit der Entwicklungsgeschichte von Galaxien zu tun und aus deren Zentralregion kommt nur dann enorm viel Radiostrahlung, wenn sie noch sehr jung sind. Alte Galaxien wie unsere Milchstraße tun das nicht mehr. Und in der Astronomie schaut man ja immer in die Vergangenheit, wenn man in die Ferne schaut. Das Licht der fernen Galaxien braucht Milliarden Jahre bis zu uns und wir sehen sie so, wie sie waren, als sie noch jung waren. Es ist also nicht überraschend, dass wir Quasare nur weit entfernt sehen aber nicht in unserer Nähe. Es ist aber SEHR überraschend, wenn man von einem Steady-State-Universum ausgeht. Denn das sagt ja, dass das Universum früher genau so ausgesehen haben muss wie heute. Und dass man Quasare auch in unserer Nähe sehen sollte. Dann kam das Jahr 1964 und der Nachweis der kosmischen Hintergrundstrahlung. Die kann man eigentlich nur mit dem Urknallmodell erklären. Als das Universum jung und klein war, war es auch sehr heiß und dicht; so dicht, dass das Licht sich nicht ausbreiten konnte. Erst als das Universum sich ausreichend weit ausgedehnt hat und kühl geworden ist war, vereinfacht gesagt, Platz für das Licht um sich in alle Richtungen ausbreiten zu können. Dass man auch heute noch diese Strahlung beobachten können sollte war eine Vorhersage der Urknalltheorie die 1964 bestätigt worden ist. Und von dem Zeitpunkt an war sich die Wissenschaft im Wesentlich einig, dass man die Steady-State-Theorie verwerfen kann.

Sie ist nicht geeignet, die Beobachtungsdaten zu beschreiben und mittlerweile sind jede Menge andere Daten dazu gekommen die alle das Urknallmodell bestätigen aber nicht zum Steady-State-Modell passen. Hoyle und seine Kollegen haben zwar immer wieder probiert ihr Modell anzupassen, aber jedesmal wenn es neue kosmologischen Daten gab, hat es wieder nicht gepasst. Trotzdem hat Hoyle bis zu seinem Tod nicht aufgehört daran zu arbeiten und war davon überzeugt, dass er recht hat. Tja. Aber immerhin kann er sich damit trösten, dass er verantwortlich für das Wort "Urknall" ist. In einer BBC-Radiosendung hat er von seiner Theorie erzählt und um die Konkurrenztheorie des Universums mit Anfang lächerlich zu machen, hat er sie als "Big Bang" bezeichnet. Und deswegen gibt es die "Big Bang Theory", das Urknallmodell der Kosmologie.

**Sternengeschichten Folge 490: Technosignaturen: Auf der Suche nach intelligenten Aliens

Intelligentes außerirdisches Leben ist eine ganz andere Sache. Wir wissen ja noch nicht einmal wirklich, warum wir Menschen intelligent geworden sind. Seit mehr als 3 Milliarden Jahren gibt es Leben auf der Erde. Und erst in den letzten paar hunderttausend Jahren hat die Evolution dazu geführt, dass eine Spezies dieses Lebens das entwickelt hat, was wir heute Intelligenz nennen. Und sieht man davon ab, dass wir uns auch nichtmal sicher sind, wie wir "Intelligenz" überhaupt definieren sollen, wissen wir nicht, warum das passiert ist. Passiert so etwas zwangsläufig mit Leben? Warum aber dann erst so spät? Oder muss das so lange dauern? Wenn ja, warum? Oder entwickelt sich Intelligenz nur selten? Wenn ja, wie selten? Und über all dem steht das große Problem, dass wir Menschen uns zwangsläufig intelligentes Leben nur so vorstellen können, wie wir sind. Ok, mit Variationen: Dann haben die Aliens eben spitze Ohren, wie Mr. Spock. Oder ein dichtes Fell, wie Chewbacca. Aber wir sind nicht in der Lage, uns WIRKLICH fremdes Leben vorzustellen; wie denn auch? Wir können nur so denken, wie wir denken können und können per Definition nicht so denken, wie wir nicht denken können, wie aber vielleicht eine fremde Intelligenz denken würde.

So. Das ist alles ein wenig unerfreulich, weil es natürlich sehr spannend wäre, intelligente Aliens zu finden. Aber es ist auch sehr viel schwieriger wissenschaftlich seriös zu bewerkstelligen. Weil wir eben keine Ahnung haben, wonach wir wirklich suchen müssen. Wir können nach Intelligenz suchen, die so ähnlich ist wie wir. Wissen aber nicht im geringsten, was wir mit dieser Einschränkung alles verpassen. Und selbst wenn wir das akzeptieren, bleibt es schwierig. Mit Sicherheit würden wir nur dann Bescheid wissen, wenn irgendwelche Aliens mit ihrem Raumschiff auf der Erde landen und "Hallo" sagen. Oder was auch immer sie sagen würden. Wenn sie überhaupt was sagen. Aber angesichts der unvorstellbaren Distanzen zwischen den Sternen und der Einschränkungen in der Reisegeschwindigkeit durch die Naturgesetze ist es nicht sehr wahrscheinlich, dass so ein Besuch von Aliens in naher Zukunft stattfinden wird.

Bleibt die indirekte Suche, die aber auch durch die enormen Entfernungen behindert wird. Wir können ja die allermeisten Planeten der anderen Sterne nicht einmal direkt sehen sondern haben sie nur indirekt entdeckt. Und selbst wenn sich das durch die Großteleskope der nächsten Generation bald ändern wird, werden die Planeten immer nur Lichtpunkte im Teleskop bleiben. Das reicht um nach den Biosignaturen zu suchen, die mikrobiologische Lebewesen hinterlassen, wie ich in Folge 464 erklärt habe. Aber wir können auf absehbare Zeit auch mit noch so großen Teleskopen keine Alien-Städte auf anderen Planeten sehen. Wie also könnte man - halbwegs wissenschaftlich seriös - nach intelligenten außerirdischen Lebewesen suchen?

Und jetzt sind wir bei den "Technosignaturen" angelangt. So wie die Biosignaturen Hinweise auf Leben sind, sind Technosignaturen Hinweise auf Technik. Und wenn wir einmal außerirdische Technik gefunden haben, dann muss es da auch irgendwo Intelligenz geben, die diese Technik gebaut hat. Aber von was für einer Technik reden wir hier eigentlich genau? Da haben wir wieder das gleiche Problem wie vorhin: Es geht um Technik, von der WIR MENSCHEN uns vorstellen, dass Aliens sie bauen könnten. Aber ob "sie" - wenn es sie denn gibt - das auch wirklich tun ist eine Frage, auf die wir keine Antwort haben. Aber egal: Was steht da für Alien-Technik zur Auswahl?

Mangels anderer Orientierungspunkte müssen wir uns das halten, was wir über uns selbst wissen. Was also haben wir Menschen an Technik produziert, die irgendwie vom Weltall aus entdeckt werden kann? Nun, wir haben zum Beispiel Raumsonden ins All geschickt. Auf dem Mond liegt diverser Krempel von uns rum; auch auf dem Mars und ein paar anderen Himmelskörpern, wie ich in Folge 261 erzählt habe. Und ein paar Raumsonden wie Pioneer 11 oder Voyager 1 und 2 fliegen immer noch durchs All und werden das vermutlich auch noch in ein paar Millionen Jahren tun. Selbst wenn wir Menschen irgendwann verschwinden, wird ein Teil unserer Technik also noch irgendwo zu finden sein. Wenn sie denn wer findet! Das Weltall ist groß und es ist äußerst unwahrscheinlich darin so etwas winziges wie eine Raumsonde zufällig zu finden. Und das gilt natürlich umgekehrt genau so: Klar kann es sein, dass da draußen irgendwo eine Alien-Raumsonde rumfliegt. Aber es wäre schon ein absurder Zufall das sie gerade von uns und gerade jetzt gefunden wird.

Ähnliches gilt für eine ganz klassische Technosignatur: Außerirdische Radiosignale. Schon vor Jahrzehnten haben wir Menschen angefangen, einerseits nach Radiosignalen zu suchen, die Aliens zur Erde geschickt haben könnten und andererseits sogar selbst welche hinaus ins All gesendet. Darunter waren absichtlich verschickte Botschaften und sehr viel unabsichtliche Sendungen. Unser Radio- und Fernsehprogramm breitet sich ja nicht nur auf der Erde aus sondern auch im All. Zumindest war das früher so, als man da tatsächlich Radiosignale durch die Luft geschickt und mit Antennen empfangen hat. Heute geht das allermeiste schon durch irgendwelche Glasfaserkabel und im Weltall kriegt man nix davon mit. Die Zeit, in der von der Erde aus Radiosignale verschickt worden sind, war also nur sehr kurz und es muss wieder ein großer Zufall sein, wenn irgendwelche Aliens was davon empfangen sollten. Und genau so ist die irdische Suche nach außerirdischen Signale - das SETI-Programm - eine Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Ja, solche Signale könnte es geben. Aber das All ist groß und wenn man nicht zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort mit der richtigen Frequenz lauscht, dann findet man nix.

Ebenso unbefriedigend ist die Angelegenheit, wenn wir uns an der Science-Fiction orientieren. In Folge 159 habe ich darüber gesprochen, welche unvorstellbaren Projekte irgendwelche massiv weiter entwickelten Aliens durchführen könnten. Sie könnten zum Beispiel eine Dyson-Sphäre bauen; ihren Stern also mit einer Kugelschale umgeben, um seine gesamte Energie nutzen zu können. Wir können uns vorstellen, so etwas zu bauen. Wir können sogar überlegen, wie man das machen müsste. Wir können ausrechnen, wie viel Material man dafür braucht - man müsste komplette Planeten auseinandernehmen!! - und so weiter. Aber natürlich haben wir nicht einmal ansatzweise eine Ahnung, wie man so etwas tatsächlich macht. Und selbst wenn: Würden wir es auch machen, nur weil wir es könnten? Warum sollen wir davon ausgehen, dass irgendwelche Aliens das erstens können, zweitens wollen und drittens auch tun? Wissen wir nicht - aber wir können ja mal davon ausgehen. Strukturen wie Dyson-Sphären können wir prinzipiell beobachten; sie würden zwar aussehen wie Sterne, aber nicht ganz und wir könnten das herausfinden. Und entsprechende Suchen gab es sogar schon; keine davon war aber erfolgreich.

Aber wir müssen vielleicht gar nicht mit irgendwelchen Science-Fiction-Megaprojekten arbeiten. Ein paar Möglichkeiten für Technosignaturen gibt es noch die ein wenig vielversprechender sind. Schauen wir wieder auf die Erde: Woran erkennt man, dass die Erde von intelligenten Wesen bewohnt ist, wenn man sie vom All aus betrachtet? Vor allem an den vielen hellen Lichtern auf ihrer Nachthälfte. Gut, ich habe vorhin gesagt, dass wir nicht in der Lage sind, die Oberfläche von extrasolaren Planeten so genau zu beobachten um irgendwelche leuchtenden Alienstädte zu sehen. Aber das ist vielleicht nicht unbedingt notwendig. Wir sind sehr gut darin, das Licht zu analysieren, das vom Weltall zu uns kommt. Planeten leuchten zwar nicht von selbst, aber sie reflektieren das Licht ihrer Sterne. Mit den Teleskopen der nächsten Generation werden wir in der Lage sein, genau dieses von Planeten reflektierte Licht zu untersuchen; zumindest von denen in unserer näheren galaktischen Umgebung. Und wenn da jetzt sehr, sehr viele künstliche Lichter leuchten sollten, dann können wir das mit unseren Instrumenten vielleicht herausfinden. Wir würden dann immer noch nicht sehen, WAS das Licht erzeugt. Aber wir würden sehen, dass von diesem Planeten mehr und anderes Licht kommt als das, was vom Licht des Sterns stammt.

Das setzt aber voraus, dass dort intelligente Wesen leben, die ausreichend entwickelt sind, um jede Menge künstliches Licht zu erzeugen. So weit sind wir Menschen erst seit wenig mehr als 100 Jahren. Und es setzt voraus, dass diese Wesen überhaupt einen Bedarf an künstlichem Licht haben. Vielleicht können sie auch wunderbar im Dunkeln sehen. Oder haben überhaupt keine Augen. Wieder mal gilt: Wir haben keine Ahnung.

Ich hab die ganze Zeit von intelligentem Leben gesprochen. Und damit Lebewesen gemeint, die zumindest weiter entwickelt sind als Tiere. Aber abgesehen davon, dass es eben verdammt schwer ist zu definieren, was jetzt mit "Intelligenz" gemeint ist, haben wir intelligenten Menschen ja durchaus auch Sachen gemacht, die man definitiv nicht klug nennen kann. Wir haben zum Beispiel in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts jede Menge Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe produziert. FCKWs, und das war eine super und intelligente Erfindung. Man hat das Zeug wunderbar überall einsetzen können, als Treibgas, als Kühlmittel und in der Industrie. Es war zweifelsfrei eine Erfindung die nur wir intelligenten Menschen machen konnten; in der Natur kommen diese FCKWs nicht vor. Aber wie sich gezeigt hat, haben diese Gase die Ozonschicht der Erde geschädigt und den Treibhauseffekt angefeuert. Das ist weniger schlau und zum Glück haben wir gelernt, darauf zu verzichten; weitestgehend zumindest.

Wir stellen uns Aliens ja immer als schlauer, besser und ganz allgemein viel weiter entwickelt als wir es sind vor. Aber das ist vermutlich vor allem Wunschdenken; es kann genau so gut sein, dass die auf ihre Art genau so doof sind wie wir. Oder vielleicht auch auf unsere Art doof. Warum sollten Aliens nicht auch FCKWs erfunden haben? Warum sollten die ihre Atmosphäre nicht auch kaputt machen? Und wenn sie das tun, dann könnten wir - zumindest theoretisch - die Existenz dieser Gase nachweisen. Sie hinterlassen ihre Spuren im reflektierten Licht des Sterns; die Moleküle blockieren, so wie alle anderen Moleküle, einen ganz bestimmten Teil davon und wenn wir sehen, dass dieser Teil im Licht eines Planeten fehlt, dann wissen wir, dass dort FCKWs in der Atmosphäre sind. Das in der Praxis nachzuweisen wird aber schwer, denn dafür reichen nicht einmal die Teleskope der nächsten Generation. Aber wir können uns einigermaßen sicher sein, dass wir mittelfristig Instrumente haben werden, die dazu in der Lage sind. Damit können wir uns dann auf die Suche nach nicht ganz so intelligenten Aliens machen.

Aber egal ob klug oder schlau: Am Ende bleibt das Problem vom Anfang. Wir wissen zu wenig darüber, was "Intelligenz" eigentlich ist um mit Aussicht auf Erfolg danach anderswo im All suchen zu können.

**Sternengeschichten Folge 489: Der Saturnmond Mimas

Einen 300 Kilometer hohen Berg finden wir auch anderswo im Sonnensystem nicht, auch keinen 200 Kilometer tiefen Krater. Auch nicht auf dem kleinen Saturnmond Mimas, der ja überhaupt nur einen Durchmesser von knapp 400 Kilometer hat. Aber zumindest in Relation gibt es dort eine Struktur die so gigantisch ist wie der unvorstellbare und unmögliche Krater auf der Erde.

Aber gehen wir zuerst mal zurück zum 17. September 1789. Gut acht Jahre nachdem der englische Astronom William Herschel mit seinem selbstgebauten Teleskop als erster Mensch überhaupt mit Uranus einen noch unbekannten Planeten entdeckt hat, fügte er an diesem Tag dem Inventar des Sonnensystems ein weiteres Objekt hinzu. Er fand einen Mond des Saturn. Sechs Stück kannte man davor schon; der größte Saturnmond - Titan - wurde schon 1655 gefunden, von Christiaan Huygens. Es folgten Iapetus und Rhea, die 1671 und 1672 von Giovanni Domenico Cassini entdeckt wurden. Der fand 1684 auch Tethys und Dione. Für Mond Nummer Sechs war dann schon William Herschel verantwortlich: Er entdeckte Enceladus im August 1789, nur ein paar Wochen bevor er dann am 17. September 1789 den siebten Mond beobachten konnte: Mimas - nur das er damals noch nicht so hieß. Damals bekam er einfach die römische Nummer "I", weil er von allen bekannten Saturnmonden dem Saturn am nächsten war und man die Monde von innen nach außen durchnummeriert hat. Den Namen "Mimas" erhielt der Mond erst 1847, als John Herschel, der Sohn von William und auch ein berühmter Astronom, vorschlug, sie nach den Riesen der griechischen Mythologie zu benennen.

Der Mond Mimas jedenfalls umkreist den Saturn auf einer fast kreisförmigen Bahn, nur circa 125.000 Kilometer von dessen äußerer Atmosphäre entfernt. Das ist ziemlich nahe (der Erdmond ist immerhin 400.000 Kilometer von der Erde weg), aber mittlerweile haben wir mindestens neun Monde gefunden, die noch näher am Saturn kreisen - aber alle viel kleiner sind als Mimas. Der hat einen Durchmesser von 397 Kilometer und kommt einer Kugel sehr nahe, was durchaus außergewöhnlich ist. Große Himmelskörper fallen unter ihrem eigenen Gewicht zwangsläufig zu einer annähernd runden Form zusammen; bei Himmelskörpern die kleiner als 1000 Kilometer sind, ist das aber nicht selbstverständlich. Mimas ist keine perfekte Kugel; in der einen Richtung ist sein Durchmesser circa 390 Kilometer; in der anderen Richtung sind es 415 Kilometer und das ist genau die Richtung, die auch zum Saturn zeigt. Die Anziehungskraft des riesigen Planeten zieht ihn also ein bisschen in die Länge.

Mimas sieht von außen betrachtet aus wie eine große, graue Kugel aus Stein. Seine mittlere Dichte beträgt aber nur wenig mehr als 1 Gramm pro Kubikzentimeter und das bedeutet, dass er zu einem überwiegenden Teil aus Wassereis bestehen muss, mit einer geringen Menge an Gestein dazwischen gemischt. Vielleicht ist unter all dem Wassereis irgendwo ein kleiner Kern aus Fels. Dieser Kern ist dann aber vermutlich keine Kugel sondern hat eher die Form eines Footballs. Das wissen wir, weil ab dem Jahr 2004 die Raumsonde Cassini Mimas aus der Nähe untersucht. Natürlich hat die Sonde nicht ins Innere des Monds schauen können. Aber das musste sie auch gar nicht. Man kann mit einer Raumsonde ganz in der Nähe eines Himmelskörpers vorbei fliegen beziehungsweise um ihn herum. Wie sich die Sonde dann bewegt, hängt natürlich von der Anziehungskraft und damit von der Masse des Objekts ab. Aber eben auch davon, wie diese Masse verteilt ist! Wenn da zum Beispiel irgendwo im Eis von Mimas eine fette gigantische Eisenkugel stecken würde, würde die Raumsonde jedesmal eine stärkere Anziehungskraft spüren, wenn sie genau über diese Stelle des Mondes fliegt, wo die Kugel drunter ist. Gut, wenn die Kugel jetzt genau im Zentrum wäre, würde man nix merken, weil Cassini dann ja quasi immer genau über der Kugel wäre. Und in Mimas steckt ja auch keine Eisenkugel sondern eine Gesteinskugel, vermutlich. Aber wenn die eben ein bisschen unförmig ist, dann merkt die Raumsonde das beim vorbeifliegen. Und genau das hat man gemerkt. Warum der Kern Mimas unförmig sein sollte, weiß man aber nicht. Es könnte auch sein, dass der Kern ganz normal ist, dafür aber unter dem Eis von Mimas ein unterirdischer Ozean aus flüssigem Wasser ist. Das würde einen ähnlichen Effekt auf die Bewegung von Cassini haben wie ein unförmiger Kern.

Aber eigentlich hat ein kleiner Mond wie Mimas zu wenig Wärme in seinem Inneren gespeichert, um Eis schmelzen zu können. Andere Monde lösen dieses Problem mit einer elliptischen Umlaufbahn; das sorgt für sehr starke Gezeitenkräfte die den Mond quasi durchkneten und warmhalten. Aber Mimas Bahn um Saturn ist annähernd kreisförmig, das funktioniert also auch nicht. Aber vielleicht hatte der Mond früher eine andere Bahn? Früher müssen sowieso ein paar sehr dramatische Dinge mit Mimas passiert sein.

Ich habe vorhin gesagt, dass der Mond aussieht wie eine große Kugel aus Stein. Das stimmt auch. Er ist vergleichsweise hell und reflektiert ungefähr 60 Prozent des einfallenden Sonnenlichts. Auf der gelblich-grauen Kugel von Mimas findet man - wenig überraschend - sehr viele Einschlagskrater. Auf den ersten Blick könnte man Mimas mit dem Mond der Erde verwechseln. Aber wirklich nur auf den ersten Blick. Denn einen ganz bestimmten Krater kann man nicht übersehen. Er trägt - nach dem Entdecker des Mondes - den Namen Herschel. Er hat einen Durchmesser von knapp 140 Kilometer, was vielleicht wenig beeindruckend klingt. Solange, bis man sich daran erinnert, dass der ganze Mond nur einen Durchmesser von 400 Kilometer hat! Der Krater macht also fast ein Drittel des Monddurchmessers aus! Die Wände des Kraters sind 5 Kilometer hoch, teilweise liegt der Boden des Kraters sogar bis zu 10 Kilometer unter dem Rand. In der Mitte des Kraters erhebt sich ein Zentralberg von 6 bis 8 Kilometer Höhe; vielleicht sogar über 10 Kilometer (so genau lässt sich das aus der Entfernung nicht messen). Gäbe es einen Krater mit genau dieser Größe auf der Erde, wäre das ein beeindruckendes Ding; der Zentralberg würde zu den höchsten Bergen des Planeten gehören. Und wenn man den Krater entsprechend des Größenverhältnis von Mimas und Erde skaliert, dann landet man bei dem 4000 Kilometer großen Krater, den wir uns zu Beginn vorgestellt haben.

Der Herschel-Krater auf Mimas ist ein gewaltiges Ding! Wenn man ihn betrachtet, dann kann man kaum anders als sich zu fragen, wie er entstanden ist und warum um Himmels Willen dabei nicht der ganze Mond zerstört worden ist. Was auch immer so ein enormes Loch in einen Himmelskörper schlagen kann, muss ihn dabei doch eigentlich komplett kaputt machen! Nun, diese Frage stellt sich natürlich auch die Astronomie. Aber eine verbindliche Antwort haben wir leider auch nicht. Wir gehen davon aus, dass der Krater schon alt ist; mehr als 4 Milliarden Jahre. Er muss daher in der Frühzeit des Sonnensystems entstanden sein, als sich die Planeten gerade erst gebildet hatten. Damals schwirrten vermutlich noch sehr viel mehr größere Objekte durch die Gegend als heute und eines davon muss den Mond getroffen haben; genau so, dass es für den gigantischen Krater gereicht, der Mond den Einschlag aber überlebt hat.

Es gäbe noch viel mehr über Mimas herauszufinden. Vier Raumsoden haben den Mond bisher besucht. 1979 flog Pioneer 11 in mehr als 100.000 Kilometer Abstand an ihm vorbei; Voyager 1 folgte im August 1980 mit einer Distanz zum Mond von knapp 90.000 Kilometer. Voyager 2 flog 1981 in über 300.000 Kilometer vorbei und mit den paar Bildern aus großer Entfernung musste man auskommen, bis 2004 dann die Raumsonde Cassini beim Saturn eintraf. Sie war bis 2017 dort unterwegs und hat den Planeten und jede Menge seiner Monde im Detail beobachtet. Immer wieder ist sie auch nahe an Mimas vorbeigeflogen, am nächsten war sie dem Mond am 13. Februar 2010 mit einem Abstand von nur 9500 Kilometer. Deswegen wissen wir zum Beispiel auch, dass irgendwas mit den Temperaturen dort komisch ist. Ok, ganz allgemein ist es dort sehr kalt. Die Temperatur liegt bei ca -190 Grad Celsius. Im Durchsnitt: Auf der Seite des Mondes, die dem Saturn abgewandt ist, ist es wärmer, auf der dem Planeten zugewandten Seite ist es kälter. Der Unterschied beträgt bis zu 20 Grad und wir wissen nicht so genau, warum das so ist. Vielleicht, weil auf der abgewandten Seite die Oberfläche aus einer Art Pulverschnee besteht, der Wärme besser speichern kann? Oder das Material auf der zugewandten Seite kann Wärme besser leiten und ist deswegen kälter? Vielleicht hat auch der Einschlag was mit der Sache zu tun, der den Herschel-Krater erzeugt hat. Der wird den Mond ja ziemlich durcheinander gebracht haben und wer weiß, wie sich das Material da verformt und umsortiert hat.

Mimas ist nur einer von fast 100 Monden des Saturn und von mehreren hundert Monden im ganzen Sonnensystem. Aber wie jeder andere Himmelskörper ist auch er eine ganz eigene Welt über die wir bis jetzt nur einen Bruchteil von dem wissen, was es dort zu entdecken gibt.

Sternengeschichten Folge 488: Gouldscher Gürtel und Radcliffe-Welle

Benjamin Gould war ein amerikanischer Astronom. Und sein Gürtel liegt nicht in irgendeinem Kleiderschrank, sondern weit draußen im Universum. Beziehungsweise ist er mittlerweile nicht mal mehr dort, sondern ganz weg. Aber fangen wir am Anfang an. Der ist in diesem Fall die Mitte des 19. Jahrhunderts. Der berühmte Astronom John Herschel, Sohn des noch berühmteren Astronoms William Herschel, Entdecker des Planeten Uranus - John Herschel jedenfalls hat Sterne beobachtet. Nicht so außergewöhnlich als Astronom, damals wie heute. Herschel fiel aber etwas auf: Wenn man sich die besonders hellen Sterne am Himmel ansieht, dann findet man viele davon nicht in der Ebene der Milchstraße sondern eher entlang einer Linie, die ein bisschen geneigt dazu ist.

Stellen wir uns vor unserem geistigen Auge mal kurz die Milchstraße vor. Wir sehen eine große Scheibe, voller Sterne. Die Sonne befindet sich in der Randregion dieser Scheibe. Wenn wir von dort aus nach "oben" und nach "unten" schauen, also über und unter die Scheibe, dann sehen wir da natürlich wenig Sterne. Die Scheibe der Milchstraße ist ja im Vergleich zu ihrer Ausdehnung nicht sehr dick. Wir können auch in Richtung des intergalaktischen Raums schauen, also in die Richtung, in der die Scheibe der Milchstraße bald zu Ende ist. Auch da sind wenige Sterne. Nur wenn wir in Richtung Zentrum der Milchstraße schauen, sehen wir jede Menge Sterne. Es ist ein bisschen so, als wenn man am Waldrand stehen würde. Der Blick in die eine Richtung zeigt uns ein paar Bäume hinter denen wir schon die Felder und Wiesen sehen können. Und wenn wir in die andere Richtung schauen, dann sehen wir so viele Bäume, dass man - wie im Sprichwort - den Wald vor lauter Bäumen nicht sehen können.

Das ist auch der Grund, warum wir am Himmel die "Milchstraße" sehen können. Das klingt ja ein wenig seltsam, die Milchstraße ist ja die Galaxie, deren Teil auch unser Sonnensystem ist. Jeder Stern den wir am Himmel sehen können - es sei denn wir benutzen sehr, sehr große Teleskop - ist Teil der Milchstraße. Aber diese Sterne sind eben auch alle in unserer näheren Umgebung; es sind die Sterne, die sich über uns, unter uns und vor und hinter uns befinden. In drei dieser Richtungen kommt hinter diesen Sternen nicht mehr viel, nur der leere intergalaktische Raum. Die vierte Richtung zeigt uns aber den Blick auf das Zentrum der Milchstraße und in dieser Richtung sehen wir SO VIELE Sterne, dass wir ohne optische Hilfsmittel gar nicht erkennen können, dass es sich um Sterne handelt. Wir sehen nur ein milchiges Band, das sich über den Himmel zieht und haben es deswegen "Milchstraße" genannt. Erst als im 17. Jahrhundert die ersten Teleskope zum Himmel gerichtet wurden, konnte man sehen, dass das alles Sterne sind.

Das Band der Milchstraße markiert an unserem Himmel also die Ebene der Milchstraße. Dort befinden sich die allermeisten Sterne unserer Galaxis und rein statistisch gesehen sollten in dieser Ebene natürlich auch die meisten helle Sterne sein. Und jetzt zurück zu John Herschel, der fest gestellt hat, dass sehr viele helle Sterne eben gerade NICHT in der Ebene der Milchstraße liegen. Was ist da los? Ein paar Jahre später, in den 1870er Jahren, hat der amerikanische Astronom Benjamin Gould die Sache genauer untersucht. Er kam zu dem Schluss, dass die hellen Sterne in einer Art Ring um das Zentrum der Milchstraße angeordnet sein müssen, der ein wenig gegenüber der Ebene der Milchstraße geneigt ist. Diese Struktur hat den Namen "Gould Belt" bekommen.

Im Laufe der Zeit hat man dort noch mehr entdeckt. Und herausgefunden, dass der Gould Belt nicht nur aus hellen Sternen besteht. Sondern auch aus jeder Menge interstellarer Gaswolken. Und dass der Ring kein kompletter Ring ist. Sondern eine circa 3000 Lichtjahre lange Struktur, um circa 15 bis 20 Grad gegenüber der Ebene der Milchstraße geneigt, die nur knapp ein Zehntel um das Zentrum der Milchstraße herum reicht. Die Sterne des Gouldschen Gürtels sind vergleichsweise jung, nur circa 60 Millionen Jahre alt, was deutlich jünger ist als das typische Alter der anderen Sterne in der Milchstraße. Aber auch kein Wunder, denn bei den interstellaren Gaswolken des Gürtels handelt es sich ja um ebenso typische Sternentstehungsgebiete. Und da ist es auch nicht überraschend, dass dort jede Menge helle Sterne zu finden sind. Wir sehen die jungen, heißen Sterne die in diesen Regionen erst vor ein paar Millionen Jahren entstanden sind. Beziehungsweise die massereichen, alten, aber immer noch hellen Sterne, die schon wieder dabei sind ihr kurzes Leben als rote Riesen zu beenden nachdem sie vor ein paar Millionen Jahren entstanden sind. Antares gehört zum Beispiel dazu, hellster Stern im Sternbild Skorpion. Unsere Sonne ist übrigens kein Teil des Rings, wir liegen innerhalb davon und es sind circa 300 Lichtjahre bis dorthin.

Aber wieso gibt es da diesen komischen, geneigten Ring aus Sternentstehungsgebieten und hellen Sternen? Gute Frage, auf die wir leider keine definitive Antwort haben. Vielleicht ist da mal ne große Wolke aus Gas und Staub sehr schnell vorbei gekommen. In der Milchstraße ist ja alles in Bewegung und diese Bewegung ist nicht unbedingt immer ordentlich. Im Gegenteil - die Sterne bewegen sich zwar in erster Näherung um das Zentrum der Milchstraße herum, so wie die Planeten um die Sonne. Aber die Sonne hat sehr, sehr viel mehr Masse als alle Planeten zusammengenommen und dominiert daher mit ihrer Schwerkraft die Bewegung des Sonnensystems. Im Zentrum der Milchstraße sitzt zwar ein großes schwarzes Loch mit der circa viermillionenfachen Masse der Sonne. Im Vergleich zu den hunderten Milliarden von Sternen unserer Galaxis ist das aber NICHT dominant. Das heißt, die Bewegung der Sterne um das Zentrum der Milchstraße ist beeinflusst von der Gravitation der ganzen anderen Sterne. Das macht die Bewegung tendenziell chaotisch und da kann es gut sein, dass so eine große interstellare Wolke halt auch mal quasi kreuz und quer durch die Gegend fliegt. Wenn sie dann die Ebene der Milchstraße durchquert kann der dort etwas stärker wirkende Gravitationseinfluss der anderen Sterne dazu führen, dass sich das Gas der Wolke zu Sternen zusammenballt. Beziehungsweise dass das Gas in den Wolken in der Umgebung, die sowieso schon dort waren, kollabiert und Sterne entstehen. Wenn die dann am Ende ihres Lebens als Supernovae explodieren, verdichten sie das Gas in der Umbegung noch weiter und das Resultat wären jede Menge neue, dichtere Wolken aus denen neue Sterne entstehen, so wie beim Gouldschen Gürtel. Aber ob das wirklich so war, wissen wir nicht. Es gibt auch jede Menge andere Hypothesen, zum Beispiel dass eine größere Wolke aus dunkler Materie die Milchstraßenebene durchquert und die Entstehung des Gouldschen Gürtels ausgelöst hat.

Wir brauchen mehr Forschung, wie immer. Und die hat in diesem Fall auch stattgefunden. Mit einem recht überraschenden Ergebnis: Es scheint so, als würde es den Gouldschen Gürtel in der Form gar nicht geben. Stattdessen ist dort die "Radcliffe-Welle". Das Problem, das man immer hat, wenn man Strukturen im Kosmos verstehen will, ist die Entfernung. Die sehen wir nicht, zumindest nicht auf den ersten Blick. Wir können vergleichsweise leicht feststellen, ob da am Himmel etwas ist, zum Beispiel ein Stern oder eine Gaswolke. Und natürlich auch wo am Himmel, also in welcher Richtung, sich das Ding befindet. Was wir ohne weiteres nicht sehen: Wie weit ist es bis dorthin? Das muss man messen und das ist mühselig, ganz besonders, wenn es um Objekte wie Gaswolken oä geht.

Zum Glück wurde im Jahr 2013 das Weltraumteleskop Gaia ins All geschickt. Sein Job war genau das: Die Entfernungsbestimmung für extrem viele Himmelskörper durchzuführen; so exakt wie nie zuvor. Am Ende waren es fast 2 Milliarden Objekte, die Gaia vermessen konnte. Mit den so gewonnenen Daten konnte man sich auch den Gouldschen Gürtel genauer anschauen und seine räumliche Struktur sehr genau bestimmen. Und hat dabei festgestellt: Der Gürtel ist viel mehr eine Welle. Ungefähr 9000 Lichtjahre lang und 400 Lichtjahre breit. Sie erstreckt sich dabei 500 Lichtjahre über die Ebene der Milchstraße beziehungsweise 500 Lichtjahre darunter, wie eine Welle eben. Dass wir bisher gedacht haben, einen Gürtel zu sehen, lag nur an einem Projektionseffekt. Die großen Sternentstehungsgebiete des Gouldschen Gürtels - der Orion-Molekularwolkenkomplex mit dem Orionnebel, die Perseus Molekularwolke, usw - sind alle Teil dieser Radcliffe-Welle, benannt übrigens nach dem Radcliffe Institute for Advanced Study in Cambridge, wo ein Großteil der Leute gearbeitet hat, die diese Entdeckung gemacht haben.

Die Radcliffe-Welle ist eine enorme Struktur, sie nimmt circa 20 Prozent der Breite und 40 Prozent der Länge des Orion-Arms ein, also des Spiralarms unserer Galaxie, in dem sich auch die Sonne befindet. Im Laufe von Jahrmillionen schwingt sie sogar hin und her, um die Ebene der Milchstraße. Immer wieder kommt die Welle dabei auch in unsere kosmische Nachbarschaft, alle 13 Millionen Jahre circa.

Das Rätsel der Entstehung ist aber durch diese Entdeckung eher größer geworden als kleiner. Im Gegensatz zum Gouldschen Gürtel kann die viel größere Radcliffe-Welle eher nicht durch Supernova-Explosionen früherer Sterne entstanden sein. Wenn, dann muss irgendein Prozess dafür verantwortlich sein, der sich auf galaktischer Ebene abspielt. Gravitative Veränderung, Schockfronten quasi, die einen ganzen Spiralarm durchqueren und dabei so enorme Strukturen erzeugen. Aber was dafür sorgt, dass sich die Gravitationskräfte über so einen großen Bereich so ändern, ist unbekannt. Es wird mit der Bewegung der Objekte in der Milchstraße zu tun haben, aber wie genau das passiert: Das wissen wir noch nicht. Aber immerhin wissen wir, dass wir quasi auf einer galaktischen Welle reiten und das ist ja auch ganz nett.

**Sternengeschichten Folge 487: Fast Radio Bursts

In dem Fall sollte Narkevic nach Pulsaren suchen. Also nach schnell rotierenden Neutronensternen. Die sind spannend und sehr interessant für die Forschung. Aber auch damals nichts Neues, die hat man schon vor Jahrzehnten entdeckt, wie ich in Folge 142 erklärt habe. Aber wir kommen später noch auf die Pulsare zurück.

Nun, ob David Narkevic erfreut oder verärgert war, als er den Job bekam die alten Daten des Parkes-Radioteleskops nach übersehenen Pulsar-Signalen durchzusehen, wissen wir nicht. Aber man darf davon ausgehen, dass er danach durchaus froh darüber war. Denn was er dort gefunden hat, kannte davor noch niemand. Am 24. Juli 2001 empfing das Teleskop, das im südlichen Australien steht, ein fünf Millisekunden dauerndes Radiosignal. Ein vergleichsweise starkes Radiosignal und eines, das sich nicht wiederholt hat. Es ist absolut nicht ungewöhnlich, wenn Himmelskörper Radiowellen abgeben. Das ist ja auch nur elektromagnetische Strahlung, so wie das normale Licht, nur eben bei einer größeren Wellenlänge. Die Sonne leuchtet im Radiolicht, die anderen Sterne tun das und jede Menge andere astronomische Phänomene ebenfalls. Ungewöhnlich ist es aber, wenn irgendwas nur einmal sehr kurz aufleuchtet und dann nicht wieder. Auch solche Ereignisse kennen wir; Supernova-Explosionen zum Beispiel. Wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens explodiert, dann leuchtet er für kurze Zeit extrem hell auf. Wenn zwei Neutronensterne kollidieren, dann gibt es ebenfalls kurze, extrem helle Blitze in allen möglichen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums; wenn zwei schwarze Löcher kollidieren können wir für kurze Zeit Gravitationswellen registrieren. Aber einen so schnellen und sich nicht wiederholenden Ausbruch an starker Radiostrahlung hatte man bisher in der Form noch nicht gesehen. Das Phänomen, das David Narkevic in den alten Daten gefunden hatte, bekam die Bezeichung "Fast Radio Bursts", auf deutsch "schnelle Radiostrahlungsausbrüche" und das Ereignis vom 24. Juli 2001 wird seitdem auch "Lorimer-Burst" genannt, nach dem Professor übrigens, der die Idee für die Archiv-Suche hatte und nicht nach dem Studenten, der das Ereignis auch gefunden hat.

Wo eins ist, sind vermutlich auch mehrere. Das gilt ganz allgemein und natürlich auch für astronomische Phänomene. Ereignisse die nur einmal und nie wieder vorkommen sind angesichts eines quasi unendlich großen Universums eher unwahrscheinlich und es ist erst recht unwahrscheinlich dass dieses Einzelereignis in der gesamten gewaltigen Geschichte des Kosmos gerade dann stattfindet wenn wir bereit sind, dabei mit unseren Teleskopen zuzusehen. Man konnte also davon ausgehen, dass es noch sehr viel mehr solcher Fast Radio Bursts gibt und wir sie bisher einfach nur übersehen haben. Also machte man sich auf die Suche und wurde schnell fündig. Aber nicht so wie erwartet. Am Parkes-Radioteleskop fand man im Jahr 2010 gleich 16 Radiopulse die sich bei genauerer Untersuchung aber als höchst irdisches Phänomen herausgestellt haben. Sie stammten von der Mikrowelle im Gebäude: So ein Gerät schaltet sich zwar automatisch ab, wenn man die Tür öffnet. Aber mit einer winzigen Verzögerung und deswegen gab es jedes Mal einen Radioimpuls der Sekundebruchteile dauerte immer dann, wenn jemand auf der Sternwarte die Mikrowelle aufgemacht hatte. Tja. Das heißt aber nicht, dass der Lorimer-Burst ebenfalls aus der Küche der Sternwarte kam. Der fand wirklich weit draußen im All statt und da stellt sich nun vermutlich die Frage: Woher weiß man das? Man weiß ja nicht einmal um was es sich dabei handelt; woher will man dann wissen, wie weit das Wasauchimmer entfernt ist?

Das lässt sich aus der sogenannten Dispersion bestimmen. Überall im Weltall befinden sich freie Elektronen. Also nicht überall, aber der leere Raum zwischen den Sternen ist eben nicht komplett leer. Hier und da findet sich ein Atom, ein Molekül oder eben auch ein Elektron. An diesen Elektronen kann elektromagnetische Strahlung gestreut werden und je niedriger die Frequenz ist, desto stärker ist die Streuung. Der Radioimpuls wird ja nicht nur bei einer einzelnen Frequenz empfangen sondern über einen bestimmten Frequenzbereich. Und die höheren Frequenzen kommen dabei ein paar Sekundenbruchteilen vor den niedrigeren Frequenzen an. Das ist die Dispersion und ihr Ausmaß hängt natürlich vor allem von der Menge an freien Elektronen ab, die sich zwischen Teleskop und Radioquelle befinden. Die kennen wir nicht, weil wir nicht wissen, wo das Signal herkommt. Wir können aber aus anderen Daten zumindest ungefähr abschätzen, wie viele freie Elektronen ein Signal typischerweise treffen würde, wenn es irgendwo aus unserer eigenen Galaxie stammt. Die bei den Fast Radio Bursts beobachtete Dispersion ist aber viel größer; sie müssen also unterwegs sehr viel mehr Elektronen getroffen haben und daher auch von viel weiter her kommen; irgendwo aus anderen, weit entfernten Galaxien.

Nach dem ersten Lorimer-Burst (und der Mikrowellen-Episode) fand man in Archivdaten noch weitere Beispiel für Fast Radio Bursts. Und am 20. November 2012 wurde vom Arecibo-Radioteleskop dann auch so ein ein Radioausbruch "live" gemessen. In den folgenden Jahren fand man jede Menge weitere. In Archivdaten und bei gezielten Beobachtungen. Man fand einige Radiosignale die sich wiederholten, aber viele, die einfach nur einmal auftauchten und dann nicht mehr zu registrieren waren. Ab zu ist es auch gelungen, die Galaxie zu finden, aus der die Radiosignale gekommen sind. Am 19. Juni 2019 etwa registrierte das CHIME-Teleskop in Kanada einen Fast Radio Burst der genau aus der Richtung des Himmels kam wo sich eine Spiralgalaxie befindet, 457 Millionen Lichtjahre weit weg. Zum damaligen Zeitpunkt war das der uns nächstgelegen Radio Burst, aber man hat bald weitere gefunden die aus Galaxien kommen, die uns noch näher sind. Am 28. April 2020 fand man - ebenfalls mit dem kanadischen CHIME-Teleskop - einen Fast Radio Burst der aus nur 30.000 Lichtjahren Entfernung und damit aus unserer eigenen Galaxie kommt. Und zwar aus genau der Richtung in der man am Himmel SGR 1935+2154 sehen kann. Das ist ein Magnetar und damit sind wir jetzt mittendrin bei der Frage nach der Natur der Fast Radio Bursts.

Natürlich gab es im Laufe der Zeit jede Menge Hypothese darüber, was da so viel Radiostrahlung ins Universum abgibt. Kollisionen sind in solchen Fällen immer ein guter Ausgangspunkt. Dinge stoßen ja meistens nur einmal zusammen und WENN im Universum Himmelskörper kollidieren, dann sind das im Allgemeinen auch entsprechend extreme Ereignisse die jede Menge Strahlung freisetzen. Wir wissen, dass Neutronensterne die miteinander zusammenstoßen gigantische Mengen an Gammastrahlung freisetzen können. Warum sollten sie nicht auch für die Radioblitze verantwortlich sein? Neutronensterne sind die Reste von sehr massereichen Sternen; das was übrig bleibt, wenn diese Sterne keine Kernfusion mehr machen können. Dann schleudern sie ihre äußeren Schichten bei einer enormen Explosion hinaus ins All und übrig bleibt ein extrem kompakter Kern; ein paar Dutzend Kilometer groß aber so schwer wie die Sonne. Der Neutronenstern rotiert extrem schnell und hat auch ein extrem starkes Magnetfeld. Wenn zwei davon kollidieren, dann kollabieren auch ihre Magnetfelder und Radiostrahlung könnte freigesetzt werden.

Gleiches gilt für Supernova-Explosionen: Auch das sind Einzelereignisse mit jeder Menge Strahlung. Wir können uns zum Beispiel zwei weiße Zwerge denken, die einander umkreisen. Ein weißer Zwerg ist das, was von Sternen wie unserer Sonne übrig bleibt, nachdem sie ihren Treibstoff für die Kernfusion aufgebraucht haben. Wenn die sich umkreisen und dabei zu nahe kommen, können sie verschmelzen. Dabei könnte Radiostrahlung entlang der magnetischen Pole des neu entstandenen, größeren weißen Zwergs entkommen.

Es gibt noch jede Menge weitere Hypothesen, bis hin natürlich zu Aliens, die Fast Radio Bursts absichtlich erzeugen um damit Raumschiffe anzutreiben. Aber Aliens sind in der Wissenschaft selten eine gute Erklärung; vor allem, weil man ja keine Ahnung hat, was diese potenziellen Aliens alles können und wissen und es andererseits meistens sehr viel bessere Erklärungen gibt, die ohne Aliens auskommen.

Also lassen wir die spekulativen Aliens und konzentrieren wir uns auf die Tatsache der Beobachtung vom April 2020, als man einen Fast Radio Burst innerhalb unserer Milchstraße zu einem Magnetar zurück verfolgen konnte. Was Magnetare sind habe ich in Folge 401 der Sternengeschichten ausführlich erklärt. Kurz gesagt: Ein schnell rotierender Neutronenstern mit einem besonders starken Magnetfeld, circa 1000 Mal stärker als üblich. In der magnetischen Hülle so eines Magnetars können elektrisch geladene Teilchen eingefangen und beschleunigt werden. Dabei entsteht Radiostrahlung, die sich dann in Form eines Fast Radio Bursts quasi entlädt.

Aber so einfach ist es leider auch wieder nicht. Man hat zum Beispiel Fast Radio Bursts auch zu den Außenbereichen ferner Galaxien zurückverfolgen können; dorthin, wo eine Galaxie von Kugelsternhaufen umgeben ist. Solche Kugelsternhaufen in der Peripherie sind alt. Magnetare aber sollten eigentlich junge Objekte sein bzw. insofern jung, als ein Magnetar der Überrest eines großen, hellen Sterns mit entsprechend kurzer Lebensdauer ist. Und nach seiner Entstehung als Magnetar sein extremes Magnetfeld auch nicht ewig behält. In einem alten Kugelsternhaufen erwartet man also eher keine Magnetare. Aber in Kugelsternhaufen stehen die Sterne sehr dicht beieinander und es ist nicht unwahrscheinlich, dass dort ein weißer Zwerg - und von solchen Sternüberresten sollte es da auch jede Menge geben - einem anderen Stern nahe kommt, von ihm ein bisschen Masse anzieht und dadurch zu einem Neutronenstern kollabiert. Auch dabei wird Radiostrahlung frei.

Es ist ein bisschen unbefriedigend. Wir wissen, dass es die Fast Radio Bursts gibt und dass sie sowohl in unserer eigenen Galaxie stattfinden als auch in weit entfernten. Wir wissen, dass es mehrere mögliche Ursachen für ihren Ursprung gibt. Wir sind aber nicht in der Lage, eindeutige Indizien zu finden, die eine Ursache stärken oder andere zweifelsfrei ausschließen. Sicher ist: Fast Radio Bursts haben etwas mit der Art zu tun, wie manche Sterne ihr Leben beenden. Ebenfalls sicher ist aber auch: Wir werden nicht aufhören, das Phänomen zu untersuchen. Noch wissen wir nicht Bescheid darüber. Aber je nachdem wann ihr diesen Podcast hört, haben wir die Lösung vielleicht ja schon gefunden…

Sternengeschichten Folge 486: Das Sternbild Schlange

Am Himmel gibt es erstaunlich viele Schlangen. Es gibt das Sternbild der Wasserschlange, das der kleinen Wasserschlange und eine simple Schlange gibt es auch noch. Vielleicht liegt das daran, dass man die Sterne am Himmel relativ einfach zu einer Schlange verbinden kann. Oder weil wir Menschen Schlangen immer schon gefährlich und faszinierend gefunden und sie deswegen auch mit unseren Mythen am Himmel verewigt haben. So oder so - heute geht es in den Sternengeschichten um das Sternbild Schlange.

Dass Sternbilder keinen wissenschaftlichen Wert haben, habe ich in den Sternengeschichten ja schon oft erklärt. Aber der Himmel ist ja nicht nur für die Wissenschaft da. Und deswegen haben wir Menschen immer schon unsere Mythen und Ängste, unsere Helden und Götter, unsere Wünsche und Hoffnungen an den Himmel projiziert und die leuchtenden Punkte dort zu Bildern angeordnet, die all unsere Geschichten erzählen. Jedes Volk hat im Laufe der Zeit seine eigenen Geschichten und Sternbilder erzählt; Anfang der 1920er Jahre hat die Internationale Astronomische Union aber 88 "offizielle" Sternbilder festgelegt und sich dabei im Wesentlichen am Himmel der griechisch-römischen Antike und den Ergänzungen der europäischen Entdecker der frühen Neuzeit orientiert. Der Himmel wurde also in 88 Bereiche unterteilt und jeder dieser Bereiche ist ein Sternbild. Bis auf die Schlange - sie ist das einzige Sternbild des Himmels, das aus zwei voneinander getrennten Bereichen besteht.

Aber fangen wir mal mit den Äußerlichkeiten an. Das Sternbild Schlange gehört zu den größeren des Himmels; nur 22 andere Sternbilder sind noch größer. Von Mitteleuropa aus kann man es am besten im Sommer beobachten, obwohl es dort eigentlich nicht viele helle Sterne gibt, die man beobachten könnte - aber dazu später mehr. Südlich der Schlange findet man die Sternbild Waage und Schütze, im Westen die Jungfrau und den Bärenhüter. Im Osten sind das Sternbild und der Adler. Aber ich habe vorhin erwähnt, dass die Schlange aus zwei getrennten Bereichen am Himmel besteht. Die heißen "Serpens Caput" und "Serpens Cauda", also Kopf und Schwanz der Schlange, wobei sich der Kopf im Westen befindet und der Schwanz im Osten. Und was ist zwischen Kopf und Schwanz? Der Körper natürlich, der aber nicht zum Sternbild Schlange gehört sondern Teil des Sternbilds Ophiuchus ist, auf deutsch der "Schlangenträger".

Das klingt ein wenig verwirrend, also schauen wir mal kurz auf die Mythologie die dem ganzen zugrunde liegt. Schlange und Schlangenträger stammen aus der antiken, griechisch-römischen Mythenwelt. Die Menschen damals haben sich dort also einen Mann vorgestellt, der eine große Schlange in Händen trägt. Für die Griechen war dieser Mann Asklepios (bei den Römern "Äskulap" genannt), der Gott der Heilkunst. Aber wozu braucht ein Arzt eine Schlange? Vermutlich um ihr das Gift zu entnehmen, das in geringer Dosierung auch als Heilmittel eingesetzt werden kann. Das zumindest wäre eine in der Realität verhaftete Erklärung, der eigentliche Mythos geht so: Asklepios war der Sohn des Gottes Apollo. Seine Mutter war eine Prinzessin oder Königin, da ist sich die Mythologie nicht ganz einig. Auf jeden Fall war Asklepios ein Halbgott und wurden vom Kentauren Chiron - eines dieser Wesen die halb Mensch und halb Pferd sind - in allen Dingen unterrichtet. Vor allem aber in der Heilkunst, die Asklepios so gut beherrschte, dass er sogar Tote zum Leben erwecken konnte. Das merkte er, als Hippolytos, der Sohn von König Theseus bei einem Unfall starb. Die Göttin Artemis, die ein bisschen auf Hippolytos stand, hat Asklepios gebeten, ihn wieder zum Leben zu erwecken, was der auch tat. Beziehungsweise nicht tat, weil er ja noch nicht wusste, wie das geht. Aber als er da so stand und auf den toten Hippolytos schaute, kam ne Schlange vorbei. Das nervte Asklepios offensichtlich und er erschlug sie mit seinem Stab. Woraufhin eine zweite Schlange angeschlängelt gekommen ist, mit einem komischen Zauberkraut im Maul mit dem sie die erste Schlange wieder zum Leben erweckt hat. "Schau an!", dürfte sich Asklepios gedacht haben, und hat das Kraut fix selbst genutzt, um Hippolytos wiederzubeleben.

Das hat aber die anderen Götter geärgert, weil die Toten zum Leben erwecken war ihr Job, da durfte sich so ein Mensch nicht einfach einmischen, selbst wenn er ein Halbgott ist. Zeus wollte Asklepios also umbringen, Artemis und Apollo konnten ihn aber zumindest so weit beruhigen, dass er von seinen Mordplänen absah und Asklepios stattdessen nur an den Himmel versetzt hat, wo er ab jetzt als Sternbild unsterblich war, mitsamt der Schlange. Den Stab des Asklepios mit der Schlange die sich darum windet kann man übrigens heute immer noch überall sehen. Der sogenannte "Äskulapstab" ist zum Symbol der Heilkunst geworden das man heute überall in Apotheken und Krankenhäusern finden kann.

Aber wie gesagt: Das ist nur eine Geschichte, von vielen Geschichten die die Menschen sich ausgedacht haben. Die Babylonier haben in dieser Gegend des Himmels den Kriegsgott Zababa gesehen, ohne Schlange, aber dafür mit Pfeil und Bogen. Und gleich daneben hatten die Babylonier übrigens das Sternbild "Leichnam" platziert; wahrscheinlich ein Opfer des Kriegsgottes. Eigentlich passend, dass die Griechen dann noch nen Arzt dazu geschickt haben…

Wir lassen die Mythologie aber jetzt mal beiseite und schauen auf die Sterne, die sich in der Schlange befinden. Jede Menge natürlich, und viele davon kann man auch mit freiem Auge sehen. Dazu muss der Himmel aber richtig dunkel sein und selbst dann sind die Sterne der Schlange eher unscheinbar. Nur einer davon ist halbwegs hell und das ist Alpha Serpentis beziehungsweise "Unukalhai". Das kommt aus dem arabischen und heißt so viel wie "Hals der Schlange"; der lateinische Name dieses Sterns ist "Cor Serpentis" und bedeutet "Herz der Schlange". Aber egal ob Hals oder Herz - so wahnsinnig viel gibt es darüber nicht zu erzählen. Alpha Serpentis ist knapp 74 Lichtjahre von der Sonne entfernt und ein Riesenstern mit der 70fachen Leuchtkraft der Sonne. Er ist aber auch knapp Tausend Grad kühler und befindet sich schon am Ende seines Lebens.

Wesentlich spannender wird es, wenn wir ein wenig weiter hinaus schauen und auf die Objekte der Schlange, die keine Sterne sind. Da ist zum Beispiel "Hoags Objekt". Entdeckt hat es der amerikanische Astronom Arthur Hoag im Jahr 1950. Es handelt sich um eine Galaxie die ungefähr 500 Millionen Lichtjahre weit entfernt ist. Weit entfernte Galaxien gibt es natürlich haufenweise im Universum. Aber ein Blick auf Hoags Objekt zeigt, dass es sich um etwas besonders handelt. Es ist eine sogenannte "Ringgalaxie": Man sieht einen nahezu perfekten Ring aus hellen, blauen Sternen, der einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren hat. Und im Zentrum dieses Rings ist ein kugelförmiger Kern mit einem Durchmesser von etwa 17.000 Lichtjahren der aus gelb leuchtenden Sternen besteht. Und dazwischen ist nichts. Zumindest nichts, das sich so einfach beobachten lässt aus der Entfernung; der eine oder andere Sternhaufen wird da schon noch sein.

Wie Hoags Objekt entstanden ist, wissen wir noch nicht. Normalerweise entstehen Ringgalaxien wenn eine kleine Galaxie mit einer größeren kollidiert. Wenn das auf die richtige Weise passiert, dann ist der Effekt ähnlich wie wenn man mit einer Pistole schießt. Die Details sind natürlich ein wenig komplizierter, aber durch die Wechselwirkung einer kleinen und dichten Galaxie und einer größeren, weniger dichten kann die Sternentstehung in einem ringförmigen Bereich um das Zentrum angeregt werden. Die jungen Sterne leuchten hell und blau, so wie bei Hoags Objekt. Nur dass da trotz intensiver Suche keine zweite Galaxie zu finden ist und keine Spuren irgendeiner Kollision. Tja. Irgendwann werden wir sicher noch rauskriegen, wie Hoags Objekt entstanden ist. Und bis dahin können wir die seltsame Galaxie anschauen und einfach nur schön finden.

Und wer an schöne Dinge im Weltraum denkt, sieht vor dem inneren Auge vermutlich ein Bild, das dem Adlernebel recht ähnlich sieht. Das Sternbild Adler grenzt zwar tatsächlich an die Schlange, der Adlernebel befindet sich aber trotzdem nicht dort. Sondern eben in der Schlange. Oder genauer gesagt: Ungefähr 7000 Lichtjahre weit weg und seinen Namen hat er, weil er einem Adler ähnlich sehen soll. Der Adlernebel ist ein sogenannter Emissionsnebel, eine große Wolke aus vor allem Wasserstoff in der Sterne entstehen. Diese jungen Sterne bringen mit ihrer heißen Strahlung das restliche Gas des Nebels in wunderbaren Farben zum Leuchten. Entdeckt hat den Adlernebel der Schweizer Astronom Jean-Philippe de Chéseaux im Jahr 1745. So richtig berühmt ist er - also der Nebel - aber 1995 geworden, als das Hubble-Weltraumteleskop die Region beobachtet hat. DIESE Bilder habt ihr vermutlich alle schon mal gesehen. Eines davon hat sogar einen eigenen Namen bekommen: "Die Säulen der Schöpfung". Vor einem Hintergrund aus blau-grün leuchtendem Gas, das durchsetzt mit hellen rötlichen Sternen ist, ragen schwarz-bräunliche Wolken empor, die aussehen wie massive Säulen. Die "Säulen" sind vier Lichtjahre groß, dort entstehen neue Sterne die mit ihrer Strahlung die Säulenwolken langsam auflösen und so die komplexen und faszinierenden Strukturen geschaffen haben die man dort sehen kann.

Der Adlernebel und die Säulen der Schöpfung haben noch viel mehr zu bieten, aber das schauen wir uns in einer anderen Folge mal genauer an. Und sagen bis dahin der himmlischen Schlange auf Wiedersehen.

Sternengeschichten Folge 485: Mondstillstand, Klimawandel und lästige Überschwemmungen

Der Mond beeinflusst die Erde. Wir Menschen aber auch. Und wenn beides zusammenkommt, kann das unangenehme Folgen haben. Aber fangen wir zuerst mit dem Mond an. Wenn er die Erde beeinflusst, dann geht es nicht um den "richtigen Zeitpunkt" zum Haareschneiden, die Gartenarbeit oder ähnlichen esoterischen Unsinn. Darüber habe ich ja schon in Folge 254 der Sternengeschichten gesprochen. Es geht um die Gezeiten, die im Detail durchaus sehr kompliziert sind, was man in Folge 161 nochmal nachhören kann. Aber im Prinzip geht es um die Anziehungskraft des Mondes, die an unterschiedlichen Stellen der Erdoberfläche unterschiedlich stark ist weil ja diese unterschiedlichen Orte auch unterschiedlich weit vom Mond weg sind. Dieser Unterschied in der Anziehungskraft des Mondes führt am Ende zu dem, was wir Gezeiten nennen, also Ebbe und Flut: unterschiedliche Wasserstände an den Küsten der Meere.

Wie stark Ebbe und Flut ausfallen, hängt von diversen Faktoren ab. Unter anderem von der Geografie, also der genauen Form der Küstenlinie, dem Ausmaß des Gewässers um das es geht, und so weiter. Es kommt aber auch an, wie Mond und Sonne gerade in Bezug aufeinander stehen. Denn es gibt ja nicht nur Gezeiten, die der Mond auslöst, sondern auch Gezeiten die durch die Anziehungskraft der Sonne verursacht werden. Wir auf der Erde spüren immer nur die jeweilige Summe der Gezeitenkräfte, die Sonne spielt aber durchaus eine wichtige Rolle und macht im Schnitt mehr als ein Drittel der Gezeitenkraft aus, die auf die Erde wirkt. Wenn jetzt Sonne und Mond von der Erde aus gesehen auf einer Linie stehen, dann summieren sich ihre Kräfte und die Gezeiten fallen stärker aus. Das nennt man "Springtide" und sowas kommt logischer bei Vollmond und Neumond vor. Bei Halbmond stehen Sonne und Mond rechtwinkelig zueinander und ihre Beiträge schwächen sich ab. Diese schwächeren Gezeiten heißen Nipptiden.

Aber das war noch längst nicht alles. Die Bahn der Erde um die Sonne und die Bahn des Mondes um die Erde sind ja keine exakten Kreise. Die Bahnen sind Ellipsen, sie sind zueinander geneigt, sie wackeln aufgrund diverser Störungen ständig durch die Gegend, und so weiter. Das alles beeinflusst, wie Sonne, Mond und Erde zueinander stehen und verändert die Stärke der Gezeiten. Das will ich jetzt nicht alles im Detail erklären, sondern mich auf ein bestimmtes Detail konzentrieren. Dabei geht es um die "Knotenlinie" und den sogenannten "Mondstillstand".

Fangen wir mit den Knoten an. Die Ebene der Mondbahn ist gegenüber der Ekliptik, also der Ebene der Erdbahn geneigt. Und zwar um circa 5 Grad. Das bedeutet, es gibt eine Linie entlang der sich die beiden Ebenen schneiden und das ist die Knotenlinie. Und entlang der Mondbahn gibt es zwei Punkte, die genau auf dieser Linie liegen, nämlich die "Mondknoten" oder "Knotenpunkte". Befindet sich der Mond in einem Knotenpunkt, dann befindet er sich auch genau im Schnittpunkt von Mond- und Erdbahn. Nur dann stehen Erde, Mond und Sonne WIRKLICH in einer Linie, also genau hintereinander und können einander verdecken. Wenn also zufällig Neumond ist wenn der Mond im Knotenpunkt steht, gibt es eine Sonnenfinsternis; ist gerade Vollmond wenn der Mond den Knotenpunkt passiert, dann kriegen wir eine Mondfinsternis. Aber heute soll es ja nicht um Finsternisse gehen, sondern um die Gezeiten.

Deswegen ist es auch noch wichtig zu wissen, dass die Knotenlinie nicht fix im Raum steht. Denn da sind ja immer noch die diversen gravitativen Störungen der anderen Himmelskörper. Die Knotenlinie dreht sich im Kreis und braucht 18,61 Jahre um eine komplette Drehung zu vollführen. Was heißt das jetzt alles? Schauen wir zuerst mal, wie hoch der Mond überhaupt so am Himmel stehen kann. Das hängt natürlich auch vom jeweiligen Zeitpunkt ab und auch von wo auf der Erde man zum Himmel schaut. Aber erinnern wir uns: Die Mondbahn ist um 5 Grad gegenüber der Ekliptik geneigt. Die Ekliptik ist die Ebene, in der sich die Erde um die Sonne bewegt oder, umgekehrt betrachtet, die Ebene, in der sich die Sonne scheinbar bewegt, wenn wir von der Erde aus zum Himmel schauen. In den Folgen 135 und 474 habe ich über die Sommer- und die Wintersonnenwende gesprochen. Das sind die Zeitpunkte im Jahr, an denen die Sonne ihren höchsten bzw. tiefsten Stand am Himmel erreicht. Wir wissen ja, dass die Sonne im Winter tief am Himmel steht und im Laufe des Frühlings Tag für Tag ihren Höchststand zu Mittag immer weiter oben erreicht. Bis sie zur Sommersonnenwende schließlich mittags so hoch steht, wie es nur geht und dann - Tag für Tag - ihren Höchststand wieder tiefer am Himmel hat. Den tiefsten Höchstand erreicht sie zur Wintersonnende und dann geht das Spiel wieder von vorne los.

Das war die Sonne, die sich in der Ekliptikebene bewegt. Und weil die Mondbahn um 5 Grad gegenüber der Ekliptik geneigt ist, kann der Mond noch 5 Grad höher am Himmel aufsteigen als die Sonne bzw. seinen Tiefstpunkt 5 Grad tiefer erreichen. Es ist allerdings ein bisschen komplizierter, denn der Mond braucht ja nur knapp 4 Wochen für einen Umlauf die Erde. Wie hoch ein Himmelskörper - Sonne, Mond oder irgendwas anderes - am Himmel steht, wird mit der sogenannten "Deklination" gemessen. Das ist eine Koordinate, wie die geografische Breite. Nur dass sie nicht vom Äquator der Erde aus gemessen wird, sondern vom Himmelsäquator aus, der aber dem an den Himmel projizierten Äquator der Erde entspricht. Der Polarstern, der ja fast exakt im Himmelsnordpol steht, hat deswegen eine Deklination von 90 Grad Nord. Bei der Sonne beträgt die maximale Deklination zur Sommersonnenwende +23,5 Grad und -23,5 Grad zur Wintersonnenwende. Soll heißen: Im ersten Fall steht sie 23,5 Grad über dem Himmelsäquator und im zweiten 23,5 Grad darunter. Wie hoch der Himmelsäquator selbst am Himmel zu sehen ist, hängt von der geografischen Breite ab. Steht man direkt am Äquator der Erde, dann verläuft der Himmelsäquator logischerweise auch direkt über den eigenen Kopf, hat also eine Höhe von 90 Grad über dem Horizont. An den Polen sieht man den Himmelsäquator direkt am Horizont und dazwischen entspricht die Höhe des Himmelsäquators 90 Grad minus der jeweiligen geografischen Breite. Will man also wissen, wie hoch die Sonne maximal am Himmel stehen kann, muss man 90 Grad - minus geografische Breite rechnen und dann plus 23,5 Grad. Und beim Mond kommen noch mal 5 Grad dazu.

Das war jetzt alles ein wenig kompliziert, soll aber vor allem zeigen, dass der Mond sowohl höher am Himmel stehen kann als die Sonne. Er kann maximal eine Deklination von +28,6 Grad erreichen und minimal eine von 18,4 Grad. Egal welche Deklination der Mond aber gerade hat: Im Gegensatz zur Sonne erreicht er seinen Höchst/Tiefststand am Himmel aber eben im Verlauf von 4 Wochen - einem Monat - und nicht während eines Jahres. Oder anders gesagt: Im Laufe von 18.6 Jahren gibt es zwei extreme Zustände, die "Großer Mondstillstand" und "Kleiner Mondstillstand" genannt werden. Beim großen Mondstillstand wird der Mond seinen höchsten Punkt am Himmel mit einer Deklination von +28,6 Grad erreichen und zwei Wochen später bei einer Deklination von -28,6 Grad seinen tiefsten. Dannach werden die Deklinationswerte im Laufe der 18,6 Jahre weniger extrem, bis nach der Hälfte, also nach 9,3 Jahren, der Mond seinen höchsten Punkt am Himmel mit einer Deklination von +18,4 Grad erreicht und 2 Wochen später seinen tiefsten bei -18,4 Grad. Und dann geht alles wieder zurück.

Der Begriff "Stillstand" hat also nichts damit zu tun, dass der Mond irgendwie aufhört sich zu bewegen. Sondern bezieht sich darauf, dass die Schwankungsbreite der Monddeklination im Laufe von 18,6 Jahren größer und kleiner wird. Aber sich eben zu den Zeitpunkten von großem und kleinen Mondstillstand umkehrt, also kurzfristig nicht größer oder kleiner wird, sondern eben still zu stehen scheint. Gut, aber was hat das jetzt alles mit den Gezeiten zu tun? Ich habe zu Beginn erzählt, dass die Gezeiten ganz besonders stark sind, wenn Mond, Sonne und Erde exakt in einer Linie stehen, sich also alle in der gleichen Ebene befinden. Anders herum gesagt heißt das: Wenn der Mond gerade besonders hoch über die Sonnenposition am Himmel klettern kann, stehen die drei Himmelskörper tendenziell alles andere als in einer Ebene und die Gezeiten fallen schwächer aus. Oder nochmal anders gesagt: Während eines kleinen Mondstillstands sind Sonne, Mond und Erde eher so ausgerichtet, dass die Gezeiten stärker werden als während eines großen Mondstillstands. Und ein letztes Mal anders gesagt: Diese 18,6-Jahres-Periode in der Bewegung der Mondknotenlinie führt dazu, dass in der einen Hälfte des Zeitraums die Gezeiten tendenziell etwas schwächer ausfallen als sie eigentlich sollten und in der anderen stärker, als es ansonsten der Fall wäre.

An den Extrempunkten ist der Effekt besonders ausgeprägt; man nennt das auch die "Nodaltide". Das ist also ein Gezeiteneffekt, der mit einer Periode von 18,6 Jahren stärker und schwächer wird und dessen Einfluss durchaus ein paar Prozent der gesamten Gezeitenkraft ausmachen kann. Was - je nach Küstenlinie usw. - ein paar Zentimeter mehr oder weniger Wasserstand bei Ebbe oder Flut bedeuten kann. Das alles ist nicht neu; darüber weiß man schon seit dem 18. Jahrhundert Bescheid. Neu ist, dass auch wir Menschen angefangen haben die Erde zu beeinflussen und zwar mit dem menschengemachten Klimawandel. Die Erwärmung der Erde lässt den Meeresspiegel steigen. Einerseits, weil wärmeres Wasser sich ausdehnt und andererseits, weil natürlich auch das Eis der Gletscher schmilzt und ins Meer läuft. Womit wir jetzt beim Phänomen der "lästigen Überschwemmung" angekommen sind. Der Fachbegriff dafür ist "tidal flooding" oder eben "nuisance flooding" und beschreibt eine Überschwemmung, ganz ohne schlechtes Wetter, Sturm, und so weiter. Sondern eine Überschwemmung, die nur dadurch auftritt, dass die Gezeiten eben ein paar Zentimeter höher sind als normal und die Flut dann ein bisschen in Gegenden rumplantscht, wo sie normalerweise nicht hinkommt. Das ist im Allgemeinen nicht gefährlich, aber eben lästig. Kritisch wird es dann, wenn so eine "lästige Überschwemmung" häufiger wird. Wenn etwa eine Brücke oder eine Straße einmal kurz überschwemmt wird, ist das kein Drama. Wenn es aber immer wieder passiert, dann sorgt das Salzwasser irgendwann für Schäden. Gleiches gilt zum Beispiel auch für Felder in Küstennähe: Wenn sie zu oft mit Salzwasser überschwemmt werden, kann man da irgendwann nichts mehr anbauen. Und ständige Überschwemmungen, selbst wenn sie nur gering sind, erhöhen auch die Erosion an den Küsten selbst.

Der menschengemachte Klimawandel hat mittlerweile für einen Anstieg des Meeresspiegels um circa 3,5 Millimeter pro Jahr gesorgt. Das klingt nach wenig. Aber es sind eben ein paar Millimeter pro Jahr. Und die können, zusammen mit den durch die Schwankungen der Knotenlinie ausgelösten Nodaltiden genau dafür sorgen, dass es eine "lästige Überschwemmung" gibt, die es ansonsten nicht gegeben hätte. Der Klimawandel macht diese Art von Hochwasser häufiger und damit eben nicht mehr nur lästig, sondern kritisch. Im Jahr 2015 gab es einen kleinen Mondstillstand. 18,6 Jahre später ist 2033, nochmal 18,6 Jahre später dann 2050. Der Meeresspiegel wird zwischen 2015 und 2050 auf jeden Fall steigen; egal was in Sachen Klimaschutz noch passiert. Der Anstieg des Meeresspiegels gehört zu den Phänomenen, bei denen wir es schon verpasst haben, sie aufzuhalten. Selbst wenn die CO2-Menge in der Atmosphäre nicht mehr weiter steigt wird es sehr, sehr lange dauern, bis das Wasser wieder zurück auf die Gletscher gelangt und dort dauerhaft gefroren ist. Die Klimakrise sorgt also nicht nur durch die häufigeren extremen Wetterereignise für mehr und heftigere Überschwemmungen. Wir müssen deswegen auch zu den Zeitpunkten des kleinen Mondstillstands in Zukunft mit sehr viel mehr "lästigen Überschwemmungen" rechnen. Mit all den Konsequenzen, die sie dann weit mehr als nur lästig machen.

Sternengeschichten Folge 484: Das Carrington-Ereignis

"Während der Beobachtung einer Gruppe von Sonnenflecken am 1. September wurde ich pötzlich vom Auftauchen eines sehr hellen Lichtsterns überrascht, sehr viel heller als die Oberfläche der Sonne und blendend für das ungeschützte Auge. Er erhellte die nahen Flecken und Strukturen, ungefähr so wie die Wolkenränder bei Sonnenuntergang aussehen. Die Strahlen erstreckten sich in alle Richtungen und das Zentrum kann man mit der blendenden Helligkeit des Sterns alpha Lyrae vergleichen, wenn man ihn in einem Teleskop mit geringer Vergrößerung betrachtet. Es dauerte circa fünf Minuten und verschwand plötzlich um 11:25."

Diese Beobachtung berichtete der englische Hobby-Astronom Robert Hodgson im Jahr 1859. Und wäre das, was er da gesehen hatte nicht im 19. Jahrhundert passiert sondern heute, dann würden wir definitiv darüber Bescheid wissen. Hodgson hat eine gewaltige Sonneneruption beobachten die den bisher größten bekannten "geomagnetischen Sturm" auf der Erde verursachte.

Eigentlich war Hodgson ja Verleger, der sich früh zur Ruhe setzte um sich mit der gerade erst entstandenen Fotografie zu beschäftigen und der Astronomie. Er baute sich seine eigene Sternwarte in der er sich vor allem der Sonnenbeobachtung widmete. Und am 1. September 1859, kurz vor Mittags machte er die Beobachtung, die ich zu Beginn beschrieben haben.

Hodgson war allerdings nicht der einzige, der dieses Phänomen gesehen hatte. Zur gleichen Zeit und nicht zu weit entfernt von Hodgson blickte auch der Astronom Richard Carrington durch sein Teleskop. Im Gegensatz zu Hodgson war Carrington kein Hobby-Astronom, aber auch er fand seinen Weg zur Wissenschaft nicht gleich.

Der Vater von Carrington war Bierbrauer, mit eigener Brauerei. Für Richard, seinen Sohn, hatte er eigentlich das Leben eines Priesters vorgesehen. Beim Studium in Cambridge entdeckte Richard Carrington aber dann seine Interesse für die Naturwissenschaft, insbesondere die Astronomie. Er arbeitete dann auch tatsächlich ein paar Jahre an der Sternwarte im nordenglischen Durham. Allerdings nur als Assistent, was ihm nicht so gefallen hat. Zum Glück war sein Vater ein wohlhabender Brauereibesitzer von dem er sich Geld leihen konnte um eine eigene Sternwarte zu bauen. Die stand in Redhill, ein Stückchen südlich von London. Dort beschäftigte er sich zuerst mit den zirkumpolaren Sternen, also Sterne, die man die ganze Nacht über am Himmel sehen kann. Die waren damals vor allem interessant für die Navigation und der Katalog ihrer Positionen, den Carrington erstellte wurde daher auch mit Geld der britischen Marine publiziert. Einen Preis von der Royal Astronomical Society gab es dafür ebenfalls. Daneben hat sich Carrington aber auch für die Sonne interessiert. Dass es auf der Sonnenoberfläche dunkle Flecken gibt, hatte man schon im 17. Jahrhundert, kurz nach der Erfindung der ersten Teleskope entdeckt. Eine überraschende neue Erkenntnis über diese Flecken wurde aber erst zu Carringtons Zeit bekannt. Der deutsche Apotheker Samuel Heinrich Schwabe fand durch jahrzehntelange Beobachtungen heraus, dass die Anzahl der Flecken mit einer Periode von circa 10 Jahren schwankt und veröffentlichte diese Erkenntnis 1844. Der große Universalgelehrte Alexander von Humboldt verbreitete diese Entdeckung 1851 in seinem Monumentalwerk "Kosmos" und als Carrington 1852 seine eigene Sternwarte baute, nutze er sie auch um diese faszinierende Eigenschaft der Sonne genauer zu untersuchen.

Seine sehr genauen und sehr regelmäßigen Beobachtungen der Sonne waren eine wichtige Grundlage für die Entwicklung einer ernsthaften Sonnenforschung. Carrington war ein bedeutsamer Forscher seiner Zeit und hätte noch viel bedeutsamer werden können. Aber eine große und lange Karriere hat er leider nicht gehabt. 1858 starb Carringtons Vater und Richard musste die Brauerei übernehmen. Das machte ihm aber nicht nur keinen Spaß, sondern nahm im auch die Zeit für die Forschung. Carrington wollte sich um eine Stelle an einer Universität bewerben. Er wurde aber überall abgelehnt; unter anderem weil der einflussreiche Hofastronom George Bidell Airy dafür sorgte, der Carrington nicht mochte und mit seiner Art der Arbeit nicht klar kam. 1861 verkaufte Carrington seine Sternwarte, später auch die Brauerei und richtete sich eine neue Sternwarte ein. Aber er war frustriert, er war mittlerweile auch schwer krank (wahrscheinlich ein Schlaganfall, das weiß man nicht so genau) und es gelang ihm keine wirklich relevante Forschung mehr. Am 27. November 1875 starb Richard Carrington im Alter von nur 49 Jahren.

Sein Name ist aber bis heute mit der Beobachtung verbunden, die er gleichzeitig und unabhängig von Hodgson am 1. September 1859 machte. Das "Carrington-Ereignis" dient heute noch als dramatisches Beispiel dafür, was die Sonne mit der Erde anstellen kann und hat uns gezeigt, wie umfassend die Auswirkungen einer Sonneneruption sein können.

Was ist da also passiert, am 1. September 1859? Carrington hat das in seinem eigenen Protokoll der Beobachtung ein wenig genauer beschrieben als Hodgson. Zuerst sah er eine große Gruppe von Sonnenflecken; die war schon länger an der Sonnenoberfläche sichtbar und Carrington konnte auch eine sehr schöne Zeichnung davon anfertigen. In diesen Sonnenflecken sah er dann plötzlich ein extrem helles Licht, so hell, dass er zuerst daran dachte, dass vielleicht ein Loch in seinem Sonnenfilter war. Dann aber merkte er, dass er tatsächlich ein Phänomen auf der Sonnenoberfläche sah und lief schnell los, um Zeugen für diese Beobachtung zu holen. Fotos machen konnte man damals ja nur bedingt bzw. etwas aufwendig. Aber auch wenn er nur 60 Sekunden weg war: Als er wieder durchs Teleskop schaute, war die Lichterscheinung schon fast vorbei. Carrington harrte noch eine weitere Stunde vor dem Teleskop aus, aber es gab kein weiteres Licht mehr.

Eine Lichterscheinung auf der Sonne… das war zwar neu und spannend. Aber das, was danach kam, war WIRKLICH außergewöhnlich. In den kommenden Nächten konnte man Polarlichter beobachten und zwar nicht so wie sonst nur in den nördlichen und südlichen Regionen der Erde; in der Arktis und der Antarktis. Die bunten Lichter am Himmel waren bis in die Karabik zu sehen und teilweise so hell, das Menschen dadurch aufwachten weil sie dachten, der Morgen wäre schon angebrochen. Und die Telegraphenleitungen fielen an vielen Orten in Europa und den USA aus. Die Leitungen sprühten Funken; die Menschen die die Telegraphen bedienten, bekamen elektrische Schocks und in einigen Fällen konnten sogar weiter elektrische Signale über die Leitungen geschickt werden, obwohl die Stromquellen schon längst abgeschaltet gewesen waren. Dort wo magnetische Messungen angestellt wurde, gab es verwirrende Ergebnisse und extreme Ausschläge. Kurz gesagt: ein paar Tage lang herrschte ein elektromagnetisches Chaos auf der Erde; es fand das statt, was man einen "geomagnetischen Sturm" nennt.

Heute wissen wir besser Bescheid, was bei solchen Ereignissen passiert. Ich hab davon ja schon vor längerer Zeit in Folge 10 der Sternengeschichten mehr erzählt. Die Sonne besteht aus einem enormen Gewusel aus elektrisch geladenen Gas, das Magnetfelder erzeugt und dessen Bewegung von diesen Magnetfeldern beeinflusst wird. Wenn es ganz wild wird, kann es zu so etwas wie einem Kurzschluss kommen und dann wird jede Menge Energie frei. Bei so einer Sonneneruption können große Mengen an Material der Sonnenatmosphäre schnell und weit hinaus ins All geschleudert werden. Das ist ein "koronaler Massenauswurf" und diese Teilchen treffen dann ein paar Stunden bis Tage später auf die Erde. Zumindest dann, wenn der Auswurf zufällig gerade auf die Position der Erde gerichtet war, was natürlich nicht immer der Fall ist. Aber wenn es der Fall ist, dann prallt das Material auf das Magnetfeld unseres Planeten und auf die Atmosphäre. Dadurch entstehen die Polarlichter, was ich in Folge 206 ja ausführlich erklärt habe. Und sie entstehen deswegen in den Polarregionen, weil das geladene Zeug von der Sonne am Magnetfeld der Erde in Richtung der Pole gelenkt wird. Wenn aber so richtig viel Material ankommt, dann kann es auch weit abseits der Pole zu Polarlichtern kommen.

Wenn das Material der Sonne mit enormer Geschwindigkeit auf das irdische Magnetfeld trifft, kann es dort zu kurzfristigen starken Schwankungen der Magnetfeldstärke kommen. Das wiederum kann in langen elektrischen Leitern - eben zum Beispiel den Telegraphenkabeln die damals überall durch die Gegend gespannt waren - einen Strom induzieren. Das hat 1859 die Schäden in den Telegraphen verursacht. Heute haben wir keine Telegraphen mehr - aber dafür überall Stromleitungen und hier könnte ein Sonnensturm zum Ausfall der Transformatorstationen führen. Auch Satelliten wären von Sonnenstürmen betroffen, ebenso Menschen, die sich gerade im Weltraum aufhalten. Funkübertragen wären gestört; Handys, Radio und Fernsehen könnten zweitweilig ausfallen. Ein Phänomen wie das Carrington-Ereignis hätte in unserer modernen technischen Welt sehr viel größere Auswirkungen als damals im 19. Jahrhundert.

Aber man kann sich einigermaßen darauf vorbereiten. Im Gegensatz zu damals steht die Sonne heute unter ständiger Beobachtung. Satelliten im All haben sie rund um die Uhr im Blick und wir wissen, wie sich so ein koronaler Massenauswurf ankündigt. Und da das Material ja mindestens ein paar Stunden zu uns unterwegs ist, haben wir entsprechend viel Vorwarnzeit. Astronautinnen und Astronauten können sich in abgeschirmte Räume von Raumstationen und Raumschiffen begeben. Satelliten können in einen geschützten Ruhemodus versetzt werden. Transformatorstationen können entsprechend ausgerüstet werden, um Schäden und Ausfälle zu vermeiden. Trotzdem sind sehr starke Sonnenstürme eine durchaus reale Gefahr, nicht weniger als Erdbeben, Überschwemmungen oder Vulkanausbrüche. Sie passieren nicht so oft, aber sie finden statt. Im Schnitt alle 500 Jahre, zumindest so große wie das Carrington-Ereignis. Kleinere Sonnenstürme gibt es öfter und deren Auswirkungen finden vor allem im Weltall statt. Anfang 2022 sorgte zum Beispiel ein kleinerer Sonnensturm für den Ausfall von 40 Starlink-Satelliten. Aber so ist die Welt hat. Sie ist kein gottgegebenes Paradies das extra für uns eingerichtet worden ist. Wir können froh darüber sein, dass die Erde halbwegs lebensfreundliche Bedingungen bietet, trotz Vulkanen und Erdbeben. Und wir können froh darüber sein, dass die Sonne zu den eher wenig aktiven Sterne gehört. Andere schleudern so viel Zeug und Strahlung ins All, dass in ihrer Nähe überhaupt kein Leben möglich ist. Sonnenstürme gehören dazu zu einem Stern; es gibt sie, weil Sterne eben nun mal so funktionieren wie sie funktionieren. Ohne Sonnensturm gibt es auch keine Sonne.

Aber wir wissen heute ausreichend darüber Bescheid; die Wissenschaft hat uns erklärt, wie und warum sie passieren und wie man sich davor schützen kann. Wir müssen es halt auch tun, ansonsten sind wir selber schuld.

Sternengeschichten Folge 483: Kosmische Magnetfelder

Die Gravitation ist definitiv die dominierende Kraft im Universum. Sie bestimmt, wie Planeten, Sterne und Galaxien entstehen, sich bewegen und sich gegenseitig beeinflussen. Die Gravitation bestimmt die Entwicklung des Universums selbst. Wenn man das Universum verstehen will, dann geht nichts ohne die Gravitation. Aber die Schwerkraft ist nicht die einzige Kraft. Wenn wir mal von den Kräften absehen, die innerhalb der Atome wirken, dann gibt es da auf jeden Fall noch den Elektromagnetismus. Und auch der ist wichtig. Nicht so, wie es die Anhänger der Pseudowissenschaft vom "Elektrischen Universum" denken; davon habe ich ja schon in Folge 453 der Sternengeschichten erzählt. Aber natürlich spielen Elektrizität und Magnetismus eine wichtige Rolle im Universum. Das Licht, das Sterne abstrahlen ist elektromagnetische Strahlung. Genau so wie die Radiostrahlung, die Röntgenstrahlung, die Infrarotstrahlung und der ganze Rest den die diversen Himmelskörper abgeben. Die Sonne und jeder andere Stern ist ein chaotisches Gewirbel aus elektrisch geladenen Gasteilchen deren Bewegung durch die von ihnen selbst verursachten Magnetfelder beeinflusst und vorgegeben wird.

Wir wissen, dass ein Magnetfeld einen ganz besonderen Einfluss auf die Bedingungen auf einem Planeten haben kann. Die Erde hat ein relativ starkes Magnetfeld und das sorgt unter anderem dafür, dass diverse elektrisch geladene kosmische Strahlung uns nicht oder nur abgeschwächt erreichen kann - was gut ist, denn für Lebewesen ist diese Strahlung nicht unbedingt förderlich. Wir wissen, dass die Sonne ein Magnetfeld hat, in dem immer wieder gewaltige elektromagnetische Entladungen, Kurzschlüsse quasi, stattfinden und diese Sonneneruptionen können durchaus Auswirkungen auf unsere Satelliten und unsere Technik haben. Und wir wissen auch, dass Magnetfelder anderswo im Kosmos eine wichtige Rolle spielen.

Nur: Wie untersucht man diesen kosmischen Magnetismus? Wie misst man das Magnetfeld einer weit entfernten Galaxie? Gravitation kann man zwar auch nicht sehen, aber zumindest kann man aus der Bewegung der Objekte berechnen, wie stark die Gravitationskraft ist, die auf sie wirken muss. Wie macht man das aber bei Magnetfeldern? Wie entsteht das Magnetfeld einer Galaxie überhaupt und welche Auswirkungen hat es?

Das alles sind Fragen, die von der Astronomie noch nicht letztgültig beantwortet werden können. Aber wir können sie zumindest zum Teil beantworten. Fangen wir mit der Rolle von Magnetfeldern an. Und zwar nicht mit den Magnetfeldern von Planeten oder Sternen; darüber muss man mal in einer eigenen Folge reden. Sondern mit den Magnetfeldern von Galaxien, von Galaxienhaufen, also den wirklich großen Dingern. Diese Magnetfelder sind enorm schwach - das Magnetfeld der Milchstraße etwa ist 100.000 mal schwächer als das der Erde. Aber es ist da und es hat Auswirkungen. So ein Magnetfeld kann zum Beispiel verhindern das Sterne entstehen. Das passiert ja in großen Wolken aus Gas und Staub, die kollabieren und dann immer weiter in sich zusammenfallen bis sie so dicht geworden sind, dass ein Stern entstanden ist. Die Teilchen in so einer Wolke können elektrisch geladen sein und dann kann ein Magnetfeld die Wolke quasi stabilisieren und verhindern, dass sie in sich zusammenfällt. Was gar nicht mal so schlecht ist, denn das sorgt dafür, dass die Sternentstehung verhältnismäßig langsam abläuft - weswegen auch heute, fast 14 Milliarden Jahre nach dem Urknall immer noch neue Sterne entstehen.

Andererseits kann so ein Magnetfeld den Kollaps einer Wolke auch beschleunigen. Wenn so eine Wolke rotiert, dann sorgt die Zentrifugalkraft der Rotation ja gerade dafür, dass sie nicht beliebig weit kollabieren kann. Wenn das Magnetfeld diese Rotation bremst, dann sorgt das erst dafür, dass ein Stern draus werden kann. Ob ein Magnetfeld die Sternentstehung behindert oder beschleunigt hängt vom Detail ab. Denn das Magnetfeld einer Galaxie kann man nicht mit dem vergleichen, das wir zum Beispiel von der Erde kennen. Da kann man sich ja vorstellen, dass im Inneren der Erde ein riesiger Magnet steckt, mit einem Nord- und einem Südpol und einem entsprechenden Magnetfeld. In Wahrheit ist da natürlich kein Stabmagnet im Erdinneren, sondern eine flüssiger Kern aus Eisen und Nickel und die rotierenden Metallströme sorgen für das Magnetfeld. In einer Galaxie sieht es aber ganz anders aus. Da gibt es kein dominierendes zentrales Objekt das ein Magnetfeld für die ganze Galaxie erzeugt. Gut, es gibt im Zentrum einer Galaxie zwar ein supermassereiches schwarzes Loch und das hat durchaus was mit dem Magnetfeld zu tun. Aber darüber reden wir später. Das supermassereiche schwarze Loch ist zwar supermassereich - aber seine Masse ist im Vergleich zur gesamten restlichen Masse der Galaxie eben nicht dominant. Und das gilt auch für das Magnetfeld. Das Magnetfeld einer Galaxie entsteht aus der Überlagerung von jeder Menge kleiner Magnetfelder. Überall gibt es elektrisch geladene Teilchen die durch die Gegend strömen. Die werden zum Beispiel von den Sternen aus ihren Atmosphären geschleudert und bewegen sich durch die Milchstraße, zusammen mit jeder Menge anderem Gas, das sich zwischen den Sternen befindet. Dabei erzeugen sie kleine Magnetfelder, die sich dann zu einem großen überlagern. Das zumindest ist die Vermutung, wie das galaktische Magnetfeld entsteht wissen wir im Detail immer noch nicht.

Aber immerhin können wir es messen. Es gibt mehrere Methode, wie sich ein Magnetfeld auch aus der Ferne untersuchen lässt. Einer davon ist der sogenannte "Zeeman-Effekt". Im Detail geht es da um sehr komplizierte Quantenphysik. Der Effekt selbst ist aber recht simpel. Wenn man zum Beispiel Licht eines Sterns beobachtet, dann kann man darin ja die Spektrallinien finden. Also bestimmte Wellenlängen, bei denen weniger Licht ankommt als erwartet. Die Sonne strahlt Licht in allen Farben ins All, aber bestimmte Farben werden von den Atomen aus denen sie besteht blockiert. Jedes chemische Element blockiert eine ganz bestimmte Farbe und wenn die fehlt weiß man, dass dieses Element in der Sonne zu finden ist. Das ist normale Spektroskopie - wenn jetzt aber ein starkes Magnetfeld vorhanden ist, dann sieht man statt der zu erwartenden einzelnen Spektrallinie mehrere. Ein Magnetfeld sorgt dafür, dass sich Spektrallinien aufspalten. Zu erklären, warum und wie es das tut würde jetzt zu weit führen - aber der Zeeman-Effekt existiert und damit konnte der amerikanische Astronom George Ellery Hale schon zu Beginn des 20. Jahrhunderts nachweisen, dass die Sonnenflecken der Sonne Bereiche sind, wo sehr starke Magnetfelder herrschen.

Der Zeeman-Effekt hilft uns vor allem, wenn es um die Magnetfelder von Sternen geht. Es gibt aber auch andere Methoden, zum Beispiel die Untersuchung der Polarisation des Lichts. Polarisation kann man sich als die Richtung vorstellen, in die eine Lichtwelle schwingt. Die kann bei ihrer Ausbreitung - vereinfacht gesagt - einfach von oben nach unten nach oben und so weiter schwingen. Oder links-rechts-links-rechts. Oder im Kreis herum. Anschaulich kann man sich das mit einem Seil vorstellen: Man bindet ein langes Seil irgendwo fest und nimmt das andere Ende in die Hand. Bewegt man die Hand jetzt auf und ab wird das Seil so schwingen wie eine vertikal polarisierte Lichtwelle, nämlich ebenfalls auf und ab. Bewegt man die Hand horizontal von links nach rechts, dann schwingt das Seil wie eine horizontal polarisierte Lichtquelle. Und bewegt man die Hand im Kreis, demonstriert das Seil wie eine zirkular polarisierte Welle aussieht. In der Realität ist das alles ein wenig komplizierter, aber für uns reicht es zu wissen, dass ein Magnetfeld die Art und Weise verändern kann, wie eine Lichtwelle polarisiert ist.

Die ganze Sache beobachtet man am besten mit Radioteleskopen. Denn es gibt eine bestimmte Art von Radiostrahlung - die Synchotronstrahlung genannt wird und immer dann entsteht, wenn geladene Teilchen von einer geraden Bahn abgelenkt werden. Zum Beispiel durch ein Magnetfeld und genau das passiert in der Umgebung von supermassereichen schwarzen Löchern. Da wirbelt jede Menge Gas und Staub um das Loch herum, bevor es hinein fällt. Die Bewegung der elektrisch geladenen Teilchen wird dabei auch von den Magnetfeldern beeinflusst und deswegen leuchtet die Umgebung so eines schwarzen Lochs im Radiolicht ziemlich hell. Die von Magnetfeldern beeinflusste Bewegung sorgt übrigens auch dafür, dass viele supermassereiche schwarze Löcher sogenannte "Jets" haben, also oft viele tausende Lichtjahre lange Ströme aus Gas, die entlang der Magnetfeldlinien hinaus in den intergalaktischen Raum geschleudert werden. Was wiederum jede Menge Auswirkungen auf die Entstehung neuer Sterne hat, auf die Eigenschaften der Galaxie, und so weiter.

Wichtig aber ist: Aus der Stärke der Synchrotronstrahlung kann man die Stärke des Magnetfeldes abschätzen. Die Polarisation der Strahlung ist prinzipiell irgendwie, aber je stärker ausgerichtet das Magnetfeld ist, desto größer ist auch der Anteil der Strahlung, der in die gleiche Richtung schwingt. Intensität der Strahlung und Ausmaß des Polarisationsgrads sagen uns also wie stark das Magnetfeld ist und wie gleichmäßig oder chaotisch es ausgerichtet ist.

Mit der Polarisation kann man aber noch mehr rausfinden und zwar dank des Faraday-Effekts. Schickt man polarisiertes Licht durch ein Magnetfeld, dann dreht das Magnetfeld die Ebene, in der das Licht schwingt. Eine Welle, die zuvor etwa exakt vertikal schwingt, wird nach dem Durchgang durch ein Magnetfeld in einer Ebene schwingen, die ein bisschen aus der Vertikalen gedreht ist. Aus dieser Drehung kann man dann die Eigenschaften des Magnetfeldes berechnen. Wenn man jetzt also Licht beobachtet, das von einer sehr fernen Galaxie zu uns kommt und unterwegs zum Beispiel einen anderen Galaxienhaufen durchquert, dann sorgt das Magnetfeld dort für eine Drehung der Polarisationsebene. Aber, fragt sich jetzt wohl der eine oder die andere, wie kriegt man das raus? Man weiß ja nicht, in welcher Ebene das Licht geschwungen hat, BEVOR es vom Magnetfeld des Galaxienhaufens gedreht worden ist? Nein, aber man kann es rauskriegen! Wie stark die Polarisationsebene gedreht wird hängt nämlich von der Wellenlänge ab (genauer gesagt vom Quadrat der Wellenlänge). Wenn man also das Licht beobachtet und dann die Polarisationsebene bei unterschiedlichen Wellenlängen misst, wird man unterschiedliche Ergebnisse kriegen. Und je nachdem wie sich diese Ergebnisse im Detail unterscheiden, kann man am Ende das Ausmaß der Faraday-Drehung bestimmen und die Eigenschaften des Magentfelds berechnen.

Wir sind noch weit davon entfernt zu verstehen, wie die kosmischen Magnetfelder im Detail funktionieren. Aber sie sind da und früher oder später werden wir gelernt haben, sie so gut zu beobachten wie wir das beim Licht schon können.