Sternengeschichten

Sternengeschichten Folge 665: Der Meteorit von L'Aigle

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

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

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

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

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

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

Sternengeschichten LIVE in Deutschland und Österreich - UPDATE

Hallo liebe Hörerinnen und Hörer,

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

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

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

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

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

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

Bis bald, im Podcast oder Live!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Sternengeschichten Folge 662: Ravioli im Weltall: Der Saturnmond Pan

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Sternengeschichten Folge 661: Das International Celestial Reference Frame

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Sternengeschichten Folge 658: Die Kirche, die Wissenschaft und außerirdisches Leben

Ob es neben der Erde auch noch andere Himmelskörper gibt und ob auf diesen anderen Himmelskörpern irgendwelche intelligenten Wesen leben, ist eine Frage, die uns Menschen immer schon beschäftigt hat. Schon vor mehr als 2500 Jahren haben die Gelehrten der Antike darüber diskutiert und wir haben bis heute noch nicht aufgehört damit. Einer Antwort näher gekommen sind wir aber erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts, als Wissenschaft und Technik ausreichend weit entwickelt waren. Und davor; vor der Aufklärung und der Wissenschaft der Neuzeit, hat ja sowieso die Kirche alle Gedanken dieser Art unterdrückt, weswegen es keine Fortschritte gegeben hat - oder nicht? Das ist es zumindest, was sehr oft hören kann, wenn es um Wissenschaft und Religion geht. Und natürlich wäre es falsch zu sagen, dass sich die Kirche und die Wissenschaft nie gestritten hätten. Ganz im Gegenteil; die Geschichte ist voll mit entsprechenden Konflikten. Aber es wäre genau so falsch zu behaupten, dass die Kirche der Wissenschaft immer und ausschließlich feindlich gegenüber gestanden wäre. Ich habe in den Sternengeschichten ja immer wieder von Geistlichen erzählt, die relevante wissenschaftliche Forschung betrieben haben. Und auch was die Sache mit dem außerirdischen Leben angeht, ist die Sache nicht so eindeutig, wie man denken könnte.

Deswegen machen wir in der heutigen Folge der Sternengeschichten einen kleinen Ritt durch die Geschichte und schauen uns an, was die Menschen früher wirklich zu diesem Thema gedacht haben. Und wir fangen mit Hippolyt an, der im 3. Jahrhundert Bischof von Rom war. Wir sind also quasi noch in den Anfangsjahren der christlichen Kirche und Hippolyt war einer ihrer wichtigsten Vertreter. Trotzdem werden ihn heute vermutlich wenige Menschen kennen, ausgenommen vielleicht diejenigen, die in der niederösterreichischen Landeshauptstadt St. Pölten leben, deren Schutzpatron der später heiliggesprochene Hippolyt ist. Uns aber interessiert, was er in seinem Werk mit dem Titel "Widerlegung aller Häresien" geschrieben hat. Darin zählt Hippolyt alles auf, was seiner Meinung nach definitiv nichts mit dem wahren christlichen Glauben zu tun hat. Sowas ist wichtig bei einer jungen Religion, bei der noch nicht klar ist, in welche Richtung sie sich entwickelt - da muss man klare Richtlinien vorgeben. Und die "Faseleien des Monoimos" gehören laut Hippolyt offensichtlich nicht dazu. Genausowenig wie der "Wahnsinn des Markion" und der "Unsinn des Karpokrates". Und keinesfalls die "gotteslästerliche Torheit des Noetus". So lauten zumindest einige der Kapitelüberschriften aus dem Buch; ich habe jetzt aber nicht im Detail nachgeschaut, womit diese Leute den Zorn den Hippolyt verdient haben. Wen Hippolyt aber auch nicht leiden konnte, war der griechische Gelehrte Demokrit. Der lebte im 4. Jahrhundert vor Christus und war der Hauptvertreter der Atomistik. Sehr kurz zusammengefasst: Demokrit war überzeugt, dass sämtliche Materie aus kleinen Bausteinen besteht, die selbst nicht mehr weiter unterteilbar sind. Die hat er "Atome" genannt und wir verwenden das Wort auch heute noch, aber mit dem, was Demokrit sich damals gedacht hat, hat unser modernes Atombild nichts zu tun. Demokrit hat sich Atome als alle möglichen geometrische Formen vorgestellt; es gibt runde, glatte, unregelmäßig geformte Atome; es gibt Kugelatome, Würfelatome; welche in der Form von Zylindern oder Pyramiden, und so weiter. Je nachdem wie sich diese unzähligen Atome verbinden, sehen wir dann etwas, das wie eine Pflanze aussieht, wie ein Tier, wie Wasser oder Feuer. In Wahrheit gibt es, so Demokrit, nichts anderes als Atome und leere Raum. In diesem leeren Raum wuseln die Atome durcheinander und wenn sie sich richtig verbinden, dann kommt dabei so etwas wie die Erde raus. Aber wenn es unendliche viele Atome in einem unendlich großen Raum gibt, dann muss im Laufe der Zeit zwangsläufig mehr als nur eine Erde entstehen. Genaugenommen müsste es unendlich viele Erden geben, in allen möglichen Variationen. Genau das war es, was Hippolyt so aufgeregt hat: "Er lehrt […] dass es zahllose, verschieden große Welten gebe; in einigen Welten gebe es weder Sonne noch Mond, in anderen hätten sie einen größeren Umfang, in wieder anderen seien sie mehrfach vorhanden". Das konnte nicht sein, so Hippolyt und an diesem Ausschnitt seines Textes sehen wir übrigens auch gut, was damals gemeint war, wenn man von einer "anderen Welt" gesprochen hat.

Nicht ein anderes Planetensystem, bei einem anderen Stern; soweit war man damals noch nicht. Die "Welt" war die Erde, im Zentrum, die umschlossen war von Kugelschalen aus einem mysteriösen, himmlischen Material und auf diesen Schalen leuchten und bewegen sich die Planeten, die Sonne und der Mond und außen rum ist noch eine letzte Schale, die mit den Lichtern der Sterne dekoriert ist. Die "Welt", das was wir heute das "Universum" nennen würden, war damals eine vergleichsweise kleine Angelegenheit. Aber, so zumindest Demokrit, da draußen gibt es noch jede Menge andere Welten dieser Art. Hippolyt war nicht der einzige, der anderer Meinung war - aber auch seine Meinung stand nicht ohne Widerspruch da. Origenes, ein frühchristlicher Gelehrte der im dritten Jahrhundert in Alexandria gelebt hat, hat sich überlegt, was Gott wohl gemacht hat, bevor er die Erde geschaffen hat. Sicherlich war Gott nicht faul, das passt nicht dazu. Vermutlich hat er da an einer anderen Welt gearbeitet. Und wenn unsere Welt einmal ein Ende findet, dann wird Gott sicherlich nicht in Pension gehen und den Laden zusperren, sondern eine neue Welt schaffen. Origines war der Meinung, dass es unendliche viele Welten geben müsste, immer eine nach der anderen, weil Gott offensichtlich ein Workoholic ist. Ok, das letzte hat er so nicht gesagt, aber es ist klar, dass auch aus christlicher Sicht die Erde nicht zwingend einzigartig sein muss.

Das Problem mit der christlichen Sicht ist aber, dass sie nicht auf nachvollziehbaren Fakten und Beobachtungsdaten basiert. Das trifft damals aber auf nicht nur auf die christliche Sicht zu, sondern auf jede Sicht der Welt. Demokrit konnte genau so wenig beweisen, dass seine wuselige Atomwelt real ist, wie Origines beweisen konnte, dass Gott nicht vielleicht doch mal ne Zeit lang Urlaub macht. Alles was man tun konnte, war nachdenken - aber das, was man sich dann ausgedacht hatte, war durch keine damals durchführbare Methode nachvollziehbar beweisbar. Aber nachgedacht hat man auf jeden Fall. Der deutsche Bischof Albertus Magnus hat im 13. Jahrhundert geschrieben: "Ob es nur eine Welt oder viele Welten gibt, ist eine der erstaunlichsten und nobelsten Fragen über die Natur. Es ist eine Frage, die der menschliche Geist aus sich selbst heraus verstehen will. Deswegen ist es wünschenswert, dass wir uns darüber Gedanken machen." Diesem Satz kann man auch aus einer modernen, wissenschaftlichen Perspektive zustimmen, genau so übrigens wie der Kritik des französischen Bischofs Nikolaus von Oresme, der im 14. Jahrhundert darauf hingewiesen hat, dass Spekulationen nicht sinnvoll sind, wenn man keine Möglichkeit hat, herauszufinden, ob sie richtig oder falsch sind.

Aber wir müssen halt trotzdem spekulieren und das haben die Leute natürlich weiter getan. Thomas von Aquin, einer der bedeutensten Kirchenlehrer der römisch-katholischen Kirche war im 13. Jahrhundert fest davon überzeugt, dass es nur eine Welt geben kann. Denn es gibt ja auch nur einen Gott. Eine Welt für einen Gott, das spiegelt Gottes Perfektion wieder und deswegen kann es nur so sein. Im 15. Jahrhundert hat der deutsche Theologe Nikolaus von Kues aber behauptet, dass es jede Menge Welten geben muss. Denn die Sonne sei in Wahrheit auch wie die Erde, nur eben von einer leuchtenden Wolkenschicht umgeben. Und anderesherum ist es genau so: Vom All aus betrachtet würde die Erde aussehe wie die Sonne, weil sie auch von so einer leuchtenden Schicht umgeben ist, die wir aber vom Erdboden nicht wahrnehmen können. Alle Sterne am Nachthimmel sind also Welten wie die Erde, so Kues und überall würde jemand leben. Einer ähnlichen Ansicht war auch der italiensche Mönch und Philosoph Giordano Bruno im 16. Jahrhundert. Ein allmächtiger und unendlicher Gott muss doch bitte auch ein unendlich großes Universum voll mit unendlichen vielen Welten erschaffen haben, sonst macht das alles keinen Sinn. Jeder Stern am Nachthimmel ist eine Sonne wie unsere eigene und jede davon wird von Planeten umkreist. Das wir das nicht sehen können, liegt nur daran, dass sie so weit entfernt sind. Womit Bruno aus heutiger Sicht erstaunlich richtig lag - sein Pech war nur, dass er von der Kirche dafür verurteilt und auf dem Scheiterhaufen verbrannt worden ist. Das stimmt, leider, aber es war nicht so sehr die Aussage, dass es jede Menge fremde Welten gibt. Das hat die Kirche weniger interessiert als Brunos Behauptung, dass das Universum unendlich lange existieren wird. Wenn das Universum aber kein Ende hat, dann hat auch Gott keine Gelegenheit, das in der Bibel angekündigte "Jüngste Gericht" abzuhalten und die Menschen in Sünder und Gerechte einzuteilen, die ins dann neu geschaffene Reich Gottes eintreten dürfen. Das war massive Ketzerei und Bruno musste sterben.

Auch Galileo Galilei kam in Konflikt mit der Kirche, weil er behauptet hat, dass die Erde sich bewegt, obwohl in der Bibel nichts davon steht; im Gegenteil, dort findet man sogar eine Stelle in der zu lesen ist "Aber Josua hieß die Sonne stillzustehen und nicht das Erdreich". Und stillstehen kann die Sonne nur, wenn sie sich vorher bewegt hat. Galilei wurde zumindest nicht hingerichtet und es ist übrigens auch ein Mythos, dass Martin Luther, in Bezug auf das gerade genannte Biblezitat, Nikolaus Kopernikus einen "Narr" genannt hat. Diese Story ist erst im 19. Jahrhundert entstanden, als ein paar katholische Historiker den Gründer des Protestantismus als Gegner der wissenschaftlichen Revolution dargestellt haben, um ihn schlecht und dumm aussehen zu lassen. In Wahrheit war Luther die Astronomie ziemlich egal; er hat sich dazu nirgenwo geäußert.

Mit Galilei und Kopernikus sind wir jetzt aber schon fast in der Neuzeit angelangt. Es gäbe noch viel mehr zu erzählen, über die Kirche und die Gelehrten der Antike und des Mittelalters. Und noch viel mehr über den Weg von der frühen Neuzeit bis heute. Aber diese Geschichten muss ich ein anderes Mal erzählen. Immerhin aber wissen wir seit 1995, dass es da draußen tatsächlich noch andere "Welten", also andere Planeten gibt, die andere Sterne umkreisen. Wir wissen heute, dass diese Planeten genau so zahlreich sind wie die Sterne selbst, mindestens. Ob es auf irgendeiner dieser Welten auch intelligente Lebewesen gibt, wissen wir noch nicht. Aber - wie die Geschichte zeigt - werden wir nicht aufhören können, darüber nachzudenken und nachzuforschen. Wir werden uns weiter damit beschäftigen; wir müssen es tun, weil das eine Frage ist, die uns einfach nicht loslässt. Egal, was wir glauben oder nicht glauben.

Sternengeschichten Folge 657: Der Asteroid Golevka

Am 10. Mai 1991 hat die amerikanische Astronomin Eleanor Francis Helin das gemacht, was sie schon sehr, sehr oft zuvor gemacht hat. Nämlich die Entdeckung eines neuen Asteroiden bekannt gegeben. Sie war für die Entdeckung von fast 1000 Asteroiden verantwortlich, entweder weil sie selbst die entsprechenden Beobachtungen angestellt hat oder weil sie am California Institute of Technologie und der NASA entsprechende Beobachtungsprogramme geleitet hat. Darunter waren einige wirklich wichtige Objekte, zum Beispiel der Asteroid Aten, das erste bekannte Objekt der nach ihm benannten Aten-Gruppe von Asteroiden, die die Erdbahn kreuzen können. Der Asteroid, den Helin im Mai 1991 entdeckt hat, hat zum damaligen Zeitpunkt allerdings noch nicht so ausgesehen, als würde er einmal sehr prominent werden. Genau das ist aber passiert und deswegen geht es heute um die Geschichte genau dieses Objekts, des Asteroiden mit dem Namen Golevka.

Und "Golevka" ist übrigens nicht der Name irgendeiner berühmten Person, einer Gottheit oder ein anderer Name dieser Art, der oft für Asteroidenbezeichnungen benutzt wird. Ursprünglich hat der Asteroid nur die übliche Bezeichnung aus Zahlen und Buchstaben bekommen, die alle neu entdeckten Objekte bekommen. In diesem Fall war das 1991 JX. Einen "echten" Namen bekommt ein Asteroid erst später, wenn seine Bahn ausreichend gut bekannt ist und wenn sich die Leute, die ihn entdeckt haben, erstens einig sind, wie er heißen soll und wenn sie die Zeit finden, sich um eine offizielle Benennung zu kümmern. Und wenn man so, wie Helin, nichts anderes tut als Asteroiden zu entdecken, dann kann das schon ein wenig dauern.

Im Jahr 1995 ist der Asteroid 1991 JX auf jeden Fall nahe genug an der Erde vorbei gekommen, um mit Radarstrahlen untersucht zu werden. Das ist ein sehr praktischer Weg, um mehr über solche Objekte zu erfahren: Man schickt Radiowellen von der Erde ins All und wartet, bis sie vom Asteroid reflektiert werden. Aus der Zeit, die die Signale brauchen, bis sie wieder auf der Erde registriert werden, kann man dann zum Beispiel die Form des Asteroiden berechnen. Das geht aber nur, wenn der Asteroid nicht zu weit weg ist. In diesem Fall aber hat es geklappt und es waren gleich drei Stationen, die entsprechende Messungen angestellt haben: Das Goldstone-Teleskop in Kalifornien, das Evpatoria Radioteleskop in der Ukraine und die Kashima-Station in Japan. Das hat Eleanor Helin zum Anlass genommen, um daraus einen Namen für den Asteroid zu basteln. "Gol" von Goldstone, "ev" von Evpatoria und "ka" von Kashima: Golevka.

Jetzt wissen wir, warum das Ding so heißt, wie es heißt. Aber das ist natürlich noch nicht die ganze Geschichte. Golevka gehört zur Gruppe der Apollo-Asteroiden, die, so wie die Aten-Asteroiden in der Lage sind, die Erdbahn zu kreuzen und damit prinzipiell in der Lage sind, auch mit der Erde zu kollidieren. Aber keine Sorge, Golevka ist nicht deswegen prominent, weil der Asteroid gefährlich für uns ist. Das ist heute keine Asteroideneinschlagsgeschichte, wir wissen, dass Golevka in den nächsten Jahrhunderten keine Gefahr für die Erde ist. Aber aus den Radarmessungen wissen wir, dass Golevka sehr unregelmäßig geformt ist. Je nachdem auf welche Seite des Asteroiden man schaut, sieht er mal eher dreieckig aus, mal wie ein Viereck oder komplett unförmig. Er ist ein paar hundert Meter groß, entlang seiner längsten Ausdehnung ist er circa 350 Meter lang. Die scharfen Kanten und Ecken, die er aufweist, sind ein Hinweis darauf, dass Golevka vermutlich das Bruchstück eines größeren Objekts ist, das bei einer früheren Kollision auseinander gebrochen ist. Aus den Radarbeobachtungen wissen wir auch, dass Golevka sich alle 6 Stunden einmal um seine Achse dreht. Womit wir jetzt schon fast beim eigentlichen Thema der Geschichte sind.

Das, was Golevka so interessant macht, haben die drei Astronomen David Vokrouhlický, Andrea Milani und Steve Chesley in einem Fachartikel aus dem Jahr 2000 untersucht. Die Arbeit trägt den eher technischen Titel "Jarkowski-Effekt bei kleinen erdnahen Asteroiden: Mathematische Formulierung und Beispiele". Das Ziel war es, herauszufinden, ob es Asteroiden gibt, bei denen man den Jarkowski-Effekt nachweisen kann. Darüber habe ich in Folge 112 schon einmal ausführlich gesprochen. Aber ich wiederhole es sicherheitshalber noch einmal kurz: Der Jarkowski-Effekt hat mit der Rotation und der Temperatur eines Asteroiden zu tun. So ein Asteroid wird ja von der Sonne aufgewärmt, aber natürlich nur auf der Seite, die der Sonne gerade zugewandt ist. Jetzt rotieren die Asteroiden aber auch. Das bedeutet: Die heiße Seite dreht sich von der Sonne weg und kühlt wieder ab. Und die kühle "Nacht"-Seite dreht sich in die Sonne und heizt sich auf. Das ist soweit noch nicht bemerkenswert. Aber "Aufheizen" und "Abkühlen" bedeutet ja nichts anderes, als das der Asteroid zuerst elektromagnetische Strahlung von der Sonne aufnimmt. Und danach wieder abgibt. Wenn aber ein Objekt Strahlung aufnimmt und wieder abgibt, dann wird dabei von der Strahlung eine kleine Kraft ausgeübt - über diesen "Strahlungsdruck" habe ich in Folge 507 ausführlich gesprochen, als es um das Sonnensegel ging.

Jetzt könnte man meinen, dass das bei einem Asteroid keine Rolle spielt. Die eine Seite wärmt sich auf, die andere kühlt ab und am Ende gleicht sich alles aus, oder nicht? Nicht ganz. Bei großen Objekten wie einem Planeten ist das so. Da verteilt sich alles über die ganze große Oberfläche. Aber bei kleineren Himmelskörpern muss man genauer hinschauen. Denn es wird umso mehr Strahlung abgegeben, je heißer ein Objekt ist. Das bedeutet, die heiße Seite, die gerade dabei ist, sich in die Nacht hinein zu drehen, strahlt sehr stark. Die Seite des Asteroiden dagegen, die gerade aus der Nacht heraus kommt ist natürlich kalt und strahlt wenig. Die Abstrahlung ist also asymmetrisch und es entsteht eine resultierende Kraft und weil es hier nicht nur um Tag oder Nacht geht, sondern quasi um die Vormittags und die Nachmittagsseite des Seite des Asteroiden, ist diese Kraft auch so gerichtet, dass sie den Asteroid auf die Sonne zu oder von ihr weg schiebt (je nachdem in welche Richtung er rotiert).

Das Fazit: Weil Asteroiden sich unterschiedlich stark aufheizen und abkühlen, wirkt auf sie eine kleine Kraft, die ihre Bahn verändern kann. Das nennt man "Jarkowski"-Effekt und wir wissen davon seit dem Jahr 1900. Als der vorhin erwähnte Artikel im Jahr 2000 erschienen ist, hat man diesen Effekt aber immer noch bei keinem einzigen Asteroiden tatsächlich gemessen. Es ist ja auch ein wirklich kleiner Effekt, da geht es um sehr geringe Distanzen, und man muss die Bewegung des Asteroiden sehr genau vermessen, was nur geht, wenn er von der Erde aus mit Radarbeobachtungen untersucht werden kann. Und das, wie ich vorhin schon erwähnt habe, ist nur bei wenigen Objekten möglich, die uns nahe genug kommen. Die drei Astronomen haben nun untersucht, welche Asteroiden prinzipiell gute Kandidaten wären, um den Jarkowski-Effekt endlich nachweisen zu können. Und Golevka hat sich als das vielversprechendste Objekt erwiesen. Einerseits wäre hier der Effekt groß genug, um ihn prinzipiell mit den vorhandenen technischen Mitteln nachweisen zu können. Andereseits hatte man von Golekva schon Radarmessungen aus der Vergangenheit als Grundlage und im Jahr 2003 würde er wieder nahe genug an der Erde sein, um neue Messungen machen zu können. Und mit denen müsste es, so das Fazit der Arbeit, möglich sein, den Effekt nachzuweisen. Und man sollte die Gelegenheit besser nicht verstreichen lassen, denn das nächste Mal würde Golevka erst im Jahr 2046 wieder nahe genug für passende Beobachtungen kommen.

Und natürlich hat man die Gelegenheit auch nicht verstreichen lassen. Im Jahr 2003 hat man das Arecibo-Radioteleskop benutzt um Daten zu sammeln und im September konnte man verkünden: Die Bewegung von Golevka lässt sich nur dann erklären, wenn man den Jarkowski-Effekt berücksichtigt. In den 12 Jahren zwischen der Entdeckung 1991 und den Messungen von 2003 hatte diese kleine Kraft für eine Verschiebung der Umlaufbahn von 15 Kilometer gesorgt. Der Asteroid ist also 15 Kilometer näher an die Sonne gerückt, was nicht nach viel klingt und nicht viel ist. Nicht mal ein Kilometer pro Jahr - aber wenn man dann überlegt, was das über einen Zeitraum von Millionen Jahren bedeutet, dann wird klar, dass der Jarkowski-Effekt durchaus relevant sein kann.

Ich habe gesagt, das wird keine Asteroideneinschlagsgeschichte und dabei bleibt es auch. Aber gerade dann, wenn wir wissen wollen, ob ein potenziell gefährlicher Asteroid auch wirklich gefährlich ist, müssen wir den Jarkowski-Effekt berücksichtigen. Ein paar Dutzend Kilometer können hier den Ausschlag zwischen Kollision und harmlosen Vorbeiflug geben. Wenn wir die Bahnen solcher Objekte berechnen, dürfen wir nicht vergessen, dass auf sie nicht nur die Gravitationskraft wirkt, sondern auch die Kraft, die aus ihrer Temperatur entsteht. Und das vergessen wir natürlich auch nicht. Wir haben mittlerweile den Jarkowski-Effekt auch bei anderen Asteroiden nachgewiesen und er wird bei allen relevanten Berechnungen berücksichtigt. Der Asteroid Golevka hat uns gezeigt, wie wichtig es ist, ganz genau hinzusehen und dass es in der Astronomie nicht nur um Lichtjahre und riesige Distanzen geht, sondern manchmal auch ein paar Kilometer von enormer Bedeutung sein können.