Die Sterne sind weit weg. Verdammt weit weg! Aber wie weit eigentlich? Und wie misst man solche großen Entfernungen? Folge 19 der Sternengeschichten handelt von der Entfernungsmessung im Weltall!
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Sternengeschichten 19: Wie weit ist es bis zu den Sternen?
Die Sterne sind weit weg? Aber wie weit eigentlich? Und wie kann man solche großen Entfernungen überhaupt messen? Früher war das ziemlich schwierig. Aber früher war vieles schwierig, besonders in der Astronomie. Man hatte einfach noch viel zu wenig Ahnung! Man hatte keine Ahnung, was die Sterne überhaupt sind. Man hielt die Erde für das Zentrum des Universums und der Rest war nur Dekoration. Die Sonne brauchte man, damit es hell und warm war und die ganzen Planeten waren Symbole und Botschaften der Götter. Und die Sterne waren Deko, ganz hinten im Universum. Vielleicht waren es Löcher in den Sphären des Weltalls durch die das Licht des göttlichen Himmels durch schimmerte?
Keiner wusste es genau – obwohl natürlich auch damals schon einige kluge KÖpfe vermutet haben, dann es sich um die gleichen Himmelskörper handelt, wie unsere Sonne, nur viel weiter weg. Aber man hatte eben keine Möglichkeit, die Entfernung zu bestimmen um Gewissheit zu bekommen. Es dauerte lange, bis man das erste Mal die Entfernung zu einem anderen Stern bestimmen konnte. Das war im Jahr 1838 und es war der deutsche Astronom Friedrich Wilhelm Bessel, der herausfand, dass der Stern 61 Cygni 11 Lichtjahre weit entfernt ist. Die Methode die er benutzt hat, nennt man die Parallaxe und ihr Prinzip ist eigentlich recht simpel.
Ihr könnt das leicht selbst ausprobieren. Streckt eure Hand aus. Und jetzt streckt den Daumen der Hand der Hand nach oben. Nun macht ihr das rechte Auge zu und schaut mit dem linken Auge auf den Daumen. Jetzt macht ihr das linke Auge zu und das rechte Auge auf und schaut wieder auf den Daumen. Wenn ihr das ein paar Mal hintereinander macht, dann sieht es so aus, als würde der Daumen vor dem Hintergrund hin und her springen. Aber das macht er natürlich nicht; euer Daumen sitzt fest auf eurer Hand und wenn ihr die Hand ruhig gehalten habt, dann hat sich da auch nichts bewegt. Die Bewegung ist nur eine scheinbare. Sie kommt zu stande, weil eure beiden Augen ein paar Zentimeter weit auseinander liegen. Jedes Auge schaut aus einer leicht unterschiedlichen Richtung auf euren Daumen und sieht ihn daher vor einem anderen Hintergrund. Wie stark diese scheinbare Bewegung ist, hängt von der Entfernung ab. Haltet ihr euren Daumen ganz nah an eure Augen, dann springt er weit hin und her. Streckt ihr die Hand so weit aus, wie ihr könnt, dann wird die Bewegung kleiner. Diese scheinbare Bewegung nennt man “Parallaxe” und sie eignet sich auch, um die Entfernung zu den sternen zu messen.
Natürlich braucht man dafür mehr als einen Daumen. Ein Teleskop zum Beispiel. Damit beobachtet man einen Stern und misst seine Position ganz exakt. Jetzt stellt man das Teleskop an einem anderen Ort auf. So wie unsere einzelnen Augen blickt nun auch das Teleskop unter einem andern Winkel auf den stern. Und im Vergleich zu den Hintergrundsternen sollte der stern nun auch an einem andern ort zu sehen sein. So wie unser Daumen hin und her sprang, als wir ihn von verschiedenen Richtungten betrachtet haben, sollte auch der Stern hin und her springen.
Wie stark die Parallaxe ist, hängt einerseits von der Entfernung ab, andererseits aber auch von der Entfernung zwischen den beiden Beobachtungspunkten. Bei relativ nahen Objekten müssen die Teleskope nicht so weit auseinander stehen. Als der große Astronom Tycho Brahe im Jahr 1577 einen Kometen sah, wollte er wissen, wie weit er entfernt ist. Er bat daher Kollegen aus anderen Teilen der Welt, ihm ihre Beobachtungsdaten des Kometen zu schicken und entdeckte, dass der Komet tatsächlich an unterschiedlichen Orten des Himmels zu sehen war, je nachdem von wo man ihn betrachtete. Der Komet selbst war natürlich immer am selben Ort und hüpfte nicht wild und her. Aber weil er aus unterschiedlichen Richtuingen betrachtet wurde, konnte man ihn vor unterschiedlichen Hintergrundsternen sehen. Brahe berechnete die Entfernung und entdeckte, dass er sich weit im Weltraum befand! Das war eine große Entdeckung, denn bisher dachte man, das Kometen nicht real sind. Der Raum zwischen den Planeten war himmlisch, göttlich und ewig und dort konnte es keine Veränderungen geben, war die damalige Meinung. Kometen sah man nur als Leuchterscheinungen in der Atmosphäre der Erde an. Die Messung der Parallaxe durch Tycho brahe machte es aber möglich, die Entfernung genau zu berechnen und Brahe konnte zeigen, dass sich der Komet zwischen den Planeten bewegt.
Natürlich probierte man auch bei den Sternen, eine Parallaxe zu messen. Aber das misslang jedesmal. Das Problem war die Entfernung. Sterne waren anscheinend so enorm weit entfernt, dass man die Teleskope so richtig weit auseinander stellen musste, um die scheinbare Bewegung sehen zu können. Aber auf der Erde ist nur ein begrenzter Platz vorhanden. Wenn das eine Teleskop auf der einen Seite der Erde steht und das andere Teleskop genau auf der anderen Seite, dann hat man die maximal mögliche Entfernung erreicht. Größer geht nicht mehr.
Aber die Wissenschaftler sind schlau! Und fanden ein wenig, noch größere Abstände zwischen den Teleskopen zu erzeugen. Sie nutzten die Tatsache aus, dass sich die Erde um die Sonne bewegt. Man kann einen stern zum Beispiel im Sommer beobachten. Dann wartet man ein halbes Jahr bis es Winter geworden ist und beobachtet den Stern erneut. In der Zwischenzeit hat sich die Erde um die Sonne herum bewegt und eine halbe Runde zurückgelegt. Zwischen der Position im Sommer und der im Winter liegen nun fast 150 Millionen Kilometer! Das ist ein verdammt großer ABstand und sollte eigentlich genug sein, um die scheinbare Bewegung der Sterne zu entdecken. Ja, das sollte man denken. Aber die Sterne sind eben VERDAMMT weit entfernt. Man hat gemessen und gemessen und gemessen und nie etwas gefunden. Das fasste man früher sogar als Beweis dafür auf, dass sich die Erde NICHT um die Sonne bewegt. Den Anhängern des alten geozentrischen Weltbilds mit der Erde in der Mitte des Universums war natürlich klar, dass man eine scheinbare Bewegung der Sterne beobachten musste, wenn sich die Erde um die Sonne bewegt und sich dadurch der Blickwinkel ändert. Aber ganz offensichtlich sieht man nichts von dieser scheinbaren Bewegung! Keine Parallaxe, keine Bewegung der Erde um die Sonne, so lautete damals die Argumentation. Den Menschen war einfach nicht klar, WIE ENORM WEIT die Sterne entfernt waren.
Erst 1838 schaffte es Friedrich Bessel dann endlich und es war klar, dass die Erde sich bewegt und die Sterne wirklich, wirklich weit weg waren. Mittlerweile sind unsere Instrumente genauer geworden und wir können bei vielen Sternen die Parallaxe messen. Übrigens stammt auch die Entfernungseinheit PARSEC von dieser Methode. Ein Stern ist genau ein Parsec von der Erde entfernt, wenn seine Parallaxe eine Bogensekunde beträgt. Par von Parallaxe und Sek von Bogensekunde ergibt Parsec. Damit ist gemeint, dass ein Stern in dieser Entfernung im Laufe eines halben Jahrs von der Erde aus gesehen seine Position am Himmel scheinbar um eine Bogensekunde ändert. Mit Bogensekunde ist keine Zeiteinheit gemeint, sondern ein Winkel. Ein Kreis umfasst 360 Grad, jedes Grad hat 60 BogenMinuten und jede Minute 60 Bogensekunden. Der VollMond zum Beispiel nimmt am Himmel einen Winkelbereich ein, der 30 Bogenminuten entspricht. Eine Bogensekunde ist also ein ziemlich kleiner Bereich. Ein Parsec entspricht ungefähr 3,26 Lichtjahren. So nahe Sterne gibt es aber nicht. Der Stern, der uns am nöchsten liegt ist der Stern Proxima Centauri und der ist 1,3 Parsec entfernt. Er ist aber sehr lichtschwach und nur von der Südhälfte der Erde aus zu sehen. Ansonsten hätten die Astronomen vielleicht schon früher die Entfernung zu den Sternen messen können; aber die haben sich eben die meiste Zeit auf die Sterne der Nordhälfte des Himmels beschränkt.
Mittlerweile haben wir aber einen recht guten Überblick über die Entfernungn am Himmel. Der Satellit Hipparcos hat in den 1990er Jahren fast 120.000 Sterne vermessen und ihre Entfernungen bestimmt. Und der neue Satellit Gaia, der im September 2013 starten soll, wird die Entfernungen von unvorstellbaren einer Milliarde Sternen messen und das vierzig Mal genauer als vorher! Aber so gut unsere Instrumente auch sind – irgendwann ist die Grenze erreicht. Das Universum ist noch viel, viel größer. Wenn es darum geht, die Entfernungen zu fremden Galaxien zu messen, dann reicht die Parallaxe nicht mehr. Dann braucht es andere Methoden. Diese Methoden gibt es zwar, sie sind aber nicht mehr so einfach und eindeutig wie die Parallaxenmethode. Man bekommt auch Schwierigkeiten mit dem Universum selbst. Denn wenn man große Maßstäbe betrachtet, gibt es keine eindeutige Methode mehr, um Entfernungen zu definieren. Das gesamte Universum dehnt sich aus und alles entfernt sich von einander. Und wenn wir weit hinaus blicken, blicken wir immer auch in die Vergangenheit, da das Licht eine bestimmte Zeut braucht, um sich auszbreiten. Wenn wir ferne Objekte sehen, dann sehen wir das Licht, dass diese Objekte vor langer Zeit ausgestrahlt haben, als sie im Vergleich zu heute ganz woanders waren und als das Universum kleiner war als heute. Es ist also knifflig, herauszufinden, wie weit sie entfernt sind oder was “Entfernung” hier überhaupt bedeutet. Aber es ist möglich und das wird das Thema der nächsten Sternengeschichte sein.
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