Sternengeschichten Folge 361: Wie kommt die Astronomie an ihre Bilder?

Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 361: Wie kommt die Astronomie an ihre Bilder?

Astronominnen und Astronomen stehen jede Nacht in der Dunkelheit und schauen mit ihren Teleskopen zum Himmel. So zumindest stellen sich viele Menschen immer noch die Arbeit an den Sternwarten vor. Und früher war das tatsächlich so. Früher – also wirklich früher – gab es noch nicht mal Teleskope. Da blieb den Menschen die den Himmel studieren wollten tatsächlich nichts anderes übrig, als einfach mit ihren Augen zum Himmel zu schauen. Sie benutzten natürlich auch damals schon Instrumente; zum Beispiel Quadranten wie ich sie in Folge 340 der Sternengeschichten vorgestellt habe. Aber das waren keine optischen Instrumente; also nichts, mit dem sich die Sehkraft des Auges verbessen ließ. Das waren Instrumente die verwendet wurden um zum Beispiel die Höhe eines Sterns über dem Horizont zu messen. Dann kamen aber irgendwann – beziehungsweise nicht irgendwann sondern 1609 – die ersten Teleskope. Galileo Galilei war der erste der so ein Instrument zum Himmel gerichtet hat und ihm folgten viele weitere. Man konnte jetzt zwar sehr viel mehr sehen – die Arbeit an sich blieb aber die gleiche und hat dem Klischeebild entsprochen das wir auch heute noch haben. Man steht in der Dunkelheit der Nacht und blickt durch das Teleskop. Was auch sonst – irgendwer muss das Bild ja auch sehen, dass das Teleskop produziert.

Es gab erst dann eine grundlegende Änderung, als im 19. Jahrhundert die Fotografie auch in der Astronomie angewandt wurde. Jetzt konnte man das erste Mal dauerhafte Bilder des Himmels machen. Anstatt menschlicher Augen blickte nun eine Kamera in den Himmel. Die Astronominnen und Astronomen hatten ihre Augen nicht mehr am Okular. Sondern sahen erst später die fertig entwickelten Fotoplatten. Die fotografische Beobachtung des Himmels wurde immer effektiver, es gab immer mehr Daten die ausgewertet werden konnte. Heute ist das, dank digitaler Aufnahmen noch einmal leichter geworden. Und das Klischeebild mittlerweile völlig falsch.

In der professionellen Astronomie schaut niemand mehr mit eigenen Augen durch ein Teleskop. An jedem Gerät hängt eine Kamera oder ein anderes wissenschaftliches Gerät und die Forscherinnen und Forscher schauen nur noch auf die Computerbildschirme auf denen die Resultate der Beobachtung angezeigt werden. Und sieht man einmal davon ab, dass es ja auch die theoretische Astronomie gibt, die sich ausschließlich mit den mathematisch-physikalischen Grundlagen der Astronomie beschäftigt und wo überhaupt nicht konkret beobachtet wird, dann verbringt man in der beobachtenden Astronomie nur vergleichsweise wenig Zeit mit dem Blick zum Himmel.

Der Blick in den Himmel geht über den Computer!

Früher hatte jede Sternwarte ihr Teleskop. Man konnte auch noch fast überall den Himmel beobachten, denn nachts war es überall dunkel. Außerdem war die Astronomie noch nicht die große naturwissenschaftliche Disziplin die sie jetzt ist sondern etwas, das – so wie eigentlich der Rest der Naturwissenschaft auch – meistens von Leuten betrieben wurde, die sowieso nicht auf ein fixes Einkommen angewiesen waren. Beziehungsweise von Königen oder anderen reichen Menschen finanziert worden sind. Wer kein Teleskop hatte, konnte keine Astronomie betreiben. Ab dem 19. Jahrhundert hat sich die Astronomie aber immer professionalisiert. Und die klassischen Sternwarten in den großen Städten haben sich als immer schlechtere Beobachtungsorte erwiesen. Die Luft war zu schmutzig und zu schlecht und die Nacht wurde immer stärker durch künstliche Lichter erhellt. Also baute man neue Sternwarten, weit weg von den Städten. Auf hohen Bergen, mit immer größeren Teleskopen. Mittlerweile haben wir Teleskope sogar ins Weltall geschickt und die Arbeit hat sich massiv verändert.

Wenn ein Astronom früher den Himmel beobachten wollte ging er einfach zum Teleskop seiner Sternwarte und tat genau das. Wenn heute eine Astronomin ein Bild des Universums machen will, ist das schwieriger. Viele Universitäten und Sternwarten besitzen und betreiben zwar immer noch eigene Teleskope. Aber die sind meist eher klein, stehen an Orten die nicht mehr optimal für die Beobachtung des Himmels geeignet sind und können daher nur bedingt für wissenschaftliche Forschung eingesetzt werden. Sie werden zur Ausbildung und für die Lehre eingesetzt und für kleinere Projekte – bei denen dann die Angehörigen der jeweiligen Institution, also zum Beispiel alle die an der Sternwarte arbeiten, das Teleskop benutzen können.

Aber für viele Forschungsvorhaben braucht man die wirklich großen Teleskope! Die riesigen Spiegel des “Very Large Telescope” an der Europäischen Südsternwarte in Chile zum Beispiel. Die großen Observatorien auf dem Mauna Kea in Hawaii. Oder eben die Teleskope außerhalb der Erde, wie das Hubble-Weltraumteleskop. Und hier gibt es nun Probleme, die es früher nicht gab. So etwas wie Hubble zu bauen und zu betreiben oder auch die Europäische Südsternwarte kann sich eine einzige Universität gar nicht leisten. Sie werden von internationalen Kooperationen betrieben und dann stellt sich die Frage: Wer darf die Dinger benutzen?

Die Antwort: Im Prinzip schon alle. Aber nicht einfach so und es kommt nicht jeder an die Reihe! Der Tag hat auch für ein Teleskop nur 24 Stunden und es gibt viel mehr Menschen die damit das Universum beobachten wollen als Zeit wäre. Wie also kommt man an seine Bilder?

Wer darf da durchschauen? Bild: ESA, CC-BY-SA 3.0

Es wäre ja schön, wenn man einfach eine Email an die NASA oder die Europäische Südsternwarte ESO schreiben und fragen könnte: “Hey, beobachtet doch bitte mal diese oder jene Region am Himmel mit eurem Teleskop und schickt mir die Daten dann per Email zu!”. Aber so einfach ist es nicht. Es nützt auch nichts wenn man der NASA Geld anbietet. Die Dienste der großen Teleskope kann man nicht kaufen. Man muss sich die Beobachtungszeit anders verdienen. Und zwar mit einer guten Idee. Typischerweise läuft das so ab: Ein oder zweimal im Jahr gibt es einen Aufruf an alle, die gerne zum Beispiel mit dem Hubble-Weltraumteleskop oder den großen Teleskopen der Europäischen Südsternwarte beobachten wollen. Da können sich im Prinzip alle Astronominnen und Astronomen melden. Im Prinzip kann man sich sogar melden wenn man nicht an einer Universität arbeitet, hat dann aber kaum Aussichten auf Erfolg. Oft gibt es noch einschränkende Regeln; man muss dann etwa Teil einer Institution sein, die zu den Mitgliedsländern der Europäischen Südsternwarte gehört wenn man dort beobachten will beziehungsweise zumindest mit einer Institution aus einem Mitgliedsland zusammenarbeiten. So oder so – jetzt muss man einen Beobachtungsantrag verfassen. Da muss man sehr, sehr ausführlich erklären was genau man beobachten will. Also nicht einfach nur “Das Stück Himmel dahinten neben dem großen Wagen”. Sondern mit exakten Koordinaten, man muss dazu sagen wie lange die Beobachtung dauern soll, mit welchen Instrumenten des Teleskops man arbeiten will, welche Filter eingesetzt werden, also in welchem Wellenlängenbereich des Lichts beobachtet werden soll, und so weiter. Noch wichtiger aber ist eine vernünftige Begründung. Einfach nur “Ich will gern mal schauen” reicht nicht. Man muss sehr genau begründen, warum man das beobachten will, was zu beobachten man vorhat. Man muss den bisherigen Forschungsstand zu dem Thema zusammenfassen, erklären was für Fragen man durch die eigene Beobachtung beantworten kann, warum das relevant ist, und so weiter. Man muss außerdem sehr genau begründen warum man das gerade mit dem Teleskop machen will, für das man den Antrag schreibt. Denn wenn man es auch irgendwo anders machen könnte, dann kann man sich den Antrag auch gleich sparen.

So ein Antrag ist viel Arbeit an dem viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Wochen oder gar Monate beschäftigt sind. Ist er dann fertig, wird er eingereicht. Und ist mit Sicherheit nicht der einzige Antrag der eingereicht wird. Von überall auf der Welt strömen Anträge in die Institutionen die die großen Teleskope verwalten. Dort wird dann sortiert; alles was die formalen Kriterien nicht erfüllt (also zum Beispiel nicht ausreichend exakt erklärt was man beobachten will) wird gleich abgelehnt. Die vernünftigen Anträge werden dann von einem Komitee aus Expertinnen und Experten beurteilt. Die überlegen sich sehr genau, welche Projekte am meisten von der Beobachtungszeit profitieren können; wer die besten Chancen auf wissenschaftliche Erkenntnisse und Erfolg hat, wo die bedeutsamsten Entdeckungen zu erwarten sind, und so weiter. Am Ende gibt es eine Reihung und nur die, die ganz vorne stehen, können das Teleskop auch tatsächlich benutzen. Es gibt immer sehr, sehr viel mehr Anträge als tatsächlich durchgeführt werden können. Bei den großen Teleskope werden nur 10-20 Prozent aller eingereichten Anträge auch tatsächlich genehmigt. Das bedeutet nicht, dass die restlichen 90 bis 80 Prozent alle schlecht waren oder schlechte Ideen beschrieben haben. Aber die jeweiligen Institutionen können eben nicht alles genehmigen was gut ist, selbst wenn sie wollten.

Wenn man zu den wenigen glücklichen gehört deren Beobachtungsantrag genehmigt worden ist, dann heißt das aber immer noch nicht, dass man selbst mit dem Teleskop arbeiten kann. Das gilt ganz besonders für Weltraumteleskope wie Hubble. Da kann sich nicht einfach jeder der möchte einloggen und ein bisschen rumspielen. Die Aufnahmen werden von Leuten gemacht die sich damit wirklich gut auskennen und dann den Astronominnen und Astronomen zugeschickt. Sollte dabei ein Fehler passiert sein: Pech. Man kann nicht einfach reklamieren und das ganze wiederholen. Denn das Teleskop arbeitet schon längst die nächsten Aufträge ab…
Bei Teleskopen hier auf der Erde ist es auch oft so, das manche Beobachtungen von Leuten direkt vor Ort gemacht werden deren Job genau in solchen Service-Beobachtungen besteht. Hier kommt es aber immer noch vor, dass man am Ende selbst ran darf. Dann kann man nach Chile reisen, nach Hawaii oder wo immer das Teleskop auch steht und das Teleskop für die eigene Arbeit benutzen. Man sollte aber vorher schon sehr genau wissen was man tut und vorhat – denn auch hier ist der Zeitplan eng und man kann nicht ein paar Nächte “üben” oder “probieren”. Und auch hier gilt: Wenn man Fehler macht – oder einfach nur das Wetter schlecht ist und keine Beobachtung möglich ist: Pech gehabt.

Wer hier hin will muss ne gute Idee haben! (Bild: Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO)

Einen wichtigen Punkt muss man noch erläutern: Was ist mit überraschenden Entdeckungen? Was ist mit Beobachtungen die sich nicht im voraus planen lassen? So etwas ist ja durchaus möglich. Wenn ich zum Beispiel auf der Suche nach Supernova-Explosionen bin, dann kann ich nicht vorhersagen wann genau das stattfinden wird bzw. ob überhaupt. Ich kann vielleicht sehr genau begründen warum es wichtig ist, so eine Beobachtung zu machen. Aber sie lässt sich nicht in einen Zeitplan eintragen. Für solche Fälle gibt es aber auch Vorkehrungen. Einerseits kann man hier spezielle Anträge stellen, man kann ein “Target of Opportunity” definieren. Also in etwa eine “Beobachtung die bitte dann gemacht wird, wenn die Gelegenheit günstig ist”. Das kann einerseits einfach eine Art “Lückenfüller” sein. Man kann also sagen: Wenn grad aus irgendeinem Grund ein wenig Zeit übrig sein sollte, dann beobachtet doch bitte das. Das geht aber nicht für unerwartet und unvorhersagbar eintretende Ereignisse wie Supernova-Explosionen. Hier lautet die Anforderung: Wenn das Ereignis stattfindet, dann lasst alles stehen und liegen und beobachtet es! Solche Anträge werden natürlich nur mit großer Vorsicht genehmigt und ausgeführt. Denn wenn das passiert, verlieren natürlich andere zwangsläufig ihre Beobachtungszeit. Außerdem gibt es bei den meisten großen Teleskopen immer ein gewisses Kontingent an Beobachtungszeit das beim normalen Antragsprozess nicht vergeben wird. Über das kann schneller und unbürokratischer entschieden werden als über den Rest und es ist für Spezialfälle vorgesehen. Zum Beispiel für extrem aktuelle Forschung wo es auf Schnelligkeit ankommt. Oder wenn man während “normaler” Forschung auf etwas stößt, das sehr schnell noch einmal beobachtet werden muss um wichtige Fragen zu klären – solche Nachbeobachtungen
sind immer wieder mal nötig. Oder eben bei unvorhergesehenen Ereignissen.

Wer also die großen Instrumente der Astronomie benutzen will, sollte ausreichend viel Ahnung und einen guten Plan haben. Wer einfach nur zum Himmel schauen will ist mit den eigenen Augen oder kleinen Hobby-Teleskopen immer noch am besten bedient. Obwohl es mittlerweile auch kleinere, kommerzielle Angebote gibt. Da kann man sich dann tatsächlich für Geld Beobachtungszeit kaufen – und dann kleine Teleskope übers Internet steuern und live damit zum Himmel schauen. Das ist aber eher ein Instrument für die Öffentlichkeitsarbeit bzw. für Leute die Astronomie als Hobby betreiben. Bei der Vergabe von Beobachtungszeit für echte astronomische Forschung kommt es immer noch nur darauf an wie gut die Idee ist die man hat und nicht über wie viel Geld man verfügt. Zum Glück.