AstroGeo - Geschichten aus Astronomie und Geologie

Das Mount-Wilson-Observatorium nordöstlich von Los Angeles ist ein Ort, an dem astronomische Geschichte geschrieben wurde: Unter anderem nutzte dort Edwin Hubble das damals größte optische Teleskop der Welt – mit einem Spiegeldurchmesser von 2,54 Metern – um einen ganz besonderen Stern im Andromedanebel zu beobachten. Die Helligkeit dieses Sterns schwankte in schöner Regelmäßigkeit, und Edwin Hubble war klar: Bei diesem Stern handelt es sich um einen sogenannten Cepheiden. Dank dieser dieser schwankenden Helligkeit fand Hubble heraus, wie weit der Andromedanebel von der Erde entfernt ist. Sein Ergebnis: 285.000 Parsec, rund 930.000 Lichtjahre also. Als beobachtender Astronom hielt sich Hubble mit einer Interpretation dieses Ergebnisses zurück, aber seine Kolleginnen und Kollegen verstanden sofort, was das bedeutete: Hubbles Beobachtungen bestätigten die sogenannte „Welteninsel-Theorie“. Gibt es jenseits der Milchstraße noch andere Galaxien? Es war der Philosoph Immanuel Kant, der erstmals die Vermutung zu Papier brauchte: Ja, es gibt sie. Zu Kants Lebzeiten war die Astronomie weit davon entfernt, einzelne Sterne im Andromedanebel auflösen zu können, oder überhaupt nur mit den damaligen Fernrohren und Teleskopen die Spiralstruktur des Nebels sichtbar zu machen. Dennoch schrieb Kant in seiner Veröffentlichung „Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels“, dass es sich bei den nebligen Fleckchen am Himmel weder um Löcher in der Himmelskugel noch um riesige Sterne handele – sondern um „Milchstraßen“, eigenständige Galaxien weit jenseits unserer Heimatgalaxie. In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte der Entdeckung der Galaxien – und was diese mit dem Kinderspiel „Ich sehe was, was du nicht siehst“ zu tun hat. Denn von einer Handvoll nebliger Flecken am Himmel zu einem Universum gefüllt mit Abermilliarden von Galaxien war es ein jahrhundertelanger Weg, den Astronominnen und Astronomen dank wachsender Spiegeldurchmesser ihrer Teleskope gehen konnten – und der letztendlich mit einer Entfernungsmessung endete, nämlich der Entfernung von „Cepheiden in Spiralnebeln“, die Edwin Hubble am Mount-Wilson-Observatorium bestimmte. Episodenbild: ESA/Hubble and Digitized Sky Survey; Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

In dieser Folge widmen sich Franzi und Karl dem Feedback zu den letzten drei Folgen im AstroGeo Podcast. Zuerst geht es um den Besuch von Kai Kupferschmidt und Laura Salm-Reifferscheidt aus dem Podcast Pandemia. Denn auch Franzi und Karl waren mittlerweile in dem Podcast zu Keimen und Seuchen zu Gast – und haben sich von den beiden ausfragen lassen. Aber hört selbst. Viele Kommentare zu den Spuren in uralten Bäumen, die recht sicher auf massive Ausbrüche auf der Sonne hindeuten, von denen das letzte sogenannte Miyake-Ereignis aber bereits über tausend Jahre her ist. In einer Antwort wird erklärt, in welchen Klimazonen Bäume in ihrem Stamm überhaupt Ringe aufbauen. Karl spricht auch über kurze Ereignisse in der Geologie und wie sie manchmal genauso relevant sein können wie sehr lange. Das Magnetfeld der Sonne sorgte für Verwirrung: Denn für sich sollte es sich über den leeren Raum derart abschwächen, dass es die Erde gar nicht nennenswert beeinflussen kann. Doch der Sonnenwind aus geladenen Teilchen erzeugt selbst ein Feld und kann das Magnetfeld der Sonne mit sich tragen. Danach geht es des um die Methode der Radiokarbondatierung, die durch die Arbeit der Physikerin Fusa Miyake „nebenher“ verbessert wurde. Karl erzählt von dem zur Kalibration genutzten Datensatz INTCAL 13 und wie die jährlich aus Baumringen genommenen Messwerte des Radionuklids Kohlenstoff-14 nicht nur eine offensichtliche Diskrepanz von 100 Jahren beseitigte, sondern auch den systematischen Messfehler der Methode reduzierte. Für Franzis Folge über die zweite Stufte der kosmischen Entfernungsskala gab es viel Lob. In den Kommentaren geht es um das für äußerst klein gehaltene Universum im Jahr 1912 und wieso die Kleine Magellansche Wolke für ein Objekt gehalten wurde, deren Sterne von uns alle ungefähr gleich weit entfernt sind. Zuletzt sprechen Franzi und Karl über den besten Zeitpunkt, uns Feedback fürs Geplänkel zu schicken (spätestens eine Woche vor Veröffentlichung!) und wann in der Folge sie ideal über musikalische Tipps aus dem Metal-Genre sprechen sollten. Sie beschließen die Folge mit einigen Musiktipps. Episodenbild: CC0 Gabriel Jimenez / Unsplash – ESO/Digitized Sky Survey 2 / Davide De Martin

Am 15. Juli 1965 kommt es in den Räumen des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien zu einem Showdown: Drei Männer betrachten eine der ersten Aufnahmen der Marsoberfläche, welche die Raumsonde Mariner 4 nur wenige Stunde zuvor beim Vorbeiflieg aus der Nähe gemacht hatte. Ein Foto vom Mars – eigentlich ein großartiger Erfolg für die Wissenschaft! Und doch war jene Aufnahme eine riesige Enttäuschung – denn ein Bild sagt mehr als tausend Worte, und jenes Bild der Marsoberfläche sagte den NASA-Vertretern: Der Mars ist ganz anders als gedacht – und vor allem ist er kalt und tot. Das Bild zeigte, dass es wohl kein weit verbreitetes Leben auf dem Mars gibt, was vor allem mit seiner Atmosphäre zusammenhängt. In dieser Folge erzählt Karl eine kleine Geschichte der Mars-Atmosphäre. Die Astronomen der Antike sahen beim Mars zunächst nicht mehr als einen rötlichen Wandelstern, der in Schleifen übers Firmament läuft. Und während auch die ersten Astronomen der Neuzeit nur wenige Details des Planeten in Erfahrung bringen konnten, so waren sie doch überzeugt: Der Mars ist eine belebte Welt, die der Erde ähneln sollte. Doch bis ins 20. Jahrhundert hinein wussten Forscherinnen und Forscher lediglich: Die Tage auf dem Mars sind vergleichbar lang wie auf der Erde (24 Stunden und 37 Minuten), der Planet besitzt vermutlich Polkappen und Jahreszeiten. Der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli hatte im 19. Jahrhunderte lange Linien beschrieben, die er canali nannte und die folgende Generationen über die Möglichkeit einer marsianischen Zivilisation spekulieren ließen. Doch die Voraussetzung für solches Leben auf dem Mars wäre, dass diese Außerirdischen Luft zum atmen hätten. Die Aufnahmen der NASA-Sonde Mariner 4 aus dem Jahr 1965 bereitete all diesen Mutmaßungen ein abruptes Ende: Auf ihnen erschien der Rote Planet als tote, kalte und tiefgefrorene Welt mit einer extrem dünnen Atmosphäre. Dass in der kaum vorhandenen Marsluft dennoch etwas passiert, wurde zwar früh erkannt, war aber nie genauer untersucht worden. Marsianische Wolken bestehen aus Eiskristallen und waren eher ein Störfaktor für Kameras, die eigentlich Krater, Canyons oder Flusstäler der festen Oberfläche fotografieren sollten. Erst 2018 gibt ein spanischer Doktorand Anlass, die Marswolken genauer zu untersuchen. Jorge Hérnandez-Bernal findet am Riesenvulkan Arsia Mons eine extrem lange Wolke, die über die letzten Jahrzehnte immer zu einer bestimmten Jahreszeit wiederkehrt. Diese Entdeckung von Hérnandez-Bernal motivierte ein Team um Daniela Tirsch vom Institut für Weltraumforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt genauer nachzusehen. Die europäische Raumsonde Mars Express hatte seit 2003 tausende Bilder gemacht. Und damit gelang etwas, was sich die NASA-Mitarbeitenden aus dem Jahr 1965 kaum hätten vorstellen können: der allererste Wolkenatlas einer außerirdischen Welt.

Je nach Masse beenden Sterne ihre Entwicklung auf unterschiedliche Weisen. Ein Stern wie unsere Sonne – eher klein, eher gelb – endet als Weißer Zwerg. Massereichere Sterne hingegen verwandeln sich in Neutronensterne, die dichtesten Gebilde im Universum. Nur den massereichsten Sternen ist das wohl spektakulärste Schicksal vorbehalten: Sie kollabieren zu einem Schwarzen Loch. Weiße Zwerge und Neutronensterne können Astronominnen und Astronomen problemlos im All beobachten – aber Schwarze Löcher? Wie sollte man ein Schwarzes Loch beobachten können, das seinem Namen wirklich alle Ehre macht, da schließlich noch nicht einmal Licht ihm entkommen kann? Schwarze Löcher sind per Definition unsichtbar. Nachdem Forschende im Jahr 1939 die Existenz von Schwarzen Löchern vorhergesagt hatten, blieben diese zunächst ein rein theoretisches Gebilde. Wenn überhaupt, beschäftigten sich Mathematiker und theoretische Physiker damit, vor allem waren das die Liebhaber der Allgemeinen Relativitätstheorie. Astronomen und Astrophysikerinnen hingegen kümmerten sich nicht um Schwarze Löcher – denn noch war sich niemand sicher, dass es sie tatsächlich gibt. Das sollte sich erst in den 1960er-Jahren ändern. Damals wurde klar, dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie nicht nur ein theoretisches Konstrukt ist, sondern sich auch an astronomischen Himmelsobjekten beobachten lässt. Da Schwarze Löcher eine Konsequenz aus der Allgemeinen Relativitätstheorie sind, stellte sich damit die Fragen, ob es sie tatsächlich gibt und falls ja, wie man sie überhaupt beobachten könnte. In dieser Folge erzählt Franzi, wie Astronominnen und Astronomen das erste Schwarze Loch entdeckt haben: eine helle Röntgenquelle namens Cygnus X-1 im Sternbild Schwan – und warum sie sich trotzdem lange Zeit nicht sicher sein konnten, dass es wirklich existierte.