Geheimnisse des Himmels
Das Alter des Universums
Woraus resultiert die Massenanziehung?
Wie werden neue Planeten entdeckt?
Lichtgeschwindigkeit
Das Hubble Space Telescope
Entfernung und Positionsbestimmung.
Teleskope in der Stratosphäre
Edwin Hubble
Berühmte Astronomen
Die Einstein-Rosen-Brücke
Glossar

 

Geheimnisse des Himmels

Seit Jahrtausenden schon betrachtet und erforscht der Mensch das Firmament.  Bereits in  der Steinzeit brachten die Menschen den Lauf der Sonne mit zyklisch wiederkehrenden  Wachstumsperioden  in  Verbin- dung. Seit etwa 6000 v.Chr. wurden sehr viele Gräber in Ost-West Richtung ausgerichtet,  also  der  Auf- und Untergänge von Sonne und Mond.  Um  3000  vor unserer  Zeitrechnung setzte  in  Nord- und  Mittel- europa der Bau kreisförmiger Monumente aus Stein und Holz ein, die astronomisch ausgerichtet waren und vielleicht Sonnenkulte diente. Chinesen und Inder, Ägypter und  Babylonier begannen zwischen 4000-3000 vor unserer Zeitrechnung mit systematischen  Beobachtungen des  Sternenhimmels.  Griechische Gelehrte leiteten seit etwa 600 v.Chr.ihr damals schon heliozentrisches Weltbild aus dem Lauf und den Erscheinun- gen der  Gestirne ab und  berechneten  unter anderem den  Erdumfang,  die  Entfernung  zwischen Sonne und Mond und die Erdrotation (Präzession). Astronomische Entdeckungen und Berechnungen prägten nicht nur ihre Wissenschaft,  sondern auch  den  Alltag in der  Antike  und im Mittelalter: als Beispiel sei hier nur auf den Kalender und die Schiffsnavigation verwiesen. Ursprünglich allein auf das begrenzte  Sehvermögen ihrer Augen angewiesen, waren bereits die "Sterngucker" im Altertum und Mittelalter darauf bedacht, ihren Horizont zu erweitern. Seit der Neuzeit wurden immer vielfältigere und  präzisere  Instrumente  entwickelt, mit denen der Himmel beobachtet,  vermessen und  kartographiert  werden  konnte (Fernrohre, Teleskope etc.). Das Paradoxon dabei war: Je  weiter  der  Mensch  in  das  Weltall  blicken  konnte,  um  so  größer schien es zu werden. Den Entdeckungen und Berechnungen der Planeten in den letzten  drei  Jahrhunder- ten folgte die Erkenntnis, dass noch  weitere  Galaxien  außerhalb  unseres  Sonnensystems  und  unserer Milchstraße existieren. Aus den "weiteren" wurden Milliarden, und niemand  kennt  bis  heute  ihre  genaue Zahl.

Das Alter des Universums

Bisher ging man von einem Alter des Universums von ca. 16 bis 20 Milliarden Jahren aus, jedoch behaupten neuerdings Astronomen nach Auswertung jüngster Daten des  Weltraumteleskops Hubble, dass das Universum nur 12  Milliarden Jahre alt ist. Es expandiert und wird stets weiter expandieren, wodurch die Entfernungen zwischen den Sternen und Galaxien immer größer werden wird. In 400 oder 500 Milliarden Jahren wird der nächtliche Himmel leer sein und man wird nur noch ein paar Nachbargalaxien sehen. Das Universum wird nicht kollabieren, wie bisher angenommen, sondern die Materie wird noch weitere "tausend Milliarden Milliarden Milliarden" Jahre lang existieren.
Dank der Hubble-Forschung sind die Astronomen in der Lage, mit 90%iger Genauigkeit zu berechnen, wie schnell das Universum expandiert - eine Rate, die als die "Hubble-Konstante" bezeichnet wird. Edwin Hubble war der erste, der in den zwanziger Jahren feststellte, dass sich die Galaxien voneinander entfernen, statt still im Weltraum zu schweben. Je weiter sie entfernt sind, je schneller bewegen sie sich weg Die "Hubble-Konstante" berechnet ihre Geschwindigkeit auf 50-100 km pro Sekunde pro Megaparsec Entfernung.
Ein Megaparsec liegt bei 3,26 Millionen Lichtjahren; in Kilometern sind das 32.000.000.000.000.000.000 km - eine Zahl mit 18 Nullen! Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.
Aufgrund dieser Konstante berechnete Hubble das Alter des Universums auf nur zwei Milliarden Jahre - denn die Teleskope seiner Zeit konnten nicht allzu weit blicken. Durch neue Entdeckungen mit Hilfe von im Weltraum stationierter Teleskope revidierte man die Zahl in den 90er Jahren auf 10-20 Milliarden. Aber auch daran kamen Zweifel auf. Sterne schienen plötzlich älter als das Universum selbst zu sein.
Nach neuesten Berechnungen beträgt das Alter des Universums "nur" 12 Milliarden Jahre. Um diese Zahl zu errechnen, hatten die Wissenschaftler 18 Galaxien beobachtet, die bis zu 65 Millionen Lichtjahre weit entfernt liegen, und sie mit Hilfe einer seltenen Gruppe von Pulsarsternen, den Cepheiden, kalibriert.

 

Woraus resultiert die Massenanziehung?

Die einzige korrekte Antwort auf die Frage nach der Massenanziehung, die wir derzeit darauf geben können, lautet: Keine Ahnung! Die größten Physiker der Gegenwart, wie der Brite Stephen Hawking oder der Amerikaner Steven Weinberg, arbeiten seit Jahrzehnten an dieser Frage. Sie ist nämlich gleichbedeutend mit der Suche nach der berühmten Weltformel: einer Theorie, die alle vier Grundkräfte auf der elementarsten, der Quantenebene vereint und so das gesamte Universum physikalisch erklärt. Von der Massenanziehung oder auch Gravitation ist bislang nur bekannt, wie sie sich auswirkt: Jeder Körper, der über eine Masse erfügt, übt diese Kraft auf andere massive Körper aus. Demnach zieht nicht nur die Erde uns Menschen an, sondern auch umgekehrt wir unseren Heimatplaneten, allerdings viel schwächer. Gravitation nimmt mit der Entfernung zwar ab, sie wirkt aber dennoch unendlich weiter - selbst bei kleinen Körpern wie einer Murmel. Wenn wir also auf der Erde eine Murmel werfen, ist diese Massenverschiebung theoretisch auch in 15 Milliarden Lichtjahren Entfernung, am Rand des beobachtbaren Universums, noch spürbar. Ein Ansatz der Astrophysiker ist es, die Gravitation mit "Austauschteilchen" zu erklären, winzigen Partikeln, die zwischen den Körpern hin und her fliegen und Kraft übermitteln. Doch diese so genannten Gravitationen konnte bislang noch niemand beobachten. Anders ist es bei den Austauschteilchen der drei Grundkräfte im Universum. Sie konnten durch physikalische Experimente nachgewiesen werden. Bei der so genannten starken Kraft sind es die Gluonen: Sie halten die Atomkerne zusammen, obwohl die darin enthaltenen positiv geladenen Protonen sich gegenseitig abstoßen.  Für die "schwache Kraft" sorgen die W- und Z-Bosonen. Sie bewirken, dass Neutronen in Positronen und negativ geladene Elektronen zerfallen, wobei letztere mit hoher Energie ausgestoßen werden. Dieses Phänomen kennen wir als Radioaktivität.
Bei der "elektromagnetischen Kraft" übermitteln Photonen die Kraft. Sie haben im Unterschied Gluonen und W- und Z-Bosonen keine Masse. Daher fliegen sie unendlich weit - nach der Theorie der Physiker - ab einem bestimmten Energie-Level zu einer einzigen Kraft; nur die Gravitation steht noch außen vor. Das beste Modell für diese Kraft ist die allgemeine Relativitätstheorie von Einstein. Demnach ziehen sich Massen gegenseitig an, weil sie die Raumzeit krümmen. Bislang konnte kein Wissenschaftler einen Fehler in dieser Theorie entdecken. Doch es ist auch nicht gelungen, sie zu "quantisieren", wie die Physiker sagen: die Gravitation, die wie Bosonen, Gluonen und Photonen zu der Gruppe der Quantenteilchen gehören, sind nach wie vor unentdeckt. Die Weltformel ist also immer noch unvollständig.

 

Wie werden neue Planeten entdeckt?

Gerade mal fünf Jahre ist es her, da hat der Mensch auf der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems erstmals Erfolg gehabt: Michel Mayor und Didier Queloz vom Genfer Observatorium entdeckten beim Stern 51 Pegasi im 47 Lichtjahre entfernten Sternbild Pegasus einen Trabanten, etwa 1400-mal so groß wie die Erde. Inzwischen  haben die Astronomen 50 weitere Planeten ausfindig machen können ­ und es werden immer mehr. Dabei können sie die Himmelskörper nicht direkt sehen, sondern schließen aus dem Verhalten des jeweiligen Muttersterns auf ihre Existenz. Sterne, in deren Umlaufbahn ein Planet kreist, wackeln nämlich hin und her. Das liegt an der Massenanziehung: Nicht nur der Stern zieht den Planeten an, sondern auch umgekehrt. Je näher am Stern und größer der Planet ist, desto deutlicher das Wackeln. Ist der Trabant von der Erde aus gesehen auf der rechten Seite des Sterns, dann scheint sich auch dieser nach rechts zu bewegen; Entsprechendes geschieht auf der linken Seite. Sogar wenn der Planet hinter oder vor dem Stern steht, lässt sich ein Unterschied in der Sternenposition erkennen. Allerdings verschiebt sich nicht der Lichtpunkt selbst, sondern die Linien in seinem  Lichtspektrum; daran kann ein Astronom erkennen, ob eine Lichtquelle sich auf ihn zu- oder von ihm wegbewegt. Bei einem der so genannten "Exoplaneten" gibt es sogar einen  zusätzlichen Beweis für seine Existenz: Er kreist 153 Lichtjahre entfernt auf einer Bahn, die ihn einmal pro Umlauf genau zwischen seinen Stern HD 209458 und die Erde bringt ­ und jeweils genau zu diesem Zeitpunkt verringert sich die Helligkeit des Sterns um 1,7 Prozent, weil er zum Teil verdeckt wird. Bei einigen Sternen stellten die Forscher zudem fest, dass sie unregelmäßig wackeln, wie zum Beispiel der Ypsilon Andromedae. Inzwischen ist klar, warum: An ihm "zerren" gleich drei Planeten, deren Gravitationskräfte sich überlagern. Der amerikanische Astronom Geoffrey Marcy vergleicht die Suche nach Exoplaneten mit dem Betrachten eines Strandes aus weiter Entfernung: "Zunächst haben wir nur die großen Findlinge ausmachen können ­ riesige Planeten noch größer als der Jupiter. In den letzten Monaten ist es gelungen, auch kleinere Felsbrocken zu identifizieren ­ Planeten in der Größe von Saturn. Für erdähnliche Planeten müssten wir jedoch einzelne Kieselsteinchen am Strand erkennen können." Um das zu erreichen, braucht man ein besseres Fernrohr. Darum wollen die Astronomen in fünf Jahren vier Teleskopeper Satelliten ins Weltall bringen, die dann im Verbund nach Planeten wie der Erde suchen sollen ­ Planeten, die vielleicht auch außerirdisches Leben beherbergen.
   
© Hans Magnus Solttauer

 

Lichtgeschwindigkeit

Nach der Relativitätstheorie von Albert Einstein ist die Lichtgeschwindigkeit nicht nur eine universelle Konstante mit gleichem Wert in allen Systemen, sondern die höchstmögliche zu erreichende Fortbewegungsgeschwindigkeit schlechthin. Das Licht legt in einer Sekunde knapp 300 000 Kilometer zurück, was einer siebeneinhalbfachen Umrundung der Erde entspricht.
Das Licht braucht: vom Mond etwas über 1 Sekunde
                          von der Sonne 8 Minuten
                          vom Jupiter 45 Minuten
                          vom Rand unseres Sonnensystems 5,5 Stunden
                          vom Orionnebel 1500 Jahre
                          zum Durchqueren unserer Galaxis ca. 100 000 Jahre
                          von den Magellanwolken 175 000 Jahre
                          von der am weitesten entfernten Galaxie 15 000 000 000 Jahre.
Das bedeutet u.a. auch, dass unsere Erde - selbst wenn sie noch so hell strahlen würde - in gut zwei Drittel des uns bekannten Universums gar nicht gesehen werden kann, denn sie ist gerade mal 5-6 Milliarden Jahre alt.
Allerdings ist umstritten, ob die Lichtgeschwindigkeit tatsächlich die höchstmögliche Geschwindigkeit ist, denn der US-Physiker Lijun Wang vom NEC-Forschungslabor hat etwas  geschafft, was laut Einstein unmöglich ist: Er beschleunigte einen Lichtimpuls auf die 300fache Lichtgeschwindigkeit - auf 90 Millionen Kilometer pro Sekunde. Das erreichte er, indem er eine Kammer mit gekühltem Cäsiumgas füllte und dessen Atome mit einem Laserstrahl anregte.
Dann schickte er einen aus verschiedenen Frequenzen zusammengesetzten Lichtstrahl hindurch. Das Licht durchraste die sechs Zentimeter lange Kammer 62 Nanosekunden schneller als die Lichtgeschwindigkeit "erlaubt". (weitere Info: http://www.neci.nj.nec.com/homepages/lwan/  oder hier: http://www.sciam.com/2000/0900issue/0900scicit6.html

 


Das Hubble Space Telescope

Noch nie ist der Mensch so tief ins Universum vorgedrungen wie mit dem Hubble Space Teleskope, dass als erstes im Weltall stationiertes Teleskop Aufnahmen von Galaxien, Quasaren u. Pulsaren sendet, zu denen vermutlich nie ein Mensch vordringen wird.
Das Hubble Space Telescope ist eines der kostenreichsten Projekte der modernen Raumfahrt. Vier Milliarden Dollar haben Entwicklung und Betrieb bisher verschlungen. Entscheidend für die Idee und Entwicklung des Hubble Space Telescope (HST) war ein Manko, das mit den herkömmlichen Teleskopen nicht zu umgehen war: der Ausblick auf die Sterne musste stets seinen Weg durch die Erdatmosphäre hindurch nehmen, welche das Bild von den Sternen nachhaltig trübt.
Um die natürliche Beeinträchtigung der Teleskopie durch die Atmosphäre zu überwinden, wurde das HST entwickelt, das nunmehr seit zwanzig Jahren die Erde außerhalb der Atmosphäre in rund 600 Kilometern Höhe umkreist.
Die Vorteile des HST im Luftleeren Raum im Vergleich zu den herkömmlichen auf der Erde stationierten Teleskopen lassen sich in vier Punkten zusammenfassen:
1. Schärfere Bilder.
2. Kontinuierliche Beobachtung.
3. Wesentlich höhere Lichtempfindlichkeit und damit Reichweite.
4. Höheres Farbspektrum.
Die Hubble-Aufnahmen sind somit für die Astronomie von hohem Nutzen. Zunächst hat das HST unser Wissen über einzelne Prozesse im Weltraum nicht nur wesentlich  erweitert, sondern gelegentlich sogar korrigiert. Beispiel aus unserem Sonnensystem sind etwa:
    - die erste Kartierung der Oberfläche des Planeten Pluto
    - die Entdeckung von Sauerstoff auf den Jupitermonden Europa u. Ganymed
    - die Beobachtung turbulenter Atmosphären u. erdgroßer Sandstürme auf Jupiter u. Saturn.
Noch bedeutsamer sind die Erkenntnisse, die wir aus anderen Galaxien gewinnen konnten:
    - massive schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien sind eher Regel als Ausnahme
    - Gashüllen um sterbende Sterne zeigen einen unerwarteten komplexen Aufbau
    - täglich entstehen in der Milchstraße neue Planeten
    - es existieren auch außerhalb unserer Galaxie sog. schwere Elemente, was die Wahrscheinlichkeit für Planeten und Leben im All erhöht.
Somit kann man sagen, dass das HST mit seiner bislang unerreichten Sehweite von mehr als 15 Milliarden Lichtjahren, neue Stationen in der Entwicklungsgeschichte des All  sichtbar gemacht hat. So bestätigt die Spektrenanalyse des Lichtes weit entfernter Galaxien die von Edwin Hubble aufgestellte Theorie der Rotverschiebung. Die Bilder des HST sind ein Beleg dafür, dass das Weltall expandiert. Unterstützt wird die These vom Urknall unter anderem auch durch Aufnahmen von Quasaren - strahlendhelle Kerne von Galaxien mit ungeheuren Energieausschüttungen.
Andererseits erlaubt uns das HST auch einen Blick in die Zukunft. Beobachtungen von Galaxien, die unserer Milchstraße sehr ähnlich, aber ungleich älter sind, lassen  Rückschlüsse auf die künftige Entwicklung unseres Sonnensystems zu. So hat das HST in sterbenden Galaxien Fotos von alternden Sternen geschossen, die sich in ihrem Endstadium ausdehnen und in bizarre Skulpturen verwandeln. Diese Prozesse laufen wesentlich komplexer und vielfältiger ab, als bisher angenommen. Diese Beobachtungen lassen sich auf unsere Sonne übertragen. Auch sie dehnt sich ständig weiter aus und eines Tages wird sie etwa 200mal größer als heute sein. Die dann ausgestrahlte Hitze wird die Erde verbrennen und die Atmosphäre verdunsten lassen.
Aber damit ist in frühestens fünf Milliarden Jahren zu rechnen.

 

Das Hubble Space Telescope, ein Gemeinschaftsprojekt der ESA und der NASA, ist ein reflektierendes, 2,4 Meter langes und 13 Tonnen schweres Teleskop. Es besteht aus mehreren Komponenten, die durch ein hohes Maß an Präzision, reibungsloses Funktionieren gewährleisten:
   - Optische Instrumente (Primär- u. Sekundärspiegel)
   - Wissenschaftliche Instrumente (3 Kameras, 2 Spektrographen, hochempfindliche Steuersensoren, die Wide Field/Planetary Camera-WFPC2 u. der Space Telescope Imaging  Spectrograph-STIS)
   - Technische Hilfsinstrumente (Solarzellen, Wärmekontrollsystem, Bordcomputer, folienartige Umkleidung = Isolationsmaterial, Heizmechanismen).

 

Entfernung und Positionsbestimmng

Astronomische Objekte werden im wesentlichen durch zwei Kategorien bestimmt: zum einen durch die Helligkeit, gemessen in Größenklassen, die häufig über die Entfernung von der Erde Aufschluss geben (nicht von ungefähr ist ein Lichtjahr eine Längeneinheit); zum anderen durch die Position, die mit dem klassischen Winkelmaß des Grades berechnet wird.
Ein Grad wiederum wird in 60 Bogenminuten unterteilt (Kurzzeichen: das Apostroph, also 1°=60`). Zerlegt man eine Bogenminute ihrerseits in 60 Teile, so erhält man die Bogensekunde (1`=60``). Derart genaue Maßangaben sind bei den Milliarden Sternen, die exakt kartografiert werden müssen, in der Astronomie alltäglich.

 

Teleskope in der Stratosphäre

Seit einigen Jahren gibt es neue Strategien der Weltraumbeobachtung: Fernlenkbare, von Ballons getragene Teleskope in der Stratosphäre (12-50 Km Höhe) unseres Planeten. Die Stratosphäre bietet aus mehreren Gründen weltraumähnliche Beobachtungsbedingungen: Einerseits ist fast der gesamte Wasserdampf der Atmosphäre (über 99%), der für eine Zerstreuung der einfallenden Lichtstrahlen verantwortlich ist, in der unteren Troposphäre konzentriert; auch störende Witterungsbedingungen entfallen.
Außerdem lässt sich in dieser Höhe auch noch Infrarotstrahlung registrieren, so dass das Farbenspektrum der Aufnahme wesendlich erweitert wird. Von der Qualität und Reichweite der Stratosphärenteleskope erwarten manche Wissenschaftler ähnliche, wenn nicht sogar noch bessere Ergebnisse als vom Hubble Space Telescope. Der Ausschlaggebende Vorteil der Stratosphäreteleskope besteht freilich in der kostengünstigeren Handhabung und Wartung. Um Reparaturen vorzunehmen oder Instrumente auszutauschen, müssen die Ballons lediglich an ihren Schnüren wieder eingeholt werden. Eine Sinnvolle Alternative allemal.

 

Edwin Hubble

Edwin Powell Hubble (1889-1953) war einer der bekanntesten, wenn nicht sogar der bekannteste Astronom unseres Jahrhunderts. Der Forscher aus dem US-Bundesstaat Missouri hat bereits früh, im Alter von acht Jahren, seine Leidenschaft für die  Astronomie entdeckt. An der Universität von Chicago begann 1906 seine akademische Laufbahn als Astronom, die ihn später auch nach Oxford führen sollte. Hubble, der schon zu Lebzeiten als Experte und anerkannte Größe auf seinem Fachgebiet galt, war eng befreundet mit berühmten Zeitgenossen wie Albert Einstein und Aldous Huxley. Seine wichtigsten Entdeckungen machte er mit dem damals größtem Teleskop der Welt auf dem Mount Wilson in Pasadena (Kalifornien). Hubbles Forschungsergebnisse haben unsere Kenntnisse vom Universum grundlegend verändert.
So entdeckte er u.a.:
    - andere Galaxien existieren außerhalb unserer Milchstraße
    - das Weltall dehnt sich aus (Expansion)
Letztere Erkenntnis verdankt der Astronom seiner Theorie der Rotverschiebung: diese geht aus von der Prämisse, dass die Helligkeit weit entfernter Galaxien in der Regel als  Maß für deren Entfernung gelten kann. Bei derart großen Sternenansammlungen bildet sich nämlich ein Mittelwert über alle Lichtstärken der zugehörigen Einzelsterne. Davon  ausgehend, übertrug Hubble das akustische Phänomen des Doppler Effekts - demzufolge die Frequenz und damit auch die Wellenlänge eines Tons sich verändern, sobald sich Geräuschquelle und Zuhörer aufeinander zu (kurzwellig) bzw. von einander weg bewegen (längerwellig) - auf das Licht. Mit anderen Worten: Je weiter sich Sterne von der Erde entfernen, desto rötlicher erscheint ihr Licht (Rot gehört zu den längerwelligen, energieärmeren Bereichen  des  elektromagnetischen Spektrums).
Und in der Tat waren bei den Galaxien, deren Licht mit der geringsten Intensität registriert wurde, die Linien ihres Spektrums am stärksten ins Rot verschoben. Eine  Spektralanalyse des Firmaments in allen Himmelsrichtungen ergab, dass sich fast alle lichtschwachen Himmelskörper von der Erde fortbewegen. Hubble entdeckte darüber hinaus die Formel, mit der auch heute noch die Geschwindigkeit der auseinanderstrebenden Sterne berechnet wird. Seine Erkenntnis, dass das Weltall expandiert, bildet die Grundlage der späteren Theorie vom Urknall.

 

Berühmte Astronomen

Der griechische Astronom Hipparch (190-125 v.Chr.)  gilt als Begründer der streng wissenschaftlichen, nicht auf Spekulation beruhenden Astronomie. Er erstellte die ersten umfassenden Sternenkataloge, der die Position von 850 Fixsternen enthielt. Er entdeckte auch die Präzession des Frühlingspunktes.

Claudius Ptolemäus (100-160 n.Chr.), Vollender der antiken Astronomie, Vertreter des geozentrischen Systems, erklärte die Schleifenbewegung der Planeten.

Nikolaus Kopernikus (1473-1543), Domherr und Astronom. Zweifelte an der Richtigkeit des bisherigen geozentrischen Weltbildes u. der Theorie der Planetenbewegung. Stellte fest, dass die Erde sich nicht nur um sich selbst, sondern mit den anderen Planeten um die Sonne dreht.

Galileo Galilei (1564-1642) Italiener, erbrachte durch Beobachtungen die Richtigkeit der kopernikanischen Lehren. 1608 hatte der holländische  Brillenmacher  Hans  Lippershey das erste Fernrohr gebaut, das Galilei erstmals zu astronomischen Beobachtungen einsetzte. Er entdeckte die Ringgebirge und Ebenen auf dem Mond, die Sonnenflecken, die Lichtgestalten der Venus, die  Sternengestalt der Milchstraße und die Monde des Jupiter. Betrachtete das Jupitersystem quasi als Abbild des Sonnensystems und argumentierte die Richtigkeit des kopernikanischen heliozentrischen Weltbildes.

Johannes Kepler (1571-1642) Mathematiker, beantwortete die bei Galilei noch offene Frage, auf welcher Wese sich die Planeten um die Sonne bewegen. Er fand 1609 bei der Auswertung zahlreicher sehr genauer Beobachtungsdaten des dänischen Astronomen Tycho Brahe (1546-1630) die ersten fehlerfreien mathematischen Beschreibungen der Planetenbewegung, die Keplerschen Gesetze. Danach bewegen sich:
        1.  die Planeten auf Ellipsenbahnen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht,
        2.  überstreicht bei jedem Planeten der Leitstrahl von der Sonne zum Planeten in
             gleichen Zeiten gleiche Flächensektoren.
        3.  Gesetz, wonach die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten sich zueinan-
            der verhalten wie die dritten Potenzen der großen Halbachse.
Die Keplerschen Gesetze boten zwar eine korrekte mathematische Beschreibung für die beobachteten Bewegungsvorgänge im Sonnensystem, sagten aber nichts über die Ursachen aus.
Das heliozentrische Weltbild fand deshalb nur langsam Anerkennung u. wurde von Seiten der geistlichen und weltlichen Autorität bekämpft. Galilei wurde von der Inquisition der Prozess gemacht und unter Hausarrest gestellt.

Isaac Newton (1643-1727)beantwortete mit der Entdeckung der Kraft, der alle Himmelskörper unterworfen sind und die kosmischen Systeme zusammenhält, die Frage nach der Ursache der Bewegungsvorgänge im Sonnensystem. 1687 veröffentlichte er sein Gravitationsgesetz.
Durch Galilei, Kepler und Newton wurde die Astronomie zu einer modernen Naturwissenschaft, die auf Mathematik und Physik fußt.

Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822),ehemaliger Militärmusiker, aus Hannover nach England übergesiedelt, entdeckte mit seinen selbstgebauten leistungsstarken Fernrohren 1781 den Planeten Uranus und erweiterte damit die Grenzen des Sonnensystems. Untersuchungen u. Überlegungen zum Aufbau der Milchstraße und zur Verteilung der Sterne im Weltraum. Parallel zu ihm entwickelten Immanuel Kant (1724-1804) und Pierre Simon de Laplace (1749-1827) die ersten Theorien zur Entstehung des Sonnensystems.

Urbain Jean Joseph Leverrier (1811-1877) und John Couch Adams (1819-1892) schlossen aus den Bahnstörungen des Uranus auf einen weiteren unbekannten Planeten und errechneten dessen Bahn, was 1846 zur Entdeckung des Neptun durch Johann Gottfried Galle (1812-1910) in Berlin führte. Zum ersten Mal wurde ein Himmelskörper quasi am Schreibtisch entdeckt.

Zuverlässige Angaben bezüglich der räumlichen Verteilung im Weltraum und der Entfernung von Sternen waren durch die Messung der ersten Sternenparallaxe durch Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846)möglich.

Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) und Robert Bunsen (1811-1899) führten 1859 die Spektralanalyse des Lichts in der Physik ein, wodurch innerhalb kurzer Zeit ein ganzes Arbeitsgebiet der Astronomie entstand: die Astrophysik. Nun konnten auch die von Joseph von Fraunhofer (1787-1826) entdeckten dunklen  Linien im Sonnenspektrum erklärt werden.

Die ersten Jahrzehnte des 20. Jahrhunderts brachten gerade der theoretischen Astrophysik entscheidende Fortschritte. Zwischen 1909 und 1913 fand Ejnar Hertzsprung (1873-1967) und  Henry Noris Russell (1877-1957) den Zusammenhang zwischen den Photosphärentemperaturen und den Leuchtkräften der Sterne, die im sogenannten Hertzsprung-Russell-Diagramm dargestellt werden. Der deutsche Astrophysiker Albert Einstein (1879-1955) revolutionierte mit seiner speziellen (1905) und  allgemeinen Relativitätstheorie (1916) unsere gesamten Vorstellungen von Raum und Zeit sowie der Erzeugung von Energie.
Dem britischen Astrophysiker
 Arthur Stanley Eddington (1882-1944) gelang es 1926, eine bis heute gültige Theorie des Sternenaufbaus zu erarbeiten, und nur zwölf Jahre später erklärten die deutschen Physiker Hans Albrecht Bethe (*1906) und Carl Friedrich von Weizsäcker (*1912) die Kernfusion als den Motor der Energieerzeugung in den Sternen.

Edwin Hubble (1898-1953) entdeckte, dass außerhalb unserer Milchstraße unzählige andere Galaxien existieren und dass das Weltall sich ausdehnt (Expansion). Letztere  Erkenntnis verdankt der Astronom seiner Theorie der Rotverschiebung.
Die vorläufige Grenze unseres Sonnensystems definierte 1930
Clyde William Tombaugh (*1906) am Lowell-Observatorium mit der Entdeckung des neunten Begleiters unserer Sonne, dem Planeten Pluto.

 

Die Einstein-Rosen-Brücke

Albert Einstein und Nathan Issak Rosen formulierten vor einem  halben  Jahrhundert  die  Theorie, dass Raumschiffe mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 250 000 km/sec in das Gravitationsfeld eines Schwar- zen Lochs eintreten könnten, wonach sich ein  600  Quadratmeter  großes "Sternentor" öffnen lässt um in die Zeitlose Passage des  Universums  einzutreten.  Innerhalb dieser zeitlosen Passage - so  die  Einstein- Rosen-Theorie - könnte  man  von  einem  Ende  zum  anderen  Ende  des  Universums,  beliebig  hin  und herreisen.

 

Glossar

 

 

Asteroid (auch Planetoid) Kleiner, meist in großen Gruppen oder Asteroidengürteln auftretender Himmelskörper, vermutlich
Trümmer von zerstörten 
>Planeten oder >Kometen. Im Unterschied zu >Meteoriten meist in der Umlaufbahn von >Sternen oder Planeten

 

Cluster. Dichte Anhäufung von Gestirnen.

 

Doppelsternensysteme. Zwei eng benachbarte >Sterne samt ihren Trabanten, aus großer Entfernung oft nur als einziger Stern wahrzunehmen (z.B. der Polarstern).

 

Galaxie, Galaxis. Um einen Kern angeordnetes (meist spiralförmig o. elliptisch) System aus >Milchstraße, >Sternen u. >Nebel.

Grad Celsius (C)/Fahrenheit(F)/Kelvin(K).
Temperaturmaßeinheiten. Im unterschied zu der in Mitteleuropa geläufigen Gradeinteilung nach Celsius liegt der Gefrierpunkt des Wassers auf der in Großbritannien und den USA gebräuchlichen Fahrenheit-Skala bei 32°, während der Siedepunkt bei 212° erreicht ist. Umrechnungsformel: 1(F)=1,80x(C)-32
Die Kelvin-Skala entspricht der Einteilung nach Celsius, nur der Nullpunkt ist zugleich der absolute Nullpunkt der Temperatur (-273°C)

 

Kometen. Himmelskörper, der sich im >Sonnensystem auf exzentrischer Bahn um die Sonne bewegt.

 

Meteoriten. Kometen- oder Planetentrümmer in einem >Sonnen-
system, der ziellos umherschwirrt, bis er - angezogen durch die Gravitation - auf einen
>Planeten einschlägt.

Milchstraße. Formlose, aus unzähligen >Sonnensystemen und >Sternen zusammengesetzte Sternengruppe, am Firmament als schwachleuchtendes "milchiges" Band zu erkennen. Eine Ansammlung von Milchstraßen, die sich wiederum um einen zentralen Stern gruppieren, nennt man auch Milchstraßensystem oder >Galaxis.

 

Nebel (planetarische). Gebilde aus Gas- und Staubwolken, die oft von einem hellen, sterbenden >Stern abgegeben und beleuchtet werden.

Neutronenstern. Kleiner, extrem dichter >Stern, der auf grund seines hohen Anteils von Neutronen als Endprodukt eine >Supernova angesehen wird.

 

Quasar. Extrem heller Galaxienkern mit starker Radiofrequenz.

 

Planeten. Himmelskörper, der in einem >Sonnensystem die Sonne in regelmäßigen, meist elliptischen Bahnen umkreist.

Pulsar. Schnell rotierender >Neutronenstern, der in regelmäßigen Abständen für kurze Dauer Radiostrahlen emittiert und deshalb wie eine "Boje" im Meer des Universums erscheint.

 

Roter Riese. Rötliche Sterne mit geringer Temperatur im Endstadium, in  seinem Inneren aufgrund thermonuklearer Prozesse (Wasserstoffverbrennung) zu gigantischer Größe aufbläht; kollabiert später nicht selten zu einem Weißen Zwerg.

 

Schwarzes Loch. In sich zusammengestürzter Stern, der unsichtbar bleibt, weiter aufgrund seiner extrem verdichteten Masse ein so starkes Gravitationsfeld bildet, dass er alle umgebende Materie - einschließlich des Lichts - anzieht.

Sonnensystem. Durch Gravitation einer Sonne zusammengehaltenes System aus Planeten, Trabanten, Kometen, Meteoriten und interstellare Materie.

Stern. Massive, heiße, selbständig leuchtende Gaskugel.

Supernova. Sterneneruption, bei der ein Teil oder der ganze Stern explodiert; meist Resultat eines sterbenden Sterns, der sein Gravitationsgleichgewicht nicht mehr halten kann.

 

Trabant. Himmelskörper, der einen Planeten umkreist.

 

Weißer Zwerg. Stern mit kleinem (planetengroßen) Durchmesser, aber hoher Helligkeit und Dichte; nicht selten hervorgegangen aus einem Roten Riesen, der sein Wasserstoffgehalt durch Kernreaktionen aufgebraucht hat und darauf kollabiert ist.

 

 

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