Das eindrucksvolle Universum
So geheimnisvoll und doch so wunderschön
ZU DIESER Jahreszeit lockt der Abendhimmel mit funkelnder Pracht. Hoch oben zeichnet sich der gewaltige Orion ab, der an Januarabenden von Anchorage (Alaska) bis Kapstadt (Südafrika) gut sichtbar ist. Wie lange ist es her, daß wir einen Blick auf die Himmelskostbarkeiten bekannter Sternbilder wie des Orion werfen konnten? Astronomen gelang dies mit Hilfe des unlängst reparierten Hubble-Raumteleskops.
Unterhalb der drei Gürtelsterne hängt das Schwert des Orion herab. Der verschwommene Lichtfleck in der Mitte des Schwertes ist alles andere als ein Stern, es ist der berühmte Orionnebel, der, selbst durch ein kleines Teleskop betrachtet, von bestrickender Schönheit ist. Doch es ist nicht sein Leuchten, das ihn für professionelle Astronomen so reizvoll macht.
„Der Orionnebel mit seinen vielen jungen Sternen ist ein Forschungsobjekt der Astronomen, weil er in unserem Teil der Galaxis die größte und aktivste Region der Sternentstehung ist“, berichtete Jean-Pierre Caillault in der Zeitschrift Astronomy. Offenbar ist der Nebel so etwas wie eine kosmische „Entbindungsstation“. Auf den vom Orionnebel gemachten Aufnahmen des Hubble-Raumteleskops, die nie zuvor gesehene Details wiedergeben, entdeckten die Astronomen nicht nur Sterne und leuchtendes Gas, sondern auch etwas, was Caillault als „unscharfe, kleine ovale Gebilde“ beschreibt, als „orangefarbene Kleckse. Es sieht aus, als hätte jemand versehentlich einige Krümel seines Mittagessens auf das Foto fallen lassen.“ Wissenschaftler führen sie jedoch nicht auf eine fehlerhafte Bildentwicklung in der Dunkelkammer zurück, sondern halten sie für „protoplanetare Scheiben, neue, in der Entstehung befindliche Sonnensysteme, aus einer Entfernung von 1 500 Lichtjahren gesehen“. Werden Sterne oder sogar ganze Sonnensysteme im Orionnebel geboren? Viele Astronomen sind dieser Ansicht.
Von der „Entbindungsstation“ zum „Sternengrab“
Das Sternbild Taurus oder Stier grenzt an den Orion. Mit einem kleinen Teleskop läßt sich an der Spitze des südlichen Horns des Stiers ein matter Lichtfleck ausmachen. Er wird als Krebsnebel bezeichnet, und durch ein starkes Teleskop betrachtet, sieht er aus wie eine gerade stattfindende Explosion. (Siehe Foto auf Seite 9.) Wenn der Orionnebel eine Säuglingsstation der Sterne ist, dann könnte der in der Nähe befindliche Krebsnebel das Grab eines Sterns sein, der einen unvorstellbar gewaltsamen Tod erlitt.
Von diesem kosmischen Kataklysmus war womöglich in einem Bericht chinesischer Astronomen die Rede, die einen „Gaststern“ im Taurus beschrieben, der am 4. Juli 1054 plötzlich am Himmel erschien und so hell leuchtete, daß er 23 Tage tagsüber sichtbar blieb. „Einige Wochen lang strahlte der Stern mit der Kraft von ungefähr 400 Millionen Sonnen“, bemerkte der Astronom Robert Burnham. Astronomen bezeichnen solch einen spektakulären „Selbstmord“ eines Sterns als eine Supernova. Selbst heute noch, nahezu tausend Jahre später, rasen die Trümmer mit einer geschätzten Geschwindigkeit von 80 Millionen Kilometern am Tag durchs All.
Das Weltraumteleskop Hubble hat auch den Krebsnebel unter die Lupe genommen; es hat tief in sein Zentrum hineingespäht und „Einzelheiten entdeckt, mit denen Astronomen nie gerechnet hätten“, so die Zeitschrift Astronomy. Wie der Astronom Paul Scowen sagte, werden die Entdeckungen „den Theoretikern unter den Astronomen eine ganze Zeit lang Kopfzerbrechen bereiten“.
Astronomen wie der an der Harvarduniversität tätige Robert Kirshner meinen, es sei wichtig, über Relikte einer Supernovaexplosion wie den Krebsnebel Bescheid zu wissen, weil sich durch sie die Entfernung zu anderen Galaxien messen lasse, ein Gebiet, das momentan gründlich erforscht wird. Wie bereits erläutert, haben Unstimmigkeiten über die Entfernungen zu anderen Galaxien unlängst eine lebhafte Debatte über das Urknallmodell, das die Entstehung des Universums erklären soll, entfacht.
Hinter dem Stier, im Januar in der nördlichen Hemisphäre am Westhimmel noch sichtbar, ist ein schwacher Schein im Sternbild Andromeda zu erkennen. Dabei handelt es sich um den Andromedanebel — eine Spiralgalaxie und das am weitesten entfernte Himmelsobjekt, das mit bloßem Auge erkennbar ist. Die Wunderwerke Orion und Stier befinden sich sozusagen in unserem kosmischen Hinterhof, nur einige tausend Lichtjahre von der Erde entfernt. Wer den Andromedanebel betrachtet, schaut jedoch schätzungsweise zwei Millionen Lichtjahre weit zu einer Riesenspiralgalaxie hinauf, die unserer Galaxis, der Milchstraße, ähnelt, aber mit einem Durchmesser von etwa 180 000 Lichtjahren noch größer ist. Das sanfte Licht des Andromedanebels, das unsere Augen erreicht, kann über zwei Millionen Jahre alt sein.
In den letzten Jahren haben Margaret Geller und andere sich das ehrgeizige Ziel gesteckt, alle uns umgebenden Galaxien in drei Dimensionen zu kartographieren, und die Ergebnisse haben ernste Fragen in Verbindung mit der Urknalltheorie aufkommen lassen. Statt einer gleichmäßigen Verteilung von Galaxien im Kosmos haben die Weltraumkartographen einen „Galaxienwandteppich“ gefunden, dessen Strukturen sich über Millionen Lichtjahre erstrecken. „Wie dieser Teppich aus der nahezu gleichförmigen Materieverteilung im frühen Universum gewebt wurde, ist eine der dringlichsten Fragen in der Kosmologie“, hieß es in einem neueren Bericht der angesehenen Fachzeitschrift Science.
Bei unserem Blick in den Abendhimmel im Monat Januar sind uns nicht nur sofort atemberaubende Schönheiten aufgefallen, sondern es sind auch Rätsel und Fragen über die eigentliche Beschaffenheit und den Ursprung des Universums aufgetaucht. Wie begann das Universum? Wie konnte sich eine solche Komplexität herausbilden? Was wird mit den Himmelswundern in Zukunft geschehen? Kann uns irgend jemand eine Antwort darauf geben? Wir werden sehen.
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Wie können sie die Entfernung bestimmen?
Wenn Astronomen sagen, der Andromedanebel sei zwei Millionen Lichtjahre entfernt, stützt sich diese Vermutung auf den jetzigen Wissensstand. Bisher hat niemand eine Methode entdeckt, solche gigantischen Entfernungen direkt zu messen. Die Entfernungen zu den erdnächsten Sternen — die ungefähr 200 Lichtjahre entfernt sind — lassen sich mit Hilfe der Sternparallaxe direkt messen, was einfache trigonometrische Berechnungen einschließt. Das funktioniert jedoch nur bei Sternen, die der Erde so nahe sind, daß sie — während die Erde die Sonne umkreist — eine scheinbare Bewegung vollführen. Die meisten Sterne sowie alle Galaxien sind hingegen viel weiter entfernt. Hier beginnen die Vermutungen. Selbst bei relativ erdnahen Sternen wie dem bekannten rötlichen Riesenstern Beteigeuze im Sternbild Orion ist man auf Vermutungen angewiesen — seine geschätzte Entfernung schwankt von 300 bis über 1 000 Lichtjahren. Daher sollte es nicht überraschen, daß unter Astronomen hinsichtlich millionenfach größerer Entfernungen Meinungsverschiedenheiten bestehen.
[Kasten auf Seite 8]
Supernovä, Pulsare und schwarze Löcher
Im Zentrum des Krebsnebels befindet sich eines der geheimnisvollsten Objekte des bekannten Universums. Nach Beschreibung von Wissenschaftlern rotiert das winzige Überbleibsel eines kollabierten Sterns, das eine enorme Dichte aufweist, 30mal in der Sekunde und gibt eine Radiostrahlung ab, die zum ersten Mal 1968 auf der Erde ausgemacht wurde. Man nennt es einen Pulsar — ein rotierender Supernovaüberrest, der so stark zusammengepreßt wurde, daß aus den Elektronen und den Protonen der Atome des Ausgangssterns Neutronen entstanden. Nach Ansicht von Wissenschaftlern war der Pulsar einst der massereiche Kern eines Riesensterns wie des Beteigeuze oder des Rigel im Sternbild Orion. Als der Stern explodierte und seine äußeren Hüllen ins All geschleudert wurden, blieb nur der geschrumpfte Kern übrig, dessen Feuer längst erloschen war, einem weißglühenden Stück Steinkohle gleich.
Stellen wir uns vor, ein Stern mit der doppelten Masse der Sonne würde auf eine Kugel mit einem Durchmesser von 15 bis 20 Kilometern zusammengepreßt werden. Oder die Erde würde auf einen Durchmesser von 120 Metern zusammengepreßt werden. Ein Kubikzentimeter dieser Materie wöge mehr als 1 Milliarde Tonnen.
Doch es gibt noch mehr zum Thema komprimierte Materie zu sagen. Würde die Erde auf die Größe einer Murmel zusammenschrumpfen, wäre das Erdgravitationsfeld schließlich so stark, daß ihm nicht einmal Licht entkäme. Die winzige Erde würde in einem schwarzen Loch zu verschwinden scheinen. Zwar glauben die meisten Astronomen, daß es schwarze Löcher gibt, doch bis jetzt ist ihre Existenz noch nicht nachgewiesen worden, und offenbar gibt es doch nicht so viele, wie man vor einigen Jahren dachte.
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Sind die Farben echt?
Wer den Himmel mit einem kleinen Teleskop absucht, ist häufig enttäuscht, wenn er zum ersten Mal eine berühmte Galaxie oder einen bekannten Nebel ausmacht. Wo sind die wunderschönen Farben geblieben, die man von Fotos her kennt? „Die Farben der Galaxien kann das menschliche Auge nicht direkt wahrnehmen, nicht einmal mit Hilfe der größten existierenden Teleskope, denn ihr Licht ist zu schwach, als daß es die Farbempfänger der Retina anregen könnte“, schreibt der Astronom und Wissenschaftsautor Timothy Ferris. Daher sind einige zu dem Schluß gekommen, daß die wunderschönen Farben auf Fotos vom Kosmos vorgetäuscht sind, während des Entwickelns einfach irgendwie hinzugefügt. Das ist aber nicht der Fall. „Die Farben selbst sind real, und die Photographien stellen die besten Ergebnisse der Astronomie dar, sie getreu wiederzugeben“, schreibt Ferris.
In seinem Buch Galaxien erklärt er, die Fotos von matt scheinenden entfernten Objekten wie Galaxien oder den meisten Nebeln seien „Zeitaufnahmen, die man erhält, indem man das Teleskop auf eine Galaxie richtet und eine photographische Platte bis zu einigen Stunden lang belichtet, während deren das Sternenlicht in die photographische Emulsion eindringen kann. Während dieser Zeit gleicht ein Drehmechanismus die Rotation der Erde aus und richtet das Teleskop auf die Galaxie aus; der Astronom oder in einigen Fällen ein automatisches Führungssystem bringen dann winzige Korrekturen an.“
[Diagramm/Bilder auf Seite 7]
(Genaue Textanordnung in der gedruckten Ausgabe)
1 Das Sternbild Orion, das im Monat Januar weltweit ein vertrauter Anblick am Himmel ist
2 Der Orionnebel — eine gelungene Großaufnahme des diffusen „Sterns“
3 Befindet sich im Zentrum des Orionnebels eine kosmische „Entbindungsstation“?
[Bildnachweis]
#2: Astro-Foto — Oakview (Calif.)
#3: C. R. O’Dell/Rice University/NASA-Foto
[Bild auf Seite 9]
Der Andromedanebel ist das am weitesten entfernte Objekt, das mit dem bloßen Auge erkennbar ist. Seine Rotationsgeschwindigkeit scheint gegen das Newtonsche Gravitationsgesetz zu verstoßen und läßt Fragen zur dunklen Materie entstehen, die mit Teleskopen nicht auszumachen ist.
[Bildnachweis]
Astro-Foto — Oakview (Calif.)
[Bild auf Seite 9]
Der Krebsnebel im Sternbild Taurus — ein Sternengrab?
[Bildnachweis]
Bill und Sally Fletcher
[Bilder auf Seite 10]
Oben: Das Wagenrad, eine Ringgalaxie; eine kleinere Galaxie stieß mit ihr zusammen, raste durch sie hindurch und ließ einen blauen Ring von Milliarden junger Sterne zurück, die das Wagenrad umgeben
[Bildnachweis]
Kirk Borne (ST Scl) und NASA
Unten: NGC 6543; die komplizierten Strukturen lassen sich ganz einfach damit erklären, daß sich zwei Sterne umkreisen
[Bildnachweis]
J. P. Harrington und K. J. Borkowski (University of Maryland) und NASA