• vom 04.01.2014, 09:00 Uhr

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Astronomie

Der auslotbare Weltraum




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Von Christian Pinter

  • Das im Dezember 2013 gestartete europäische Weltraumobservatorium Gaia identifiziert
  • Sternenströme und kartiert eine Milliarde
  • Sonnen in unserer Milchstraße.



Das stolze Weltraumobservatorium der Europäer sieht so aus, wie sich manche Zeitgenossen "fliegende Untertassen" vorstellen. Das liegt am zehneinhalb Meter weiten Sonnenschirm, der die Instrumente im Gehäuse darüber in stetem Schatten hält. Sie fürchten jeden Sonnenstrahl wie ein Vampir. Die Erwärmung hätte Materialausdehnungen zur Folge, die wiederum die Messgenauigkeit beeinträchtigen würden. Dank des Schirms bleibt die Temperatur verlässlich unter minus 100 Grad C.


Der Start erfolgte am 19. Dezember 2013 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana aus. Eine Sojus-Rakete und die ebenfalls aus Russland stammende Fregat-Oberstufe sorgten für den nötigen Schub, um die "Untertasse" auf Kurs zu ihrem Arbeitsplatz zu bringen. Sie wird diesen speziellen Ort rund 1,5 Millionen Kilometer außerhalb der Erdbahn in den nächsten Tagen erreichen. Kleine Stickstoff-Düsen versetzen sie dann in gemächliche Rotation, damit ihre beiden Teleskope in den nächsten fünf Jahren jeden Punkt rund 70 Mal ins Visier nehmen können.

Dicker Sternenkatalog

Die Galaxie M 83: So könnte unsere Milchstraße aussehen.

Die Galaxie M 83: So könnte unsere Milchstraße aussehen.© ESO Die Galaxie M 83: So könnte unsere Milchstraße aussehen.© ESO

Auf den ersten Blick scheint der Name der griechischen Erdgöttin schlecht gewählt. Denn mit der Erdbeobachtung hat die Mission "Gaia" nichts zu tun. Ihr Metier ist vielmehr der Sternenhimmel. Aber der soll ja einst von der göttlichen Gaia erschaffen worden sein, um sie selbst zu bedecken. Der Sternenreichtum wird nun von einer Kamera mit 930 Megapixeln abgelichtet; das ist 50 Mal mehr als eine handelsübliche Spiegelreflexkamera bietet. Die anderen Instrumente Gaias zeichnen Helligkeit, Farbe und Spektren der Sterne auf.

Das ESA-Weltraumobservatorium Gaia vermisst grob ein Prozent aller Milchstraßensterne Grafik: ESA/Serge Brunier

Das ESA-Weltraumobservatorium Gaia vermisst grob ein Prozent aller Milchstraßensterne Grafik: ESA/Serge Brunier Das ESA-Weltraumobservatorium Gaia vermisst grob ein Prozent aller Milchstraßensterne Grafik: ESA/Serge Brunier

Das erste umfangreiche Sternverzeichnis der Geschichte kannte rund 850 Einträge. Der Astronom Hipparch schuf es ab 135 v. Chr. auf Rhodos. Gaia soll nach fünf Jahren Arbeit im All den dicksten aller je erstellten Sternkataloge vorlegen. Er umfasst eine Milliarde Objekte - und damit vielleicht ein Prozent aller Milchstraßensterne.

1718 verglich Edmond Halley die antiken Kataloge mit zeitgenössischen. Er bemerkte, dass einige Sterne wie Aldebaran, Sirius oder Arktur ihre Position relativ zu den anderen etwas verändert hatten. Die Fixsterne standen also gar nicht so still wie stets angenommen, sondern trieben offensichtlich durch den Weltraum.

Aus unserer Perspektive zerfällt diese Raumbewegung in zwei Komponenten. Um, wie einst Halley, die seitliche Komponente zu erfassen, gilt es die Sternposition am Firmament zweimal zu ermitteln - mit möglichst großem zeitlichen Abstand. So spaziert z.B. Barnards Pfeilstern durchs Sternbild Schlangenträger und schiebt sich dort in 175 Jahren um eine ganze Vollmondbreite weiter.

Die zweite Bewegungskomponente ist auf uns zu bzw. von uns weg gerichtet. Dank eines vom Österreicher Christian Doppler schon 1842 postulierten Effekts lässt sie sich mit einer einzigen Messung erheben. Man studiert die Spektren. Denn abhängig vom Sterntempo ziehen die Spektrallinien unterschiedlich weit von ihrem angestammten Platz weg. Beide Komponenten zusammen verraten die wahre Raumgeschwindigkeit: Der erwähnte Pfeilstern schießt demnach mit über 500.000 km/h durchs All. Er ist ein sogenannter "Schnellläufer".

Während sie außerhalb der Erdbahn um die Sonne kreist, verändert Gaia ihren Standpunkt. Salopp gesagt weilt sie, ähnlich der Erde, einmal 151 Millionen Kilometer links und sechs Monate später ebenso weit rechts der Sonne.

Der Parallaxen-Effekt
Dieser Ortswechsel beeinflusst die Perspektive. Daher scheint ein naher Stern vor dem fernen Hintergrund in halbjährlichem Rhythmus hin- und her zu springen: je kleiner sein Abstand, desto auffälliger wird diese "Parallaxe" (griechisch, "Veränderung"). Man versteht den Effekt sofort, wenn man den Zeigefinger abwechselnd mit dem linken und dem rechten Auge betrachtet.

Angesichts der kosmischen Weiten sind die Parallaxen von Sternen verschwindend klein. Ihr Nachweis gelang erst 1838. Schon bei Proxima Centauri, unserem allernächsten Nachbarn, ist die perspektivisch bedingte Winkelverschiebung winzig wie ein Stecknadelkopf in 1000 Metern Entfernung. Daraus ermittelte man eine Erddistanz von 4,2 Lichtjahren.

Diese Distanz ist ein ganz entscheidender Parameter. Nur wer sie kennt, darf aus der scheinbaren Helligkeit eines Sterns am irdischen Himmel auf dessen wahre Leuchtkraft schließen. Liest man die Temperatur aus dem Spektrum ab, lässt sich dann auch der Sterndurchmesser berechnen. Handelt es sich um ein Doppelsternsystem, werden zusätzlich noch die Massen der beiden Himmelskörper offenbar.

Später entwickelten Astronomen weitere, aufeinander aufbauende Methoden zur Entfernungsmessung: Ihr Zollstock reicht heute mehr als 13 Milliarden Lichtjahre ins All hinaus. Allerdings setzen diese Verfahren auf statistische Werte, die streuen können; oder auf Modelle, die im Detail umstritten sind. In jedem Fall muss die ganze Methodenkette an nahen Sternen geeicht werden. Und das geht nur mit Parallaxen.

Leider läuft sich die erdgebundene Parallaxenmessung schon nach hundert Lichtjahren tot. Die Winkelverschiebungen werden dann allzu klein; die turbulente Lufthülle verschmiert die Ergebnisse außerdem. Deshalb schoss die ESA 1989 den Astrometrie-Satelliten Hipparcos ins All. Im luftlosen Raum kreisend sah er sich die gegenseitigen Winkelabstände von Sternen immer wieder an.

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Dokument erstellt am 2014-01-02 19:08:18



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