AstroGeo - Geschichten aus Astronomie und Geologie

In dieser Folge widmen sich Franzi und Karl dem Feedback zu den letzten Folgen im AstroGeo Podcast. Zuerst geht es aber um den Effekt, dass ihr Hörerinnen und Hörer uns und unsere Stimme sehr gut kennt, während wir kaum etwas von euch wissen. Wir sprechen in freudiger Erwartung des AstroGeo-Wandertags, der zum Aufnahmezeitpunkt bevorstand: Mehr darüber gibt’s in einer kommenden Folge!

Für dieses Geplänkel gab es nochmal Fragen zur zweiten Stufe der kosmischen Entfernungsleiter, den Cepheiden. Danach sprechen wir über den mysteriösen Planeten Merkur und warum eine Raumsonde auf dem Weg zum ihm abgebremst und nicht etwa beschleunigt werden muss. Darüber hinaus gab es Fragen zur Umlaufbahn des Merkurs um die Sonne, und warum diese im Verhältnis 3:2 an die Tageslänge auf dem Planeten gekoppelt ist.

Dann müssen wir kurz über David Hilbert sprechen, der Albert Einstein 1915 zur Publikation der Allgemeinen Relativitätstheorie gratuliert hatte: Karl hatte Hilbert zu unrecht als Physiker bezeichnet. Der war stattdessen einer der kreativsten Mathematiker des letzten Jahrhunderts, beschäftigte sich allerdings intensiv mit Physik und hatte sogar fast zeitgleich zu Einstein über allgemeine Relativität publiziert.

Danach sprechen wir über die Suche nach Welteninseln – also Galaxien. Das dafür von Edwin Hubble in den 1920er-Jahren genutzte Mount-Wilson-Observatorium war damals nur für Männer zugänglich, weswegen auch profilierte Astrophysikerinnen wie Margaret Burbidge noch 1947 von der Arbeit an den Teleskopen des Observatoriums ausgeschlossen wurden.

Auf das zuvor größte Teleskop der Welt, dem Leviathan im irischen Birr, hatte dagegen eine Frau entscheidenden Einfluss. Mary Rosse war Gattin des 3. Earl of Ross, finanzierte mit ihrem Vermögen das große Teleskop und war selbst eine erfolgreiche Fotografin.

Zuletzt sprechen wir über die korrekte Aussprache von Namen, bei der ihr uns immer und jederzeit verbessern dürft. Und wir besprechen eure astro-geologischen Musik-Empfehlungen – natürlich am Ende, damit ihr die Folge stimmig ausklingen lassen könnt.

Episodenbild: CC BY-SA 3.0 IGO ESA/BepiColombo/MTM; ESA/Hubble and Digitized Sky Survey; Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

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)

Am 18. November 1915 hält Albert Einstein einen Vortrag vor der ehrwürdigen Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin. Dort stellt er seine Allgemeine Relativitätstheorie vor, die ihn schon bald weltberühmt machen wird. Viele seiner Fachkollegen überzeugt er mit einem Kniff: Es ist eine Rechnung, die den inneren Planeten Merkur betrifft. Denn die neue Theorie kann ein wissenschaftliches Problem lösen, das über 50 Jahre lang die Astronomen beschäftigte. Demnach stimmte die Umlaufbahn des Merkur nicht völlig mit den Vorhersagen von Newtons Gravitationsgesetz überein. Doch Einsteins neue Theorie kann helfen.

Karl erzählt in dieser Folge des AstroGeo Podcast vom Merkur. Er ist eine Welt, die vermutlich lange vor der Antike bekannt war. Die alten Griechen nennen ihn Apollon oder Hermes, je nachdem, ob er am Morgen- oder Abendhimmel erscheint. Die Römer benennen Hermes in Mercurius um und verleihen damit dem Planeten seinen bis heute gültigen Namen.

Bis weit in die Moderne bleibt Merkur schwer zu erforschen. Denn seine Nähe zur Sonne verhindert gestochen scharfe astronomische Aufnahmen. Immer verschwimmt die Planetenscheibe im Dunst des Dämmerungshimmels. Allein die Dauer einer Eigendrehung – also die Tageslänge – wird erst 1965 mit dem damals größten Radioteleskop Arecibo ermittelt.

Die erste Raumsonde Mariner 10 bringt ab 1973 noch mehr Merkwürdiges zu Tage: Der kleine Merkur hat eine immense Dichte, so dass sein Schwerefeld ähnlich stark ist wie das des viel größeren Planeten Mars. Dazu besitzt er wie die Erde ein Dipol-Magnetfeld, was auf einen inneren Dynamo hindeutet. Erst 2008 erreicht eine zweite Raumsonde den Merkur und schwenkt drei Jahre später in seine Umlaufbahn ein. Die NASA-Mission Messenger liefert zwar viele wertvolle Daten, vertieft aber die Rätsel um den kleinen Planeten nur noch weiter.

Bis heute bleiben immense Fragen offen: Warum unterscheidet sich der kleine Merkur so sehr von den anderen felsigen Planeten, in seiner Dichte, der chemischen Zusammensetzung oder dem Magnetfeld? Um was handelt es sich bei den tiefen Löchern, die bis heute in seiner Oberfläche entstehen und die erst kürzlich auf Aufnahmen von Messenger entdeckt wurden? Wie entstand dieser merkwürdige Planet und was können wir aus diesen Prozessen über weit entfernte Exoplaneten lernen? Eine neue Mission von Europas Raumfahrtagentur und der Japans könnte diese Fragen schon bald lösen.

Episodenbild: CC BY-SA 3.0 IGO ESA/BepiColombo/MTM

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

Im Jahr 1912 sah das Universum noch völlig anders aus als heute – zumindest laut den Vorstellungen der Astronominnen und Astronomen jener Zeit. Das Sonnensystem samt Sonne und Erde befand sich, wenn schon nicht völlig, dann doch sehr nahe dem Mittelpunkt des Universums. Besagtes Universum bestand aus einer einzigen Galaxie – nämlich unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Darüber hinaus war es winzig klein: ein paar tausend Lichtjahre sollte es durchmessen, mehr nicht.

Doch in jenem Universum begannen irdische Forschende damit, die Sterne, die sie beobachten konnten, systematisch zu erfassen: Sie verzeichneten ihre Positionen am Nachthimmel und vermaßen ihre Helligkeiten. Dabei ist die Helligkeit mancher Sterne nicht immer gleich: Einige waren – und sind es immer noch – veränderliche Sterne, deren scheinbare Helligkeit sich ändert, mal zu- und dann wieder abnimmt. Die Astronomin Henrietta Swan Leavitt interessierte sich für eine besondere Klasse dieser veränderlichen Sterne, die heutzutage als Cepheiden bekannt sind, benannt nach dem namensgebenden Stern Delta Cephei.

In den Beobachtungsdaten von Sternen in der Kleinen Magellanschen Wolke am Südhimmel fand Leavitt etwa zwei Dutzend Cepheiden – und dabei fiel ihr eine Besonderheit auf, die für Jahrzehnte unerklärbar bleiben sollte, die sich aber sofort als unheimlich nützlich erweisen sollte: Je heller einer dieser Sterne insgesamt war, desto länger war seine Periode, also der Zyklus einer Helligkeitveränderung. Leavitt beschrieb ihren Fund in einem Fachartikel, der im Jahr 1912 erschienen ist.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte der Cepheiden, der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung, und warum sich ein Astronom namens Harlow Shapley als eine Art moderner Kopernikus sah. Die von Henrietta Swan Leavitt gefundene Perioden-Leuchtkraft-Beziehung sollte unser Verständnis vom kleinen Universum, das aus einer einzigen Welteninsel besteht, und in dem die Sonne im Mittelpunkt steht, revolutionieren – oder sogar völlig über den Haufen werfen. Denn Leavitt hatte erstmals eine sogenannte Standardkerze gefunden, ein Lineal für den Kosmos. Damit gab es eine Möglichkeit, die Entfernung zu weit entfernten Himmelskörpern zu ermitteln und so Maß zu nehmen im Universum.

Episodenbild: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgements: Davide De Martin