4.2 Notizen zur Astronomie im 20. Jahrhundert

 
Während sich das 19. Jahrhundert durch die Verfeinerung der Werkzeuge, Messmittel und Methoden zur Beobachtung des Weltalls hervorhebt, ist das 20 Jahrhundert, in seinen ersten Jahren, durch revolutionierende Erkenntnisse der Atomphysik gekennzeichnet. Max Planck, Ernest Rutherford und Niels Bohr schenken der Welt Modelle für den Umgang mit dem Mikrokosmos der Materie, und Albert Einstein revolutioniert den Umgang mit dem Raum, der Zeit und der Masse, durch seine Relativitätstheorie.
Dieser Theorieschub hilft den Astonomen Erklärungen für das zu finden, was sie beobachtet und darüber hinaus nach Erscheinungen zu forschen, die sich aus den neuen Theorien ergeben, .. ohne bisher beobachtet worden zu sein. Dieser Prozess hält noch immer an.

Natürlich wirken die Erkenntnisse auch auf die Werkzeuge und so entstehen in den Jahren bis 1945 Antriebsmittel, die es in der Folgezeit gestatten, die Erde zu verlassen, ..den Mond und die Planeten zu erreichen. Dieser Prozess, der mit der intensiven Erforschung unseres Planetensystems einhergeht, erreicht 1969 mit dem Flug zum Mond seinen ersten Höhepunkt und zieht sich bis 1990 hin. Sicher wird er fortgesetzt, doch lässt sich in den letzten Jahren des Jahrhunderts eine verstärkte Hinwendung zu den extragalaktischen Himmelskörpern verzeichnen.
Der Grund für diese Entwicklung ist in einer Reihe fortgeschrittener Technologien zu suchen, von denen die rasante Entwicklung der Computertechnik ab 1980, im weitesten Sinn, den Antriebsmotor darstellt. Durch den Fortschritt der Integration von Transistoren auf Siliziumchips lassen sich immer empfindlichere Detektoren für alle Energiebereiche herstellen. Computer vermögen es, diese zu steuern und die anfallenden, ungeheuer großen Datenmenge zu verarbeiten. Zudem vermögen sie es, Herstellungsprozesse zu steuern, die zu Werkzeugen führen, die eine bisher nicht gekannte Präzision erreichen. Ein Beispiel mögen die Teleskopspiegel des HST der NASA und des VLT der ESO sein.
Eines aber wird sich in absehbarer Zukunft jedoch nicht wesentlich ändern. Die Beobachtungsbasis. Sie wird weiterhin im Nahbereich unserer Erde verbleiben, auch wenn erste, ferngesteuerte Sonden den Mars und andere Planeten erreicht haben und weich auf ihnen gelandet sind.
 

 
1900
 
Max Planck (*1858 Kiel - †1947 Göttingen)
Der Anfang des 20. Jahrhunderts wird durch Atomphysiker revolutioniert. Der deutsche Physiker Max Planck erkennt bei seinen Arbeiten mit Atomteilchen, dass diese unter bestimmten Bedindungen Energie abstrahlen. Dabei können die Atomteilchen nicht fließend jede beliebige Energiemenge abgeben, sondern die Abgabe von Energie erfolgt immer in Sprüngen zwischen zwei benachbarten Werten. Für diese Erkenntnis bürgert sich die Bezeichnung Quantentheorie ein. Zusammen mit den Arbeiten von Albert Einstein und Niels Bohr ergibt sich damit erstmalig eine Basis zur Erklärung der atomphysikalischen Abläufe bei Sternen und andern Objekten im Weltall.
 
1902
 
Die erste wiederkehrende Nova wird im Sternbild Pyxis (Kompass) entdeckt. Bei diesen Ereignissen nimmt man an, dass in einem Doppelsternsystem mit einem Weißen Zwerg und einem Roten Riesen, wie bei einer Nova Gas des Roten Riesen auf den Zwerg überfließt und dort bei genügender Menge kurzzeitig (im Mittel 100 Tage) fusioniert. Anders als bei einer Nova wiederholt sich der Vorgang in Zeitabschnitten, die in Jahren zählen.
 
1908
 
Am 30.06. ereignet sich in Zentralsibirien eine gewaltige Explosion deren Druckwelle zweimal un die Erde verläuft und die von vielen Erdbebenstationen registriert wird. Erst 1927 erreicht eine Expedition den abgelegenen Ort und stellt fest, dass in einem Gebiet mit 40km Durchmesser die Bäume radial abgebrochen sind. Man vermutet, dass ein Meteorit von 100m Durchmesser in 8-10km Höhe explodierte.
(Eine zweite Theorie geht davon aus, dass sich Gas aus dem Erdboden sammelte und aus welchem Grund auch immer, entzündete.)
 
1910
 
Auf Anregung von Ejnar Hertzsprung stellt der deutsche Astronom H.O. Rosenberg das erste Farben- Helligkeitsdiagramm für die Plejaden auf..

Henry Norris Russell (*1877 - †1957)
1913 erweitern die Astronomen Ejnar Hertzsprung und Henry Norris Russell unabhängig voneinander das Diagramm bis zur Allgemeingültigkeit für alle Sterne. Die seitdem Hertzsprung-Russell-Diagramm genannte Grafik ermöglicht es, in Abhängigkeit von der Masse, der Leuchtkraft, Temperatur und Farbe, Vorhersagen über den Lebensverlauf eines Sterns vorzunehmen.
 
 
1912
 
Henrietta Swan Leavitt (*1868 - †1921)

Die amerikanische Astronomin Henrietta Swan Leavitt findet 1912 die Perioden-Helligkeits-Beziehung für regelmäßig pulsierende Sterne, die als Chepheiden bezeichnet werden.

Ejnar Hertzsprung (*1873 - †1967)
Auf der Basis dieser Erkenntnis kann der dänische Astronom Ejnar Hertzsprung im Jahr 1913, erstmals die Entfernung zu derartigen Sternen innerhalb der Milchstraße feststellen.

Den nächsten großen Schritt auf der Basis dieser Entdeckung geht 1923 Edwin.P Hubble (s.weiter unten)

(Im Jahr 1999 ist es möglich, mit Hilfe des Gesetzes zur Bestimmung der Entfernung von Chepheiden, den Abstand zu Objekten festzustellen, die etwa 100 Mio. Lichtjahre entfernt sind. Weiter reicht die Auflösung des HST auch für große Einzelsterne nicht.)
 
1913
 
Niels Bohr (*1885 - †1962)
Der dänische Physiker Niels Bohr, der ein Schüler des Begründers der Atomphysik Ernest Rutherford ist, löst das Rätsel um die Spektrallinien mit dem von ihm entwickelten Atommodell. Er verbindet Rutherfords atomares Planetenmodell mit der von Max Planck entdeckten Quantenmechanik. So erkennt Bohr, dass ein Elektron immer dann ein typisches Quantum an Energie abgibt, wenn es von einer energetisch höheren Bahn auf eine tiefere springt. Mit den sich daraus ableitenden Spektrallinien kann ein bestimmtes chemisches Element eindeutig innerhalb eines Spektrums bestimmt werden.
 
1916
 
Albert Einstein (*1879 Ulm - †1955 Princeton, USA)
Der deutsch amerikanische Physiker Albert Einstein veröffentlicht im Jahr 1916 seine allgemeine Relativitätstheorie. Diese erweitert seine spezielle Relativitätstheorie von 1905. Die Relativitätstheorie verleiht der Physik, insbesondere der Atomphysik einen heftigen Schub. Auch wenn bis heute nicht alle Gesetzmäßigkeiten dieser Theorie experimentell nachgewiesen werden konnten, haben sich inzwischen viele ihrer Vorhersagen verifizieren lassen und so wurde sie zur Basis der Physik des 20. Jahrhunderts. Ein Beispiel ist die von Einstein vorhergesagte Krümmung des Raumes, also die Lichtbeugung durch Gravitationsfelder. Sie kann auf vielen Bildern des Hubble Space Teleskops aus den Jahren nach 1990, durch Gravitationslinsen belegt werden.
 
 
 
 
1917
 
Willem de Sitter (*1872 - †1934)
Der niederländische Astronom Willem de Sitter der mit Einstein bekannt ist, formuliert auf der Basis von Einsteins Relativitätstheorie die These eines sich ausdehnenden Universums. Einstein selber hatte noch die Annahme eines statischen Kosmos vor Augen und seine Theorie entsprechend angepasst. Er spricht später 'von der größten Eselei seines Lebens'.

 
 
 
 
1917
 

Im amerikanischen Bundesstaat Kalifornien wird 1917 das für 30 Jahre größte Teleskop der Welt fertiggestellt. Es steht auf dem Mount Wilson der San Gabriel Mountains in einer Höhe von 1.742 m ü. NN, nordöstlich von Los Angeles. Der 100“ Hooker-Reflektor besitzt einen Spiegel von 2,54m Durchmessern und mit ihm gelingt es erstmals Sterne in einigen der Nebel von Messier, Herschel und Lord Rosse aufzulösen. Es bestätigt sich die schon länger gehegte Vermutung, dass zumindest die Spiralnebel, Ansammlungen von Sternen seien. Die umstrittene These dass die Nebel außerhalb der Milchstraße liegen, kann vorerst jedoch nicht geklärt werden. Seit dem Jahr1919 arbeitet auch Edwin P.Hubble an diesem Observatorium.
 
1923
 
Entdeckung des Universums

Edwin Powell Hubble (*1889 - †1953)
Der amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble kann im Jahr 1923 nachweisen, dass der Andromedanebel weit außerhalb der Milchstraße liegt. Auf der Basis der Arbeit von Henrietta Swan Leavitt und Ejna Hertzsprung gelingt ihm die Bestimmung der Entfernung zu Chepheiden im Andromedanebel. Hubble kommt auf eine Entfernung von 900.000 Lichtjahren und kann damit beweisen dass der Andromedanebel kein Teil der Milchstraße ist. Auch wenn Hubbles Entfernung zu gering ausfällt, offenbart sich der Menschheit mit diesem Beweis erstmals die Erkenntnis, dass die bisherigen Spiralnebel weitere Sterneninseln außerhalb der Milchstraße darstellen. Die Tiefen des Universums sind entdeckt.
 
1927
 

Georges Edouard Lemaître (*1894 - †1966)

Der aus Belgien stammende, katholische Priester und Atomphysiker Georges Lemaître, der als Vater der Urknall-Theorie gilt, entdeckt im Jahr 1927, auf Basis der Rotverschiebung von Galaxien, die Expansion des Weltalls. Edwin P. Hubble erweitert diese Erkenntnis durch die Feststellung des Zusammenhangs zwischen der Rotverschiebung und der Entfernung einer beobachteten Galaxie. Mit der nach ihm benannten Hubble-Konstanten kann er einen Richtwert für das Alter des Universums von 13 bis 14,5 Mrd Jahren angeben.
 
1935
 

Bengt Georg Daniel Strömgren (*1908 - †1987)

Am Ende des 19.Jahrhunderts vermutet eine Hypothese, dass die Sterne ihre Energie aus der Verbrennung von Kohlenstoff beziehen. Man berechnet, dass ein Stern von der Größe der Sonne etwa 6000 Jahre brennen könne. Folgerichtig schließt ein Astronom der Pariser Sternwarte, dass die Sonne noch etwa 20 Jahre leuchten wird.
Es folgen weitere Hypothesen, die den Gravitationsdruck, und chemische Prozesse annehmen. Erst am Ende der dreißiger Jahre des 20. Jahrhunderts ist die Physik soweit, die Kernfusion als Energiequelle zu erklären und damit die bekanntermaßen lange Lebensdauer eines Sternes schlüssig zu begründen. 1935 formuliert der in Göteborg geborene, dänisch, amerikanische Astronom Bengt Georg Daniel Strömgren eine erste umfassende und schlüssige Theorie zum Aufbau von Sternen.
 
1938
 
Der russisch amerikanische Astronom Otto Struve weist das Vorhandensein von Wasserstoff im interstellaren Raum nach.
 
1943
 
Carl Keenan Seyfert (*1911 - †1960)
Der US-amerikanische Astronom Carl Keenan Seyfert entdeckt die erste Galaxie eines Galaxientyps, der nach ihm benannt wird. Seyfert Galaxien zeichnen sich durch eine hohe Helligkeit in ihrem Zentralbereich aus, der mit etwa 1 Lichtjahr sehr klein ist. Diese Kerne strahlen besonders hell im ultravioletten und infraroten Spektralbereich zudem sind sie starke Röntgenquellen. Nur wenige Seyfertgalaxien dagegen strahlen im Radiobereich.

Man vermutet heute, dass solche Galaxienkerne ein überdimensionales Schwarzes Loch im Zentrum besitzen und die Helligkeit von dessen Akkretionsscheibe herrührt, über welche die eingefangene Materie in das Schwarze Loch stürzt. Seyfertgalaxien zählen zu den aktiven Galaxien, zu denen auch die Radiogalaxien und die Quasare gezählt werden.
 
1946
 
Martin Ryle ein britischer Astronom entdeckt mit Cygnus A die erste Radiogalaxie. Diese strahlt mit einer Leistung von 1,6•1038 Watt. Es ist mittlerweile bekannt, dass diese Energie, wie auch bei anderen Radiogalaxien, von zwei Radioblasen ausgeht. Diese liegen weit vom Zentrum der jeweiligen Galaxie entfernt. Warum diese Radio-Lobes zustande kommen ist jedoch noch immer weitgehend unerklärt.
 
1948
 
Dem amerikanischen Astronom Harold Delos Babcock gelingt es das Magnetfeld der Sonne und anderer Sterne nachzuweisen.
 
1957
 
Der erste Satellit im Weltall
Am 4.Oktober 1957 gelingt es der Sowjetunion, mit einer Interkontinentalrakete vom Typ R-7, die Erdanziehung zu überwinden und den ersten künstlichen Satelliten der Menschheit in einer Erdumlaufbahn auszusetzen. Sein Name ist Sputnik 1, was Begleiter oder Weggefährte heißt. Sein Durchmesser beträgt 58cm, er wiegt 83,6kg und verfügt über ein Thermometer und einen Funksender. Das Piepsen dieses Senders erschüttert 23 Tage die westliche Welt und läutet den, zwischen Amerika und der Sowjetunion ausgetragenen Wettlauf zum Mond ein. Nach 57 Tagen verglüht Sputnik 1 in der Erdatmosphäre.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bereits am 3 November 1957 wird mit Sputnik 2 auch das erste Lebewesen in den Weltraum geschossen. Es ist die Hündin Laika. Das arme Lebewesen muss den Wissensdrang der Menschheit mit ihrem Leben bezahlen.
 
1960
 
In diesem Jahr gelingt es, einigen der Radioquellen schwach leuchtende Lichtpunkte zuzuordnen, wobei man es sich nicht vorstellen kann, dass Sterne derartig starke Strahler im Bereich der elektromagnetischen Radifrequenzen sind. So nennt man die Objekte sternenähnliche Objekte oder quasistellare Objekte, woraus sich der Begriff Quasar entwickelte. Im Jahr 1963 gelingt es dem niederländisch, US-amerikanischen Astronom Maarten Schmidt erstmals die Lichtspektren dieser Objekte zu deuten. Er erkennt, dass sie den bekannten Elementen zuzuordnen sind, allerdings mit einer sehr starken Rotverschiebung. Dadurch wird klar, dass es sich bei den Quasaren um die am weitesten entfernten Objekte des Weltalls, mit hohen Fluchtgeschwindigkeiten handelt.
 
1967
 
Mit dem Forschungssatelliten Vela wird erstmalig kosmische Gammastrahlung sicher nachgewiesen. Gammastrahlung ist von den elektromagnetischen Strahlungen die kurzwelligste und wird von der Erdatmosphäre fast vollständig ausgefiltert.
 
1969
 
Der Flug zum Mond
Apollo 11 bringt die Astronauten Neil Armstrong, Edwin Aldrin und Michael Collins zum Mond, den Neil Armstrong am 20.07. als erster Mensch betritt. Es folgen bis 1972 noch 6 weitere Flüge, von denen eine Landung vorzeitig abgebrochen werden muss. Insgesamt werden 385kg Mondgestein zur Erde zurückgebracht.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1972
 
Das erste Schwarze Loch wird im Sternbild Schwan (Cygnus) entdeckt. Hier umkreist ein Stern mit 40facher Sonnenmasse in 5,6 Tagen ein nicht sichtbares Objekt, das eine starke Röntgenquelle ist. Ein Neutronenstern kommt wegen der zu geringen Masse als Zentralstern nicht in Frage. So nehmen die Wissenschaft an, dass es sich bei dem unsichtbaren Stern um ein Schwarzes Loch handeln muss.
 
1980
 
Durch die seit 1949 aufkommende Technik der Computer und der 1959 einsetzenden Entwicklung integrierter Bausteine, gelingt 1969 der erste bemannte Mondflug. In der Folge dieser Entwicklungen beginnt Anfang der 1980 Jahre eine inflationäre Verbesserung der Sensorik und die Steuerung von Maschinen durch Computer. Dieser Trend beflügelt auch die Astrowissenschaften, die nun das Universum über die gesamte Breite des elektromagnetischen und des magnetischen Feldes sowie der Gravitation wahrnehmen kann und bildhaft darzustellen lernt. Falschfarbenbilder beginnen fehlende Sinne zu ersetzen.
Im Jahr 2010 können etwa 3Mrd. Transistoräquivalente auf einem integrieten Siliziumplättchen untergebracht werden.
1986
 
Die erste dauernd mit Menschen besetzte Raumstation ist die im folgenden Bild zu sehende sowjetische Raumstation Mir. Ihr erstes Element wird im Februar 1986 im Weltall platziert. Weitere Elemente folgen. Über einhundert Astronauten aus der Sowjetunion, den USA, Grossbritannien , Deutschland, Frankreich, Japan, Österreich, Kasachstan und der Slowakei sind ihre Besucher. Ihre letzte Besatzung erreicht sie im April 2000. Im März des Jahres 2001 wird Mir wegen der hohen Erhaltungskosten gezielt zum Rücksturz auf die Erde gebracht. Dabei zerbricht die Raumstation in mehrere Teile, die in den Pazifischen Ozean fallen. Das Bild zeigt Mir im Jahr 1996, etwa 350km über Neuseeland, wo sie auch ihr Grab findet.
 
 
 
 
 
 
 
 
1990
 
Am 4.April 1990 wird das Hubble Weltraum Teleskop in einem 575km über der Erde liegenden Orbit installiert. Sein Primärspiegel besitzt einen Durchmesser von 2,4m, die Brennweite beträgt 57,6m. Das Teleskop arbeitet im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Bereich der elektromagnetischen Wellen und sendet seine digitalen Daten per Funk zur Erde herunter. Nach mehreren Reparaturen soll es bis mind. 2014 dem Startjahr des James Webb Teleskops arbeiten.
 
 
 
 
 
 
 

Notizen zur Astronomie im 21. Jahrhundert

 
 
 
Noch steckt das 21. Jahrhundert in den 'Kinderschuhen' und es ist nicht abzusehen, was es bringen wird. Probleme auf dem Kügelchen Erde, wie Überbevölkerung und Klimaänderung zeichnen sich ab und die fossilen Energieressourcen werden knapper. Das wird die Menschheit unter massiven Druck setzen um nach Lösungen zu suchen, mit denen sie ihren Lebensraum erhalten kann und die bei allem Streben nach wirtschaftlichem Luxus oder nur nach purer Existenzerhaltung nicht dazu führen, dass sie sich massenhaft abschlachten muss. Sicher ist, dass von ihr hierzu Höchstleistung auf allen Ebenen ihres Vermögens erbracht werden müssen, die sich dann, sollten sie zustande kommen, auch im Bereich der Wissenschaften und Technik niederschlagen werden.
 
 
 
 
1998
 
Eine neue Form von Materie und Energie?

Michael S. Turner (*1949)
Der aus den USA stammende theoretische Astrophysiker Michael S.Turner prägt erstmals den Begriff der Dunklen Energie, um damit die beobachtete, beschleunigte Expansion des Weltalls erklärbar zu machen. Wie diese Energie physikalisch interpretiert werden könnte ist ungeklärt, auch ist ihre Existenz experimentell noch nicht nachgewiesen. Sie soll nach Einsteins Formel E = m•c² ein Masseäquivalent besitzen, woraus auch Dunkle Materie denkbar wäre.
Nach den z.Zt. geltenden Modellvorstellungen, also etwa 13,7 Mrd. Jahren nach dem Urknall, müsste das Weltall zu 72% aus dunkler Energie, 23% aus dunkler Materie und nur zu 4,6% aus sichtbarer Materie bestehen. Die Existenz von Dunkler Energie und Dunkler Materien könnten eine Vielzahl von beobachteten Widersprüchen klären, auf die schon seit 1932 hingewiesen wird. Beispiele sind .. Die Dicke der Scheibe der Milchstraße, Oort 1932. Der Zusammenhalt des Coma Galaxienhaufens, Zwicky 1933. Die Analyse der Umlaufgeschwindigkeit von Sternen in Galaxien, Vera Rubin 1960. Das Thema wird vermutlich das kommende Jahrhundert beschäftigen.
 
2010
 
33 Jahre nach ihrem Start erreichen die 1977 gestarteten Vojagersonden, welche Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun 'besuchten', die Grenze des Sonnenwindes. Sie sollen noch bis zum Jahr 2025 Kontakt mit der Erde behalten können. Ihre Entfernung von der Sonne (Erde) beträgt nun 15 Lichtstunden oder 114 Astronomische Einheiten (AE). Damit sind sie die am weitesten von der Erde entfernten, menschlichen 'Raumschiffe'. Geht man davon aus, dass ein Jahr 8760 Stunden besitzt, und der nächste Stern, Alpha Centauri, 4 Lichtjahre = 35040 Lichtstunden entfernt ist, könnten ihn die Vojager Raumsonden in 77.088 Jahren erreichen.
Trotz aller Begeisterung für den Stand der Astrowissenschaften und der Freude über den Zuwachs menschlichen Wissens fällt es mir schwer, hierin eine 'Eroberung des Weltalls' zu erkennen, von der bei kleinsten Erfolgen so häufig gesprochen wird. So wünsche ich mir, dass meine Ahnung, dass menschliche Überschätzung in der mehrfachen Potenz zu den erzielten Erfolgen anwächst, nicht zutrifft.
 
2011
 
In den vorhergehenden Texten wurde von Wissenschaftlern berichtet, welche die Astronomie mit ihren Forschungen vorangetragen haben. Hier, so als Ausgleich zu den 'großen Namen' die Bilder von einigen begnadeten Amateur-Astrofotografen deren Fotografien mich immer wieder und ohne mathematische Formeln anrührten und mein Interesse an der Astronomie in den verregneten Hamburger Nächten beflügelten.

Ein Klick auf das jeweilige Bild verzweigt zu ihren Seiten
R.J.GaBany            Robert Gendler
Volker Wendel,       Bernd Flach-Wilken

Dabei ist das eigentlich verblüffende, dass man im Süden von Deutschland, Sterne zu Gesicht bekommt. Dort, in Ludwigshafen am Rhein, ist das Spiegelteam (Volker Wendel und Bernd Flach-Wilken) beheimatet, während R.J Gabany und Robert Gendler die Sterne von Californien bzw. New Mexico beobachten.

Ohne Bild, aber dennoch Spitze, sind die Seiten von Rogelio Bernal Andro. Von ihm sah ich das erste großflächige Deep Sky Panoramabild, das sich aus vielen, hervorragend belichteten und überarbeiteten Einzelaufnahmen zusammensetzte.
 
2018
 
.. es soll das James Webb Space Teleskop im Lagrangepunkt L2, etwa 1,5Mio km von der Erde entfernt installiert werden
.. Mein Kleiner, ich wünsche mir dass es funktioniert.
 
 
 
 

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