Steht das Universum gerne früh auf?
Sternengeschichten Folge 599: Der lange kosmische Nachmittag
Es gibt Menschen, die ohne Probleme früh am Morgen aufstehen und am Vormittag richtig viel Spaß haben und produktiv sind. Und es gibt Menschen, die erst am Nachmittag so richtig munter werden. Aus kosmischer Sicht sind wir allerdings alle keine Morgenmenschen, denn den Vormittag des Universums haben wir schon lange verpasst und den Mittag genau so. Wir leben im langen kosmischen Nachmittag und dürfen leider auch nicht mit einer spannenden Party am Abend oder einem aufregenden Nachtleben rechnen.
Aber bevor wir uns mit Abend und Nacht beschäftigen, schauen wir lieber mal, was es überhaupt bedeutet, wenn wir vom "kosmischen Nachmittag" oder dem "kosmischen Mittag" reden. Es geht dabei um die Entstehung von Sternen. Wir wissen, das Sterne nicht ewig existieren. Sie entstehen, sie existieren eine Zeit lang und dann verschwinden sie wieder. Die Details so eines Sternenlebens habe ich in verschiedenen Folgen der Sternengeschichten schon ausführlicher besprochen. Heute geht es um das große Gesamtbild. Wir schauen uns an, wie viele Sterne im Durchschnitt zu bestimmten Zeitpunkten im Universum entstanden sind.
Der Anfang ist da noch vergleichsweise einfach. Vor 13,8 Milliarden Jahren, als das Universum entstanden ist, gab es noch überhaupt keine Sterne. Es gab jede Menge Wasserstoff und Helium, in gigantischen Wolken überall im Kosmos. Die Details lasse ich jetzt auch hier aus, aber aus diesen Wolken sind irgendwann die allerersten Sterne entstanden die sich in den allerersten Galaxien zusammengefunden haben. Die Frage ist jetzt: Wie geht es weiter?
Zuerst aber ist die eigentliche Frage: Wie will man überhaupt herausfinden, wie viele Sterne entstanden sind, in der Vergangenheit? Das ist nicht einfach, aber es geht. Wir wissen ja, dass wir umso weiter in die Vergangenheit schauen, je länger das Licht, das wir beobachten, bis zu uns unterwegs ist. Wenn wir also Licht von Galaxien untersuchen, dass ein paar Milliarden Jahre durchs All geflogen ist, bis es auf unsere Teleskope trifft, dann sehen wir eine Galaxie, die ein paar Milliarden Jahre alt ist. Oder anders gesagt: Je weiter weg eine Galaxie ist, desto älter ist sie beziehungsweise desto kürzer nach dem Urknall ist sie entstanden. Die Entfernung lässt sich gut messen oder besser gesagt: Die Rotverschiebung des Lichts lässt sich gut messen. Wenn es um Distanzen von Milliarden Lichtjahren geht, ist es nicht mehr einfach oder eigentlich sogar unmöglich, eine eindeutige Entfernung anzugeben. Das Universum hat sich in der ganzen Zeit, in der sich das Licht durchs All bewegt hat, ja ausgedehnt, und das macht alles ein bisschen komplizierter. Aber eben weil sich das Universum ausgedehnt hat, hat sich auch die Frequenz des Lichts verändert. Durch die Expansion des Alls entfernen sich die Galaxien von uns und das streckt die Lichtwellen quasi, wodurch sie röter erscheinen, als sie es ursprünglich waren. Das Ausmaß dieser Rotverschiebung kann man messen und sie ist ein gutes Maß dafür, wie alt die Galaxie ist.
Das ist alles noch vergleichsweise einfach; ein bisschen komplizierter wird es, wenn wir wissen wollen, wie viele Sterne in diesen Galaxien entstehen, deren rotverschobenes Licht wird beobachten. Wir müssen die Sternentstehungsrate bestimmen und dafür kann man zum Beispiel den Anteil des Ultravioletten-Lichts bestimmen. Junge Sterne sind heißer als alte Sterne, vor allem ihre Oberflächentemperatur ist hoch und deswegen leuchten sie hell-bläulich beziehungsweise im ultravioletten Licht. Erst wenn die Sterne älter werden, kühlt ihre Oberfläche ab und ihr Licht wird rötlicher. Wenn in einer Galaxie also gerade sehr viele Sterne entstehen, dann sollten wir auch sehr viel ultraviolettes Licht von ihr bekommen. Jetzt kann man natürlich einfach ein Ultraviolett-Teleskop nehmen und damit die Galaxien im Universum beobachten. Das ist auch genau das, was man tut - aber es ist ein wenig schwieriger, als man denken würde. Zuerst einmal wird das UV-Licht von der Atmosphäre der Erde zum größten Teil blockiert. Was super für uns ist, denn UV-Licht ist schädlich für unseren Körper. Das merken wir, wenn wir uns ungeschützt der Sonne aussetzen, denn dann sorgt der UV-Anteil des Sonnenlichts, der es doch durch die Atmosphäre geschafft hat dafür, dass wir einen Sonnenbrand bekommen. Aber wenn wir UV-Astronomie betreiben wollen, dann ist das mit der Erdatmosphäre blöd. Deswegen müssen wir die Teleskope ins Weltall schaffen. Was auch blöd ist, ist das, woraus die Sterne entstehen, wenn sie entstehen: Nämlich aus großen Wolken voll Gas und Staub. Denn die blockieren das UV-Licht, so wie es die Erdatmosphäre auch tut. 
Wir haben also folgende Situation: In einer Galaxie, in der viele neue Sterne entstehen, muss es viel Gas und Staub geben, aus denen Sterne entstehen können. Die jungen, neuen Sterne leuchten hell im UV-Licht, das wir messen wollen. Aber der Staub blockiert einen Teil des UV-Lichts, weswegen wir nicht genau messen können, wie viel da wirklich ist. Aber auch dafür gibt es eine Lösung. Denn wenn der Staub vom UV-Licht angeleuchtet wird, dann heizt er sich auf. Diese Wärme gibt er in Form von Infrarotstrahlung wieder ab. Wir müssen also die Galaxie zusätzlich noch im Infrarotlicht beobachten und können schauen, ob da mehr Infrarotlicht da ist, als man erwarten würde. Das kann man mit den UV-Beobachtungen kombinieren und mit jeder Menge Mathematik berechnen, wie viel UV-Licht da eigentlich wirklich kommen würde von der Galaxie. Es gibt noch ein paar andere Indikatoren für die Sternentstehungsrate in Galaxien, zum Beispiel die Strahlung, die Wasserstoff erzeugt, wenn er durch hochenergetische UV-Strahlung angeleuchtet wird. Wenn das Licht junger Sterne auf Wasserstoffwolken im interstellaren Raum trifft, können wir das mit dieser Technik also auch beobachten und nutzen, um auf die Sternentstehungsrate zu schließen.
Das alles ist nicht wenig Arbeit, aber wenn man die ganzen Daten zusammenträgt, dann hat man jede Menge Galaxien überall im Universum für die man einerseits die Rotverschiebung kennt und andererseits ihre Sternentstehungsrate. Wenn man das jetzt in ein Diagramm einzeichnet, dann sieht man, wie sich die Sternentstehungsrate in Abhängigkeit von der Rotverschiebung verändert. Oder anders gesagt: Man sieht, wie sich die Sternentstehungsrate im Laufe der Zeit verändert hat. 
Die ersten, die so ein Diagramm erstellt haben, waren die Astronomen Piero Madau und Simon Lilly, plus jede Menge Kolleginnen und Kollegen, und zwar im Jahr 1996. Seitdem ist dieses Madau-Lilly-Diagramm, wie es mittlerweile genannt wird, immer wieder mit neuen Daten aktualisiert worden und wir haben ein recht gutes Bild bekommen. Wenig überraschend fängt die Kurve im Diagramm zuerst unten an und steigt dann nach oben. Was bedeutet: Wenn wir weit in die Vergangenheit des Universums blicken, waren da zuerst wenig neue Sterne in den Galaxien und dann sind es immer mehr geworden. Dieser erste Anstieg hat sich in den ersten zwei bis drei Milliarden Jahren nach dem Urknall abgespielt. Da war noch jede Menge Gas vorhanden - nach dem Urknall gab es ja nix anderes. Das Universum war auch noch kleiner als heute und die Galaxien sind öfter miteinander kollidiert und verschmolzen, was die ganzen Gaswolken durcheinander gewirbelt hat, was dazu geführt hat, dass die Wolken kollabiert und daraus neue Sterne entstanden sind. Diese erste Phase wird der "kosmische Vormittag" genannt oder die "kosmische Morgendämmerung", wenn man es etwas poetischer haben will. Auf jeden Fall scheint das Universum kein Problem mit viel Aktivität in der Frühzeit gehabt zu haben. Der Höhepunkt der Sternentstehung ist dann natürlich der "kosmische Mittag" und danach ist die Sternentstehungsrate wieder gesunken. Es war weniger Gas verfügbar als noch am kosmischen Morgen. Die Supernova-Explosionen der sterbenden Sterne haben viel Gas aus den Galaxien rausgepustet, genau so wie es die aktiven Galaxienkerne getan haben. Mittlerweile haben sich in den Galaxien ja die supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren gebildet; und das ganze Gas in den jungen Galaxien ist da rumgewirbelt und reingefallen. Bei diesem Rumwirbeln ist jede Menge hochenergetische Strahlung entstanden und die hat ebenfalls verhindert, dass sich große Gaswolken zu Sternen zusammenballen.
Es sind immer noch neue Sterne entstanden, aber bei weitem nicht mehr so viele wie noch am kosmischen Vormittag. Die bis zum Mittag steil ansteigende Kurve nimmt am Nachmittag weniger steil ab. Der kosmische Nachmittag dauert deutlich länger als der Vormittag und es ist genau dieser Nachmittag, der unsere Gegenwart ist. Wir leben in einer Zeit, in der das Universum schon den Höhepunkt seiner Sternentstehung hinter sich hat. Oder anders gesagt: So hell wie es jetzt im Universum ist, wird es nicht mehr werden. Ab jetzt wird es immer dunkler, bis irgendwann alle Sterne entstanden sind, die entstehen können und die kosmische Nacht anbricht. Auf die dann leider kein neuer kosmischer Morgen mit einem neuen Anstieg der Sternentstehungsrate folgen wird. Der Nachmittag ist alles, was wir haben - also machen wir das beste daraus!

<description>Der kosmische Morgen ist schon lange vorbei und wir leben im langen, trägen Nachmittag des Universums. Was das heißt und was der Abend bringt, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten.

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Steht das Universum gerne früh auf?

Der kosmische Morgen ist schon lange vorbei und wir leben im langen, trägen Nachmittag des Universums. Was das heißt und was der Abend bringt, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten.

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Sternengeschichten Folge 599: Der lange kosmische Nachmittag

Das außerirdische Plasma-Karussel
Sternengeschichten Folge 598: Der Gas-Torus von Io
In dieser Folge der Sternengeschichten geht es um den Gas-Torus von Io. Und dafür müssen wir zuerst einmal klären, was ein Gas-Torus ist. Zum Glück ist das einfach: Ein Torus ist ein Ring und ein Gas-Torus ist ein Ring aus Gas. Viel interessanter ist die Frage, warum der Jupitermond Io sowas hat.
Ich habe in Folge 299 schon ausführlich von diesem ganz besonderen Mond erzählt. Jupiter hat ja jede Menge Monde und Io gehört zu den größeren. Mit einem Durchmesser von 3643 Kilometern ist er nicht nur der viertgrößte Mond des Sonnensystems und der drittgrößte Mond des Jupites sondern auch noch ein kleines Stück größer als der Mond der Erde. Io ist aber vor allem deswegen so besonders, weil es dort aktive Vulkane gibt. So aktive Vulkane, dass wir mit unserern Raumsonden immer wieder live zusehen können, wie gerade einer davon ausbricht. Heute soll es aber nicht darum gehen, was auf der Oberfläche von Io passiert, sondern darum, welche Auswirkungen die Vorgänge auf seiner Oberfläche haben. 
Io hat eine dünne Atmosphäre, die vor allem aus Schwefeldioxid besteht. Die Quelle dafür ist der Vulkanismus, aber ein so kleiner Himmelskörper wie dieser Mond hat natürlich Schwierigkeiten, mit seiner Anziehungskraft eine Atmosphäre festhalten zu können. Ganz besonders, wenn man einen Nachbarn wie Jupiter hat. Das ist ein sehr wichtiger Punkt: Von den großen Monden des Jupiters ist Io dem Riesenplaneten am nächsten; er ist nur gut 420.000 Kilometer entfernt, also ein bisschen weiter weg als unser Mond von der Erde. Im Gegensatz zur Erde ist der Jupiter aber nicht nur viel größer, er hat auch ein sehr viel stärkeres Magnetfeld und eines, dass sich sehr weit ausdehnt. Tatsächlich reicht es bis zur Bahn des Io hinaus oder anders gesagt: Der Mond bewegt sich mitten durch das starke Magnetfeld des Jupiters hindurch. Und das hat Konsequenzen. 
Das ganze läuft so ab: Die Vulkane erzeugen Schwefeldioxid und weil Io so klein ist, verliert er ständig ein bisschen was von diesem Gas. Ungefähr eine Tonne pro Sekunde. Die Moleküle werden durch die UV-Strahlung der Sonne aufgespalten und ionisiert; sie verlieren also Elektronen aus der Hülle ihrer Atome und sind dann nicht mehr elektrisch neutral sondern geladen. Die freien Elektronen können auch mit anderen Molekülen kollidieren und sie ebenfalls ionisieren. Auf jeden Fall verliert der Io jede Menge Zeug, dass dann ionisiert wird. Wir haben also elektrisch geladenes Material in der Umgebung von Io und die Umgebung von Io befindet sich mitten im starken Magnetfeld des Jupiters. Dieses Magnetfeld bewegt sich mit der Rotation des Planeten und Jupiter rotiert schnell. Für eine Drehung um seine Achse braucht er nur 10 Stunden; das ist viel schneller als die Zeit, die Io für eine Runde um Jupiter braucht. Das bedeutet: Die elektrisch geladenen Teilchen die Io ins All verliert werden sofort von Jupiters Magnetfeld eingefangen und beschleunigt. Das ganze Material verteilt sich also entlang der Umlaufbahn von Io, es bildet sich eine ringförmige Wolke aus Plasma, also aus geladenen Teilchen und genau das ist der Gas-Torus von Io.
Man kann sich das wie einen Schweif vorstellen, den Io hinter sich her zieht. Das wäre aber nicht ganz korrekt, denn dieser Ring aus Gas rotiert so schnell wie Jupiter selbst, mit einer Geschwindigkeit von circa 74 Kilometer pro Sekunde. In Bezug auf Io, der sich selbst mit circa 17 Kilometer pro Sekunde um Jupiter bewegt bleibt immer noch eine relative Geschwindigkeit von weit über 50 Kilometer pro Sekunde übrig. Io wird also von seinem Schweif überholt und das mit einer nicht geringen Geschwindigkeit. 
Io bewegt sich also durch einen Ring aus Gas. Natürlich ist das Zeug dort jetzt nicht so dicht, dass man es sich wie eine Wolke hier auf der Erde vorstellen kann. Die Teilchendichte im Torus liegt bei circa 2000 pro Kubikzentimeter. Das ist aus unserer Sicht immer noch ein sehr gutes Vakuum. Andererseits aber auch ein bis zwei Größenordnungen dichter als die kosmischen Wolken die wir überall zwischen den Sternen finden. Und dort passieren ja auch jede Menge spannende Dinge. Also warum sollte es uns jetzt interessieren, dass sich der Jupitermond Io in einem Ring aus Gas befindet?
Erstens natürlich, weil es gut ist, Bescheid zu wissen. Zweitens, weil es cool ist, Bescheid zu wissen! Ich meine: Ein vulkanischer Mond der einen gigantischen Gasplaneten umkreist dessen Magnetfeld die Atmosphäre des Mondes zerpflückt und entlang seiner Umlaufbahn verteilt - das ist schon ein ziemliches cooles Phänomen. Unser Mond macht sowas nicht und wenn es anderswo passiert, dann lohnt es sich, darüber Bescheid zu wissen. Io und Jupiter sind zwar außergewöhnlich, aber in der Hinsicht nicht einzigartig. Auch andere Riesenplaneten haben starke Magnetfelder und große Monde. Es gibt Hinweise, dass auch der weiter außen liegende Jupitermond Europa einen Gas-Torus erzeugt, ebenso wie der Saturnmond Enceladus, obwohl es in diesen Fällen keine ionisierten Teilchen sind und die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld keine so große Rolle spielt.
Den Gas-Torus von Io zu erforschen lohnt sich also vor allem deshalb, weil man dadurch mehr über die Beziehung zwischen großen Gasplaneten und ihren Monden erfährt. Und wem das noch nicht genug ist: Es lohnt sich auch, weil man dadurch ein bisschen besser verstehen kann, wie Plasma funktioniert. Das mag komisch klingen, denn Plasma ist jetzt nicht so exotisch wie es klingt. Plasma, also ein Gemisch aus freien Elektronen und geladenen Teilchen, kann man hier auf der Erde ohne größere Probleme herstellen. Wenn wir eine Energiesparlampe oder eine Leuchtstoffröhre in die Fassung schrauben und einschalten, dann leuchten die Dinger, weil sie Plasma enthalten. Wir können mit Plasma schweißen, es gibt Plasmabildschirme, und so weiter. Wir haben Plasma so gut verstanden, dass wir jede Menge technische Anwendungen dafür und daraus entwickelt haben. Das heißt aber nicht, dass wir dieses Phänomen letztgültig verstanden haben. 
Plasma ist ein höchst kniffliges Zeug, vor allem dann, wenn es mit Magnetfeldern wechselwirkt. Denn die geladenen Teilchen des Plasmas erzeugen ein Magnetfeld, wenn sie sich bewegen. Magnetfelder beeinflussen aber auch wie sich Plasma bewegen kann. Es gibt als jede Menge komplexe Rückkopplungseffekte und das ganze ist alles andere als einfach zu verstehen. Das merken wir zum Beispiel in der Fusionsforschung. Auch darüber habe ich in früheren Folgen ja schon oft gesprochen: Wenn wir Kernfusion künstlich herbei führen und daraus zum Beispiel Energie gewinnen wollen, dann müssen wir in der Lage sein, die Bewegung eines Plasmas durch Magnetfelder zu kontrollieren. Und deswegen ist es schlau, alle Informationen über Plasma zu erforschen, die wir kriegen können. Der Gas-Torus von Io ist eines der ganzen wenigen Plasma-Systeme, das wir in seiner Gesamtheit überblicken und untersuchen können. Wir können erforschen, wie sich dieser Millionen Kilometer lange Strom aus Plasma um den Jupiter windet, wie die Dynamik des Magnetfelds ihn beeinflusst, und so weiter. Klar, Jupiter ist weit weg - aber es ist ein bisschen so wie bei der Klimaforschung. Es ist wichtig, dass wir mit Wetterstationen direkt vor Ort sind und Daten sammeln. Es ist aber ebenso wichtig, mit Erdbeobachtungssatelliten Daten aus der Ferne zu sammeln und das Gesamtbild zu untersuchen. 
Also werden wir auch den Gas-Torus weiter untersuchen. Mit immer neuen Methoden und die sind mehr als nur ausgeklügelt. Im Jahr 2016 hat zum Beispiel die Raumsonde Juno den Jupiter erreicht und sie ist auch immer wieder an Io vorbei geflogen. So eine Raumsonde muss natürlich mit der Erde kommunizieren; Bilder und Daten zurück zu uns schicken, Kurskorrekturen empfangen, und so weiter. Diese Kommunikation findet mit Radiowellen statt und wenn diese Radiowellen sich durch ein Plasma bewegen, gibt es Störungen. Beziehungsweise Verzögerungen, die um so größer sind, je dichter das Plasma ist, durch das sich die Radiosignale bewegen. Das kann man natürlich messen und das hat man auch gemessen: Aus einer Analyse der Verzögerungen in der Kommunikation zwischen Juno und der Erde konnte man Informationen über die genaue Form und Ausdehnung des Gas-Torus bei Io gewinnen. Und das ist nur eine von vielen Methoden, mit denen wir dieses seltsame Phänomen erforschen.
Es wäre jetzt natürlich übertrieben, wenn ich behaupten würde, dass die Beherrschung der künstlichen Kernfusion eine direkte Konsequenz der astronomischen Forschung an Ios Gas-Torus sein könnte. Das ist nicht so und deswegen behaupte ich das nicht. Ios Gas-Torus zu verstehen ist Grundlagenforschung. Wir wissen danach mehr als vorher und das ist erst mal alles. Aber je mehr wir wissen, desto besser stehen die Chancen, dass irgendwann mal etwas mit diesem Wissen passiert, mit dem wir noch gar nicht gerechnet haben. Und DAS ist, worum es in der Forschung geht.

<description>Der Jupitermond Io erzeugt einen Ring aus Plasma entlang seiner Umlaufbahn. Warum er das tut und was das mit der Kernfusion zu tun hat, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten: https://astrodicticum-simplex.at/?p=36914

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Das außerirdische Plasma-Karussel

Der Jupitermond Io erzeugt einen Ring aus Plasma entlang seiner Umlaufbahn. Warum er das tut und was das mit der Kernfusion zu tun hat, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten: https://astrodicticum-simplex.at/?p=36914

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Sternengeschichten Folge 598: Der Gas-Torus von Io

Der letzte Blick auf die Sonne
Sternengeschichten Folge 597: Der grüne Blitz
1882 hat der französische Autor Jules Verne in seinem Buch "Der grüne Strahl" folgendes geschrieben:
"»Haben Sie jemals die Sonne beobachtet, wenn sie unter einem Meereshorizonte verschwand? – Ja, sicherlich. Sind Sie ihr auch mit dem Blick gefolgt bis zu Moment, wo sie, wenn der obere Rand ihrer Scheibe den Wasserrand berührt, eben gänzlich untergehen will? – Höchst wahrscheinlich. Aber haben Sie dabei die Erscheinung bemerkt, welche genau in dem Augenblicke auftritt, wo sie uns, vorausgesetzt, daß der dunstlose Himmel eine durch nichts gestörte Fernsicht gewährt, ihren letzten Strahl zusendet? – Nein, vielleicht nicht. Nun, so bald sich Ihnen eine Gelegenheit bietet – und das ist nur selten der Fall – bei der Sie diese Beobachtung machen können, so werden Sie wahrnehmen, daß nicht, wie man glauben könnte, ein rother, sondern ein »grüner« Strahl die Netzhaut des Auges trifft, aber ein Strahl von ganz wunderbarem Grün, von einem Farbenton, wie ihn kein Maler auf seiner Palette erzeugen kann, einem Grün, welches die Natur selbst weder in der so verschiedenen Färbung der Pflanzen, noch in der der klarsten, durchsichtigsten Meere jemals wieder in gleicher Nuance hervorbringt. Wenn es im Paradiese Grün gibt, so kann es nur das hier gemeinte sein, welches ohne Zweifel das wirkliche Grün der Hoffnung darstellt!«
So lautete der Artikel der »Morning-Post«, welches Blatt Miß Campbell beim Eintritt in den Salon in der Hand hielt. Die kurze Notiz hatte sie vollkommen eingenommen. Mit enthusiastischer Stimme las sie ihren beiden Onkels auch die angeführten wenigen Zeilen vor, welche in lyrischer Form die Schönheit jenes Grünen Strahles priesen.
Miß Campbell sagte dabei aber nicht, daß gerade dieser Grüne Strahl mit einer alten Legende in Verbindung steht, deren wirklicher Sinn ihr bisher verborgen geblieben war, einer gleich vielen anderen überhaupt unerklärten sagenhaften Ueberlieferung, nach welcher derjenige, der jenen Grünen Strahl nur einmal gesehen, sich in Herzenssachen nicht mehr täuschen könne; sein Erscheinen zerstört alle Illusionen und Unwahrheiten; wer so glücklich war, ihn nur einmal wahrzunehmen, sieht dann eben so klar im eigenen Herzen wie in dem Anderer."
Ok, Jules Verne hat sich jede Menge irres Zeug ausgedacht. Eine Reise zum Mittelpunkt der Erde. Ein riesiges U-Boot. Ein Raumschiff das mit einer gigantischen Kanone zum Mond geschossen wird. Und so weiter. In "Der grüne Strahl" geht es aber nicht um Raumfahrt, Abenteuer im Inneren der Erde oder sonst irgendwas utopisches. Es ist eigentlich nur ein Liebesroman und auch dieser seltsame grüne Strahl der Sonne ist keine Science Fiction sondern echte Science.
Die Sonne kann tatsächlich grün aufleuchten und wenn wir verstehen wollen, warum sie das tut, müssen wir uns zuerst einmal mit der Lichtbrechung beschäftigen. Lichtbrechung bedeutet, dass eine Lichtwelle ihre Richtung ändert, wenn sie sich von einem Medium in ein anderes Medium bewegt. Zum Beispiel von der Luft ins Wasser; ein Phänomen das alle schon mal beobachtet haben und das dazu führt, dass es immer ein wenig komisch aussieht, wenn man zum Beispiel von außerhalb auf Objekte blickt, die sich am Boden eines Swimmingpools befinden - oder wenn man umgekehrt von unter der Wasseroberfläche das beobachtet, was sich außerhalb des Wassers befindet. Warum Lichtwellen ihre Richtung ändern, wenn sie das Medium wechseln durch das sie sich bewegen, ist gar nicht so einfach zu erklären, und deswegen verschieben wir diese Erklärung auch auf eine andere Folge der Sternengeschichten. Aber sie tun es und sie tun es auch, wenn sie zum Beispiel vom Vakuum des Weltalls auf die Atmosphäre der Erde treffen. Oder wenn sie unterschiedlich dichte Schichten der Erdatmosphäre durchqueren. Und wie stark die Lichtwellen dabei ihre Richtung ändern, hängt von ihrer Wellenlänge ab. Oder anders gesagt: Von der Farbe des Lichts. Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge als zum Beispiel rotes Licht und es wird deswegen auch stärker abgelenkt. 
Zurück zur Sonne: Von dort kommt ja Licht in allen Farben zu uns, deswegen erscheint sie uns ja auch weißlich. Alle Farben sind zusammengemischt. Wenn das Sonnenlicht jetzt die Erdatmosphäre durchquert, dann wird es natürlich auch gebrochen. Was bedeutet das? Zuerst einmal, dass die Sonne in Wahrheit nicht dort am Himmel steht, wo wir sie sehen. Das klingt komisch, ist aber tatsächlich so. Stellen wir uns vor, wir stehen an einem schönen Strand, der Himmel ist klar und es ist Abend. Die Sonne geht unter und ihr unterer Rand berührt gerade den Horizont. Und anstatt jede Menge Fotos des Sonnenuntergangs zu machen oder eine romantische Liebeserklärung oder was man halt sonst üblicherweise so in der Abendstimmung am Meer macht, denken wir lieber ein wenig über die Physik des Lichts nach. Das Licht der Sonne wird, wie ich gerade erklärt habe, gebrochen. Es ändert also seine Richtung und in diesem Fall bedeutet es, dass es quasi ein wenig gebogen wird und zwar in Richtung des Erdbodens. Oder anders gesagt: Wenn wir die Sonne gerade den Horizont berühren sehen, dann ist sie eigentlich schon untergegangen. Aber die Lichtbrechnung sorgt dafür, dass ihr Licht quasi noch um den Horizont herum gebogen wird. Das Bild der Sonne, das wir sehen, ist ein bisschen nach oben verschoben. Der Effekt ist um so stärker, je mehr Atmosphäre das Licht durchqueren muss und deswegen merkt man das bei Sonnenauf- und untergang am stärksten. Da reicht die Lichtbrechung tatsächlich, um die Sonne noch sichtbar sein zu lassen, obwohl sie schon unter dem Horizont steht.
Das ist der erste wichtige Punkt. Der zweite hat damit zu tun, dass die Lichtbrechnung eben auch von der Wellenlänge abhängt. Wir können uns die weiße Sonnenscheibe, die wir am Himmel sehen als Überlagerung jeder Menge farbiger Sonnenbilder vorstellen. Eine blaue Sonne, eine gelbe Sonne, eine grüne Sonne, eine rote Sonne, und so weiter. Und wenn wir all diese Bilder übereinanderlegen, kommt die normale weiße Sonne raus (und ich muss hoffentlich nicht dazu sagen, dass man bitte nicht ohne Schutz direkt in die Sonne schauen soll, schon gar nicht mit einem Fernglas oder Teleskop). Wenn jetzt die Lichtbrechung in der Nähe des Horizonts aber besonders stark ist, werden die einzelnen farbigen Sonnenbilder ein wenig zueinander verschoben. Blaues Licht wird am stärksten abgelenkt, grünes Licht ein bisschen weniger stark, gelbes noch weniger und das rote am wenigsten. Der blaue Anteil des Sonnenlichts oder eben das blaue Bild der Sonne steht also am höchsten, darunter das grüne Bild, und so weiter. Wie gesagt: Der Effekt ist nicht enorm groß, und wir sehen bei Sonnenauf- oder untergang ja auch nicht jede Menge bunte Sonnenbilder am Himmel stehen. Die farbigen Bilder überlappen sich immer noch so sehr, dass wir vor allem die Mischung des Lichts sehen und die übliche gelblich-weiße Sonne. Der Effekt der Lichtbrechung wird nur an den Rändern sichtbar. Die Oberkante der Sonnenscheibe hat einen schmalen blauen Rand und die Unterkante leuchtet rötlich. 
Normalerweise können wir das nicht sehen; dafür ist das Phänomen zu wenig ausgeprägt. Unter bestimmten Bedingungen kann der Effekt aber verstärkt werden. Ganz besonders dann, wenn die Temperaturunterschiede in der Atmosphäre besonders groß sind. Zum Beispiel am Meer, wenn die Luft über dem Wasser kühler ist, aber auch an Land. Es muss halt nur der Boden wärmer sein als die Luft darüber - was in der Wüste sehr oft der Fall ist. Und in der Wüste kann man auch die dann entstehenden charakteristischen Luftspieglungen beobachten, die man auch "Fata Morgana" nennt. Wenn man so etwas bei der untergehenden Sonne sehen kann, stehen die Chancen gut, auch einen grünen Blitz sehen zu können. 
Denn dann ist die Lichtbrechnung stark ausgeprägt. Die Sonne geht unter und - erinnern wir uns wieder an die überlagerten farbigen Bilder - zuerst tut das die rote Sonnenscheibe. Dann kommt die gelbe Sonnenscheibe und als letztes geht die grüne Sonnenscheibe unter. Ok, eigentlich geht als letztes die blaue Sonnenscheibe unter. Aber gerade weil der blaue Anteil des Lichts so stark gebrochen wird, erreicht kaum etwas davon direkt unser Auge. Das blaue Licht wird in alle Richtungen gestreut, und das ist ja auch der Grund, warum der Himmel für uns blau erscheint. Also: Der rote/gelbe Anteil des Lichts ist schon unter dem Horizont. Der blaue Anteil kommt nicht bis zu uns. Übrig bleibt also nur der grüne Teil und in den wenigen Sekunden, die es braucht, bis die komplette Sonne tatsächlich hinter dem Horizont verschwunden ist, kann genau dieser Anteil zu sehen sein. Es gibt einen grünen Blitz!
Um dieses Phänomen beobachten zu können, braucht es aber nicht nur die schon beschriebenen Bedingungen in der Atmosphäre, der Himmel sollte auch wirklich klar sein; es sollten keine künstlichen Lichtquellen in der Nähe sein, und so weiter. Man muss also Glück haben. Und da schließt sich der Kreis wieder, zurück zu Jules Verne. Auch in der Liebe braucht man ein wenig Glück denn leider hilft der Anblick des grünen Blitzes in der echten Welt dann doch nicht dabei, dass man sich in Herzensangelegenheiten nicht mehr irren kann.

<description>Ab und zu können wir einen grünen Blitz sehen, der von der Sonne kommt. Warum das passiert und was das das zu bedeuten hat, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten: https://astrodicticum-simplex.at/?p=36913

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Der letzte Blick auf die Sonne

Ab und zu können wir einen grünen Blitz sehen, der von der Sonne kommt. Warum das passiert und was das das zu bedeuten hat, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten: https://astrodicticum-simplex.at/?p=36913

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Sternengeschichten Folge 597: Der grüne Blitz

Das fünfte Element in der modernen Physik
Sternengeschichten Folge 596: Die Quintessenz und die Dunkle Energie
Wenn wir von der "Quintessenz" sprechen, dann meinen wir damit das "Wesentliche" oder das "Wichtigste". Wörtlich bedeutet der lateinische Ausdruck das "Fünfte Seiende", die "quinta essentia" beziehungsweise etwas freier übersetzt das "Fünfte Element". Ursprünglich gemeint war damit in der antiken griechischen Philosopie der Äther, also ein fünftes Element neben Wasser, Feuer, Erde und Luft. Diese vier sollten nach damaliger Auffassung ja die Bausteine aller irdischen Dinge sein. Aber am Himmel, womit damals alles gemeint war, was sich weiter entfernt als der Mond befindet, sollte es etwas anderes geben; das fünfte Element, den Äther. Im Gegensatz zu den irdischen Elementen, die sich verändern können, sollte der Äther ewig sein, zeitlos und unveränderlich. Der Äther ist nicht heiß oder kalt, nicht feucht oder trocken sondern himmlisch perfekt und darüber hinaus bewegt sich alles, was aus Äther besteht, immer im Kreis. Damit hatte man eine Erklärung dafür gefunden, warum sich die Himmelskörper bewegen, die gut ins damalige philosophische Bild gepasst hat.
Später, im Mittelalter und der Neuzeit wurde der Äther dann umgedeutet zu einem Material, dass den ganzen Weltraum erfüllt; das Material, in dem sich auch das Licht ausbreiten kann. Dass es so etwas nicht braucht, konnte erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts gezeigt werden, als entsprechende Experimente belegt haben, dass nirgendwo eine Spur des Äthers zu finden ist und Albert Einstein mit seiner Relativitätstheorie gezeigt hat, dass es so etwas auch nicht braucht. 
Ein paar Jahrzehnte später, gegen Ende des 20. Jahrhunderts, ist die Quintessenz dann aber wieder in die Physik zurück gekehrt. Mit dem antikel Konzept hat sie aber nicht mehr viel zu tun; nur der Name ist noch der selbe. Und genau diese moderne Quintessenz werden wir uns heute ein wenig genauer ansehen. Wir müssen dafür wieder in die dunklen Bereiche des Universums eindringen und uns mit den fundamentalen Eigenschaften des Kosmos beschäftigen.
Wenn wir wissen wollen, was die moderne Kosmologie mit "Quintessenz" meint, müssen wir bei der dunklen Energie anfangen. Und dafür noch einmal daran erinnern, dass sich das Universum ausdehnt. Das wissen wir seit den 1920er Jahren, als Edwin Hubble und seine Kollegen beobachtet haben, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen. Nicht, weil sie sich so schnell DURCH den Raum bewegen, sondern weil der Raum selbst immer mehr wird. Zwischen den Galaxien wird der Raum immer größer und größer und das führt dazu, dass sie sich voneinander entfernen und zwar um so schneller, je weiter sie voneinander entfernt sind - denn desto mehr Raum ist zwischen ihnen und desto mehr kann sich ausdehnen. 
Dieser Befund war gegen Ende des 20. Jahrhunderts sowohl durch Beobachtungsdaten als auch durch theoretische Grundlagen gut bestätigt und soweit verstanden. Dann aber ist etwas überraschendes passiert. In den 1990er Jahren wollte man bestimmen, wie stark sich die Expansion des Universums im Laufe der Zeit verlangsamt. Denn der Expansion wirkt ja die Gravitationskraft entgegen. Die gesamte Masse im Universum zieht sich gegenseitig an und im Laufe der Zeit sollte sich die Expansion dadurch verlangsamen. Vielleicht sogar so weit, dass der ganze Kosmos irgendwann wieder in sich zusammenfällt. Ich werde jetzt nicht erklären, wie man die Beobachtungen gemacht hat, um zu messen, wie sich die Expansionsrate im Laufe der Zeit verändert, das habe ich zum Beispiel in Folge 26 ausführlich erklärt. Man kann es auf jeden Fall tun und das Ergebnis, zu dem mehrere Arbeitsgruppen damals unabhängig voneinander gekommen sind, war äußerst unerwartet. Die Expansion des Universums wird nicht langsamer. Sie beschleunigt sich! Das war genau das Gegenteil von dem, was man dachte, das passiert. Aber die Beobachtungsdaten waren klar: Etwas sorgt dafür, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt.
Wir wissen nicht, was dieses "Etwas" ist und haben es mit dem Begriff "Dunkle Energie" bezeichnet. Es gibt natürlich jede Menge Hypothesen zur Natur der dunklen Energie. Eine davon ist die "kosmologische Konstante"; ich hab davon in Folge 250 ein wenig mehr erzählt. Im wesentlichen handelt es sich dabei um einen mathematischen Ausdruck, der genau das beschreibt, was man beobachtet: Eine Kraft, die der Gravitation entgegen wirkt und für eine beschleunigte Ausdehnung des Universums sorgt. Physikalische Hypothesen, die erklären wollen, wie das funktionieren soll, stellen sich oft vor, dass es sich um eine Art Energie handelt, die im Raum selbst steckt. Je mehr Raum da ist, desto mehr dieser abstoßenden Energie gibt es und je mehr sich das Universum dadurch ausdehnt, desto mehr Raum und mehr Energie ist da, und so weiter. Die Energie im Raum sorgt dafür, dass das Universum sich immer schneller und schneller ausdehnt. Wie gesagt, das ist nur eine Hypothese, wir wissen nicht, ob das wirklich so ist.
Die kosmologische Konstante hat aber nichts mit der Quintessenz zu tun. Dafür müssen wir noch kurz einmal auf das schauen, was in der Kosmologie mit "Zustandsgleichung" gemeint ist. Etwas, was in der Praxis enorm kompliziert ist, und was ich hier in dieser Folge nur sehr, sehr vereinfacht erklären werde. Im Wesentlichen dreht sich alles um eine Zahl, die aus dem Verhältnis von Druck zu Energiedichte gebildet wird. 
Schauen wir noch mal kurz auf die Gravitation. Die wirkt immer nur anziehend, im Gegensatz zum Beispiel zur elektromagnetischen Kraft gibt es keine positiven und negativen Gravitationsladungen, die sich mal anziehen und abstoßen, so wie bei Magneten. Masse zieht sich immer an, Abstoßung gibt es nicht. Wenn wir die Gravitation ansehen, so wie es Isaac Newton getan hat, dann spielt auch der Druck keine Rolle. In Newtons Gravitationsgesetzt gibt es nur die Masse und den Abstand, den Massen haben. Aber wir wissen ja auch, dass Albert Einstein die Gravitation besser und genauer beschrieben hat als Newton. Und in Einsteins Gravitationsgesetz kommt der Druck durchaus vor. Denn Einstein ja mit seiner berühmten Formel E=mc² festgestellt, dass Masse und Energie ineinander umgewandelt werden können. Und dass deswegen nicht nur Masse eine Gravitationskraft ausübt, sondern auch Energie. Und Druck ist eine Form von Energie. Man muss also jetzt den Druck quasi doppelt berücksichtigen: Einmal, weil der Druck auf das Material wirken kann, wie es eine Druckkraft eben tut. Und dann aber auch, weil auch der Druck eine Gravitationskraft erzeugt. 
Unter normalen Bedingungen ändert das nicht viel. Wenn wir wissen wollen, wie groß die Gravitationskraft ist, dann bestimmen wir die Energiedichte, also vereinfacht gesagt die Menge an Masse und Energie, die wir haben. Und den Druck. Der ist bei normaler Materie, bei normaler Strahlung positiv. Wir haben also eine positive Energiedichte und einen positiven Druck und damit auch eine Gravitationskraft, die positiv ist, also anziehend wirkt. Was aber, wenn der Druck negativ ist? Wenn er das ausreichend stark ist, kann die resultierende Gravitationskraft auch negativ werden, also abstoßend wirken.
Wie soll man sich einen negativen Druck vorstellen? Auch das kann ich nur ganz vereinfacht erklären. Der Physiker Paul Steinhardt, von dem wir gleich mehr hören werden, hat das einmal so erklärt: Man kann sich vorstellen, dass die Atome in einem Gas so miteinander wechselwirken, dass das Gas sich nicht ausdehnt, sondern quasi kollabiert. Wenn man damit einen Ballon füllt, dann würde der sofort in sich zusammenfallen, denn wenn der Druck im Ballon negativ ist, und außen positiv (oder null) ist, dann bleibt ihm nichts anderes übrig. Wenn es jetzt aber nicht um einen Ballon geht, sondern um den gesamten Raum, dann gibt es keinen Außendruck, weil es kein außen gibt. Der negative Druck hat also keinen direkten Effekt mehr, seine einzige Auswirkung besteht darin, eine negative Gravitationskraft zu verursachen. Der Raum dehnt sich also aus. Wie gesagt, das ist alles nicht so leicht vorstellbar, aber man kann es auf jeden Mal mathematisch exakt formulieren.
Zurück zu der Zahl, die aus dem Verhältnis von Druck zu Energiedichte gebildet wird. Wenn der Druck jetzt negativ ist, dann ist logischerweise auch diese Zahl negativ, denn die Energiedichte sollte ja positiv sein. Jetzt kommt es darauf an, wie genau das Verhältnis negativ ist. Bei der Kosmologischen Konstanten ist das Verhältnis immer gleich, nämlich -1. Wenn das Verhältnis aber einfach "nur" negativ ist, und sich darüber hinaus im Laufe der Zeit ändern kann, dann kriegt man eine andere Form der Dunklen Energie. Und die haben der vorhin erwähnte Paul Steinhardt und seine Kollegen Robert Caldwell und Rahul Dave in einer wissenschaftlichen Arbeit aus dem Jahr 1998 mit dem Begriff "Quintessenz" bezeichnet. Sie beziehen sich damit auf das, was die Energiedichte des Universums ausmacht: Die normale Materie, die dunkle Materie, die Neutrinos und die Strahlung und zusätzlich zu diesen vier Komponenten haben sie die "Quintessenz" als fünfte Komponente eingeführt. 
Im Gegensatz zur Kosmologischen Konstante ist die Quintessenz dynamisch. Sie kann sich zeitlich verändern und sie ist auch nicht überall im Raum gleichmäßig verteilt. Das klingt einerseits ein wenig komplizierter, als es bei der kosmologischen Konstante ist. Da war es ja einfach: In jedem Stück Raum steckt eine bestimmte Menge an Energie; die sorgt dafür, dass sich der Raum ausdehnt und je mehr Raum, desto mehr Ausdehnung gibt es. Das ist einfach, aber man hat auch nicht viel Spielraum. Wir dürfen nicht vergessen, dass wir ja messen können, wie sich das Universum ausdehnt. Und wenn man die dunkle Energie erklären will, muss das zu den Beobachtungen passen. Wäre die dunkle Energie in der Frühzeit des Universums zu groß gewesen, dann hätte sich alles so schnell ausgedehnt, dass gar keine Galaxien entstehen hätten können. Sie darf aber auch nicht zu gering sein, denn sonst würden wir ihre Wirkung ja heute nicht mehr beobachten. Wenn man, wie bei der Kosmologischen Konstant, quasi nur ein Rädchen hat, das man einstellen kann, dann muss es zu Beginn des Universums auf genau dem richtigen Wert eingestellt sein, und man muss erklären können, warum das so war. Wenn man eine dynamischere Theorie hat, wie die Quintessenz, hat man zumindest dieses Problem nicht, denn da kann sich der Effekt der dunklen Energie verändern, in Wechselwirkung mit der Materie im Universum und so unter Umständen ganz von selbst auf den Wert kommen, den wir heute beobachten. 
Was aber nicht heißt, dass es keine anderen Probleme gibt. Die bisherigen Beobachtungen deuten alle darauf hin, dass die dunkle Energie eben NICHT dynamisch ist, sondern sich tatsächlich wie eine kosmologische Konstante verhält. Wir haben auch noch keine wirklich brauchbaren Ideen, was die Natur der Quintessenz sein könnte. Nur weil es sich mathematisch gut formulieren lässt, folgt ja noch nicht, dass es in echt auch existieren muss. Dazu muss uns erst mal etwas einfallen, aus dem die Quintessenz real bestehen kann. Aber das selbe Problem haben wir auch bei der kosmologischen Konstante.
Am Ende müssen wir festhalten: Die Quintessenz ist, so wie ihre antiken Vorgänger, immer noch höchst mysteriös.

<description>In der Antike war die Quintessenz das "fünfte Element". In der modernen Kosmologie ist sie eine mögliche Lösung um zu verstehen, wie das Universum funktioniert. Die Quintessenz zur Quintessenz gibt es in der neuen Folge der Sternengeschichten.

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Das fünfte Element in der modernen Physik

In der Antike war die Quintessenz das "fünfte Element". In der modernen Kosmologie ist sie eine mögliche Lösung um zu verstehen, wie das Universum funktioniert. Die Quintessenz zur Quintessenz gibt es  in der neuen Folge der Sternengeschichten.

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Sternengeschichten Folge 596: Die Quintessenz und die Dunkle Energie

Wer hat zuerst durchs Teleskop geschaut?
Sternengeschichten Folge 595: Thomas Harriot, der erste moderne Astronom?
Im Jahr 1609 machte Galileo Galilei seine Beobachtungen der Jupitermonde, die den Anfang des Endes des geozentrischen Weltbildes einläuten sollten. Im Jahr 1609 veröffentlichte Johannes Kepler sein epochales Werk "Astronomia Nova", das den Beginn der modernen Astronomie darstellt. Das Jahr 1609 war für die Astronomie ein enorm wichtiges Jahr - und es war noch viel mehr los. Es war vor allem auch das Jahr, in dem der englische Forscher Thomas Harriot die Beobachtungen durchgeführt hat, wegen der er von manchen als der erste moderne Astronom bezeichnet wird. 
Aber das kommt erst später. Wir fangen im Jahr 1560 an und zwar in Oxford. Da und dort wird Thomas Harriot geboren und mit 17 Jahren beginnt er an der Universität Oxford auch sein Studium. Er hat sich intensiv mit Navigation beschäftigt, das war damals eine besonders relevante Disziplin für England. Immerhin lag die Entdeckung von Amerika durch Christopher Kolumbus noch keine hundert Jahre zurück und England, so wie viele andere Nationen, war intensiv damit beschäftigt, den für Europa neuen Kontinent zu erforschen und in Besitz zu nehmen. Und um dort hin zu kommen, musste man sich mit Navigation auskennen. 
Harriot wurde dann auch vom englischen Entdecker und Seefahrer Walter Raleigh als Mathematiker engagiert, um bei der Navigation zu helfen, die Schiffe zu designen und so weiter. Gemeinsam mit Raleigh machte er sich auch auf eine Expedition nach North Carolina, wo er nicht nur wegen seiner mathematische Fähigkeiten hilfreich war, sondern auch, weil er damals der erste und einzige Engländer war, der sich die Mühe gemacht hat, Algonkin zu lernen, die Sprache der Pamlico, also der Menschen, die schon lange vor den Europäern dort lebten, wo sich heute North Carolina befindet. Der Bericht, den Harriot später über diese Reise geschrieben hat, hat spätere Forschungs- und Kolonisierungsreisen beeinflusst. Dass er auch dafür verantwortlich war, die Kartoffel aus Amerika zu den britischen Inseln zu bringen, wird zwar ab und zu behauptet, kann aber nicht belegt werden. 
Zurück aus Amerika wurde Harriot von Henry Percy, dem Earl of Northumberland engagiert, als Privatlehrer für die Familie - Harriot hatte aber auch genug Zeit und Möglichkeiten, seine eigenen Forschungsprojekte zu verfolgen. Die beschäftigten sich damals, zu Beginn des 17. Jahrhunderts vor allem mit der Optik und der Astronomie. Deswegen ist es auch nicht überraschend, dass Harriot auch von der Erfindung erfahren hat, die bald alle beschäftigen sollte. Im Jahr 1608 wurde in den Niederlanden das Teleskop entwickelt, wahrscheinlich vom Brillenmacher Hans Lipperhey. An Astronomie hat Lipperhey aber nicht gedacht als er das Instrument baute und auch seine Zeitgenossen sahen vor allem den militärischen Wert des Fernrohrs. 
Auch Harriot besorgte sich eines der neuen Instrumente, aber er richtete es zum Nachthimmel. Am 5. August 1609 beobachtete er damit den Mond und machte detaillierte Zeichnungen von dem, was er dort sehen konnte. Das war übrigens auch genau das, was Galileo Galilei getan hat. Auch der Italiener baute sich ein Teleskop, nachdem er von der Erfindung aus Holland erfahren hatte; er verbesserte es sogar und fing an, den Nachthimmel zu beobachten. Seine ersten nachweisbaren Beobachtungen des Mondes haben Ende November 1609, also gut vier Monate nach denen von Thomas Harriot stattgefunden. Nach allem, was wir heute wissen, war der Engländer also tatsächlich der erste, der ein Teleskop für astronomische Beobachtungen eingesetzt und die Ergebnisse seiner Beobachtungen aufgezeichnet hat. Thomas Harriot war der erste, der Astronomie nicht mehr nur mit dem freien Auge betrieben, sondern optische Instrumente dafür eingesetzt hat; also genau das getan hat, was auch heute noch der Kern der modernen wissenschaftlichen Astronomie ist. War Thomas Harriot also der moderne Astronom?
Ja. Und Nein. So einfach ist Geschichte leider selten. Ich habe zu Beginn schon gesagt, dass 1609 ein besonderes Jahr für die Astronomie war. Mit der Erfindung des holländischen Fernrohrs hat sich ein komplett neues Fenster für die Himmelsbeobachtung aufgetan und man muss kein Genie sein, um auf die Idee zu kommen, es nicht nur dafür einzusetzen, am Tag weit entfernte Objekte auf der Erde zu beobachten, sondern es auch in der Nacht auf den Himmel zu richten. Thomas Harriot und Galileo Galilei waren beide nicht dumm und dass Harriot seine Zeichungen ein paar Monate früher gemacht hat als Galilei sollte nicht überbewertet werden. 
Aus Sicht der Wissenschaft ist die Arbeit von Galileo Galilei aber mit Sicherheit wichtiger einzuschätzen. Nicht, weil er so viel besser war als Harriot. Seine Mondkarten waren zwar schon ein wenig detaillierter als die des Engländers. Aber Galilei hat vor allem eines getan, was enorm wichtig ist: Er hat seine Erkenntnisse veröffentlicht. Im Jahr 1610 erschien sein berühmtes Buch "Sidereus Nuncius", der "Sternenbote". Darin berichtet Galilei nicht nur vom holländischen Teleskop und seinem Einsatz in der Himmelsbeobachtung. Er beschreibt, wie er den Mond im Teleskop gesehen hat und veröffentlicht ausführliche Karten der Mondoberfläche; berichtet darüber hinaus aber auch von den vielen bis dahin nie gesehenen Sterne, die mit dem Teleskop sichtbar wurden und vor allem auch von der Entdeckung der Monde des Jupiters.
Hätte Galilei seine Ergebnisse nicht öffentlich gemacht, hätten sie auch nicht die Wirkung auf die Wissenschaft und die Gesellschaft haben können, die sie gehabt haben. Ok, Galilei hätte sich auch viel Ärger mit dem Papst und der Kirche erspart, aber ohne seine Veröffentlichungen wäre die Wende hin zu einer modernen Astronomie erst später erfolgt. Harriot dagegen hat seine Beobachtungen nicht veröffentlicht. Das gilt auch für seine Entdeckung der Sonnenflecken. Auch hier war Thomas Harriot vermutlich der erste. Seine ersten teleskopischen Beobachtungen der Sonne und die Entdeckung der dunklen Flecken auf ihrer Oberfläche fanden im Jahr 1610 statt. Galileo Galilei sah sie im Jahr 1611, ebenso die deutschen Astronomen Johann Fabricius und Christoph Scheiner. Aber auch diesmal hat Harriot nichts veröffentlicht. 
Eventuell lag das daran, dass der Earl of Northumberland, sein Arbeitsgeber, in den Gunpowder Plot verwickelt war; eine Verschwörung britischer Katholiken mit dem Ziel, den protestantischen König zu töten. Das Attentat schlug fehl, aber auch Harriot wurde im Zuge der Aufarbeitung kurzfristig verhaftet und dachte sich vielleicht, dass er sich ab jetzt eher zurück halten sollte, was öffentliche Aufmerksamkeit angeht. 
Was schade ist, denn Harriot hätte jede Menge zu veröffentlichen gehabt. Nicht nur in der Astronomie: In der Mathematik hat er sich zum Beispiel mit Zahlensystemen beschäftigt und das Binärsystem entdeckt, noch vor Gottfried Wilhelm Leibniz, der üblicherweise als Entdecker gilt. Er war der erste, der eine Formel für die Berechnung der Fläche eines Dreiecks auf einer Kugeloberfläche fand - sehr wichtig für die Navigation. Sie wird heute als "Girards Theorem" bezeichnet, nach dem Franzosen Albert Girard, der diese Gleichung ebenfalls fand, aber im Gegensatz zu Harriot eben auch veröffentlicht hat. Thomas Harriot hat ein ganzes Buch über Mathematik geschrieben, das erst nach seinem Tod veröffentlicht worden ist und er hat die Mathematik der Zinseszins-Rechnung entwickelt.
Thomas Harriot war ein wichtiger Forscher, aber einer, dessen Leistungen sehr lange unbekannt waren. Mittlerweile hat sich das glücklicherweise geändert. Eine Sternwarte einer Universität in Virginia ist nach ihm benannt, genau so wie ein Krater auf dem Mond und ein Asteroid. Die größte Ehre ist aber vermutlich die Benennung des Planeten 55 Cancri f. Der Doppelstern 55 Cancri wird von fünf Planeten umkreist und im Jahr 2015 erhielten diese fünf Planeten die Namen von Wissenschaftlern. Zwei davon heißen Lipperhey und Janssen, nach dem Erfinder des Fernrohrs und Zacharias Janssen, der ebenfalls ein Fernrohr erfunden hat und wo bis heute nicht klar ist, wer von beiden zu erst dran war. Die restlichen drei Planeten sind nach Tycho Brahe und Galileo Galilei benannt und der letzt heißt nun offiziell "Harriot". 
Einen Planeten nach sich benannt zu bekommen ist eine Ehre, die es nicht oft gibt. Und eine, die Thomas Harriot auf jeden Fall verdient hat.

<description>Thomas Harriot hat als erster Mensch mit einem Teleskop astronomische Beobachtungen angstellt. Warum er trotzdem nicht so berühmt ist, wie er sein sollte, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten.

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Wer hat zuerst durchs Teleskop geschaut?

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Sternengeschichten Folge 595: Thomas Harriot, der erste moderne Astronom?

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