Astrophysik - die Methode, die Macher und der Fortschritt
Emma Terämä

 

Die Suche nach neuen Fragen und Antworten über den Kosmos geht weiter  und damit auch das Wettrennen um die besten Beobachtungsgeräte. Die Geschichte beweist, dass zahlreiche Durchbrüche in der Astronomie neuartigen oder leistungfähigeren Beobachtungs- und Messverfahren zu verdanken sind. Je mehr Licht ein Teleskop sammeln kann, desto tiefer kann es in den Raum hinaus spähen. Inzwischen sind die Detektoren so empfindlich, dass sie selbst das Glimmen einer Zigarette auf dem Mond bemerken würden.

Seit wenigen Jahren steht auf dem Vulkan Mauna Kea von Hawaii ein Zwillingsteleskop mit je einem 10-Meter-Hauptspiegel. Ein ähnliches Instrument wird demnächst in Südafrika errichtet. In Texas wurde letztes Jahr das Hobby-Eberly Telescope eingeweiht, das mit einem 11-Meter-Spiegel der gegenwärtige Rekordhalter ist. Im Jahr 2003 soll das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile komplett sein. Diese Rekordjagd ist der Motor für neue wissenschaftliche Erkenntnisse.

Aber jetzt zurück zu prominenten Beispielen aus der Geschichte:

Galileo Galilei konstruierte im Jahr 1609 ein Fernrohr, bei dem das Objektiv aus einer Sammellinse und das Okular aus einer Zerstreuungslinse bestand. Es war nicht das erste Teleskop, doch richtete es Galilei als einer der ersten gen (d.h. Richtung) Himmel. Er entdeckte damit die Mondgebirge und Sonnenflecken, die Lichtgestalten der Venus, die Saturnringe und die vier Großmonde Jupiters. Galilei war davon überzeugt, dass die Erde um die Sonne kreist - und nicht umgekehrt.

1609 und 1619 veröffentlichte Johannes Kepler die elliptischen Bahnen der Planeten um die Sonne und brachte damit das geozentrische Weltbild endgültig zu Fall. Dieser Durchbruch basierte ebenfalls auf der damals besten Beobachtungstechnik: dem Mauerquadranten¹ auf der dänischen Insel Hven. Damit hatte Tycho Brahe, bei dem Kepler 1599 Assistent war, die Positionen der Planeten sehr genau vermessen und die Daten für Keplers Theorie bereitgestellt.

1785 publizierte Friedrich Wilhelm Herschel die erste Darstellung der Milchstraße als flache linsenförmige Scheibe mit vielen Millionen Sternen. Zu diesem Ergebnis kam er aufgrund seiner sorgfältigen systematischen Sternzählungen in über 3 000 ausgewählten Himmelsfeldern. Damit hatte er die Stellarstatistik begründet. Er entdeckte auch Uranus - den ersten, nicht mit bloßem Auge sichtbaren Planeten - und zwei seiner Monde.

In den zwanziger Jahren unseres Jahrhunderts bewies Edwin P. Hubble mit Hilfe des 2,54-Meter-Teleskops auf dem Mount Wilson, dass der Andromedanebel nicht innerhalb der Milchstraße liegt, sondern eine eigenständige Galaxie aus unzähligen Sternen ist. Hubble verbesserte die kosmische Entfernungsbestimmung, klassifizierte die Gestalt der Galaxien und entdeckte die Ausdehnung des Weltalls - eine der wichtigsten Stützen der Urknall-Theorie. Hubbles Erkenntnisse basierten nicht mehr auf dem Augenschein, sondern auf zwei für die Astronomie entscheidenden Erfindungen: der Fotografie und der Spektroskopie.

Heute kennen wir nur fünf Arten von kosmischen Botschaften, die uns etwas über die Natur des Universums sagen:

Die elektromagnetische Strahlung:

langwellige Radiostrahlung bis Gammastrahlung höchster Energien. Sie ist unsere wichtigste Informationsquelle.

Festkörper:

Meteroriten und interplanetarischer Staub.

Teilchen der kosmischen Strahlung:

Elektronen, Protonen, Atomkerne, Ionen, Mesonen, Antiteilchen.

Neutrinos und Antineutrinos:

Elementarteilchen, die man bisher nur von der Sonne und der Supernova kennt.

Gravitationswellen:

Sie wurden bisher nicht direkt gemessen, aber Doppel-Neutronensternen geben indirekt Hinweise darauf.

Nun etwas von den derzeitigen Experimenten:

Aus den bekannten Elementarteilchen besteht das Universum nur zum geringsten Teil, wenn Schätzungen von Astrophysikern richtig sind: Ihnen zufolge macht eine mysteriöse, unsichtbare, als "Dunkelmaterie" bezeichnete Substanz über 90 Prozent der gesamten Masse des Weltalls aus. Die Existenz der Dunkelmaterie schließen die Forscher aus der Schwerkraftwirkung, die diese Materie auf unsere eigene Galaxis und auf fremde Galaxien ausübt. Erst kürzlich hat das Hubble-Weltraum-Teleskop Aufnahmen von Galaxien-Clustern gemacht, die auf enorme Mengen von Dunkelmaterie hinweisen.

Weltweit versuchen Wissenschaftler, das Rätsel der Dunkelmaterie zu lösen - zur Zeit mit rund 20 Experimenten. Die Labors in der "Bouldy Mine" im Norden Englands z.B. suchen nach den "Wimps". Wimps sind Weakly Interacting Massive Particles, bislang nur hypothetische, aber vielversprechende Botschafter der mysteriösen Dunkelmaterie. Wimps sollten kurz nach dem Urknall vor rund 15 Milliarden Jahren entstanden sein. Sie haben eine 10- bis 10 000-fache Masse eines Protons und haben nur eine schwache Wechselwirkung mit normaler Materie - daher kommt ihr Name.

Mehr Licht beziehungsweise Empfindlichkeit, mehr Schärfe und mehr Frequenzen - mit dieser Erfolgsformel haben die Astronomen immer wieder neue Einblicke in den Kosmos gewonnen. Ein Ende ist noch nicht zu erkennen. Weitere noch leistungfähigere Teleskope für alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums sind schon im Bau oder in Planung. Die Technik kann dem Astronomen aber nur helfen, bis an die natürlichen Grenzen zu gelangen, die das Universum selbst setzt.

Quellen:

Bild der Wissenschaft 11/98, S. 84-93
GEO (http://www.geo.de/wissen/98/05/SucheWimps.html) (23.11.1998)

Anmerkungen (pw):
Dieses historische astronomische Instrument bestand aus einem schwenkbaren Stab mit Visiereinrichtung, mit dem das Gestirn anvisiert wurde. Die Neigung des Stabes lieferte den Höhenwinkel des Gestirns. Der Winkel konnte an einem festen, mit einer Gradeinteilung versehenen Viertelkreis abgelesen werden.

 

Wichtige Wörter:

allmählich	vähitellen
die Art, -en	laji
die Ausdehnung, -en	laajeneminen
das Beobachtungsgerät, -e	tarkkailuväline
die Botschaft, -en	tieto; suurlähetystö
die Darstellung, -en	esitys
der Durchbruch, -e+	läpimurto
ein\weihen	vihkiä käyttöön
empfindlich	herkkä
entdecken	löytää
die Entfernungsbestimmung, -en	etäisyydenmääritys
entstehen (entstand, ist entstanden)	syntyä
das Ergebnis, -se	tulos
das Fernrohr, -e	kaukoputki
der Forscher, -	tutkija
die Gestalt, -en	muoto
die Gravitationswelle, -n	gravitaatioaalto
mittlerweile	sillä välin, tällä välin
das Mondgebirge, -e	kuuvuoristo
das Rätsel, -	arvoitus
die Scheibe, -n	kiekko
die Schwerkraft, -e+	painovoima
die Schwerkraftwirkung, -en	painovoiman vaikutus
der Sonnenfleck, -en	auringonpilkku
sorgfältig	huolellinen
der Staub	pöly
das Teilchen, -	hiukkanen
die Urknalltheorie	alkuräjähdysteoria
veröffentlichen	julkaista
die Wechselwirkung, -en	vuorovaikutus
die Wirkung, -en	vaikutus

pw/3.1.1999