Der Sternenhimmel Ein Routenplaner zu Sonne, Mond und Sternen Bearbeitet von Eckhard Slawik 1. Auflage 2011. Buch. 104 S. Hardcover ISBN 978 3 8274 2860 8 Format (B x L): 39,8 x 0 cm Weitere Fachgebiete > Physik, Astronomie > Astronomie: Allgemeines > Astronomische Beobachtung: Observatorien, Instrumente, Methoden Zu Inhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.
Der Sternenhimmel Ein Routenplaner zu Sonne, Mond und Sternen von Eckhard Slawik 1. Auflage Der Sternenhimmel Slawik schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: Astronomische Beobachtung: Observatorien, Instrumente, Methoden Spektrum Akademischer Verlag 2011 Verlag C.H. Beck im Internet: www.beck.de ISBN 978 3 8274 2860 8 Inhaltsverzeichnis: Der Sternenhimmel Slawik
Die Sterne In der allgemeinen Vorstellung gilt der Sternenhimmel als unendlich. Wahrscheinlich liegt dies an der wissenschaftlichen Darstellung des Weltalls in vier Dimensionen: Länge, Breite, Tiefe und Zeit. Wenn man aber in einer klaren Nacht von einer ebenen Wiese den Sternenhimmel betrachtet, erscheint er einem so, wie er schon allen Beobachtern erschienen ist, nämlich als eine sternenübersäte Kuppel. Ob die Sterne in einer unterschiedlichen Entfernung vom Betrachter stehen, lässt sich nicht feststellen. Es spricht also nichts dagegen, den Himmel (vorerst) ebenso zu betrachten, wie er Himmel. Um die Orientierung zu erleichtern, habe ich den Himmel in vier Segmente eingeteilt, die den Jahreszeiten auf der nördlichen Erdhalbkugel entsprechen: Frühling (grün), Sommer (gelb), Herbst (rot) und Winter (blau). Für jede Jahreszeit gibt es drei den Himmel über der Großstadt, die zweite den über einer ländlichen Gegend und die dritte den Himmel, wie er im Hochgebirge ohne Lichtverschmutzung aussieht. am Himmel erfassen kann. Der horizontale Winkel beträgt 120, der vertikale 150. Wie viele Sterne gibt es? Schaut man in einer mondlosen und sternenklaren Nacht fernab der Lichter in den Himmel, kommt schon mal die Frage auf, wie viele Sterne es da oben wohl geben mag. Nun, die Wissenschaft kann uns inzwischen einige Fragen mit ausreichender Genauigkeit beantworten. Was wir am Himmel an Pünktchen sehen, sind Sterne aus der Milchstraße. Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie, in der auch die Sonne als kleiner Stern zu Hause ist. Galaxien können durchaus das Mehrfache an Sternen enthalten. Und wie viele Galaxien gibt es? Wir können nicht das ganze Weltall überschauen, aber extrem lang belichtet wurden und die uns einen Blick auf Milliarden von Lichtjahren von uns entfernte Objekte erlauben. Das gesuchte Schild: Stopp! Sie verlassen das gesichtet. Das heißt, hinter diesen Objekten gibt es wahrscheinlich noch weitere, die wir noch größere Teleskope, um noch weiter sehen zu können. Sicher wird man damit gesuchte Schild steht? Vielleicht kommt es aber ganz anders und die Wissenschaftler Unser Horizont Im Weltall ist es nicht viel anders als auf der Erde. Steigt man auf einen Turm, der sich dort ist, wo man nicht mehr weiter sehen kann am Horizont. Der Horizont ist aber nur das Ergebnis der Erdkrümmung und lange nicht das Ende der Erde. Was ist aber die Ursache für den Horizont im Weltall? Der Weltraum und der Hefeteig In den 1920er Jahren hat Edwin Hubble durch Messungen an entfernten Galaxien festgestellt, dass diese sich umso schneller von uns entfernen, je weiter sie von uns weg sind. Dies führte zur Entwicklung der Theorie vom expandierenden Weltraum. Die Umkehrung dieses Gedankens führte geradewegs zum Urknall, an dem alles begann. teigs mit Rosinen erklärt. Der Weltraum ist der Hefeteig, und die Galaxien darin sind die Rosinen. Geht der Teig auf, entfernt sich jede Rosine von der anderen, ohne sich selbst durch den Teig zu bewegen! Je weiter die Rosinen voneinander entfernt sind, desto schneller bewegen sie sich voneinander weg. Das Licht und die Ewigkeit ein Erklärungsversuch Unsere allgemeine Erfahrung und die Beobachtung sagen uns, dass auf dieser Welt Ob wir ein Licht beobachten, das acht Minuten unterwegs ist wie das von der Sonne von Jahren von einem sehr weit entfernten Objekt, scheint keine Rolle zu spielen. (sprich: Teleskop) groß genug machen, um noch ein paar Photonen einzufangen, die ausgewertet werden können. Es wird stillschweigend davon ausgegangen, dass das Licht unterwegs nicht unpässlich wird oder gar stirbt. Ist das Licht also doch für die Ewigkeit gemacht? Immerhin bewegt es sich per De- Lichtgeschwindigkeit keine Zeit (im System, also beim Photon). Wenn bei so einem Lichtteilchen keine Zeit vergeht, dann sollte es eigentlich auch keine Zeit zum Sterben haben, einen Unfalltod durch Kollision mit einem Materieteilchen ausgenommen. Und trotzdem kommt das Licht nach durchwanderten Jahrmilliarden nicht so beim Lichtstrahl gedehnt. Das heißt, wenn er als kurzwelliges, blaues Licht gestartet ist, kommt er vielleicht als langwelliges, rotes Licht an. Die Sache ist ganz einfach vorstellbar, wenn das Licht als Welle betrachtet wird. Malt man auf einem Gummiband eine Welle auf und beginnt das Band zu dehnen, wird die Welle auf dem Gummiband immer länger. Nichts anderes macht der sich ausdehnende Raum mit dem Licht. Wenn die Dehnung so stark wird, dass die Welle nur noch ein gerader Strich ist, gibt es keine müsste eintreten, wenn die Entfernung zwischen Sender und Empfänger so groß ist, dass sich durch die Expansion des Raumes das Raumsegment des Senders mit Lichtgeschwindigkeit vom Raumsegment des Empfängers entfernt. Der Wissenschaftler würde dazu sagen: Die Rotverschiebung ist unendlich. Jetzt haben wir aber ein Problem. Die Borduhr in unserem Photonenzug zeigt immer Buddhist würde sagen: Er ging ins Nirwana ein. Könnten wir den Lichtstrahl auf seiner Reise von außen verfolgen, würden wir sehen, dass seine Wellenlänge immer größer wird und damit seine Frequenz immer niedriger. Die Energie eines Photons ist aber proportional zu seiner Frequenz. Dies bedeutet, dass das Licht auf seiner Reise durch den expandierenden Raum ganz offensichtlich nicht nur leerer Raum ist, sondern Feld genannt wird, also ein Raum mit Energiege- Kreislauf aus Energie und Materie wieder geschlossen. gen, er müsste dort liegen, von wo aus uns kein Licht mehr erreicht, weil es die ganze Ende des Weltalls. Der Urknall senschaftliche Theorie über die Entstehung des Weltalls dar. Er ist kein Beweis und kein Glaubenssatz, sondern nur eine Idee, die sich anbot, als man die Expansion des Wie hat man sich den Urknall vorzustellen? Hier eine vereinfachte Darstellung: Man stelle sich ein Nichts vor kein Raum, keine Zeit, keine Materie, keine Energie, keine unendlich. Dieses zweite Nichts explodiert. Bei der Explosion wird es immer größer und die Temperatur fällt, bis sich aus der Hitze Teilchen bilden, aus denen dann das entsteht, was wir heute beobachten können. Bei der Explosion entstehen nicht nur Energie und Materie, sondern vor allem auch der Raum, die Zeit und die Naturgesetze. Das gab es vorher alles nicht! 46
Nun versuchen die Wissenschaftler, mit den aktuellen Naturgesetzen die noch gesetzlose Situation zu erfassen. Zugegeben, ein schwieriges Vorhaben. Da die Berechnungen nicht immer das Ergebnis liefern, das wir vor uns sehen, werden die Theorien und Rechnungen korrigiert. So eine Korrektur hat man auch in die sehr frühe Phase der gleichmäßig ausgedehnt, sondern, zwischen 10 36 und 10 33 Sekunden, sprunghaft, werden Faktoren von zehn hoch zig genannt, aber im Endeffekt soll es heißen, dass sich das Weltall in dieser ultrakurzen Zeitspanne, für die es nicht einmal Namen gibt, auf die jetzige Größe aufgebläht hat. Wie geht so etwas? Dies wird nicht erklärt, aber es könnte hilfreich sein, in Gedanken den Standort zu wechseln. Im Urknall selbst gibt es keine Zeit. Die ganze Blase breitet sich so lange jetzt wiederum von außen betrachtet Milliarden von Jahren oder noch viel länger dauern, bis die innere Uhr des Systems anfängt zu ticken und sich als Zeit äußert. Das Weltall könnte demnach extrem viel größer sein als unser Weltallhorizont so wie auch die Erde sehr viel größer ist als der Horizont des Beobachters auf einem Turm. Der Sinn des Ganzen Dies alles im Hinterkopf und den Blick zu den Sternen gerichtet, stellt sich schon erschließt sich der Sinn einfacher, wenn wir die Entwicklung des Weltalls im Zeitraffer betrachten. Im Urknall hat alles noch keine Eigenschaften außer unheimlich klein und unheimlich von Wasserstoff und die Naturgesetze. Gegenüber klein und heiß ist dies schon ein extrem großer Fortschritt. In einem nächsten großen Schritt entstehen Galaxien mit Milliarden von Sternen. Jeder Stern fusioniert Wasserstoff zu schwereren Elementen bis zum Eisen. Und als es dort nicht mehr weitergeht, wird in Supernova-Explosionen das Periodensystem bis zum Uran aufgefüllt. Dies ist ein weiterer enormer Fortschritt. Den nächsten Sterngenerationen steht jetzt nicht nur Wasserstoff zur Verfügung, sondern auch alle anderen Elemente sogar Materie in fester Form. Diese wird für eine Planeten geformt. Dann wird zumindest auf einem dieser Planeten, der Erde ein ganz besonderes Experiment gestartet: das Leben. Dies ist bereits ein unvorstellbar großer Fortschritt gegenüber unendlich klein und heiß - zu Ende. Interessant ist, dass eine weitere Entwicklung immer erst folgte, nachdem eine Stufe fest etabliert war. So wurden zuerst die Elementarteilchen entwickelt, die stabil ge- diesen der genetische Code. Jede Entwicklungsstufe brachte komplexere und feinere Strukturen hervor. Die Wechselwirkungen zwischen den neuen Strukturen fanden dabei auf einem immer schwächeren Energieniveau statt. Dadurch wurden die früher etablierten und bewährten Strukturen und Gesetze nicht verändert oder gar zerstört. Die Natur ging nicht diesen Weg. So betrachtet, könnte das Wissen um den zurückgelegten Weg durchaus hilfreich und nützlich sein, die Richtung des vor uns liegenden Weges zu erahnen. Zurück zur Gegenwart Verlassen wir die Vergangenheit und die Philosophie und widmen uns der Gegenwart. ren Sternbilder. Ich habe sie ausgewählt, weil sie markant sind und weil sie sich in der betreffenden Jahreszeit meist hoch über dem Kopf des Beobachters am Himmel zu verstehen, andere wiederum können als Wegweiser zwischen den Sternen dienen. Die jahreszeitlichen Sternfelder sind jeweils doppelt dargestellt. Die linke Seite zeigt Figur des bevorzugten Sternbilds ist dicker gezeichnet. Unter den deutschen Namen der Sternbilder steht in Kursivschrift auch die international übliche lateinische Be- dem Beobachter zeigt. Im antiken Griechenland, wo die meisten Sternbilder Teile mythologischer Geschichten waren, hatten die Sterne noch keine Eigennamen. Die meisten Sterne bekamen ihre Um die angehenden Himmelsbeobachter nicht zu sehr zu verwirren, habe ich nur die Namen der Sterne benutzt, die hier besprochen werden. Einige davon kommen auch in Kreuzworträtseln vor. Die menschlichen Sterne Beschäftigt man sich mit den Sternen ausführlicher, stellt man Ähnlichkeiten mit den Menschen und deren Leben fest. Einige dieser Ähnlichkeiten möchte ich nutzen, um den Zugang zum gestirnten Himmel zu erleichtern. Die erste Übereinstimmung mit den Menschen bezieht sich auf den Werdegang. Sterne werden geboren, sie leben (existieren) eine Zeitlang, und sie sterben. Betrachtet man die Entstehung der Sterne, stellt man fest, dass es am Himmel richtige Kreißsäle gibt, tote Sterne und auch Sternenfriedhöfe. Die meisten dieser Begriffe gehören natürlich 47
Der Sternenhimmel im Frühling Polarstern GROSSER WAGEN GROSSER BÄR Ursa Major BÄRENHÜTER Bootes JAGDHUNDE Canes Venatici KLEINER LÖWE Leo Minor Arktur HAAR DER BERENIKE Coma Berenices LÖWE Leo Saturn Regulus JUNGFRAU Virgo SEXTANT Sextans WASSERSCHLANGE Hydra Spika RABE Corvus BECHER Crater 48
über der Großstadt 49
Der Sternenhimmel im Frühling Polarstern GROSSER WAGEN GROSSER BÄR Ursa Major BÄRENHÜTER Bootes JAGDHUNDE Canes Venatici KLEINER LÖWE Leo Minor Arktur HAAR DER BERENIKE Coma Berenices LÖWE Leo Saturn Regulus JUNGFRAU Virgo SEXTANT Sextans WASSERSCHLANGE Hydra Spika RABE Corvus BECHER Crater 50
über dem Land 51
Der Sternenhimmel im Frühling Polarstern GROSSER WAGEN GROSSER BÄR Ursa Major BÄRENHÜTER Bootes JAGDHUNDE Canes Venatici KLEINER LÖWE Leo Minor Arktur HAAR DER BERENIKE Coma Berenices LÖWE Leo Saturn Regulus JUNGFRAU Virgo SEXTANT Sextans WASSERSCHLANGE Hydra Spika RABE Corvus BECHER Crater LUFTPUMPE Antlia KENTAUR Centaurus 52
ohne Lichtverschmutzung 53
Der Sternenhimmel im Frühling Manchmal stellt sich die Frage, wie unsere Milchstraße von außen aussieht. Nach allem, was wir wissen, leben wir in einer Spiralgalaxie, vergleichbar der Galaxie M101. men mit der Lage der Erde im Raum und der Lage Europas auf der Nordhalbkugel ergeben sich verschiedene Blickwinkel in die Milchstraße im Laufe des Jahres. Während im Sommer der Blick in die Milchstraße gerichtet ist, die einen Durchmesser von etwa 100 000 Lichtjahren hat, und wir diese dann als ein schimmerndes Sternenband am Himmel sehen können, weist der Blick im Frühling steil nach oben, hinaus aus Dies ist der Grund für die geringere Sterndichte. Da es hier auch wenig Staub gibt, wird unser Blick nicht behindert und kann die Milchstraße leicht verlassen. Was gibt es außerhalb der Milchstraße? Zuerst, das heißt die nächsten paar Millionen Licht- Galaxien, so ähnlich wie unsere Milchstraße. Diese Entfernungsangaben sind aber für eine präzise Urlaubsplanung nicht unbedingt geeignet. Es können auch ein paar Millionen Lichtjahre mehr sein. Bei diesen Distanzen ist die Entfernungsmessung etwas schwierig. KLEINER WAGEN (KLEINER BÄR) Ursa Minor Himmelsnordpol Polarstern cm Durchmesser) sieht man bei guten Bedingungen die nächsten Galaxien als kleine cm) zeigen Strukturen. Die Weg mit Großteleskopen realisieren. Während M51 mit dem Schmidt-Teleskop, einem professionellen Weitwinkelteleskop, aufgenommen wurde, hat bei M101 das Hubble-Weltraumteleskop gezeigt, was mit einem 2,4-m-Teleskop aus dem Weltall dar, die im Laufe von mehreren Jahren aufgenommen und später zusammengesetzt wurden. Ungeachtet dieser prachtvollen Fotos ist es trotzdem ein großes Erlebnis, in gehört allerdings, dass man sich über die gigantischen Dimensionen, in die man da gerade Einblick bekommt, klar ist. M101 M51 Alkor Mizar GROSSER WAGEN (Ursa Major) am Himmel direkt über dem Kopf des Beobachters. Er ist Teil des Sternbilds Großer Bär, das die antiken Griechen kreiert haben. Da aber die sieben Sterne des Großen Wagens besonders auffällig sind und auch in anderen Kulturen als ein eigenständiges Sternbild betrachtet wurden, bleiben wir hier beim Großen Wagen. Der Bär ist am am Himmel wird an den Sternbildgrenzen kein Pass verlangt, und es gibt auch keine Zollbeamten, die die Taschen durchsuchen. Der Große Wagen ist zwar das ganze Jahr über am Himmel zu sehen, aber im Frühling erreicht er seine höchste Position am Himmel. Der Grund, warum er nie untergeht, besteht darin, dass er dem Himmelsnordpol näher ist als der Horizont. Dies gilt aller- die nie untergehen, nennt man zirkumpolar. Wie bereits aus dem nebenstehenden Bild ersichtlich, kann uns der Große Wagen den beiden Sterne des Kastens nach oben führt zu einem Stern mittlerer Helligkeit, der nicht verfehlt werden kann, weil es dort nur einen gibt. in jedem Fall kleiner als 1, was die Genauigkeit eines Kompasses meist übertrifft. Die aktuelle (2010) Position des Himmelsnordpols ist mit einem gekennzeichnet. Der Polarstern, auch Polaris genannt, gehört zum Sternbild Kleiner Bär. Im Volksmund ist es der Kleine Wagen. Polaris bildet das Ende der Deichsel des Kleinen Wagens, dessen Kasten in Richtung der Deichsel des Großen Wagens zeigt. Unter städtischen Bedingungen ist es schwer, den Kleinen Wagen voll zu erkennen, weil die mittleren sondern auch einen einigermaßen dunklen Himmel. einem dunklen Himmel in ländlicher Gegend stellt er aber keine große Herausforderung an die Sehkraft. Im Sommer werden wir ein Sternenpaar kennenlernen, das die füllt. Detailansicht zum Sternenhimmel im Frühling: Großer Wagen und Polarstern (Bild oben und rechts). Pro Jahreszeit kann man etwa ein Dutzend Sternbilder am Himmel zählen. Nicht alle sind so markant, dass man sie sich unbedingt merken muss. Jedenfalls nicht zu Himmel kennenzulernen. Folgt man dem Bogen, den die Deichsel des Großen Wagens formen unten noch ein kleiner Standfuß, und fertig ist der Bärenhüter. Verlängert man den Bogen weiter in Richtung Horizont, trifft man auf Spika, den Hauptstern Himmelsfotos nicht zu sehr zu strapazieren, ist der Bogen nur im Sternenfeld über dem Land eingezeichnet. Löwe unter den Großen Wagen geraten ist. Bedingt durch die Erddrehung scheint sich der ganze Himmel um den Himmelspol zu drehen. Vereinfacht betrachtet können wir auch sagen, der Himmel dreht sich um wir eine einfache Eselsbrücke anwenden: Der Große Wagen hat den Rückwärtsgang eingelegt und bekommt ihn nicht mehr heraus. Die beiden Galaxienaufnahmen M51 und M101 sind nur ein Beispiel und sollen die Leistungsfähigkeit moderner Teleskope demonstrieren. Es sind die nächsten Sternensysteme. Noch weiter weg gibt es weitere Galaxien so weit das Teleskop reicht, könnte man sagen. 1995 hat das Hubble-Weltraumteleskop im Bereich des Großen - 500 Galaxien gezählt. Das Bild ging in die Geschichte als Hubble Deep Field (HDF) ein. 54
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http://www.springer.com/978-3-8274-2860-8