Das Universum
Sebastian Voltmer Die Erde umrundet gemeinsam mit unseren übrigen (anerkannten) acht Planeten - Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto - unser Zentralgestirn Sonne. Alle diese Himmelskörper gehören zu unserem Sonnensystem, das auch Planetensystem genannt wird. Der Mond ist kein Planet, sondern unser Erdtrabant; er begleitet unsere Erde auf ihrem Weg um die Sonne. Die Planeten kreisen in Ellipsen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Abständen um unsere Sonne, einem recht gewöhnlichen Stern unter all den anderen in unserem Universum. Sie hat einen Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometer, dem 109-fachen Erddurchmesser. Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst, was man Rotation nennt. Die Ebene des Äquators, zu der die Erdachse senkrecht steht, ist um ca. 23°26‘ zur Erdumlaufbahn um die Sonne, der Ebene der Ekliptik geneigt. In dieser bewegen sich auch die anderen Planeten und der Mond mit kleineren Abweichungen; ihre elliptischen Bahnen sind jedoch etwas zur Ekliptik geneigt, Pluto weist die größte Bahnneigung auf.
Von der Erde aus betrachtet kreisen Sonne, Mond und Planeten insgesamt betrachtet auf einem „Band“ um die Erde. Dabei durchqueren sie 13 Sternbilder; diese dürfen nicht mit den 12 Tierkreiszeichen der Astrologie verwechselt werden, die nicht mit den Sternbildpositionen übereinstimmen. Die Astrologie rechnet mit dem sog. tropischen Tierkreis, der durch die Sonnenwendepunkte, den Anfängen der Jahreszeiten, definiert ist.
Zur Orientierung am Himmel ist der siderische Tierkreis, die sichtbaren Sternbilder in der Ekliptik, von Bedeutung. Mit Hilfe jener kann man die Planeten am Himmel ausmachen; sie sind nämlich immer nur in den 13 Sternbildern der Ekliptik aufzufinden.
Die Sonne wird von der Erde aus gesehen von den zwei inneren Planeten Merkur und Venus umrundet, deren Umlaufbahn um die Sonne enger ist als die der Erde. Merkur ist der sonnennächste Planet; er kann niemals weiter als etwa 28° von der Sonne entfernt stehen. Dies ist der Grund, warum Merkur immer nur in der Dämmerungszone der Sonne zu sehen ist. Venus steht höchstens 48° von der Sonne entfernt. Sie kann Morgen- oder Abendstern sein. Ihr Abstand von der Sonne ist weit genug, um sie manchmal hell leuchtend am dunklen Himmel zu sehen, dies noch früh am Abend oder in den frühen Morgenstunden vor Sonnenaufgang. Sie zeigt uns – wie der Mond – ihre fortlaufenden Phasen, daher ist sie manchmal nur als schmale Sichel zu sehen.
Von der Sonne aus gesehen ist die Erde der drittnächste Planet. Ihre Entfernung beträgt eine Astronomische Einheit (1 AE), so nennt man die mittlere Entfernung von Erde und Sonne. Die Astronomische Einheit wird häufig zur Angabe von Entfernungen innerhalb des Sonnensystems benutzt. Von der Internationalen Astronomischen Union wurde die Astronomische Einheit auf den Wert von 149.597.870 km festgelegt.
Die anderen Planeten, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto, werden als äußere Planeten bezeichnet. Der Mars ist auch als roter Planet bekannt. Er weist bestimmte Bodenstrukturen auf, die der Erde z.T. gleichen. Von ihr können mit einem Teleskop seine größten Bodenstrukturen erkannt werden. Aber auch große Sandstürme, Wolkenformationen und Wirbelstürme sind auf dem Mars zu beobachten. Der größte Planet unseres Sonnensystems ist Jupiter. Er wird auch als mächtiger Gasriese bezeichnet. Er weist charakteristische Wolkenbänder auf, von denen einige schon in einem kleinen Fernrohr erkannt werden. Jupiter wird von 17 bisher entdeckten Monden in unterschiedlichen Zeiträumen umrundet. Mit einem kleinen Feldstecher kann man seine größten, die sog. vier galileischen Jupitermonde erkennen. Sie tragen diesen Namen, weil der große Physiker und Astronom Galileo Galilei (1564-1642) sie entdeckt hat.
In die „Jupitersphäre“ drangen die Bruchstücke des Kometen Shoemaker-Levy 9 ein. Auch die Erde wurde im Laufe ihrer Geschichte schon von riesigen Kometen getroffen, wodurch vielleicht die Dinosaurier ausgerottet wurden.
Zwischen der Mars- und Jupiterbahn befindet sich der Asteroidengürtel, der aus einer Unmenge von Brocken besteht. Jenseits der Jupiterbahn befindet sich Saturn. Er besitzt einen Ring, der aus vielen Gesteinsbrocken besteht. Daher ist Saturn wegen seines besonderen Aussehens auch als Ringplanet bekannt.
Auf den Planeten Uranus, Neptun und Pluto sind von der Erde aus mit normalen Teleskopen, wegen der zu großen Distanz, keine Strukturen zu erkennen. Alle Planeten, die um die Sonne kreisen, bilden das Planetensystem, sie sind selbst keine aktiv leuchtenden Körper, sie reflektieren nur das Licht der Sonne, ebenso ihre Monde.
Unser Mond hat eine mittlere Entfernung von 384.400 Kilometern zur Erde; diese Distanz ist astronomisch gesehen ziemlich gering. Das Licht des Mondes, reflektiertes Sonnenlicht, gelangt in rund 1 1/3 Sekunde zu uns. Knapp 300.000 km legt das Licht in einer Sekunde zurück. Da er in ca. 28 Tagen unsere Erde umkreist und uns immer dasselbe Gesicht zuwendet, trifft ihn das Licht der Sonne jeweils auf unterschiedlichen Seiten. Wir sehen dies als Phasen des Mondes. Neumond ist, wenn er von uns aus gesehen in gleicher Richtung wie die Sonne steht, Vollmond ist, wenn er ihr gegenübersteht und uns seine bestrahlte Hälfte zuwendet.
Bis das Licht der Sonne bei uns auf die Erde oder auch auf dem Mond angekommen ist, vergehen etwa 8 Minuten, sie ist damit rund 8 Lichtminuten von uns entfernt. Die Sonne zeigt uns durch spezielle Filter betrachtet ständig wechselnde Oberflächenstrukturen. Oft sind auf ihr sog. Sonnenflecken zu beobachten, die durch Magnetfelder auf der Sonne entstehen. Sie befindet sich in einer unvorstellbar großen zirkumstellaren Staubscheibe, aus der einst sie selbst und dann unsere Planeten entstanden sind. Diese Staubscheibe kann von der Erde aus in der Morgen- oder Abenddämmerung zu bestimmten Jahreszeiten als sog. Zodiakallicht gesehen werden. Der Staubgehalt dieser zirkumstellaren Scheibe wird von der Sonne immerfort aufgelöst, wird aber von Kometenpartikeln wieder ersetzt. Diese Staubscheibe reicht etwa bis zur Jupiterbahn.
Außerhalb unseres Planetensystems beginnt das Reich der sog. Deep-Sky-Objekte, denn den Raum, der sich hinter dem Sonnensystem befindet, nennen die „Sternengucker“ Deep-Sky, was schlicht "tiefes All" bedeutet.
Unser Zentralgestirn Sonne ist ein völlig unscheinbarer Stern unter all den anderen, die gemeinsam die Spiralarme der Milchstraße bilden. Wir leben am äußeren Rand eines Spiralarms, dem Orion-Arm, 28.000 Lichtjahre vom Milchstraßenzentrum entfernt. Der Milchstraße sehen wir sozusagen „in die Kante hinein“. Daher sind ihre Spiralarme nicht als solche zu sehen. Weil die Spiralarme hintereinander liegen, sehn wir nur ein verdichtetes, zerklüftetes, leuchtendes Band, bestehend aus unzähligen Sternen. Anderen Galaxien, denen wir von außen betrachtet auf die Kante schauen, werden Edge-one-Galaxien genannt. Galaxien sind Welten- oder Sterneninseln, die Milliarden von Sonnen beherbergen. Das Wort Galaxis ist der griechischen Sprache entlehnt; „gala“ heißt „Milch“, milchig erscheinen uns die Milliarden von Sternen unserer Galaxie, und auch die der fernen Welteninseln.
Interstellare Gase und unzählige Sterne versperren den Blick in das Innere unseres Milchstraßenzentrums. Zwischen den Sternen befindet sich die sog. interstellare Materie, die bis zu 99% aus Gasen besteht, wobei Wasserstoff den Hauptanteil von etwa 75% ausmacht; der Rest ist hauptsächlich Helium.
Die nicht leuchtende interstellare Materie bzw. Molekülwolken, in denen das Gas molekular vorliegt, hebt sich vor dem Sternenmeer als Dunkelwolken ab, als dunkel erscheinende sternenlose Strukturen. Aus solchen Materieansammlungen im Kosmos können Sterne entstehen. Viele Gebiete der interstellaren Materie sind Sternentstehungsgebiete; ein ganz bekanntes davon stellt der Große Orion-Nebel/M42 dar, ein prächtig rosa leuchtender Gasnebel im Sternbild des Orion, aus dem bereits mehrere Sterne hervorgegangen sind. Er befindet sich unter den Gürtelsternen im Schwertgehänge vom Sternbild des Orion, und ist 1600 Lichtjahre von uns entfernt. Solche Gasnebel sind auch in Spiralarmen ferner Galaxien zu finden. Wolken leuchtenden Gases im interstellaren Raum, werden Emissionsnebel genannt.
Die Ansammlungen neutralen Wasserstoffs, werden als H-I-Regionen bezeichnet. Nebelgas kann durch UV-Strahlung heißer Sterne ionisiert werden. Dabei verlieren die Atomkerne ihre Elektronen und werden so zu Ionen. Beim Wiedereinfangen von Elektronen, bei der sog. Rekombination, wird Licht emittiert, es tritt also ein Rekombinationsleuchten auf. Dieser Vorgang ist dafür verantwortlich, dass solche Nebel leuchten. Wasserstoff strahlt am stärksten im roten Spektralbereich. Das Wasserstoff-Atom besteht aus nur einem Proton und verliert bei der Ionisierung sein einziges Elektron. Jeder Emissionsnebel ist fachlich gesehen eine H-ll-Region. Jedoch wird diese Bezeichnung speziell für Gaswolken benutzt, in denen sich Sterne wie im Orion-Nebel/M42 bilden. Auch Planetarische Nebel, die beim Tod eines Sterns entstehen, und Supernova-Überreste, die von einer gewaltigen Sternexplosion herrühren, gehören zu den Emissionsnebeln. Anders als bei den übrigen Emissionsnebeln, sind die Supernova-Übereste nicht durch die UV-Strahlung eines Sterns angeregt, sondern durch die Reibungswärme, die durch die Kollision des Gases mit umgebenden Gas entsteht. Es gibt aber auch blau leuchtende Reflexionsnebel, deren Staubteilchen von Sternen reflektiert wird. Das Zodiakallicht beispielsweise ist auch ein Reflexionsnebel, der unsere Sonne umgibt.
Mit bestimmten Filtern (Nebel-Filter/Deep-Sky-Filter), auf die ich im zweiten Teil dieses Buches noch zu sprechen komme, lassen sich solche Nebel besonders kontrastreich beobachten und fotografieren.
Der Zentralbereich unserer Galaxis besteht aus mindestens 70 Millionen Sonnenmassen. Insgesamt gehören ihr etwa 100 Milliarden Sterne und viele Tausend Sternhaufen an. Unsere Milchstraße ist eine Spiral-Galaxie und weist ein Alter von etwa 10 Millionen Jahren auf.
In klaren Sommernächten, fernab von Städten und störenden Lichtquellen, kann unsere Milchstraße als prächtig leuchtendes Sternenband beobachtet werden. Im Sternbild des Schützen finden wir das Galaktische Zentrum der Milchstraße, das jedoch in unseren Breiten ziemlich tief am Horizont, schon in dessen Dunstschichten steht. Dennoch kann der Blick in unser Milchstraßenzentrum - sei es mit einem Feldstecher, einem Teleskop oder einfach nur mit bloßen Auge - für den „Sterngucker“ faszinierend sein. Als ich das erste Mal mein 8-Zoll-Teleskop auf Objekte des Zentrums der Milchstraße gerichtet hatte, schlug mein Herz höher. Wieviel Nebel und Sternhaufen konnte ich hier erspähen! Die Milchstraße hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren – sie birgt einen unerschöpflich großen Reichtum an Objekten.Exkurs: Helligkeit
Die Helligkeit von Sternen oder von anderen Himmelsobjekten wird in Größenklasse, magnitude angegeben. Auf der Magnituden-Skala werden helleren Sternen kleinere Zahlen zugewiesen. Der griechische Astronom Hipparchos (ca.120v.Chr.) ordnete die Sterne auf einer Größenklassenskala zwischen 1. (etwa hellster Stern) und 6. Größe (gerade noch wahrnehmbarer Stern mit bloßem Auge) ein. In der Mitte des 19. Jahrhunderts wurde diese qualitative Beschreibung standardisiert. Die Größenklassenskala ist eine logarithmische Helligkeitsskala. Eine Differenz von 5 Größenklassen entspricht einem Helligkeitsverhältnis von 100:1. Wenn sich zwei Sterne um eine Größenklasse unterscheiden, so ist ihr Helligkeitsunterschied gleich der fünften Wurzel aus 100, entsprechend 1,512.
Die Abkürzung von magnitude wird mit ‚mag‘ angegeben. 0 mag entspricht der Helligkeit des Polarsterns. Einem Wert von ca. –1,5mag entspricht die Helligkeit des hellsten Sterns am Himmel, des Sirius.
Die Milchstraße wird von zwei kleineren Galaxien begleitet, der Kleinen - und Großen Magelan‘schen Wolke. Die Magelan‘schen Wolken sind in klaren Nächten auf der Südhalbkugel von allen frei gelegenen Orten bei ca. 20° Südbreite mit bloßem Auge erkennbar. Sie sehen aus wie vom Mond beleuchtete Schönwetterwolken. Etwa 160.000 Lichtjahre ist die Große und 185.000 die Kleine Magelan‘sche Wolke von uns entfernt. Beide Galaxien sind nicht ganz 100.000 Lichtjahre voneinander getrennt. Eine ebenfalls mit bloßem Auge gut sichtbare Galaxie am Nordhimmel ist der Andromeda-Nebel. Diese Galaxie - ähnlich der Milchstraße - ist die nächstgelegene größere Spiral-Galaxie. Berechnungen ergaben, dass sich der Andromeda-Nebel auf einem Kollisionskurs mit unserer Milchstraße befindet. Doch bis dahin, wenn sich die beiden Galaxien zu einer riesigen Galaxie vereinigen, ist die Epoche der Menschheit sicherlich längst zu Ende gegangen.
Mit einem Feldstecher wird der momentan 2,2 Millionen Lichtjahre entfernte Andromeda-Nebel deutlich als ellipsenförmiges Gebilde sichtbar. Ein Fernglas ist hilfreich, um großflächige nebelartige Objekte zu beobachten. Die Milchstraße, der Andromeda-Nebel und unsere - bereits entdeckten - benachbarten Zwerg-Galaxien bilden mit anderen Galaxien zusammen den mehr als 30 Galaxien umfassenden Galaxienhaufen, die sog. Lokale Gruppe. Diese wird von den zwei Riesen-Spiralgalaxien, dem Milchstraßensystem und dem Andromeda-Nebel beherrscht, der in der Fachsprache den Namen M31 trägt. Er ist das größte Mitglied der Galaxien-Gruppe.
Hinter dem Andromeda-Nebel befindet sich Triangulum-Galaxie/M33 auch Dreiecksnebel genannt. Sie weist nur ca. 1/10 der Masse von M31 auf.
Die Galaxien M31, M33, und die sog. Galaxie Maffei 1 sowie das Milchstraßensystem sind allesamt Spiral-Galaxien; die übrigen sind sog. elliptische oder irreguläre Zwerg-Galaxien, die keine Spiralarme aufweisen.
Die Mitglieder der Lokalen Gruppe liegen in einem Umkreis, der einen Durchmesser von etwa 5 Millionen Lichtjahren misst, wobei die meisten sich um zwei weit auseinander liegende Zentren, den Andromeda-Nebel und das Milchstraßensystem, gruppieren.
Die Gesamtzahl der Sterne im Andromeda-Nebel wird auf 400 Milliarden geschätzt; sein Durchmesser allein soll etwa 100.000 Lichtjahre betragen. In einem Teleskop sind deren beiden Begleitgalaxien, M32 und NGC 205, zu erkennen.
Noch weiter im All sind mit Teleskopen weitere Galaxienhaufen aufzuspüren wie z.B. der 70 Millionen Lichtjahre entfernte Virgo-Galaxienhaufen im Sternbild der Jungfrau, dem Kern eines Superhaufens, zu der unsere Lokale Gruppe und viele andere Galaxienhaufen gehören. In der Tiefe des Alls funkeln noch viele weitere Welteninseln.Exkurs: Indirektes Sehen
Leuchtschwache Himmelsobjekte sind nicht leicht zu beobachten. Übung gehört dazu, um diese bewusst zu erkennen. Unser Auge ist im roten Spekralbereich, in dem die Emissionsnebel leuchten, sehr unempfindlich. Doch da auch Sauerstoff emittiert, sehen wir einige Nebel grünlich, wenn überhaupt in Farbe.
Ich beobachte solche Objekte des öfteren. Dabei versuchte ich die Methode des sog. indirekten Sehens anzuwenden; mehr und mehr Einzelheiten lernte ich dadurch in der Dunkelheit wahrzunehmen. Indirektes Sehen bedeutet im Grunde, an Objekten vorbeizuschauen. Es werden auf diese Art lichtschwache Objekte in der Dunkelheit besser erkennbar. Der Grund dafür liegt darin, dass ziemlich genau in der Mitte der Netzhaut des Auges keine Sehstäbchen vorhanden sind, die für das schwarz/weiß- und kontrasterkennende Sehen verantwortlich sind. Andererseits befinden sich sog. Sehzäpfchen etwas näher am Zentrum der Netzhaut, welche zur Erkennung von Farben verantwortlich sind. Am Rande der Netzhaut befinden sind jedoch mehr Sehstäbchen. In dunklen Nächten nimmt man kaum noch Farben wahr, weil die Sehzäpfchen, die zur Farberkennung zuständig sind, in der Dunkelheit nicht mehr aktiv arbeiten, sie sind zu wenig lichtempfindlich. Grünliche Farbtöne können in der Dunkelheit noch am ehesten wahrgenommen werden.
Damit nun die schwach leuchtenden Objekte überhaupt noch wahrgenommen werden können, sollte man versuchen, das schwache Licht eines Objekts auf die Sehstäbchen am Rande der Netzhaut scheinen zu lassen. Deshalb muss man an dem betreffenden Objekt etwas vorbeischauen. Diese Technik wird indirektes Sehen genannt.
4 Katalogisierung der Deep-Sky-Objekte
Messier-Katalog
Der französische Astronom Charles Messier (1730-1817) erstellte von allen ihm nebelartig erscheinenden Objekten, von denen er zu seiner Zeit wusste und die er selbst auffinden konnte, einen Katalog. Wegen der mangelnden Qualität der früheren Teleskope, erschienen Messier viele Sternhaufen oder Kugelsternhaufen relativ verwaschen, so dass er nicht erkennen konnte, was diese wirklich waren: Kugelsternhaufen, Galaxien oder Nebel u.a. Er nahm einfach viele schwach leuchtende Gebilde wahr und katalogisierte sie, ohne sie zuvor klassifizieren zu können. Darunter war beispielsweise auch die Whirlpool-Galaxie (Abb.19), von Charles Messier im Oktober 1773 entdeckt und als M51 katalogisiert. Der Buchstabe „M“ steht als Kürzel für „Messier“, die nachfolgende Zahl bezeichnet die Katalognummer. Ihre Spiralstruktur wurde erst 1845 von Lord Rosse mit seinem sechsfüßigen Reflektor festgestellt.
M51 wird nach dem New General Catalog (s.u.) unter der Bezeichnung NGC 5194 geführt. Diese Galaxie und die Galaxie NGC 5195, die am nördlichen Ende eines der beiden großen Spiralarme von M51 steht, bilden zusammen ein zusammengehöriges wechselwirkendes System.
Die gute Auflösung der heutigen Teleskope lässt wesentlich mehr Details in Galaxien oder anderen Objekten erkennen als zur Zeit Messier‘s. Doch noch heute sind die helleren Himmelsobjekte, die Messier katalogisiert hat, nach ihm benannt, ob es sich um Nebel, Sternhaufen oder Galaxien handelt. Ursprünglich enthielt Messier‘s Katalog insgesamt 103 Einträge. Diesem wurden später noch einige hinzugefügt, so dass der Messier-Katalog heute 110 Objekte aufführt. Die relativ hellen Nebel, Sternhaufen oder Galaxien, die von der Nordhalbkugel aus zu sehen sind, sind mit Sicherheit in Messier‘s Katalog enthalten, es fehlen naturgemäß nur die sehr schwach leuchtenden Objekte.
Messier war als „Kometen-Frettchen“ bekannt. Sein Katalog war ursprünglich als Prüfliste für Objekte gedacht, die mit Kometen verwechselt werden konnten. Bei der Suche nach Kometen konnte Messier in seinem Katalog nachschlagen, ob er an der betreffenden Stelle schon früher einmal ein nebelartiges Gebilde entdeckt hatte. Dann konnte es nämlich kein Komet sein, denn dieser hätte längst seit seiner Entdeckung die Position verändert. Messier stieß bei seiner Suche nach Kometen immer wieder auf nebelartige Objekte, die bis dahin noch nicht bekannt waren. Fünfzehn Kometen hat er entdeckt; im Jahr 1781 war sein Katalog der Nebel, Sternhaufen und Galaxien vollendet.
New General Catalogue
Der New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars ist ein Verzeichnis von etwa 8000 Sternhaufen, Nebeln und Galaxien. Dieser Katalog nennt sich abgekürzt NGC. Von J.L.E. Dreyer wurde er zusammengestellt und erschien 1888.
Index Catalogue
Später, in den Jahren 1895 und 1908, wurde er durch zwei Index-Kataloge (IC I und IC II) ergänzt, in denen weitere 5000 Objekte erfasst sind. Die Messier-Objekte werden unter den Fachastronomen meistens auch mit ihren NGC- oder IC-Nummern genannt.