Der Sternenhimmel ist dreidimensional
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| Flug in Richtung des Orion mit realen Sternpositionen
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Die Distanzen zu Mond, Sonne und Planeten sind sogar mit Amateurmitteln zu bestimmen. Schwieriger verhält es sich mit der Entfernung zu den Fixsternen. Doch gerade die Distanzbestimmung der Sterne ist eine Schlüsselaufgabe in der Astronomie.
Die Grundlage der Vermessung des Kosmos bildet die Bestimmung der Parallaxe eines entfernten Sterns (siehe Grafik 1). Die Parallaxe ist ein scheinbarer Effekt aufgrund unserer jährlichen Bewegung um die Sonne. Wir sehen im Laufe eines Jahres die Sterne eine kleine scheinbare Bewegung ausführen. Diese Bewegung in der Form eines kleinen Kreises oder einer kleinen Ellipse ist umso deutlicher, je näher uns der Stern ist. Diese scheinbare Bewegung ist einer der Beweise für das heliozentrische Weltbild. |
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| Graphik 1: Prinzip der Parallaxenmethode
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Das Problem dabei war in der Vergangenheit, dass diese scheinbare Bewegung selbst bei unseren Nachbarsternen so klein ausfällt, dass sie bis weit in das 19. Jahrhundert hinein die Astronomen überforderte. Selbst die jährliche scheinbare Bewegung unseres Nachbar Alpha Centauri ist nur 1/2000 so gross wie ein Winkelgrad. Ohne besondere technische Tricks schaffen Teleskope am Erdboden etwas 1/10'000 Grad Positionsunterschiede am Himmel zu messen, was ca. 0.3 Bogensekunden entspricht. So blieben präzise Distanzbestimmungen auf die Nachbarschaft einige Dutzend Lichtjahre beschränkt. Selbst unsere eigene Galaxie ist jedoch 100'000 Lichtjahre gross.
Die Bestimmung der Distanzen zu den Sternen mit der Methode der Parallaxe ist deshalb von ganz speziell wichtiger Bedeutung, weil sie rein geometrisch ist. Es sind keine Annahmen über die Natur des beobachteten Objekt notwendig. Ist die Distanz zu einer fernen Sonne (ein Fixstern) bekannt, so kann auf seine Leuchtkraft geschlossen werden. Mit weiteren Analysen des Licht des Stern entsteht ein ganzer Katalog von Mustersternen mit ihren charakteristischen Fingerabdrücken im Spektrum. Dies nennt man das Hertzsprung-Russell-Diagramm. Seine Anfänge gehen auf das frühe 20. Jahrhundert zurück. Je mehr Sterne in diesen Katalog aufgenommen werden können umso besser kann auch die Distanz zu Sternen geschätzt werden, deren geometrische Parallaxe ausserhalb der Reichweite der Instrumente der Astronomen liegen. Die Konsequenzen reichen bis zur Bestimmung ferner Galaxien.
Die Parallaxenbestimmung gelingt am Besten, wenn sich ein Instrument an Bord eines Satelliten befindet. Ein Meilenstein in der Bestimmung der Distanz zu den Sternen war in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts der europäische Satellit HIPPARCOS. Sein Katalog umfasst einige Zehntausend Sterne. Eine indirekte Konsequenz seiner Messungen ist beispielsweise, dass die Distanz zu unserer Nachbarmilchstrasse, dem Andromedanebel, von 2.2 Millionen auf 3 Millionen Lichtjahre korrigiert werden musste. Direkt vermessen sind ein paar Zehntausend Sterne im HIPPARCOS-Sternkatalog. Neben den Distanzmessungen kann auch die Eigenbewegung der Sterne bestimmt werden, d.h. in welche Richtung sie sich wie schnell bewegen.
Sternkarte 1: Sternenhimmel von Alpha Centauri aus gesehen.
Die Daten erlauben es sowohl den Sternenhimmel der Vergangenheit als auch der Zukunft zu simulieren als auch den Anblick des Sternenhimmels von einem anderen Stern aus. Beleuchten wir zunächst die Frage, wie der Sternenhimmel von anderen Gestirnen aus aussieht. Die Planeten unseres Sonnensystems sehen alle dieselben Sternbilder wie wir. Zu gering sind die Distanzen zu den anderen Planeten im Vergleich zu der Entfernung der Fixsterne. Der Durchmesser des Sonnensystems (grob 10 Milliarden Kilometer) ist viertausend Mal kleiner als die Distanz zu unserm Nachbarsonnensystem Alpha Centauri (etwa 40 Billionen Kilometer). Etliche Sternbilder sehen dort bereits etwas verbogen aus, doch im Wesentlichen bleiben sie erkennbar. Unsere Sonne ist ein heller Stern so wie Alpha Centauri zu den hellsten Sternen an unserem Himmel gehört.
Mehr Mühe wird man haben, wenn die Distanz grösser wird. Wenn man beispielsweise etwa in die Distanz geht von wo die Sonne noch knapp von blossem Auge sichtbar ist. Die Simulation in Sternkarte 2 zeigt einen Himmel von einem willkürlich gewählten Punkt in etwa 60 Lichtjahren Entfernung ca. auf Antares zu.
Sternkarte 2: Sternenhimmel von einem Punkt 60 Lichtjahre entfernt, ca.in Richtung Antares.
Simuliert man den Blick auf der Erde jedoch in der Vergangenheit oder Zukunft so stellt man fest, dass merkliche Änderungen Jahrtausende, besser Jahrzehntausende benötigen. In solchen Zeiträumen legt die Sonnne zusammen mit uns auf der Erde genügend grosse Distanzen in der Milchstrasse zurück, damit sich die scheinbaren Positionen mindestens der näheren Sterne ändern.
Zeitraffer: Wie sich die Sternbilder um Leier und Schwan mit den Jahrtausenden ändern.
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