Astronomie am Kepler

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In dieser Folge sprechen wir über die Rolle und Messung der Zeit in der Astronomie! Davor gibt es doppelt Space News: Zuerst sprechen wir über das im Aufbau befindliche „Fotoobjektiv-Teleskop“ MOTHRA, dem Nachfolger des Dragenfly-Teleskops. Das gerade in Chile (in der Nachbarschaft des Vera Rubin Observatoriums) aufgebaut wird und aus 1140 handelsüblichen Teleobjektiven besteht. Es wird ein gewaltiges Gesichtsfeld von 12 Vollmonddurchmessern am Himmel abbilden können und ganz neue Möglichkeiten bieten, extrem lichtschwache Objekte abzubilden.

Außerdem besprechen wir ein aktuelles Paper aus Astronomy and Astrophysics: Solar twins in Gaia DR3 GSP-Spec. Seit etwa 25 Jahren vermuten wir, dass die Sonne nicht da entstanden ist, wo wir jetzt sind, sondern viel näher am Zentrum der Milchstraße – aufgrund der chemischen Zusammensetzung unseres Sterns, genauer gesagt, ihrer Metallizität.

Vor allem aber geht es diesmal um die Zeit! Ein Sonnentag hat 24 Stunden und benennt die durchschnittliche Zeit zwischen einem Sonnenaufgang und dem nächsten, was aber länger dauert als eine Umdrehung der Erde um sich selbst, denn das sind nur 23h 56min und 4,1 Sekunden – ein so genannter Sterntag, denn das ist der Abstand von einem Sternenaufgang zum nächsten. Wir haben auf der Erde die Uhrzeit in Zeitzonen aufgeteilt, die sich jeweils meist um eine Stunde unterscheiden; aber im Grunde hat jeder Ort seine „natürliche“ Ortszeit, die pro Längengrad weiter westlich eine um 4 Minuten frühere und Richtung Osten um 4 Minuten spätere Zeit ergibt – die 360° Umdrehung ergeben dann natürlich wieder 24 Stunden. An den Polen ergibt das Konzept der Ortszeit keinen Sinn mehr – dort sucht man sich die Zeitzone einfach aus, nach der man leben möchte.

Wir brauchen Schaltjahre, um Jahreslänge und Tageslänge aufeinander abzustimmen, was sich bei 265,256 Tagen Jahreslänge nicht sonderlich gut ausgeht. Im Julianischen Kalender mit einem Schaltjahr alle 4 Jahre hat diese 0,006 Tage Abweichung ignoriert und bis ins 16. Jahrhundert zu einer Verschiebung der Jahreszeiten um 10 Tage geführt. Der Gregorianische Kalender hat das dauerhaft behoben und dafür einfach 10 Tage (5.-14.10.1582) einfach aus der Geschichte gestrichen.

Was ist aber genaugenommen ein Jahr? Zur Bestimmung der Jahreslänge blickt die Astronomie nicht in den Kalender, sondern auf den Frühlingspunkt und bestimmt die Dauer von einem Frühlingsanfang zum nächsten – denn genau das ist die Basis unseres „normalen“ Jahres, das eigentlich das so genannte tropische Jahr ist, das sich nach den Jahreszeiten orientiert: Ein Jahr ist da eben die Zeit von einem Frühlingsanfang bis zum nächsten. Für die Astronomie bedeutsam ist das siderische Jahr, das genau einer kompletten Runde der Erde um die Sonne entspricht (und nach dem ein ferner Stern wieder genau in der gleichen Richtung zu sehen sein wird). Und dann gibt es noch das anomalistische Jahr, das die Zeit von einem sonnennächsten Punkt (Perihel genannt) bis zum nächsten angibt.

Aber was ist Zeit eigentlich? Schon die antiken Gelehrten wie Augustinus taten sich schwer mit einer Antwort, aber warum kompliziert denken: Zeit ist das, was Uhren messen, meinte Albert Einstein, und zeigte in seiner Relativitätstheorie, dass der Ablauf der Zeit im Universum von der Geschwindigkeit abhängt, mit der man sich bewegt, und auch von der Schwerkraft, der man unterliegt: bewegte Uhren gehen langsamer, und Uhren gehen auch unter Schwerkrafteinfluss langsamer.

Licht braucht Zeit, um sich auszubreiten, und so blickt man in der Astronomie praktisch immer in die Vergangenheit – wir sehen sie praktisch „live“. So können wir mit geeigneten Teleskopen bis zu den Anfängen des Universums zurückblicken. Die dabei vergangene Zeit bestimmt man mit der Formel für die kosmologische Rotverschiebung, denn das sich überall ausdehnende Universum verlängert auch die Lichtwellen – ein Umstand, den man in der Astronomie als Rotverschiebung z ausdrückt, wobei z=0 bedeutet, das Licht ist nicht ausgedehnt, z=1 bedeutet, das Licht ist auf doppelte Wellenlänge gedehnt, z=2 auf dreifache Wellenlänge usw. Der Beginn mit 0 macht die Formeln zur Lichtlaufzeitberechnung etwas unpraktisch, darum verwendet man besser Z = z+1 und kann dann mit (Z²-1) : (Z²+1) mal dem Alter des Universums von 14 Millarden Jahren berechnen, wie lange das Licht zu uns gebraucht hat, das eine bestimme Rotverschiebung hat. Das geht einfacher, als die Formel zunächst aussieht! Die untere Zahl ist einfach immer um 2 größer als die obere. Z.B. für z=1 ist Z=2, und die Lichtlaufzeit ist 3/5 von 14 Mrd. Jahren, also 8,4 Milliarden Jahre. z=2 ergibt schon 8/10 * 14 = 11 Mrd. Jahre und so weiter (genaugenommen muss man dann aber für höhere z eine genauere Formel verwenden, in der Annahmen über die Form des Universums einfließen – ja, die Sache mit der Zeit ist kompliziert!).

Im Astrolexikon geht es dann schließlich um den Begriff Mond. Zuerst fällt einem da natürlich unser eigener Mond ein, aber was nennen wir einen Mond und was nicht?

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Es ist längst an der Zeit, endlich einmal eine Folge zur Dunklen Materie zu machen. Und passend dazu haben wir auch die Space News ausgesucht: In Sterne und Weltraum 7/2026 berichtet Maria Luísa Buzzo von der Yale University über ihre Forschung zu ultradiffusen Galaxien (UDGs). Der frühere Leiter dieser Forschungsgruppe, Pieter von Dokkum, hatte bereits 2018 mit seinem Team zwei extrem massearme UDGs nahe NGC 1032 entdeckt. Die Geschwindigkeit der Kugelsternhaufen, die diese umkreisten, war so klein, dass diese UDGs praktisch keine dunkle Materie enthalten konnten, was sehr ungewöhnlich war, hatte man doch zuvor genau solche UDGs entdeckt, die fast nur aus dunkler Materie bestanden. Nun hatte Buzzo mit ihrem Team den Fornax-Galaxienhaufen mit dem Dragonfly-Teleskop untersucht und wieder solche UDGs ohne Dunkle Materie entdeckt – und zwar mehrere entlang einer Linie. Und sie haben auch eine Theorie entwickelt, wie diese entstehen könnten: bei Kollisionen solcher UDGs bremst sich die normale Materie sehr viel stärker ab als die Dunkle und bildet eine neue gemeinsame Galaxie, während die Dunkle Materie sich quasi kollionsfrei durchdringt und sich damit einfach weiterbewegt. Dies würde sogar beide Phänomene erklären, sowohl die UDGs ohne als auch die fast ausschließlich aus Dunkler Materie.

Was ist aber jetzt diese Dunkle Materie? Vor allem einmal: mehr Schwerkraft, als die sichtbaren Sterne und Gasmassen haben könnten. Wir besprechen die Entstehung der Idee der Dunklen Materie durch Fritz Zwicky und Vera Rubin und mögliche Kandidaten, was sie denn nun sein könnte, von den MACHOS über die WIMPS bis zu noch exotischeren Ideen und alternativen Ansätzen zur Gravitationstheorie wie MOND.

Allerdings funktioniert das Konzept der Dunklen Materie in so vielen Bereichen viel besser als alternative Konzepte, z.B. bei der Entwicklung des Universums als Ganzem, wie zum Beispiel die Illustris-Simulation zeigt, die mit dem ΛCDM-Modell („Lambda Cold Dark Matter“) erstellt wurde und alles an Strukturen hervorbringt, was wir beobachten können.

Im Astrolexikon sprechen wir heute darüber, was genau eigentlich eine Raumsonde ist!

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Die Welt ist eine Scheibe! Nein, wir sind keine Flat-Earth-Verschwörungstheoretiker und auch nicht verrückt geworden. Was es damit auf sich hat, klären wir nach den Space News, in dem wir über die famose CSA/ESA-Weltraummission SMILE sprechen, die auf einer Vega C-Rakete am 19. Mai gestartet ist und auf der viel Wissen und Technik vom Grazer Institut für Weltraumforschung steckt. SMILE erforscht, was die Teilchen des Sonnenwindes mit dem Magnetfeld, der von geladenen Teilchen erfüllten Ionosphäre und mit der Atmosphäre der Erde anstellt. Neben schönen Polarlichtern können dabei nämlich ziemlich zerstörerische geomagnetische Stürme entstehen. Zu dieser Mission gibt es übrigens neben einem Infopaket auch ein cooles Comic (auf Englisch), das die ESA erstellt hat.

Im Hauptthema zeigen wir, dass unsere Welt flach ist! Nein, nicht die Erde, denn eine Flacherde würde aufgrund der Schwerkraft augenblicklich in sich zusammenfallen und eine glutflüssige Kugel bilden. Aber unsere Galaxie, die Milchstraße, ist eigentlich eine sehr flache Scheibe aus Sternen, Gas, Staub und einem schwarzen Loch in der Mitte. Unsere Galaxie ist umgeben von einem kugelförmigen Halo, in dem sich Kugelsternhaufen befinden, und dem zirkumgalaktischen Medium aus sehr dünn verteiltem Gas, das trotzdem im Summe deutlich mehr wiegt als alles an Gas, Staub und Sternen innerhalb unserer Galaxienscheibe.

Unsere Milchstraße ist wie alle Galaxien eine Kannibalin und hat sich im Laufe ihres Daseins schon einige kleinere Galaxien einverleibt. Dabei entstanden schräg durch die Galaxienscheibe laufende Sternströme wie z.B. die Gaia Enceladus Sausage, die mit Hilfe von Daten der europäischen GAIA-Weltraummission gefunden werden konnten. Bei solchen Galaxienkollisionen stoßen zwar nicht die Sterne und Planeten der Welteninseln zusammen (dazu ist der Weltraum viel zu leer), aber sehr wohl die Gas- und Staubmassen der Galaxien, und es kommt zu so genannten Starbursts, zur Entstehung sehr vieler Sterne.

Alle Sterne der Milchstraße drehen sich um das Zentrum unserer Galaxie – aber die Spiralarme drehen sich kurioserweise nicht mit, wie diese Animation sehr schön veranschaulicht. In den Spiralarmen ist das meiste an Gas und Staub konzentriert, dort entstehen auch die jungen, großen, hellen Sterne, die nicht lange genug leben, um die Spiralarme verlassen zu können. Darum leuchten in allen Spiralgalaxien diese Arme besonders hell.

Wenn zwei gleich große Spiralgalaxien zusammenstoßen (wie es unserer Milchstraße in einigen Milliarden Jahren mit der Andromedagalaxie ergehen wird), dann durchmischen sich die beiden zu einer so genannten Elliptischen Galaxie, und der Starburst braucht die gesamten Vorräte an Gas und Staub auf. Darum entstehen in den elliptischen Galaxien danach keine neuen Sterne mehr. Als allerletztes stoßen dann die beiden schwarzen Löcher zusammen und vereinigen sich. Das kann sehr lange dauern, und vermutlich kreist auch noch zumindest ein schwarzes Loch einer verspeisten Kleingalaxie rund um Sagittarius A*, dem Black Hole unserer eigenen Milchstraße.

Nicht nur die Galaxie ist flach, sondern auch unserer Planetensystem – alle Planeten kreisen in der gleichen Ebene um die Sonne, auf der so genannten Ekliptik. Das ergibt sich zwangsweise, weil Planetensysteme aus einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub entstehen, die durch die Fliehkräfte quasi automatisch zu einer dünnen Scheibe wird.

Im Astrolexikon wenden wir uns dann der Frage zu, was genau eigentlich ein Stern ist.

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