Der Nachthimmel ist der Nachthimmel, ist der Nachthimmel. Die Konstellationen, die Sie als Kind gelernt haben, sind dieselben Konstellationen, die Sie heute sehen. Die alten Menschen erkannten dieselben Konstellationen. Sicher, sie hatten vielleicht nicht den gleichen Namen dafür, aber im Wesentlichen sehen wir, was sie gesehen haben.
Aber wenn du siehst Animationen von Galaxien , besonders wenn sie zusammenkommen und kollidieren, sieht man die Sterne wie wütende Bienen herumschwirren. Wir wissen, dass die Sterne Bewegungen haben können, und doch sehen wir sie nicht bewegen?
Wie schnell bewegen sie sich und werden wir das jemals feststellen können?
Sterne bewegen sich natürlich. Nur die Entfernungen sind so groß, dass es sehr schwer zu sagen ist. Aber Astronomen untersuchen ihre Position seit Tausenden von Jahren. Die Verfolgung der Position und Bewegung der Sterne wird als Astrometrie bezeichnet.
Wir verfolgen die Geschichte der Astrometrie bis ins Jahr 190 v. Chr. zurück, als der antike griechische Astronom Hipparchos erstmals einen Katalog der 850 hellsten Sterne am Himmel und ihrer Position erstellte. Sein Schüler Ptolemaios folgte seinen eigenen Beobachtungen des Nachthimmels und schuf sein wichtiges Dokument: den Almagest.
Gedruckte Ausgabe eines geozentrischen kosmologischen Modells von Cosmographia, Antwerpen, 1539. Quelle: Wikipedia Commons/Fastfission
Im Almagest legte Ptolemäus seine Theorie für ein erdzentrisches Universum mit Mond, Sonne, Planeten und Sternen in konzentrischen Kristallkugeln dar, die sich um den Planeten drehten. Er lag natürlich falsch, was das Universum anbelangt, aber seine Karten und Tabellen waren unglaublich genau und maßen die Helligkeit und Position von mehr als 1.000 Sternen.
Tausend Jahre später führte der arabische Astronom Abd al-Rahman al-Sufi eine noch detailliertere Vermessung des Himmels mit einem Astrolabium durch.
Einer der berühmtesten Astronomen der Geschichte war der Däne Tycho Brahe. Er war bekannt für seine Fähigkeit, die Position von Sternen zu messen, und baute unglaublich präzise Instrumente für die Zeit, um die Arbeit zu erledigen. Er maß die Positionen der Sterne mit einer Genauigkeit von 15 bis 35 Bogensekunden. Nur zum Vergleich: Ein menschliches Haar, das in 10 Metern Entfernung gehalten wird, ist eine Bogensekunde breit.
Außerdem muss ich Ihnen mitteilen, dass Brahe eine falsche Nase hatte. Er verlor seinen in einem Duell, ließ aber einen Messingersatz anfertigen.
1807 war Friedrich Bessel der erste Astronom, der die Entfernung zu einem nahen Stern 61 Cygni maß. Er verwendete die Technik der Parallaxe, indem er den Winkel zum Stern maß, wenn sich die Erde auf einer Seite der Sonne befand, und ihn dann 6 Monate später erneut maß, als sich die Erde auf der anderen Seite befand.
Mit der Parallaxentechnik beobachten Astronomen Objekte an gegenüberliegenden Enden der Erdumlaufbahn um die Sonne, um ihre Entfernung präzise zu messen. Bildnachweis: Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF.
Im Laufe dieser Zeit bewegt sich dieser relativ nähere Stern vor dem weiter entfernten Hintergrund der Galaxie leicht hin und her.
Und in den nächsten zwei Jahrhunderten verfeinerten andere Astronomen diese Technik weiter und wurden immer besser darin, die Entfernung und die Bewegungen von Sternen zu bestimmen.
Aber um die Positionen und Bewegungen von Sternen wirklich zu verfolgen, mussten wir ins All reisen. 1989 startete die European Space Agency ihre Hipparcos-Mission, benannt nach dem griechischen Astronomen, über den wir vorhin gesprochen haben. Seine Aufgabe war es, die Position und Bewegung der nahen Sterne in der Milchstraße zu messen. Im Laufe seiner Mission hat Hipparcos 118.000 Sterne genau gemessen und grobe Berechnungen für weitere 2 Millionen Sterne erstellt.
Das war nützlich, und Astronomen haben sich seitdem darauf verlassen, aber es ist etwas Besseres eingetroffen, und es heißt Gaia.
Quelle: ESA / ATG medialab; Hintergrundkredit: ESO / S. Brunier
Gaia in der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) wurde im Dezember 2013 gestartet und ist dabei, eine Milliarde Sterne in der Milchstraße zu kartieren. Das ist eine Milliarde mit einem B und macht etwa 1% der Sterne in der Galaxie aus. Die Raumsonde wird die Bewegung von 150 Millionen Sternen verfolgen und uns sagen, wohin sich alles im Laufe der Zeit bewegt. Es wird eine bewusstseinsverändernde Leistung sein. Hipparchos wäre stolz.
Mit genauesten Messungen, die Jahr für Jahr durchgeführt werden, lassen sich die Bewegungen der Sterne tatsächlich berechnen. Obwohl sie nicht ausreichen, um mit bloßem Auge zu sehen, ändern sich die Positionen der Sterne im Laufe von Tausenden und Zehntausenden von Jahren dramatisch am Himmel.
Die bekannten Sterne im Big Dipper zum Beispiel sehen aus, wie es ihnen heute geht. Aber wenn du in der Zeit vorwärts oder rückwärts gehst , die Positionen der Sterne sehen ganz anders aus und sind schließlich völlig unkenntlich.
Wenn sich ein Stern seitwärts über den Himmel bewegt, nennen Astronomen dies „richtige Bewegung“. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Stern bewegt, beträgt normalerweise etwa 0,1 Bogensekunden pro Jahr. Dies ist kaum wahrnehmbar, aber im Laufe von 2000 Jahren hätte sich beispielsweise ein typischer Stern um etwa ein halbes Grad oder die Breite des Mondes am Himmel über den Himmel bewegt.
Eine 20-jährige Animation, die die Eigenbewegung von Barnards Stern zeigt. Bildnachweis: Steve Quirk, Bilder im Public Domain.
Der uns bekannte Stern mit der schnellsten Eigenbewegung ist Barnards Stern, der mit 10,25 Bogensekunden pro Jahr durch den Himmel rast. Im selben Zeitraum von 2000 Jahren hätte es sich um 5,5 Grad bewegt, oder etwa das 11-fache der Breite Ihrer Hand. Sehr schnell.
Wenn sich ein Stern auf uns zu oder von uns weg bewegt, nennen Astronomen das Radialgeschwindigkeit. Sie messen dies, indem sie die Dopplerverschiebung berechnen. Das Licht von Sternen, die sich auf uns zubewegen, wird zur blauen Seite des Spektrums verschoben, während Sterne, die sich von uns wegbewegen, rotverschoben sind.
Zwischen Eigenbewegung und Rotverschiebung können Sie eine genaue Berechnung für den genauen Weg erhalten, den sich ein Stern am Himmel bewegt.
Bildnachweis: ESA / ATG medialab
Wir wissen zum Beispiel, dass sich der Zwergstern Hipparcos 85605 rasant auf uns zubewegt. Es ist derzeit 16 Lichtjahre entfernt, aber in den nächsten hunderttausend Jahren wird es bis auf 0,13 Lichtjahre oder etwa 8.200-mal der Entfernung von der Erde zur Sonne kommen. Dies wird uns keinen direkten Effekt haben, aber die Gravitationsinteraktion des Sterns könnte eine Reihe von Kometen aus der Oortschen Wolke werfen und sie in Richtung des inneren Sonnensystems schicken.
Die Bewegungen der Sterne sind ziemlich sanft und drängen sich durch Gravitationswechselwirkungen, während sie um das Zentrum der Milchstraße kreisen. Aber es gibt andere, katastrophalere Ereignisse, die dazu führen können, dass sich Sterne viel schneller durch den Weltraum bewegen.
Wenn ein Doppelsternpaar dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße zu nahe kommt, kann man vom Schwarzen Loch verzehrt werden. Der andere hat jetzt die Geschwindigkeit, ohne die zusätzliche Masse seines Begleiters. Dies gibt ihm einen Hochgeschwindigkeits-Kick. Etwa alle 100.000 Jahre wird ein Stern direkt aus der Milchstraße aus dem galaktischen Zentrum geschleudert.
Ein abtrünniger Star, der aus einer Galaxie geworfen wird. Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)
Eine andere Situation kann eintreten, in der ein kleinerer Stern um einen supermassiven Begleiter kreist. Im Laufe der Zeit bläht sich der massereiche Stern als Überriese auf und detoniert dann als Supernova. Wie ein Stein, der von einer Schlinge gelöst wird, wird der kleinere Stern nicht mehr durch die Schwerkraft an Ort und Stelle gehalten und rast mit unglaublicher Geschwindigkeit in den Weltraum.
Astronomen haben festgestellt, dass sich diese Hypergeschwindigkeitssterne mit 1,1 Millionen Kilometern pro Stunde relativ zum Zentrum der Milchstraße bewegen.
Alle Methoden der Sternbewegung, über die ich bisher gesprochen habe, sind natürlich. Aber können Sie sich eine zukünftige Zivilisation vorstellen, die so mächtig wird, dass sie die Sterne selbst bewegen könnte?
1987 stellte der russische Astrophysiker Leonid Shkadov eine Technik vor, die einen Stern über lange Zeiträume hinweg bewegen konnte. Durch den Bau eines riesigen Spiegels und die Positionierung auf einer Seite eines Sterns könnte der Stern selbst wie ein Triebwerk wirken.
Ein Beispiel für einen stellaren Motor mit einem Spiegel und einem Dyson Swarm. Kredit: Vedexent bei Englische Wikipedia (CC BY-SA 3.0)
Photonen des Sterns würden vom Spiegel reflektiert und wie ein Sonnensegel Schwung verleihen. Der Spiegel selbst wäre massiv genug, dass seine Schwerkraft den Stern anziehen würde, aber der leichte Druck des Sterns würde ihn daran hindern, hineinzufallen. Dies würde einen langsamen, aber stetigen Druck auf der anderen Seite des Sterns erzeugen, der ihn in jede Richtung beschleunigen würde die Zivilisation wollte.
Im Laufe von ein paar Milliarden Jahren könnte ein Stern innerhalb seiner Wirtsgalaxie so ziemlich überall hin verschoben werden, wo eine Zivilisation es wollte.
Dies wäre eine echte Typ-III-Zivilisation. Ein riesiges Imperium mit einer solchen Macht und Fähigkeit, dass sie die Sterne in ihrer gesamten Galaxie in eine Konfiguration neu anordnen können, die sie für nützlicher halten. Vielleicht ordnen sie alle Sterne zu einer riesigen Kugel oder zu einer Art geometrischem Objekt an, um die Transit- und Kommunikationszeiten zu minimieren. Oder vielleicht ist es sinnvoller, sie alle auf eine saubere, flache Scheibe zu schieben.
Erstaunlicherweise haben sich Astronomen tatsächlich auf die Suche nach solchen Galaxien gemacht. Theoretisch sollte eine Galaxie, die von einer Typ-III-Zivilisation kontrolliert wird, anhand der Wellenlänge des Lichts, das sie aussendet, offensichtlich sein. Aber bisher ist keiner aufgetaucht. Es sind alles normale, natürliche Galaxien, soweit wir in alle Richtungen sehen können.
Für unser kurzes Leben scheint es, als ob der Himmel gefroren wäre. Die Sterne bleiben für immer an ihrer genauen Position, aber wenn Sie die Zeit beschleunigen könnten, würden Sie sehen, dass alles in Bewegung ist, die ganze Zeit, mit Sternen, die sich wie Flugzeuge über den Himmel hin und her bewegen. Sie müssen nur geduldig sein, um es zu sehen.
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