Dieser Stern ist X Lichtjahre entfernt, diese Galaxie ist X Millionen Lichtjahre entfernt. Dieser Anfang des Universums ist X Milliarden Lichtjahre entfernt. Aber woher wissen Astronomen das?
Ich bin ständig in einem Zustand, in dem ich von unvorstellbar weit entfernten Objekten spreche. Es ist fast unmöglich, sich vorzustellen, wie groß unser Universum ist. Unser Gehirn kann die Entfernungen um uns herum erfassen, besonders wenn wir einen Haufen Werkzeuge haben, die uns helfen. Wir können unsere Körpergröße mit einem Maßband oder die Entfernung entlang des Bodens mit einem Kilometerzähler messen. Wir können ein Gefühl dafür bekommen, wie weit 100 Kilometer entfernt sind, weil wir es in relativ kurzer Zeit fahren können.
Aber der Weltraum ist wirklich groß, und für die meisten von uns kann unser Gehirn die ganze Großartigkeit des Kosmos nicht erfassen, geschweige denn messen. Wie finden Astronomen heraus, wie weit alles entfernt ist? Woher wissen sie, wie weit Planeten, Sterne, Galaxien und sogar der Rand des beobachtbaren Universums entfernt sind? Angenommen, es ist alles Tricks? Du bist fertig.
Astronomen verfügen über eine Reihe bemerkenswert cleverer Tricks und Techniken, um die Entfernung im Universum zu messen. Für sie erfordern unterschiedliche Entfernungen unterschiedliche Methoden. Aus der Nähe verwenden sie Trigonometrie und verwenden Winkelunterschiede, um Entfernungen herauszufinden. Sie verwenden auch eine Vielzahl von Standardkerzen, das sind helle Objekte, die eine gleichmäßige Lichtmenge erzeugen, sodass Sie erkennen können, wie weit sie entfernt sind. Bei den weitesten Entfernungen nutzen Astronomen die Ausdehnung des Weltraums selbst, um Entfernungen zu erkennen.
Glücklicherweise überschneiden sich diese Methoden. So können Sie Trigonometrie verwenden, um die nächstgelegenen Standardkerzen zu testen. Und Sie können die am weitesten entfernten Standardkerzen verwenden, um die größten Werkzeuge zu überprüfen. Um unser Sonnensystem und in unserer Nachbarschaft der Galaxie verwenden Astronomen die Trigonometrie, um die Entfernung zu Objekten zu bestimmen.
Sie messen die Position eines Sterns am Himmel zu einem Zeitpunkt im Jahr und messen dann 6 Monate später erneut, wenn sich die Erde auf der gegenüberliegenden Seite des Sonnensystems befindet. Der Stern wird sich am Himmel um einen winzigen Betrag bewegt haben, der als Parallaxe bekannt ist. Da wir die Entfernung von einer Seite der Erdbahn zur anderen kennen, können wir die Winkel und die Entfernung zum Stern berechnen.
Ich bin sicher, Sie können den Fehler erkennen, diese Methode fällt auseinander, wenn die Entfernung so groß ist, dass sich der Stern überhaupt nicht zu bewegen scheint. Glücklicherweise wechseln Astronomen zu einer anderen Methode und beobachten eine Standardkerze, die als Cepheiden-Variable bekannt ist. Diese Cepheiden sind spezielle Sterne, die in einem bekannten Muster dunkler und heller werden. Wenn Sie messen können, wie schnell ein Cepheiden pulsiert, können Sie seine wahre Leuchtkraft und damit seine Entfernung berechnen.
Hubble Frontier Fields Beobachtungsprogramm, das die Vergrößerungskraft riesiger Galaxienhaufen nutzt, um tief in das ferne Universum zu blicken. Bildnachweis: NASA.
Mit Cepheiden können Sie Entfernungen zu nahegelegenen Galaxien messen. Außerhalb von ein paar Dutzend Megaparsec brauchen Sie ein weiteres Werkzeug: Supernovae. In einem ganz besonderen Doppelsternsystem stirbt ein Stern und wird zum Weißen Zwerg, während der andere weiterlebt. Der Weiße Zwerg beginnt damit, Material vom Partnerstern zu füttern, bis er genau das 1,4-fache der Sonnenmasse trifft. An diesem Punkt detoniert sie als Supernova vom Typ 1A und erzeugt eine Explosion, die auf halbem Weg durch das Universum zu sehen ist. Da diese Sterne immer mit genau der gleichen Menge an Material explodieren, können wir ihre Entfernung und damit ihre absolute Helligkeit erkennen.
Auf den größten Skalen verwenden Astronomen die Hubble-Konstante. Dies ist die Entdeckung von Edwin Hubble, dass sich das Universum in alle Richtungen ausdehnt. Je weiter man hinschaut, desto schneller rasen Galaxien von uns weg. Indem Sie die Rotverschiebung des Lichts einer Galaxie messen, können Sie feststellen, wie schnell sie sich von uns entfernt und damit ihre ungefähre Entfernung. Am Ende dieser Skala befindet sich die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, der Rand des beobachtbaren Universums und die Grenze unserer Sichtweite.
Astronomen sind immer auf der Suche nach neuen Arten von Standardkerzen und haben alle möglichen cleveren Möglichkeiten zur Entfernungsmessung entdeckt. Sie messen die Ansammlung von Galaxien, Mikrowellenstrahlen von Sternen und die Oberfläche von Roten Riesensternen – alles in der Hoffnung, die kosmische Distanzleiter zu überprüfen. Die Entfernungsmessung war eines der schwierigsten Probleme für Astronomen, und ihre Lösungen waren absolut genial. Dank ihnen können wir den Kosmos um uns herum skalieren.
Welches Konzept in der Astronomie fällt Ihnen am schwersten in Ihrem Gehirn? Sagen Sie es uns in den Kommentaren unten.
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