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Eine künstlerische Darstellung des Planeten Kepler-22b

Astronomie: Die Höhepunkte des Jahres

2011 war aus Sicht der Astrophysik ein Jahr der Rekorde. Das leistungsfähigste Bodenteleskop der Welt nahm seine Arbeit auf und Forscher entdeckten die bisher schwersten Schwarzen Löcher mit je 10 Milliarden Sonnenmassen. Stationen des astronomischen Schnelldurchlaufs: Nobelpreis, bewohnbare Planeten und eine Weltuntergangsvision.

Rückschau 30.12.2011

Astronomischer Jahresrückblick 2011

Von Anneliese Haika und Thomas Posch

Ein besonderes Ereignis des Jahres 2011 war die Verleihung des Physik-Nobelpreises an Saul Perlmutter, Brian Schmidt und Adam Riess. Die beiden Teams - das eine unter Leitung von Perlmutter, das andere um Riess und Schmidt - hatten schon in den 1990er-Jahren das Licht von Supernovae des Typs Ia untersucht und kamen dabei zur gleichen Entdeckung: das Licht sehr ferner Supernovae ist schwächer als nach gängigen Theorien zur Ausdehnung des Universums erwartet.

Daraus schlossen beide Gruppen auf eine sich ständig beschleunigende Ausdehnung des Universums, für welche die ihrem Wesen nach noch unbekannte "Dunkle Energie" verantwortlich sein soll.

Suche nach anderen Welten

Kepler-16b und seine zwei Sonnen

NASA/JPL-Caltech

So könnten Kepler-16b und seine zwei Sonnen aussehen

Was vor über 16 Jahren mit der Entdeckung des ersten Planeten um einen anderen, sonnenähnlichen Stern begann, hat sich mittlerweile zu einem der spektakulärsten Zweige der Astronomie entwickelt. Immer bessere Instrumente auf der Erde sowie Weltraumteleskope ermöglichen die Entdeckung immer kleinerer Planeten um andere Sterne. Dabei kann es vorkommen, dass ehemalige Science-Fiction-Phantasien von der Wissenschaft eingeholt werden: Das Kepler-Weltraumteleskop der NASA fand den ersten Planeten im Orbit um ein Doppelsternpaarnamens Kepler-16b – eine (allerdings wohl unbewohnte) Welt mit zwei Sonnen.

die Gymnasiallehrerin A. Haika von der WAA und der Astronom Gerhard Posch

Privat

Die Autoren

Anneliese Haika ist Gymnasiallehrerin und Mitglied der Wiener Arbeitsgemeinschaft für Astronomie (WAA). Thomas Posch ist Astronom an der Universität Wien.

Insgesamt überschritt 2011 die Anzahl der bekannten extrasolaren Planeten die Zahl 700. Einige davon befinden sich in einem Abstand zu ihrem Stern, wo Wasser in flüssiger Form - und damit Leben - theoretisch möglich ist (die sogenannte habitable Zone). Im Dezember gelang sogar erstmals der Nachweis eines Exoplaneten in Erdgröße, allerdings außerhalb der habitablen Zone. Insgesamt ist jedoch noch relativ wenig über die meisten dieser fernen Welten bekannt (z.B. kaum etwas über Oberflächenbeschaffenheit und über Atmosphärenzusammensetzung).

Nähere Aufschlüsse darüber, wie sich "bewohnbare Welten" um junge Sterne bilden können, erhofft sich die österreichische Astronomie von dem Ende 2011 durch den FWF genehmigten Nationalen Forschungsnetzwerk "Wege zur Habitabilität". ForscherInnen der Universität Wien und des Grazer Instituts für Weltraumforschung sind daran beteiligt - eine Reihe von Stellen werden ausgeschrieben.

Moleküle als Bausteine des Lebens im All

NASA/Jenny Mottar

Gesucht: Zonen für extraterrestrisches Leben

Der Strahlungs- und Materiekreislauf sowie die übrigen physikalisch-chemischen Parameter, die erforderlich sind, um in der Umgebung von Sternen "habitable" Bedingungen hervorzubringen, sollen in dem ambitionierten Großprojekt unter der Leitung des Wiener Astronomen Manuel Güdel erforscht werden.

Teleskope im All und auf der Erde

Im Juli sah es schon danach aus, als stehe der geplante "Hubble"-Nachfolger, das "James Webb Space Telescope", vor dem Aus. Budgetkürzungen und hohe Kostenüberschreitung beim Bau des aufwändigen Infrarot-Weltraumteleskops stellten dessen Vollendung in Frage. Erst im November entspannte sich die Lage, als die Finanzierung für das JWST vom amerikanischen Kongress doch genehmigt wurde. Das Teleskop soll 2018 seinen Betrieb aufnehmen. Da das Budget der NASA aber insgesamt gekürzt wurde, muss bei anderen Projekten gespart werden, was für Unmut sorgt.

Die europäische Südsternwarte ESO - die 2012 ihr 50-Jahr-Jubiläum feiert - konnte "First Light" für eines ihrer Projekte vermelden. In der chilenischen Atacama-Wüste, in über 5.000 m Höhe, öffnete ALMA (das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) seine Augen für erste Aufnahmen - auch dies unter Beteiligung österreichischer Wissenschaftler.

16 Antennen des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), R. Durán (ALMA)

16 Antennen des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array

Damit nahm das modernste boden-gebundene Teleskop seinen wissenschaftlichen Betrieb auf. Bisher sind etwa ein Drittel der 66 vorgesehenen 12-Meter-Antennen in Betrieb, doch schon jetzt ist die Anlage die leistungsfähigste ihrer Art. Nach Ende der Ausbauphase wird ALMA ein riesiges Antennenfeld aus 66 hochpräzise gefertigten Antennen für den Millimeter- und Submillimeter-Wellenlängenbereich sein. Forschungsobjekte von ALMA sind zum Beispiel kalte, dichte Staubwolken im All, in denen neue Sterne entstehen oder auch die ausgedehnten Gas- und Staubhüllen pulsierender Roter Riesen.

Neues aus unserem Sonnensystem

Im Juli konnte die NASA-Sonde Dawn ("Morgendämmerung") in eine Umlaufbahn um den Asteroiden Vesta einschwenken. Es zeigte sich: Wie die Gesteinsplaneten besitzt auch die im Mittel 530 km große Vesta einen großen Eisenkern und zeigt alte, basaltische Lavaströme auf der Oberfläche. Hügel, Täler, Krater und ein gigantischer Berg bilden die abwechslungsreiche Landschaft. Die Lavaströme lassen vermuten, dass Vesta in der Frühzeit aktiven Vulkanismus besaß.

Krater auf der Nordhalbkugel von Vesta

NASA/ JPL-Caltech/ UCLA/ MPS/ DLR/ IDA

Krater auf der Nordhalbkugel von Vesta

Im März schwenkte die NASA-Sonde "Messenger" in eine Umlaufbahn um Merkur ein. Nach der Mariner-10-Mission in den 1970er-Jahren waren nur 45 Prozent von Merkurs Oberfläche bekannt, sodass "Messenger" uns Neuland erschließt. Auch das schwache Magnetfeld Merkurs wird erforscht. Erste Ergebnisse zur Zusammensetzung der Oberfläche widerlegen bereits die Mehrzahl der bisherigen Entstehungstheorien.

In der Nacht vom 8. auf den 9. November geschah in unserem Sonnensystem etwas Außergewöhnliches: der Kleinplanet 2005 YU 55 näherte sich der Erde bis auf 325.000 Kilometer - das ist weniger als der Abstand Erde - Mond! Seit 35 Jahren war nichts Vergleichbares geschehen, und voraussichtlich wird erst 2028 ein Asteroid uns ähnlich nahe kommen. 2005 YU 55 ist allerdings mit einem Durchmesser von weniger als 350 Metern ein kosmischer Winzling.

Dies und seine sehr dunkle Oberfläche (Reflexionsgrad kleiner als 7 Prozent!) sorgten dafür, dass der "Eindringling" trotz seiner Nähe nur mit Teleskopen beobachtet werden konnte. Auch das Infrarot-Teleskop Herschel wurde auf den Kleinplaneten gerichtet, mit dem aus Wärmedaten abgeleiteten Ergebnis, dass 2005 YU 55 wohl aus lose aneinanderhängenden Gesteinsbrocken besteht ("fliegende Geröllhalde").

Das Loch im Zentrum der Milchstraße

In dunklen Gebieten, fern von großen Orten oder hell beleuchteten Schipisten sieht man sie noch am Nachthimmel - die Milchstraße, unsere Heimatgalaxie. Das milchig-helle Band am dunklen Himmel bietet nicht nur einen prächtigen Anblick, sondern auch immer wieder Neues für die Forschung. So konnten Astronomen des Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik im Rahmen einer Langzeitstudie eine staubhaltige Gaswolke beobachten, die immer rascher um das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße rast und dabei langsam zerrissen wird.

Im weiteren Umfeld wird das Schwarze Loch unserer Milchstraße von einem Ring aus dichtem Gas umgeben. Bis vor kurzem waren nur einzelne Abschnitte des über 600 Lichtjahre weiten Rings bekannt. Erst das Herschel-Weltraumteleskop macht es möglich, das gesamte Gebilde zu sehen. Rätselhaft ist nicht nur die Lage des Rings, dessen Zentrum nicht mit dem Zentrum der Milchstraße übereinstimmt, sondern auch eine leichte Welle darin.

Gasring in der Milchstraße

ESA/NASA/JPL-Caltech

Der rätselhafte Gasring im Zentrum der Milchstraße

Auch die Milchstraße selbst verschlingt Materie. Unsere Galaxie hat im Laufe ihrer Existenz bereits viele kleine Galaxien aufgesaugt. Als einzige Zeugen bleiben Sternströme zurück, welche die Bahnen der zerrissenen Zwerggalaxien nachzeichnen. Ein weiterer solcher Sternstrom ("Aquariusstrom" ) wurde erst heuer entdeckt. Es handelt sich dabei um die Überreste einer kleinen Galaxie, die vor etwa 700 Millionen Jahren durch die Schwerkraft der Milchstraße auseinandergerissen wurde.

Rekordverdächtig: Masse, Licht und Rotation

In den Zentren der bekannten elliptischen Galaxien NGC 3842 und NGC 4889 verbergen sich gigantische Schwarze Löcher mit je 10 Milliarden Sonnenmassen. Ihre Entdeckung wurde im Dezember bekanntgegeben. Diese derzeitigen Rekordhalter sind 2.000 Mal massereicher als das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie.

Die beiden inaktiven Schwarzen Löcher verraten sich allerdings nur durch die Anziehungskraft auf Sterne in ihrer unmittelbaren Umgebung, was ihre Entdeckung erschwert. Astronomen vermuten, dass hell leuchtende Quasare, die in enormer Distanz in der Frühzeit des Universums beobachtet werden, durch solche noch aktiven "Monster" angetrieben werden.

Die Entdeckung des fernsten bisher bekannten Quasars wurde im Sommer veröffentlicht. Der Quasar mit der Bezeichnung ULAS J1120+0641 enthält ein Schwarzes Loch mit zwei Milliarden Sonnenmassen und ist das leuchtkräftigste Objekt, das bislang im frühen Universum entdeckt wurde. Sein Licht braucht 12,9 Milliarden Jahre, um uns zu erreichen.

Künstlerische Darstellung von Quasar in Nahaufnahme

Gemini Observatory, Nature

So könnte der Quasar aus der Nähe aussehen

Andere Rekordhalter finden sich in relativer Nähe. In der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße, identifizierten Astronomen den Stern mit der raschesten Rotation. Die Äquatorregionen der Sternoberfläche laufen dabei mit mehr als 2 Millionen km/h um das Sternzentrum.

Die enormen Zentrifugalkräfte könnten den Stern mit 25 Sonnenmassen bald zerreißen. Möglicherweise war er einst Teil eines Doppelsternsystems, aus dem er herausgeschleudert wurde, als sein Partnerstern als Supernova explodierte.

Rotierender Stern: VFTS 102

NASA/ESA and G. Bacon (STScI)

Künstlerische Darstellung: Der Stern VFTS 102 in Rekordrotation

Das fernste von Menschenhand gefertigte Objekt im All, die NASA-Sonde Voyager 1, tastet sich immer weiter an den interstellaren Raum heran. Trotz der enormen Entfernung von 18 Milliarden Kilometern (120-fache Distanz Erde–Sonne) sendet Voyager 1 nach wie vor Daten zur Erde. Im Laufe des Jahres wurde die Sonde sogar mehrmals gedreht, um bessere Messungen zu ermöglichen.

Diese zeigten, dass die Sonde sich bereits an der äußersten Grenze des Sonnensystems befindet, wo der Einfluss des Sonnenwindes endet. Vielleicht schon in einigen Monaten, spätestens in einigen Jahren wird Voyager 1 als erstes künstliches Objekt von der Erde den Raum zwischen den Sternen durchfliegen.

2012: Venustransit und Weltuntergangsvision

Auch 2012 wird ein spannendes Jahr für die Astronomie. Das herausragendste prognostizierbare Himmelsereignis wird der Vorübergang der Venus vor der Sonne am 6.6.2012 sein. Ein solcher "Transit" ist im Grunde dasselbe Phänomen, welches uns in unterschiedlicher Variation die Existenz sehr vieler Planeten um andere Sterne verraten hat.

Von Österreich aus ist allerdings nur, kaum anderthalb Stunden lang, sehr früh am Morgen, die Schlussphase des seltenen Schauspiels zu sehen. Besser sind die Bedingungen beispielsweise über dem Nordatlantik (einschließlich Nord-Norwegen). Der nächste Venustransit findet erst im Jahr 2117 statt!

Von manchen wird für 2012, noch dazu mit einer pseudo-wissenschaftlichen Begründung, der Weltuntergang erwartet. Astronomisch gesehen steckt rein gar nichts hinter diesen auf den Maya-Kalender gestützten Spekulationen: denn das kommende Jahr bietet uns keinerlei seltene Planetenkonstellationen - schade beinahe…

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