Zeitmaschinen aus Glas#
Teleskope ermöglichen Reisen quer durch Raum und Zeit – und fast zurück bis zum Urknall. 2015 soll das bisher größte seiner Art, das James-Webb-Teleskop, ins All befördert werden.#
Von der Wiener Zeitung (Sa./So., 29./30. Jänner 2011) freundlicherweise zur Verfügung gestellt
Von
Christian Pinter
Foto: NASA
Literaturhistoriker studieren die Werke verstorbener Autoren und deren Biografien. Dabei können sie ihnen freilich nicht beim Schreiben über die Schulter schauen. Archäologen ergründen die Lebensweise unserer fernen Vorfahren anhand geborgener Funde: Interviews sind ihnen verwehrt. Astronomen hingegen erleben die Welt heute noch so, wie sie einst war. Dieses höchst exklusive Privileg verdanken sie dem endlichen Tempo des Lichts. Das ist mit 299.792 km pro Sekunde zwar sehr flink, aber nicht unendlich schnell unterwegs. Daher erreicht uns jede kosmische Botschaft grundsätzlich mit Verspätung – und spiegelt den Zustand der Lichtquelle beim Absenden des Lichtstrahls wider. Der Blick hinaus ins All reicht unweigerlich immer zurück in die Vergangenheit.
Die Jupiter-Verspätung#
Einen Lichtblitz auf dem Mond würden wir schon eine Sekunde später wahrnehmen. Die Wärme der Sonnenstrahlen spüren wir acht Minuten, nachdem sie die Sonnenoberfläche verlassen haben. Tauchen Jupiters Monde in den Planetenschatten ein, sehen wir das eine halbe oder Dreiviertelstunde später – je nachdem, wie weit Jupiter gerade von uns absteht. Dieser Unterschied machte den Dänen Olaus Römer 1676 überhaupt erst auf die Begrenztheit der Lichtgeschwindigkeit aufmerksam.
Von Alpha Centauri , dem sonnennächsten Sternsystem, ist das Licht vier Jahre zu uns unterwegs, vom funkelnden Sirius achteinhalb. Und als es sich von der Wega im Sternbild Leier aufmachte, kamen die heute 25-Jährigen gerade auf die Welt. Wer seinen 37. Geburtstag feiert, ist so alt wie das Licht von Arktur im Bärenhüter, wer 67 ist, wie das von Aldebaran im Stier. Der Schein der meisten Sterne im Großen Wagen machte sich in der Zwischenkriegszeit auf die Reise.
1895 publizierte der Engländer Herbert George Wells den sozialkritischen Roman "Die Zeitmaschine". Damals brach das Licht des südlichen Doppelsterns My Velorum zu uns auf. Beim Stern Kaus Media im Schützen geschah dies um 1703, dem Gründungsjahr der "Wiener Zeitung". Das Siebengestirn im Stier erblicken wir heute so, wie es um 1612 aussah. Damals stritt Galilei noch ungestraft für Kopernikus. Der Blick zum Polarstern entführt uns in die Jugendzeit William Shakespeares, jener zum Sternhaufen "Krippe" in die Kindertage der Jeanne d’Arc.
Vom Deneb, dem hellsten Stern im Schwan, ist das Licht 1400 Lichtjahre zu uns unterwegs. Damals nahmen die Slawen den Balkan ein. Beim Fernglasblick zu den Kugelsternhaufen am Rande unserer Milchstraße landet man hingegen bereits in der Steinzeit. Mit freiem Auge erspähen wir gerade noch den Andromedanebel: Diese allernächste fremde Spiralgalaxie ist 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Das berühmte Skelett der Lucy in Äthiopien – sie gehörte zur ausgestorbenen Gattung "Australopithecus" – ist rund 700.000 Jahre älter.
Im ausgedehnten Virgo-Galaxienhaufen machen Fernrohrbesitzer hunderte Milchstraßen aus. Sein Zentrum liegt etwa 65 Millionen Lichtjahre entfernt. Vor ebenso langer Zeit löschte ein gewaltiges Massensterben die Hälfte aller Tierarten auf Erden aus, darunter Dinosaurier und Ammoniten. Mit großen Amateurteleskopen dringt man zumindest bei den Quasaren noch tausendmal weiter ins All vor. Der scheinbar hellste heißt prosaisch "3C 273": Ein gefräßiges Schwarzes Loch erhitzt die Materie im Zentrum der fernen Galaxie und lässt sie mit unglaublicher Leuchtkraft erstrahlen. Wir wissen allerdings nicht, ob das Monster heute noch immer so gierig ist wie einst. Damals, vor 2,5 Milliarden Jahren, war der Sauerstoff in der Erdatmosphäre erst ein Spurengas. Quasar-Beobachter dürfen dennoch tief durchatmen.
Die berühmte Zeitmaschine des Herbert G. Wells war ein mechanischer Apparat aus Nickel, Elfenbein, Ebenholz, Bergkristall und Quarz. Im Herzen der astronomischen "Zeitmaschinen" befinden sich Hohlspiegel aus Glas oder Glaskeramik, bedampft mit hochreflektierendem Aluminium. Je größer die Oberfläche, desto mehr Licht trichtern die Optiken ein. Der größte heimische Spiegel ist 1,5 Meter groß und arbeitet am Mitterschöpfl in Niederösterreich. Die mächtigsten Spiegel der Welt messen mehr als zehn Meter Durchmesser. Sie raffen gleich zwei- bis dreimillionen Mal so viel Licht zusammen wie das menschliche Auge. An dessen Stelle tritt ein hochempfindlicher gekühlter CCD-Chip. Dieser Bildsensor sammelt die spärlichen Photonen, salopp "Lichtteilchen" genannt, über Stunden hinweg ein und addiert sie; ähnlich einem Messglas, in welches nach und nach Regentropfen fallen.
Hebt man die Teleskope ins All, öffnet sich der Blick noch weiter. Denn dort oben entgehen sie der Filterwirkung und den Turbulenzen der Erdatmosphäre. Dafür muss man sich beim Spiegeldurchmesser bescheiden: Die Optik des Hubble-Weltraumteleskops misst 2,4 Meter, jene des europäischen Infrarotobservatoriums "Herschel" dreieinhalb Meter. Solche Zeitmaschinen zeigen Galaxien, wie sie vor zehn Milliarden Jahren aussahen. Offenbar wuchsen sie, indem sie Ströme aus kühlem Wasserstoff und Heliumgas aus ihrer Umgebung ansaugten. So wurden 15 bis 100 mal mehr Sterne geboren als in unserer Milchstraße heute. Es gab einen wahren "Babyboom". Mittlerweile sind diese Galaxien alt – dennoch sehen wir sie in jugendlicher Gestalt. Beim Blick zurück in die Zeit verlieren die Begriffe "alt" und "jung" rasch ihren Sinn. Besser, man verwendet die Wörter "früh" und "spät".
Das japanische Subaru-Teleskop sah einen frühen Galaxienhaufen in einem Zustand, als das Universum kaum ein Drittel seines heutigen Alters besaß. Das Hubble-Teleskop der NASA hielt nach 48 Stunden Belichtungszeit sogar besonders frühe Einzelgalaxien fest: Knapp 600 bis 900 Millionen Jahre nach Entstehung des Universums muten sie noch klein und kompakt an. Jede umfasst nur ein paar Millionen Sterne. Ganz offensichtlich sind das die Bausteine, aus denen ausgedehnte Milchstraßensysteme mit jeweils mehreren hundert Milliarden Sonnen heranwachsen werden. Die bisher weiteste, erst jüngst publizierte Zeitreise führte "Hubble" sogar bis auf 480 Millionen Jahre an den Urknall heran. Künftige Riesenteleskope mit 30 oder 40 Metern Durchmesser können vielleicht sogar die Frage beantworten, ob unsere "Naturkonstanten" tatsächlich keinen Veränderungen unterlagen.
Foto: ESO
Rotverschiebung als Maß#
Wells’ Zeitmaschine besaß vier Zifferblätter. Der erste Zeiger gab die Tage, der zweite die Jahrtausende, der dritte die Jahrmillionen und der vierte die Jahrmilliarden an. Astronomen verwenden bei ihren "Zeitreisen" hingegen die kosmologische Rotverschiebung als Maß. Bedingt durch die Expansion des Universums, werden die Spektrallinien ferner Galaxien und Quasare zunehmend in Richtung des langwelligen ("roten") Spektralbereichs gerückt. Je größer die Rotverschiebung, desto weiter schauen die Teleskope in Richtung des Urknalls zurück, der sich vor 13,75 Milliarden Jahren ereignete.
2015 soll das James-Webb-Teleskop der NASA mit seinem 6,5 Meter-Spiegel ins All abheben. Es wird zwar nicht die allerersten Sterne des Universums sehen können, aber womöglich deren Tod. Denn das Ableben dieser frühen Goliaths muss von einem unvergleichlich grellen Lichtblitz begleitet worden sein. Damals standen nur Wasserstoff und Helium als Baumaterialien zur Verfügung; die anderen Elemente wurden erst in den Sonnen selbst geschmiedet. Anfangs derart "rein", konnten die frühesten Sterne noch gewaltige Materiemengen an sich reißen – ohne von der extremen, im Innersten erzeugten Strahlung gleich wieder auseinander geblasen zu werden. Sie dürften so schwer gewesen sein wie 500 Sonnen und an der Oberfläche rund 100.000 Grad heiß. Solche Hünen strahlten in jeder Sekunde mehr Licht ab, als unsere heutige Sonne in drei oder vier Monaten.
Blick in die Zukunft#
Wells’ Zeitreisender machte sich zunächst ins Jahr 802.701 auf. Sein zweiter Start führte ihn sogar mehr als 30 Millionen Jahre in die Zukunft. Am Himmel einer frostigen Erde sah er den roten, erkaltenden Sonnenball. In die vor uns liegenden Epochen können wir mit den Teleskopen natürlich nie schauen. Allerdings machen wir unschwer Objekte aus, die das Schicksal unserer Sonne schon vorweg genommen haben. Die wird aber nicht auskühlen, wie Wells und die Astronomen des späten 19. Jahrhunderts glaubten, sondern an Leuchtkraft gewinnen. In 1,5 Milliarden Jahren verdampfen deshalb unsere Ozeane. Die Erdoberfläche gerät zur toten Gluthölle, nicht unähnlich der heutigen Venus.
Später plustert sich die Sonne zu einem Roten Riesenstern auf, verschluckt die Venus und reicht bis zur heutigen Erdbahn. Um schon jetzt einen Roten Riesen zu sehen, genügt das freie Auge oder ein kleines Fernglas. Alle Fixsterne, die uns mit derart bescheidenen Hilfsmitteln pastellhaft gerötet erscheinen, haben sich schon zu solchen Giganten aufgebläht – auch Aldebaran im Stier.
In 7,4 Milliarden Jahren stößt die Sonne ihre Gashülle ab, die dann wie eine sich langsam öffnende Blüte ins All expandiert. Das Liebhaberfernrohr zeigt etliche dieser "Planetaren Nebel", etwa den Hantelnebel im Sternbild Füchschen oder den Ringnebel in der Leier. Der erloschene, freigelegte Sonnenkern bleibt als Weißer Zwergstern zurück. Auch solche Sternleichen gräbt das Hobbyteleskop aus: im Herzen des Eskimonebels ebenso wie im Orbit um den 16 Lichtjahre entfernten Stern Keid im Eridanus.
Am Ende der Nacht kehren die Amateurastronomen – anders als der Zeitreisende des H. G. Wells. – aus der so erfahrenen Zukunft allerdings wieder heim.
Christian Pinter, geboren 1959, lebt als Fachjournalist in Wien und schreibt seit 1991 über astronomische Themen im "extra".
Website von Christian Pinter http://www.himmelszelt.at
Das James Webb Teleskope ist leider nach wie vor nicht aktiv. NASA berichtet: "The JWST has a history of major cost overruns and delays. Initial budget estimates were that the observatory would cost $1.6 billion and launch in 2011. NASA has now scheduled the telescope for a 2018 launch. In 2011, the United States House of Representatives voted to terminate funding, after about $3 billion had been spent and 75 percent of its hardware was in production. Funding was restored in compromise legislation with the US Senate, and spending on the program was capped at $8 billion.As of December 2014, the telescope remained on schedule and within budget, but at risk of delays"
-- Maurer Hermann, Mittwoch, 10. Juni 2015, 18:34
