Die 12 größten Durchbrüche in der Astronomie

Ich habe darüber nachgedacht, was die zwölf größten wissenschaftlichen Leistungen in der Astronomie gewesen sein könnten. Wie sich zeigen wird, gibt es dabei ein paar interessante Lehrstücke zur historical correctness. Hier kommt meine natürlich subjektive Liste in chronologischer Reihenfolge:

DURCHBRUCH (1)
1609 Der Pionier der beobachtenden Astronomie

Der Naturforscher Galileo Galilei (1564 – 1642) begründete die moderne Astronomie, indem er das holländische Fernrohr, erfunden von Hans Lipperhey, verbesserte und erstmals an den Himmel richtete, um Himmelsobjekte zu erforschen. Er entdeckte Sonnensysteme im Mini-Format wie Jupiter mit seinen Galilei’schen Monden und die Phasen der Venus. Er fand, dass die Milchstraße aus Sternen zusammengesetzt ist und erforschte die Mondkrater. Galilei war der Entdecker neuer Welten und neuer Weltbilder. Denn seine Beobachtungen stützen das Kopernikanische Weltbild, nämlich dass nicht die Erde, sondern die Sonne im Zentrum des Planetensystems steht. Dies brachte ihn in den 1630er Jahren in Konflikt mit der katholischen Kirche, die ihn 1992 rehabilitierte.
Galilei kann als Pionier der modernen Naturforschung, insbesondere den empirischen Naturwissenschaften angesehen werden. Seinetwegen feiern wir das Jahr 2009, 400 Jahre nach seinem Durchbruch, das Internationale Jahr der Astronomie.

DURCHBRUCH (2)
1687 Die Beschreibung der Schwerkraft

Der Universalgelehrte Sir Isaac Newton (1643 – 1727) schuf eine Gravitationstheorie, die sowohl die Wirkung der Schwerkraft auf der Erde, als auch im Himmel hervorragend erklärte. Nach Newtons Gravitationsgesetz ist die Schwerkraft proportional zur Masse der beteiligten Körper, zwischen denen die Kraft wirkt und sie fällt mit dem Quadrat des Abstands der Körper ab. Auf diese Weise konnte Newton die empirisch gewonnen Kepler-Gesetze mathematisch erklären. Ein Aspekt dieser Leistung ist, dass er gleichsam die Gesetze von der Erde an den Himmel versetzte – ein Umstand, der wissenschaftshistorisch als die erste Unifikation bezeichnet wird.
1687 veröffentlichte Newton seine bahnbrechenden Erkenntnisse in seinem Werk "Philosophiae naturalis principia mathematica".

DURCHBRUCH (3)
1916 Ein neues Verständnis von Raum, Zeit, Materie und Energie

Der berühmteste Naturwissenschaftler Albert Einstein (1879 – 1955, siehe Foto) publizierte 1916 die Allgemeine Relativitätstheorie, kurz ART. Diese Erweiterung seiner Speziellen Relativitätstheorie von 1905 ist eine Gravitationstheorie, die unser Verständnis von Raum, Zeit und Energie in völlig neuem Licht erscheinen ließ. Die Relativitätstheorien vereinen Raum und Zeit zur Raumzeit. Nach der ART wird dieses vierdimensionale Gebilde durch Energieformen wie Masse gekrümmt. Die Erscheinung Gravitation resultiert aus gekrümmter Raumzeit.
Mathematisch lässt sich dies in der Einsteinschen Feldgleichung ausdrücken. Dies ist ein komplexes System aus zehn partiellen, nichtlinearen Differentialgleichungen, das sich recht kompakt mithilfe von Tensoren schreiben lässt. Einsteins Leistung bestand darin, diese Gleichung zu finden und physikalisch zu deuten. Die Feldgleichung ist das zentrale Element der ART. Bis heute sind nicht alle Lösungen der Feldgleichung bekannt. Ihre Lösungen sind zum Beispiel ganze Universen (Friedmann-Lösungen) oder Schwarze Löcher (z.B. Schwarzschild- oder Kerr-Lösung). Einsteins Theorie war damit ein Durchbruch zur modernen Kosmologie und Astrophysik. Auch heute noch profitiert die Wissenschaft von Einsteins Theorien und längst sind nicht alle Forschungsfragen der Relativitätstheorien  geklärt.

DURCHBRUCH (4)
1925 Die Welt außerhalb der Milchstraße

Der US-amerikanische Astronom Edwin Hubble (1889 – 1953) beobachtete in den 1920er Jahren "Nebel" mit dem damals größten Teleskop der Welt auf dem Mount Palomar – einem 100 Inch-Spiegel, also mit 2,5m Durchmesser. Damals nannten die Astronomen die Galaxien noch "Nebel" (engl. nebulae), weil sie als nebulöse, wolkenartige Gebilde im Teleskop zu erkennen waren. Hubble benutzte Sterne, die ihre Helligkeit periodisch verändern (die Cepheiden), um aus dem der Differenz von scheinbarer und absoluter Helligkeit (dem Entfernungsmodul) die Distanz zu bestimmen. So fand er 1925 heraus, dass sich die zwei "Spiralnebel" M31 und M33 außerhalb der Milchstraße befinden müssen (Publikation: E. P. Hubble, Cepheids in spiral nebluae, The Observatory 48, 139-142, 1925). Er maß damals 285.000 Parsec, rund eine Million Lichtjahre. Heute weiß man, dass die Andromedagalaxie M31 (siehe optische Fotografie von John Lanoue) sogar etwa 2,2 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Hubble begründete damit die extragalaktische Astronomie – ein Durchbruch.

DURCHBRUCH (5)
1927 Das Weltall dehnt sich aus

Dem soeben erwähnten Hubble wird die Entdeckung zugeschrieben, dass die entfernten Galaxien sich von uns wegbewegen. Tatsächlich gab es seinerzeit viele Astronomen, die wichtige Entdeckungen in der extragalaktischen Astronomie machten:
Der US-Astronom Milton Humason (1891 – 1972) bestimmte die Rotverschiebungen vieler Galaxien, die ein Maß für ihre Entfernungen ist. Als Assistent von Hubble lieferte Humason diese Daten, die später zur Bestimmung der Hubble-Konstanten verwendet wurden. (Bitte besuchen Sie unbedingt den Wiki-LINK mit Humasons sehr lesenswerter Lebensgeschichte. Vielleicht kam er sogar Hubbles Entdeckung unter Durchbruch 4 zuvor!)
Der deutsche Astronom Carl Wilhelm Wirtz (1876 – 1939) untersuchte in den 1920er Jahren ebenfalls "Nebel" (= Galaxien) an der Kieler Sternwarte. Schon 1924 entdeckte er dabei eine Beziehung zwischen Helligkeit und Radialgeschwindigkeit der Galaxien und damit eine Art Vorversion des Hubble-Gesetzes. Qualitativ stützten diese Beobachtungen das de-Sitter-Universum, eine Variante von expandierenden Universen.
Interessanterweise war es aber ein Priester und Kenner der Allgemeinen Relativitätstheorie, der Belgier George Lemaitre (1894 – 1966), dem 1927 der Durchbruch gelang. Alle weit entfernten Galaxien zeigen eine Rotverschiebung, was als Fluchtbewegung interpretiert werden kann. Der Grund: Die Raumzeit des Universums dehnt sich aus wie ein aufgeblasener Luftballon (siehe Skizze). Die im Kosmos befindlichen Objekte, Galaxien, Galaxienhaufen, aber auch Strahlung, müssen dieser Ausdehnung des Raums folgen. Als Konsequenz nehmen Abstände zwischen weit entfernten Galaxien mit der Zeit zu und Strahlung wird ebenfalls in die Länge gezogen. Dieser Effekt ist die kosmologische Rotverschiebung.
Wenn aber das Weltall expandiert, so muss es in der Vergangenheit kleiner gewesen sein. Lemaitre zog daraus den Schluss, dass es in der Vergangenheit die "Geburt des Raumes" gegeben haben muss.  Letztendlich meinte Lemaitre damit nichts anderes als den Urknall – so nennen wir es heute. Der Begriff Urknall oder Big Bang ist allerdings erst 60 Jahre alt. Erfunden wurde er von dem englischen Physiker Sir Fred Hoyle im Jahr 1949. Als Gegner der Urknalltheorie führte Hoyle "Big Bang" eigentlich als Schimpfwort ein.
Was lernen wir: Hubble verdanken wir die Messung der Hubble-Konstanten im ebenfalls nach ihm benannten Hubble-Gesetz – eine Gesetzmäßigkeit, die Wirtz im Prinzip vorwegnahm. Lemaitre ist im Prinzip der "Vater der Urknalltheorie", und es war nicht Hubble, dem wir die Entdeckung der Expansion verdanken.

DURCHBRUCH (6)
1932 Eine neue dunkle Materieform

Jan Hendrik Oort (1900 – 1992) ist ein niederländischer Astronom, den wir eher mit der Oort’schen Wolke in Verbindung bringen. So heißt die Heimstätte der (langperiodischen) Kometen, die in ca. 10.000 AU Entfernung ihr Dasein fristet. Es war auch Oort der erstmals den Ort des Milchstraßenzentrums in etwa 30.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schütze lokalisierte. Oort war darüber hinaus in dritter Hinsicht ein Pionier: Er kann als Entdecker der Dunklen Materie bezeichnet werden. Wie kam er dazu?
Oort untersuchte Galaxien an der Sternwarte Leiden, u.a. auch die Rotation der Milchstraße. Dabei stellte er verblüfft fest, dass die Rotationsgeschwindigkeiten der Sterne um das Zentrum der Milchstraße viel höher sind, als man es aus der Theorie erwarten würde. Die Theorie, das sind die Kepler-Gesetze, die die Sterngeschwindigkeiten in Bezug setzen zur Massenverteilung in der Milchstraße. Nach Oorts Messungen lassen die Sternbewegungen auf viel mehr Masse schließen, als man beobachtet. Deshalb forderte er die Existenz einer "nebulösen, dunklen Materie" (Publikation: J. H. Oort, Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands 6, 249, 1932).
1933 fand offenbar auch der schweizerische Astronom Fritz Zwicky (1898 – 1974) Gefallen an der Hypothese der Dunklen Materie. Er betrachtete jedoch größere Systeme: Galaxienhaufen. Die Dynamik der Galaxien in einer Ansammlung von Galaxien wird von der Gravitation bestimmt. Auch hier bewegten sich die Galaxien im Haufen viel schneller, als man es vom Anteil der sichtbaren Materie erwarten würde. Die zusätzliche Dunkle Materie erklärte sehr elegant die Beobachtungen  der Galaxienhaufen (Publikation: Zwicky, Fritz, Helv. Phys. Acta 110, 6, 1933).
Neben Galaxien und Galaxienhaufen spricht auch die allgegenwärtige, kosmische  Hintergrundstrahlung für die Existenz der Dunklen Materie. Es ist sogar möglich den Anteil der verschiedenen Materie- und Energieformen im Kosmos in verschiedenen Epochen zu bestimmen, weil sie sich in der Art unterscheiden, wie sie sich mit der kosmischen Expansion ausdünnen. Aktuell besagen die Daten von dem Satelliten WMAP, dass wir und die normale Materie eine Ausnahmeerscheinung sind: Gewöhnliche, oder wie der Fachmann sagt, baryonische Materie macht 4,6% im lokalen Universum aus. Dunkle Materie gibt es anteilig mehr: 23,3%. Und dominiert wird der entwickelte Kosmos von der Dunklen Energie, einer mysteriösen Energieform mit noch seltsamerer Zustandsgleichung: Sie stellt 72,1%. Somit sind ca. 95% im Kosmos aus rätselhaftem, neuem Stoff, den wir auf der Erde nicht kennen.
Was verbirgt sich hinter der Dunklen Materie? Wir wissen es nicht, aber es gibt ein paar gute Ideen. Nach der vielversprechendsten Hypothese besteht Dunkle Materie aus neuen Teilchen, z.B. supersymmetrische Teilchen. Sie zu finden, ist eine der zentralen Aufgaben des Large Hadron Colliders am CERN.

DURCHBRUCH (7)
1965 Das Nachglühen des Urknalls

Arno Penzias (* 1933) und Robert Wilson (* 1936) entdeckten 1965 mit einer hausgroßen Hornantenne (Foto rechts; Credit: Bell Labs, USA) eine Strahlungsform, die uns aus allen Himmelsrichtungen erreicht. Sie entdeckten die kosmische Hintergrundstrahlung. Es ist eine thermische Strahlungsform und das Älteste, was Menschen überhaupt messen können: Die Hintergrundstrahlung hat sich vor 13,69 Mrd. Jahren bzw. 380.000 Jahre nach dem Urknall auf den Weg gemacht. Damals gab es noch keine Sterne, keine Galaxien, keine Planeten – es gab nur ein Gas, das im Wesentlichen aus 75% Wasserstoff und 25% Helium bestand und das ein paar tausend Grad Temperatur hat. Dadurch strahlte es und dieses "Glühen" beobachten die Astronomen heute noch. Penzias und Wilson wurden für diese Entdeckung 1978 mit dem Nobelpreis für Physik belohnt. Vorhergesagt hatte diese Strahlung schon der Russe George Gamow (1904 – 1968) – Er ging bei der noblen Prämierung leer aus, weil er leider bereits 1968 verstarb.

DURCHBRUCH (8)
1992 Unregelmäßigkeiten in der Hintergrundstrahlung

Die kosmische Hintergrundstrahlung enthält eine Fülle von Informationen über das Weltall, und für sie gab es einen weiteren Nobelpreis für Physik. Im Jahr 2006 erhielten ihn die beiden Leiter des COBE-Teams, John Mather (geb. 1946) und George Smoot (geb. 1945), beide US-Astrophysiker. COBE steht für Cosmic Background Explorer und bezeichnet einen Satelliten, der die kosmische Hintergrundstrahlung im Bereich der Mikrowellen detektierte (Die Europäische Weltraumbehörde ESA schickte vor kurzem einen Nachfolger ins All. PLANCK soll die Hintergrundstrahlung in den nächsten Monaten noch viel genauer kartieren. In meinem Blog post zu PLANCK wird auch etwas mehr zur Messmethode erläutert).
Im Unterschied zur Radioantenne von Penzias und Wilson von Durchbruch 7, konnte mit COBE sehr genau das Spektrum der Hintergrundstrahlung gemessen werden. Ohne jeden Zweifel ist es thermische Strahlung, die durch eine Planck-Kurve beschrieben werden kann. Ihre Temperatur liegt bei nur 2,7 Kelvin – das bestätigte hervorragend Gamows Prognose.
Der eigentliche Hammer der neuen Hintergrundkarte von COBE waren jedoch richtungsabhängige Unregelmäßigkeiten, so genannte Anisotropien (siehe Foto). Zieht man alle Störquellen ab, so bleibt eine schwache Schwankung der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung im Bereich von nur 10^-5 Kelvin. Ist das Detektorrauschen oder ein Messfehler? Nein, weder noch; es ist ein Abbild der ersten Dichteverteilung im frühen Universum! Diese frühesten Materieverdichtungen zogen mit ihrer Gravitation an dem ersten Licht, das der Kosmos kannte. So prägten die Materieverdichtungen hier und da einen unverwechselbaren Abdruck in die kosmische Hintergrundstrahlung – und dieses Muster ist 13,69 Mrd. Jahre später von COBE aufgespürt worden! COBE erzählte uns damit zum ersten Mal bebildert die Geschichte des Universums fast vom Anfang bis heute. Der berühmte Physiker und Kosmologe Stephen Hawking nannte deshalb diese Entdeckung die größte, wissenschaftliche Errungenschaft des Jahrhunderts – vielleicht sogar aller Zeiten.

DURCHBRUCH (9)
1993 Gravitationswellen muss es geben

Die Astronomen Russel Hulse (geb. 1950) und Joseph Taylor (geb. 1941) investierten viel Zeit, um ein besonderes Sternenpaar zu beobachten. Es handelt sich dabei um einen Doppelpulsar, also zwei Neutronensterne, die sich umkreisen. Neutronensterne sind kompakte Sternüberbleibsel, die nach der Sternexplosion eines massereichen Sterns übrig bleiben. Ihr Durchmesser ist so groß wie eine Großstadt und ihre Masse ist so groß wie die Sonnenmasse!
Beobachtet man über Jahre den Tanz der Neutronensterne, so erkennt man, dass ihre Pulse in immer schnellerer Folge kommen, d.h. sich immer mehr annähern. Offenbar verliert das Doppelsternsystem beim Tanz Energie. Hulse und Taylor konnten quantitativ zeigen, dass dieser Energieverlust genau zur abgestrahlten Energie passt, die Gravitationswellen forttragen. Kompakte Sterne, die sich umkreisen, bringen die Raumzeit sozusagen in Wallung. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie erklärt diesen Effekt, denn die Raumzeit gerät bei der Beschleunigung von Massen in Schwingungen. Doppelpulsare sind sehr effektive Gravitationswellenemitter.
Für Ihren indirekten Nachweis der Gravitationswellen erhielten Hulse und Taylor den Nobelpreis für Physik im Jahr 1993. Derzeit läuft eine angestrengte Suche (u.a. mit LIGO und Geo 600), um Gravitationswellen direkt zu messen. Es muss sie geben. Ausgerechnet hat die Wellen ausgerechnet Durchbrecher Nr. 6, Albert Einstein, und zwar schon 1916.

DURCHBRUCH (10)
1995 Fremde Welten entdeckt

Im Oktober 1995 gaben Astronomen aus der Schweiz, Michel Mayor und Didier Queloz, die erste Entdeckung eines Planeten außerhalb des Sonnensystems benannt. Dieser so genannte extrasolare Planet hört auf den Namen 51 Pegasi b, hat eine halbe Jupitermasse und rotiert in Atem beraubenden 4,2 Tagen einmal um sein Heimatgestirn 51 Pegasi. Der Abstand zu seiner Sonne beträgt nur 0,04 AU (Erde zur Sonne: 1 AU), also sechs Millionen Kilometer. Unsere Sonne würde als Vollkugel nur viermal zwischen 51 Pegasi und den Exoplaneten passen.
Mittlerweile wurden zwischen 1995 und 2009 ungefähr 334 extrasolare Planeten gefunden, deren Massen zwischen 0,01 und 20 Jupitermassen liegen. Wir wissen von hunderten anderer Welten – Exoplaneten sind offenbar recht zahlreich. 2007 wurde sogar eine "Supererde" gefunden, die nur fünfmal schwerer ist, als die Erde (Gliese 581).
Die Astronomen suchen natürlich auch nach Leben auf diesen Exoplaneten. Das soll die Aufgabe der DARWIN-Mission und bei Erfolg ein weiterer Durchbruch werden.

DURCHBRUCH (11)
1998 Das Universum dehnt sich beschleunigt aus

Zwei Gruppen, das Supernovae Cosmology Project (SCP, um S. Permutter, LBL California) und High-z Supernovae Search Team (HZSNS, um B. Schmidt, Harvard) beschäftigten sich seinerzeit mit der Beobachtung bestimmter Sternexplosionen. Es handelte sich dabei um Supernova vom Typ Ia.  Kompakte Sternüberreste, nämlich Weiße Zwerge, sammeln Materie auf, überschreiten eine kritische Grenze (Chandrasekhar-Masse) und explodieren daraufhin. Supernovae Ia haben mehr oder weniger immer dieselbe Ausgangssituation vor der Explosion und sind daher immer ungefähr gleich hell. Diese Kenntnis machen sich Astronomen zunutze, um Entfernungen zu bestimmen. Sie folgt direkt aus scheinbarer und absoluter Helligkeit.
Entfernungsmarken wie die SN Ia kann man daher ausnutzen, um Distanzen zu messen. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die Expansion des Kosmos ziehen. Wie bereits Lemaitre 1927 entdeckte, expandiert es (Durchbruch 5). Seit 1998 wissen wir, dass es sogar beschleunigt expandiert.
Nun kommt wieder Einsteins ART von 1916 ins Spiel: Die beschleunigte Expansion ist nur mit einer ganz merkwürdigen Energieform erklärbar, nämlich mit der Dunkle Energie. Was das ist, wissen die Astrophysiker nicht – hier lauert schon der nächste Durchbruch.

DURCHBRUCH (12)
2001 Beobachtung Schwarzer Löcher

Gibt es Schwarze Löcher? Einsteins Feldgleichung der ART von 1916 offenbart kuriose Lösungen: punktförmige Massen, die eine so starke Gravitation haben, dass ihnen nicht einmal das Licht entkommen kann. Diese Schwarzen Löcher können statisch und kugelsymmetrisch sein (Schwarzschild-Lösung) oder rotieren (Kerr-Lösung). Erlaubt die Natur die Existenz dieser seltsamen Objekte?
Die Forschergruppe um Reinhard Genzel, Professor für Astronomie und Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik  (MPE), beobachtet seit vielen Jahren das Zentrum der Milchstraße. Durch Staub und Sterne in der Milchstraßenebene ist die Sicht in das 26.000 Lichtjahre entfernte Zentrum unserer Heimatgalaxie optisch verwehrt. Den MPE-Astronomen ist es gelungen, mit immer subtileren Beobachtungstechniken das Herz der Milchstraße im Infraroten zu beobachten. Dabei fanden Sie Erstaunliches: Die Sterne im innersten Kern der Milchstraße tanzen mit atemberaubenden Geschwindigkeiten von einigen tausend Kilometern pro Sekunde um das Zentrum der Milchstraße. Was veranlasst sie zu so einer wilden Bewegung?
Über die Jahre zeigte sich, dass sich die innersten Sterne auf kreis- und ellipsenförmigen Bahnen bewegen –  genauso wie die Planeten um die Sonne kreisen. Es sind auch dieselben Gesetze am Werke, nämlich die Kepler-Gesetze, die mathematisch mit Newtons Theorie von 1687 (Durchbruch 2) abgeleitet werden können. Das dritte Kepler-Gesetz setzt die Umlaufzeit eines Sterns und den Durchmesser seiner Bahn in Bezug zur zentralen Masse, um die er kreist. Umlaufzeit und Bahndurchmesser kann man beobachten und die Masse ausrechnen. Und es muss eine wahrhaft mächtige Sternschleuder sein: Die Masse innerhalb eines nur wenig größeren Bereichs als unser Sonnensystem ist so groß wie vier Millionen Sonnen!
So kompakt sind nicht viele Himmelskörper und nach sorgfältiger Betrachtung kommt man zu der Einsicht, dass im Zentrum unserer Heimatgalaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch sitzen muss. Es ist bislang der beste Kandidat dafür im ganzen Kosmos.

Epilog

Ist es nicht fantastisch, wie die Durchbrüche miteinander verwoben sind? Mit Erstaunen habe ich außerdem festgestellt, dass zwischen Durchbruch 2 und 3 fast 250 Jahre liegen. Die 1960er Jahre werden gerne als das goldene Zeitalter der Astronomie bezeichnet. In diesem Jahrzehnt wurde die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt (Durchbruch 7), aber auch die Natur der aktiven Galaxien wie Quasare wurde enthüllt. Ebenfalls in den 1960er Jahren fand Roy Kerr die Lösung, die rotierende Schwarze Löcher beschreibt. 1967 wurden mit den VELA-Satelliten durch Zufall die Gammaastrahlenausbrüche entdeckt – Himmelsobjekte, die derzeit den astronomischen Entfernungsrekord halten. Und im gleichen Jahr prägte John Wheeler den Begriff "Schwarzes Loch". Das waren alles große Leistungen. Blicke ich nun auf meine persönliche Top12, so waren die 1990er Jahre offenbar noch umwälzender für die Astronomie: Es gab hier gleich vier Durchbrüche, nämlich 8, 9, 10, und 11 – das ist gar nicht so lange her!

Was werden die nächsten Jahre und Jahrzehnte bringen? Jedenfalls ist es grandios in diesen aufregenden Zeiten zu leben.

Veröffentlicht von

Die Astronomie ist faszinierend und schön – und wichtig. Diese interdisziplinäre Naturwissenschaft finde ich so spannend, dass ich sie zu meinem Beruf gemacht habe. Ich bin promovierter Astrophysiker und befasse mich in meiner Forschungsarbeit vor allem mit Schwarzen Löchern und Allgemeiner Relativitätstheorie. Aktuell bin ich der Scientific Manager im Exzellenzcluster Universe der Technischen Universität München. In dieser Tätigkeit im Forschungsmanagement koordiniere ich die interdisziplinäre, physikalische Forschung in einem Institut mit dem Ziel, Ursprung und Entwicklung des Universums als Ganzes zu verstehen. Besonders wichtig war mir schon immer eine Vermittlung der astronomischen Erkenntnisse an eine breite Öffentlichkeit. Es macht einfach Spaß, die Faszination am Sternenhimmel und an den vielen erstaunlichen Dinge, die da oben geschehen, zu teilen. Daher schreibe ich Artikel (print, online) und Bücher, halte öffentliche Vorträge, besuche Schulen und veranstalte Lehrerfortbildungen zur Astronomie, Kosmologie und Relativitätstheorie. Ich schätze es sehr, in meinem Blog "Einsteins Kosmos" in den KosmoLogs auf aktuelle Ereignisse reagieren oder auch einfach meine Meinung abgeben zu können. Andreas Müller

14 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. … der neuzeitlichen Astronomie?

    Ist diese Auflistung nicht allzusehr fokussiert auf das Abendland und die Neuzeit?

    Was ist mit den antiken Astronomen Indiens, Mesopotamiens, Chinas, Ägyptens und Chinas?
    Ist jemand wie Hipparchos (190 – 120 v.Chr. Ersteller eines Sternkatalogs, Entdecker der Erdpräzession, Begründer der Trigonometrie und der Geodäsie) nicht auch als Urheber bahnbrechender Durchbrüche zu sehen? Kann man ihm anlasten, dass er in seiner Zeit weder das mathematische Rüstzeug noch die technische Ausrüstung hatte, die selbst schon Galileo, sicher aber den modernen Astronomen zur Verfügung standen? Schmälert das die Leistung der antiken Astronomen, sodass sie mit keinem Wort erwähnt werden müssen?

    Man könnte fälschlich beim Lesen des Artikels den Eindruck gewinnen, die Astronomie, diese älteste aller Naturwissenschaften, sei erst mit Galileo entstanden.

    Nun ist es sicher unvermeidbar, dass wenn man eine Liste erstellt, sofort Kritik an den aufgenommenen oder weggelassenen Personen oder Leistungen laut wird.

    Aber in diesem Fall muss ich doch sagen, dass es nicht nur den um einen oder anderen Fall geht, dem man so oder anders gewichten könnte, sondern dass die ganze Liste für sich schon zu restriktiv ausgelegt ist.

    Gibt es dafür einen Grund? Genannt wird er nicht.

  2. @ Michael Khan

    Lieber Michael,

    Danke für Deinen ersten Eindruck. Wie eingangs erwähnt, sind solche Listen subjektiv, und es ist in der Tat auch dieser Umstand erstaunlich, dass alle „meine Durchbrüche“ neuzeitlich datieren.

    Wir reden hier allerdings nicht von „12 tollen Leistungen in der Astronomie“, sondern von Durchbrüchen. Ein Durchbruch ist nach meinem Dafürhalten eine revolutionäre Entdeckung, etwas das die Welt – z.T. auch über die Grenzen der eigenen Disziplin hinaus – veränderte. Ein absoluter Hammer eben!

    Die Leistungen der Babylonier (Tierkreiszeichen), der Araber und Griechen (Kartierung des Himmels, Vermessung der Erde), der Maya (Kalender) und der Chinesen für die Astronomie und viele andere Unerwähnte waren sicher unzweifehaft grandios und wichtig. Aber zum einen kann man sich streiten, ob es wirklich Durchbrüche waren; zum anderen muss man bei einer Top12-Liste immer abwägen, welcher Durchbruch der Wichtigere war. Das sind nun meine Top12, aber ich würde es als Bereicherung empfinden, wenn jemand anders seine, möglicherweise anderen Top12 mit entsprechenden Begründungen daneben stellt.

    Beste Grüße,
    Andreas

  3. BTW

    Wie die heutige Google-Deko verrät, war der 25. August ein besonderer Tag, denn am 25. August 1609 führte Galileo Galilei (Durchbruch 1) der venezianischen Regierung sein Teleskop vor, die er damit sehr beeindruckte.

    Zur Feier des IYA kann man preiswerte Fernrohre in Galileis Machart erwerben – die Galileoskope: https://www.galileoscope.org

  4. Einen prähistorischen Durchbruch sollte man auf jeden Fall aufnehmen: Die ursprüngliche Erkenntnis, dass die meisten Himmelsphänomene zyklisch und berechenbar sind. Nur Zeitpunkt und Entdecker werden sich da wohl nicht mehr festlegen lassen.

  5. @ Lars Fischer

    Hm, ich stimme da nicht ganz mit Dir überein, Lars und meine, dass es in etwa ebenso viele zyklische, wie nicht periodische Himmelserscheinung gibt. Ein paar Beispiele:

    zyklisch:
    Jahrezeiten, Mondphasen, solares Magnetfeld, Wiederkehr der Planeten im Tierkreis, Cepheiden, Bedeckungsveränderliche, Pulsare, Novae, quasi-periodische Oszillationen.

    nicht zyklisch:
    Entwicklung der Erde (generell der Planeten), Entwicklung des Sonnensystems, Sternentwicklung, Gammastrahlenausbrüche, Entwicklung von Galaxien, Metallgehalt im Kosmos, der Skalenfaktor/Weltradius des Kosmos, das Universum selbst (nach heutigem Kenntnisstand).

    Just to name a few. Die wichtigen Sachen geschehen nicht in Zyklen, oder? Aber vielleicht ist das Urteil Zyklus oder nicht Zyklus eine Frage der Zeitskala…

    Gute Nacht,
    Andreas

  6. Astronomie: Spätzünderwissenschaft?

    Nun, da scheint doch irgendwo ein Problem zu stecken, vielleicht eins der Logik?

    Da ist nun die Astronomie die älteste Naturwissenschaft, die Menschen betrieben, und dennoch sollte es bis 1609 dauern, bis ihr endlich ein Durchbruch gelang?

    Wäre das wirklich so, müssten Astronomen über Jahrtausende hinweg wohl ziemliche Schlafmützen gewesen sein. Ingenieure beispielsweise waren deutlich fixer, die schafften schon in der Antike wirklich Bahnbrechendes. Mathematiker auch, und natürlich auch andere Wissenschaften … einschließlich der Astronomie.

    Ein solcher Durchbruch ist beispielsweise die auf astronomischen Beobachtungen beruhende Erkenntnis, dass die Gestalt der Erde kugelförmig sein muss, kulminierend in der Beweisführung durch Eratosthenes von Kyrene, dem sogar (allerdings begünstigt durch einen glücklichen Zufall) 225 v.Chr. recht genau die Berechnung des Erdumfangs gelang, ebenfalls unter Zuhilfenahme von Messungen, die einen anderen Himmelskörper einbezogen und damit astronomischer Natur waren.

    Ohne diese fundamentale, bahnbrechende und damit wohl mit Fug und Recht als Durchbruch zu bezeichnende Leistung wären eine ganze Menge weitergehender Leistungen astronomischer aber auch nicht-astronomischer Natur, wie die Geodäsie, nicht möglich gewesen – im Prinzip basiert auch unser Weltbild heute noch auf dieser einen Entdeckung.

    Einen Durchbruch stellt diese Entdeckung aber auch schon deswegen dar, weil sie konter-intuitiv ist und sich gegen den geballten Widerstand etablierten debkens durchsetzen muss.

    Ich meine: Die Tatsache, dass später viel tiefgreifendere und umfassendere Durchbrüche geleistet wurden, schmälert nicht die Leistung früherer Durchbrüche, denn eine umwälzende Entdeckung kann nur an dem gemessen werden, was vor ihr kam, nicht an dem, was ihr später nachfolgte.

    Newton sagte: „If I have been able to see further, it is because I have stood on the shoulders of giants.“ Das impliziert natürlich, dass spätere Generationen höher stehen und weiter blicken können als die vor ihren. Riesen bleiben aber Riesen.

  7. @ Michael Khan

    Lieber Michael

    Die Astronomie ist natürlich keine „Spätzünderwissenschaft“.

    Ich bin einfach anderer Meinung als Du: Es gab schon vor 1609 Erfolge und Durchbrüche in der Astronomie – geschenkt. Im Kontext und in der Rückschau erachte ich die hier genannten Top12 als die wichtigsten Leistungen. Das soll keinesfalls die Leistungen der frühen Vordenker schmälern, aber Galilei, Newton und Einstein sind meines Erachtens nochmal ein anderes Kaliber als Hipparcos, Eratosthenes oder Thales von Milet und ihre Leistungen strahlen weiter (was sich auch in ihrer Bekanntheit widerspiegelt).

    Ich kann Dich nur ermuntern, einen Blog post mit Deinen 12 Durchbrüchen zu schreiben – würde mich sehr interessieren.

    Beste Grüße,
    Andreas

  8. @Andreas

    Gut, einigen wir uns drauf, dass wir uns nicht einig sind.

    Abschliessend:

    Ich meine, Leistungen muss man in den Kontext einordnen. In einer wissenschaftlich primitiven Gesellschaft kann schon eine simple Entdeckung ein gewaltiger Durchbruch sein. „Durchbruch“ sollte per Definition als relativ vom Ausgangszustand verstanden werden, nicht absolut.

    Rueckblickend sagt man leicht: „Na, was war das schon“. Aber gerade bei der Beurteilung historischer Gegebenheiten riskiert man immer das Urteil „aus der heutigen Warte“, und das kann schnell mal reichlich unfair ausfallen.

    Bemerkenswert ist, dass es bereits in der Antike Ansaetze zu einem heliozentrischen Weltbild gab. Das finde ich wirklich eine bemerkenswerte Leistung, auch wenn sie sich nicht durchsetzen konnte, denn den damaligen Astronomen stand nichts von dem Handwerkszeug zur Verfuegung, dass selbst schon Giordano Bruno, Kopernikus und Kepler hatten.

    Aber gut, da kann man argumentieren, dass es kein Durchbruch war, weil die Sichtweise sich nicht durchsetzte.

    Ich stimme durchaus Lars Fischer zu, wenn er schon sehr fruehe astronomische Erkenntnisse als Durchbruch wertet. Es erfuellt jeden Tatbestand des wissenschaftlichen Durchbruchs, wenn man durch Beobachtung und Ueberlegung darauf kommt, dass die Bewegung dieser grossen und kleinen hellen Objekte am Nachthimmel Gesetzmaessigkeiten folgt, dass man diese Gesetzmaessigkeiten berechnen kann und dass sich daraus Vorhersagen in Bezug auf das Alltagsleben ableiten lassen: Wann die Ernte auszubringen ist, wann der Winter bevorsteht usw..

    Diese wissenschaftliche Grosstat – ich meine das wirklich ernst – stand in enger Verbindung zu anderen kulturellen Leistungen der fruehen Menschheit, beispielsweise des organisierten und geplanten Ackerbaus.

    Ich behaupte mal, dass dieser Durchbruch in der astronomischen Forschung den weiteren Verlauf der menschlichen Geschichte zumindest so stark beeinflusst hat wie der Nachweis von Gravitationswellen.

  9. nr 13

    Sehr schoenen Bericht.Da wir aber schon im Jahr 2009 sind,ich denke es waere besser wenn man noch „das dunkle“ (dark matter,dark energy)mitzaellt.

    Immerhin die Menscheit ist in der lage nur ca 5% von dem was da ist messen.

    Higgs-bosonen solten auch dazu kurz kommen,da die am LHC/CERN gemessen werden sollen,solange
    LHC am laufen ist.

    Nun ja,der Sprung von Astronomie zu Teilchenphysik sieht riesig….aber es sieht nur so aus.

  10. Die Problematik der Rotationskurven der Galaxien ist allgemein bekannt.
    Die Einführung von Dunkle Materie soll den Standartmodell der Kosmologie retten. Dummerweise lässt sich die Dunkle Materie nicht nachweisen. Noch schlimmer, die neuesten Untersuchungen haben die Zweifel an ihr noch verstärkt. Ich habe aber schon vor Jahren postuliert dass der Gravitative Hintergrund für die Zusätzliche Beschleunigung der Sterne verantwortlich ist. Dazu braucht man nur eine Einfache Rechnung zu machen über die Rotationsgeschwindigkeiten der Milchstraße.

    1,2344E+19 98 98 7,7803E-10 7,7803E-10 0
    1,8516E+19 147 147 1,1670E-09 1,1670E-09 0
    2,4688E+19 196 196 1,5561E-09 1,5561E-09 0
    3,0860E+19 245 238 1,9451E-09 1,8355E-09 -1,0956E-10
    9,2580E+19 205 216 4,5393E-10 5,0395E-10 5,0022E-11
    1,8516E+20 180 224 1,7498E-10 2,7099E-10 9,6003E-11
    3,0860E+20 155 226 7,7852E-11 1,6551E-10 8,7657E-11
    4,6290E+20 138 223 4,1141E-11 1,0743E-10 6,6289E-11
    6,1720E+20 122 219 2,4115E-11 7,7707E-11 5,3592E-11
    9,2580E+20 100 211 1,0801E-11 4,8089E-11 3,7288E-11

    Mitellwert 6,5142E-11

    Die Erste Spalte beinhaltet ein Radius der Milchstraße (in Meter) für den eine Masse ermittelt wurde
    Die zweite zeigt die errechnete Radialgeschwindigkeit der Milchstraße km/s
    Die dritte zeigt die tatsächlich beobachtete Radialgeschwindigkeit der Milchstraße
    In der vierten Spalte sind die errechneten Kreisbeschleunigungswerte in der entsprechenden Entfernung zu Galaxiezentrum dargestellt
    In der fünften die tatsächlich beobachtete.
    In den sechsten wurde ein Unterschied zwischen dem beobachteten Wert und dem errechneten Wert der Kreisbeschleunigung errechnet.

    Wie man sieht sind die Werte der Kreisbeschleunigung bis zu einem Radius von 3000 Parsek größer als der Wert der Beschleunigung von dem postulierten Gravitativen Hintergrund. Erst ab 3000 Parsek wird der Einfluss der GH auf die Bewegung der Sterne eindeutig und somit für unsere Analyse brauchbar. Wenn Sie dann einen Mittelwert aus den Werten der Spalte 6 von 5,0022E-11 bis 3,7288E-11 bilden, bekommen Sie ein Wert von 6,5142E-11. Das ist fast genau der Wert der Gravitationskonstante der sich nur durch Einheiten unterscheidet. Das liegt aber daran, dass die newtonsche Annahme der Gravitationskraft falsch ist und daran das die so genannte Gravitationskonstante keine Konstante ist.
    Diese Rechnung habe ich am 19.03.2009 veröffentlicht.
    http://forum.spiegel.de/…08600&postcount=340
    Wenn man dort der Link anklickt findet keine Originaldaten mehr. Eine Woche später nachdem ich meine Rechnung publiziert habe wurden die Daten gelöscht.
    Ein Schelm wer irgendeinen Zusammenhang vermutet.
    Wer trotzdem die Gründe der Löschaktion wissen will soll sich direkt an „Landesakademie für Dummhaltung der Lehrer“ wenden.
    Wahrscheinlich hat meine Berechnung doch einige Stutzig gemacht und Monate später kam die Meldung die meine Rechnung völlig bestätigte.
    http://www.g-o.de/…aktuell-10585-2009-10-01.html
    Ein Schelm wer irgendeinen Zusammenhang vermutet.
    Oder andere Beispiel in meinem Papier „Klassifizierung von Galaxien auf der Grundlage
    der Theorie der gravitativen Entkoppelung“ habe ich eine Vorhersage gemacht um meine Theorie zu verifizieren, dass die Sternhaufen sich nur auf wenige Rotationsebenen konzentrieren und aus Sternen verschiedenes Alters bestehen müssen Entgegen damals herrschenden Meinung de Astronomen.
    Und siehe da prompt entdecken die Wissenschaftler die von mir vorhersagte Zustände
    http://www.g-o.de/…aktuell-10151-2009-07-07.html
    http://www.g-o.de/…-aktuell-9891-2009-05-11.html

    Ein Schelm wer irgendeinen Zusammenhang vermutet.
    Noch wissen die „Wissenschaftler nicht, dass den gleichen Problem würde man auch im Sonnensystem feststellen können würde man die Rotationsgeschwindigkeit der Himmelskörper des Sonnensystem analisieren. Man würde feststellen, dass genauso wie bei den Galaxien, so auch an der Peripherie des Sonnensystems (n dem Kuiper Gürtel) Gravitationsgesetz nicht gültig ist, mindestens für die Asteroiden die Kreisähnlichen Bahnen aufweisen. Sobald sich ein Körper auf einem annährend Kreisförmigen Bahn befindet und so weit von der Sonne entfernt ist, dass die gravitative Wirkung der Sonne und der benachbarten Körper kleiner ist als die Wirkung des GH, muss die Umlaufgeschwindigkeit des Körpers von seiner Masse abhängig sein und auf keinen Fall von der Entfernung zu der Sonne. So erwartete ich dass die transneptuner Körper sich nach Masse differenzieren und bei besonders weit von der Sonne entfernten eine Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit zu erwarten ist. Mit einer an Gewissheit grenzenden Wahrscheinlichkeit kann man die Bahnen der transneptuner Körper nicht auf der Grundlage der Keplergesetze berechnen, die sind in dieser Entfernung zu der Sonne nämlich falsch. Die einzig richtige Vorgehensweise ist die Entfernung durch die Parallaxemessung und die Umlaufgeschwindigkeit aus der Winkelgeschwindigkeit der Asteroiden zu errechnen.

    Mehr ist auf meiner Internetseite zu erfahren:

    http://www.cwirko.de

  11. Vielen Dank

    Vielen Dank für den Artikel!
    Ich bin selbst nicht vom Fach, sondern interessiere mich rein hobbymäßig für die Materie.

    Ihr Artikel liefert einen sehr schönen Überblick über die wichtigsten „Neuerungen“ im Bereich der Kosmologie.

    Ich bin sehr gespannt auf weitere Artikel von Ihnen.

    Beste Grüße,
    Manfred Clausen

  12. Beobachtung & Interpretation

    Andreas Müller schreibt auf seiner Seite, dass er die Kosmologie gerne einem größeren Kreis von Interessierten vorstellt, was viele Menschen als löbliche Absicht und Aktion gutheißen. Allerdings sollten die aus subjektiver Sicht dargestellten 12 größten Durchbrüche in der Astronomie nicht genutzt werden, um Laien, die nur mehr oder weniger mit der Materie vertraut sind, im ´Sinne der Standardlehre zu indoktrinieren.

    Die Inhalte der 12 größten Durchbrüche können in zwei Gruppen gegliedert werden:
    1. BEOBACHTUNGEN 2. INTERPRETATONEN
    Leider werden wichtige Beobachtungen mit solchen Interpretationen verknüpft, die eine Bestätigung der Standardlehre ergeben sollen. Das wird oftmals gleich in die Veröffentlichung hineinge-schrieben. Zweck dieser Interpretationen ist es, wie kürzlich hier in scilogs von L. BURTSCHER dargestellt, „überspektakuläre Wissenschaft“ zu zeigen und Aufmerksamkeit zu erregen.

    Klare Interpretationen von wichtigen Beobachtungen sind:
    Beobachtung Nr. 4 von HUBBLE, Rotverschiebung des Lichtes von Galaxien:
    **Interpretation Fluchtgeschwindigkeit nach DOPPLER
    **Folgeinterpretation Nr. 5 von LEMAITRE: Urknall und Expansion des Alls
    **weitere Folgeinterpretation von A. GUTH: Inflationstheorie (hier nicht aufgelistet)

    Beobachtung Nr. 9 von HULSE & TAYLOR, kürzer werdende Umlaufdauer eines Doppelsternsystems
    **Interpretation: Gravitationswellen (wurden nicht beobachtet; „Überspektakuläres“)

    Beobachtung Nr. 11 von PERLMUTTER & RIESS; Differenzen zwischen zwei Entfernungsskalen: a)aus der Leuchtstärke von Super Novae b)aus Rotverschiebungen
    **Interpretation: Dunkle Energie (wilde Phantasie oder „Überspektakuläres“)

    Für die drei aufgelisteten Beobachtungen Nr. 4, Nr. 9 und Nr. 11 lassen sich andere Interpretationen angeben.

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