Astronomische Größenskalen, veranschaulicht

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… aber nicht einfacher
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Astronomische Größenskalen sind überwältigend – Längen und Zeiten, auf die man im Weltall stößt, sprengen alles, was wir aus dem Alltag gewohnt sind. Nur die vergleichsweise kleinen Himmelskörper, etwa Kometenkerne, kann man noch zu dem in Beziehung setzen, was wir an Größen überblicken können – ich hatte das ja letztes Jahr mal mit dem Kern von Tschurjumow-Gerassimenko und einem Gebirgsblick gemacht:

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Bild: M. Pössel/HdA unter Benutzung eines Bildes von ESA/Rosetta/NAVCAM. Lizenz: CC BY-SA IGO 3.0

Versuche, sich relativ zu unseren Alltags-Längenskalen vorzustellen, wie lang beispielsweise ein Lichtjahr ist, dürften dagegen von vornherein zum Scheitern verurteilt sein. Alles, was man tun kann, um ein Gefühl z.B. für die Längen der Astronomie zu entwickeln ist, sich relative Größenverhältnisse dort klar zu machen, wo das noch geht. Es gibt auf YouTube eine ganze Reihe von Videos, die das für Sterne und Planeten versuchen, z.B. dieses hier:

https://youtu.be/DBZkyXMQwGw

Wie groß Merkur oder Erde relativ zu den überschaubaren Alltagslängenskalen von wenigen bis einigen tausend Metern sind, kann man sich danach zwar immer noch nicht vorstellen, aber eine gewisse Intuition für die relativen Größen der Himmelskörper kann sich durchaus einstellen.

Dann gibt es noch Planetenwege und ähnliche Möglichkeiten, sich relative Größenverhältnisse selbst zu erlaufen. Ein Beispiel aus meinem Sommerurlaub hatte ich ja jüngst unter dem Stichwort Urlaubsastronomie auf Föhr: Sternschnuppen, Navigation, Planetenweg hier vorgestellt. Aber in einer Hinsicht sind die meisten Planetenwege unvollständig. Sie geben zwar die relativen Abstandsverhältnisse im Sonnensystem richtig wieder, aber meist nicht auch die Größen der einzelnen Planeten relativ zu diesen Verhältnissen. Der Grund dafür ist einfach: Die Planeten sind im Vergleich zu ihren relativen Abständen winzig. Andererseits ist gerade dieses Missverhältnis, und die daraus resultierende Leere im Sonnensystem, etwas, das man sich unbedingt klarmachen sollte, wenn man ein Gefühl für die Größenverhältnisse unserer astronomischen Nachbarschaft entwickeln will.

Ich gebe zu: Wenn ich nur einen Überblick über die Planeten geben möchte, die es bei uns so gibt, zeige ich auch durchaus mal ein Bild wie dieses hier:

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Himmelskörpers des Sonnensystems – Größen der einzelnen Körper maßstabsgetreu, Abstände alles andere als. Bild: NASA via APOD

Aber wenn man nicht weiter darüber nachdenkt – und nichts dazu gesagt wird – dann verpasst man möglicherweise, dass das Sonnensystem viel leerer ist, als es auf solchen Bildern den Anschein hat. Deswegen finde ich das folgende Projekt recht reizvoll. Die versuchen nämlich beide Skalen, Objektgrößen- und Abstandsskalen gleichzeitig hinzubekommen (dank an Sarah Rugheimer für den Hinweis):

Das Projekt ist von der Ausführung her sehr reizvoll, und die filmische Umsetzung vermittelt einen ganz guten Eindruck von den Größenverhältnissen. Die beleuchteten Time-Lapses empfinde ich eher als Overkill; in der Dunkelheit hat man dort ja gerade keine richtigen Anhaltspunkte für den Größenvergleich.

Das schöne an solch einem Modell ist, dass die Winkelgrößen der Planeten dabei dieselben sind wie in Wirklichkeit, sprich: Wenn ich an der Modell-Erde stehe und auf den Modell-Jupiter gucke, dann hat dieser dieselbe scheinbare Größe (erscheint unter dem gleichen Winkel) wie in Wirklichkeit. Das kann man dann natürlich am besten vor Ort und mit eigenen Augen sehen. Vielleicht baut ja mal jemand eine permanente Installation dieser Art, in der man maßstabsgetreu herumwandern kann? Oder gibt es so etwas bereits?


 

Hier hatte ich vor knapp drei Jahren mal alle astronomischen Größenskalen zusammengestellt (allerdings nicht veranschaulicht): vom kosmischen Staub bis zum beobachtbaren Universum.

Besonders schöne astronomische Wanderwege (Planetenweg, Milchstraßenweg, Galaxienweg; sie Spalte rechts) haben die Kollegen vom MPI für Radioastronomie beim Radioteleskop Effelsberg.

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

10 Kommentare

  1. Sehr geehrter Herr Pössel,

    die astronomischen Distanzen sind tatsächlich kaum vorstellbar. Das kommt aber daher, dass wir das Inertialsystem, in dem wir uns befinden, das auf der Erde, subjektiv als ein besonderes ansehen – was es aber nicht ist. Gibt es nicht beliebig viele andere Intertialsysteme, die unserem alle vollkommen gleichwertig sind, von denen aus betrachtet die Distanzen im Universum zusammenschmelzen, so klein, dass sie kaum noch wahrnehmbar sind ? Es ist doch alles eine Frage des Bewegungszustandes, und zwischen denen kann, bei gleichförmiger Bewegung, nicht unterschieden werden ?

    Was ich meine ist: nicht die Tiefe des Raums ist das Unglaubliche, sondern seine Relativität, seine Elastizität sozusagen, sich in seinen Ausmaßen jedem Blickwinkel anzupassen, von groß nach klein und umgekehrt, je nachdem mit welcher gleichförmigen Geschwindigkeit man ihn betrachtet.

    Wir denken immer, das Weltall sei riesig. Von einem Proton aus betrachtet, dass in der Röhre von Cern mit nahe Lichtgeschwindigkeit herumkreist, ist es schon auf ziemlich mickrige Grösse geschrumpft. Macht man gedanklich den Grenzübergang zu einem Inertialsystem, dass sich auf einem der Lichtteilchen befindet, die um uns „herumschwirren“, dann ist, von dort aus betrachtet, das Weltall auf einen ausdehnungslosen Punkt zusammengefallen und die Zeit steht darin auch noch still. So ein Lichtteilchen aus der Hintergrundstrahlung, 15 Mrd Jahre alt, lebt darin nur einen einzigen Augenblick.

    Es ist eben alles relativ. Auch das Universum selbst.

    Es grüsst Sie
    Fossilium

    • Das ist sicher ein weiterer, fortgeschrittener Aspekt. Mir geht es überhaupt erst einmal darum, Größenverhältnisse relativ zu einigen natürlichen Bezugssystemen zu vermitteln. Als nächster Schritt käme der Umstand, dass man dabei über Lichtkegel redet (Blick in die Vergangenheit), und danach könnte man sich an die von Ihnen genannten Perspektivwechsel machen.

  2. Die Leere des Weltraums passt gut zur Leere des Atoms. In beiden Fällen sind die Teilchen, respektive Planeten und Monde vor allem von viel leerem Raun umgeben. Andererseites entspricht dieses Atombild gerade einer klassischen, mechanistischen und letzlich falschen Vorstellung. In Wirklichkeit haben wir im Atom verschmiete Orbitale und Elektronenwolken. Doch ganz falsch ist das ursprüngliche Bild auch wieder nicht, kann doch etwas durch das Atom hindurchfliegen ohne etwas zu bewirken – in gewissen Fällen mindestens. Leer ist der Raum in jedem Falle nicht: Er ist erfüllt von Feldern.

    • Das kommt auf die Definition von leer an – die natürliche Erweiterung der Alltagsdefinition dürfte so etwas sein wie “materiefrei und photonenfrei”.

    • Powers of Ten bekommt die Hierarchien gut hin, aber gerade bei den relativen Abständen bringt es meiner Meinung nach nicht soviel, oder zumindest nicht auf allen Stufen. Dazu ist es (per Definition) zu logarithmisch.

    • Danke für den Hinweis! Das in Hagen kannte ich noch nicht; ich erinnere aber noch das auch im Wikipedia-Artikel erwähnte ähnliche Modell in Washington D.C.