Monat: Februar 2020

Der Sonne entgegen – Der Aufbruch


Liebe Leserinnen und Leser,
wie die meisten von euch wissen, wurde am 10.02.2020 die Sonde Solar Orbiter gestartet. Sie wird in wenigen Jahren mit zehn verschiedenen Instrumenten die Sonne erforschen.
Die Riffreporter und @Astrozwerge berichteten ganz wunderbar darüber.
Somit kann ich mir den Solar Orbiter für den Moment sparen und mich anderen Sonnenthemen widmen.
„Der Sonne entgegen“ soll eine kleine Serie werden, mit welcher ich euch das Warten, bis der Solar Orbiter an seinem Ziel ist, etwas versüßen möchte.

Der Anfang

Aus physikalischen und theoretischen Überlegungen heraus war schon klar, dass die Sonne auch Strahlung in Wellenlängen senden sollte, die wegen der Atmosphäre den Erdboden nicht erreichen können. Das ist auch gut so, denn ihre Röntgenstrahlung wäre äußerst Gefährlich für jegliches Leben.
Die Ozonschicht die vor allem durch ihr wachsendes Loch in den 80ern des letzten Jahrhunderts von sich reden machte, schützt uns vor Krebs erregender UV-Strahlung.
Diese Entschlossenheit, mit der man es schaffte, in verhältnismäßig kurzer Zeit die FCKWs, die für dieses Ozonloch verantwortlich zeigten, aus unseren Kühlschränken und Sprüh-Dosen zu verbannen, könnten wir z. B. für die Bremsung des Klimawandels heutzutage mal wieder gebrauchen; aber zurück zum Thema.

Den Tag, als man sich anschickte, zur Sonne aufzubrechen, wissen wir genau. Am 10. Oktober 1946 trug in den USA eine V-2-Rakete aus dem erbeuteten deutschen Kriegsarsenal in der Wüste White Sands in New Mexico Messinstrumente in eine Höhe von 90 Kilometern. Während der kurzen Zeit, welche die Rakete über der Atmosphäre blieb, wurde der extrem kurzwellige Ultraviolettbereich des Sonnenspektrums aufgenommen.
Diese Strahlung wird von den obersten Luftschichten verschluckt.
In neunzig Kilometern über dem Meeresspiegel ist zwar
unsere Atmosphäre noch nicht zu Ende, doch liegt nur ein Millionstel
der Luftmassen der Erde darüber. Es gelang damals tatsächlich, die
Strahlung zu messen, die die Erdoberfläche nie erreicht.
Später verwendete man für derlei Messungen dann andere modernere Raketen.

Trotzdem stand bei jedem Schuss nur die
kurze Zeit zur Verfügung, die die Rakete in der Nähe des Gipfels ihrer
Bahn fliegen konnte.

Man brauchte mehr Zeit, um nicht nur in Form von Schnappschüssen, beobachten zu können.

Das Observatorium in der Ballon-Gondel

Der Sonnenforscher mag seine Fernrohre auf Inseln, auf hohe Berge
setzen, er mag von weiß gestrichenen Türmen beobachten, die aus den
Schichten der Bodenturbulenz herausragen, ganz wird er den Ärger
mit der Erdatmosphäre nie los. Das merkte auch Martin Schwarzschild (31. Mai 1912 in Potsdam; † 10. April 1997 in Langhorne, Pennsylvania) Professor an der Universität von Princeton an der Ostküste der USA,
der 1953 begonnen hatte, auf dem Mount Wilson in Kalifornien die
Granulation der Sonne zu studieren, jene sich ständig ändernde Feinstruktur, die von der Bewegung der äußeren Schichten der Sonne herrührt.
Teure Raketen wollte man für die Erforschung der Granulen nicht opfern, da man diese auch im sichtbaren Teil der Sonnenstrahlung beobachten kann. Schon dem Mönch und Astronomen Christoph Scheiner viel vor etwa 500 Jahren die scheinbar gekörnte Oberfläche der Sonne auf.
Bis dato konnte man nur schlecht Beobachtungen in der Zeit machen. Meistens wurde ein Foto von der gerade herrschenden Situation auf der Sonnenoberfläche geschossen und danach wieder eines…

So entstand in Princeton der Plan, der Sonne entgegen zu gehen, Messinstrumente im Ballon in die obersten Schichten der Atmosphäre zu bringen, und von dort aus die Granulation der Sonne zu
untersuchen.

Die beste Fotografie der Granulation war selbst im Jahre 1957
noch eine aus dem letzten Jahrhundert.
Am 1. April 1894 hatte ein französischer Pionier der Sonnenbeobachtung, Jules Janssen
mit einem Spiegelteleskop von nur
13 cm Durchmesser ein Bild der Sonne gewonnen, das bis Mitte des vorigen Jahrhunderts an Schärfe von keiner anderen Aufnahme übertroffen
worden ist. janssen hatte damals noch eine nasse Kollodiumplatte
benutzt. Seine Belichtungszeit lag bei 1/3000 Sekunde. Erst später, als
man von möglichst hohen Bergen aus die Sonne fotografierte und
unter Tausenden von Aufnahmen suchte, um eine zu finden, bei der
zufällig die Luft während der Belichtungszeit nahezu in Ruhe war,
konnte man sich mit den janssenschen Aufnahmen messen. Somit wollte Martin
Schwarzschild die Luftunruhe überlisten und vom Ballon aus
fotografieren.

Der Vorteil eines Ballons ist auch, dass man stundenlang beobachten kann. Die Überlegungen zum Projekt STRATOSCOPE, wie man es nannte, stammten
von den beiden Princetoner Astronomen Martin Schwarzschild und
Lyman Spitzer. Schwarzschild übernahm das Ballonprojekt, Spitzer begann damals bereits mit anderen Plänen, die schließlich 15 Jahre
später im Forschungssatelliten KOPERNIKUS gipfeln sollten, einem
der ersten astronomischen Observatorien in einer Umlaufbahn. Ein aktuelles Weltraumteleskop ist nach zweiterem benannt.
Mitte der fünfziger Jahre flossen überall in der Welt die Mittel für
astronomische Programme nur spärlich, selbst in den USA. Trotzdem
gelang es Schwarzschild im September 1957 im US-Bundesstaat Minnesota, den ersten Ballon aufsteigen zu lassen. Er erreichte eine Höhe von
25 Kilometern. Die Gondel trug Geräte zur Fotografie der Sonnenoberfläche. Da die STRATOSCOPE-Flüge unbemannt waren, musste der
gesamte Ablauf der Beobachtung, wie das Ausrichten des Teleskops
nach der Sonne und die Belichtungszeit, im voraus programmiert werden.
Einmal gestartet, waren die Instrumente sich selbst überlassen.

Das ist in der Raumfahrt an sich bis heute Normalität. Sonden sind zu weit entfernt, als dass man sie in Echtzeit steuern könnte.
Schwarzschilds Team konnte nur noch vom Boden aus den Ballon mit
dem Feldstecher verfolgen,
ihm mit dem jeep nachfahren und hoffen,
dass die Instrumente, wo immer der Wind den Ballon auch blasen würde, die Landung
unbeschadet überstünden. Als im Oktober 1957 der sowjetische SPUTNIK pipsend um den
Erdball flog und die USA sich danach langsam von dem „Sputnik-Schock“ erholten, flossen die Mittel für das Projekt STRATOSCOPE wieder reichlicher.
Mehr Gelder waren für das Projekt nötig, denn ein einfacher Ballonflug in der
notwendigen Höhe kostete damals an die 20000 US-Dollar, bei einem
aufwendigeren Flug musste man mit einer Million Dollar rechnen.
Wesentlich teurer jedoch als der Ballonflug war die Reparatur der
Geräte nach jeder Landung, die man nicht kontrollieren konnte.

Schwarzschild rüstete seinen Ballon mit einer Fernsehkamera aus,
deren Bilder zum Erdboden übertragen wurden. So konnte er am Fernsehschirm durch das Teleskop im Ballon zur Sonne blikken und die ferngesteuerten Apparate an Bord bedienen.

Ergebnisse der Stratoscope-Mission

Zum Team waren inzwischen mehrere Wissenschaftler gestoßen. Man beschränkte sich nicht nur auf das Studium der Granulation.
Robert Danielson (1931-1976) beobachtete Sonnenflecken, vor allem
die Penumbra,
john B. Rogerson untersuchte Erscheinungen am Sonnenrand.
Diese Sonden lieferten die bis dahin besten Bilder der Sonnengranulation. Zeigte janssens Fotografie Granulationselemente mit Durchmessern von 800 bis 1600 Kilometern, so bewiesen die STRATOSCOPE-Aufnahmen, dass es auch viel kleinere gibt. Man konnte sogar solche
mit Durchmessern von nur 160 Kilometern erkennen.
Man sah auch, dass die auf- und absteigenden Gasballen eine eckige Umrandung hatten. Das ist bei Blasen kochender Flüssigkeiten zumindest im Laborversuch auf erden auch so. Meist sind sie sechseckig.

Fazit

Die Beobachtungen vom Ballon aus waren eine ideale Vorübung für
die Arbeiten mit Raumsonden. Allerdings lernte man zur Zeit von
STRATOSCOPE 1 und 2gerade erst langsam, den Weltraum von Raketen aus zu untersuchen. Dabei erhielt man u. A. die ersten Bilder der Sonne im Röntgenlicht.
Die Röntgen-Sonne ist aber ein weiteres so spannendes Thema, dass ich mir diese für einen weiteren Beitrag aufhebe.

Pluto wird neunzig


Liebe Leserinnen und Leser,
Ein guter Freund machte mich darauf aufmerksam, dass Pluto am 18.02.1930 entdeckt worden war. Dabei stellte er mir die Frage, wieso er heute kein Planet mehr sein darf.
Zum Glück schrieb ich zu anderer Gelegenheit mal darüber, so dass ich Recyceln konnte.
Hier nun, wieso Pluto kein Planet mehr ist:

Die Entdeckung vor 90 Jahren

Pluto ist mit bloßem Auge nicht sichtbar. Man braucht ein gutes Teleskop, um ihn zu sehen. Entdeckt wurde er vor 90 Jahren aber ganz anders.
Der Deutschlandfunk widmete in seiner heutigen Sternzeit-folge sich der Entdeckung des Pluto.

Was wir noch in der Schule lernten

Ins Gerede ist die IAU im August 2006 gekommen, als sie auf ihrem Kongress in Prag den Entschluss fasste, dass Pluto künftig kein Planet mehr sein darf, sondern nur noch ein Zwergplanet ist.
Ach, wie mühsam haben wir noch in der Schule die Namen der neun Planeten uns eingepaukt. Eine große Hilfe hierbei war der Satz:
“Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten”.
Die Anfangsbuchstaben der Planetnamen entsprechen denen, der Wörter dieses Satzes:
“Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto”.
Und Pluto darf jetzt nicht mehr mitmachen? Dann wissen wir ja gar nicht mehr, was für neun Objekte unser Vater all sonntäglich erklärt.
Naja, jetzt musste man den Satz auf die verbleibenden acht Planeten reduzieren.
Er heißt nun:
“Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.”
Auch schön, denn dort gibt es noch deutlich mehr erklärenswertes, als nur unsere acht Planeten, von denen höchstens sechse, einschließlich der Erde  mit bloßem Auge zu sehen sind.

Wie es früher war

Eine berechtigte Frage in diesem Zusammenhang ist die, wie so denn plötzlich Zweifel hochkochen, was denn nun ein Planet sein soll, und was nicht.
Das hat sich doch schon seit den alten Griechen und noch davor nicht mehr geändert. Es kam halt lediglich immer mal wieder ein neuer Planet hinzu. Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn sind mit bloßem Auge sichtbar. Zu alter Zeit sowieso, als es noch keine Lichtverschmutzung gab. Für die Entdeckung des Uranus, der am 13. März 1781 von William Herschel und vermutlich mit Unterstützung seiner Schwester Lucrezia, entdeckt worden war, brauchte man schon ein starkes Spiegelteleskop. Sterne sind so weit weg, dass sie selbst im Teleskop zwar heller, aber letztlich doch nur als nadelstichartige Punkte zu sehen sind. Ein Planet hingegen präsentiert sich als Scheibchen, das über einige Beobachtungsnächte hinweg, seine Position am Sternenhimmel verändert. Außerdem bildet das Scheibchen keinen Schweif aus, so dass mit der Zeit ein Komet ausgeschlossen werden kann.
Planeten funkeln auch nicht.
Durch die Veränderung der Position stellte Herschel sehr bald fest, dass es sich hier um einen bis dato unsichtbaren Planeten handeln muss, der unsere Sonne umkreist.
Die beiden letzten Planeten, Neptun und damals noch Pluto, wurden nicht durch Sicht entdeckt. Sie verrieten sich, indem sie durch ihre Schwerkraft die anderen sichtbaren Planeten in ihren Bahnen leicht störten.
Heutzutage sind die Teleskope natürlich so stark, dass man auch diese beiden letzten  bei guten Bedingungen als Scheibchen wahrnehmen kann. Heutige Teleskope lösen sogar ferne Galaxien, Nebel und Sternhaufen in ihre einzelnen Sterne auf, und es gibt weitere Verfahren, mehr über ihre Beschaffenheit und Oberflächen zu erfahren.
Trotzdem. Wieso plötzlich diese Aufregung um den Planetenstatus des Pluto?

Wer ist jetzt Planet, und wer nicht

Außer Kometen, die plötzlich mit ihren prächtigen Schweifen scheinbar aus dem Nichts auftauchten, nahezu geradlinig durch die Sternbilder zogen und wieder verschwanden, gab es nichts weiter außer den Planeten mit ihren Monden in unserem Sonnensystem. Das änderte sich jedoch mit der Entwicklung immer stärkerer Messinstrumente. Da waren plötzlich unzählige Asteroiden zwischen Mars und Jupiter zu sehen. Diese bilden den Asteroidengürtel und stellen quasi die Schneegrenze in unserem Sonnensystem dar, weil es jenseits von ihnen eisige Planeten gibt, wobei weiter innen die Steinplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars ihre Bahnen um die Sonne ziehen. Und damit nicht genug. Es wurde auch ein weiterer Asteroidengürtel jenseits des Neptun entdeckt, der Kuiper-Gürtel, benannt nach dem Astronomen Gerard Peter Kuiper (1905–1973). Bei so vielen neu gefundenen Objekten, musste man sich ernsthaft überlegen, was denn nun ein Planet, was ein Zwergplanet und was schließlich nur einer unter vielen Asteroiden sein soll.
Auslöser für diese Diskussion war die Tatsache, dass man zunehmend Himmelskörper im oder am Rand unseres Sonnensystems fand, die Pluto durchaus ebenbürdig in Form und Größe sind. Da gibt es beispielsweise das Kuiper-Objekt Xena, das größer als Pluto ist.
Außerdem war Pluto sowieso etwas seltsam.
Da haben wir von innen nach außen vier Steinplaneten, Merkur, Venus, Erde und Mars. Dann kommen die vier Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Und jetzt kommt noch so ein Winzling, kleiner als unser Mond, bestehend aus Eis und Stein, der sich zudem noch auf einer sehr exzentrischen Bahn bewegt, dessen Bahn zudem noch gegen die Ekliptik ziemlich gekippt ist und der quasi auf seiner Bahn entlang rollt, weil seine Achse derart gegen  seine Umlaufbahn geneigt ist.
Und so traf sich 2006 im August die IAU zu ihrem Kongress in Prag, um diese Frage ein für allemal zu klären.

Die Entscheidungsfindung

Zunächst einmal wurde von einer ausgewählten Expertenrunde ein erster Entwurf zur Abstimmung vorgelegt. Doch der wurde sehr kritisiert.
Nach diesem Entwurf sind Planeten Himmelskörper, die folgendes erfüllen müssen:
1. so viel Masse haben, dass sie durch Eigengravitation in eine runde Form gezwungen wurden. Was leichter ist, hat eher eine Kartoffelform und ist auf jeden Fall nicht rund.
2. einen Stern umkreisen, ohne selbst Sterne oder Monde, also Trabanten anderer Planeten zu sein. Ohne Monde haben wir Merkur und Venus. Auf diese beiden trifft aber Teil eins der Definition zu. Sie sind schwer genug, um Rund zu sein.

Nach dieser Definition hätte Pluto seinen Status als Planet behalten, es wären aber noch zahlreiche andere Himmelskörper in Frage gekommen, zum Beispiel Ceres und Xena.  Es wäre äußerst unpraktisch, müssten wir vielleicht gar dutzende oder mehr Planetennamen auswendig lernen. Wie lang wäre dann die Eselsbrücke, der Merksatz?
Innerhalb der vollwertigen Planeten sollte in zwei Gruppen aufgeteilt werden: die klassischen Planeten von Merkur bis Uranus und die Zwergplaneten wie Pluto, Ceres oder Xena.
Für diesen Entwurf einer Definition, ließ sich keine Mehrheit finden.
Stattdessen einigte man sich auf folgende neue Definition von Planeten:
1. Diese Planetendefinition gilt nur für unser Sonnensystem.
Das ist schade, dass man nichts fand, was für alle Sternsysteme gelten könnte. Vielleicht wird das im Zuge der Neuentdeckung von Planeten, die um andere Sterne kreisen, nochmal irgendwann neu aufgerollt werden müssen.
Das ist halt Astro-Politik.
2. Ein Planet soll ab jetzt nur noch ein Körper sein, dessen Masse der Gesamtmasse aller anderen Körper in seinem Bahnbereich übertrifft. Will sagen, der auf seiner Bahn zumindest einigermaßen aufgeräumt hat.
Gerade letzteres trifft auf den Pluto nicht zu. Er bewegt sich im Kuiper-Gürtel mit zahlreichen anderen Himmelskörpern.
In unserem Sonnensystem gibt es also nur noch die acht klassischen Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, sowie Zwergplaneten, Monde und Kleinkörper. Pluto, Ceres und Himmelsobjekt Xena sind Zwergplaneten und damit keine Planeten.
Als Kleinkörper gelten Asteroiden, Kometen und andere Objekte geringer Größe, die keine Monde sind und die Sonne umkreisen.
Bis heute entfacht die Diskussion um diese Definition immer mal wieder. Die Degradierung Plutos zum Zwergplaneten dürfte vor allem die Amerikaner tief getroffen haben, denn Pluto war der einzige Planet, der von einem Amerikaner entdeckt worden war.
Es standen noch andere Definitionen zur Auswahl, die bis heute immer mal wieder in Erwägung gezogen werden.

Fazit

Ich denke, es ist schade, dass Pluto nicht mehr dabei sein kann, aber die Zeiten ändern sich und durch die verbesserten Instrumente auch die Grundvoraussetzungen, die eventuell alte lieb gewonnene Definitionen in Frage stellen.
Wie oft wurde, was für uns viel folgenschwerer war, der Mensch von seinem Platz im Universum vertrieben.
Vom Mittelpunkt des Sonnensystems an den Rand, Dann war unsere Sonne nur noch ein Stern unter vielen, Wir waren kein Mittelpunkt im Universum mehr, und fristen unser Dasein am Rand einer Galaxie unter milliarden anderer.
Im Zusammenhang der Mission New Horizons schrieb ich einen weiteren Artikel darüber, wie spannend unser Zwergplanet ist.