Meine lieben,
und gleich geht es wieder tierisch auf Blindnerd weiter.
Einleitung
heute Nacht ist mir plötzlich siedendheiß eingefallen, dass wir ja mit unseren süßen Kätzchen am Himmel noch gar nicht fertig sind. Ich erinnerte mich an eine Podcastfolge des Podcasts @wrint (Wer redet ist nicht tot) von Holger Klein und der Astronomin Rut Grützbauch, die das hörens- und lesenswerte Buch „Per Lastenrad durch die Galaxis“ geschrieben und selbst als Hörbuch aufgelesen hat.
Außerdem passt das Thema gerade sehr gut, weil ich am Wochenende quasi mein musikalisches Come Back bei einer Charity-Veranstaltung feiern durfte, deren Erlös an den Verein „Katzenstimme“ ging, der sich um Katzen kümmert, die kein Zuhause haben.
Das war nach der ganzen Pandemiepause mal wieder richtig schön für mich, mit meiner Gitarre und meiner Mundharmonika mal wieder in ein Mikrofon zu schreien…
Ich hatte nach der dreijährigen Pause richtig Angst davor, aber nach drei Gitarrengriffen und einigen Stößen in meine Bluesharp war der Rampensau-Modus wieder aktiviert, als wäre nichts gewesen.
Aber nun zu unserer Katzengeschichte.
das Auge der galaktischen Katze
Der Katzenaugennebel, auch unter der Katalogbezeichnung bekannt als NGC 6543 ist ein bemerkenswertes astronomisches Objekt, das sich im Sternbild Drache befindet. Er ist einer der eindrucksvollsten planetarischen Nebel am Nachthimmel und fasziniert Hobbyastronomen und Wissenschaftler gleichermaßen.
Kleine Anmerkung am Rande
Das Wort „Planetarer Nebel“ hat nichts mit Planeten zu tun. Vermutlich kam man zu dem Begriff, weil es sich dabei immer um einen Stern handelt, der mindestens von einer Hülle umgeben ist.
Namensgebung
Der Name Katzenaugennebel leitet sich von der markanten Erscheinung ab, die an die Pupillen eines Katzenauges erinnert.
Weil er sich fast am Nordpol der Erdbahn befindet, wird er manchmal auch als Polarnebel oder Ekliptik-Nordpolnebel bezeichnet.
Wenn man ihn mit einem Teleskop beobachtet, sieht man In seinem Inneren einen hellen Punkt, der dann von einem Halo umgeben ist. Und das ganze wird dann noch von einer weiteren Hülle umgeben. Das kommt einem Auge mit Pupille sehr nahe. Und wie wir wissen, leuchten Katzenaugen in der Dunkelheit.
Entdeckung
Der Katzenaugennebel wurde erstmals im Jahr 1786 von dem Astronomen William Herschel entdeckt. Der baute damals die besten Teleskope der Welt und hatte in seiner Schwester die beste Assistentin, die er sich hätte wünschen können. Diese Frau muss man in diesem Zusammenhang immer würdigen, weil sie sich in dieser Männer dominierten Naturwissenschaft durchsetzte und großen Ruhm erlangte. Ich würdigte sie in meinem Artikel Weltfrauentag 2018.
Ort und Sichtbarkeit
Der Katzenaugennebel befindet sich etwa 3.000 Lichtjahre von uns entfernt im nördlichen Sternbild Drachen und ist somit ein Teil unserer Milchstraßengalaxie.
Leider hat er nur eine Helligkeit von 8,1 Magnituden. Das bedeutet, dass er mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Mit unbewaffnetem Auge kann man gerade noch am unverschmutzten Himmel Sterne der Größenklasse fünf erkennen. Darüber sprachen wir bereits im Die Himmelskatze. und noch mehr Informationen zur Messung der Helligkeit und Lichtverschmutzung findet ihr bei mir in Im dunkeln sieht man besser.
Was ist aber nun der Katzenaugennebel.
Er ist im Grunde das, was unserer Sonne noch bevorsteht, ein roter Riese im Übergang zu einem weißen Zwerg. Ein Stern, am Ende seines Lebens also. Ja, wir sehen diesem Stern beim Sterben zu.
Die meisten Sterne enden als Weißer Zwerg. Andere werden zu Neutronensternen oder gar zu einem schwarzen Loch.
Der Stern, aus dem der Katzennebel wurde, hat seine Kernverschmelzung von Wasserstoff zu Helium in seinem Inneren bereits beendet. Auch das dann einsetzende Heliumbrennen zu Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und anderen Elementen, die leichter als Eisen sind, das ihn zu einem roten Riesen aufblähte, ist vorüber. Nun kommt es dazu, das solch ein Stern sich in einer fulminanten Explusion schlagartig eines Großteils seiner Masse entledigt, und dass der innere Kern, der nun nichts mehr der Schwerkraft entgegen zu setzen hat, eben zu einem sehr massereichen weißen Zwerg kollabiert. Weiß ist er deshalb, weil er sehr heiß ist und dadurch weißes Licht absondert. Ein Teelöffel voll seines Materials wiegt mehrere Tonnen. Die abgestoßene Hülle bildet nun den planetaren Nebel. Wer mehr über diese Zwerglein wissen möchte, findet das bei mir im Artikel Bombur, dem schweren Zwerg aus dem kleinen Hobbit.
Seine Erscheinung macht den Katzennebel so interessant für die Wissenschaft.
In der Mitte des Nebels befindet sich der helle, weiße Zentralstern, der das intensive Licht und die Energie abgibt, um die umgebenden Gase zum Leuchten zu bringen. Diese Gase sind hauptsächlich Wasserstoff und Helium, die von der energiereichen Strahlung des Sterns ionisiert werden.
Der Nebel hat eine zweischichtige Struktur: Eine innere Sphäre aus heißem Gas und eine äußere Hülle aus kühleren, expandierenden Gasen. Die innerste Sphäre besteht aus ionisiertem Gas, das vom Zentralstern ausgestoßen wurde. Dieses Gas ist so heiß, dass es bläulich erscheint. Die äußere Hülle besteht aus kühlerem, expandierendem Gas, das eine rote Färbung aufweist.
Beobachtung und Erforschung
Der Katzenaugennebel ist ein beliebtes Ziel für Hobbyastronomen, da er mit Teleskopen gut sichtbar ist. Seine charakteristische Struktur und auffällige Farben machen ihn zu einem beeindruckenden Anblick. Professionelle Astronomen verwenden moderne Teleskope und Instrumente, um detaillierte Untersuchungen der Gase, Strukturen und des Zentralsterns des Nebels durchzuführen.
Die Beobachtung und Erforschung von Nebeln wie dem Katzenaugennebel tragen zur Erweiterung unseres Verständnisses der stellaren Evolution und der Entstehung von Nebeln bei. Zudem ermöglichen sie Einblicke in die Entwicklungsprozesse von Sternen und den Kreislauf von Materie im Universum.
Wer möchte und kann, findet bei Wiki sehr viele Bilder und noch detailliertere physikalische Beschreibungen, die ich uns hier erspare.
Und wer sich noch mehr für weiße Zwerge und sonstige „Sternleichen“ interessiert, wird bei mir in den Artikeln zu Den Schwarzen Löchern entgegen fündig.
Meine lieben,
und hiermit meldet sich der Blindnerd nach einer etwas längeren Sommerpause zurück.
ich weiß, dass viele in meinem Umfeld Katzen mögen oder auch besitzen. Ich habe zwar keine eigene, mag sie aber sehr. Ich kann mich noch sehr gut daran erinnern, dass ich zum Leidwesen meiner Mutter gerne eine Katze in mein Bett nahm. Unser Kinderzimmer war unbeheitzt und wir hatten im Winter Eisblumen an den Fenstern. Da war so ein kuscheliges warmes schnurrendes Kätzchen schon etwas sehr schönes.
Neulich diskutierten wir über eventuelle Inhalte eines Buches. Da kam die Idee auf, eventuell mal eine Anthologie über Katzengeschichten zu schreiben.
Sollte es tatsächlich mal dazu kommen, dann bin ich am Himmel bestens vorbereitet, denn fast hätte es die Katze tatsächlich als Sternbild an den Himmel geschafft.
Hier kommt also eine astronomische Katzengeschichte.
Die Katze (lat. felis) ist ein Sternbild des Südhimmels, das nicht zu den 88 von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) anerkannten Sternbildern zählt.
Die Katze ist Teil des offiziellen Sternbildes Wasserschlange. Sie liegt südwestlich des Stern μ Hydrae (42 Hya) und besteht nur aus lichtschwachen Sternen bis maximal 5m Größenklasse.
Die Größenklasse ist ein sehr konservatives astronomisches Maß für die Helligkeit der Sterne. Lasst uns kurz darauf eingehen.
Aus babilonischer Tradition heraus, wo die Zahl sechs eine besondere Rolle spielte, teilte man die Helligkeit der Sterne in sechs Größenklassen ein, was Hiparch für seinen Sternenkatalog, in welchem 900 Fixsterne verzeichnet waren, übernahm.
Klasse eins umfasst die hellsten Sterne. und sechs diejenigen, welche man gerade noch so mit bloßem Auge am unverschmutzten Himmel sehen kann.
Bemerkenswert ist, dass unsere Sonne damals nicht als Stern gezählt wurde. Ansonsten hätte man doch wohl ihr die eins zugeordnet.
Spätestens, als man das Teleskop erfunden hatte, und klar war, dass auch die Sonne einen gewöhnlichen Stern darstellt, musste man die Skala nach beiden Seiten hin erweitern, denn mit diesen Instrumenten konnte man nun auch noch Objekte wahrnehmen, die jenseits dessen in der Skala lagen, was man mit bloßem Auge noch sehen konnte. Außerdem gibt es Objekte am Himmel, die deutlich heller, als die Objekte der Klasse eins sind, wie z. B. unsere Sonne eben.
Die Helligkeitsskala wurde 1850 von Norman Pogson logarithmisch so definiert, dass ein Stern erster Größe (1,0 mag) genau hundertmal so hell ist wie ein Stern sechster Größe (6,0 mag), und dieser hundertmal heller als ein Stern elfter Größe
(11,0 mag).
Die Eichung der Skala erfolgte an sogenannten Standardsternen.
Sehr große Teleskope reichen visuell bis etwa zur 22. Größe, moderne Astrofotografie zur 25. Größe. Im Hubble Extreme Deep Field sind noch Galaxien mit einer Helligkeit von 31,5 mag erkennbar.
Hellere Objekte als die 0. Größe erhalten ein negatives Vorzeichen, z. B. die Venus −4,4 mag oder die Sonne −26 mag.
Na so was. Da hat die Sonne tatsächlich ein negatives Vorzeichen. Das meine ich eben mit den konservativen Astronomen. Da benutzen sie einfach die alten Maßeinheiten aus Babylon weiter und wursteln sich damit so durch. Für unsere Katze bedeutet das jedenfalls, dass sie mit bloßem Auge gerade noch so zu sehen ist, wenn man sich auf der Südhalbkugel befindet.
Südlich von der Katze liegt das Sternbild Luftpumpe und westlich von ihr das Sternbild Kompass.
Und diese technischen Namen für Sternbilder, sind geschichtlich sehr spannend.
Im Zusammenhang der Kolonialisierung, Ausbeutung und dem grenzenlosen Glauben an Technik und Fortschritt entrissen wir den auf der Südhalbkugel lebenden indigenen Völkern auch ihren Himmel, ihre Sterne, ihre damit verbundenen Geschichten und somit ihre Kultur. Diese Hybris drückt sich dann in Namen für Sternbilder, wie Luftpumpe, Kompass, Chemischer Ofen, etc. aus. Welch unfassbare abendländische Arroganz.
Aber zurück zur Katze.
Eingeführt wurde das Sternbild „Felis“ von Jérôme Lalande in seiner Himmelskarte von 1799 und es ist unter anderem im berühmten Sternkatalog von Johann Elert Bode zu finden. Eine Motivation dafür mag gewesen sein, den Dichter Voltaire zu ärgern, der keine Katzen mochte und des Öfteren lästerte, dass sie die Aufnahme unter die 33 Sternbild-Tiere nicht geschafft hatten. Lalande jedenfalls nannte als Begründung: Ich mag Katzen. Soll diese Katze an den Himmelskarten kratzen. Der Sternenhimmel hat mich genug Sorgen gekostet, jetzt kann ich auch einen Scherz damit haben.
Ein kleiner Trost zum Schluss:
Wenn auch die Hauskatze heutzutage unter den 88 anerkannten IAU-Sternbildern fehlt, so stellen immerhin drei der IAU-Sternbilder taxonomisch Katzen dar: Löwe, Kleiner Löwe und Luchs. Das muss allen Katzenfreunden genügen.
Es ist mal wieder so weit. Sternschnuppenzeit im August.
Und diesmal ohne störenden Vollmond und mit besten Wettervoraussagen.
Über dieses Ereignis habe ich zwar schon in der Vergangenheit geschrieben, aber es ist immer wieder einige Worte wert, und ihr glaubt ja gar nicht, wie viel ich von einem mal auf das nächste Ereignis, an den Artikeln schraube. Einfach nur kopieren und nochmal veröffentlichen is nich…
Also dann:
Jedes Jahr im August erreicht der Nachthimmel seinen Höhepunkt an Schönheit und Faszination, wenn die Perseiden, auch bekannt als „Tränen des Laurentius“, über uns hinwegziehen.
Dieser jährliche Meteoroidenschauer ist vermutlich das von Medien und Amateurastronom:innen am meisten erwartete und beobachtete Himmelsereignis in unserem Jahreslauf.
Namensgebung
Der scheinbare Ursprung dieses Stroms, liegt im namensgebenden Sternbild Perseus.
Das Sternbild soll die Gestalt des griechischen Helden Perseus darstellen, der die tödliche Medusa besiegte. Der Stern Algol repräsentiert das abgeschlagene Medusenhaupt, das er in der Hand hält.
Der Name „Perseiden“ leitet sich also von diesem Sternbild ab, aus dem heraus die Meteore zu strömen scheinen.
Tatsächlich stammen die Meteore aber aus den Hinterlassenschaften des Kometen 109P/Swift-Tuttle. .
Sie erscheinen uns aufgrund der Perspektive nur so, als kämen sie aus der Richtung des Sternbildes Perseus.
Da das Erscheinen der Perseiden mit dem Fest des Märtyrers Laurentius am 10. August zusammenfällt, der im Jahre 258 das Martyrium auf einem glühenden Rost erlitt, werden sie im Volksmund auch Laurentiustränen oder Tränen des Laurentius genannt. Kurz vor seinem Tod soll Laurentius der Legende nach seinem Widersacher, dem römischen Kaiser Valerian, die folgenden Worte gesagt haben:
Du armer Mensch, mir ist dieses Feuer eine Kühle, dir aber bringt es ewige Pein.
Hach, wie ist das einfach nett, wenn man in der Astronomie so schön vom Höckchen auf’s Stöckchen kommt.
Beobachtung
Perseus gehört zu den 48 klassischen Sternbildern, die von Ptolemäus beschrieben wurden.
Die erste überlieferte Beobachtung der Perseiden fand vor etwa zwei Jahrtausenden in China statt. Danach gibt es Berichte aus Japan und Korea. In Europa stammt die erste bekannte Beobachtung aus dem Jahr 811.
Bereits im Mittelalter hatten arabische Astronomen die eigenartige Verdunklung des Sterns Algol beobachtet. Der Name leitet sich aus dem arabischen Ras al Ghul ab und bedeutet Haupt des Dämonen.
Vom 17.Juli bis zum 24. August kann jedes Jahr vermehrt mit Sternschnuppen gerechnet werden.
Das Maximum findet immer um den 12. August herum statt.
Am besten beobachtet man die Sternschnuppen an einem möglichst dunklen Ort auf dem Land, wo kein Stadtlicht stört. Man legt sich am besten auf eine Wiese auf den Rücken und wendet nach Mitternacht den Blick gen Osten, also in Richtung Erddrehung. Man dreht sich dann quasi mit der Erde in den Meteorschauer hinein. Das ist dann etwa so, als führe man mit einem Auto schnell durch den Regen. Dann bekommt die Windschutzscheibe ja auch deutlich mehr Regen ab, als die Heckscheibe.
Im Gegensatz zu letztem Jahr haben wir 2023 das Glück, dass der Mond die Beobachtungen nicht durch seine Helligkeit stören wird.
Am besten sichtbar sind die Perseiden auf der Nordhalbkugel.
Was sind nun die Perseiden?
Die Perseiden bestehen aus dem, was der Komet 109P/Swift-Tuttle. bei seinen letzten Besuchen durch erwärmung, schmelzen etc. verloren hat.
Er erscheint ungefähr alle 130 Jahre und entfernt sich dann stets etwas schlanker, als er vorher war. Das nächste Mal wird er um das Jahr 2126 erwartet. Ganz genau kann man das bei Kometen nie sagen, weil ihre Bahn von den Planeten gestört werden können, bzw. sie selbst ihre Bahn ändern, wenn sie aktiv sind. Dann wirkt sich die Aktivität wie kleine Schubdüsen aus.
Die Erde kreuzt auf ihrer Bahn immer um den 12. August die Staubspur, die dieser Komet im All hinterlässt, wenn er vorbei kommt. Die Staubteilchen treffen dabei mit hoher Geschwindigkeit auf die Atmosphäre und bringen die Luftmoleküle zum Leuchten. Die Sternschnuppe ist daher nicht das verglühende Staubkorn selbst, sondern wird durch das Rekombinationsleuchten der ionisierten Luft sichtbar.
Momentan werden die zu erwarteten Sternschnuppen jedes Jahr immer weniger, weil zum einen schon viel in der Erdatmosphäre verglühte und zum anderen sich der Kometenstaub, immer mehr verteilt und somit ausdünnt.
Es wird Zeit, dass er mal wieder vorbei kommt, und seine Bahn für uns mit neuem „Sternenstaub“ auffüllt.
Eines Tages wird der Komet vollständig aufgelöst sein.
Dann wird es die Perseiden nicht mehr geben, weil kein Nachschub an Staub mehr kommt.
Sternschnuppen hören
Hörbar sind die Perseiden zumindest für Amateurfunker, die einen Empfänger und eine passende Antenne besitzen, auch.
Diese Disziplin des Amateurfunks nennt man Meteor Scatter.
Wer einen passenden Empfänger und eine Antenne besitzt, kann das Französische Radar-Signal des Weltraumradars GRAVES benutzen. Dieses französische Radarsystem sendet auf 143,050 MHz einen Dauerträger, Dauerton, der über Phasenarray-Antennen den Himmel “abtastet”. Meteoriten, aber auch andere Objekte (Flugzeuge, Satelliten, die ISS, der Mond) reflektieren das Signal und streuen es in alle Richtungen, und diese Reflexionen können dann in Europa gut empfangen werden. Anhand der Doppler-Abweichung erkennt man dann, welches Objekt das Funksignal reflektiert hat: der Mond oder Flugzeuge bewirken eine sich nur langsam ändernde Dopplerabweichung, bei Objekten in Erdumlaufbahn ändert sich die Abweichung schnell, und bei Meteoriten extrem schnell.
Und wie sich Sternschnuppenanhören findet ihr in „diesem Link“.
Fazit
Die Perseiden bieten eine großartige Gelegenheit, die Wunder des Universums zu bestaunen und gleichzeitig Einblicke in die faszinierende Welt der Astronomie zu gewinnen. Obwohl wir meist von störendem selbstgemachten Kunstlicht, Lichtverschmutzung, umgeben sind,
welches uns oft von den Schönheiten des Nachthimmels trennt, erinnert uns dieses alljährliche Naturschauspiel daran, wie klein wir im Vergleich zum Universum sind und wie viel es noch zu entdecken gibt. Also schnappt euch eine Decke, sucht euch einen gemütlichen Ort und lasst euch von den Tränen des Laurentius verzaubern.
Und bitte auch das Wünschen nicht vergessen…
Meine lieben,
Gerne lese ich dann und wann Weltraumbücher für Kinder, weil ich in ihnen immer mal wieder auf ganz verblüffende kindgerechte Erklärungen physikalischer oder astronomischer Phänomene stoße. Diese Ideen verwende ich dann für meine Kinderveranstaltungen.
gestern hörte ich in dem Astronomiebuch „Hat der Weltraum eine Tür“ für Kinder und Jugendliche der Kinderuniversität Tübingen zum ersten mal von einem spannenden Versuch, mit welchem die Lichtgeschwindigkeit gemessen wurde.
Dieser geniale Versuch ist der Anlass zu diesem Artikel.
In Station sechs zu meiner Serie zu den schwarzen Löchern streiften wir die Messung der Lichtgeschwindigkeit zwar kurz, sind dort aber eher auf weitere Eigenschaften des Lichtes eingegangen. Heute schauen wir uns an, wie man sich allmählich der Lichtgeschwindigkeit mittels verschiedener Versuche annäherte.
Galileis Misserfolg
Sehr frühe Diskussionen über die Geschwindigkeit des Lichts stammen aus dem 17. Jahrhundert. Galileo Galilei war einer der ersten, der versuchte, die Geschwindigkeit des Lichts zu messen. Er nutzte dabei eine Methode, die auf der Beobachtung der Laternensignale entfernter Beobachter basierte. Obwohl er einige Schätzungen machte, war sein Ansatz unzureichend, da die Lichtgeschwindigkeit extrem hoch ist und die technischen Mittel der damaligen Zeit nicht ausreichten, um eine präzise Messung vorzunehmen.
Wie sein Versuch genau ablief, konnte ich nicht herausfinden.
Ein Mond verspätet sich
Im Jahr 1676 stellte der dänische Astronom Ole Roemer fest, dass die Zeiten zu welchen der Mond IO seinen Planeten, Jupiter, verdeckt, je nach der Position der Erde zum Jupiter bis zu mehreren Minuten variierten. Das passte so gar nicht zu den Zeiten, die man mittels Tabellen und Formeln vorausberechnet hatte. Man kann sich gut vorstellen, dass er mit seiner beunruhigenden Beobachtung sofort zu seinem Vorgesetzten, dem großen und berühmten Astronomen Giovanni Domenico Cassini, der zu der Zeit Direktor des Pariser Observatoriums war, ging, um ihm davon zu berichten.
Aus diesen Abweichungen schloss nun Römer, dass das Licht eine endliche Geschwindigkeit haben muss, wenn die Verzögerungen vom Abstand zwischen Jupiter und der Erde abhängig sind. Je nach Position von Erde und Jupiter braucht das Licht einfach länger, bzw. wieder kürzer, um von dem Ereignis der Bedeckung von Jupiter durch seine Monde zu künden. Ja, auch Schatten breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus…
Und so formulierte er 1676 also die Hypothese, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich sein müsse.
Der von Roemer ermittelte Wert für die Geschwindigkeit des Lichtes wich nur um 30 % vom tatsächlichen Wert ab.
Sein Vorgesetzter, Cassini, stimmte zunächst zu und widersprach anschließend, weil er ein Anhänger der damals vorherrschenden Annahme einer augenblicklichen Lichtausbreitung war, die auf René Descartes zurück ging.
Cassini war eine sehr illustre und konservative Persönlichkeit, in welcher sich das alte geozentrische Weltbild, das neue von Kopernikus und so manch andere Ansichten vermischten. Er ist bei Gelegenheit mal einen eigenen Artikel wert.
Von Zahnrädern, Spiegeln und Lichtquellen
Und jetzt kommen wir zu dem in oben erwähnten Kinderbuch beschriebenen Experiment.
Der französische Physiker Armand Fizeau führte 1849 ein bahnbrechendes Experiment durch, das eine präzisere Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit ermöglichte.
1849 nahm Fizeau Messungen der Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Medien vor. Seine erste Untersuchung galt der Lichtgeschwindigkeit in Luft, wofür er eine von Galileo Galilei erdachte Methode verfeinerte. Mit einem rotierenden Zahnrad und mit Hilfe zweier Fernrohre konnte er aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rads und der vom Licht zurückgelegten Strecke die Lichtgeschwindigkeit annähernd berechnen.
Ein Lichtstrahl wurde auf den Spiegel gerichtet und von dort zum rotierenden Zahnrad reflektiert. Abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Rades konnte der zurückkehrende Strahl entweder durch eine Zahnlücke passieren oder wurde blockiert. Indem er die Rotationsgeschwindigkeit anpasste, konnte Fizeau die Geschwindigkeit des Lichts auf ungefähr 313.000 Kilometer pro Sekunde bestimmen – ein Wert, der erstaunlich nah an der heutigen akzeptierten Lichtgeschwindigkeit von etwa 299.792 Kilometer pro Sekunde liegt.
Der ermittelte Wert, der um fünf Prozent zu hoch war, wurde später von Foucault korrigiert.
Ebenfalls 1849 berechnete Fizeau mit der Methode der Spiegelrotation die Lichtgeschwindigkeit in unbewegtem Wasser, 1851 folgte die Messung in bewegtem Wasser. Anhand der Messergebnisse konnte Fizeau zeigen, dass die Lichtgeschwindigkeit in Wasser geringer ist als in Luft. Die Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Strömungsrichtung des Wassers ließ sich nicht mit dem Additionsgesetz der Geschwindigkeiten der klassischen Mechanik vereinbaren, weshalb die Fizeau’schen Messungen später von Albert Einstein als experimentum crucis (entscheidendes Experiment) für die spezielle Relativitätstheorie gewertet wurden.
Die Tatsache, dass Licht sich in verschiedenen Medien mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegt, und dass diese dann auch noch davon abhängt, ob das Medium strömt, oder in Ruhe ist, führt uns unmittelbar zu unserem nächsten Versuch.
Das Grab des Äthers
Bevor wir den besprechen, müssen wir einen kleinen Umweg über die alten Griechen nehmen. Der Zusammenhang wird bald deutlich werden.
…
Aristoteles verwarf aus einigen Gründen die Idee der Atome und des leeren Raumes.
Dass hier auf Erden leichte Gegenstände langsamer als schwere fallen, schrieb er der Tatsache zu, dass es keinen leeren Raum gäbe, ansonsten müssten in ihm alle Gegenstände gleich schnell fallen. Der hätte Augen gemacht, wenn er 1971 hätte sehen Können, wie ein Astronaut gleichzeitig eine Feder und einen Hammer aus Hüfthöhe auf den Mond fallen ließ. Beide Teile, Hammer und Feder erreichten gemeinsam die Mondoberfläche…
Aristoteles erfüllte das Vakuum mit Äther. Diesen Äther, nicht zu verwechseln mit der stark riechenden chemischen Verbindung gleichen Namens, hielt man für eine dünne, universelle Substanz, die den gesamten Raum und auch alle materiellen Körper durchdringen, die sich aber nicht messen lasse. Als Idee hielt sich der Äther bemerkenswert lange und lebte auch dann noch weiter, als der Grund entfallen war, der Aristoteles ursprünglich dazu veranlasst hatte, ihn zu postulieren.
…
Und hier schließt sich nun der Kreis zur Ausbreitung von Licht in ruhenden oder strömenden Medien. Damals war der „Äther-Glaube“ noch topp aktuell. Sollte es ihn tatsächlich geben, dann sollte sich das Licht gegen oder mit der Bewegung der Erde um sich selbst und um die Sonne mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten.
1887 führten die beiden Amerikanischen Physiker Michelson und Morley einen Versuch durch, der das Grab des Äthers werden sollte.
Ausgangspunkt ihres Versuches war genau die oben schon erwähnte Idee, dass wenn es einen Äther gäbe, sollte man in Bewegungsrichtung der Erde durch ihn hindurch eine Art Äther-Wind nachweisen können. Das ist dann vergleichbar mit einem Schiff, das durch das Wasser pflügt. Wellen breiten sich gegen die Fahrtrichtung des Schiffes mit weniger Geschwindigkeit aus, als in Fahrtrichtung.
Das sollte mit in den Äther einfallendem Licht nicht anders sein.
Es sollte gegen den Äther-Wind langsamer sein, als mit ihm.
Solch einen Effekt jedoch konnten die beiden Wissenschaftler nicht nachweisen. Das bedeutet, dass sich Licht mit konstanter Geschwindigkeit von 300.000 km/s durch den Raum, durch das Vakuum bewegt und dass das Vakuum letztlich nicht von einem Äther erfüllt ist.
Licht genügt das Vakuum als Medium.
Es benötigt keinen weiteren Stoff hierzu, wie beispielsweise der Schall die Luft.
Wikipedia erklärt den Versuchsaufbau in aller Kürze so:
Um die Relativgeschwindigkeit von Erde und Äther festzustellen, wurde ein Lichtstrahl über einen halbdurchlässigen Spiegel auf zwei verschiedene Wege getrennt, reflektiert und am Ende wieder zusammengeführt, sodass sich ein Interferenzmuster stehender Lichtwellen bildete (Michelson-Interferometer). Aufgrund der Bewegung der Erde im Äther ergäbe sich, dass ein Lichtstrahl in Bewegungsrichtung länger benötigt als ein Strahl senkrecht dazu. Da sich der Apparat als Teil der Drehung der Erde um die Sonne relativ zum vermuteten Äther bewegte, erwartete man Verschiebungen der Interferenzstreifen, wenn der Apparat gedreht wird. Albert A. Michelson führte das Experiment, das wegen der im Verhältnis zur Lichtgeschwindigkeit c geringen Bahngeschwindigkeit v der Erde nicht einfach war, zuerst 1881 durch, jedoch war hier die Genauigkeit nicht ausreichend, denn Michelson hatte in seinen Berechnungen die Veränderung des Lichtweges senkrecht zur Bewegungsrichtung nicht einbezogen. 1887 wiederholten er und Edward W. Morley das Experiment mit ausreichender Genauigkeit. Obwohl das Ergebnis nicht vollständig negativ war (zwischen 5 und 8 km/s), war es nach Einschätzung von Michelson und anderen Physikern jener Zeit viel zu gering, um etwas mit dem erwarteten Ätherwind zu tun zu haben. Wenn nicht nur die Relativgeschwindigkeit der Erde zur Sonne von 30 km/s berücksichtigt wird, sondern auch die – zu Michelsons Zeit noch unbekannte – Rotationsgeschwindigkeit des Sonnensystems um das galaktische Zentrum von ca. 220 km/s und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Sonnensystem und dem Ruhesystem der kosmischen Hintergrundstrahlung von ca. 377 km/s, so wären nochmals größere Werte zu erwarten. Darüber hinaus haben spätere, bis in die heutige Zeit durchgeführte Messungen die ursprüngliche Methode Michelsons weiter verfeinert und lieferten im Rahmen der Messgenauigkeit vollständige Nullresultate.
Danke Wiki…
Irgendwie erinnert mich der Versuchsaufbau fast an den Aufbau der Messgeräte zum Nachweis von Gravitationswellen. Und die Frage, die mit diesem Versuch an das Licht gestellt wird, ist eindeutig eine Wellen-Frage. Hier ist das Licht also Welle und nicht Teilchen.
Ist das nicht schön?
Fazit
Und hier kommt noch ein kleines Fazit von mir und ChatGPT:
Wir haben erlebt, dass die Messung der Lichtgeschwindigkeit eine sehr spannende Reise durch die Physik ist. Würde man alles vertiefen, was wir hier leider nur streifen konnten, dann könnte man damit locker ein dickes Buch füllen.
Von den frühen Schätzungen und Annäherungen bis hin zu den hochpräzisen modernen Techniken hat die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit unser Verständnis des Universums und der Naturgesetze revolutioniert. Die Lichtgeschwindigkeit bleibt ein wesentlicher Bestandteil der modernen Physik und wird auch in Zukunft weiterhin eine Quelle der Inspiration für Wissenschaftler auf der ganzen Welt sein.
Und wer sich noch mehr für Licht, Interferenz, seine weiteren Eigenschaften, , Äther, und das Vakuum interessiert, dem empfehle ich meine Artikel
gerade bin ich durch Twitter darauf aufmerksam gemacht worden, dass am 01.06.2023 der diesjährige Kosmologie-Tag stattfinden soll. Bisher wusste ich gar nicht, dass es so einen Tag überhaupt gibt, zumal er nie am selben Datum begangen wird.
Dann nehmen wir den doch zum Anlass, mal etwas über die Kosmologie im allgemeinen zu schreiben. Am Ende gibt es dann noch eine kleine kuriose Geschichte.
Ein Novum ist heute außerdem auf dem Blog, dass ich das erste Mal mit einer Partnerin zusammen arbeite, die einige von euch bereits kennen gelernt haben dürften. Sie heißt ChatGPT und soll mir Fakten für diesen Artikel liefern.
Schauen wir mal, wie sie sich anstellt.
Was ist die Kosmologie?
ChatGPT sagt:
Die Kosmologie ist ein Zweig der Physik, der sich mit dem Studium des Universums als Ganzes befasst. Sie beschäftigt sich mit Fragen zur Entstehung, Entwicklung, Struktur und dem Schicksal des Universums. Die Kosmologie versucht, die grundlegenden Eigenschaften des Universums zu verstehen, einschließlich seiner Größe, Form, Zusammensetzung, Energieinhalte und Verteilung von Galaxien und anderen astronomischen Objekten.
Die moderne Kosmologie basiert auf Beobachtungen, theoretischen Modellen und Experimenten. Eine wichtige Grundlage der Kosmologie ist das allgemeine Relativitätsgesetz von Albert Einstein, das die Gravitation als Krümmung von Raum und Zeit beschreibt. Im kleinen findet hier die Quantentheorie ihre Anwendung.
Die kosmologischen Modelle basieren oft auf der Annahme, dass das Universum homogen und isotrop ist, was bedeutet, dass es in großem Maßstab einheitlich und in jeder Richtung gleich aussieht.
Ein wichtiges Konzept in der Kosmologie ist der Urknall, eine Theorie, die besagt, dass das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren aus einem extrem heißen und dichten Zustand entstanden ist. Seitdem hat sich das Universum ausgedehnt und abgekühlt, und es hat sich eine Vielzahl von Strukturen gebildet, darunter Galaxien, Sterne und Planeten.
Die Kosmologie befasst sich auch mit anderen wichtigen Fragen, wie der Dunklen Materie und der Dunklen Energie, die zusammen den Großteil der Masse und Energie im Universum ausmachen sollen, aber bisher nicht direkt beobachtet wurden. Die Erforschung dieser Themen und die Entwicklung von Theorien und Modellen, um die Eigenschaften des Universums zu erklären, sind zentrale Aufgaben der Kosmologie.
Das hat diese neue künstliche Intelligenz doch gar nicht schlecht erklärt, finde ich. Nur weniges habe ich verändert oder ergänzt.
Allerdings beleidigt sie damit auch mein Schreiberherz, weil sie das so gut kann…
Aber ganz ohne Zweifel. So einer wichtigen Wissenschaft kann man durchaus mal einen Tag widmen, um auf diese und deren Inhalte aufmerksam zu machen.
Der Kosmologietag
Meine KI-Partnerin sagt:
Der Tag der Kosmologie ist ein jährlich stattfindendes Ereignis, das die Wissenschaft und das Interesse an der Kosmologie feiert. Es ist ein Tag, an dem Menschen weltweit zusammenkommen, um über die faszinierenden Aspekte des Universums zu diskutieren, Forschungsergebnisse zu präsentieren und das allgemeine Bewusstsein für die Kosmologie zu erhöhen.
Der genaue Tag der Kosmologie kann je nach Initiative, Organisation oder Region variieren.
Während des Tags der Kosmologie finden oft verschiedene Veranstaltungen statt, darunter Vorträge, Konferenzen, Workshops, Ausstellungen, öffentliche Beobachtungen des Himmels, Wettbewerbe und mehr. Ziel ist es, das Interesse der Menschen an der Kosmologie zu wecken, Wissen zu vermitteln, Diskussionen anzuregen und die Bedeutung der Erforschung des Universums zu betonen.
Es ist wichtig anzumerken, dass der Tag der Kosmologie kein offizieller Feiertag ist, sondern eine Initiative von Wissenschaftlern, Astronomen, Bildungseinrichtungen, Sternwarten und anderen Organisationen, die die Faszination für das Universum teilen und verbreiten möchten.
ChatGPT schwurbelte und fabulierte hierüber noch weiter, rutschte dann aber in die Esoterik und fast schon in die Astrologie ab. Das wurde mir dann zu viel und zu wage. Ja, das muss man wissen, wenn man sich mit dieser Dame einlässt. Niemals würde sie zugeben, etwas nicht zu wissen. Meistens phantasiert sie dan einfach weiter, wenn man ihr kein Einhalt gebietet.
Kommen wir nun also zu unserer Geschichte mit dem Milchkaffee.
Welche Farbe hat das Universum?
Das Universum kann man sich durchaus für diese Frage als eine Art Flüssigkeit denken, in welcher alle seine Bestandteile durcheinander wirbeln. Diese Flüssigkeit sollte, wenn man sie aus ungeheurer Ferne betrachtet, doch auch ungefähr eine einheitliche Farbe besitzen.
Auf diese Frage gibt es keine einfache Antwort. Das liegt daran, dass das Universum in seiner Gesamtheit keine eindeutige Farbe hat, wie wir sie von alltäglichen Objekten kennen.
Die Farbe eines Objekts hängt von der Art des Lichts ab, das es emittiert, reflektiert oder durchlässt, und wie dieses Licht von unseren Augen und unserem Gehirn interpretiert wird. Im Falle des Universums besteht es aus einer Vielzahl von Objekten wie Sternen, Galaxien, Gaswolken und interstellarem Staub, die unterschiedliche Farben haben können.
Wenn wir das gesamte sichtbare Lichtspektrum betrachten, würden wir verschiedene Farben sehen, die von den unterschiedlichen Arten von Objekten im Universum erzeugt werden. Sterne können verschiedene Farben haben, abhängig von ihrer Temperatur. Zum Beispiel erscheinen heißere Sterne bläulich-weiß, während kühlere Sterne eher rötlich erscheinen. Galaxien können ebenfalls verschiedene Farben haben, je nach den enthaltenen Sternen und der Menge an Staub und Gas.
Es gibt jedoch auch Bereiche des Universums, die außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums liegen, wie zum Beispiel die Mikrowellenhintergrundstrahlung, die als Überbleibsel des Urknalls betrachtet wird. Diese Strahlung hat eine charakteristische Farbe im Mikrowellenbereich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Universum keine einheitliche Farbe hat, sondern vielmehr eine Vielzahl von Farben aufgrund der verschiedenen Arten von Objekten und Strahlung, die darin existieren.
Damit wollten sich aber einige Wissenschaftler:innen nicht zufrieden geben. Zumindest eine statistische Farbe, ähnlich einer gut durchmischten Flüssigkeit, sollte man wenigstens berechnen können.
Diese Idee führt uns unmittelbar zu unserem kosmischen Milchkaffee.
Lassen wir dazu nochmal meine Assistentin zu Wort kommen.
Cosmic Latte ist eine informelle Bezeichnung für die durchschnittliche Farbe des Universums. Im Jahr 2002 führten Astronomen des Johns Hopkins University Physics Laboratory eine Studie durch, um die gesamte Farbe des sichtbaren Lichts im Universum zu bestimmen. Dabei analysierten sie das Licht von mehr als 200.000 Galaxien und kombinierten diese Daten, um eine repräsentative Farbe zu ermitteln.
Das Ergebnis dieser Analyse ergab eine leicht gelblich-weiße Farbe, ähnlich der Farbe von Kaffee mit Milch. Die Astronomen nannten diese Farbe humorvoll „Cosmic Latte“. Es war eine anschauliche Art, die durchschnittliche Farbe des Universums zu beschreiben.
Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass Cosmic Latte keine wissenschaftlich anerkannte oder exakte Farbbezeichnung ist. Die Farbe des Universums kann je nach den untersuchten Daten und den verwendeten Analysemethoden variieren. Dennoch hat sich der Begriff Cosmic Latte als eine populäre und leicht verständliche Art etabliert, die Durchschnittsfarbe des Universums zu beschreiben.
Mir als Blindnerd stellt sich natürlich jetzt die Frage, wie sich wohl der Gesamtklang des Universums anhören mag…
Und es gibt übrigens einen ganz wunderbaren Podcast, der sich Cosmic Latte nennt. Den kann ich euch nur empfehlen.
erinnert ihr euch noch?
vor vielen Monaten habe ich euch eine Serie versprochen, die einige Sonnenfinsternisse enthalten wird, die Astronomiegeschichte geschrieben haben.
Im ersten Artikel dieser Serie wurde anhand einer Finsternis geklärt, ob die Protuberanzen, die man während einer totalen Sonnenfinsternis sieht, zur Sonne, oder zum Mond gehören.
Die Indische Finsternis, um welche es heute geht, führte letztlich dazu, dass man die Protuberanzen heute am Tag und auch trotz heller Sonnenscheibe beobachten kann.
Am 18.08.1868 bewegte sich der Kernschatten einer Sonnenfinsternis über die indische und die malaiische Halbinsel.
Der Astronom und Fotograf Pierre Jules César Janssen nahm also die beschwerliche Reise auf sich, um von Guntur in Indien aus diese Finsternis zu beobachten und zu fotografieren.
Während der kurzen Dunkelheit erkannte er im Spektroskop, dass die Protuberanzen hauptsächlich bei den Wellenlängen des Lichtes des Wasserstoffs abstrahlen. Man bedenke, dass es damals durchaus noch nicht klar war, woraus die Sonne hauptsächlich besteht. Das erklärte uns erst die Frau mit dem Sonnenstoff.
Aber Spektralaparate waren bereits erfunden und man entdeckte auch die Lichtsignaturen der chemischen Elemente.
Als nach kurzer Zeit die Sonne wieder hinter der Mondscheibe hervortrat und die Protuberanzen verblassten, soll Janssen ausgerufen haben:
„Diese Linien will ich auch außerhalb der Finsternisse beobachten.“
Am nächsten Tag richtete er sein mit einem Spektroskop ausgestattetes Fernrohr gleich nach Sonnenaufgang auf die Stelle des Sonnenrandes, an der er während der Finsternis eine besonders helle Protuberanz gesehen hatte.
Wenn janssen in seinem Spektroskop nur auf die Alpha-Linie des
Wasserstoffs schaute, dann war er für nahezu alles andere Licht blind. Sonnenbeobachter bis heute betrachten die Sonne gerne in diesem Licht und blenden alles andere mit Filtern weg.
Tatsächlich konnte er das Licht der Spektrallinien der Protuberanzen auch am hellen Taghimmel ausmachen. Durch den Spalt des Spektroskops
am Fernrohr sah er im Licht der roten Wasserstofflinie einen schmalen Streifen der über den Rand der Sonnenscheibe herausragenden leuchtenden Gasmassen. Wenn er das Fernrohr leicht bewegte, dann verschob sich der Spalt und bot den Anblick eines benachbarten schmalen Streifens der Protuberanz. So konnte janssen am Spektroskop Streifen
für Streifen des Sonnenrandes abtasten, zeichnen und zu einem Bild der gesamten Protuberanz zusammensetzen.
Das Arbeiten während einer Finsternis ist stets durch Hektik bestimmt, da nur wenige Minuten Zeit bleiben und sich vielleicht für Jahre keine weitere Gelegenheit bietet. Doch jetzt hatte janssen Muße, mit dem Spektroskop am Fernrohr die Protuberanzen zu zeichnen und zu verfolgen, wie sie innerhalb von Stunden empor züngelten und wieder herabsanken, sich auflösten oder nach Tagen infolge der Rotation hinter dem Sonnenrand verschwanden. janssen war von dem faszinierenden Schauspiel so gefesselt, dass er erst einen Monat später der französischen Akademie der Wissenschaften eine Nachricht darüber zukommen ließ. Fünf Minuten bevor sein Brief die Akademie erreichte,
war dort aber bereits ein Schreiben Des Astronomen Lockyer verlesen worden, in dem dieser berichtete, wie es ihm gelungen war, Protuberanzen außerhalb einer Sonnenfinsternis zu beobachten. janssen hatte zwar als erster die Protuberanzen am hellen Taghimmel beobachtet, aber Lockyer hatte seine Ergebnisse fünf Minuten früher veröffentlicht. Die Akademie fasste daher den salomonischen Beschluss, eine Medaille prägen zu
lassen, um die Entdeckung zu würdigen. Eine Seite zeigt das Portrait von Lockyer, die andere das von janssen.
Die beiden konnten zwar Protuberanzen mit ihren Spektrographen und Teleskopen beobachten, die sich am Rand der Sonnenscheibe befanden, aber Protuberanzen auf der hellen Sonnenscheibe blieben einem anderen großen Astronomen vorbehalten.
Der erst 21jährige George Ellery Hale grübelte darüber nach, wie man trotz des störenden Lichtes der Sonne bessere Fotografien gewinnen und damit mehr
auf der Fotoplatte festhalten konnte.
Zur Idee seines neuen Instrumentes soll er gesagt haben, dass sie ihm in der Straßenbahn gekommen
sei, als er aus dem Wagen heraus auf die Latten eines Lattenzaunes blickte
und sich der dahinterliegende Garten scheinbar an den Zwischenräumen vorbei bewegte. Das war die Geburt des Spektroheliographen, wie Hale das Gerät nannte, das in diesem Augenblick in seinem Kopf
entstand.
Und so funktioniert es:
Ein Teleskop wirft ein Bild der Protuberanz auf den Spalt eines Spektographen.
Dieser Spalt schneidet aus dem Bild einen schmalen Streifen heraus, und nur
das Licht dieses Ausschnittes gelangt in das Innere des Spektrographen.
Dieser wiederum erzeugt auf einer Fotoplatte ein Bild des Spaltes in
allen Farben. Man kann nun einen zweiten Spalt an die Stelle des
Spektrums setzen, wo die dunkle Alpha-Linie des Wasserstoffs steht.
Durch diesen zweiten Spalt geht nur das Licht der Wasserstofflinie des
durch den ersten Spalt ausgeblendeten Streifens der Sonnenscheibe.
Eine Fotoplatte dahinter erhält dann nur das Bild, das der erste Spalt
aus der Sonnenscheibe und der zweite Spalt aus dem Spektrum herausschneiden
Würde man die Platte entwickeln, hätte man im Licht der herausgeblendeten Wellenlänge eine Fotografie der Protuberanz. Das Bild würde aber nur einen schmalen Streifen der Erscheinung zeigen, so, als müsse man in einer Galerie ein Rembrandt-Bild im
Nebenraum durch einen mehrere Meter entfernten schmalen Türspalt betrachten, man würde kaum etwas erkennen.
Deshalb arbeitete George Ellery Hale mit folgendem Trick: Während
man das Teleskop langsam relativ zur Sonne bewegt, wandert das Bild
der Protuberanz langsam über den Spalt.
Der schmale Streifen, der fotografiert wird, wandert langsam über die Protuberanz hinweg. Wenn man jetzt die Fotoplatte hinter dem zweiten Spalt im Spektrographen mit der richtigen Geschwindigkeit bewegt, so wird
Streifen neben Streifen auf die Platte gebannt. Auf der Schicht entsteht
so ein Bild der ganzen Protuberanz.
Später schrieb ein Freund Hales, daß die Erfindung zweifellos mehr zum
Verständnis der Vorgänge am Himmel beigetragen hatte als irgendeine
andere, seitdem Galilei sein Fernrohr zum Himmel gerichtet hat.
Es gäbe hier noch viel über diesen großen Mann zu berichten. Wie wichtig er war, kann man auf jeden Fall auch daran erkennen, dass man einen Kometen nach ihm benannte, den wir 1986 mit der Raumsonde Giottto besuchten.
Dank einer Erfindung des französischen Astronomen Bernard Lyot, ist zur Beobachtung der Protuberanzen heute kein Spektroheliograph mehr nötig. Man kann Filter herstellen, die nur Licht bei einer bestimmten Wellenlänge durchlassen.
Durch diese Erfindungen konnte man schließlich auch entdecken, dass es auf der Sonnenoberfläche recht arg zugeht. Aber das, und vieles mehr muss auf einen anderen Artikel warten.
große Ereignisse werfen ihre Schatten voraus. Seit Wochen oder gar Monaten erscheint die Mission, Namens JUICE, in den Medien, vor allem auch in Podcasts, die ich persönlich schon seit Jahren höre.
Ich denke, dass es mal an der Zeit ist, so eine Mission genauer zu betrachten.
Nicht nur deshalb, weil es einfach unglaublich ist, was hier technisch geleistet wird, sondern auch wegen des langen Atems und der unendlichen Geduld, die man benötigt, bis aus einem einfachen Plan tatsächlich eine Mission wird, die dann hoffentlich noch gute wissenschaftliche Ergebnisse liefert.
Was soll JUICE?
JUICE ist eine komplexe Mission, die das Jupiter-System, vor allem aber den Jupitermond Ganymed im Detail untersuchen und neue Erkenntnisse über Europa und Kallisto bringen soll.
Es soll untersucht werden, ob diese Monde Leben ermöglichen und für Lebewesen bewohnbar sind. Die Mission beobachtet Jupiters Atmosphäre und Magnetfeld und untersucht, wie es mit den Jupitermonden interagiert. Untersucht wird die Dicke der Eiskruste auf Europa, zusätzlich sollen mögliche Landeplätze für künftige Missionen gesucht werden. Auf Ganymed wird die Oberfläche des Eises untersucht, aber auch die Schichtdicke und der innere Aufbau des Monds, inklusive des Ozeans unter dem Eis. Ganymed ist bisher der einzige Mond im Sonnensystem, von dem ein Magnetfeld bekannt ist. Die Mission wird dieses Magnetfeld genauer untersuchen. JUICE hat Instrumente zur Untersuchung der Eispartikel, die von Europa ausgestoßen werden, sowie zur Untersuchung der Exosphäre der Jupitermonde.
Die genauere Untersuchung des Jupitermonds Europa soll von der NASA-Mission Europa Clipper (geplanter Start 2024 / Ankunft 2031) erfolgen.
Der lange Atem:
Solche Missionen haben lange Vorbereitungs- und Laufzeiten und sollen die Forschung in neue Bereiche mit neuer Technologie weitertreiben.
JUICE ist das umgewidmete Projekt des Jupiter Ganymede Orbiters, der der Beitrag der ESA zur Europa Jupiter System Mission sein sollte. Da das Gemeinschaftsprojekt bei der NASA durch Budgetkürzungen gestrichen wurde, entschied sich die ESA für die Verwirklichung einer selbstständig durchgeführten Mission. Die Mission baut auf den interplanetaren Missionen Mars Express, Venus Express, Rosetta und BepiColombo auf und öffnet die Zukunft für weitere Missionen in das weiter entfernte äußere Sonnensystem, beispielsweise für eine Uranus-Mission. JUICE geht dabei weit über die Galileo-Mission der NASA hinaus und ergänzt die seit 2011 laufende JUNO-Mission.
Die Auswahl der JUICE-Mission wurde von der ESA am 2. Mai 2012 bekannt gegeben.
Am 14. April 2023 startete sie erfolgreich, nachdem ihr Start wegen Gewitters am Startplatz um einen Tag verschoben werden musste.
Am Jupiter wird sie aber wegen ihrer komplizierten Flugbahn erst in acht Jahren ankommen. Acht Jahre des Wartens. Naja, nicht ganz, denn man muss ja die Sonde auf ihrer komplexen Flugbahn überwachen, und sie kann durchaus unterwegs schon sehr spannende Bilder und Daten liefern, wenn sie an etwas spannendem vorbei fliegt.
Bei solchen Gelegenheiten kann man dann auch schon mal das ein oder andere Instrument kalibrieren und testen. Trotzdem. Die Wissenschaftler, die am Jupiter und dessen Monden forschen möchten, müssen sich tatsächlich bis 2031 gedulden.
Danach haben sie dann drei Jahre laut Plan Zeit, den Jupiter und dessen Monde zu erforschen. Was man an diesen langen Zeiträumen von der Planung, bis zur Durchführung deutlich sehen kann ist, dass so eine Mission für viele Beteiligte ein Generationenprojekt ist. Noch deutlicher wird das, wenn man bedenkt, dass sich der Start des James-Web-Space-Teleskop um zehn Jahre verzögerte, von der Kostenexplosion mal ganz zu schweigen. Viele, die an der Planung einer Mission beteiligt sind, erleben ihren Start, bzw. ihre Forschungsergebnisse höchstens noch im Ruhestand, oder überhaupt nicht mehr. Im Falle der in den siebziger Jahren gestarteten Sonden Voyager I und II musste man sogar die „alten Hasen“ aus ihrem Ruhestand reaktivieren, weil niemand mehr die Sonden programmieren konnte, und weil niemand damit rechnete, dass sie nach fast fünfzig Jahren noch immer einigermaßen Daten liefern. Damit muss man als Planer, Ingenieur, oder sonst wie beteiligter, erst mal klar kommen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass man für die Nachwelt arbeitet, sehr hoch ist, und man eventuell den Erfolg und Ruhm nicht mehr genießen kann.
Daran sollten sich unsere Politiker mal ein Beispiel nehmen, denn diese planen oft nur von einer zur anderen Legislaturperiode. Damit löst man aber keine nachhaltigen Probleme, wie beispielsweise den Klimawandel.
Naja, derlei lange Projekte gab es schon in alten Zeiten, wenn man bedenkt, dass der Bau des Kölner Doms fast fünfhundert Jahre dauerte.
Was JUICE betrifft, so sieht man leicht, dass der Löwenanteil der Zeit, der Flug selbst ist. Das sollte doch zum Jupiter nicht so lange dauern. So weit ist der ja nun auch wieder nicht weg. Schauen wir uns also mal die Flugbahn und einige Stationen an, welche die Sonde passieren muss, bis sie endlich ankommt.
Mit viel Umweg zum Ziel:
So, wie das uns immer in Science-Fiction-Filmen gezeigt wird, kann man im Weltraum nicht fliegen. Im Weltall läuft nichts geradeaus, wie der Weg auf einer Autobahn. Das liegt daran, dass die Abstände zwischen den Zielen sehr groß sein können, z. B. Erde-Jupiter ungefähr 5,20 astronomische Einheiten. (1 AU ist Abstand Erde-Sonne, ungefähr 150 Mio Kilometer).
Dann kommt noch dazu, dass die Zielobjekte sich selbst bewegen., z. B. im Falle Jupiter um die Sonne, die ihrerseits auch nicht stille auf ihrem Platz verweilt. Außerdem wirken Kräfte auf die Raumsonde, welche sie versuchen, von ihrem Kurs abzubringen. Das sind in erster Linie Gravitationskräfte, die auf die Sonde wirken, wenn sie an anderen Himmelskörpern vorbei fliegt, aber auch das Sonnenlicht und der Sonnenwind wehen Sonden aus ihrer Bahn, wenn man ihren Kurs nicht ständig überwacht und korrigiert. Und dann gibt es noch das Treibstoff-Problem. Keine Sonde kann so viel Treibstoff mitnehmen, um aus eigener Kraft im Falle Jouice, den Jupiter zu erreichen. Sie wäre damit so schwer, dass sie mit heutigen Raketen überhaupt nicht von der Erde weg käme. Also macht man sich aus der Not eine Tugend. Man nutzt die Tatsache, dass man, wenn man es geschickt berechnet und anstellt, durchaus die Gravitationskräfte von Himmelskörpern entweder zum Schwung holen, bzw. auch zum Abbremsen nutzen kann. Davon macht Juice auf ihrem Weg reichlich gebrauch, und nimmt dafür große Umwege in Kauf, was halt dann acht Jahre dauert. Dafür hat man aber Energie und Kräfte benutzt, die sowieso im All vorhanden sind. Um in dem ungeheuren Schwerefeld des Jupiter zurecht zu kommen, musste die Sonde ohnehin genügend Treibstoff mitnehmen. Fast zwei Drittel ihres Gesamtgewichtes besteht aus Treibstoff.
Wie schon gesagt, startete die Mission erfolgreich am 14.04.2023 mit der letzten europäischen Ariane-Rakete von französisch Guyana aus, und begab sich auf ihre lange Reise.
Zunächst entfernt sie sich weit von der Erde, um sich dann wieder anzunähern. Im August 2024 wird sie zum ersten mal kinetische Energie mittels eines Vorbeifluges (Swing By) tanken.
Dadurch ist sie in der Lage, ihre Flugbahn derart zu ändern, dass sie im August 2025 den nächsten Swing By an der Venus durchführen wird. Das ist wirklich beachtlich, weil die Venus absolut in der Gegenrichtung zum Jupiter liegt. Sie ist der zweite Planet, und der Jupiter der fünfte. Das hätte ich so nicht gedacht. Im September 2026 benutzt sie dann unsere Erde zum ersten mal als weiteres Sprungbrett zu ihrem Ziel. Dann dreht sie eine Schleife, die sie dann im Januar 2029 erneut zur Erde führt, um nochmal Schwung zu tanken. Keine Ahnung, was sie so lange unterwegs treibt. Auf jeden Fall könnte ich derlei niemals berechnen. Nun kann sie ihr Ziel ansteuern. Im Juli 2031 schwenkt sie endlich in eine Umlaufbahn um den Jupiter ein.
Dort kann sie dann erst mal drei Jahre unseren größten Planeten erforschen, bevor sie dann im Dezember 2034 die günstige Gelegenheit ergreift, eine Umlaufbahn um den Jupitermond, Ganymed einzuschlagen.. Dort kann sie dann den Mond erforschen, bis sie dann mangels Treibstoff im Laufe des Jahres 2035 ihr Ende auf diesem Mond finden wird.
Schauen wir uns also nun noch an, was sie denn so für Augen, Ohren, Antennen und andere Sensoren im Gepäck hat, um uns Menschen weitere Erleuchtung zu bringen.
Die Sonde und ihre Instrumente
JUICE ist dreiachsenstabilisiert. Das bedeutet, dass sie sich nicht um sich selbst dreht, um sich zu stabilisieren, sondern ihre Lage mittels Schwungrädern und Startrackern kontrolliert.
Sie hat eine Leermasse von etwa 2400 kg und gewinnt ihre elektrische Energie durch Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad. Die Sonde hat 10 Paneele in den Maßen 2,5 m × 3,5 m, wobei auf jeder Seite fünf kreuzförmig angeordnet sind. Insgesamt haben die Paneele ca. 85 $m^2$ Fläche. Zur Datenübertragung benutzt JUICE eine Parabolantenne, die eine Datenrate von mindestens 1,4 GB pro Tag ermöglicht.
JUICEs Antriebssystem verwendet als Treibstoff MMH und den Oxidator MON.
Für die Erfüllung ihrer Mission hat sie elf Instrumente an Bord, die ich hier kurz erwähnen möchte.
Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons (3GM)
3GM ist ein radiowissenschaftliches Experiment mit einem Ka-Transponder und einem hochstabilen Oszillator. Dieses Instrument soll das Schwerefeld von Ganymed und die inneren Ozeane auf den Eismonden untersuchen. 3GM soll außerdem die Atmosphären und Ionosphären von Jupiter (0,1–800 mbar) und den Eismonden untersuchen. Betrieben von der Università di Roma „La Sapienza“ und ASI, Italien.
Ganymede Laser Altimeter (GALA)
Ganymed-Laserhöhenmesser. Soll die Topographie und die Verformungen, Hebungen und Senkungen der Oberfläche durch die Gezeitenkräfte beobachten. Der Laser bildet einen Strahl von 20 m Durchmesser. Die Auflösung ist 0,1 m bei 200 km Flughöhe. Betrieben vom DLR, Institut für Planetenforschung, Deutschland. Die Komponenten stammen von HENSOLDT Optronics GmbH, Fraunhofer IOF und JAXA.
Magnetometer for JUICE (J-MAG)
Dieses Instrument nutzt einen Arm aus 3 Segmenten, der ausgeklappt 10,5 m Länge erreicht und am äußersten Segment zwei Magnetometer und am Ende des Arms ein optisch gepumptes Quanteninterferenz-Magnetometer trägt, und soll damit das Magnetfeld Jupiters und die Interaktion mit dem Magnetfeld von Ganymed untersuchen. Es soll zur Untersuchung von verborgenen Ozeanen auf den Eismonden benutzt werden. Betrieben vom Imperial College London und UKSA, Vereinigtes Königreich.
Fragt mich jetzt bitte nicht, was dieses letzte Instrument genau ist. Wenn jemand mehr darüber weiß, darf das gerne in die Kommentare geschrieben werden.
Jovis, Amorum ac Natorum
Undique Scrutator, camera system
(JANUS) Was für ein Name für eine optische Kamera zur Kartierung der Eismonde. JANUS hat 13 Filter, ein Blickfeld von 1,3 Grad und eine räumliche Auflösung von 2,4 m auf Ganymed und 10 km auf Jupiter. Entwickelt von der Università degli Studi di Napoli „Parthenope“ und ASI, Italien.
Diese Filter sind höchst interessant, weil man damit Bilder in verschiedenen Farben anfertigen, und diese dann übereinander legen kann.
Moons and Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS)
Hyperspektrales abbildendes Spektrometer. Es soll die Eigenschaften der Troposphäre auf Jupiter erkunden und die Eise und Mineralien auf der Oberfläche der Eismonde näher bestimmen. Die Wellenbereiche umfassen sichtbares und infrarotes Licht im Bereich zwischen 0,4 und 5,7 Mikrometer mit einer spektralen Auflösung zwischen 3 und 7 nm. Die räumliche Auflösung beträgt bis 25 m auf Ganymed und ungefähr 100 km auf Jupiter. Hergestellt vom Institut d’Astrophysique Spatiale und CNES, Frankreich.
Immer, wenn ein Wort, wie Spektrum auftaucht, riecht es danach, dass man damit chemische Analysen durchführen möchte. Wir hatten das schon in einigen anderen Artikeln, wo es z. B. um die Analyse des Sonnenspektrums ging.
Particle Environment Package (PEP)
Teilchenspektrometer zur Messung von Dichte und Richtung von neutralen und geladenen Teilchen, thermalem Plasma und neutralen Gasen im Jupitersystem. Das PEP besteht aus zwei Einheiten mit insgesamt sechs unterschiedlichen Sensoren. Energiebereich von <0.001 eV bis >1 MeV. Zur Verfügung gestellt durch das Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF), Kiruna und SNSB, Schweden. Die Komponenten kommen von JAXA.
Diese Teilchen kommen z. B. vom Sonnenwind. Es wird sehr interessant sein, zu erforschen, wie diese mit dem sehr starken Magnetfeld des Jupiters interagieren. Außerdem besitzt der Mond Ganymed ebenfalls ein Magnetfeld. Der einzige Mond im Sonnensystem, der eines hat.
Radar for Icy Moons Exploration (RIME)
Radar für die Eismonderforschung. Das Instrument benutzt eine 16-Meter-Antenne und soll damit die Eisoberfläche durchdringen und bis zu 9 km unter der Eisoberfläche messen können. Die vertikale Auflösung beträgt bis zu 30 Meter. Entwickelt von der Università degli Studi di Trento und ASI in Italien. Die Komponenten wurden von der NASA geliefert.
Radio & Plasma Wave Investigation (RPWI)
Radio- & Plasmawellenuntersuchung. Erforscht Radioemissionen und das Plasma in der Umgebung Jupiters und der Eismonde. Das RPWI basiert auf den vier Experimenten GANDALF, MIME, FRODO und JENRAGE. Es verfügt über verschiedene Sensoren und Langmuir-Sonden. Es soll elektrische und magnetische Felder im Radiobereich in Frequenzen von 80 kHz bis 45 MHz messen. Gebaut vom Swedish Institute of Space Physics (Institutet för rymdfysik, IRF), Uppsala und SNSB, Schweden. Komponenten wurden von NASA und JAXA beigesteuert.
Wo Magnetfelder vorhanden sind, in welchen sich geladene Teilchen bewegen, entstehen auch Radiowellen. Darüber sprachen wir schon im Zusammenhang mit der Radiosonne.
Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment (PRIDE)
Planetarisches Radio-Interferometer- & Doppler-Experiment. Das Experiment nutzt das Kommunikationssystem der Sonde und VLBI für eine präzise Vermessung der Sondenposition und -geschwindigkeit, um das Schwerefeld von Jupiter und den Eismonden zu untersuchen. Hergestellt vom Joint Institute for VLBI in Europe, NWO und NSO, Niederlande.
Sub-millimetre Wave Instrument (SWI)
Submillimeterwelleninstrument. Superheterodynempfänger zur Untersuchung der Temperaturstruktur, Zusammensetzung und Dynamik der Stratosphäre und Troposphäre von Jupiter und der Exosphären und Oberflächen der Eismonde. Das Instrument benutzt eine 30-cm-Antenne und arbeitet in den zwei Bereichen (1080–1275 GHz und 530–601 GHz) mit einer spektralen Auflösung von ~107. Gebaut vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und DLR, Deutschland. Komponenten kommen von JAXA.
UV Imaging Spectrograph (UVS)
Abbildendes UV-Spektrometer, soll die Zusammensetzung und Dynamik der Exosphären der Eismonde, die Aurora auf Jupiter und die Zusammensetzung und Struktur der oberen Atmosphäre untersuchen. Das Instrument wird nadir beobachten, aber auch für Sonnen- und Sternenbedeckungen eingesetzt werden, um die durchleuchtete Atmosphäre zu untersuchen. Die Wellenlänge ist 55–210 nm mit einer spektralen Auflösung von <0,6 nm. Die räumliche Auflösung ist 0,5 km auf Ganymed und bis zu 250 km auf Jupiter. Beitrag vom Southwest Research Institute und NASA, USA.
Fazit:
Ihr seht schon, dass man versucht alles zu messen, was so eine Umgebung her gibt. Von Licht, Radio, Plasma, Magnetfeldern, chemischen Zusammensetzungen, geologischen und seismographischen Veränderungen, sowie natürlich gravitative Wechselwirkungen wird alles gemessen, was ohne Landung auf diesen Körpern möglich ist. Wir dürfen gespannt sein, was uns diese Mission über uns und über die Entstehung unseres Sonnensystems noch verraten wird. Es sind bereits Folgemissionen in Planung, über die ich dann, sollte es diesen Blog noch geben, berichten werde.
Ich hoffe, ihr könnt euch auch an der Komplexität eines derartigen Gerätes erfreuen. Und wenn man so auf die Liste der Instrumente schaut, dann sieht man, wie international solche Missionen sind, wie viele Länder sich daran beteiligen und wie friedlich das dort zugeht. Die Raumfahrt beweist immer wieder, dass wir Menschen große Probleme lösen können, wenn wir Grenzen überwinden und Nationalitäten keine Rolle mehr spielen. Mögen wir zu dem werden, wozu wir geboren sind, zu Menschen, zu Terranern, und nicht zu Schwarzen, Weißen, Deutschen oder sonst was. Ich bin davon überzeugt, dass wenn wir diese Grenzen überwinden, dann bekommen wir auch solche Probleme, wie den Klimawandel in den Griff.
Und jetzt zum Schluss kommen noch einige Podcasts, die die Mission sehr schön behandelten.
Der Podcast @Weltraumwagner veröffentlichte am 25.04.2023 eine ganz wunderbare Folge zu dieser Mission mit Interviews, der Verschiebung des startes und allem, was dazu gehört.
Der Rege Podcast @Aufdistanz hat sogar drei Folgen mit Interviews zu dieser Mission gemacht. Das sind die Folgen 72, 74 und 75. Sehr hörenswert.
Auch in der Sendung @Sternzeit vom Deutschlandfunk war diese Mission schon Thema. Diese Sendung kann man ebenfalls als Podcast abonnieren.
Meine lieben,
Immer wieder habe ich das Datum verpasst. Aber diesmal nicht. Es geht um den 14. März eines jeden Jahres. Schreibt man das Datum in englischer Schreibweise, dann ist es March, 14th. oder 03.14. Und diese letzte Schreibweise kommt uns doch irgendwie bekannt vor. Spätestens dann, wenn man den Punkt durch unser deutsches Komma ersetzt. Dann wird daraus nämlich die Zahl 3,14, also die Kreiszahl $\pi$.
Diese Zahl ist den meisten aus der Schule bekannt. Mathematik, Geometrie und damit verbunden auch die Astronomie wäre ohne sie nicht denkbar. Ob dieser Wichtigkeit verwundert es nicht, dass man ihr genau den 14.03. als Gedenktag widmete.
Dann tun wir das doch einfach auch und begehen den $\pi$-Tag.
Bevor es los geht, noch eine kleine Anmerkung:
Wenn ich das Pi-Zeichen $\pi$ hier immer für Sehende schön angezeigt einfüge, dann kann es sein, dass im Fließtext der Lesefluss für unsere Sprachausgabe nutzer:innen etwas beeinträchtigt wird, weil dann immer auf einen mathematischen Modus umgeschaltet wird. Außerdem wird das $\pi$-Zeichen und andere mathematische Ausdrücke auf unseren Punktschriftzeilen leider momentan nur in der englischsprachlich mathematischen Notation für Blinde ausgegeben. Deshalb kann es durchaus sein, dass ich derlei dann und wann als Fließtext setze und nicht so formatiere, wie es mathematisch schön und korrekt auszusehen hätte. An anderen Stellen werde ich einfach zwei Varianten verwenden. Seht mir das also bitte nach.
Die Feier
Als Begründer dieser Tradition gilt Larry Shaw, der den Pi Day 1988 am Exploratorium in San Francisco initiierte, wo er seitdem jährlich begangen wird.
2009 wurde in den USA der 14. März vom US-Kongress zum offiziellen Nationaltag für die Kreiskonstante Pi erklärt.
Der Pi-Tag wird traditionell mit dem gemeinsamen Verzehren von kreisförmigen Kuchen begangen (im Englischen wird der griechische Buchstabe π lautgleich wie das englische Wort pie, Kuchen, ausgesprochen). Ein solcher Kuchen von 20 Zentimetern Durchmesser hat zudem π Quadratdezimeter Grundfläche.
Zur Verbreitung des Gedenktages trägt auch bei, dass zufällig der 14. März auch der Geburtstag Albert Einsteins und (seit 2018) der Todestag Stephen Hawkings ist. Besonders genaue Anhänger feiern um 13:59:26 Uhr und erreichen die Kreiszahl damit bis zur siebten Nachkommastelle
(3/14 1:59:26 pm).
Am Massachusetts Institute of Technology wurden 2015 in Anlehnung an den Pi-Tag einige Termine auf Samstag, den 14. März um 9:26 Uhr ET (3/14/15 9:26 am) gelegt.
Mindestens seit dem Jahr 2000 wird auch ein Pi-Näherungstag (Pi Approximation Day) am 22. Juli gefeiert, mit dem die näherungsweise Darstellung von π durch Archimedes (Archimedischer Algorithmus) als 22/7 ≈ 3,14 geehrt werden soll.
Daran sieht man sofort, dass die Kreiszahl Jahrtausende alt ist, wenn schon der alte Grieche mit ihr arbeitete, der mit seinem Heureka-Ruf aus seiner Wanne sprang.
Ich weiß nicht, ob er sich als er seinen Widersacher bat, seine Kreise nicht zu stören, gerade geometrisch mit der Kreiszahl beschäftigte, aber es soll ja dann quasi leider sein letzter Satz gewesen sein.
Was ist $\pi$
Zur Bezeichnung Pi kam die Zahl durch die Anfangsbuchstaben der beiden griechischen Wörter Perimetrus (Umfang) und Peripheria (Randbereich).
Ein Kreis mit dem Durchmesser 1 hat den Umfang pi.
Die Kreiszahl, auch Ludolphsche Zahl, Ludolfsche Zahl oder Archimedes-Konstante, abgekürzt mit dem griechischen Kleinbuchstaben ($\pi$), ist eine mathematische Konstante, die das Verhältnis des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser angibt. Dieses Verhältnis ist für alle Kreise gleich, unabhängig von ihrer Größe. Die dezimale Darstellung der Kreiszahl beträgt 3,14159265… Die PÜnktchen stehen für weitere Ziffern, denn pi reißt nicht ab.
Im Alltag reichen aber oft die ersten beiden Stellen hinter dem Komma aus.
Seit dem 8. Juni 2022 sind 100 Billionen Nachkommastellen der Kreiszahl bekannt.
Ein weiterer Ansatz pi zu definieren führt über den Vergleich der Kreisfläche und des Quadrates seines Radius. So ergibt sich die Kreisfläche als R^2 *pi. Kennt jeder noch aus der Schule.
Es gibt noch weitere Möglichkeiten pi über Reihen, Kettenbrüche, Winkelfunktionen etc. anzunähern, aber die sparen wir uns an dieser Stelle.
Einige dieser Ansätze durfte ich im Studium der Analysis und der Numerik kennenlernen.
Die Kreiszahl ist transzendent und hat damit unendlich viele Nachkommastellen. Darin sind bislang keine vorhersagbaren Muster erkennbar, die Ziffernfolge erscheint chaotisch.
Die Zahl ist eine irrationale Zahl, also eine reelle, aber keine rationale Zahl. Das bedeutet, dass sie nicht als Verhältnis zweier ganzer Zahlen , also nicht als Bruch , dargestellt werden kann. Das wurde 1761 (oder 1767) von Johann Heinrich Lambert bewiesen.
Dass pi transzendent ist, bedeutet auch, dass es kein vom Nullpolynom verschiedenes Polynom mit rationalen Koeffizienten gibt, das pi zur Nullstelle hat. So ist auch jede Zahl, die durch algebraische Operationen wie Addition und Multiplikation mit sich selbst und mit ganzen Zahlen aus erzeugt wird, wiederum transzendent. Das wurde erstmals von Ferdinand von Lindemann 1882 bewiesen.
Als Konsequenz ergibt sich daraus, dass es unmöglich ist, pi nur mit ganzen Zahlen oder Brüchen und Wurzeln auszudrücken, und dass die exakte Quadratur des Kreises mit Zirkel und Lineal nicht möglich ist.
Geschichte der Annäherung
Die Notwendigkeit, den Umfang eines Kreises aus seinem Durchmesser zu ermitteln oder umgekehrt, stellt sich im ganz praktischen Alltag: Man braucht solche Berechnungen zum Beschlagen eines Rades, zum Einzäunen runder Gehege, zum Berechnen der Fläche eines runden Feldes oder des Rauminhalts eines zylindrischen Getreidespeichers. Daher suchten Buchhalter und Wissenschaftler, vor allem Mathematiker und Astronomen, seit der Antike nach immer genaueren Näherungswerten für die Kreiszahl. Wesentliche Beiträge lieferten etwa ägyptische, babylonische und griechische Wissenschaftler, im Mittelalter vor allem chinesische und persische Wissenschaftler, in der Neuzeit französische, englische, schottische, deutsche und schweizerische Wissenschaftler. In der jüngeren Geschichte gerieten die Bestrebungen zur größtmöglichen Annäherung an phasenweise zu einer regelrechten Rekordjagd, die zuweilen skurrile und auch aufopfernde Züge annahm.
Aber wie schon gesagt, reichen im Alltag oft schon die ersten zwei Nachkommastellen als Näherung aus.
Mit der Näherung der ersten21 Nachkommastellen wäre erst der Umfang eines Kreises von etwa 3,8 Billiarden km Durchmesser (das entspricht der Entfernung zum Polarstern) um einen Millimeter falsch (nämlich zu kurz) berechnet.
Die Kreiszahl und einige ihrer Eigenschaften waren bereits in der Antike bekannt. Das älteste bekannte Rechenbuch der Welt, das altägyptische Rechenbuch des Ahmes aus der Mitte der 16. Jahrhundert v. Chr., erwähnt einen Bruch, der zumindest bis zur dritten Nachkommastelle ungefähr pi ergibt.
Als Näherung für pi benutzten die Babylonier häufig einfach nur 3 +1/8, solange dessen Abweichung von gut 4,5 % nicht ins Gewicht fiel. Den Wert 3 nutzte man auch im alten China, und er findet sich auch in der biblischen Beschreibung des Wasserbeckens, das für den Jerusalemer Tempel geschaffen wurde:
Dann machte er das Meer. Es wurde aus Bronze gegossen und maß 10 Ellen von einem Rand zum anderen; es war völlig rund und 5 Ellen hoch. Eine Schnur von 30 Ellen konnte es rings umspannen.
1. Buch der Könige, Kapitel 7 Ausstattung des Tempels, Vers 23, König Salomo, Hiram aus Tyrus formte das Meer, ein Wasserbecken aus Bronze.
In Indien nahm man für die Kreiszahl in den Sulbasutras, den Schnurregeln zur Konstruktion von Altären, den Wert und wenige Jahrhunderte v. Chr. in der Astronomie den Näherungswert Quadratwurzel aus 10, $\sqrt{10}$.
Handwerker benutzten in Zeiten vor Rechenschiebern und Taschenrechnern die Näherung 22/7 und berechneten damit vieles im Kopf. Der Fehler gegenüber pi beträgt etwa 0,04 %. In den meisten Fällen liegt das innerhalb der möglichen Fertigungsgenauigkeit und ist damit absolut akzeptabel.
Eine andere oft genutzte Näherung ist der Bruch 355/113 , immerhin auf sieben Stellen genau.
Und in dem Zusammenhang fällt mir eine kleine Geschichte zu pi ein.
Vor etwa zwanzig Jahren brachte eine Firma für Hilfsmittel für blinde Menschen einen sog. wissenschaftlichen Taschenrechner mit Sprachausgabe heraus. Auf einer Hilfsmittelmesse und auch danach noch, hatte ich die Gelegenheit, das Gerät zu testen. Noch am Messestand probierte ich gleich mal die Pi-Taste aus. Und obwohl dieser Rechner zehn Stellen anzeigen konnte, gab der Druck auf die pi-Taste lediglich nur 3,14 aus. Das war mir jetzt aber doch zumindest für das interne Rechnen etwas zu ungenau, wenn man bedenkt dass schon alte Handwerker und Astronomen das besser hin bekamen. Also gab ich tatsächlich einfach mal die kleine Aufgabe pi mal 100 ein. Als Ergebnis erhielt ich tatsächlich 314,0. Selbiges probierte ich dann auch noch mit der Euler-Zahl und mit der Quadratwurzel aus zwei aus. Es war dasselbe. Spätestens nach der dritten Nachkommastelle brachen all diese Zahlen ab. Das ärgerte mich dann schon, dass sich so ein Taschenrechner als wissenschaftlich bezeichnete und dazu noch um 500 Euro kosten sollte. Die Aufgabe 10/3*3 ergab übrigens nicht 10, sondern 9,99…
Aber zurück zur Kreiszahl.
Kommt pi vielleicht doch mal zum Abschluss?
Möndchen
Ich habe jetzt nicht ganz das Bild im Kopf, was die im folgenden erwähnten „Möndchen“ genau waren. Ich nehme an, dass hier ein Kreis in ganz viele „Kuchenstückchen“ zerschnitten wurde, und man diese gegeneinander zu einem Rechteck legte. Die Rundungen der Stückchen werden immer kleiner, in desto mehr Teile man den Kreis zerschneidet. Das ganze wird also einem Rechteck immer ähnlicher, dessen lange Kanten eben durch die Teilbögen des Kreises etwas wellig sind.
Somit ist das eine geometrische Annäherung an pi.
Die Flächensumme der Möndchen des Hippokrates entspricht der Fläche eines rechtwinkligen Dreiecks. Ein Beispiel für eine rationale Darstellbarkeit von Kreisausschnitten, weshalb es lange für möglich gehalten wurde, dass auch die Kreiszahl selbst rational ist.
Für den griechischen Mathematiker Archimedes und viele nach ihm war unklar, ob die Berechnung von pi nicht doch irgendwann zum Abschluss käme, ob also eine rationale Zahl sei, was die jahrhundertelange Jagd auf die Zahl verständlich werden lässt. Zwar war den griechischen Philosophen die Irrationalität derartiger Zahlen bekannt, dennoch hatte Archimedes keinen Grund, bei einem Kreis von vornherein eine rationale Darstellbarkeit der Flächenberechnung auszuschließen. Denn es gibt durchaus allseitig krummlinig begrenzte Flächen, die sich als rationale Zahl darstellen lassen, sogar von Kreisteilen eingeschlossene wie die Möndchen des Hippokrates.
Annäherung durch Vielecke
Archimedes gelang es um 250 v. Chr., die Kreiszahl mathematisch einzugrenzen, d. h. eine Ober- und Unterschranke anzugeben. Hierzu näherte er sich wie auch andere Mathematiker mit regelmäßigen Vielecken dem Kreis an, um Näherungswerte für pi zu gewinnen. Mit umbeschriebenen und einbeschriebenen Vielecken, beginnend bei Sechsecken, durch wiederholtes Verdoppeln der Eckenzahl bis zu 96-Ecken, berechnete er obere und untere Schranken für den Kreisumfang.
In den westlichen Kulturen stellten diese Berechnungen von Archimedes über eine sehr lange Zeit – wie in manchen anderen gesellschaftlichen und kulturellen Bereichen auch – den Status quo in Bezug auf die Genauigkeit der Kenntnis von pi dar. Erst im 16. Jahrhundert erwachte das Interesse wieder.
Fortschritte in der Annäherung erzielten in der Zeit des 4. bis 15. Jahrhunderts vor allem chinesische und persische Wissenschaftler:
Im dritten Jahrhundert bestimmte Liu Hui aus dem 192-Eck die Schranken 3,141024 und 3,142704 sowie später aus dem 3072-Eck den Näherungswert 3,1416.
Um 480 berechnete der chinesische Mathematiker und Astronom Zu Chongzhi (429–500) für die Kreiszahl , also die ersten 7 Dezimalstellen. Er kannte bereits einen Näherungsbruch, der in Europa erst im 16. Jahrhundert gefunden wurde (Adriaan Metius, deshalb auch Metius-Wert genannt). Im 14. Jahrhundert berechnete Zhao Youqin die Kreiszahl über ein 16384-Eck auf sechs Dezimalstellen genau.
Der indische Mathematiker und Astronom Aryabhata gibt im Jahre 498 das Verhältnis des Kreisumfangs zum Durchmesser mit an, was nur um rund 0,00023 % zu hoch liegt.
In seinem 1424 abgeschlossenen Werk Abhandlung über den Kreis berechnete der persische Wissenschaftler Dschamschid Masʿud al-Kaschi mit einem 3×228-Eck bereits auf 16 Stellen genau.
In Europa gelang es Ludolph van Ceulen 1596, die ersten 35 Dezimalstellen von pi zu berechnen. Angeblich opferte er dafür 30 Jahre seines Lebens. Van Ceulen steuerte allerdings noch keine neuen Gedanken zur Berechnung bei. Er rechnete einfach nach der Methode des Archimedes weiter, aber während Archimedes beim 96-Eck aufhörte, setzte Ludolph die Rechnungen bis zum einbeschriebenen $2^62$-Eck fort.
Bis heute lässt die Zahl pi die Mathematiker nicht in Ruhe. Es gäbe hier noch viel zu berichten, wie man sich mit neueren mathematischen Verfahren und Algorithmen und Computern der Zahl versuchte anzunähern, aber für deren Verständnis ist viel mathematisches Grundwissen nötig, das ich nur teilweise besitze. Das erspare ich uns jetzt. Wer hier tiefer einsteigen möchte, findet auf Wikipedia tiefe Befriedigung.
Weitere Kuriositäten
Freunde der Zahl feiern am 14. März (in US-amerikanischer Notation 3/14) den Pi-Tag und am 22. Juli (in US-amerikanischer Notation 7/22) den Pi Approximation Day.
Im Jahr 1897 sollte im US-Bundesstaat Indiana mit dem Indiana Pi Bill die Kreiszahl gesetzlich auf einen der von Hobbymathematiker Edwin J. Goodwin gefundenen Werte festgelegt werden, der sich auf übernatürliche Eingebungen berief. Aus seinen Arbeiten lassen sich unterschiedliche Werte für die Kreiszahl ableiten, unter anderem 4 oder 16⁄5. Nachdem er eine gebührenfreie Nutzung seiner Entdeckungen anbot, verabschiedete das Repräsentantenhaus diesen Gesetzentwurf einstimmig. Als Clarence A. Waldo, Mathematikprofessor der Purdue University, davon zufällig bei einem Besuch des Parlaments erfuhr und Einspruch erhob, vertagte die zweite Kammer des Parlaments den Entwurf auf unbestimmte Zeit.
Paragraph 30b der Straßenverkehrszulassungsordnung bestimmt in Deutschland für die Berechnung des (für die Kfz-Steuer relevanten) Hubraums eines Verbrennungsmotors: „Für pi wird der Wert von 3,1416 eingesetzt.“
Die Versionsnummer des Textsatzprogramms TeX von Donald E. Knuth wird entgegen den üblichen Konventionen der Software-Entwicklung seit den 1990er Jahren so inkrementiert, dass sie sich langsam annähert.
Der Versionsname der freien Geoinformationssystemssoftware QGIS lautet in der Version 3.14 „Pi“. Für Bugfix-Versionen werden zusätzliche Dezimalstellen hinzugefügt.
Wissenschaftler senden mit Radioteleskopen die Kreiszahl ins Weltall. Sie sind der Meinung, dass andere Zivilisationen diese Zahl kennen müssen, wenn sie das Signal auffangen können.
Der aktuelle Rekord im Pi-Vorlesen liegt bei 108.000 Nachkommastellen in 30 Stunden. Der Weltrekordversuch begann am 3. Juni 2005 um 18:00 Uhr und wurde am 5. Juni 2005 um 0:00 Uhr erfolgreich beendet. Über 360 Leser lasen jeweils 300 Nachkommastellen. Organisiert wurde der Weltrekord vom Mathematikum in Gießen.
Film, Musik, Kultur und Literatur
• Im Roman Der Zauberberg von Thomas Mann schildert der Erzähler im Kapitel Der große Stumpfsinn auf mitleidig-belächelnde Weise, wie die Nebenfigur des Staatsanwalts Paravant den „verzweifelten Bruch“ Pi zu enträtseln versucht. Paravant glaubt, dass die „planende Vorsehung“ ihn dazu bestimmt habe, „das transzendente Ziel in den Bereich irdisch genauer Erfüllung zu reißen“. Er bemüht sich, in seiner Umgebung eine „humane Empfindlichkeit zu wecken für die Schande der Verunreinigung des Menschengeistes durch die heillose Irrationalität dieses mystischen Verhältnisses“, und fragt sich, „ob nicht die Menschheit sich die Lösung des Problems seit Archimedes’ Tagen viel zu schwer gemacht habe, und ob diese Lösung nicht in Wahrheit die kindlich einfachste sei.“ In diesem Zusammenhang erwähnt der Erzähler den historischen Zacharias Dase, der Pi bis auf zweihundert Stellen nach dem Komma berechnet hat.
• In der Science-Fiction-Serie Raumschiff Enterprise bemächtigt sich in Folge 43, Der Wolf im Schafspelz (orig. Titel Wolf in the Fold), ein fremdes Wesen des Bordcomputers. Der 1. Offizier Spock befiehlt darauf dem Computer, die Zahl Pi bis auf die letzte Nachkommastelle zu berechnen. Durch diese Aufgabe wird der Computer so überfordert, dass das Wesen den Computer wieder verlässt.
• 1981 wurde Carl Sagans Buch Contact veröffentlicht. Das Buch beschreibt das SETI-Programm zur Suche nach außerirdischer Intelligenz und damit verbundene philosophische Betrachtungen. Es endet mit der fiktiven Beantwortung der Frage, ob das Universum zufällig entstanden ist oder planvoll geschaffen wurde. Die Zahl spielt für die im Rahmen der Handlung folgerichtige Antwort die zentrale Rolle.
• 1998 veröffentlichte Darren Aronofsky (Requiem for a Dream) den Film Pi, in dem ein mathematisches Genie (Sean Gullette als ‚Maximilian Cohen‘) die Weltformel aus herausfiltern möchte.
• Auf dem 2005 erschienenen Doppelalbum Aerial von Kate Bush ist ein Lied der Zahl Pi gewidmet.
• Die im November 2006 eröffnete Medieninstallation Pi in der Wiener Opernpassage widmet sich unter anderem der Kreiszahl.
• Im Film Nachts im Museum 2 (2009) ist die Kreiszahl die Kombination für die Tafel des Ahkmenrah. Die Kombination wird mit Hilfe von Wackelkopf-Einsteins gelöst und öffnet in dem Film das Tor zur Unterwelt.
• Die progressive Deathcore-Band After the Burial hat auf ihrem Debütalbum Forging a Future Self das Lied Pi (The Mercury God of Infinity) veröffentlicht. Es besteht aus einem Akustikgitarrensolo, auf das ein Breakdown folgt, dessen Rhythmus an die ersten 110 Stellen der Kreiszahl angelehnt ist.
Heute ist der 08.03., Welt-Frauentag. Was liegt näher, so einen Tag zu begehen, als dass ich mir Gedanken über große Frauen in Astronomie und Wissenschaft mache. Das seid ihr ja von mir gewöhnt, dass an jedem 08.03. eine Wissenschaftlerin gewürdigt wird.
Bis heute sind Frauen in naturwissenschaftlich-technischen Berufen leider noch immer unterrepräsentiert. Die Statistiken sprechen hier eine sehr deutliche Sprache. Trotz Frauenbewegung, Emanzipation, Erziehungsurlaub auch für Männer, gesetzliche Gleichberechtigung und dafür aufgeschlossene Männern, ist es noch nicht gelungen, diesen Missstand in den Griff zu bekommen.
Dennoch hat es immer wieder Frauen gegeben, die trotz Benachteiligung, Unterdrückung, Bildungsverbot und Leben in einer streng patriarchaisch dominierten Gesellschaft, großartiges in Wissenschaft, z. B. der Astronomie, geleistet haben. Sie setzten sich in einer harten Männerwelt durch und waren vielleicht sogar öfter, als man denkt, die schlaueren Köpfe. Zumindest zeugen einige Dokumente davon, dass viele starke kluge Frauen die Fäden ihrer männlichen Professoren in Händen hielten…
Bis in biblische Zeiten hinein, kann man diese Phänomene beobachten. Somit scheint der Satz
Der Mann kann noch so viele Dinge bauen – Es steht und fällt ein Volk mit seinen Frauen.
mehr Wahrheitsgehalt zu besitzen, als manchen lieb ist.
So lasst uns den Weltfrauentag 2023 damit begehen, indem wir die Person und das Lebenswerk von Williamina Fleming würdigen.
Leben
Ihre Eltern waren Robert Stevens und Mary Walker Stevens. Williamina besuchte öffentliche Schulen in Dundee (Schottland) und wurde mit 14 Jahren Lehrerin. Das stelle man sich vor. Also wenn ich mir überlege, wo ich mit vierzehn Jahren war…
Sie heiratete James Orr Fleming. Als sie 21 Jahre alt war, übersiedelte das Paar in die USA nach Boston. Ihr Ehemann verließ sie, als sie mit ihrem Sohn Edward schwanger war. Das muss sehr schwer für sie gewesen sein, in dieser Zeit quasi ein vaterloses Kind als allein erziehende Frau groß zu ziehen. Das war ein großes gesellschaftliches Problem und sicherlich irgendwie auch eine Schande.
So musste sie sich eine Arbeit suchen, um den Lebensunterhalt für sich und ihr Kind zu verdienen.
Sie fand eine Stelle als Angestellte im Haus des Professors Edward Charles Pickering. Pickering, beeindruckt von der Intelligenz Flemings und unzufrieden mit seinen männlichen Assistenten am Harvard-College-Observatorium, erklärte, seine Hausangestellte könne deren Arbeit besser erledigen.
So beauftragte Pickering im Jahr 1881 in dem Observatorium Williamina mit Büroarbeiten und ab 1886 mit der Klassifikation von Sternen.
Lebenswerk
Ihr System basierte darauf, jedem Stern einen Buchstaben zuzuordnen in Abhängigkeit davon, wie viel Wasserstoff in seinem Spektrum beobachtet werden konnte. A-Sterne hatten am meisten Wasserstoff, B-Sterne etwas weniger, und so weiter. Insgesamt gruppierte Fleming die Sterne in 17 Kategorien ein.
Annie Jump Cannon , auch eine Frau, verbesserte später das System und entwickelte eine einfachere Klassifizierung auf Basis der Temperatur.
Wir erinnern uns, dass das, woraus Sterne im wesentlichen Bestehen, Wasserstoff und Helium, auch die Entdeckung einer Frau und Astronomin war. Sie würdigte ich
zum Frauentag 2022 in „Die Frau mit dem Sonnenstoff„.
Fleming beteiligte sich an der Katalogisierung der Sterne, der später als Henry-Draper-Katalog veröffentlicht wurde. In neun Jahren erfasste sie mehr als 10.000 Sterne. Bei ihrer Arbeit entdeckte Williamina Fleming 59 Gasnebel, 310 veränderliche Sterne und 10 Novae. 1907 veröffentlichte sie eine Liste von 222 veränderlichen Sternen, die sie neu entdeckt hatte.
Pickering übertrug ihr die Verantwortung für Dutzende von Frauen, die für die Durchführung mathematischer Klassifikationen angestellt waren, und sie redigierte die Publikationen des Observatoriums.
Frauen wurden häufig als sog. Rechnerinnen angestellt, weil man sie deutlich geringer bezahlte. Solchen Rechnerinnen oder auch Computer genannten Frauen verdanken wir die Mondlandung. denn sie berechneten dafür die Flugbahn der Raketen. An dieser Stelle will ich euch ganz dringend den Film „Hidden Figures“ empfehlen. Dieser handelt genau von diesen Frauen, die den Mondflug berechneten und dazu noch dunkler Hautfarbe waren. Jeder weiß, dass solche Menschen in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts großen Diskriminierungen und Benachteiligungen ausgesetzt wahren. Das ist bis heute noch nicht völlig überwunden. Es gibt diese Geschichte auch als Buch. Auf Deutsch heißt es
Im Kernschatten des Mondes – Die unbekannten Heldinnen der NASA, Taschenbuch von Margot Shetterly, HarperCollins, 9783959674034
Es wurde auch in den Hörbüchereien für blinde Menschen aufgelesen.
Und wir lernten unsere heutige Astronomin im Zusammenhang mit sog. Weißen Zwergen kennen.
Im Jahre 1910 waren Teleskope schon deutlich besser und empfindlicher, so dass diese Objekte langsam beobachtet werden konnten.
In diesem Jahr entdeckten die Astronom*innen Henry Norris Russell, Edward Charles Pickering und Williamina Fleming, dass
40 Eridani B ein sonnennaher schwacher Stern ist, Dieser sollte eigentlich eine rote Zwergsonne sein.
Er leuchtet entgegen aller Erwartungen weiß und muss daher eine sehr hohe Oberflächentemperatur besitzen. Er ist also ein weißer Zwerg, der erste, welcher je erblickt wurde.
Über diese Zwerglein schrieb ich in Station acht auf unserer Reise zu den schwarzen Löchern.
Ihr Appell
Fleming gelangte zu der Überzeugung, dass die Astronomie ein geeignetes Betätigungsfeld für Frauen ist. In ihrem Artikel A Field For Woman’s Work in Astronomy ging sie auf die Tätigkeit von sich und ihren Kolleginnen am Observatorium näher ein und versuchte die Motivation von Frauen zu stärken, sich in die Astronomie wissenschaftlich einzubringen.
Da rennt sie bei mir offene Türen ein. Und außerdem ist die Astronomie eines der inklusivsten Dinge, mit welchen man sich beschäftigen kann.
Würdigungen
1899 erhielt sie den Titel Kurator für Astronomische Fotografien und 1906 wurde sie Ehrenmitglied der Königlichen Astronomischen Gesellschaft von London – die erste Frau, der diese Ehre zuteil wurde. Kurz darauf erhielt sie ein Ehrenstipendiat am Wellesley College. Kurz vor ihrem Tod zeichnete die Mexikanische Astronomische Gesellschaft sie für die Entdeckung neuer Sterne mit der Guadalupe Almendaro Medaille aus.
Nach ihr wurde 1970 der Mondkrater Fleming (zusammen mit Alexander Fleming) benannt, sowie 2022 der Asteroid (5747) Williamina.
Abgesehen von meinem Jahresrückblick melde ich mich heute bei euch mit meiner zweiten Veranstaltung, die ich in diesem Jahr bereits hatte bei euch zurück, obwohl es noch so jung.
Vorgeschichte
Seit einiger Zeit veranstaltet die Sternwarte München gemeinsam mit dem Bayrischen Blindenbund astronomische Abende für blinde Menschen. Das machte mich natürlich hellhörig. Auch der Veranstalter fand mich im Netz, und so kamen wir zusammen.
Der verfasst einen ganz wunderbaren Newsletter, der wöchentlich erscheint.
In diesem Newsletter erfährt man viel zum Jahreslauf, z. B. was es gerade am Himmel zu sehen gibt, es erscheinen schöne Geschichten aus der Mytologie, Phänomene werden erklärt und oft gibt es dann noch ein Video zu einem Thema.
Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist, dass alle Bilder extra für uns beschrieben werden. Das ist dem Macher des Newsletters so wichtig, dass er es sogar ausdrücklich erwähnt.
Sternenkartenselfi
Dieses obige Bild beschreibt er z. B. so:
Das Foto zeigt Gerhard mit tastbarer Sternkarte in der Hand und daneben stehend ein Modell der Saturn-5-Rakete.
Jetzt hoffe ich, dass ich das richtige Bild aus der Mediathek gefischt habe…
Auf jeden Fall ist das von Eberhard so vorbildlich, dass sich viele daran ein Beispiel nehmen können. In den sozialen Netzwerken wird fast kein einziges Bild für uns erklärt. Und wie man am Beispiel sieht, ist das doch gar nicht so schwer. Nur mut. Eine schlechte Beschreibung ist mehr, als gar keine. Der Wille zählt.
Auf diesem Newsletter war ich am letzten Sonntag Gast mit einem Text, der meinen Zugang, den Zugang des Blinden zum All, erklären sollte.
Als ich vor sechs Jahren diesen Blog startete, schrieb ich in Wieso ich Astronomie treibe, bereits aus der Sicht meiner persönlichen Entwicklung darüber. Im heutigen Text orientiere ich mich vor allem an den Tatsachen, welche die Astronomie so zugänglich für alle (inklusiv) sein lassen.
Also los:
Zu meiner Person:
Am 21. Februar 1969 wurde ich als fünftes von sechs Kindern in Schopfheim geboren. Da ich zwei Monate zu früh das Licht der Welt erblickte, musste ich zunächst in den Brutkasten. Nicht selten, so auch bei mir, führte dies zu einer Augentrübung, die der Grund für meine Blindheit ist.
Aufgewachsen bin ich mit meinen zwei Brüdern und drei Schwestern in einer Arbeiterfamilie. Somit führte vor allem mein Vater uns schon als Kinder an technische Dinge heran und lehrte uns den Umgang mit Werkzeug und Werkstoffen wie Holz.
Von meiner Mutter wurden wir schon als Kinder stets zur Arbeit und Mithilfe in Haus, Hof und Garten herangezogen. Jeder musste für alle etwas übernehmen und war dafür verantwortlich.
Dass ich in einer solchen Umgebung aufwachsen durfte, förderte natürlich mein Interesse an technischen Dingen, und führte mich letztlich zu meinem Lieblingshobby, der Astronomie.
Wie alle Kinder meines Alters wuchs auch ich ganz selbstverständlich im Schatten von Captain Kirk und seiner Enterprise auf.
Star Wars, Raumpatrouille und viele andere beeindruckten mich schon immer sehr. Stets mochte ich Handlungen mit viel technischem Bezug.
Außerdem faszinierten mich die futuristischen Geräusche sehr.
Ich habe das große Glück, seit dem Jahr 2000 als diplomierter Informatiker am Institut ACCESS@KIT (A@K) arbeiten zu dürfen, ohne das meine Vorträge zu astronomischen Themen nicht möglich wären.
Ich höre die Sterne nicht und fühle auch den Vollmond nicht. Hätte ich keinen Kalender, wüsste ich gar nicht, wann Vollmond ist.
Und trotzdem ist die Astronomie eines der inklusivsten Hobbys, das ich kenne.
Nagende Zweifel
Was, das glauben Sie nicht? Damit sind Sie nicht alleine. Viele, die in meine Veranstaltungen kommen, sind erstmal skeptisch und werden von
Fragen und Zweifeln getrieben.
Das klingt dann ungefähr so:
Wieso machst Du das? Da hast Du doch eh nichts davon!
Wie willst Du da mitreden? Du siehst das doch gar nicht.
Weil ich das weiß, eröffne ich viele Vorträge ungefähr dann so:
Jetzt Hand aufs Herz. Wer hat momentan diesbezüglich auch berechtigterweise noch Fragezeichen in den Augen? Die oder derjenige möchte bitte die Hand heben. Keine Angst. Ich „schaue“ weg. Es stellt sich also niemand bloß. Bitte zählt mal jemand, der sehen kann, durch.
Am Schluss der Veranstaltung machen wir das Spielchen nochmal. Dann werden wir sehen, ob und wieviel sich bewegt hat.
Das geht natürlich hier in einem Newsletter nicht so gut mit dem Hand heben. Aber ob sich bei Dir ganz persönlich was bewegt und verändert hat, fühlst Du ja dann selbst.
Also liegt es nun bei mir, euch zu zeigen, dass die These, dass Astronomie barrierefrei sei, stimmt.
Das geht uns alle an
Zunächst ist die Astronomie etwas für Alle, weil sie sich mit Fragen beschäftigt, die uns alle umtreiben und angehen.
Wo kommen wir her?
Wo gehen wir hin?
Wie war der Anfang?
Wie wird das Ende sein?
War es ein Schöpfergott?
Wie funktioniert das Universum?
Da ist doch schon einiges dabei, das auch für Menschen interessant ist, die nicht sehen können…
Kommen wir nun aber zu mir und meinen Gründen, wieso ich Astronomie so spannend für mich finde:
Ich habe meine Gründe
Die meisten Dinge in der Astronomie spielen sich mittlerweile nicht mehr visuell ab.
Ergebnisse zeigen sich häufig als Tabellen über Strahlungsarten und oder Verteilungen.<
Diese sind mit heutiger Technologie auch blinden Menschen zugänglich und können von ihnen interpretiert und verstanden werden.
Die Sicht auf Sterne ist wegen der nächtlichen Lichtverschmutzung meist unmöglich.
Im Vergleich zu der großen Zahl an Sternen, die es alleine in unserer Milchstraße gibt, sind die wenigen, die man selbst bei bester Sicht mit bloßem Auge sehen kann, vernachlässigbar.
Dass ein klarer nächtlicher Sternenhimmel eine Augenweide darstellt, ist sicher unbestritten; unter dem Strich ist dies aber relativ
unwesentlich für die Astronomie als Ganzes.
Das Universum besteht nur zu vier Prozent aus dem, was für Augen vermeintlich so interessant ist. Tja, da kann man nichts machen.
Stellen Sie sich vor, Sie sähen nur noch vier Prozent Ihres Fernsehbildes. Vermutlich würden Sie dann dieses abendliche Vergnügen rasch aufgeben.
Dunkle Energie und dunkle Materie weigern sich strickt, gesehen zu werden. Hören lassen sie sich bisher allerdings auch noch nicht,
und somit besteht hier Chancengleichheit, was die Suche danach angeht.
Schwarze Löcher sind – zumindest wenn sie gerade hungern – so schwarz, dass man mit den besten Augen nichts damit anfangen könnte.
Alles Unsichtbare ist prädestiniert, auch von Blinden erobert zu werden.
Na, jetzt sollten die Zweifel doch schon langsam zu bröckeln beginnen, nicht wahr?
Dann lasst uns doch einige dieser Punkte mal etwas genauer betrachten.
Erstes Beispiel:
Die Idee, dass die Bewegungen von Himmelskörpern, z. B. von Planeten musikalisch- harmonischen Gesetzen gehorchen sollten, geht bis auf Pythagoras und die alten Griechen zurück. Selbst Johannes Kepler versuchte in einem seiner Bücher noch, die Bahnen der Planeten auf Musiknoten abzubilden. Da liegt es doch nahe, dass man diesem Gedanken noch heute, wo wir über Computer und Sound-Systeme verfügen, nochmal auf den Grund gehen wollte.
Und das wurde tatsächlich gemacht. Ich schrieb darüber in Klingende Planetenbahnen
Beispiel zwei
Nehmen wir die Tatsache, dass sich viele Dinge in der Astronomie heutzutage nicht mehr im visuellen Bereich abspielen. Da gibt es die Radioastronomie, die gerade für blinde Hörmenschen par excellence, ein unheimlich reichhaltiges Radioprogramm liefert.
Man kann z. B.
und vieles mehr.
Auf meinem Blog habe ich diesen Themen eine ganze Kategorie gewidmet.
Wer sich dafür interessiert, sollte mal in Mit dem Ohr am Teleskop stöbern.
Selbst alle großen Raumfahrtagenturen haben die Sonifikation, also die Verklanglichung von Himmelsphänomenen mittlerweile für sich entdeckt.
Sogar der aktuelle Rover auf dem Mars, ja, der mit dem Hubschrauber, hat ein Mikrofon dabei. Hier könnt ihr anhören, was der Rover so hört.
Das liegt ja auch nahe, denn was man nicht sehen kann, z. B. infrarotes Licht, muss auch für Sehende aufbereitet werden. In dem Sinne ist dann die Sonifizierung fast dasselbe. Das kann uns wissbegierigen blinden Astronomen nur recht sein.
Die riesigen Staubwolken, die das Hubble-Teleskop „Die Säulen der Schöpfung“ genannt, entdeckte, sind eine wahre Kinderstube neuer Sternentstehung.
Die optischen Daten wurden verklanglicht und klingen dann so.
Es gibt mittlerweile auch Bilder der Säulen vom JWST, das im infraroten Bereich durch die Staubwolken in die Säulen direkt auf die jungen Sterne blicken kann.
Alles, was für die Augen visualisiert werden muss, ob Infrarot, Röntgenstrahlung oder der ganze Radiobereich, kann auch akustisch aufbereitet werden. Ob ich einer Welle beispielsweise eine Farbe zuordne, oder einen Ton oder Sound, ist fast einerlei.
Podcasts und Sendungen:
Es gibt sie zu den unterschiedlichsten Themen. Podcasts sind Sendungen, die ohne Bilder auskommen müssen, weil sie häufig mobil von unterwegs angehört werden. Was zu beschreiben ist, muss also für alle so erklärt werden, dass man es auch ohne Bildinformation versteht. Das kommt blinden Menschen natürlich sehr zu pass, und ist somit inklusiv.
Welche wichtige Informationsquellen Podcasts für mich mittlerweile geworden sind, beschrieb ich in Podcasts, ein inklusives Tor zu Bildung und Wissen.
Bücher, Bücher, Bücher
Ich stieß Anfang der 90er auf das Hörbuch „Kurze Geschichte der Zeit“ von Steven Hawking. Hierzu gab es auch einen Kinofilm. Interessant ist, dass ich stets gefragt wurde, ob ich die Bücher von Hawking kenne. Allerdings nicht wegen ihrer Inhalte, sondern weil auch Hawking behindert war – wenn auch ganz anders als ich. Ich machte die merkwürdige Erfahrung, dass viele Menschen stets davon ausgehen, alle Behinderten würden sich untereinander kennen – und was noch wichtiger ist: sich gegenseitig ganz lieb haben.
In dieser Zeit wurde die Audioausgabe der Zeitschrift „Spektrum der Wissenschaft“ durch den Deutschen Verein für Blinde und Sehbehinderte in Studium und Beruf herausgegeben, die ich sofort abonnierte und bis heute immer wieder verschlinge.
Ich stieß auf die Bücher und Sendungen von Joachim Ernst Behrendt, der mir erstmals zeigte, dass alles irgendwie Klang ist.
Von Radioaufnahmen von Pulsaren, dem Sonnenwind, und vielem mehr, findet sich alles in seinen Sendungen „Nada Brahma“ und „Das Ohr ist der Weg“.
In der Blindenhörbücherei entdeckte ich – auf ungefähr 20 Kassetten aufgelesen – das Buch „Der Stern, von dem wir leben – Den Geheimnissen der Sonne auf der Spur“ von Rudolf Kippenhahn, dessen Vortrag ich schon erwähnt habe. Mich faszinierte an diesem Buch vor allem, dass alle darin enthaltenen grafischen Elemente zusätzlich mit einer derart ausführlichen Texterklärung versehen waren, wie ich es selten bei anderen Autoren erlebt habe. Es schien fast so, als würde er auch an blinde Menschen denken, die auf derlei Beschreibungen angewiesen sind.
Neben den Roboter-Romanen Isaac Assimovs fesselten mich auch seine populärwissenschaftlichen Werke, z. B. „Explodierende Sonnen“, oder „Die Rückkehr des Halleyschen Kometen“.
Und jetzt kommt der Oberhammer:
1995 erhielt ich mein erstes Vorlesesystem, mit dem man ein Buch einscannen und sich anschließend per Sprachausgabe vorlesen lassen konnte. Dafür opferte ich ein ganzes Studiensemester, in welchem ich täglich viele Stunden vor diesem Gerät verbrachte und manchmal mehrmals wöchentlich Kunde der Stadtbibliothek war. In diesem halben Jahr las ich quasi nur. Es war, als stünde ich am Brunnen des Wassers meines Lebens. Tröpfelte bisher nur wenig Literatur durch unsere Hörbüchereien und noch viel weniger in Blindenschrift zu mir, so ergoss sich nun dieser unerschöpfliche Quell. Ich konnte lesen, was ich wollte. Das war eine Befreiung.
Modelle
Ich lebe genau zur richtigen Zeit am richtigen Ort, um „Inklusion am Himmel“ zu treiben. Die Möglichkeiten des 3D-Druckes, etc. eröffneten mir eine ganz neue Welt. Somit setze ich in meinen Veranstaltungen viele Modelle und taktile Materialien ein, die dann herum gehen, und von allen betastet werden dürfen.
Ein Highlight meines Lebens war in diesem Zusammenhang, dass ich mal mit einem Vortrag und danach mit einem Messestand meine Projekte bei der Jahrestagung der internationalen astronomischen Union in Wien vorstellen durfte. Ihr erinnert euch? Das sind die, die 2006 den Pluto als Planeten heraus geworfen haben…
Auf jeden Fall habe ich darüber einen schönen bebilderten Artikel gemeinsam mit einem Reporter aus Wien geschrieben.
Zum bebilderten Teil des Artikels geht es hier lang.
Dort kommen übrigens auch noch andere blinde Berufsastronom:innen zu Wort. Ja, es gibt sie. Meist wurden die im Laufe ihres Berufslebens blind, und haben einfach weiter gemacht. Man kann ja von der optischen Astronomie in die hörbare Radioastronomie wechseln. Aus den meisten anderen Berufen würde man nach einer Erblindung einfach heraus fallen. So inklusiv ist die Astronomie eben auch.
Astronomie für benachteiligte Kinder
Ganz besonders bei meinen Vorträgen an Brennpunkt-Schulen zeigt sich auch wieder, wie inklusiv Astronomie sein kann. Sie holt die Kinder ab, und soziale Benachteiligungen, Migrationshintergründe und sonstige Einschränkungen haben erst mal Pause.
In meiner Kategorie Inklusion findet ihr zahlreiche Beispiele für sehr inklusive Veranstaltungen.
Abspann
So, liebe Leser:innen, ich denke, damit lassen wir es erst mal für heute bewenden. Ich hoffe, ich konnte euch etwas näher bringen, wieso ich die Astronomie so sehr liebe. Ich hoffe, dass ihr verstanden habt, dass es bei mir so ist:
Außer den Sternenhimmel selbst betrachten zu können, kann nahezu alles, was diese Wissenschaft betrifft, von mir, also Menschen ohne Sehvermögen bewältigt werden.
Nicht jeder Zugang zur Astronomie ist für jeden geeignet, aber ich versichere euch, dass es für jeden mindestens einen Zugang gibt.
So, und jetzt wollt ihr bestimmt noch wissen, wie ihr diesen Newsletter abonnieren könnt.
Da es ein geschlossener Newsletter ist, müsst ihr euch per Mail an
Eberhard Grünzinger e.gruenzinger@gmx.de wenden. Der nimmt euch gerne auf. Und ich kann euch sagen, es ist immer ein sonntägliches Lesevergnügen vor dem schlafen gehen.
