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Folge 3 der Spezial-Serie! Ab jetzt ist es eine Tradition und es gibt zu Beginn neues aus der Forschung. Man hat mehr über die Thorne-Żytkow-Objekte herausgefunden, also hypothetische Strukturen, bei denen sich ein Stern im Inneren eines anderen befindet. Ich habe darüber schon in einer alten Folge erzählt, aber jetzt gibt es Neuigkeiten dazu, wie wahrscheinlich es ist, dass wir so etwas mal in echt finden. Danach erzähle ich ein wenig darüber, wie ich mit Fehlern umgehe, die ich im Podcast mache. Und erzähle auch, was ich abseits des Podcasts so mache, zum Beispiel in meinem Workshops für Wissenschaftskommunikation. Bei den Veranstaltungen gibt es einen dringenden Tipp für Kurzentschlossene: Am 28. April 2026 stellen Evi, Elka und Jana ihr Buch "Auf einen Kaffee im All" in Wien vor und das solltet ihr euch anschauen! Am Ende der Spezialfolge beantworte ich dann noch eine Frage von Stephanie über angebliche "interstellare Tunnel".

Die Folge über Thorne-Żytkow-Objekte gibt es hier. Die aktuelle Forschungsarbeit dazu ist diese hier

Tickets für die Buchpräsentation "Auf einen Kaffee im All" gibt es hier und hier die Infos zur Lesung am 21. Mai in der Thalia in Wien. Den Podcast Cosmic Latte solltet ihr auch hören.

Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch.

Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima".

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TOI-700 d ist ein sehr kryptischer Titel, wenn man nicht weiß worum es geht, aber es ist ein passender Titel für Folge 700 der Sternengeschichten und es ist, wie so oft in der Astronomie, nicht so sehr von Bedeutung, wie etwas offiziell bezeichnet wird, sondern um was es sich dabei handelt und welche Geschichten man darüber erzählen kann. Und über TOI-700 d kann man jede Menge Geschichten erzählen. Es handelt sich um den Planeten eines anderen Sterns; einen Planeten, der bei seiner Entdeckung zuerst falsch eingeschätzt wurde, sich aber dann, nach der Korrektur dieses Fehlers als einer der faszinierensten fremden Welten heraugestellt hat, die wir kennen. TOI-700 d ist ein Planet, der der Erde sehr ähnlich sein könnte und der gleichzeitig vermutlich extrem anders ist.

Aber fangen wir bei dieser Geschichte trotzdem mit dem Namen an. TOI 700 ist der Name eines Sterns. Er hat noch viele andere Bezeichnungen, die aber nur noch sehr viel längere und komplexere Aneinanderreihungen von Zahlen und Buchstaben sind. TOI 700 war die längste Zeit einfach zu unauffällig, um einen "schönen" Namen zu bekommen. Er ist einer der paar hundert Milliarden Sterne in unserer Milchstraße und ohne sehr gute Teleskope nicht zu sehen. Es handelt sich um einen roten Zwergstern in einer Entfernung von etwa 100 Lichtjahren. Er befindet sich dort am Himmel, wo man auch das Sternbild "Schwertfisch" sehen kann, und weil das am Südhimmel ist, kann man TOI 700 von Mitteleuropa aus gar nicht sehen. Der südliche Himmel, inklusive dem Sternbild Schwertfisch war aber auch das Ziel der Beobachtungen von TESS. Das steht für "Transiting Exoplanet Survey Satellite" und ist der Name eines Weltraumteleskops der NASA, das im Jahr 2018 ins All geflogen ist. Es hat sich aber nicht nur auf den Südhimmel konzentriert, sondern sollte mindestens 85 Prozent des gesamten Himmels durchmustern. Natürlich kann ein einziges Teleskop nicht ALLE Sterne beobachten die es gibt, zumindest nicht in einem vernünftigen Zeitraum. TESS sollte sich auf sonnenähnliche Sterne und die weniger hellen Sterne wie die roten Zwerge konzentrieren und von denen auch nur die, die nicht weiter weg als ungefähr 300 Lichtjahre sind. Mit dabei sollten auf jeden Fall die 1000 uns am nächsten gelegenen roten Zwergsterne sein. Zwergsterne, wie TOI 700, der glücklicherweise schon ziemlich am Beginn der TESS-Mission beobachtet wurde.

Daher hat der Stern auch seinen Namen: TOI steht für "TESS Object of Interest", was frei übersetzt bedeutet: "Stern, den TESS beobachtet hat". Und TESS hat diesen Stern nicht nur beobachtet, sondern dort auch etwas gefunden. Oder genauer gesagt: Nicht TESS hat etwas gefunden, sondern die amerikanische Astronomin Emily Gilbert. Oder noch genauer gesagt: Nicht Emily Gilbert alleine, sondern ein großes, internationales Team von Astronominnen und Astronomen. Aber Gilbert war diejenige, die die Arbeit zur Publikation der Entdeckung des Planeten koordiniert hat. Aber noch sind wir bei unserer Geschichte nicht bei der Entdeckung angelangt.

Man darf sich die Entdeckung eines extrasolaren Planeten nicht allzu spektakulär vorstellen. Beziehungsweise ist das eigentlich falsch. Eine ganze Welt zu entdecken, die einen anderen Stern umkreist ist enorm spektakulär. Aber das, was man sich da vielleicht vorstellt, ist nicht das, was in der Realität passiert. Da sind keine Astronominnen und Astronomen, die in kalten Nächten durchs Teleskop schauen und irgendwann begeistert aufspringen, weil sie einen unbekannten Planeten gesehen haben. Das, was da in Wahrheit passiert, läuft zu Beginn meist noch ohne menschliches Zutun ab. In diesem Fall misst TESS die Helligkeit von Sternen und vor allem die Veränderung dieser Helligkeit. Denn wenn so ein Stern von einem Planeten umkreist wird und der sich von uns aus gesehen gerade direkt vor dem Stern vorüber bewegt, blockiert er ein ganz klein wenig von dessen Licht. Der Stern leuchtet kurz schwächer und dieses Absinken der Helligkeit wiederholt sich in regelmäßigen Abständen. Zumindest ist das im Idealfall so, in der Realität sind die Daten nie so exakt und sauber. Es ist nicht immer sofort klar, ob da wirklich eine periodische Helligkeitsänderung ist oder nicht. Hier ist dann der Punkt, wo Menschen ins Spiel kommen. Die Software die die Teleskopdaten auswertet, markiert alle potentiell interessanten Fälle und die müssen sich die Astronominnen und Astronomen dann ansehen.

Und beim Stern TOI 700 hat es sich um einen ganz besonders interessanten Fall gehandelt. 2019 hat TESS dort gleich drei mögliche Planeten gemeldet. Emily Gilbert, damals noch Doktorandin an der Universität Chicago und Mitarbeiterin am TESS Projekt der NASA, hat sich die Daten mit ihren Kolleginnen und Kollegen angesehen. Drei Planeten bei einem Stern sind durchaus spannend, aber auf den ersten Blick haben diese Planeten noch nicht so spektakulär gewirkt, wie sie tatsächlich waren. Bis eine Person aus dem Team, der Astronom Josh Schlieder, gemerkt hat, dass bei der Datenauswertung etwas nicht korrekt gelaufen ist. Die Software hat nicht mit den realen Daten des Sterns gearbeitet, sondern quasi defaultmäßig die Werte für die Sonne eingesetzt. Und das macht einen großen Unterschied! Denn man kann ja die Planeten nicht direkt sehen. Man kann auch nicht direkt herausfinden, wie groß sie sind, und so weiter. Das muss man alles aus dem Helligkeitsabfall des Sterns bestimmen. Um daraus auf die Größe des Planeten schließen zu können, muss man aber natürlich auch wissen wie groß der Stern selbst ist. Wenn ich weiß, wie groß der Stern ist und sehe, um wie viel sein Licht schwächer wird, kann man daraus berechnen, wie viel der Sternfoberfläche der Planet verdeckt und daraus folgt die Größe des Planeten. Die Sonne ist die Sonne. TOI 700 ist aber ein roter Zwerg, der nur circa 42 Prozent des Sonnenradius hat. Oder anders gesagt: Wenn man die Daten der Sonne verwendet anstatt die des roten Zwergs, dann überschätzt man die Größe der Planeten.

Der Fehler wurde aber rechtzeitig entdeckt und auf einmal sind die drei Planeten von TOI 700 enorm interessant geworden. Alle drei waren vergleichsweise klein. Einer war fast so groß wie die Erde, der zweite mit dem 2,6fachen Erdradius größer und der dritte dafür nur ein kleines bisschen größer als die Erde. Alle drei Planeten waren vergleichsweise nahe am Stern. Im Sonnensystem würden sie sich alle weit innerhalb der Merkurbahn befinden und dementsprechend schnell bewegen sie sich auch um ihren Stern herum. Der innerste braucht nur 10 Tage für einen Umlauf, der mittlere Planet schafft eine Runde in 16 Tagen und der äußerste braucht auch nur wenig mehr als 37 Tage. Aber wir dürfen nicht vergessen, dass TOI 700 nicht die Sonne ist, sondern ein roter Zwerg. Seine Leuchtkraft ist sehr, sehr viel geringer als die der Sonne. Wenn ein Planet ausreichend viel Energie abbekommen will, um zumindest theoretisch lebensfreundliche Bedingungen zu bieten, muss er auch sehr viel näher an einen roten Zwerg heranrücken. In diesem Fall hat sich gezeigt, dass der äußerste der drei genau in diesem Bereich liegt. Wir haben also einen Planeten, der nur wenig größer als die Erde ist und sich genau in der richtigen Entfernung von seinem Stern befindet, um lebensfreundliche Temperaturen zu haben.

Aber bevor man sich Gedanken über die genauen Bedingungen machen kann, die dort vielleicht herrschen, muss zuerst einmal sicher sein, dass die Planeten wirklich da sind. In dem Fall hat man Daten eines anderen Weltraumteleskops, dem Spitzer Space Telescope, genutzt, um die Beobachtungen zu bestätigen. Und am 14. August 2020 konnte man dann offiziell verkünden, dass TESS seinen ersten erdgroßen Planeten in der sogenannten habitablen Zone um einen Stern gefunden hat. Die Planeten wurden, wie es üblich ist, der Reihe nach mit Kleinbuchstaben, beginnend mit "b", benannt, nämlich TOI-700 b, TOI-700 c und TOI-700 d. Und 2021 hat man sogar noch einen weiteren gefunden, TOI-700 e. Und TOI-700 d ist genau der, der vielleicht lebensfreundliche Bedingungen bietet. Aber, und das ist sehr wichtig, erdgroß heißt noch nicht erdähnlich. Zuerst man neben der Größe auch noch die Masse des Planeten bestimmen. Die kriegt man nur aus dem Abfall der Sternhelligkeit nicht raus, dafür braucht es zusätzliche Beobachtungen, mit anderen Methoden. Aber auch die wurden gemacht und wir wissen, dass TOI-700 d ungefähr die 2,4fache Erdmasse hat. Daraus folgt sofort, dass die mittlere Dichte des Planeten enorm hoch sein muss. Sie liegt bei circa 8,5 Gramm pro Kubikzentimeter, was sehr viel mehr ist als die 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter mittlere Dichte der Erde. Und die mittlere Dichte der Erde ist schon sehr hoch; kein anderer Planet des Sonnensystems hat mehr als sie. Bei der Erde liegt das am großen Kern aus Eisen und Nickel, der sich im Inneren unseres Planeten befindet. TOI-700 d muss noch mehr Eisen und Nickel haben als die Erde und wo das her kommt, ist noch unklar.

Die Gleichgewichtstemperatur des Planeten liegt bei -4,3 Grad Celsius. Das klingt nicht sehr lebensfreundlich, aber das ist auch nur die Temperatur, die sich rein physikalisch einstellt, wenn man ein Objekt in einem bestimmten Abstand vor eine konkrete Energiequelle setzt. Strahlung geht hin, wird absorbiert und dann wieder abgestrahlt, so lange bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Rechnet man diese Temperatur für den Fall von Sonne und Erde aus, dann ergibt sich ein Wert von -18 Grad Celsius. Zum Glück liegt die Durchschnittstemperatur bei uns aber deutlich höher und der Grund dafür ist, dass etwas dieses Gleichgewicht stört oder besser gesagt, verschiebt. Dieses Etwas ist unsere Atmosphäre und die darin enthaltenen natürlichen Treibhausgase, die für eine zusätzliche Erwärmung sorgen. Wenn wir wissen wollen, wie warm es auf TOI-700 d tatsächlich ist, müssen wir wissen, ob und was für eine Atmosphäre dieser Planet hat.

Wir wissen, dass er eine Atmosphäre haben könnte. Entsprechende Computersimulationen haben gezeigt, dass eine Atmosphäre wie die der Erde dort zumindest länger als eine Milliarde Jahre existieren kann. Das ist nicht selbstverständlich, denn rote Zwerge leuchten zwar schwach, aber sie können trotzdem hinterhältig sein. Die kleinen Sterne haben nämlich üblicherweise eine sehr starke Aktivität, das heißt, sie schleudern sehr viel mehr Partikel und Material aus ihren äußeren Schichten ins All als zB die Sonne. Und das schafft Probleme für die Atmosphäre eines Planeten, die dadurch wie mit einem Sandstrahler abgetragen werden kann, wenn der Planet dem Stern zu nahe ist. Aber TOI 700 scheint ein überraschend braver roter Zwerg zu sein, ohne dramatische Ausbrüche, und der Planet kann eine Atmosphäre halten. Und wenn er das tatsächlich tut, dann dürfte es eine spannende Atmosphäre sein. Denn weil der Planet dem Stern so nahe ist, ist er mit ziemlicher Sicherheit gravitativ gebunden. Die Situation dort ist wie die zwischen Erde und Mond, wo der Mond immer die selbe Seite in Richtung Erde zeigt. Bei TOI-700 d ist also immer eine Hälfte des Planeten und vor allem immer die selbe Hälfte zum Stern gerichtet. Oder anders gesagt: Es gibt eine Hälfte, auf der immer Tag ist und eine, auf der immer Nacht herrscht. Das führt zu Temperaturunterschieden und das beeinflusst die Strömungen der Atmosphäre. Hätte TOI-700 d eine Atmosphäre wie die der Erde, dann würden sich dadurch zum Beispiel alle Wolken auf der hellen Seite sammeln.

Ein Planet im Licht eines roten Zwergs, auf dem es entweder immer Nacht, oder, auf der anderen Seite, ständig bewölkt ist: Das klingt nach einer faszinierenden Welt und man könnte endlos spekulieren, ob sich dort Leben entwickeln kann und wenn ja, wie das dann aussieht. Aber solange wir nicht wissen, ob es da eine Atmosphäre gibt und wie sie zusammengesetzt ist, müssen es reine Spekulationen bleiben. Bis wir die Technik haben, um das herauszufinden, wird es noch ein bisschen dauern. Aber es steht auf jeden Fall jetzt schon fest, dass es sich bei TOI-700 d um eine spektakuläre Welt handelt, egal ob sie der Erde ähnlich ist oder nicht.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PIA23408-Exoplanet-TOI700d-20200106.jpg

"Das Jahr 1898 scheint in den Annalen der Astronomie ein denkwürdiges Jahr zu werden. Es hat nicht nur bereits eine der erfolgreichsten totalen Sonnenfinsternisse erleben dürfen, sondern ein Hamburger Astronom hat auch die Entdeckung eines zweiten Mondes der Erde verkündet!"

So beginnt ein Artikel der am 24. März 1898 in einem amerikanischen Magazin erschienen ist. Die totale Sonnenfinsternis hat am 22. Januar 1898 stattgefunden. Aber was den zweiten Mond der Erde angeht, muss sich der Hamburger Astronom wohl geirrt haben. Denn der einzige Mond der Erde ist der, den wir immer schon hatten und auch jetzt noch haben. Aber die Frage nach diesem zweiten Mond und vor allem der Hamburger Astronom haben die Astronomie des frühen 20. Jahrhunderts noch eine Zeit lang beschäftigt. Es geht um Dr. Georg Wilhelm Waltemath. Er wurde am 24. August 1840 geboren und auch wenn er sich selbst gerne so bezeichnet hat und von diversen Medien immer wieder so bezeichnet wurde: Ein professioneller und wissenschaftlich ausgebildeter Astronom war er nicht. Aber er hat sich für die Astronomie interessiert und insbesondere für die Bewegung des Mondes. Mathematisch exakt zu beschreiben, wie sich der Mond um die Erde und beide um die Sonne bewegen, ist definitiv nicht einfach. Heute können wir das mit sehr genauen Computersimulationen lösen, aber damals konnte man nur rechnen, mit Stift und Papier. Das die Bewegung von mehr als zwei Körpern, die sich wechselseitig gravitativ beeinflussen, mathematisch nicht exakt gelöst werden kann, hat der französische Mathematiker Henri Poincaré erst 1890 bewiesen; aber es gibt natürlich diverse Näherungsmethoden, die aber höchst komplex und schwer anzuwenden sind. Die Geschichte dieser "Mondtheorie", wie man die Berechnung der Mondbahn genannt hat, hebe ich mir aber für eine andere Folge der Sternengeschichten auf, denn da gibt es überraschend viel zu erzählen. Für jetzt reicht es zu wissen, dass gegen des 19. Jahrhundert die beobachteten Positionen des Mondes nicht exakt mit den aus der Mondtheorie abgeleiteten Berechnungen übereingestimmt haben. Und Georg Waltemath fand das interessant. Er ging nicht davon aus, dass man es hier mit ungenauen Berechnungen zu tun hat. Sondern dass da etwas ist, was die Umlaufbahn des Mondes stört und so für die Abweichungen sorgt. Und dieses "etwas" ist ein zweiter Mond.

Aus heutiger Sicht klingt das ein wenig absurd, aber damals ist die Frage nach einem zweiten Erdmond in der Astronomie immer wieder aufgetaucht. Ich habe davon kurz in Folge 364 der Sternengeschichten erzählt, aber heute schauen wir uns das ein wenig genauer an. Schon 1846 hat der französische Astronom und Direktor der Sternwarte von Toulouse, Frédéric Petit, behauptet, einen zweiten Erdmond entdeckt zu haben. Seine Daten waren aber höchst unplausibel; dieser zweite Mond wäre erstens sehr klein gewesen und zweitens hätte er eine Bahn gehabt, die ihn bis auf wenig mehr als 11 Kilometer an die Erdoberfläche heran bringt. Aber immerhin hat es der Mond von Petit zu einem Gastauftritt in Jules Vernes Buch "Reise um den Mond" geschafft. Aber auch wenn niemand die Beobachtung von Petit bestätigt hat und auch kaum jemand in der Astronomie daran geglaubt hat, hat sich der Franzose nicht von der Idee abbringen lassen. Ein paar Jahre später hat er ein weiteres Mal die Existenz eines zweiten Mondes postuliert, diesmal aufgrund der Abweichungen zwischen der beobachteten und berechneten Position des Erdmonds am Himmel. Die Berechnungen waren so unzuverlässig wie beim ersten Mal und der Rest der Astronomie hat seine Arbeit weiterhin nicht ernst genommen. Aber vielleicht ist Georg Waltemath darauf gestoßen; vielleicht hat er die Idee auch unabhängig davon gehabt.

So oder so: Georg Waltemath war überzeugt, dass da ein zweiter Mond sein muss, dessen Einfluss erklärt, warum die Mondbewegung nicht mit den Berechnungen übereinstimmt. Er hat eine Umlaufzeit um die Erde von circa 177 Tagen, einen Durchmesser von 700 Kilometer und ist im Durchschnitt knapp über eine Million Kilometer von der Erde entfernt. 700 Kilometer - das ist nicht so groß wie der Mond den wir kennen, der immerhin einen Durchmesser von knapp 3500 Kilometer hat. Aber es ist auch kein winziger Felsbrocken und man fragt sich, warum niemand diesen zweiten Mond entdeckt hat. Das liegt daran, so Waltemath, dass der zweite Mond Sonnenlicht nur ganz schlecht reflektieren kann. Er ist dunkel und mit freiem Auge nicht zu sehen. Man braucht ein Teleskop und man muss genau wissen, wo man hinschauen muss, um ihn zu finden. Das ist zwar unpraktisch, aber es ist zumindest plausibel. Und es wäre noch viel plausibler gewesen, hätte Waltemath nicht ebenfalls behauptet, er hätte schon diverse Berichte von Leuten erhalten, die den zweiten Mond gesehen haben. Ein gewisser Herr Waller, ein Maler aus München und passenderweise ein Freund von Waltemath, soll den Mond am 16. Februar 1897 gesehen haben, als er direkt vor der Sonne vorüber gezogen ist. Und dann hat auch noch kein geringerer als Herr Postdirektor Ziegler aus Greifswald ein "merkwürdiges Phänomen" beobachtet, am 4. Februar 1898. Über diese Beobachtung wurde sogar ein Bericht in der Fachzeitschrift "Astronomische Nachrichten" veröffentlicht. "In den Mittagsstunden des 4. Februar wurde auf dem hiesigen Postgebäude ein merkwürdiges Phänomen vor der Sonne gesehen", beginnt der Bericht, den der deutsche Astronom Martin Brendel aufgeschrieben hat. Ein dunkler Körper wurde "dicht östlich der Sonne" bemerkt. Brendel merkt außerdem noch an, dass nicht nur der Postdirektor das Phänomen gesehen hat, sondern auch 11 weitere Personen, nämlich einige Familienangehörige und diverse Postbeamte. Aber gut, wenn ein gestandener preussischer Direktor etwas sieht, dann werden seine Untergeben und seine Familie ihm da vermutlich nicht widersprechen…

Waltemath war jedenfalls überzeugt von der Existenz seines zweiten Mondes. Er hatte allerdings Probleme, die Astronomie davon zu überzeugen. Magazine und Zeitungen haben seine Behauptungen gerne gedruckt, wie das von mir zitierte Beispiel zu Beginn dieser Folge zeigt. Aber die Fachwelt war skeptisch. Dabei hat Waltemath extra jede Menge Flugblätter und Schriften gedruckt, um die Wissenschaft zu informieren. Ein Beispiel davon aus dem Jahr 1898 beginnt mit den Worten "Aufruf an die Herren Astronomen und Freunde der Astronomie". Und geht weiter mit "Ein zweiter Mond der Erde. Die säkulare Beschleunigung der Mond-Bewegung in Länge ist bekanntlich um 5 Sekunden grösser, als sie nach der Störungs-Theorie aus den Einwirkungen der Planeten sein sollte und die Versuche, diese Acceleration zu erklären, sind bis jetzt nicht gelungen. Der Unterzeichner ist der Überzeugung, dass ein System kleiner Monde und Meteoriten die Beschleunigung herbeiführen. Thatsächlich ist auch am 11. Juni 1855 von Dr. Ritter, einem Lehrer der Polytechnischen Schule von Hannover, mit bloßem Auge ein runder schwarzer Körper beobachtet worden, der von rechts nach links an der Sonne vorüberging".

Und bald können sich die "Herren Astronomen" sowieso alle selbst von der Existenz des Mondes überzeugen. Denn, so die Berechnungen von Waltemath, am 30. Juli 1898 wird der Mond wieder direkt vor der Sonnenscheibe vorüber ziehen. Und vielleicht ist dem einen oder der anderen aufgefallen, dass in dem Zitat vorhin von einem "System kleiner Monde" die Rede war. Waltemath hatte seiner Meinung nach tatsächlich nicht nur einen zweiten Mond entdeckt, sondern auch noch einen dritten. Der soll mit 750 Kilometern ein wenig größer als der zweite sein, und noch dazu sehr viel näher, nämlich mit einem Abstand von 427250 Kilometern nur wenig weiter als der erste, also der "normale" Mond der Erde. Dieser Mond soll außerdem ein "wahrhafter Wetter- und Magnetmond" sein. Damit mein Waltemath, dass dieser Mond mit seinem Einfluss das Wetter der Erde beeinflusst und auch verantwortlich für diverse Wetterereignisse der Vergangenheit gewesen sein muss.

Nun ja. Am 30. Juli 1898 hat niemand den zweiten Mond gesehen und den dritten auch nicht. Und die Beobachtungen, die Waltemath selbst für seine Hypothese ins Feld führt, sind nicht so überzeugend, wie er vielleicht dachte. So gut wie immer geht es dabei nicht um Beobachtungen die in der Nacht gemacht worden sind, sondern um dunkle Flecken auf der Sonnenscheibe. Nur dass es eben keine Flecken auf der Sonne sind: Man sieht hier den zweiten Mond, wie er von uns aus gesehen gerade direkt vor der Sonne vorüber zieht. Und das ist auch nicht prinzipiell unplausibel. Es ist allerdings sehr schwer, Beobachtungen dieser Art zweifelsfrei zu belegen. Der Postdirektor aus Greifswald zum Beispiel, hat kein Teleskop gehabt. Sondern einfach mit freiem Auge zur Sonne geschaut. Dass das eher ungesund ist, muss ich hoffenlicht nicht extra erklären und dass da die Chancen gut stehen, alle möglichen dunklen Flecken irgendwo zu sehen, obwohl sie gar nicht da sind, ebenso. Das grelle Licht der Sonne ist nicht nur gefährlich für die Augen sondern kann auch alle möglichen optischen Täuschungen erzeugen. Und im Fall von Greifswald wissen wir auch, dass es sich um optische Täuschungen handelt. Denn Waltemath hatte - unter anderem - auch Ivo von Benko kontaktiert, Direktor der Sternwarte in Pola in Kroatien und gemeint, er solle zwischen 2. und 4. Februar die Sonne beobachten, weil da sein Mond vorbei kommen würde. Das hat von Benko auch gemacht, in aller astronomischen Sorgfalt und genau nichts gefunden. Was auch immer der Postdirektor in Greifswald gesehen hat, war mit Sicherheit kein zweiter Mond der Erde. Das hat der Herausgeber der Astronomischen Nachrichten auch mit Vermerk auf die Beobachtungen in Pola am Ende des von mir vorhin zitierten Berichts von Martin Brendel hinzugefügt. Und er merkt auch noch an: "Auf die Waltemath'sche Aufforderung, die wohl den meisten deutschen Sternwarten zugegangen ist, an dieser Stelle näher einzugehen, dürfte sich nicht der Mühe verlohnen, da die Grundlagen seiner Rechnung einer strengeren Kritik nicht Stand zu halten vermögen".

Und das ist aus meiner Sicht auch der relevante Punkt an dieser Geschichte. Es spricht nichts dagegen, neue, originelle, revolutionäre oder vielleicht sogar verrückte Ideen zu haben. Manchmal sind es genau diese Ideen, die die Wissenschaft voranbringen. Den Unterschied zwischen Beobachtung und Berechnung durch den Einfluss eines bis dahin unbekannten zweiten Erdmondes zu erklären, ist prinzipiell ok. Es ist keine unphysikalische Idee, es ist keine unmögliche Situation - die Entdeckung des Planeten Neptun ist ja zum Beispiel genau so abgelaufen, weil man seine Existenz aus Ungereimtheiten bei der Bewegung des Uranus abgeleitet hat. Aber man darf bei einer gute Ideen eben nicht aufhören. Sie muss erstens gut begründet sein und vor allem muss man die Gültigkeit der Idee überprüfen und - das ist der wirklich wichtige Punkt - das Ergebnis dieser Prüfung akzeptieren. Die Idee von Waltemath war für sich genommen nicht schlecht. Sie war außergewöhnlich und vielleicht ein klein wenig verrückt und man hat sie überprüft. Sie hat diese Prüfung nicht überlebt und Waltemath hätte das akzeptieren sollen, was er aber nicht getan hat. Stattdessen war er böse auf die "Herren Astronomen" und das ist leider die falsche Reaktion, zumindest dann, wenn man ernsthaft Wissenschaft betreiben will.

So wie Waltemath auf seiner Theorie beharrt hat, ist auch die Idee des zweiten Mondes geblieben. 1918 hat Walter Gornold behauptet, den zweiten Mond von Waltemath entdeckt zu haben. Gornold war aber kein Astronom sondern Astrologe und er hat den Mond "Lilith" genannt. Lilith, so Gornold, ist ein "dunkler" Mond und die meiste Zeit über unsichtbar. Aber natürlich wichtig für die Astrologie, weswegen dieses nicht-existente Objekt auch heute noch in diversen Horoskopen verwendet wird. 1926 war es ein dann deutscher Hobby-Astronom, ein gewisser Herr Spill, der einen zweiten Mond entdeckt haben wollte. Cuno Hoffmeister, damals Direktor der Sternwarte Sonneberg hat darüber in der Fachzeitschrift "Die Sterne" geschrieben und dabei auf die Thesen von Georg Waltemath verwiesen. Allerdings ohne dessen Namen zu nennen. Er schreibt, dass es vor einigen Jahrzehnten schon jede Menge Trubel mit Behauptungen über einen zweiten Mond gegeben hat, von einem "Dr. W aus Hamburg, dessen Name es nicht wert ist, aus der Vergessenheit gerettet zu werden". Ich hoffe, Cuno Hoffmeister ist nicht allzu böse über diese Folge…

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GeorgWaltemathannouncementofdiscoveryofsecondmoonof_earth.jpg

Beta Cephei gehört zu den helleren Sternen am Himmel. Er ist Teil des Sternbilds Kepheus. In der dazu gehörenden Mythologie war das der König von Äthiopien, Ehemann von Kassiopeia und Vater von Andromeda, die wir auch alle als Sternbilder am Himmel finden. In der Realität hat Beta Cephei nichts mit afrikanischen Königshäusern zu tun, sondern mit einer sehr faszinierenden Art der Sternschwingungen. Aber bevor wir uns anschauen, was es bedeutet, wenn ein Stern schwingt und wie er das noch dazu auf eine faszinierende Art tun kann, bleiben wir noch ein bisschen bei Beta Cephei selbst.

Man kann den Stern leicht mit freiem Auge und ohne optische Hilfsmittel sehen. Er ist, so wie die anderen Sterne des Kepheus von Mitteleuropa aus zirkumpolar. Das bedeutet, dass man ihn das ganze Jahr über sehen kann (aber natürlich nur in der Nacht und wenn es nicht bewölkt ist). Er befindet sich so weit nördlich am Himmel, dass er nicht auf- oder untergeht sondern Nacht für Nacht seine Kreise um den Himmelsnordpol zieht.

Man kann ihn also leicht beobachten und wenn man das mit ausreichend genauen Instrumenten macht, wird man feststellen, dass es sich um ein Doppelsternsystem handelt. Zwei Sterne umkreisen einander alle 81 Jahre und es ist ein interessantes Paar. Der eine ist blauer Unterriese und mehr als siebenmal größer als die Sonne. Seine Masse ist sieben bis zehnmal größer als die unseres Sterns und das bedeutet, dass der Stern auch enorm hell und heiß ist. Er leuchtet circa 20.000 mal heller als die Sonne und hat eine Oberflächentemperatur von um die 23.000 Grad, was sehr viel heißer ist als die gut 6000 Grad der Sonne. Sein Begleiter ist auch ein ordentlicher Brocken, mit circa der fünfachen Sonnenmasse. Die offizielle Bezeichnung für die beiden Sterne lautet Beta Cephei Aa und Beta Cephei Ab und wer sich mit Sternnamen auskennt, wird sich jetzt fragen: Moment, wenn es Aa und Ab gibt, dann muss es da noch mindestens einen Stern mit der Bezeichnung Beta Cephei B geben, sonst macht das keinen Sinn. Und so ist es auch, außen um beiden herum kreist noch ein dritter Stern. Aber der Stern, den man meistens meint, wenn man "Beta Cephei" sagt, ist der helle, heiße blaue Unterriese Beta Cephei Aa. Und "Unterriese" klingt erstens komisch und bedeutet zweitens, dass es sich um einen Stern handelt, der sich schon in Richtung Ende seines Lebens bewegt. Er ist gerade dabei, die letzten Reste des Wasserstoffs in seinem Zentrum zu Helium zu fusionieren und das führt ja - wie ich in einigen anderen Folgen erklärt habe - dazu, dass die Temperatur ansteigt und der Stern sich ein wenig aufbläht. In weiterer Folge kann er dann noch heißer und größer und ein echter Riesenstern werden. Aber so weit ist Beta Cephei noch nicht.

Beta Cephei Aa hat übrigens auch einen "echten" Namen, nämlich Alfirk. Das kommt auf jeden Fall aus dem arabischen und bedeutet möglicherweise "die Herde". Oder vielleicht auch "die zwei Sterne", weil Beta Cephei zusammen mit Alderamin, dem hellsten Stern im Kepheus, so bezeichnet wurde. Aber in dem Fall möchte ich Alfirk sowieso lieber ignorieren und bei "Beta Cephei" bleiben, denn dieser Name ist zur Bezeichnung einer ganzen Klasse von Sternen geworden.

Diese Geschichte beginnt 1902, als der amerikanische Astronom Edwin Brant Frost Beta Cephei beobachtet und eine Radialgeschwindigkeitsvariation entdeckt hat. Die Radialgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit mit der sich ein Stern auf uns zu - oder von uns weg - bewegt. Und wenn es da eine Variation gibt, also eine periodische Veränderung, dann bedeutet dass, der Stern kommt mal auf uns zu, dann wieder von uns weg, dann wieder auf uns zu, und so weiter. Oder anders gesagt: Der Stern wackelt und Frost hat sich gedacht: Aha! Beta Cephei muss in Wahrheit ein Doppelstern sein. Die beiden Sterne müssen sehr nahe beieinander sein, so dass wir das Paar im Teleskop nur als Einzelstern wahrnehmen und weil sie sich umkreisen, wackeln sie hin und her und das verursacht die Veränderung der Radialgeschwindigkeit. Und das ist auch völlig plausibel; genau so hat man schon jede Menge enge Doppelsterne entdeckt. Nur war das Wackeln in diesem Fall überraschend schnell, mit einer Periode von gut 4,5 Stunden. Das bedeutet, dass sich die beiden Sterne mit genau dieser Umlaufzeit umkreisen müssen und das bedeutet, dass sie einander WIRKLICH nahe sein müssen, was bei so großen und hellen Sternen eher unwahrscheinlich ist. Und dass es sich um einen - oder dann halt zwei - große und helle Sterne handeln muss, wusste man damals auch schon.

Als nächster hat sich der deutsche Astronom Paul Guthnick die Sache angesehen. Ab 1911 hat er von der Berliner Sternwarte aus immer wieder Beobachtungen von Beta Cephei angestellt; sich dabei aber nicht auf die Radialgeschwindigkeit konzentriert, sondern auf die Helligkeit. 1913 hat er die Ergebnisse veröffentlicht: Die Leuchtkraft von Beta Cephei schwankt periodisch. Der Stern wird heller und dunkler und das mit einer Periode von ebenfalls circa 4,5 Stunden. Die Helligkeitsveränderung war so schwach, dass Guthnick sie zuerst für einen Messfehler gehalten hat. Aber seine immer genaueren Messungen haben das Resultat bestätigt: Beta Cephei wird heller und dunkler, mit der selben Periode mit der er angeblich auch um seinen Begleiter kreist. Nur dass es diesen Begleiter eben nicht gibt (bzw. schon, wie ich gerade erzählt habe, aber das ist ein völlig anderer Stern, der später entdeckt wurde und nichts mit dem Phänomen der 4,5h-Periode zu tun hat). Der Stern wackelt, ja - aber dieses Wackeln kommt aus ihm selbst. Er pulsiert, er wird größer und kleiner und damit heller und dunkler. Und wenn er größer und kleiner wird, bewegt er sich im Prinzip ja auch auf uns zu und von uns weg; zumindest seine Oberfläche. Es ist also logisch, dass die Radialgeschwindigkeit und die Helligkeit sich mit der gleichen Periode verändern.

Aber warum macht Beta Cephei das? Er macht das durch den selben Mechanismus, durch den auch viele andere Sterne pulsieren und über den ich schon ausführlich in den Folgen 64 und 144 der Sternengeschichten gesprochen habe. Aber weil es wichtig ist, fasse ich das hier noch einmal kurz zusammen. Es geht nämlich um den sogenannten Kappa-Mechanismus und der funktioniert so. Es geht um das Konzept der Opazität, also die Tatsache, dass das Plasma aus dem der Stern besteht, zum Teil undurchlässig für die Strahlung ist, die aus seinem Inneren kommt. Die Opazität hängt im Allgemeinen vom Druck und der Temperatur ab und damit ein Stern pulsieren kann, muss irgendwo im Stern eine Gasschicht existieren, wo die Opazität mit der Temperatur steigt. Dann passiert das folgende: Irgendeine äußere Störung kann diese Schicht komprimieren, sie rückt also näher an das Zentrum des Sterns. Und weil die Region komprimiert wird, steigen dort auch Druck und Temperatur; dadurch steigt die Opazität. Deswegen kann von weiter innen nun weniger Strahlung nach außen kommen. Der Strahlungsdruck unter der Schicht steigt also langsam an und irgendwann beginnt die Schicht, sich dadurch wieder auszudehnen. Sie kühlt dabei ab, der Druck sinkt auch und die Opazität wird wieder geringer. Die darunter angestaute Strahlung entweicht schnell und der dadurch ebenso schnell abnehmende Druck sorgt dafür, dass die Schicht wieder nach unten gedrückt wird und der ganze Zyklus beginnt von neuem. Diesen Prozess nennt man "Kappa-Mechanismus" und er funktioniert immer dann, wenn es im Sterninneren irgendwo diese spezielle Schicht mit der temperaturabhängigen Opazität gibt. Ich lasse die komplexen Details jetzt weg, aber in vielen Sternen ist das dort der Fall, wo es gerade heiß genug ist, um Helium teilweise zu ionisieren, also Elektronen aus der Hülle der Heliumatome zu lösen. Wenn diese Schicht dann noch genau in der richtigen Tiefe liegt, kann der Kappa-Mechanismus starten. Aber Beta Cephei ist ein extrem heißer Stern und viel massereicher als die klassischen variablen Sterne. Natürlich wird auch dort Helium ionisiert, aber schon so nahe unter der Sternoberfläche, dass der Kappa-Mechanismus dort nicht in Schwung kommen kann. Aber WEIL Beta Cephei so heiß ist, kann er auch Eisenatome ionisieren und das schon in einer Tiefe, die genau für den Kappa-Mechanismus klappt. Wie gesagt, ich lasse die komplexen Details aus, aber der Kappa-Mechanismus funktioniert immer dann gut, wenn ausreichend viele ionisierte Atome in der Schicht vorhanden sind. Ob und wie das klappt, hängt davon ab, wie und welche Mengen an Atomen in welcher Tiefe existieren und wie sich die Temperatur mit der Tiefe ändert. Bei manchen Sternen passt die Kombination nirgendwo und das sind dann Sterne wie unsere Sonne, die nicht regelmäßig pulsieren. Bei ihnen sind die entsprechenden Schichten zu tief im Stern, wo die Pulsationen extrem langsam laufen oder zu nahe an der Oberfläche, wo die Pulsation quasi verpuffen. Aber bei manchen Sternen passt es und bei Beta Cephei findet die Ionisierung der Eisenatome gerade in der richtigen Tiefe statt.

Wie schnell so ein Stern dann genau pulsiert, hängt, vereinfacht gesagt, von seinen bevorzugten Eigenschwingungen ab. Es ist ein wenig bei einer Glocke. Eine große Kirchenglocke schwingt langsam und erzeugt einen tiefen Ton. Eine kleine Glocke erzeugt einen höheren Ton mit einer kürzeren Periode. Und Beta Cephei ist zwar ein großer Stern, entspricht aber in diesem Bild einer kleinen Glocke. Er pulsiert daher sehr schnell, mit der schon erwähnten Periode von 4,5 Stunden. Klassische Veränderliche Sterne pulsieren mit einer Periode von einigen Tagen bis Monaten.

Im Laufe der Jahre hat man noch ein paar andere Sterne gefunden, die auf die gleiche schnelle Weise pulsieren und ihre Helligkeit verändern wie es Beta Cephei tut. In den 1960er Jahren kannte man schon 41 und Ende der 1990er Jahre waren es 59, plus 79 mögliche Kandidaten. Ein Katalog aus dem Jahr 2005 enthält 93 Sterne dieser Art, plus 77 weitere Kandidaten. Sie alle gehören zur Klasse der Beta-Cephei-Sterne, wie diese Gruppe der veränderlichen Sterne mittlerweile offiziell heißt.

Sie sind nicht häufig, weil die großen und hellen Sterne, die es braucht um ein Beta-Cephei-Stern zu werden, selten sind. Aber sie sind wichtig, weil wir mit ihnen besser verstehen können, wie diese selten Sterne funktionieren und was in ihrem Inneren passiert. Die großen Sterne sind es ja auch, die als Supernova explodieren und den Rest des Universums mit den vielen chemischen Elementen anreichern, die sie zuvor in ihrem Inneren erzeugt haben. Sie sind die Vorläufer von schwarzen Löchern und Neutronensternen und wenn wir ihre Pulsationen beobachten und verstehen, dann lernen wir auch, was in ihnen passiert. Beta-Cephei-Sterne und ihre Eisen-Schwingungen erlauben uns einen wunderbaren Blick auf und vor allem in die massereichen Sterne.

Und Beta Cephei selbst, der Namensgeber und Prototyp dieser Klasse, wird in Zukunft noch aus einem weiteren Grund prominent werden. Ab dem Jahr 5200 und bis circa zum Jahr 7500 wird er dem Himmelsnordpol so nahe sein wie kein anderer Stern. Oder genauer gesagt: Beta Cephei und der fast gleichhelle Stern Iota Cephei werden beide dem Himmelsnordpol fast gleich nahe sein. Da, wo sich jetzt am Himmel der Polarstern befindet, wird der Punkt auf den die Rotationsachse der Erde dann zeigt, von zwei gleich hellen Sternen eingerahmt und einer davon ist Beta Cephei.

„Mit dem gleichen klaren und kritischen Blick, mit dem [der aufgeklärte moderne wissenschaftliche Mensch] die Fakten prüft und beurteilt, erblickt und erkennt er das Werk der schöpferischen Allmacht, deren Tugend, angeregt durch das mächtige ‚Fiat‘, das vor Milliarden von Jahren vom Schöpfergeist ausgesprochen wurde, sich im Universum entfaltete, der mit einer großzügigen Geste der Liebe die überbordende Energiematerie ins Leben ruft. Es scheint wirklich, dass es der heutigen Wissenschaft, die plötzlich Millionen von Jahrhunderten zurückgreift, gelungen ist, Zeuge dieses ursprünglichen ‚Fiat Lux‘ zu werden, als aus dem Nichts ein Meer aus Licht und Strahlung mit Materie hervorbrach, während die Teilchen chemischer Elemente sich spalteten und wieder vereinten in Millionen von Galaxien.“

Das hat Papst Pius XII im Jahr 1951 bei einer Tagung der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften über die Frage der Entstehung des Universums gesagt. Das, was da der "Wissenschaft gelungen" ist, war die Arbeit eines belgischen Forschers, der gleichzeitig auch Priester war und dieser Priester war gar nicht erfreut darüber, dass seine Arbeit auf diese Weise in den Dienst der Religion gestellt worden ist. Es geht in dieser Folge um Georges Lemaître, der als erster eine Idee formuliert hat, die wir heute als "Urknall" bezeichnen und maßgeblich dazu beigetragen hat, unser modernes Bild von der Entstehung und Entwicklung des Universums zu formen. Meistens hört man über ihn nur, dass er sich mit der Arbeit von Albert Einstein beschäftigt hat, dass er behauptet hat, dass das Universum nicht immer schon existiert sondern einen Anfang in der Zeit hat und man weist natürlich darauf hin, dass er Priester war und dass es schon ein wenig seltsam ist, wenn gerade ein Priester mit so einem "Schöpfungsakt" daher kommt. Und es stimmt, dass Georges Lemaître ein Priester war. Er war aber vor allem auch ein ausgebildeter und seriöser Wissenschaftler und seine Idee vom Anfang des Universums hat so gar nichts mit Religion zu tun.

Lemaître ist am 17. Juli 1894 geboren worden, in der belgischen Stadt Charleroi. Er hat sich schon als Jugendlicher sowohl für die Wissenschaft, als auch für Religion interessiert. Er wurde in einer Schule der Jesuiten ausgebildet und wollte eigentlich direkt danach Priester werden. Sein Vater konnte ihn aber überzeugen, zuerst noch ein Studium der Ingenieurswissenschaft zu absolvieren; etwas, das man im Belgien der damaligen Zeit und dem dort intensiv betriebenen Bergbau gut brauchen konnte. Dieses Studium wurde aber vom Ausbruch des ersten Weltkriegs unterbrochen und Lemaître hat sich freiwillig zur Armee gemeldet, um Belgien gegen den Angriff von Deutschland zu verteidigen. Nach dem Krieg hat Lemaître sein Studium wieder aufgenommen, ist aber von den Ingenieurswissenschaften zu Physik und Mathematik gewechselt. 1920 hat er sein Doktorat an der Universität Löwen bekommen; zwischenzeitlich hat sich Lemaître auch im Priesterseminar eingeschrieben und wurde 1923 zum Priester geweiht. Und im Priesterseminar ist er auch das erste Mal mit der Relativitätstheorie von Albert Einstein in Kontakt gekommen. Die war damals noch recht frisch; vor allem die Allgemeine Relativitätstheorie, die sich mit dem Zusammenhang zwischen Raum, Zeit und Gravitation beschäftigt. Albert Einstein hat sie 1915 veröffentlicht, aber so richtig prominent ist die Theorie erst 1919 geworden, als der britische Astronom Arthur Eddington den Effekt der Raumkrümmung durch Massen bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis auch einwandfrei nachweisen konnte.

Ich habe in diversen anderen Folgen der Sternengeschichten schon davon erzählt, aber Einsteins Theorie kann man ja nicht nur dazu verwenden, das Verhalten von Massen zu beschreiben, die den Raum krümmen und sich dann durch diesen gekrümmten Raum bewegen. Sondern auch dazu, dass Universum in seiner Gesamtheit zu beschreiben. Einstein und die meisten anderen Wissenschaftler sind damals davon ausgegangen, dass das Universum statisch und unendlich ist. Das soll heißen: Es hat keinen Anfang und kein Ende; es war immer schon da und wird auch immer da sein und es verändert sich nicht. Das Problem: Einsteins eigene Gleichungen waren nicht in der Lage, dieses Verhalten auch zu beschreiben. Wenn man sie entsprechend gelöst hat, war das Ergebnis immer ein Universum, dass sich verändert; ein Universum, dass sich ausdehnt oder kollabiert. Deswegen hat Einstein seine berühmte kosmologische Konstante eingeführt, von der ich in Folge 249 ausführlich erzählt habe. Nur mit dieser Korrektur konnte er ein Universum so beschreiben, wie er sich das vorgestellt hat. Lemaître hat die Gleichungen von Einstein ebenfalls ausführlich untersucht und konnte schon 1922 zeigen, dass die kosmologische Konstante keine reine Korrektur ist, sondern tatsächlich direkt aus Einsteins Gleichungen folgt. Das war aber erst der Anfang. Lemaître hat weiter geforscht, ist auch in die USA gereist um dort mit Leuten wie Vesto Slipher zu sprechen, die die fernen "Nebel" beobachtet haben, von denen man damals noch nicht wusste, dass es noch viel weiter entfernte Galaxien sind. Das konnte erst Edwin Hubble mit seinen heute berühmten Beobachtungen nachweisen, die er 1925 bei einer Konferenz vorgestellt hat; im Publikum saß auch Lemaître. Die Frage nach dem Universum selbst war aber immer noch offen. Einstein selbst hat seine Lösung favorisiert, bei der das Universum statisch ist, beziehungsweise dass durch die Kraft der von ihm eingeführten kosmologischen Konstante statisch gehalten wird. Vereinfacht gesagt: Das Universum will eigentlich in sich zusammenfallen. Aber weil da eben diese abstoßende Kraft ist, die die Konstante beschreibt, gleicht sich alles aus und alles bleibt wie es ist. Es gab aber auch noch eine andere Lösung, nämlich die des niederländischen Astronomen Willem de Sitter. Er hat ein Universum beschrieben, das ebenfalls statisch ist, aber bei dem Lichtwellen, die aus großer Entfernung zu uns kommen, in Richtung der Farbe Rot verschoben sind. Das war auch genau das, was Edwin Hubble und seine Kollegen beobachtet haben: Das Licht ferner Galaxien ist tatsächlich rotverschoben. Das Universum von de Sitter war allerdings nur ein mathematisches Konstrukt; seine Lösung funktioniert nur, wenn es sich um ein Universum handelt, das keine Materie enthält.

Georges Lemaître hat über all das nachgedacht. Er hat sich mit all diesen Lösungen beschäftigt; hat die Beobachtungsdaten von Slipher, Hubble & Co gesammelt und dann 1927 eine Arbeit geschrieben, mit dem Titel "Über ein homogenes, expandierendes Universum mit konstanter Masse". Darin beschreibt er, basierend auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, einen Kosmos, der sich ausdehnt und in dem das Licht der fernen Galaxien deswegen rotverschoben ist, um so stärker, je weiter sie entfernt sind. Diese Lösung der Einsteinschen Gleichungen war nicht neu; der russische Physiker Alexander Friedman hat sie schon 1922 gefunden. Aber davon wusste Lemaître nichts; die Arbeit von Friedmann ist generell ziemlich ignoriert wurden und das selbe Schicksal hat auch die Arbeit von Lemaître ereilt. Die Wissenschaft war offensichtlich noch nicht bereit für ein expandierendes Universum. Im Oktober 1927 fand eine große wissenschaftliche Konferenz in Belgien statt, bei der auch Einstein eingeladen war. Lemaître nicht, aber er konnte die Gelegenheit trotzdem nutzen, um mit ihm über seine Arbeit zu besprechen. Einstein war durchaus beeindruckt von der Mathematik. Aber nicht von der Physik. Er wollte nur ein Universum, in dem die kosmologische Konstante den Wert hat, den sie braucht, damit das Universum statisch bleibt und keinen Wert, mit dem es expandiert. "Ihre Mathematik ist korrekt, aber ihre Physik ist grauenhaft", soll Einstein zu Lemaître gesagt haben. Sowohl von der Mathematik als auch der Physik höchst beeindruckt war Arthur Eddington, der sich auch dafür eingesetzt hat, dass die Arbeit von Lemaître auf englisch übersetzt und in einer englischen Fachzeitschrift veröffentlicht wird. Diese Version wurde dann 1931 veröffentlicht; Lemaître hat davor aber noch die Berechnungen gestrichen, die eine Expansion des Universums beschreiben. Später hat er gesagt, er habe das deswegen getan, weil mittlerweile die beeindruckenden Beobachtungsdaten von Edwin Hubble vorhanden waren, die ja gezeigt haben, dass das Universum expandiert.

Auf jeden Fall war die Idee des expandierenden Universums nun in der Welt, auch wenn viele Forschende immer noch nicht überzeugt waren, dass sich das Universum wirklich ausdehnt. Denn wenn es immer größer wird, muss es in der Vergangenheit ja kleiner gewesen sein und irgendwann muss es dann doch einen Anfang gehabt haben? Arthur Eddington hat das so formuliert: "Philosophisch gesehen ist mir der Gedanke an einen Anfang der gegenwärtigen Weltordnung zuwider". Und genau mit diesem Satz beginnt auch ein wissenschaftlicher Aufsatz, den Georges Lemaître am 9. Mai 1931 veröffentlicht hat. Er trägt den Titel "Der Anfang der Welt aus dem Blickwinkel der Quantenmechanik" und obwohl er nur sehr kurz ist, finden sich darin ein paar sehr beeindruckende Gedanken. Der erste davon steckt schon im Wort "Quantenmechanik". Heute ist es für uns ganz normal, dass Kosmologie und Quantenmechanik zusammenhängen. Ok, vermutlich ist das für die meisten nicht normal, aber für die, die auf diesem Gebiet arbeiten, ist es das. Wir müssen auch über das allerkleinste Bescheid wissen, wenn wir verstehen wollen, wie das Universum funktioniert. Wir müssen die subatomaren Kräfte verstehen, wenn wir wissen wollen, wie sich das Universum entwickelt hat, und so weiter. Aber damals war das definitiv kein normaler Gedanke. Die Quantenmechanik war in den 1930er Jahren selbst noch jung, gerade in der Entstehung begriffen und noch längst nicht fertig entwickelt. Trotzdem hat Lemaître vermutet, dass die Entstehung des Universums mit der Quantenmechanik zu tun hat. Nachdem er den Satz von Eddington in der Einleitung zitiert, stellt er fest, dass die - laut Quantenmechanik - die Energie konstant und in diskreten Quanten verteilt ist. Genau das ist ja die Grundidee der Quantenmechanik: Energie kann es nur in bestimmten, kleinstmöglichen Energiepaketen geben. Er stellt außerdem fest, dass die Anzahl dieser Energiepakete im Laufe der Zeit immer größer wird. Am Anfang des Universums muss die gesamte Energie des Universums in einem einzigen Energiepaket gesammelt gewesen sein, quasi einem enormen riesigen Universumsquant oder, wie es später bezeichnet worden ist, einem "Uratom". Auch damals wusste man schon, dass es instabile Atome gibt, die im Laufe der Zeit in leichtere Atome zerfallen. Das ist das, was wir als Radioaktivität kennen und Lemaître hat sich gedacht, dass genau das passiert ist, als das Universum entstanden ist. Am Anfang war dieses Uratom, mit aller Energie, die es gibt und das ist zerfallen, in immer leichtere Atome, bis so die Materie entstanden ist, die wir heute sehen. Er stellt außerdem noch fest, dass Begriffe wie "Raum" und "Zeit" auf Quantenebene keine Bedeutung haben und erst relevant geworden sind, nachdem das Uratom mit seinem Zerfall begonnen hat. Das Uratom selbst war quasi zeitlos und es macht keinen Sinn, sich zu fragen, was davor war. Lemaître hat später auch postuliert, dass beim Zerfall des Uratoms Strahlung freigeworden sein muss, so wie es auch jetzt beim radioaktiven Zerfall passiert. Diese Strahlung könnte man vielleicht heute noch nachweisen und Lemaître hat vermutet, dass die - damals ebenfalls noch quasi frisch entdeckte - kosmische Strahlung über die ich in Folge 317 mehr erzählt habe, genau diese Strahlung des Zerfalls vom Anfang des Universums ist.

In seiner kurzen Notiz schreibt er auch noch, dass es schwierig ist, das alles konkret mathematisch zu formulieren, weil man noch zu wenig über die Quantenmechanik weiß, aber dass er hofft, dass das in Zukunft anders sein wird.

Mittlerweile wissen wir, dass es mit dem Urknall ein bisschen anders war, als Lemaître sich das vorgestellt hat. Aber im Prinzip hat er recht gehabt. Am Anfang war die gesamte Energie des Universums in einer unvorstellbar kleinen Region konzentriert und daraus hat sich alles andere entwickelt. Lemaître war der erste, der so eine konkrete Idee vom Anfang entwickelt hat; er war der erste, der sich einen "Urknall" im modernen Sinn vorgestellt hat.

Was er nicht im Sinn gehabt hat, war die Rechtfertigung der biblischen Schöpfung durch wissenschaftliche Mittel. Er war zwar Priester, aber er hat auch darauf hingewiesen, dass man die Bibel nicht wörtlich verstehen kann; dass man sowohl an einen Gott glauben, als auch Wissenschaft betreiben kann, die beiden Themen aber nicht vermischen sollte. Deswegen war er auch so konsterniert, als der Papst seine Arbeit als Rechtfertigung der göttlichen Schöpfung erwähnt hat und er hat ihn danach extra in einem persönlichen Gespräch gebeten, in Zukunft so etwas zu unterlassen.

Lemaître hat noch weitere wichtige Arbeiten auf dem Gebiet der Kosmologie geleistet und er hat, kurz vor seinem Tod im Juni 1966 noch miterlebt, wie die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt wurde. Das war nicht die Art von Strahlung, die aus dem Zerfall seines "Uratoms" stammt - aber es war der erste konkrete Beobachtungshinweis darauf, dass das Univerums tatsächlich bei einem Urknall in der Vergangenheit entstanden sein muss. Ich möchte diese Folge mit den Worten beenden, mit denen Lemaître auch seine Arbeit über die Entstehung des Universums beendet hat:

"Wir verstehen unsere Welt heute als eine Welt, in der die Dinge wirklich passieren; die ganze Geschichte des Universums muss im ersten Quantum nicht so aufgeschrieben gewesen sein, wie Musik auf einem Phonographen. Die ganze Materie der Welt muss am Anfang vorhanden gewesen sein, aber die Geschichte, die sie zu erzählen hat, ist Schritt für Schritt geschrieben worden."