Dieser Film nimmt Sie mit auf eine Reise…
...auf einer Reise durch Raum und Zeit.
Ich möchte Ihnen die Geschichte eines Instruments erzählen, das unsere Wahrnehmung vom Himmel gewaltig verbessert
und unser Bild vom Universum geschärft hat,
indem es immer tiefer zu den äußersten Grenzen von Raum und Zeit vordringt.
ESA PRÄSENTIERT
Hubble – 15 Jahre auf Entdeckungsreise
DIE GESCHICHTE VON HUBBLE
Uns ist das Funkeln des Sternenlichts am Nachthimmel sehr vertraut.
Es ist Licht, das gewaltige Entfernungen zurückgelegt hat,
bevor es uns erreicht. Aber die Sterne selbst flackern nicht…
Das Universum ist ziemlich durchsichtig.
Das Licht von entfernten Sternen und Galaxien kann Tausende,
Millionen, ja sogar Milliarden von Jahren unverändert durch den Weltraum reisen.
Aber dann, in den letzten paar Mikrosekunden bevor das Licht unsere Augen erreicht,
wird uns das präzise Bild dieser Sternen und Galaxien entrissen,
da das Licht unsere Atmosphäre durchläuft. Die sich stets ändernden Luftschichten, Wasserdampf und Staub,
verschmieren die kosmischen Details.
Deshalb verlangten viele Astronomen auf der ganzen Welt nach einem Observatorium im Weltraum.
Schon 1923 regte der berühmte deutsche Raketenforscher Hermann Oberth ein Weltraumteleskop an.
Es dauerte jedoch Jahrzehnte, bis die Technologie den Traum ermöglichte.
Der Amerikaner Lyman Spitzer schlug 1946 einen realistischeren Plan für ein Weltraumteleskop vor.
Von einer Position im Weltraum oberhalb der Erdatmosphäre, könnte ein Teleskop das ursprüngliche Licht von Sternen,
Galaxien und anderen Objekten rechtzeitig aufnehmen, bevor es von der Luft, die wir atmen, verzerrt wird.
Das Ergebnis: viel schärfere Bilder als sogar die größten Teleskope auf der Erde zu Stande bringen können;
Bilder, die in der Schärfe nur durch die Qualität der Optik begrenzt sind.
In den 70er Jahren, begannen die NASA - die National Aeronautics and Space Administration - und die ESA
- die European Space Agency – gemeinsam mit dem Entwurf und Bau eines Teleskops, welches das Hubble Space Teleskop werden sollte.
Der Name ehrt Edwin Powell Hubble – den Begründer der modernen Kosmologie, der in den 20er Jahren des letzten
Jahrhunderts gezeigt hat, dass nicht alles, was wir am Himmel sehen, innerhalb der Milchstraße liegt.
Stattdessen erstreckt sich der Kosmos weit darüber hinaus.
Hubbles Arbeit änderte unsere Auffassung vom Platz der Menschheit im Universum für immer und so gibt es keine bessere Wahl,
als das wohl beste Teleskop aller Zeiten nach Edwin Hubble zu benennen.
Nach zwei Jahrzehnten engagierter Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern,
Ingenieuren und Herstellern aus vielen Ländern wurde Hubble schließlich fertig gestellt.
Am 24. April 1990 starteten fünf Astronauten an Bord des Space Shuttles Discovery eine Reise,
die unsere Sichtweise des Universum für immer ändern sollte! Sie setzten das zukunftsweisende Weltraumteleskop
in einer Umlaufbahn aus - ungefähr 600 km über der Erdoberfläche.
Auf der Erde warteten die Astronomen ungeduldig auf die ersten Ergebnisse.
Jedoch weniger als zwei Monate später war klar, dass Hubble nicht scharf genug sehen konnte.
Der Teleskopspiegel hatte einen schwerwiegenden Fehler…
Ein Defekt in der Form des Spiegels hinderte Hubble, scharfe Bilder aufzunehmen.
Der Spiegelrand war zu flach, zwar nur um ein Fünfzigstel der Dicke eines Menschenhaares,
jedoch um sein Ziel zu erreichen, musste jedes Detail von Hubble völlig korrekt sein…
Die Enttäuschung war riesengroß. Nicht nur unter Astronomen,
sondern auch bei den amerikanischen und europäischen Steuerzahlern…
In den darauf folgenden Jahren arbeiteten Wissenschafter und Ingenieure der NASA und ESA zusammen,
um ein Korrektursystem für die Optik zu entwerfen und zu bauen,
welches sie COSTAR nannten,
Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement.
Die Verantwortlichen hatten nun eine andere schwierige Entscheidung zu fällen:
Welches wissenschaftliche Instrument sollte von Hubble entfernt werden,
damit COSTAR untergebracht werden konnte?
Sie wählten schließlich das High Speed Photometer aus.
Hubbles erste Servicemission im Jahre 1993 ist ein Höhepunkt in der Geschichte der bemannten Raumfahrt.
Sie erregte die Aufmerksamkeit von Astronomen
und der Öffentlichkeit in einem so hohen Maße,
wie es seither keine Space Shuttle Mission mehr wiederholen konnte.
Die Mission war akribisch genau geplant und hervorragend durchgeführt, somit in allen Punkten ein Erfolg.
COSTAR korrigierte Hubbles Sehkraft besser als man je zu hoffen wagte.
Als die ersten Bilder nach der Reparatur auf den Computerbildschirmen zu sehen waren,
war sofort klar, dass die von den Astronauten installierte Optik
Hubbles Kurzsichtigkeit vollkommen korrigiert hatte. Hubble konnte seine Tätigkeit aufnehmen!
Das war das erste Mal, dass ein Space Shuttle Hubble besuchte.
Das Teleskop war so konstruiert worden, dass es stetig verbessert werden konnte, um neue Möglichkeiten zu eröffnen.
Sobald fortschrittlichere Instrumente, elektrische oder mechanische Komponenten zur Verfügung standen, konnten diese installiert werden.
Genauso wie ein Auto Wartungsarbeiten benötigt, braucht auch Hubble zusätzlich von Zeit zu Zeit einen Service.
Ingenieure und Wissenschaftler senden in gewissen Abständen ein Shuttle zu Hubble, damit Astronauten es verbessern können.
Sie verwenden, Schraubenschlüssel, Schraubenzieher and elektrische Geräte, genau wie ... Mechaniker bei Ihrem Auto.
Bis jetzt gab es vier Servicemissionen – 1993, ..97, ..99 und 2002 –, die alle von Astronauten übernommen wurden,
die mit Space Shuttles der NASA ins Weltall gebracht wurden. Die nächste sollte 2005 stattfinden,
wurde aber leider wegen des tragischen Columbiaunglücks abgesagt.
Hubbles Zukunft ist ungewiss.
Es war ursprünglich für einen fünfzehnjährigen Betrieb entwickelt worden, jedoch seine Lebenserwartung wurde nun auf 20 Jahre erhöht.
Hubble verhilft den Astronomen immer noch zu den besten Ergebnissen.
Hubbles bedeutender Auftrag wird schließlich zu Ende gehen.
Eine unbemannte Sonde wird sich im Orbit mit Hubble verbinden und andocken.
Nachdem der Roboter Hubble verlassen hat, wird er ein Raketenmodul hinterlassen,
damit nach weiteren Jahren produktiver Beobachtungen Ingenieure von der Erde aus diese Raketen verwenden können,
um Hubbles endgültigen Abstieg in die Atmosphäre und zu einer friedlichen Ruhestätte
im Ozean kontrollieren zu können.
Jedoch wird die Pensionierung des Hubble Space Teleskops
nicht das Ende unseres einzigartigen Blicks in das Universum bedeuten. Sie wird eher einen Neuanfang,
ein Zeitalter von noch erstaunlicheren Entdeckungen und Bildern aus dem Weltall kennzeichnen.
Hubble hat bereits einen Nachfolger.
Das James Webb Space Telescope wird im zur Zeit entwickelt und könnte schon 2011 gestartet werden.
Sobald dieser Tag gekommen ist, hoffen die Wissenschafter mit dem James Webb Space Telescope
noch mehr in unserem faszinierenden Weltall zu entdecken und zu verstehen.
HUBBLE IM DETAIL
Hubble ist ein weltraumbasiertes Teleskop, das die Erde in einer Entfernung von fast 600 km umrundet,
gut platziert über unserer bild-verzerrenden Atmosphäre und erreichbar für Reparaturen und neue Instrumente.
Es benötigt ungefähr 97 Minuten für eine Erdumrundung.
Es wurde entwickelt, um hoch-auflösende Bilder und genaue Spektren aufzunehmen.
Bei der Bündelung von Sternenlicht können schärfere Bilder als auf der Erde erzielt werden, wo das atmosphärische ‘Flackern’ der Sterne die Auflösung begrenzt.
Um so viel Licht wie möglich von den zu untersuchenden, schwachen Objekten zu sammeln,
benötigt jedes Teleskop den größtmöglichen Spiegel.
Trotz der relativ bescheidenen Spiegelgröße Hubbles von 2.4 Metern,
kann es ohne weiteres mit erdgebundenen Teleskopen verglichen werden, deren Spiegel 10- oder 20-mal größer sind.
Hubble ist ein großer Satellit,
ungefähr 16 Meter lang, vergleichbar mit der Größe eines kleinen Busses.
Es ist auch eines der Kompliziertesten technologischen Systeme, die je gebaut wurden.
Es beinhaltet mehr als 3000 Sensoren, die permanent Temperatur,
Strom und andere Parameter auslesen, damit die Techniker auf der Erde alles unter Kontrolle haben.
Die Beobachtungszeit von Hubble ist sehr wertvoll.
Die Nachfrage von Astronomen auf der ganzen Welt nach Beobachtungszeit überstiegt die verfügbare Zeit bei Weitem.
Es ist keine leichte Aufgabe, Hubble 24 Stunden pro Tag und 7 Tage pro Woche einsatzbereit zu halten.
Keine einzige Sekunde darf verloren gehen und alle Aufgaben – sowohl Beobachtungen als auch ‘Haushaltsarbeiten’,
wie Repositionierung des Teleskops oder Laden neuer Beobachtungszeitpläne – sind präzise geplant.
Für Astronomen sind die wissenschaftlichen Instrumente die wichtigsten Komponenten von Hubble.
Es gibt zwei Gruppen von Instrumenten in Hubble, , hier und hier.
Die Instrumente dienen verschiedenen Zwecken – einige machen Bilder,
...andere spalten das Licht der Sterne und Galaxien auf und formen ein regenbogenähnliches Spektrum.
Hubbles einzigartig günstige Position im Weltall macht es möglich, infrarotes und ultraviolettes Licht aufzunehmen,
welches sonst von der Atmosphäre weggefiltert wird, bevor es die Teleskope auf der Erde erreicht.
Diese Bereiche des Lichts enthüllen Eigenschaften von Himmelsobjekten, die sonst vor uns verborgen blieben.
Einige Instrumente, wie die ACS – Advanced Camera for Surveys – eignen sich besonders für Beobachtungen im ultravioletten Bereich,
andere, wie NICMOS – Near Infrared Camera and Multi-object Spectrograph – sind spezialisiert auf Beobachtungen im infraroten Bereich.
Verschiedene mechanische und elektrische Komponenten sorgen dafür, dass Hubble funktioniert.
Die Solarzellen an der Seite von Hubble wandeln Sonnenlicht in Elektrizität um und liefern so den Strom.
Kreisel, spezielle Kameras und Schwungräder halten Hubble stabil und richtig positioniert – nicht zu nahe bei Sonne,
Mond oder Erde, da diese die lichtempfindlichen Instrumente zerstören würden
und genau ausgerichtet auf die Objekte, welche für Stunden anvisiert werden.
Hubble hat mehrere seitlich montierte Kommunikationsantennen, die dazu verwendet werden,
Beobachtungen und andere Daten zur Erde zu schicken.
Hubble sendet seine Daten zuerst zu einem Satelliten des Tracking and Data Relay Satellite Systems,
der dann das Signal zur Bodenstation nach White Sands, New Mexico, weitersendet.
Die Beobachtungen werden von der NASA aus den USA nach Europa gesendet, wo sie in einem riesigen Datenarchiv in München gespeichert werden.
Eine einzige Nation allein könnte so ein gewaltiges Projekt nicht übernehmen.
Hubble ist seit seiner Anfangsphase
eine wichtige Zusammenarbeit zwischen NASA und ESA, der Europäischen Weltraumbehörde.
Hubble ist von allergrößter Bedeutung für die europäische Astronomie.
Europäischen Astronomen wird 15% der Beobachtungszeit von Hubble garantiert.
Daraus ergaben sich mehrere Tausend Veröffentlichungen im Laufe der Jahre.
Zwei Gruppen von europäischen Spezialisten arbeiten mit Hubble.
Im Moment sind 15 Angestellte der ESA am Space Telescope Science Institute in den USA
und 20 weitere bei der Space Telescope-European Coordinating Facility in München beschäftigt.
GESCHICHTEN VON PLANETEN
Es gibt keine Grenzen im Weltall.
In diesem gewaltigen Universum sind unsere nächsten Nachbarn die Objekte innerhalb des Sonnensystems.
Wir haben dieselbe Herkunft und dasselbe Schicksal …
Unser Sonnensystem wurde vor ungefähr viereinhalb Milliarden Jahren aus einer riesengroßen Gaswolke geformt.
Ironischerweise könnte die gewaltige Kraft der thermonuklearen Druckwelle eines in der Nähe explodierten Sterns
die direkte Ursache für unsere Schöpfung gewesen sein…
Die enorme Kraft der Druckwelle könnte das labile Gleichgewicht der ursprünglichen Gaswolke gestört haben,
wodurch ein Teil der Materie nach innen zum Mittelpunkt hin kollabierte. Dabei wurde ein neuer Stern erschaffen, unsere Sonne,
und aus einem winzigen Prozentsatz der kollabierenden Materie entstand die facettenreiche Vielfalt der Planeten, die wir heute um uns herum haben.
Wir sind, mit anderen Worten gesagt, nur die Überbleibsel (Reste) der Geburt unserer Sonne.
Die Planeten wurden in der rotierenden Scheibe von Staub und Gas geboren, die übrig blieb, als unser Mutterstern gebildet wurde.
Felsige Planeten bildeten sich im inneren Sonnensystem, während die rätselhaften Gasriesen weiter draußen entstanden.
Und dann, als ein heftiger Wind von schnellen Atomen von der Sonne her zu blasen begann –,
oder vielleicht von einem nahen heißen Stern oder einer Supernova in der Nähe –
konnten nur Planeten mit einer beträchtlichen Größe ihre Atmosphäre behalten, während die letzten Reste der losen Wolke
zwischen den Planeten weggefegt wurden.
Im Zoo der Himmelskörper unseres Sonnensystem gibt es also felsige Welten …
… und riesige gasförmige Planeten.
Bis jetzt gibt es keine exakte Schätzung, wie viel Materie oder auch wie viele Planeten innerhalb unseres Sonnensystems existieren …
Seit der Entdeckung Plutos in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts und seines Satelliten Charon in den 70er-Jahren,
versuchten Astronomen herauszufinden, was es jenseits des neunten Planeten gibt.
Im Jahre 2003 entdeckte Hubble etwas, das sich schnell genug vor dem Hintergrund
weit entfernter Sterne bewegte, sodass es ein Objekt innerhalb des Sonnensystems sein konnte.
Schätzungen zeigen, dass es die Größe eines Planeten haben könnte und es wurde nach einer Gottheit der Eskimos benannt, Sedna.
Sedna könnte einen Durchmesser von 1500 km haben, das entspricht ungefähr dreiviertel der Größe von Pluto,
aber so weit entfernt erscheint es auch Hubble nur als kleiner Pixelfleck.
Trotzdem ist es das größte Objekt, welches im Sonnensystem seit Pluto entdeckt wurde.
Die Sonne ist ungefähr 15 Milliarden km von Sedna entfernt
– 100 Mal mehr als die Entfernung der Erde von der Sonne –
und bestrahlt diesen Planeten mit weniger Licht und Wärme wie unser Vollmond.
Sedna ist also von einem ewigen finsteren Winter verschlungen …
Sedna ist nicht das einzige mysteriöse Objekt da draußen.
Trümmer von der Bildung der Planeten treiben sich immer noch überall als Asteroiden
und Kometen verschiedener Formen und Größen herum.
Manchmal nehmen ihre Bahnen einen katastrophalen Kurs an …
Das Hubble Space Telescope war Zeuge der letzten Reise des Kometen Shoemaker-Levy 9…
Er wurde durch den Einfluss des Gravitationsfeldes von Jupiter in zahlreiche Stücke zerrissen, als er an diesem massiven Planeten im Sommer 1992 vorbeizog.
Zwei Jahre später kehrten die Bruchstücke zurück und steuerten direkt in die Atmosphäre Jupiters.
Hubble folgte den Kometenbruchstücken auf ihrer letzten Reise und lieferte fantastische, hoch-aufgelöste Bilder von den Einschlagstellen.
Unsere Erde würde leicht in jeden dieser Flecke hineinpassen …
Raumsonden mit leistungsfähigen Instrumenten werden häufig zu den Planeten unseres Sonnensystems geschickt.
Sie liefern Aufnahmen aus nächster Nähe von diesen entfernten Orten.
Auch Hubble stellt ein einzigartiges Service zur Verfügung, indem es ein Fenster zu unserem Sonnensystem öffnet, das niemals geschlossen wird.
So haben wir noch nie da gewesene Einblicke in Stürme auf anderen Planeten erhalten,
… ihren jahreszeitlichen Verlauf
und noch nie da gewesene Einblicke in andere atmosphärische Ereignisse, wie Aurorae,
auf der Erde bekannt als Polarlichter.
Obwohl das Sonnensystem noch deutlich mehr Überraschungen bereit hält,
hat Hubble sein Auge auch auf andere Sterne gewandt, auf der Suche nach Planetensystemen.
Astronomen beginnen gerade ihre Suche nach weiterem Leben im Universum.
Zunächst konzentrieren sie sich darauf, erdähnliche Planeten zu finden.
Im Jahre 2001 gelang Hubble der erste direkte Nachweis einer Atmosphäre
eines extrasolaren Planeten und eine Bestimmung ihrer Zusammensetzung.
Das Messen der chemischen Zusammensetzung der Atmosphären von extrasolaren Planeten wird uns eines Tages erlauben,
nach Anzeichen von Leben außerhalb der Erde zu suchen.
Alle Lebewesen atmen und das ändert die Zusammensetzung der Atmosphäre so, dass sie leicht entdeckt werden können.
Astronomen glauben, dass es viele Planetensysteme ähnlich dem unseren gibt,
die um andere Sterne in der Galaxie kreisen.
Geburt, Leben, Tod und Wiedergeburt von Sternen setzt sich in einem endlosen Kreislauf fort, in welchem Sterne
aus Gas und Staub geboren, für Millionen oder Milliarden von Jahren leuchten, sterben und als Gas und Staub
zurückkehren werden, um neue Sterne zu bilden.
Die Nebenprodukte dieses andauernden Prozesses sind Planeten und die chemischen Elemente, die Leben möglich machen.
Durch die ganze Weite des Weltalls also setzt sich die ewige Ebbe und Flut des Lebens fort …
DAS LEBEN VON STERNEN
Unsere Sonne, diese lebenswichtige Energiequelle für unsere Erde, ist ein Stern.
Ein völlig gewöhnlicher Stern
wie Milliarden andere, die wir in der Galaxis finden.
Ein Stern ist nichts anderes als eine Kugel aus glühendem Gas.
Er wird aus einer komprimierten Gaswolke gebildet und gibt ständig Energie ab, sein ganzes Leben lang,
weil eine fortwährende Kette nuklearer Reaktionen in seinem Zentrum stattfindet.
Die meisten Sterne verschmelzen Wasserstoff zu Helium während eines Prozesses, der Kernfusion genannt wird –
derselbe Prozess, welcher der Wasserstoffbombe ihre vernichtende Kraft gibt.
In der Tat sind Sterne nukleare Werkstätten, die während einer Reihe von Fusionsreaktionen leichtere Elemente in schwerere Elemente verwandeln.
Sie werden solange strahlen, bis sie keinen ‘Treibstoff’ mehr haben.
Und das ist es – das Leben eines Sterns: ein ruhiger Anfang und ein gleichmäßiger Fortschritt bis zu einem manchmal gewaltsamen Ende.
Wie können wir aber sicher sein, dass diese Vorstellung stimmt, wenn ein einzelner Stern einen Menschen um einen Faktor von einer Million oder mehr überlebt?
Um den Lebenskreis eines bestimmten Organismus auf der Erde zu erforschen,
müssen wir nicht das gesamte Leben eines individuellen Exemplars mitverfolgen.
Stattdessen können wir viele dieser Organismen zur selben Zeit beobachten.
Das wird uns alle verschiedenen Phasen des Zyklus zeigen.
Zum Beispiel ist jedes Lebensstadium einer Person ein Schnappschuss des menschlichen Lebens.
Und genauso ist es mit den Sternen...
Sterne leben und sterben über Millionen, oder sogar Milliarden, von Jahren.
Sogar die kurzlebigsten Sterne leben mindestens eine Million Jahre
– länger als die gesamte Geschichte der Menschheit!
Und deshalb ist es äußerst unüblich, altersabhängige Veränderungen eines einzelnen Sterns mitverfolgen zu können.
Um mehr über Sterne zu erfahren,
müssen wir verschiedene Sterne in allen Lebensstadien auswählen und den
gesamten Zyklus von der Geburt bis zum Tod zusammensetzen.
Hubbles anschauliche Bilder haben die tumultartige Geburt von Sternen dokumentiert und viele erstaunliche Bilder
mit farbenprächtigen Details geliefert.
Die Geburt von Sternen in benachbarten stellaren ‘Geburtsstationen’ können als Zeitmaschine
verwendet werden, um die Ereignisse bei der Entstehung unseres Sonnensystems zu reproduzieren.
Selbst mit Hubble sind diese Informationen schwer zu erhalten, weil diese wichtigen Spuren über unsere Herkunft hinter dem Schleier von sanft leuchtenden,
staubigen Molekülwolken, in denen Sterne gebildet werden, versteckt liegen.
Im Moment entstehen überall im Universum Sterne.
Gewaltige glühende Säulen aus staubigen Wasserstoffgas bewachen ihre Wiege,
beschienen vom Licht naher, neu entstandener Sterne.
Hubbles Fähigkeit, infrarotes Licht zu beobachten, macht es möglich, Staub und Gas zu durchdringen
und den Blick auf neugeborene Sterne freizugeben, wie es vorher nicht möglich war.
Eine der aufregendsten von Hubbles vielen Entdeckungen war die Beobachtung von Staubscheiben,
die einige neugeborene Sterne umgeben, die tief im Orionnebel verborgen waren.
Hier sehen wir tatsächlich die Entstehung von neuen Sonnensystemen, wo Planeten tatsächlich gebildet werden.
Genauso wie es in unserem Sonnensystem vor viereinhalb Milliarden Jahren geschah.
In den ersten Stadien ihres Lebens können Sterne sich mit Gas aus ihrer ursprünglichen Geburtswolke versorgen.
Materie, die auf einen Stern stürzt, zeigt Turbulenzen oder formt manchmal einen leuchtenden Materiestrahl,
der parallel zur Rotationsachse des Sternes wieder ausgestoßen wird, vergleichbar mit der Achse eines Rades.
Häufig werden viele Sterne aus derselben Gas- und Staubwolke geboren.
Manche werden ihre gesamte Lebenszeit zusammenbleiben, entwickeln sich gemeinsam,
wie Freunde aus der Kindheit, die man das ganze Leben behält.
Sterne eines Sternhaufens haben in etwa dasselbe Alter, aber verschiedene Massen.
Und das bedeutet, dass verschiedene Schicksale sie erwarten werden.
Das menschliche Leben ist im Gegensatz zum Leben eines Sterns nur ein Augenzwinkern.
Deshalb kann man nur mit Glück den Übergang zwischen verschiedenen Stadien im Leben eines Sterns beobachten.
In fünfzehn sehr ergiebigen Jahren hat es Hubble geschafft, einige Sterne beim Altern in Echtzeit zu beobachten.
Das Teleskop hat verblüffende „Filme“ geliefert, die bezeugen,
dass einige Sterne ihr Aussehen sogar innerhalb dieser astronomisch kurzen Zeitspanne verändern.
Die massereichen Sterne beenden ihr Leben mit einer Katastrophe,
indem sie sich selbst in gigantischen Explosionen, bekannt als Supernovae, zerstören.
Für wenige ruhmreiche Jahre wird jeder einzelne eines der hellsten Objekt im gesamten Universum
und alle anderen Sterne seiner Heimatgalaxie in den Schatten stellen.
Seit seinem Start im Jahre 1990 hat Hubble das Schauspiel gesehen, dass sich in der Supernova 1987A abgespielt hat,
dem am nächsten liegenden Stern, der in der Neuzeit explodiert ist.
Das Teleskop hat einen Gasring verfolgt, der um die Druckwelle der Supernova herumliegt.
Hubble hat beobachtet, wie helle Flecken entlang des Rings auftreten, vergleichbar mit Edelsteinen an einer Halskette.
Diese kosmischen “Perlen” werden von überschallschnellen Stoßfronten, die während der Explosion des Sterns ausgelöst wurden, zum Leuchten angeregt.
Die Überreste eines explodierten Sterns können ein gewaltiges Kraftwerk verbergen.
Hubble hat das geheimnisvolle Herz des Krebsnebels untersucht, die zerfetzen Überreste eines explodierenden Sterns,
der von chinesischen Astronomen 1054 anschaulich beschrieben wurde, und hat sein dynamisches Zentrum enthüllt.
Der innerste Bereich dieses Nebels beherbergt eine spezielle Art von Stern, einen Pulsar.
Dieser Stern rotiert wie ein Signalfeuer, wobei er Licht und Energie in einem Strahl aussendet.
Er treibt den ausgedehnten Nebel aus Gas und Staub an, der ihn umgibt.
Jedoch nicht alle Sterne beenden ihr Leben so gewaltsam.
Sonnenähnliche Sterne kühlen ab, sobald der Wasserstoff zu Ende geht.
Das Zentrum kollabiert in sich selbst und die schweren Elemente werden verbrannt,
wodurch die äußeren Schichten sich ausdehnen und sich langsam ins Weltall ausbreiten.
Sterne in diesem Stadium ihres Lebens werden “rote Riesen” genannt.
Unsere Sonne wird in einigen Milliarden Jahren ein “roter Riese” werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird sie sich so weit ausdehnen, dass sie Merkur, Venus und auch unseren Planeten schlucken wird.
Aber diese Sterne sind noch nicht am Ende. Sie können immer noch etwas Außergewöhnliches werden …
Kurz bevor Sterne wie unsere Sonne ihren letzten Atemzug machen, erlöschen sie im letzten Ruhmesglanz.
In den letzten Stadien von Kernfusion strömen heftige Winde vom Stern weg,
wodurch die roten Riesen auf eine enorme Größe anschwellen.
Im Kern dieser Expansion, flutet das freigelegte Herz des Sterns
die gasförmige Hülle mit kräftigem Licht und bringt sie zum Glühen.
Weil für die frühen Teleskopastronomen
diese erstaunlichen Gebilde dem neu entdeckten Planeten Uranus ein wenig ähnlich sahen,
wurden sie als planetarische Nebel bekannt.
Hubbles scharfe Wahrnehmung zeigt, dass planetarische Nebel wie Schmetterlinge sind: keiner gleicht dem anderen.
Hubbles glänzende Sammlung von planetarischen Nebeln zeigt überraschend komplizierte, glühende Muster:
Windräder, Wirbelstrahlen, geschmackvolle pokalähnliche Formen, fassähnliche Formen,
oder sogar Auspuffstrahlen von Raketenantrieben.
Von seiner einzigartigen Position hoch über der verzerrenden Atmosphäre ist Hubble das einzige Teleskop,
welches die aufgeblähten äußeren Hüllen von sterbenden Sternen bis ins kleinste Detail beobachten kann.
Hier schalten wir zwischen Hubble Bildern von 1994 und 2002 um.
Eines der größten Rätsel der modernen Astrophysik ist,
wie ein einfacher kugelförmiger Gasball wie unsere Sonne, solche komplizierten Strukturen verursachen kann..!!
Für manche planetarische Nebel scheint es, als ob ein kosmischer Gartensprinkler die Strahlen verursacht,
die in entgegengesetzte Richtungen ausströmen.
…Oder können diese erstaunlichen Strukturen möglicherweise vom Magnetfeld
eines Begleitsterns geformt werden, der das ausgestoßene Gas zu einem Strahl komprimiert?
Was auch immer ihre Ursache sein mag, in nur zehntausend Jahren werden diese vergänglichen kosmischen Blumen sich im Weltall zerstreuen.
Ähnlich wie echte Blumen, die ihre Umgebung versorgen, während sie vermodern,
werden die chemischen Elemente, die im Stern während seines Lebens hergestellt wurden, durch den planetarischen Nebel verstreut,
um das Weltall darum herum zu düngen, wodurch Rohmaterial für neue Generationen von Sternen,
Planeten und vielleicht auch Leben zur Verfügung gestellt wird.
Gemessen auf einer kosmischen Zeitskala verschwinden planetarische Nebel so schnell,
dass sich nie mehr als etwa 15.000 von ihnen zur selben Zeit in unserer Milchstraße befinden.
Ein beständigeres Monument für einen toten Stern ist der kleine Kern, den er zurücklässt.
Diese außergewöhnlich dichten, erdgroßen Sterne, bekannt als weiße Zwerge,
sind dazu bestimmt, den Rest der Ewigkeit damit zu verbringen, ihre verbliebene Wärme ins Weltall hinausströmen zu lassen,
bis sie schließlich, in vielen Milliarden Jahren die frostigen -270 Grad Celsius des Weltalls erreichen.
KOSMISCHE ZUSAMMENSTÖSSE
Wir leben innerhalb eines gewaltigen Sternensystems, einer Galaxie, bekannt als die Milchstraße.
Von außen gesehen ist die Milchstraße eine gigantische Spirale, die aus einem Zentralgebiet besteht, das von langen Armen eingeschlossen wird.
Das gesamte System rotiert langsam. Zwischen den Sternen gibt es riesige Mengen an Gas und Staub,
die wir sehen können, und unbekanntes Material, das wir nicht sehen können, bekannt als „Dunkle Materie“.
Weit weg vom Mittelpunkt, in einem der Arme, den Vororten der Milchstraße,
gibt es ein kleines System, unser Zuhause, das Sonnensystem.
Wenn wir in einer klaren Nacht zum Himmel schauen, können wir ungefähr 5000 der nächstgelegenen Sterne sehen.
Unsere Augen sind nicht fähig, über tausend Lichtjahre hinaus zu sehen, weil Staub das Weltall durchzieht
und entferntes Sternenlicht schwächt.
Ohne ein Teleskop können wir also nur einen winzigen Teil der gesamten 100.000-Lichtjahre durchmessenden Milchstraße sehen.
Unsere Galaxis umfasst einige hundert Milliarden Sterne, von denen viele unserer eigenen Sonne ähnlich sind!!
Obwohl einige hunderttausend Millionen eine beinahe unvorstellbare Zahl ist, ist dies nicht alles.
Astronomen glauben, dass es mehr als hundert Milliarden Galaxien im Universum gibt. - Wie viele Sterne ergibt das?
In einer Hand voll Sand können ohne weiteres 50,000 einzelne Sandkörner sein. Dennoch, an einem ganzen Strand
gibt es gerade genug Sandkörner, um jeden Stern in der Milchstraße zu vertreten.
Es gibt so viele Sterne im Universum, dass wir jedes Sandkorn an jedem Strand auf der gesamten Erde zählen müssten,
um nur irgendwie in die Nähe der richtigen Zahl zu kommen!
Nehmen wir ein Sandkorn, 1 mm im Durchmesser, und legen es hier hin, um die Größe der Sonne darzustellen.
Wenn wir nun zum nächsten Stern losgehen würden, würden wir den größten Teil des Tages benötigen,
um dorthin zu gelangen, da der Stern fast 30 Kilometer entfernt wäre.
Galaxien sind also hauptsächlich große Ansammlungen von Leere.
Wenn wir alle Sterne der Milchstraße zusammenquetschen könnten,
würden sie leicht in den Raum zwischen der Sonne und dem nächstgelegenen Stern hineinpassen.
Um diesen Raum tatsächlich auszufüllen,
müssten wir alle Sterne von allen Galaxien im gesamten Universum zusammenpacken!!
Wenn wir den Nachthimmel ansehen, scheint das Universum bewegungslos.
Dies ist so, weil unsere Lebensspannen nichts als kurze Tropfen im zeitlichen Ozean des Universums sind.
In der Tat ist das Universum in andauernder Bewegung, aber wir müssten weitaus länger als eine Lebenszeit zuschauen,
um diese Bewegung am Nachthimmel wahrzunehmen.
Hätten wir genug Zeit, würden wir sehen, wie sich Sterne und Galaxien bewegen.
Sterne umkreisen das Zentrum der Milchstraße und Galaxien ziehen sich aufgrund ihrer Gravitation gegenseitig an.
Manchmal kollidieren sie sogar. Hubble hat zahlreiche Galaxien beim Zusammenstoß beobachtet.
Wie majestätische Schiffe in prächtiger Nacht, können Galaxien immer näher
zusammenrücken bis ihre gegenseitigen Gravitationswechselwirkungen sie zu komplizierten Figuren deformieren, die endgültig
und nicht umkehrbar zusammen gewoben sind. Es ist ein immenser kosmischer Tanz, choreographiert von der Gravitation.
Wenn zwei Galaxien zusammenstoßen, ist das nicht wie ein Autounfall oder zwei zusammenstoßende Billardbälle,
es ist eher wie das Verschränken der Finger.
Die meisten Sterne der Galaxien werden die Kollision unversehrt überstehen.
Im schlimmsten Falle werden sie von der Gravitation weggeschleudert, um zusammen mit Staub und Gas lange Ströme zu bilden,
die sich über hunderttausend Lichtjahre oder mehr erstrecken. Die zwei Galaxien,
gefangen in ihrer tödlichen Gravitationsumarmung, werden sich weiter gegenseitig umkreisen,
wobei noch mehr Gas und Sterne herausgerissen und zum nachfolgenden Schweif hinzugefügt werden. In Milliarden von Jahren schließlich
werden die beiden Galaxien eine einzige zusammenhängende Galaxie bilden.
Man glaubt, dass viele heutige Galaxien, einschließlich der Milchstraße,
aus solchen Verschmelzungen kleiner Galaxien, die sich über Milliarden von Jahren erstrecken, gebildet wurden.
Ausgelöst durch die enormen und gewaltsamen Wechselwirkungen zwischen den Galaxien, bilden sich Sterne
aus großen Gaswolken in feuerwerkartigen Ausbrüchen, dabei entstehen strahlende blaue Sternhaufen.
Unsere eigene Milchstraße ist auf Kollisionskurs mit der nächstgelegenen großen Galaxie, der Andromedagalaxie.
Sie nähern sich mit fast 500.000 Kilometern pro Stunde an und in drei Milliarden Jahren
werden sie frontal zusammenstoßen.
Der direkte Zusammenstoß wird zu einer prächtigen Verschmelzung zwischen den beiden Galaxien führen,
während dieser die Milchstraße nicht mehr die Spiralgalaxie sein wird, die wir kennen.
Stattdessen wird sie sich zu einer riesigen elliptischen Galaxie entwickeln,
die ihre eigenen Sterne, sowie die der Andromedagalaxie beinhalten wird.
Von der Erde aus gesehen, wird die Kollision ungefähr so aussehen.
Obwohl das erst in sehr ferner Zukunft stattfinden wird,
sind andere dunkle Kräfte der Natur überall um uns im Spiel, sogar während wir sprechen …
MONSTER IM WELTALL
Schwarze Löcher sind die rätselhaften Bösewichte des Universums: sie verschlingen alles, was ihnen über den Weg läuft, nichts kann ihnen entkommen.
Für Astronomen ist also das Zentrum eines Schwarzen Loches das ultimativ Unbekannte...
Keine Information kann aus der Festung der Gravitation eines Schwarzen Loches entkommen.
Es gibt keine Möglichkeit herauszufinden, was dort drinnen ist..
Nicht einmal Licht kann entkommen. Wie wissen wir aber, dass es sie überhaupt gibt?
Schwarze Löcher selbst können nicht direkt beobachtet werden.
Astronomen können jedoch die indirekten Effekte der Schwarzen Löcher studieren,
weil es etwas gibt, was Schwarze Löcher im Überfluss haben, nämlich Gravitation.
Hubbles hohe Auflösung hat die dramatischen Störeffekte, die Schwarze Löcher auf ihre Umgebung ausüben, aufgedeckt.
Und es ist nicht nur die Gravitation - Astronomen haben herausgefunden,
dass Materie, die eng um ein Schwarzes Loch zusammengepackt ist, wie eine Glocke läuten kann.
Das ist tatsächlich der Ton eines Schwarzen Lochs, das 250 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Er hallt wieder durch die Materiescheibe, die das Schwarze Loch umgibt, und wurde verändert,
damit er im menschlichen Hörbereich liegt. In Wirklichkeit ist es ein tiefes B, 57 Oktaven unter dem mittleren C.
Astronomen glauben, dass Schwarze Löcher Singularitäten sind – einfach Punkte im Weltall.
Kein Rauminhalt, keine Ausdehnung, aber unendlich dicht!
Schwarze Löcher können während des endgültigen Kollaps eines massereichen Sterns, der viel größer ist als die Sonne, entstehen.
Der Sternleichnam, der vom Tod und Kollaps eines massenreichen Sterns übrig bleibt, kann so schwer sein,
dass keine Kraft in der Natur ihn davon abhalten kann, durch sein eigenes Gewicht zu einem unendlich kleinen Volumen zusammengedrückt zu werden.
Obwohl die Materie offenbar verschwunden ist, zusammengedrückt zu Nichts,
übt es weiter eine kräftige Gravitationsanziehung aus und Sterne oder andere Objekte, die zu nahe kommen, werden hinein gesogen.
Für jedes Schwarze Loch gibt es eine Distanz, von der es kein Zurückkommen mehr gibt, den so genannten „Ereignishorizont“.
Wenn etwas – sagen wir ein naher Stern – hinter diesen Horizont gezogen wird, verschwindet es auf für immer.
Auf seinem Weg zum Ereignishorizont wird der verurteilte Stern einer fatalen, spiralförmigen Bahn zu folgen beginnen.
Wenn der Stern dem Schwarzen Loch immer näher kommt, erfährt die Materie,
die am nächsten zum Loch ist, eine größere Anziehung als der Rest vom Stern,
dadurch wird der Stern in Richtung des Loches angesaugt und ausgedehnt bis …
… die gewaltigen Gezeitenkräfte ihn in Stücke zerreißen und verschlingen.
Es gibt noch merkwürdigere Effekte dieser Objekte,
eine Verzerrung von Raum und Zeit, die sogar das Verstreichen von Zeit dehnt.
Alle Objekte mit einer Masse verändern die Struktur von Raum und Zeit, aber Schwarze Löcher tun dies in einer extremen Weise.
Nach Einsteins bekannter Allgemeiner Relativitätstheorie,
würde ein unerschrockener Reisender, der ein Schwarzes Loch besuchen und nahe dem Ereignishorizont gelangen könnte,
ohne verschluckt zu werden, schließlich zurückkehren und sich selbst jünger vorfinden als die Leute, die er zurückgelassen hatte.
Vielleicht die merkwürdigsten Objekte, über welche Astronomen Hypothesen aufgestellt haben, sind Wurmlöcher.
Ein Wurmloch ist im Wesentlichen eine “Abkürzung” durch die Raum-Zeit - von einem Punkt im Universum zu einem anderen Punkt im Universum.
Vielleicht werden Wurmlöcher, falls sie existieren, es uns eines Tages erlauben, schneller als das Licht zwischen Gebieten im Weltall zu reisen.
Hubble hat bewiesen, dass Schwarze Löcher höchst wahrscheinlich im Zentrum aller Galaxien vorhanden sind.
Es gibt eines im Zentrum unserer Milchstraße– ein riesiges,
super-massereiches Schwarzes Loch, vielleicht eine Million Mal größer als die Schwarzen Löcher, die beim Kollaps von massereichen Sternen entstehen.
Es könnte das Ergebnis der Verschmelzung vieler stellarer Schwarzer Löcher sein, welche in der Frühzeit der Galaxis gebildet wurden.
Wenn zwei Galaxien kollidieren, werden die Schwarzen Löcher in ihren Zentren einen komplizierten Tanz aufführen.
Lange, nachdem die zwei Galaxien zu einer verschmolzen sind,
umkreisen ihre zentralen Schwarzen Löcher sich weiterhin gegenseitig für hunderte Millionen Jahre,
bis zur endgültigen, gewaltsamen Fusion zu einem einzigen, schweren Schwarzen Loch.
Dieses Finale ist so extrem, dass es die Raum-Zeit-Struktur ausreichend verändert, um von
der Erde mit einer neuen Art von Gravitationswellenteleskopen oder von speziellen Raumsonden in einer Erdumlaufbahn beobachtet zu werden.
Verglichen jedoch mit den Millionen Jahren, die Galaxien benötigen, um miteinander zu verschmelzen,
würde der endgültige Kollaps der Kerne relativ schnell sein. Die Chancen, so ein Schauspiel zu sehen, sind also gering.
Bis vor ungefähr 50 Jahren glaubten Astronomen, dass das Universum ein ziemlich friedlicher Ort ist.
Aber das ist alles andere als die Wahrheit …
Das Weltall wird von gewaltsamen Ereignissen erschüttert: katastrophale Explosionen von Supernovae,
Kollisionen von ganzen Galaxien und enormen Energieausbrüchen,
die auf große Mengen an Materie, die in Schwarze Löcher stürzt, zurückzuführen sind …
Die Entdeckung von Quasaren gab uns den ersten flüchtigen Blick auf diese Prozesse …
Für erdbasierte Teleskope sehen Quasare wie normale Sterne aus.
Und genau das dachten Astronomen zuerst, als sie diesen den Namen “Quasi stellare Objekte" gaben.
Aber Quasare sind in Wirklichkeit viel heller und weiter entfernt als Sterne …
Sie leuchten heller als 1.000 gewöhnliche Galaxien und werden von einem super-massereichen Schwarzen Loch angetrieben.
Sterne, welche sich auf einer zu nahen Umlaufbahn bewegen, werden abgelenkt und in den Quasar hineingezogen wie Wasser in ein ungeheures kosmisches Waschbecken.
Das sich spiralförmig bewegende Gas bildet eine dicke Scheibe, die durch den freien Fall in Richtung des Schwarzen Loches auf Millionen von Graden aufgeheizt wird.
Das Gas gibt seine Energie über und unter der Scheibe in Form von gewaltigen Jets ins Weltall ab.
Quasare wurden in einem außergewöhnlichen Gebiet von Galaxien gefunden, viele von ihnen stehen in intensiver Wechselwirkung.
Es gibt wahrscheinlich eine Vielzahl an Mechanismen, um Quasare zu erzeugen.
Kollisionen zwischen Galaxienpaaren kann die Geburt eines Quasars auslösen,
doch Hubble hat gezeigt, dass sogar scheinbar normale, ungestörte Galaxien Quasare beherbergen.
Aber Quasare sind nicht die einzigen hochenergetischen Objekte, welche Astronomen gefunden haben ….
Eine zufällige Entdeckung ist etwas, das man findet, während man eigentlich etwas anderes sucht.
Solche Entdeckungen haben oft den Lauf der Astronomie verändert.
Gamma Ray Bursts (Gammastrahlenausbrüche) wurden zufällig in den späten 60er Jahren des letzten Jahrhunderts von amerikanischen Militärsatelliten entdeckt,
welche auf Ausschau nach sowjetischen Nukleartests waren.
Anstatt die stärkste von Menschen geschaffene Detonation zu finden,
wurden einige der heftigsten Explosionen im Universum selbst festgehalten …
Diese verblüffenden Explosionen von Gammastrahlungsenergie werden mindestens einmal am Tag in offenbar zufällig am Himmel verteilten Richtungen registriert.
Obwohl Gamma Ray Bursts nur einige Sekunden dauern,
ist die Energie, die sie freisetzen gleich der Energie, welche von unserer gesamten Milchstraße in mehreren Jahrhunderten ausgestrahlt wird.
Gammastrahlen sind für das menschliche Auge unsichtbar, und spezielle Apparaturen sind nötig, sie aufzunehmen.
30 Jahre lang wusste niemand, wodurch diese Ausbrüche verursacht werden.
Es war als ob man eine Kugel an der Erde vorbeifliegen sieht, ohne nur einen einzigen Blick des Gewehrs zu erhaschen, das sie abgefeuert hat.
Gemeinsam mit fast allen anderen Teleskopen auf der Welt suchte Hubble viele Jahre der “rauchenden Pistole”.
Es beobachtete die Stellen am Himmel, an denen Gamma Ray Bursts gesehen wurden, um zu versuchen, dort irgendein Objekt zu finden.
Alle Mühen waren umsonst, bis...
1999 Hubbles Beobachtungen die Grundlagen für die Feststellung lieferte, dass diese ungeheuren Ausbrüche in sehr entfernten Galaxien stattfinden.
Die Ursache könnte die Druckwelle sein, die beim endgültigen katastrophalen Kollaps eines massereichen Sterns entsteht …
… oder die dramatische Begegnung von zwei sehr dichten Objekten, wie zwei Schwarzen Löchern, oder von einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern.
Schwarze Löcher gehören mit Sicherheit zu den exotischsten Objekten im Universum.
Genauso, wie sie Materie beeinflussen, können sie auch auf andere spektakuläre Weise auftreten,
weil ihre ungeheuren Gravitationsfelder Licht ablenken können.
In der Tat folgen Lichtstrahlen, die nahe an einem Schwarzen Loch vorbeikommen nicht geraden Linien,
sondern werden auf neue Bahnen gelenkt, wodurch ein natürliches Teleskop entsteht, welches ins Weltall weiter hinaus späht, als man es jemals für möglich gehalten hätte.
TÄUSCHUNGEN DURCH GRAVITATION
Gleich einem Wanderer in der Wüste, der eine Fata Morgana sieht, wenn Licht von entfernten Objekten
durch die warme Luft reflektiert wird, die über dem Sand schwebt, können auch wir Spiegelungen im Universum sehen.
Die Spiegelungen, welche wir mit einem modernen Teleskop wie dem Hubble Space Telescope sehen, entstehen nicht an warmer Luft,
sondern aus entfernten Galaxienhaufen – großen Masseansammlungen.
Vor langer Zeit glaubten einige Leute, die Erde sei flach.
Das ist irgendwie verständlich – in unserem täglichen Leben können wir die Krümmung unseres Planeten nicht sehen.
Das Weltall selbst ist ebenfalls gekrümmt, obwohl wir selbst in einer sternklaren Nacht dies nicht sehen können.
Aber die Krümmung des Weltalls verursacht Phänomene, die wir beobachten können …
Eine von Albert Einsteins Vorhersagen ist, dass Gravitation den Raum krümmt und deshalb Lichtstrahlen verzerrt,
auf dieselbe Art und Weise wie Wellen auf einem Teich wabenartige Strukturen von Licht auf dem sandigen Untergrund bilden.
Licht von entfernten Galaxien wird auf seinem Weg zur Erde durch das Gravitationsfeld
massereicher Galaxienhaufen verzerrt und verstärkt.
Die Effekte sind so, als ob man durch ein riesiges Vergrößerungsglas schauen würde und das Ergebnis wird Gravitationslinseneffekt genannt.
Die seltsamen Strukturen, welche Lichtstrahlen bilden, wenn sie einem schweren Objekt begegnen,
hängen von der Beschaffenheit des “Linsenkörpers” ab. Deshalb kann das Hintergrundobjekt in verschiedenen Gestalten erscheinen ….
…Einstein-Ringe, wobei das gesamte Bild in einen Lichtkreis geschoben und gequetscht wird …
…Mehrfachbilder, gespensterhafte Klone der ursprünglichen, entfernten Galaxien …
…oder solche verzerrt zu bananenförmige Bögen und Bogenteilen.
Obwohl Einstein 1915 erkannte, dass dieser Effekt im Weltall vorkommen würde,
dachte er niemals, dass er von der Erde aus beobachtet werden könnte.
Im Jahre 1919 jedoch wurde tatsächlich bewiesen, dass seine Berechnungen korrekt sind.
Während einer Sonnenfinsternis-Expedition zur Insel Principe nahe der westafrikanischen Küste,
die vom berühmten britischen Astronomen Arthur Eddington geleitet wurde,
wurden die Positionen der Sterne rund um die verdunkelte Sonnenscheibe beobachtet.
Man fand heraus, dass sich die Sterne am Himmel um eine kleine, jedoch messbare Entfernung nach außen bewegt haben,
verglichen mit den Positionen, wenn die Sonne nicht in der Nähe war.
Heutzutage werden schwache Gravitationsbilder von Objekten im entfernten Universum mit den besten Teleskopen
der Erde und natürlich mit dem scharfäugigen Hubble beobachtet.
Hubble war das erste Teleskop, welches Details innerhalb der vielen Bögen auflösen konnte,
dabei wurden Form und innere Struktur der ge-linsten Hintergrundobjekte direkt aufgedeckt.
Im Jahre 2003 folgerten Astronomen, dass ein rätselhafter Lichtbogen auf einem Bild von Hubble das größte,
hellste und heißeste Sternentstehungsgebiet darstellte, welches jemals im Weltall gesehen wurde.
Man benötigt ziemlich massereiche Objekte, z.B. Galaxienhaufen,
um den Raum so stark zu krümmen, dass der Effekt auf Bildern des entfernten Universums beobachtbar ist –
- trotz Hubbles erstaunlicher Auflösung.
Und bis heute wurden Gravitationslinsen hauptsächlich um Galaxienhaufen beobachtet,
welche Sammlungen von hunderten oder tausenden von Galaxien sind von denen man glaubt,
dass sie die größten durch Gravitation gebundenen Strukturen des Universums darstellen.
Astronomen wissen, dass die Materie, die wir im Universum sehen, nur ein winziger Prozentsatz der Gesamtmasse ist, die dort sein muss
Weil das sichtbare Material nicht ausreicht, um mit seiner Gravitationskraft die Galaxien und Galaxienhaufen zusammenzuhalten.
Da die Stärke der Verzerrung von bananenförmigen Bildern von der Gesamtmasse der Linse abhängt,
kann der Gravitationslinseneffekt dazu verwendet werden, die Masse der Haufen zu bestimmen und die Verteilung der nicht beobachtbaren dunklen Materie zu verstehen.
Auf einem der klaren Bilder von Hubble kann man leicht die verschiedenen Bögen, welche von derselben Hintergrundgalaxie kommen, mit dem Auge zuordnen.
Dieser Prozess erlaubt es Astronomen die Details von frühen Galaxien zu untersuchen, die zu weit entfernt sind,
als dass sie mit der heutigen Technologie und Teleskopen gesehen werden könnten.
Eine Gravitationslinse kann sogar eine Art ‘natürliches Teleskop’ darstellen. Im Jahre 2004
konnte Hubble die fernste Galaxie im bekannten Universum
nur unter Verwendung der Verstärkung einer solchen kosmischen Gravitationslinse entdecken.
GEBURT UND TOD DES UNIVERSUMS
Licht kann sich durch Vakuum mit der höchsten Geschwindigkeit fortbewegen, die man jemals erreichen kann, aber das ist immer noch eine endliche Geschwindigkeit.
Das bedeutet, dass es eine Weile dauert, bis Lichtstrahlen sich von einem Punkt im Weltall zu einem anderen bewegt haben.
Die Lichtgeschwindigkeit durch den Raum beträgt ungefähr 300.000 Kilometer pro Sekunde.
300 tausend Kilometer ist ungefähr die Entfernung von der Erde zum Mond.
Das Licht braucht also ungefähr eine Sekunde, um vom Mond zur Erde zu reisen.
Wenn wir zum Mond schauen, sehen wir, was vor ungefähr eine Sekunde dort war.
Wer hat noch nicht über Zeitreisen nachgedacht?
Die endliche Lichtgeschwindigkeit ermöglicht es uns, in der Zeit zurückzuschauen.
Wenn wir ins Weltall hinaussehen, brauchen wir nur zu warten, bis das Licht von entfernten Orten uns erreicht,
und... zeigt, wie es war, als das Licht seine Reise begann.
Leistungsfähige Instrumente, wie ... Hubble, machten es möglich, weiter hinaus und weiter zurück zu sehen, als es jemals vorher möglich war.
Was Kosmologen sehen, ist einfach verblüffend.
In den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts entdeckte der Astronom Edwin Hubble, dass die meisten Galaxien sich von uns
wegzubewegen scheinen, mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu ihrer Distanz ist.
Je ferner eine Galaxie ist, umso schneller scheint sie sich von uns wegzubewegen. Das ist auf die Expansion des Weltalls zurückzuführen.
Diese Expansion begann mit einer gewaltigen Explosion vor vielen Milliarden Jahren, die als Urknall bezeichnet wird.
Die Expansionsgeschwindigkeit ist der Schlüssel zur Abschätzung von Alter und Größe des Universums.
Diese Geschwindigkeit wird als Hubblekonstante bezeichnet.
Das Alter und die Größe des Universums können abgeschätzt werden durch das “Umdrehen der Expansion”
– bis alles zu diesem unendlich kleinen Energiepunkt zusammengepresst ist, aus dem das heutige Universum hervorging.
Die wichtigste wissenschaftliche Rechtfertigung, um Hubble zu bauen, war die Bestimmung der Größe und des Alters des Universums.
Das Streben danach, die Hubblekonstante genau zu bestimmen wurde vom einem Key Project Team geleitet,
einer Gruppe von Astronomen, welche Hubble verwendeten, um entfernte, genaue Eichsterne zu suchen,
eine spezielle Sternklasse, Veränderliche vom Typ Delta Cephei genannt werden.
Cepheiden haben sehr definierte und vorhersagbare Helligkeitsschwankungen.
Die Dauer dieser Variationen hängt genau von den physikalischen Eigenschaften des Sterns ab,
welche verwendet werden können, um ihre Entfernungen sehr genau zu bestimmen.
Aus diesem Grund sind diese Sterne unter der Bezeichnung ‘Standardkerzen’ besser bekannt.
Cepheiden wurden als zuverlässige Werkzeuge für Entfernungsbestimmungen zu Supernovae verwendet,
welche viel heller als Cepheiden sind und deshalb in viel größerer Entfernung gesehen werden können.
Hubble hat das Licht von Supernovaexplosionen viel genauer gemessen als irgendein anderes Instrument,
hauptsächlich wegen seiner hohen Auflösung.
Ein von der Erde aus aufgenommenes Bild einer Supernova vermischt sich normalerweise mit dem Bild ihrer Heimatgalaxie.
Hubble kann das Licht der beiden Quellen unterscheiden.
Cepheiden und Supernovae haben einen Maßstab für die Dimensionen des Universums geliefert.
Heute kennen wir das Alter des Universums mit einer viel höheren Genauigkeit als jemals zuvor:
ungefähr 14 Milliarden Jahre, dank Hubble.
Viele Jahre lang haben Astronomen diskutiert, ob die Expansion des Universums in entfernter Zukunft stoppen würde,
und das Universum in einem feurigen “Big Crunch”(Großer Kollaps) zusammenfällt, oder ob es immer langsamer werdend weiterexpandieren wird.
Kombinierte Beobachtungen von fernen Supernovae mit Hubble und den weltbesten Teleskopen auf der Erde
wurden verwendet, um Entfernungen dieser Supernovae zu messen.
Und es sieht so aus, als ob die Expansionsbewegung unseres Weltalls nicht langsamer wird. Stattdessen scheint es, dass sie schneller wird.
Als Hubble verwendet wurde, um zu messen, wie sich die Expansion des Weltalls mit der Zeit ändert,
kam ziemlich überraschend heraus, dass während der ersten Hälfte der kosmischen Geschichte,
sich die Expansionsgeschwindigkeit tatsächlich verlangsamte. Danach brachte eine rätselhafte Kraft,
eine Art “Gegengravitation”, das Universum dazu, ‘auf das Gaspedal zu drücken’ und die Beschleunigung, die wir heute sehen, wurde gestartet.
Das deutet auf ein außergewöhnliches Schicksal des Universums hin, denn die Gegengravitationskraft wird offenbar
die ganze Zeit stärker. Wenn das so weiter geht,
wird sie schließlich die gesamte Gravitation überwältigen und das Universum in eine superschnelle Beschleunigung katapultieren,
die alles in seine Bestandteile zerfetzen wird. Kosmologen nannten dieses Albtraumszenario den Big Rip, der Große Riss.
EIN BLICK BIS AN DAS ENDE DER ZEIT
Wir sammeln überraschende Neuigkeiten aus den Tiefen des Alls.
Genauso wie Geologen tiefer in die Erde ... graben, um immer ältere Spuren zu finden,
die Zeugen immer fernerer Epochen sind, genauso ‚graben’ Astronomen tiefer und tiefer in Richtung des Beginns der Zeit,
indem sie nach Licht von schwächeren und somit weit entfernten Objekten Ausschau halten.
Hubble startete eine neue Ära, die wir ‘Sternarchäologie’ nennen könnten und diese begann um Weihnachten 1995 …
Es klingt vielleicht ein bisschen verwegen, wenn man das höchstentwickelte Teleskop der Welt zehn Tage lang auf dieselbe Stelle im Himmel ausrichtet.
Und genau das dachten Astronomen, als sie es zum ersten Mal Ende 1995 ausprobierten.
‘Deep field’ – Beobachtungen sind lang andauernde Aufnahmen, welche auf ein bestimmtes Gebiet im Himmel ausgerichtet sind.
Ihr Ziel ist es, schwache Objekte zu zeigen, indem so viel Licht wie möglich über eine lange Zeitspanne gesammelt wird.
Je ‘tiefer’ eine Beobachtung geht, umso schwächer sind die Objekte, die sichtbar werden.
Objekte am Himmel können entweder schwach aussehen, weil ihre natürliche Helligkeit gering ist oder weil ihre Entfernung groß ist.
“Als dieses Experiment zum ersten Mal vorgeschlagen wurde,
wusste niemand, ob das zu irgendeinem interessanten wissenschaftlichen Ergebnis führen wird.
Aber als wir zum ersten Mal auf das Bild sahen, waren wir erstaunt! Wir konnten mehr als 3.000 Galaxien in dem kleinen Feld sehen.”
Die beobachtete Himmelsregion im Ursa Major, dem Großen Wagen,
wurde sorgfältig ausgewählt. Sie sollte soleer wie möglich sein, damit Hubble weit über die Sterne unserer eigenen Milchstraße
hinaus- und an nahe gelegenen Galaxien vorbeisehen kann.
Die tausende Galaxien, welche im ersten ‘Deep Field’ beobachtet wurden,
standen in verschiedenen Evolutionsstufen und waren entlang einem Korridor von Milliarden von Lichtjahren aufgereiht.
Dies erlaubte den Astronomen, die Evolution dieser Objekte zu studieren,
indem sie verschiedenen Galaxien in verschiedenen Stationen ihres Lebens flüchtig zu sehen bekamen.
Nach dem ersten ‘Deep Field’ wurde eine weitere lange Aufnahme am Südhimmel aufgenommen.
Die Hubble ‘Deep Fields’ Nord und Süd zusammen gaben den Astronomen zum ersten Mal Gucklöcher zum Ur-universum.
Manche Objekte auf den Bildern waren so lichtschwach, dass sie zu erkennen so schwierig wäre wie eine Taschenlampe
am Mond von der Erde aus wahrzunehmen.
“Wir können definitiv sagen, dass das Hubble Deep Field ein ganz neues Zeitalter der beobachtenden Kosmologie eröffnete.
Es ließ unsere Vorstellung vom entfernten Universum Gestalt annehmen”.
Die Hubble ‘Deep Fields’ verursachten eine wahre Revolution in der modernen Astronomie.
Nach dem ersten ‘Deep Field’ wurden fast alle erd- und weltraumbasierten Teleskope für lange Zeit auf
dasselbe Gebiet ausgerichtet. Einige der interessantesten astronomischen Ergebnisse ergaben sich aus dieser fruchtbaren Zusammenarbeit
zwischen Instrumenten verschiedener Größe, verschiedener Art und verschiedenen Wellenlängen-Empfindlichkeiten.
Sie gaben uns das erste deutliche Bild der Geschwindigkeit der Sternbildung im Universum.
Erstaunlicherweise stellte sich heraus, dass die Sternentstehungsrate ihren Höhepunkt wenige Milliarden Jahren nach der Entstehung des Universums hatte.
Zu dieser Zeit entstanden mindestens zehnmal mehr Sterne als heute.
Sobald die Astronomen von Hubble damit begannen, die entferntesten Regionen des Universum zu erforschen,
versuchten sie ihre Beobachtungen so zu lenken, dass sie immer weiter zurück in der Zeit sehen konnten.
In den Jahren 2003 und 2004 hatte Hubble seine bis jetzt tiefsten Aufnahmen gemacht: das Hubble Ultra Deep Field.
Diese 28 Tage dauernde Aufnahme ging viel tiefer als die früheren Hubble Deep Fields Nord und Süd
und wurde in einem Bereich des Weltalls gemacht, der weit von den bisherigen Deep Fields entfernt lag.
Das Hubble Ultra Deep Field zeigt die ersten Galaxien, die aus dem so genannten “Dunklen Zeitalter” auftauchen
– der Zeit kurz nach dem Urknall, als die ersten Sterne das kalte und dunkle Universum zu erhellen begannen.
Kurz nach dem Urknall, im neugeborenen schnell-expandieren Universum – vor dem Zeitalter der Sterne und Galaxien
– war die Verteilung der Materie ziemlich gleichmäßig.
Mit der Zeit begann die Königin der Kräfte – die Gravitation – zu agieren. Langsam, aber gleichmäßig …
Unter dem Einfluss der Gravitation der rätselhaften dunklen Materie,
begannen sich in Regionen, wo die Dichte ein wenig über dem Durchschnitt lag, kleine Klumpen gewöhnlicher Materie zusammenzufügen.
Das Universum war in seinen dunklen Jahren, da es keine Sterne gab, die das Weltall erhellten.
Sobald die Dichte der Klumpen größer wurde, wurde immer mehr Materie angezogen,
und ein Wettkampf zwischen der Expansion des Weltalls und der Gravitation fand statt.
In Regionen, wo die Gravitation gewonnen hatte wurde die Ausdehnung gestoppt und sie kollabierten in sich selbst.
Die ersten Sterne und Galaxien wurden geboren.
Wo die Materiedichte am größten war – an den Schnittpunkten der großen, netzartigen, Struktur der Materie
– entstanden die größten Strukturen, die wir kennen: Galaxienhaufen.
Die Deep Field –Bilder sind übersät mit einer großen Auswahl an Galaxien verschiedener Größen, Formen und Farben.
Astronomen werden mit der Untersuchung der unzähligen Galaxienformen in diesem Bild Jahre verbringen,
um dann zu verstehen, wie sie gebildet wurden und sich seit dem Urknall entwickelt haben.
Im starken Gegensatz zu der hohen Zahl von klassischen Spiralen und elliptischen Galaxien in diesem Bild,
gibt es auch eine Vielzahl an absonderlichen Galaxien in diesem Feld. Manche sehen aus wie Zahnstocher,
andere wie Glieder eines Armbands. Manche scheinen aufeinander einzuwirken.
Ihre seltsamen Formen sind weit entfernt von den majestätischen Spiralen und elliptischen Galaxien, die wir heute sehen.
Diese exotischen Galaxien zeichnen eine Zeitspanne auf, als das Universum chaotischer war,
als Ordnung und Strukturierung gerade erst begann.
Großartig an Hubble ist, dass es viele Instrumente an Bord gibt,
die verschiedene Beobachtungen zur selben Zeit machen können.
Das Hubble Ultra Deep Field besteht eigentlich aus zwei getrennten Bilder, die von zwei Instrumenten aufgenommen wurden:
von Hubbles ACS Kamera und NICMOS Instrument. NICMOS sieht weiter hinaus als ACS.
Es nimmt infrarotes Licht auf und kann deshalb die entferntesten Galaxien zum Vorschein bringen,
weil das expandierende Universum das Licht dieser Objekte gedehnt und geschwächt hat,
sodass es heute nur in infraroten Wellenlängen sichtbar wird.
Das Hubble Ultra Deep Field scheint etwa für das nächste Jahrzehnt das tiefste Bild des Universums zu bleiben,