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Die Vermessung der Milchstraße

„Gaia“-Mitarbeiter Stefan Jordan hält am 5. Dezember einen Vortrag im Planetarium Wolfsburg.

Der promovierte Physiker Stefan Jordan, der in seiner Laufbahn für die Europäische Südsternwarte ESO in Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt gelehrt und astrophysische Untersuchungen, Beobachtungen und Experimente durchgeführt hat, beschäftigt sich heute schwerpunktmäßig mit der Asometrie, der Vermessung der Positionen und Bewegungen von Sternen. Hierzu diente ihm in der Vergangenheit unter anderem schon das VLT (Very Large Telescope) der ESO in Chile, das fortschrittlichste optische Observatorium der Welt.

Seit 2014 ist Stefan Jordan Professor an der Universität Heidelberg und stark involviert im Gaia-Projekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die mit zwei synchronisierten, dreispiegeligen Teleskopen und der bislang größten im All befindlichen Digitalkamera ausgestattete Raumsonde Gaia befindet sich seit Dezember 2013 im Erdorbit, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und sammelt von dort aus Daten über die Sterne in der uns umgebenden Milchstraße. Ziel dieser Mission ist es, eine dreidimensionale Karte unserer Heimatgalaxie zu erstellen, um ein besseres Verständnis der Struktur und Entwicklung dieser zu bekommen. Hierzu werden rund ein Prozent der Sterne der Milchstraße analysiert – also weit über eine Milliarde Sterne. Gaia liefert unzählige Daten, deren Auswertung Jahre in Anspruch nehmen wird.

Am 14. September 2016 hat die ESA den ersten von Gaia erbrachten Datensatz veröffentlicht, am 25. April 2018 folgte der zweite. Damit wurden inzwischen wurden die Positionen, Bewegungen, Parallaxen (Entfernungen), Helligkeiten und Farben von rund 1,3 Milliarden Sternen mit hoher Präzision bestimmt. Diese Daten sind eine Quelle für neue Erkenntnisse in praktisch allen Gebieten der Astrophysik. Fast täglich erscheinen neue wissenschaftliche Veröffentlichungen, die auf den Gaia-Daten basieren.

Astrophysiker und Gaia-Mitarbeiter Stefan Jordan (c) Stefan Jordan

Astrophysiker und Gaia-Mitarbeiter Stefan Jordan (c) Stefan Jordan

Am 5. Dezember wird Prof. Dr. Stefan Jordan im Planetarium Wolfsburg die wichtigsten Erkenntnisse und Highlights des zweiten Gaia-Datensatzes „DR2“ präsentieren und erklären. Das Planetarium empfiehlt den Vortrag „Gaias zweiter Sternkatalog – Die hochpräzise Vermessung der Milchstraße“ für Zuhörer ab 12 Jahren. Die Veranstaltung wird 60 bis 70 Minuten gehen. Regio-Blick hat sich vorab mit dem Sternenforscher unterhalten.

Herr Jordan, was fasziniert Sie und viele andere Menschen so sehr am Weltraum und an den Sternen – diese Dinge sind doch so gut wie gar nicht greifbar für uns?
Gerade das schwer zu Begreifende übt ja eine besondere Faszination aus. Schon immer fragten sich Menschen, was die Sterne sind, was jenseits des für sie Erreichbaren ist. Die großen Entfernungen und die riesige Zahl der Sterne im Universum zeigen uns, wie klein der Ort ist, an dem Menschen leben. Für mich begann die Faszination für den Weltraum in meiner Jugend mit dem Apollo-Projekt, als zumindest der allernächste Teil unserer kosmischen Umgebung, das Sonnensystem, erreichbar erschien. Die bemannten Flüge vor 50 Jahren zum Mond waren für mich faszinierend und ein großes Abenteuer. In dieser Zeit begann ich mit einfachen Fernrohrbeobachtungen und habe alles verschlungen, was ich in der Stadtbücherei über den Weltraum zu lesen bekam. Das ließ mich nicht mehr los und ich habe mich dann in der Astro-AG meiner Schule und im Kieler Planetarium engagiert. Ich lernte, dass ich mit den richtigen Mitteln, vor allem einer Menge Physik tatsächlich viel davon verstehen kann, was dort oben vor sich geht. Dass uns das bisschen Licht, dass mit Teleskopen auf der Erde und später vom Weltraum aus empfangen werden kann, hilft, den Weltraum zu ergründen. Wissenschaft, und damit auch Astronomie, ist eine faszinierende Detektivarbeit, unsere Umwelt zu verstehen.

Was fasziniert Sie besonders an unserer Milchstraße?
Die Milchstraße ist gleichzeitig schwierig zu verstehen, weil wir ein Teil von ihr sind und wir sie nicht wie andere Galaxien von außen beobachten können. Von außen ist zum Beispiel die Spiralstruktur einer Galaxie, wenn man aus der richtigen Richtung auf sie blickt, leicht zu erkennen. Das ist bei der Milchstraße viel schwieriger, da es extrem schwierig ist, die Entfernungen der Sterne zu messen und uns viele Strukturen durch Wolken in unserem Sternensystem verborgen bleiben. Auf der anderen Seite ist die Milchstraße natürlich der Ort, an dem man die in ihr befindlichen Objekte besonders genau beobachten und vermessen kann. Die Sterne sind viel heller und wir können auch deren Bewegungen hochgenau vermessen. Wir verstehen andere Galaxien nur, wenn wir unsere Milchstraße gut verstehen. Und wir verstehen unsere Milchstraße nur, wenn wir sie mit anderen Galaxien vergleichen können.

Fotomosaik des gesamten Milchstraßenbandes. Erste Dichtekarte der Objekte vom 3. Juli 2015. Es ist keine Fotografie, sondern eine Karte, bei der jeder helle Punkt ein gefundenes Objekt bezeichnet. (c) ESA/Gaia-CC BY-SA 3.0 IGO

Fotomosaik des gesamten Milchstraßenbandes. Erste Dichtekarte der Objekte vom 3. Juli 2015 – keine Fotografie, sondern eine Karte, bei der jeder helle Punkt ein gefundenes Objekt bezeichnet. (c) ESA/Gaia-CC BY-SA 3.0 IGO

Welchen Beitrag leisten Sie für Gaia?
Gaia ist ein Instrument, mit dessen Hilfe wir die Sterne unserer Milchstraße besser verstehen können. Gaia hat vor allem die ganz klassische Aufgabe, die Positionen, Bewegungen und Entfernungen der Sterne mit einer extrem hohen Genauigkeit zu bestimmen. Besonders die Bestimmung der Entfernung von Sternen ist fundamental wichtig, weil wir von der Erde oder vom erdnahen Weltraum ja nur messen können, wie hell ein Stern uns erscheint. Um zu wissen, wie viel Energie ein Stern abstrahlt, wie groß seine Leuchtkraft ist, die wir mit physikalischen Computermodellen der Sterne vergleichen können, müssen wir die Entfernung sehr genau kennen. Dazu muss Gaia in der Lage sein, Winkel zwischen zwei Punkten am Himmel zu messen, die dem Richtungsunterschied von wenigen Zentimetern in der Entfernung des Mondes entspricht. Im Laufe der Zeit hatte ich verschiedene Aufgaben im Gaia-Projekt. Am Anfang habe ich mich zusammen mit unserer Gaia-Gruppe in Heidelberg hauptsächlich mit den Methoden beschäftigt, mit der man die Qualität der Daten von Gaia täglich hochgenau überprüfen kann. Diese Überprüfung findet mit unseren Computerprogrammen auch heute noch statt. Inzwischen beschäftige ich mich zum Beispiel mit der Frage, welche Hilfsmittel wir den Astronomen zur Verfügung stellen, um die Gaia-Daten möglichst effizient zu nutzen. Dazu haben wir auch in Heidelberg eine per Internet erreichbare Datenbank. Darüber hinaus bin ich an einer Software beteiligt, die die Gaia-Daten mit Hilfe von Computern visualisiert. Mit diesem „Gaia-Sky“ genannten Programm kann man virtuelle Flüge durch die von Gaia vermessenen Sterne unternehmen.

Übernehmen Sie außerdem noch Aufgaben für die Mission?
Ich leite noch die Öffentlichkeitsarbeit unseres aus mehr als 400 Wissenschaftlern und Ingenieuren bestehenden Teams zur Auswertung der Gaia-Daten.

Wie schaffen Sie es, auch themenferne Zuschauer für Gaia zu begeistern?
Zum einen bringen die meisten Zuhörer die Faszination für den Weltraum ja bereits mit. Sie wollen etwas über unser Universum lernen und die Methoden, wie man Wissen über den Kosmos erhält. Und das, was Gaia vor allem ausmacht – die fast unvorstellbar hohe Präzision der Messungen – finden viele Zuhörer überraschend und interessant.

Welche Erkenntnisse erhoffen wir uns vom Gaia-Projekt?
Das spannende an den Ergebnissen der Gaia-Mission ist, dass die Messungen Auswirkungen auf praktisch alle Gebiete der Astrophysik haben. Im Vordergrund steht natürlich die Vermessung unserer Milchstraße, der Sterne in unserer kosmischen Umgebung. Wenn wir sie verstehen, können wir noch besser verstehen, wie das Leben der Sterne von ihrer Entstehung bis zu ihrem Ende verläuft und wovon dieser Lebensweg abhängt. Und wir wollen Anhaltspunkte dafür finden, wie unsere Milchstraße sich entwickelt hat, wie sie zum Teil aus kleineren Galaxien zu dem geworden ist, was sie heute ausmacht. Dazu sind auch die Messung und das Studium der Bewegungen der Sterne so wichtig.

Warum ist die Vermessung der Milchstraße Sonnensystems – ähnlich der Vermessung der Welt – überhaupt so wichtig für uns?
Warum wir die Milchstraße vermessen wollen? Dafür gibt es keine Notwendigkeit für unser Alltagsleben. Aber die Milchstraße und unsere kosmische Umgebung zu erforschen hat mit der Neugierde der Menschen zu tun. Sie wollen wissen, wie das Universum mal entstanden ist, sie wollen wissen, wie es funktioniert und was in einer Zukunft passiert, in der es längst keine Menschen mehr geben wird. Am Ende ist das Betreiben von Wissenschaft und die Befriedigung dieser Neugierde ein Teil unserer menschlichen Kultur.

Ein Modell der Gaia-Sonde (c) Pline/Wikipedia

Ein Modell der Gaia-Sonde (c) Pline/Wikipedia

Was verraten die ersten beiden Gaia-Datensätze vom September 2016 und vom April 2018 bereits?
Gaias erster Sternkatalog, den wir im September 2016 aufgrund von elf bis dreizehn Monaten an Messungen gewonnen haben, war erst ein Appetithappen für die Astronomen. Für mehr als zwei Millionen Sterne konnten wir ihnen bereits recht präzise Entfernungen und Bewegungen liefern. Das war immerhin zwanzigmal mehr als man vorher kannte. Und mehrere hundert Veröffentlichungen aus allen Gebieten der Astrophysik benutzen diese ersten Gaia-Daten, vor allem um einzelne Objekte besser zu verstehen. Aber auch eine bisher unbekannte Sternenverbindung zwischen unseren kleinen Nachbargalaxien, den Magellanschen Wolken hat man entdeckt.

Was hat der zweite Katalog schließlich gebracht?
Der zweite Gaia-Katalog war ein echter Durchbruch. Seit er am 25. April 2018 veröffentlicht wurde, wurden im Durchschnitt jeden Tag 2,4 wissenschaftliche Publikationen veröffentlicht. So etwas hat es für ein einzelnes Projekt noch nie gegeben. Papers über Asteroiden, bestimmte Sterntypen, Sternhaufen, Bewegungsstrukturen in unserer Milchstraße und unseren nächsten Nachbargalaxien gehören dazu. Auch die Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der sich der Raum in unserem Universum ausdehnt, die Hubble-Konstante, konnte dank Gaia präziser bestimmt werden. Und inzwischen gibt ein Problem: Dieser Wert weicht etwas, aber signifikant von dem mit anderen Methoden bestimmten Wert ab. In Zukunft wollen wir diese Diskrepanz natürlich verstehen. Liegt es an unseren Methoden oder gibt es noch ganz unverstandene physikalische Mechanismen, die unser Universum als Ganzes bestimmen?

Es bleibt also spannend. Besten Dank für Ihre Antworten! Erlauben Sie mir zum Schluss noch eine Frage an Sie als Vertreter des „Donaldismus“: Welche Rolle könnten zukünftige Erkenntnisse der Gaia-Mission für unser Verständnis von Entenhausen spielen?
So interessant das Universum ist, in dem Donald und unsere gefiederten Freunde wohnen, so ist uns aus Entenhausen keine Mission bekannt, die so präzise Daten liefert wie Gaia. Allerdings ist die Weltraumfahrt in Entenhausen zum Teil viel weiter entwickelt. Innerhalb weniger Tage werden dort Raumschiffe gebaut, mit denen man zum Mond, den Asteroiden und sogar bis zum Pluto fliegen kann. Und auch Besucher von weit entfernten Planeten sind in den Duck-Geschichten von Carl Barks und Erika Fuchs, der deutschen Übersetzerin, dokumentiert worden. Interessanterweise stimmen Sternbilder, wie zum Beispiel das Sternbild Orion in ihrer Form sehr genau mit dem Sternbild in unserer Welt überein.

Stefan Jordans Vortrag „Gaias zweiter Sternkatalog – Die hochpräzise Vermessung der Milchstraße“ findet am 5. Dezember im Planetarium Wolfsburg statt. Weitere Informationen gibt es hier.

Benyamin Bahri (SUBWAY Magazin – oeding magazin GmbH) / Fotocredit: gemeinfrei

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