Wie messen wir Entfernungen im Universum? - Yuan-Sen Ting

Vollständige Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Der Himmel bietet uns einen flachen, zweidimensionalen Anblick. Wie aber berechnen Astronomen die Entfernungen der Sterne und Galaxien von der Erde aus? Yuan-Sen Ting zeigt uns, wie trigonometrische Parallaxen, Standardkerzen und andere Methoden uns dabei helfen, die Entfernungen von Objekten zu bestimmen, die mehrere Milliarden Lichtjahre von der Erde weg sind.

Lektion von Yuan-Sen Ting, Animation von TED-Ed.

Licht ist das Schnellste, das wir kennen.

Es ist so schnell, dass wir
riesige Entfernungen danach bemessen,

wie lange Licht braucht,
um sie zurückzulegen.

In einem Jahr legt Licht
ca. 9 500 000 000 000 km zurück,

diese Entfernung nennen wir
ein Lichtjahr.

Um eine Vorstellung zu bekommen,
wie weit das ist:

Die Apollo-Astronauten brauchten
vier Tage bis zum Mond,

er ist aber nur eine Lichtsekunde
von der Erde entfernt.

Proxima Centauri, der nächstgelegene Stern
jenseits der Sonne,

ist schon 4,24 Lichtjahre entfernt.

Der Durchmesser unserer Milchstraße liegt
bei etwa 100 000 Lichtjahren.

Die uns nächstgelegene Galaxie, Andromeda,

liegt 2,5 Mio. Lichtjahre entfernt.

Das Universum ist unvorstellbar groß.

Aber woher wissen wir, wie weit die Sterne
und Galaxien von uns entfernt sind?

Wenn wir den Himmel anschauen, sehen
wir ja nur eine zweidimensionale Fläche.

Zeigt man mit dem Finger auf einen Stern,
weiß man noch nicht, wie weit er weg ist.

Wie berechnen Astrophysiker das?

Für sehr nahe Objekte

können wir ein Konzept namens
Trigonometrische Parallaxe nutzen.

Es ist ganz einfach.

Experimentieren wir ein wenig:

Strecke deinen Daumen aus und
schließe dein linkes Auge.

Jetzt öffne dein linkes Auge und
schließe das rechte.

Es sieht so aus, als hätte
der Daumen sich bewegt,

im Gegensatz zu weiter entfernten
Objekten im Hintergrund.

Das gleiche Konzept wird
auf Sterne angewendet,

jedoch sind ferne Sterne viel weiter weg
als dein Arm lang ist.

Und die Erde ist nicht besonders groß.

Selbst mit mehreren Teleskopen
entlang des Äquators

würden wir keine
große Verschiebung erkennen.

Stattdessen beobachten wir

die scheinbare Standort-Veränderung
eines Sternes innerhalb von 6 Monaten,

nachdem die Erde die Sonne
zur Hälfte umrundet hat.

Wenn wir die relativen Positionen
der Sterne im Sommer messen,

und dann nochmal im Winter,
ist das,

als würde man mit
dem anderen Auge schauen.

Nähere Sterne haben sich
scheinbar im Verhältnis

zu den weiter entfernten Sternen
und Galaxien bewegt.

Aber diese Methode funktioniert nur
mit Objekten,

die nicht mehr als
ein paar tausend Lichtjahre entfernt sind.

Außerhalb unserer Galaxie sind
die Entfernungen so groß,

dass die Parallaxe zu klein ist,

um sie selbst mit unseren
empfindlichsten Geräten zu messen.

An dieser Stelle brauchen wir
eine andere Methode,

bei der sogenannte Standardkerzen
als Indikator dienen.

Standardkerzen sind Objekte,
deren Leuchtkraft bzw. Helligkeit

wir genau kennen.

Zum Beispiel: Wenn du weißt,
wie hell deine Glühbirne ist,

und du bittest einen Freund, sich mit
der Glühbirne von dir zu entfernen,

dann weißt du, dass das Licht
von deinem Freund

mit dem Quadrat der Entfernung
abnimmt.

Wenn du nun das Licht,
das bei dir ankommt,

mit der Leuchtkraft
der Glühbirne vergleichst,

kannst du berechnen,
wie weit dein Freund von dir weg ist.

In der Astronomie wird diese Glühbirne
durch eine spezielle Art

von Stern verkörpert,
den man Cepheiden nennt.

Diese Sterne sind im Inneren instabil,

so als würde man ständig
einen Ballon aufblasen

und dann die Luft wieder herauslassen.

Weil diese Ausdehnung und Kontraktion
die Helligkeit der Sterne variieren lässt,

können wir ihre Helligkeit berechnen,
indem wir die Länge dieses Zyklus messen,

wobei sich hellere Sterne
langsamer verändern.

Wenn wir das sichtbare Licht
dieser Sterne

mit ihrer berechneten
Helligkeit vergleichen,

können wir die Entfernung ausrechnen.

Leider ist das noch nicht alles.

Einzelne Sterne können wir nur
bis zu einer Entfernung

von 40 000 000 Lichtjahren beobachten.

Danach werden sie zu unscharf.

Glücklicherweise gibt es noch eine
zweite Art Standardkerze:

die berühmte Supernova vom Typ 1a.

Supernovas sind riesige Sternenexplosionen
und eine Form des Sternentodes.

Diese Explosionen sind so hell,

dass sie ihre
eigenen Galaxien überstrahlen.

Also selbst wenn wir die Sterne
einer Galaxie nicht ausmachen können,

können wir immer noch Supernovas erkennen.

Typ-1a-Supernovas kann man
als Standardkerzen nutzen,

da diese sehr hellen Sterne

sich langsamer verdunkeln
als weniger helle.

Durch das Verstehen des Zusammenhangs

zwischen Helligkeit und Verdunklungsrate

können wir diese Supernovas nutzen,
um in Entfernungen

von bis zu mehreren Milliarden
Lichtjahren vorzudringen.

Aber warum ist es überhaupt wichtig,
so weit entfernte Objekte zu betrachten?

Erinnern wir uns daran,
wie schnell Licht sich bewegt.

Zum Beispiel braucht das Licht
von der Sonne bis zu uns acht Minuten.

Das bedeutet, dass das Licht,
das wir jetzt sehen,

die Sonne vor acht Minuten zeigt.

Betrachtet man den Großen Wagen,

sieht man, wie er vor 80 Jahren aussah.

Und diese unscharfen Galaxien?

Sie sind Millionen Lichjahre entfernt.

Es hat Millionen Jahre gedauert,
bis ihr Licht uns erreicht hat.

Also hat das Universum auf gewisse Weise
eine eingebaute Zeitmaschine.

Je weiter wir zurücksehen, desto jünger
ist das Universum, in das wir blicken.

Astrophysiker versuchen, die Geschichte
des Universums zu lesen

und zu verstehen, woher wir kommen.

Das Universum schickt uns ständig
Informationen in Form von Licht.

Wir müssen sie nur noch entschlüsseln.