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Warum kartografieren Astronomen den Himmel? Diese Seite gibt
eine kurze Einleitung in ihre Beweggründe und umreißt die Geschichte der astronomischen
Durchmusterungen vom Altertum bis heute. Wenn du noch mehr lernen willst, besuche deine
lokale Bücherei oder sieh dich auf den vielen interessanten Internetseiten um. Warum den Himmel durchmustern?
Über Jahrtausende hinweg haben sich die Menschen über das Universum außerhalb unserer
Welt gewundert. Die Sterne und Planeten, bloße Lichtpunkte am Nachthimmel, haben schon
immer unsere Neugierigkeit angestachelt wenn wir das Verstündnis nach unserem Platz im Kosmos
erstrebt haben.
Die Menschen im Altertum erfassten diese Lichtpunkte oft in Verbindung mit höheren Mächten außerhalb
ihrer Kontrolle, wie Götter und Göttinnen. Einige Kulturen fingen an zu realisieren, dass sich
bestimmte Himmelsereignisse in regelmäßigen Abständen wiederholen. Diese Zivilisationen benutzten
diese regelmäßigen Ereignisse um die Zeit zu markieren, der Landwirtschaft zu helfen und
religiöse Beobachtungen aufzustellen. Später wurden Himmelsgrafiken, die mit bloßem Auge produziert
worden waren, unverzichtbare Werkzeuge für die Schifffahrt und den Handel. (Dieser wichtige Gesichtspunkt
der Himmelsdurchmusterungen hat bis heute überlebt, mit Beispielen wie dem
U.S. Naval Observatory.)
Heute verstehen wir, dass das Universum nicht nur aus Sternen und Planeten besteht, sondern auch aus Galaxien, Galaxienhaufen, Strömen und Gasklumpen, und einem Bestandteil aus unsichtbarer (oder dunkler ) Materie. Um mehr über diese Objekte zu erfahren, müssen wir erst einmal wissen, wo sie zu finden sind, wie sie einander beeinflussen und wie sie sich über die Zeit verändern. Viele Strukturen bedecken weite Gebiete des Himmels; andere sind wiederum so selten, dass wir Millionen von Objekten betrachten müssen, um nur ein Beispiel zu finden. Diese Ideen haben die vielen Projekte im letzten Jahrhundert geleitet, um das Universum zu kartografieren, und zwar in immer weitere Gebiete, in immer größere Tiefen und über einen immer wachsenden Bereich von Wellenlängen. Vollständige wissenschaftliche Himmelsdurchmusterungen sind die besten Techniken, die wir zur Verfügung haben, um neue Objekte und deren Wechselbeziehungen zu entdecken. Haben wir erst einmal genug Objekte gefunden, können wir sie studieren, um die Grundlagen der physikalischen Eigenschaften des Universums zu erlangen.
Diese Durchmusterung, die Sloan Digital Sky Survey
(SDSS), wurde geschaffen, um in größtem Maßstab zu untersuchen, wie sich Galaxien häufen.
Die SDSS wird diese Haufen viel detaillierter kartografieren, als irgendeine Durchmusterung bisher.
Wenn wir wissen wie sich Galaxien häufen, können wir etwas darüber lernen wie sich mikroskopische
Materie und Energievariationen entwickelt haben, und zwar von den frühesten Momenten nach dem Urknall,
vor mehr als 12 Milliarden Jahren, bis zu den Strukturen, die wir heute beobachten können.
Antike Durchmusterungen
Astronomie ist die Älteste der physikalischen Wissenschaften. Sie entwickelte sich im
Altertum aus der Neugierde über Tag und Nacht, die Sonne, den Mond und die Sterne. In der
Nacht folgten mehr als 1000 sichtbare Sterne einem ühnlichen Kurs, und schienen in festen
Gruppen oder Sternenbildern um einen festen Punkt am Himmel zu rotieren, dem nördlichen Himmelspol.
Die frühesten Himmelsdurchmusterungen waren Aufzeichnungen der Positionen und
Bewegungen der Sterne und Planeten. Die Menschen im alten Ägypten, China, Mittelamerika und
Mesopotamien führten diese Durchmusterungen vor über 5000 Jahren durch. Sie hielten ihre Daten
auf Steintafeln oder Tempelmauern fest, und manchmal bauten sie sogar riesige Strukturen
wie Stonehenge, das nach speziellen astronomischen Ereignissen ausgerichtet war. Der erste
bekannte Sternenkatalog, wurde in China ungefähr 350 v. Chr. von Shih Shen geschaffen und
beinhaltet 800 Sterne.
Die Karten des Universums verbesserten sich grundlegend von 600 v. Chr. bis 400 n. Chr.
In diesem Zeitraum begannen griechische Philosophen und Astronomen Theorien von dem
Funktionieren des Kosmos zu entwickeln. Diese Theorien, die sich auf detaillierte Beobachtungen
beziehen, machten Vorhersagen für die Bewegung der Sonne, des Mondes und der Planeten.
Im 6. Jahrhundert v. Chr. führten die Griechen die Geometrie in die Astronomie ein. Hundert
Jahre später stellte der berühmte Mathematiker Pythagoras die Theorie auf, dass sich die
Planeten auf der Oberfläche von konzentrischen Kreisen bewegten. Im 4. Jahrhundert v. Chr.
fasste Aristoteles das griechische Wissen über die Astronomie zusammen und Aristarchus
berechnete die Größe der Sonne und des Mondes im Verhältnis zur Erde.
Zweihundert Jahre später entwickelte Hipparchus die Trigonometrie. Mithilfe der Trigonometrie
konnte er die Entfernungen zu Planeten und Sternen berechnen, wenn er den Winkel kannte, mit
dem sie von der Erde aus beobachtet wurden. Hipparchus erkannte, dass die Astronomie präzise
und systematische Beobachtungen über Jahrhunderte hinweg benötigte, weswegen er viele alte
Beobachtungen zusammen mit seinen eigenen benutzte. Darüber hinaus beabsichtigte er, dass
viele seiner Beobachtungen, besonders seine Überwachungen der Planeten, von zukünftigen
Astronomen verwendet wurden.
Hipparchus Idee, wie sich die Planeten bewegten, wurde später von Ptolemäus verfeinert und
wurde zu dem was wir jetzt ptolemäisches System nennen. In dem ptolemäischen System bewegen
sich die Planeten entlang konzentrischer Kreisbahnen um die Erde, während sich einige Planeten
auf kleineren Kreisen, Epizykel genannt, um ihre Hauptbahn bewegten. Das ptolemäische System berechnete
die Planetenbewegungen mit großer Genauigkeit voraus. Ptolemäus verwendete ebenfalls die Trigonometrie,
um die Entfernung zum Mond präzise zu messen. Seine 13-bändige Abhandlung, Almagest, fasste
einen Großteil des antiken astronomischen Wissens zusammen. Sie wurde in viele Sprachen übersetzt
und entwickelte sich zur Obrigkeit für astronomische Fragen für die nächsten 1400 Jahre.
Die Geburt der modernen Astronomie
Die Astronomie schlummerte mehr als 1000 Jahre in Europa. In diesem Zeitraum machten
islamistische und hinduistische Astronomen bedeutsame Fortschritte darin den Himmel zu
verstehen. Als die Arbeiten der antiken Griechen durch arabische Übersetzungen zurück kehrten, wurde
die Europäische Astronomie wieder zu neuem Leben erweckt. Der Aufschwung wurde von einem
polnischen Priester namens Nicholas Copernicus garantiert, der in seinem Buch De Revolutionibus
Orbium Coelestium (Über die Revolutionen der Himmelssphären) von 1543 die Theorie
aufstellt, dass sich die Erde um ihre eigene Achse dreht und die Sonne zusammen mit all den
anderen Planeten umkreist. In dieser Zeit wurden astronomische Observatorien in Europa
gegründet. Eins dieser Observatorien, nämlich Uraniborg, wurde auf eine dänische Insel
gebaut. Die berühmten Astronomen Tycho Brahe und Johannes Kepler erstellten dort die sorgfältigsten
und vollständigsten astronomischen Beobachtungen für diese Zeit, welche mehr als 700
Sterne enthielten.
Zur selben Zeit richtete Galileo Galilei, häufig der Gründer der modernen Naturwissenschaften genannt,
ein neu entwickeltes Teleskop auf den Nachthimmel. Dieses Teleskop revolutionierte die Astronomie,
indem es den Astronomen ermöglichte Sterne zu sehen, die noch niemand zuvor gesehen hatte. Anfang des
17. Jahrhunderts entwickelte Isaac Newton die Theorie der universellen Gravitation, die besagt,
dass dieselbe Kraft, die Dinge auf die Erde fallen lässt auch die Planeten veranlasst die Sonne
zu umkreisen. Hundert Jahre später benutzten Astronomen regelmäßig Newtons Gesetze, um die
physikalischen Grundlagen von dem was sie sahen zu untermauern. Keplers Beobachtungen und
Newtons Gesetze bildeten das Fundament der Astronomie für fast zweihundert Jahre.
Die Durchmusterungen des 20. Jahrhunderts
Im späten 19. Jahrhundert wurde die Astronomie erneut revolutioniert von der Erfindung der
Kamera und des Spektrogramms. Photographische Filme und Platten erlaubte es Astronomen
zum aller ersten Mal eine durchgehende Aufzeichnung des Himmels zu erstellen. Zudem konnten
photographische Platten für sehr lange Zeit belichtet werden, was es den Astronomen ermöglichte
entferntere Objekte in größerer Entfernung zu erkennen. In den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts
wussten die Astronomen, dass viele der verschwommenen, undeutlichen Objekte, die sie sahen,
tatsächlich andere Galaxien waren, die Billionen von Sternen enthielten. Doch um entfernte
Galaxien zu erforschen, mussten die Astronomen sie erst einmal finden. Um weitere
undeutliche Galaxien zu finden, fingen die Astronomen systematisch an den Himmel fotografisch
zu durchmustern.
Diese systematischen Himmelsdurchmusterungen wurden durch die Entwicklung des
Schmidt Teleskops vereinfacht, wobei es sich um ein neues Teleskop handelt, das
es ermöglichte große Gebiete des Himmels auf einmal zu fotografieren. Das erste solche
Teleskop, mit Spiegel von 18 inch (46 cm) Durchmesser, wurde 1936 in Betrieb genommen in dem Palomar
Observatorium in Kalifornien, und wurde verwendet, um nach explodierenden Sternen
Ausschau zu halten, den sogenannten Supernovae. Dieses Design war dermaßen erfolgreich,
dass eine größere, 48 inch (1,2 m) große Version gebaut wurde, deren Zweck es war,
Objekte für das neue 200 inch (5 Meter) große Teleskop ausfindig zu machen, das gerade in
Palomar aufgebaut wurde. Mithilfe des 48-inch-Schmidt Teleskops, begannen die Astronomen 1949
den ersten modernen Aufwand einer vollständigen, unvoreingenommenen Durchmusterung. Die
landesweite geographische Durchmusterung des Palomar Observatoriums (Palomar Observatory
Sky Survey: POSS-I) sammelte Daten in verschiedenen Farben des Lichts über den gesamten nürdlichen
Himmel. Ein anderes Teleskop wurde dazu gebaut, den ganzen südlichen Himmel zu durchmustern.
Diese Durchmusterungen brauchten Jahrzehnte um vervollständigt zu werden, aber dafür versorgten sie
Astronomen mit Daten, die jahrzehntelang genutzt werden konnten. Als in den 80er Jahren neue Teleskope
gebaut wurden, brauchten Astronomen eine neue Durchmusterung, um undeutliche, weiter entfernte Ziele
für die allergrößten Teleskope zu finden. Mit demselben 48-inch Schmidt Teleskop auf dem Palomarberg, aber
mit einer verbesserten photographischen Emulsion, starteten Astronomen die zweite Palomar Observatory Sky Survey (POSS-II), eine
neue Durchmusterung des gesamten nördlichen Himmels.
Als Computer und digitale Medien entwickelt wurden, scannten die Astronomen die photographischen
Platten der Durchmusterungen ein, um digitale Bilder zu schaffen, die sich jeder im Internet
anschauen konnte. Heute kann sich jeder die Bilder von allen Durchmusterungen herunterladen mit
Hilfsprogrammen, wie dem SkyView der NASA.
Zusätzlich zu der Entwicklung von anderen Wellenlängen (Radio: FIRST,
Röntgenstrahlen: RASS,
Infrarot: 2MASS), wurden Durchmusterungen
des Himmels in diesen neuen Intervallen zugleich von astronomischen Observatorien durchgeführt und offenbarten verblüffende
Ansichten des Himmels, die man noch nie zuvor gesehen hatte.
Die Sloan Digital Sky Survey
Heute bieten moderne elektronische Detektoren (wie der CCD Chip in Digitalkameras) eine
viel größere Sensibilität als die photographischen Platten. Schnelle Computer und riesige
Datenspeichersysteme erlauben es Astronomen digitale Bilder vom Himmel zu machen, sowie die Daten,
die sie sammeln zu bearbeiten und zu speichern. Diese technischen Vorteile führten zu der
Gründung der Sloan Digital Sky Survey, die ein Viertel des gesamten Himmels detailliert
kartografieren wird, und damit die Positionen und Helligkeiten von Hunderten von Millionen
Himmelsobjekten ermitteln wird. Sie werden auch die Entfernungen zu einer Million der
nahesten Galaxien messen, und uns somit ein dreidimensionales Bild des Universums geben,
in einem hundertmal größeren Umfang als diese, die wir jetzt haben. Die SDSS wird auch die
Abstände zu 100.000 Quasaren ermitteln, die entferntesten Objekte, die wir kennen, und uns
damit einen noch nie da gewesenen Blick auf die Grenze des sichtbaren Universums gewährleisten.
Der Anteil des Universums, das durchmustert wird, wird von unserem Logo repräsentiert, das ähnlich
einer Fallschirmform ist. Wir befinden uns in der Mitte des Logos, auf dem Knoten der
Fallschirmleinen. Der elliptische Hintergrund deutet die Form einer Galaxie an, das interessanteste
Himmelsobjekt für die SDSS.
Die SDSS verwendet ein speziell gebautes 2,5 Meter (8 feet) großes Teleskop am Apache Point Observatorium
in New Mexico. Das Teleskop ist fest eingestellt direkt in den Himmel hinauf zu zeigen. Wührend sich die
Erde dreht, wird mehr von dem Himmel über dem Teleskop sichtbar. In dem Verlauf einer Nacht bildet
das Teleskop einen "Streifen" des Himmels ab. Es wird von nun an bis 2005 in klaren
Nächten arbeiten und wird Streifen von einem Viertel des Nachthimmels ablichten. Das Teleskop
wird den Himmel in fünf verschiedenen Wellenlängen des Lichts gleichzeitig darstellen; diese
Wellenlängen sind in der Tabelle rechts aufgelistet.
Darüber hinaus wird die SDSS auch Spektren erfassen, die messen wie viel Licht ein Objekt an verschiedenen elektromagnetischen Wellenlängen emittiert. Die SDSS wird Spektren von mehr als einer Million Galaxien messen. In den nördlich galaktischen Hemissphären wird die SDSS ungefähr 10.000 Quadratgrad beobachten. In den südlich galaktischen Hemissphären wird die SDSS dieselbe Bandbreite mehrmals abbilden, und es somit ermöglichen weit entfernte Quellen zu sehen und nach wechselhaften, kurzlebigen Objekten zu suchen.
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