Die Milchstraße über dem Schwarzwald

 Wer in der Abenddämmerung steil nach oben in Richtung Zenit schaut, entdeckt mit zunehmender Dunkelheit nach und nach drei besonders helle Sterne. Es handelt sich um die Sterne Vega, Deneb und Altair. Sie bilden das sogenannte Sommerdreieck.

Quer durch das Sommerdreick verläuft das Band der Milchstraße. Das Dreieck hilft bei der Suche nach diesem zarten Band, denn je nach Beobachtungsstandort ist es möglicherweise gar nicht sichtbar. Städtische Lichtverschmutzung, aber auch der Mond können den Himmel zu sehr aufhellen.

Die Aufnahme oben gelang Julian Zoller im Schwarzwald. Hier ist nicht nur der Wald, sondern auch der Himmel recht schwarz, so dass der Anblick der Milchstraße ein echtes Erlebnis ist.

Auf dem Foto von Julian sehen wir allerdings nicht die Milchstraße im Bereich des Zenit, sondern nahe ihrem Zentrum im Sternbild Schütze. Wenn man den Stern Deneb im Sommerdreieck identifiziert hat, kann man mit zunehmender Dunkelheit auch bald das komplette Sternbild Schwan ausmachen, zu dem Deneb gehört. Der Schwan wiederum scheint entlang der Milchstraße zu fliegen. Folgt man seiner Flugrichtung in Richtung Horizont, trifft man auf den Schützen. Das Sternbild Schütze wiederum ist bei guter Horizontsicht recht markant. Es sieht allerdings nicht wie ein Schütze, sondern eher wie eine Teekanne aus.

Für das nächste Bild hat Julian die Sternbilder und ein paar besondere Objekte der Milchstraße auf dem Foto markiert.

Das Band der Milchstraße ist eigentlich die flache Scheibe unserer Heimatgalaxie. Die Scheibe enthält sehr viel Gas- und Staub, aus denen neue Sterne entstehen. Daher ist die Region in diesem Bereich reich an offenen Sternhaufen, aber auch der imposante Kugelhaufen M22 ist zu sehen. Da offene Sternhaufen und Dunkelwolken eine recht große Winkelausdehnung haben, lohnt es sich bereits mit dem Fernglas, den Flug des Schwans in Richtung Schützen zu folgen.

Hier noch ein paar technische Daten zu der Aufnahme:Julian Zoller verwendet die sehr handliche Montierung Star Adventurer mit einer Nikon D5000, AF-S DX NIKKOR 18–105 mm Objektiv. Die Brennweite betrug 50mm, die Belichtungszeit: 90 x 30 Sekunden für die Milchstraße und 1 x 30 Sekunden für den Vordergrund. Die Aufnahmen wurden von der gleichen Position aus aufgenommen aber mittels Photoshop zusammengefügt. Für den Vordergrund wurde der Aufnahmewinkel ein wenig nach unten geschoben, damit der Vordergrund besser zur Geltung kommen kann. Der Ort der Aufnahme liegt in der Nähe von Baden Baden im Schwarzwald.

Ach ja, die Person im Vordergrund ist der Fotograf Julian Zoller.

Eine kurze Tour durch unsere Milchstraße

Alle Sterne, die wir sehen können, sind Teil unserer Milchstraße. Wir leben in dieser Galaxie und können uns nur vorstellen, wie sie wohl von außen aussehen mag.

In diesem kurzen Video stellt Dr. Frank Summers die Milchstraße vor.

Was ist eigentlich die Milchstraße?

Unsere kosmische Nachbarschaft in 3D

Die Erde, dritter Planet im Sonnensystem, in dessen Zentrum ein mittelgroßer, mittelmäßig heller, gelblicher Stern steht, die Sonne. Der Stern zieht seine Bahn um das Zentrum der Milchstraße, relativ weit außen schon, in einem der vielen Spiralarme, den wir den Orion-Arm nennen. Unsere Heimatgalaxie ist schon ein stattliches Exemplar ihrer Art, das neben einem Schwarm von Kugelsternhaufen auch eine Reihe von kleinen Begleitgalaxien um sich schart.Gleiches macht auch unsere nächste größere Nachbarin, die Andromedagalaxie, die sich derzeit fleißig auf uns zu bewegt - genau wie wir uns auf sie zubewegen. Gemeinsam mit der Dreiecksgalaxie bilden die zwei und ihr Anhang die Lokale Gruppe von Galaxien. Aber wie geht es dann weiter?

Die Lokale Gruppe ist Bestandteil des Virgo-Superhaufens, zu dem auch der Virgo-Galaxienhaufen gehört. Dessen Galaxien sind durchschnittlich schon 65 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Wir können messen, daß auch der Virgohaufen fleißig an uns zieht. Trotzdem entfernen sich die Galaxien des Virgohaufens von uns, Schuld daran ist die Expansion des Universums. Und außerhalb des Virgohaufens, wie sieht es da aus? In welche Richtungen gibt es weitere Galaxien oder Ansammlungen von Galaxien? Um das herauszufinden, wirft man am besten erstmal einen Blick in eine Himmelsdurchmusterung. Derzeit stehen mit Pan-STARRS, VISTA, VST oder dem LSST ja eine ganze Reihe von Teleskopen vor Himmelsdurchmusterungen in den Startlöchern oder haben ihre Arbeit vor kurzem aufgenommen.

Eine der Himmelsdurchmusterungen, die schon seit einigen Jahren abgeschlossen ist und wo daher schon alle Daten des kompletten Himmels zur Verfügung stehen, ist 2MASS, der Two Micron All Sky Survey. Wie der Name andeutet, hat 2MASS im nahen Infraroten beobachtet und dabei auch jede Menge Galaxien abgelichtet. Damit hätten wir also schonmal eine Himmelskarte von Galaxien, wissen aber noch nicht wie weit sie weg sind. Das herauszufinden, war Aufgabe des 2MASS Redshift Survey (2MRS), bei dem in jahrelangen Nachbeobachtungen die Rotverschiebungen der abgelichteten Objekte gemessen wurden. Für unsere kosmische Nachbarschaft läßt sich die wiederum einigermaßen genau in Entfernungen umrechnen.

Mit dem 2MASS Redshift Survey ist man bei der Durchmusterung des Himmels nach nahen Galaxien so nah an die Milchstraßenebene herangerückt wie nie zuvor. Image Credit: T.H. Jarrett (IPAC/SSC)

Das Resultat ist eine farbkodierte Karte, die uns zeigt wo sich jede der vermessenen Galaxien im Raum befindet. Die Farbdarstellung macht wunderbar sichtbar, wo sich Galaxien zu Haufen gleicher Entfernung anordnen und wo sich bereits die typischen Strukturen des Kosmos - walls and voids genannt - herausbilden. Wohlgemerkt, diese Karte beinhaltet "nur" die 43.000 nächsten Galaxien bis zu einer Rotverschiebung von etwa z=0.03, was grob 370 Millionen Lichtjahren Entfernung entspricht. Die am weitesten entfernten Galaxien, die man heute kennt, kommen auf z-Werte im Bereich 8-10. Das Licht war von ihnen bis zu uns bis zu 13 Milliarden Jahre lang unterwegs, während sich der Raum um sie herum fleißig ausgedehnt hat, daß daß sie inzwischen mehr als 40 Milliarden Lichtjahre weit weg sein können.

Milchstraßenpanorama über Paranal

Dieses schöne Bild der europäischen Südsternwarte ESO hat es verdient im Lichtecho gespiegelt zu werden.

Anklicken lohnt sich! Quelle: Yuri Beletsky/ESO

Das Panorama zeigt unsere Milchstraße, die sich bogenförmig über den Himmel ergießt. Die starke Krümmung entsteht durch den extremen Weitwinkel der Aufnahme. Man sieht links einen hellen "Stern", bei dem es sich allerdings um den Planeten Venus handelt. Venus ist hier Morgenstern, geht also kurz vor der Sonne auf. Die Venus markiert somit grob Osten. Oberhalb eines der Teleskope erkennen wir einen rötlichen Punkt. Das ist der untergehende Vollmond, der somit die westliche Richtung vorgibt. Diese beiden hellen Punkte liegen also etwa 180° auseinander. Die Bildmitte gibt den Blick Richtung Süden wieder.

Warum rötlicher Vollmond? Ganz einfach weil das Bild am 21.12.2010 aufgenommen wurde. Wir werden hier Zeuge einer totalen Mondfinsternis. Der Mond geht also im Erdschatten unter. Er sieht rötlich aus, weil die Erdatmosphäre den langwelligen Teil des Sonnenlichts in den Erdschatten streut und auf den Mond wirft. Kleiner ironischer Einschub: Der Mond steht auf dem Bild über dem Teleskop namens Kuyen, weiß auf Deutsch Mond heißt.

Auf Seiten von Venus ist auf der Aufnahme das Zodiakallicht zu sehen. Das ist Sonnenlicht, das an der Staubebene unseres Planetensystems gestreut wird. Die Form dieses "Lichtkeils" gibt also grob den Verlauf der Ekliptik wieder.

Das Band der Milchstraße stellt die Innenansicht unserer Heimtatgalaxie dar. Über 100 Milliarden Sterne, von denen die meisten in einer Ebene angeordnet sind - zusammen mit dem Gas und Staub, aus denen sie entstanden sind. Die dunklen Staubstrukturen sind bei solchen grandiosen Sichtbedingungen so auffallend, dass Kulturen der südlichen Hemisphäre ihnen Namen gaben, ähnlich wie wir es mit Sternbildern machen.

Zu sehen sind auch die beiden großen Begleitgalaxien unserer Milchstraße, die nach dem berühmten Seefahrer Magellansche Wolken genannt werden. Die große "Wolke" steht etwas links der Bildmitte, die kleine horizontnah darunter.

Das Bild wurde auf dem 2.600 Meter hohen Berg Paranal in der furztrockenen chilenischen Atacama-Wüste aufgenommen. Da stehen die vier 8,2-Meter-Teleskope des VLT (Very Large Teleskope = sehr großes Teleskop, nicht zu verwechseln mit dem extrem großen Teleskop E-ELT oder dem überwältigend großen Teleskop OWL). Die moderne astronomische Einrichtung auf dem Paranal wird von der multinationalen Organisation Europäische Südsternwarte ESO betrieben.

Gammablasen-Speisung

In jeder Ausgabe der Zeitschrift Sterne und Weltraum findet sich die Rubrik "Zum Nachdenken". In dieser Rubrik geht es nicht darum eine neue Astrophysik zu entwickeln oder sonst irgendeinen weltbewegenden Gedankengang nachzugehen. Sinn der Sache ist es vielmehr, einen Nachricht aus der Wissenschaft auch mal quantitativ zu betrachten, indem mit einfachen Überschlagsrechnungen die Größenordnungen eines Phänomens erfasst werden. Für Experimentalphysiker ist es selbstverständlich, sich einem Problem auf diese Art zu nähern und ich finde es mutig und gut von der Redaktion, in jeder Ausgabe einen Beitrag so aufzubereiten, dass die Leser zu Überschlagsrechnungen angeleitet werden.

Die "Zum Nachdenken"-Rubrik steht jeweils kostenlos als PDF zur Verfügung. Für das Januarheft hier: Gammablasen-Speisung. Der zugehörige Artikel "Rätselhafte Vergangenheit des galaktischen Zentrums" bleibt allerdings den Heftkäufern vorbehalten. Die Aufgabenstellung ist aber so ausführlich, dass es auch ohne den Artikel geht, zumal die Abbildung oberhalb der Rubrik sehr hilft. Es geht um die Frage, wie aktiv unser galaktischer Kern in der Vergangenheit war. Eine Frage, die sich aufgrund von Messungen des FERMI-Satelliten im Gammastrahlenbereich neu stellt. Die Messungen führen zu dem in der Grafik gezeigten Blasen und die Frage ist, ob deren Energieinhalt durch die Verdauung einer hinreichend großen Sonnenmasse durch das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße erzeugt werden kann.

Wer nun Lust hat, das durchzurechnen kann seine Resultate mit meinen vergleichen:

• Aufgabe 1: Die gesamte Leuchtkraft einer der beiden Blasen hat den zehntausendfachen Wert der Leuchtkraft unserer Sonne.
• Aufgabe 2: Aus der Größe der Blase und der Geschwindigkeit des Gases ergibt sich ein ungefähres Alter von zehn Million Jahren.
• Aufgabe 3: Der gesamte Energieinhalt einer Blase liegt in etwa bei 2,5 10^45 kJ
• Aufgabe 4: Verdaut das zentrale Schwarze Loch einen massereichen Stern von 50 Sonnenmassen, erzeugt es eine Leuchtkraft von 10^36 Watt. Das Schwarze Loch benötigt also lediglich 80.000 Jahre, um die Energie der Blasen aufzubringen. Die Gammablasen können also wirklich durch Jets aus dem zentralen Schwarzen Loch gespeist worden sein. 

Auch wenn die Rechnungen einfach sind, so führen die riesigen astronomischen Größenordnungen zumindest bei mir garantiert zu Fehlern. Da ich aber auch keine Lust habe, alles zigmal nachzurechnen, würde es mich nicht wundern, wenn ich mich irgendwo in einer Größenordnung vertan habe. Macht es einfach besser als ich. Übrigens: Wer seine Lösung an die Redaktion faxt, nimmt an einem Gewinnspiel teil.

So schön kann Staub sein

Credit: ESA and the HFI Consortium, IRAS 

Kaum freuen wir uns hierzulande auf den anbrechenden Frühling, zeigen uns die Astronomen, wo es in der Sonnenumgebung am kältesten ist. Die Aufnahme, die farblich gerade wunderbare in die gelbe Phase unseres Lichtechos passt, entstand mit dem Astronomiesatelliten Planck. Dieses Schmückstück der europäischen Raumfahrtbehörde ESA soll eigentlich viel weiter raus und somit zurück in die Zeit schauen, um die kosmischen Hintergrundstrahlung zu vermessen. Dabei handelt es sich um das früheste Licht im Universum, sozusagen der Fingerabdruck des Urknalls. Aufgrund der Ausdehnung des Universums ist diese Strahlung rotverschoben. Astronomen benötigen einen Satelliten mit Instrumenten, die auf Infrarotstrahlung ansprechen. Blöd ist nur, dass auch kalter interstellarer Staub unserer Galaxie in diesem Bereich "leuchtet". Diese störende Vordergrundstrahlung wird von den Astronomen vorab gemessen, um später die Messung der Hintergrundstrahlung um diesen "Schmutzfaktor" zu korrigieren. So liefert uns also der Satellit Planck quasi nebenbei eine Karte mit kaltem Gas und Staub.
In den Worten des beteiligten Wissenschaftlers Richard Davis von der University of Manchester klingt das so:

"These are fantastically detailed images showing the sky at a wavelength never previously investigated. Our main aim with Planck is to observe the cosmic microwave background, the fading glow of the Big Bang. However the emissions from our own Galaxy, the so-called foregrounds, restrict our ability to do that. When these high-frequency images are combined with those from the low-frequency instrument, key components of which were built here at Jodrell Bank, we will be able to accurately separate the foreground. In addition to enabling extremely precise measurements of the microwave background, this will result in all sorts of new science on the physical processes at work in our Galaxy." 

 Was genau sehen wir jetzt hier? Das Bild zeigt einen 55 Winkelgrad großen Himmelsausschnitt entlang der galaktischen Ebene. Es setzt sich aus insgesamt drei Aufnahmen zusammen und zwar einerseits aus Daten des Satelliten Planck bei 540 und 350 Mikrometer Wellenlänge, sowie andererseits aus einer Aufnahme bei 100 µm Wellenlänge, die mit einem anderen Infrarotsatelliten gelangen, nämlich dem Satelliten IRAS. Die kombinierten Daten zeigen unterschiedliche Temperaturen in farblichen Abstufungen. Das kräftige Rot entpricht einer Temepratur von 12 Kelvin, also 12 Grad über dem absoluten Nullpunkt von -273, 15° Celsius. Die weißen Bereiche des Bildes sind deutlich wärmer, nämlich einige zehn Grad über den absoluten Nullpunkt. Dieser relativ warme Staub lässt auf Sternentstehungsprozesse schließen. Die Tiefe des Bildes liegt bis zu 500 Lichtjahre Entfernung von unserer Sonne. Gemessen an der gewaltigen Ausdehnung unserer Milchstraße ist das also der Staub vor unserer Tür.

Der Satellit Planck wurde gemeinsam mit dem Weltraumteleskop Herschel am 14. Mai 2009 von der ESA in Kourou, Französisch-Guayana, gestartet. Der Doppelstart war zweifelsohne ein extremer Vertrauensbeweis in die Zuverlässigkeit der Ariane-5-Rakete, den diese auch gerecht wurde. Der Planck-Satellit benötigte sechs Wochen, um den so genannten Lagrange-Punkt 2 zu erreichen, der sich in 1,5 Million Kilometern Entfernung von der Erde befindet. Während dieser Reise wurden die Instrumente Plancks heruntergekühlt, damit er nicht mit seiner Eigenwärme die Infrarotsensoren blendet. Gekühlt ist untertrieben: Der Satellit Planck ist nicht nur popokalt, sondern mit 0,1 Grad über den absoluten Nullpunkt so kalt, wie es kälter kaum noch geht. Der kälteste Punkt im All ist uns also relativ nahe. Jetzt freuen wir uns aber wirklich auf den Frühling!

Quelle: Jodrell Bank Centre for Astrophysics und NASA/JPL