Wie zerbrochene Glassplitter im Scheinwerferlicht erscheinen die Sterne am Nachthimmel täuschend passiv. Stellare Oberflächentemperaturen können 50.000 Grad Celsius erreichen - mehr als zehnmal heißer als unsere Sonne - und bei einigen können sie über eine Million Grad erreichen! Die Wärme in einem Stern erreicht noch höhere Werte, die typischerweise mehrere Millionen Grad überschreiten - genug, um Atomkerne auseinander zu reißen und sie in neue Arten von Materie umzuwandeln. Unsere beiläufigen Blicke nach oben lassen nicht nur diese extremen Bedingungen erkennen, sondern weisen auch auf die enorme Vielfalt der existierenden Sterne hin. Sterne sind in Paaren, Drillingen und Quartetten angeordnet. Einige sind kleiner als die Erde, während andere größer als unser gesamtes Sonnensystem sind. Da jedoch selbst der nächste Stern 26 Billionen Meilen entfernt ist, wurde fast alles, was wir über sie wissen, einschließlich der auf dem beigefügten Bild, nur aus ihrem Licht gewonnen.
Unsere heutige Technologie ist immer noch nicht in der Lage, eine Person oder einen Roboter innerhalb einer Transitzeit von weniger als mehreren tausend Jahren zum nächsten Stern zu schicken. Daher bleiben die Sterne jetzt und für viele Jahre ohne einen beispiellosen Durchbruch beim Weltraumantrieb physisch unzugänglich. Obwohl es nicht praktikabel ist, den Berg zu besuchen, war es möglich, Teile des Berges zu studieren, die uns in Form von Sternenlicht geschickt wurden. Fast alles, was wir über die Sterne wissen, basiert auf einer als Spektroskopie bekannten Technik - der Analyse von Licht und anderen Strahlungsformen.
Die Anfänge der Spektroskopie stammen von Isaac Newton, dem englischen Mathematiker und Wissenschaftler des 17. Jahrhunderts. Newton war fasziniert von der damals seltsamen Vorstellung früherer Denker wie Rene Descartes, dass weißes Licht alle Farben des Regenbogens enthält. 1666 experimentierte Newton mit einem Glasprisma, einem kleinen Loch in einem seiner Fensterläden und der weißen Wand des Raumes. Als das Licht des Lochs durch das Prisma fiel, wurde es wie durch Zauberei in eine Reihe leicht überlappender Farben gestreut: von Rot bis Violett. Er war der erste, der dies als ein Spektrum beschrieb, das das lateinische Wort für Erscheinung ist.
Die Astronomie hat Newtons Entdeckung nicht sofort berücksichtigt. Bis weit ins 18. Jahrhundert hinein dachten die Astronomen, die Sterne seien nur ein Hintergrund für die Bewegung der Planeten. Ein Teil davon beruhte auf dem weit verbreiteten Unglauben, dass die Wissenschaft aufgrund ihrer entfernten Entfernung jemals die wahre physikalische Natur der Sterne verstehen könnte. All dies wurde jedoch von einem deutschen Optiker namens Joseph Fraunhofer geändert.
Fünf Jahre nach seinem Eintritt in ein Münchner Optikunternehmen wurde der damals 24-jährige Fraunhofer aufgrund seiner Fähigkeiten in den Bereichen Glasherstellung, Linsenschleifen und Design zum Partner ernannt. Sein Streben nach idealen Linsen für Teleskope und andere Instrumente führte ihn zum Experimentieren mit der Spektroskopie. 1814 stellte er ein Vermessungsteleskop auf, montierte ein Prisma zwischen ihm und einem kleinen Schlitz Sonnenlicht und schaute dann durch das Okular, um das resultierende Spektrum zu beobachten. Er beobachtete eine Ausbreitung von Farben, wie er erwartet hatte, aber er sah etwas anderes - eine fast unzählige Anzahl starker und schwacher vertikaler Linien, die dunkler als die übrigen Farben waren und einige fast schwarz erschienen. Diese dunklen Linien wurden später jedem Physikstudenten als Fraunhofer-Absorptionslinien bekannt. Newton hatte sie möglicherweise nicht gesehen, weil das in seinem Experiment verwendete Loch größer war als der Schlitz des Fraunhofers.
Von diesen Linien fasziniert und sicher, dass sie keine Artefakte seines Instruments waren, studierte Fraunhofer sie intensiv. Im Laufe der Zeit kartierte er über 600 Linien (heute sind es ungefähr 20.000) und wandte seine Aufmerksamkeit dann dem Mond und den nächsten Planeten zu. Er stellte fest, dass die Linien identisch waren und kam zu dem Schluss, dass der Mond und die Planeten das Sonnenlicht reflektierten. Als nächstes studierte er Sirius, stellte jedoch fest, dass das Spektrum des Sterns ein anderes Muster hatte. Jeder Stern, den er danach beobachtete, hatte einen einzigartigen Satz dunkler vertikaler Linien, die sich wie ein Fingerabdruck von den anderen unterschieden. Während dieses Prozesses verbesserte er eine Vorrichtung, die als Beugungsgitter bekannt ist und anstelle eines Prismas verwendet werden könnte, erheblich. Sein verbessertes Gitter lieferte weitaus detailliertere Spektren als ein Prisma und ermöglichte es ihm, Karten der dunklen Linien zu erstellen.
Fraunhofer testete seine Spektroskope - ein Begriff, der später geprägt wurde -, indem er das Licht einer Gasflamme beobachtete und die auftretenden Spektrallinien identifizierte. Diese Linien waren jedoch nicht dunkel - sie waren hell, weil sie aus einem Material resultierten, das bis zur Glühbirne erhitzt worden war. Fraunhofer bemerkte die Übereinstimmung zwischen den Positionen eines Paares dunkler Linien im Sonnenspektrum mit einem Paar heller Linien aus seinen Laborflammen und spekulierte, dass die dunklen Linien durch das Fehlen eines bestimmten Lichts verursacht werden könnten, als ob die Sonne (und die andere Sterne) hatten ihre Spektren von schmalen Farbstreifen beraubt.
Das Rätsel der dunklen Linien wurde erst um 1859 gelöst, als Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen Experimente durchführten, um chemische Materialien anhand ihrer Farbe beim Verbrennen zu identifizieren. Kirchhoff schlug Bunsen vor, ein Spektroskop als klarste Methode zur Unterscheidung zu verwenden, und es wurde schnell klar, dass jedes chemische Element ein einzigartiges Spektrum hatte. Zum Beispiel produzierte Natrium die Linien, die Fraunhofer einige Jahre zuvor entdeckt hatte.
Kirchhoff fuhr fort, die dunklen Linien in den Sonnen- und Sternspektren richtig zu verstehen: Licht von der Sonne oder einem Stern geht durch eine umgebende Atmosphäre kühlerer Gase. Diese Gase wie Natriumdampf absorbieren ihre charakteristische Wellenlänge vom Licht und erzeugen die dunklen Linien, die Fraunhofer Anfang des Jahrhunderts erstmals entdeckt hat. Dies hat den Code der kosmischen Chemie freigeschaltet.
Kirchoff entschlüsselte später die Zusammensetzung der Sonnenatmosphäre, indem er nicht nur Natrium, sondern auch Eisen, Kalzium, Magnesium, Nickel und Chrom identifizierte. Einige Jahre später, 1895, bestätigten Astronomen, die eine Sonnenfinsternis beobachteten, die Spektrallinien eines Elements, das auf Erdhelium noch nicht entdeckt worden war.
Während die Detektivarbeit fortgesetzt wurde, stellten Astronomen fest, dass sich die Strahlung, die sie mit Spektroskopen untersuchten, über die bekannten sichtbaren Farben hinaus in elektromagnetische Regionen erstreckte, die unsere Augen nicht wahrnehmen können. Heutzutage beschäftigt sich ein Großteil der Arbeit, die die Aufmerksamkeit professioneller Astronomen auf sich zieht, nicht mit den visuellen Eigenschaften von Weltraumobjekten, sondern mit der Art ihrer Spektren. Nahezu alle neu gefundenen zusätzlichen Sonnenplaneten wurden zum Beispiel durch Analyse von Sternspektrumverschiebungen entdeckt, die eingeführt werden, wenn sie um ihren Mutterstern kreisen.
Die riesigen Teleskope, die den Globus an extrem abgelegenen Orten bedecken, werden selten mit einem Okular verwendet und machen selten Fotos wie das in dieser Diskussion enthaltene. Einige dieser Instrumente haben Spiegeldurchmesser von mehr als 30 Fuß, andere, die sich noch in der Entwurfs- und Finanzierungsphase befinden, können Lichtsammelflächen von mehr als 100 Metern aufweisen! Im Großen und Ganzen sind alle, die vorhandenen und die auf dem Zeichenbrett befindlichen, optimiert, um das gesammelte Licht mithilfe hochentwickelter Spektroskope zu sammeln und zu zerlegen.
Derzeit werden viele der schönsten Weltraumbilder, wie das hier gezeigte, von begabten Amateurastronomen produziert, die von der Schönheit von Objekten angezogen werden, die durch den Weltraum treiben. Mit empfindlichen Digitalkameras und bemerkenswert präzisen, aber bescheidenen optischen Instrumenten ausgestattet, sind sie weiterhin eine Inspirationsquelle für Menschen auf der ganzen Welt, die ihre Leidenschaft teilen.
Das farbenfrohe Bild oben rechts wurde im August dieses Jahres von Dan Kowal von seinem privaten Observatorium aus aufgenommen. Es zeigt eine Szene in Richtung des nördlichen Sternbildes Cygnus. Diese komplexe Masse aus molekularem Wasserstoff und Staub ist etwa 4.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Ein Großteil des Lichts im Hauptteil dieses Nebels wird von dem massiven hellen Stern in der Nähe seines Zentrums erzeugt. Weitwinkelaufnahmen mit langer Belichtung zeigen, dass der Nebel sehr groß ist - im Wesentlichen ein riesiger Fluss aus interstellarem Staub.
Dieses Bild wurde mit einem apochromatischen 6-Zoll-Refraktor und einer astronomischen 3,5-Megapixel-Kamera aufgenommen. Das Bild zeigt fast 13 Stunden Belichtung.
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Geschrieben von R. Jay GaBany
