Im Jahr 1781 bemerkte ein englischer Komponist,
Techniker und Astronom namens William Herschel
ein Objekt am Himmel,
das sich etwas anders bewegte als die übrigen Sterne.
Und Herschels Erkenntnis, dass etwas anders war,
dass etwas nicht ganz stimmte,
war die Entdeckung eines Planeten,
des Planeten Uranus.
Ein Name, der zahllose Generationen von Kindern amüsiert hat,
aber ein Planet, der über Nacht
die Größe des uns bekannten Sonnensystems verdoppelte.
Gerade letzten Monat gab die NASA
die Entdeckung von 517 neuen Planeten bekannt,
die nahe gelegene Sterne umkreisen,
was die Anzahl der bekannten Planeten
in unserer Galaxie über Nacht fast verdoppelte.
Die Fähigkeit Daten zu sammeln
verändert die Astronomie kontinuierlich
und mit sich jährlich verdoppelnden Datenmengen
könnten wir innerhalb der nächsten zwei Jahrzehnte
zum ersten Mal in der Geschichte
den Punkt erreichen, an dem wir die Mehrheit der Galaxien
im Universum entdeckt haben.
Aber mit dem Beginn dieser Ära der "Datenflut"
merken wir, dass es einen Unterschied gibt,
ob mehr Daten einfach besser
oder ob sie auch anders sind
und unsere Fragen verändern können.
Dabei geht es nicht darum, wie viele Daten wir sammeln,
sondern ob diese Daten neue Fenster
zu unserem Universum öffnen,
ob sie die Art, wie wir unseren Himmel betrachten, verändern.
Also was ist das nächste Fenster zu unserem Universum?
Was ist das nächste Kapitel der Astronomie?
Ich werde Ihnen einige Werkzeuge und Technologien zeigen,
die wir in den nächsten zehn Jahren entwickeln werden
und wie diese Technologien,
gepaart mit geschickter Datennutzung,
einmal mehr die Astronomie verändern könnten,
indem sie ein Fenster in unser Universum öffnen,
das Fenster der Zeit.
Wieso Zeit? Weil Zeit von Anfängen
und von Evolution handelt;
von der Entstehung des Sonnensystems;
wie unser Sonnensystem zustande kam;
ist es ungewöhnlich oder auf irgendeine Art besonders?
Von der Evolution unseres Universums.
Warum unser Universum sich weiterhin ausdehnt
und was diese rätselhafte Dunkle Energie ist,
die die Ausdehnung vorantreibt?
Aber zuerst möchte ich Ihnen zeigen, wie Technologie
unsere Sichtweise des Himmels verändern wird.
Stellen Sie sich vor,
Sie sitzen in den Bergen des nördlichen Chile
und schauen nach Westen,
in Richtung des Pazifischen Ozeans,
ein paar Stunden vor Sonnenaufgang.
Das hier ist der Nachthimmel, den Sie sehen würden
und es ist ein schöner Anblick,
mit der Milchstraße, die über dem Horizont herausschaut
aber es ist auch ein statisches Bild
und in vielfacher Weise denken wir so über unser Universum:
als ewig und unveränderlich.
Aber das Universum ist keineswegs statisch.
Es ändert sich ständig, im Bereich von Sekunden
bis zu Milliarden von Jahren.
Galaxien verschmelzen
und kollidieren mit hunderttausenden Kilometern pro Stunde.
Sterne werden geboren, sie sterben,
und explodieren in extravaganten Schauspielen.
Wenn wir zurück
zu unserem beschaulichen Himmel über Chile gehen würden
und die Zeit voranschreiten ließen,
um zu sehen, wie sich der Himmel im nächsten Jahr verändert,
werden Sie Lichtimpulse sehen,
sogenannte Supernovae, die letzten Überreste eines sterbenden Sterns,
die explodieren, aufleuchten und dann verblassen.
Jede dieser Supernovae
ist fünf Milliarden mal so hell wie unsere Sonne,
weshalb wir sie über große Entfernungen,
aber nur für sehr kurze Zeit sehen.
Zehn Supernovae pro Sekunde explodieren irgendwo
in unserem Universum.
Wenn wir das hören könnten,
würde es sich so anhören wie das Aufpoppen einer Tüte Popcorn.
Wenn wir die Supernovae beiseite lassen,
verändert sich nicht nur die Helligkeit.
Unser Himmel ist ständig in Bewegung.
Diese Schwärme von Objekten, die Sie über den Himmel ziehen sehen,
sind Asteroiden, wie sie unsere Sonne umkreisen
und es sind diese Veränderungen
und die Bewegung sowie die Dynamik des Systems,
mit denen wir Modelle unseres Universums erstellen,
um seine Zukunft vorherzusagen und seine Vergangenheit zu erklären.
Aber die Teleskope, die wir im letzten Jahrzehnt benutzt haben,
sind nicht dafür gebaut, Daten diesen Umfangs zu erfassen.
Das Hubble-Weltraumteleskop hat
in den letzten 25 Jahren
einige der detailliertesten Ansichten
unseres Universums produziert,
aber um damit ein Bild
des gesamten Himmels zu machen, bräuchte man 13 Millionen einzelne Fotos
und etwa 120 Jahre für einen einzigen solchen Vorgang.
Das erfordert neue Technologien
und neue Teleskope;
Teleskope, die blasse Objekte
im entfernten Universum sehen,
aber auch Teleskope mit großen Bildwinkeln,
die den Himmel so schnell wie möglich aufnehmen können,
Teleskope wie das Large Synoptic Survey Telescope,
auch LSST genannt,
dem wahrscheinlich langweiligsten Namen überhaupt
für eines der faszinierendsten Experimente
in der Geschichte der Astronomie,
und außerdem Beweis dafür,
dass man einem Wissenschaftler oder einem Ingenieur
nie erlauben sollte, etwas zu benennen, nicht mal Ihre Kinder. (Lachen)
Wir bauen das LSST.
Wir erwarten, dass es zum Ende dieses Jahrzehnts erste Daten sammelt.
Ich zeige Ihnen, wie es vermutlich
unsere Sicht auf das Universum verändern wird,
denn ein Bild des LSST
entspricht 3 000 Bildern
des Hubble-Weltraumteleskops,
jedes Bild erfasst dreieinhalb Grad des Himmels,
die siebenfache Breite des Vollmonds.
Aber wie nimmt man ein Bild dieser Größe auf?
Man baut die größte Digitalkamera der Geschichte,
mit der Technologie, die Sie auch in Ihren Handykameras
oder in den Digitalkameras im Geschäft finden,
nur mit einem Durchmesser von gut eineinhalb Metern,
etwa so groß wie ein VW Käfer,
und einem Bild, das aus drei Milliarden Pixeln besteht.
Wenn man sich
ein einziges Bild des LSST in voller Auflösung ansehen wollte,
bräuchte man etwa 1 500 HD-Fernsehbildschirme.
Diese Kamera wird den Himmel abbilden,
indem sie alle zwanzig Sekunden ein neues Bild macht
und den Himmel ununterbrochen scannt,
damit wir alle drei Nächte ein komplett neues Bild
des Himmels über Chile erhalten.
Während der gesamten Einsatzzeit des Teleskops
wird es 40 Milliarden Sterne und Galaxien entdecken
und das bedeutet, dass wir erstmals
mehr Objekte im Universum gefunden haben werden
als es Menschen auf der Erde gibt.
Man kann darüber
in Form von Terabytes und Petabytes
und Milliarden von Objekten reden,
aber um ein Gefühl für die Datenmenge zu bekommen,
die diese Kamera liefern wird:
Es ist, als würde man jeden TED-Talk, der je aufgenommen wurde,
gleichzeitig 24 Stunden täglich abspielen,
sieben Tage die Woche, zehn Jahre lang.
Diese Daten zu verarbeiten bedeutet,
all diese Talks nach sämtlichen neuen Ideen
und Konzepten zu durchsuchen,
sich jeden Teil des Videos anzusehen,
um den Unterschied zwischen einem Standbild
und dem nächsten festzustellen.
Das verändert die Art, wie wir Wissenschaft
und Astronomie betreiben, hin zu einem Punkt,
an dem Software und Algorithmen
sich durch diese Daten arbeiten müssen,
sodass die Software für die Wissenschaft genauso wichtig ist
wie die Teleskope und die Kameras, die wir gebaut haben.
Dieses Projekt wird
für tausende Entdeckungen sorgen,
aber ich möchte Ihnen
nur zwei Konzepte von Ursprüngen und Evolution zeigen,
die sich durch unseren Zugang
zu solchen Datenmengen grundlegend verändern könnten.
In den letzten fünf Jahren hat die NASA
über 1 000 Planetensysteme
um nahe gelegene Sterne entdeckt,
aber die gefundenen Systeme
haben mit unserem Sonnensystem wenig gemein.
Da stellt sich die Frage,
ob wir einfach nicht gut genug gesucht haben
oder die Entstehung unseres Systems
etwas Besonderes oder Ungewöhnliches hatte.
Wenn wir diese Frage beantworten wollen,
müssen wir die Geschichte unseres Sonnensystems
im Detail verstehen
und es sind die Details, die wichtig sind.
Wenn wir jetzt wieder den Himmel
und die Asteroiden betrachten, die über den Himmel ziehen --
Diese Asteroiden sind so etwas wie Trümmerteile unseres Sonnensystems.
Die Positionen der Asteroiden
sind wie Fingerabdrücke einer früheren Zeit,
als die Umlaufbahnen von Neptun und Jupiter
viel näher an der Sonne waren.
Als diese Riesenplaneten durch unser Sonnensystem wanderten,
haben sie die Asteroiden in ihrem Sog verstreut.
Die Asteroiden zu untersuchen
ist wie Forensik an unserem Sonnensystem zu betreiben.
Dazu brauchen wir die Distanzen
und diese ergeben sich aus der Bewegung
und die Bewegung erschließt sich durch unseren Zugang zur Zeit.
Aber was sagt uns das?
Wenn man die kleinen gelben Asteroiden ansieht,
die über den Bildschirm flitzen:
Diese Asteroiden bewegen sich am schnellsten,
weil sie unserer Erde am nächsten sind.
Zu diesen Asteroiden
könnten wir eines Tages Raumschiffe schicken, um Minerale abzubauen,
aber dieselben Asteroiden könnten eines Tages
auf der Erde einschlagen,
wie vor 60 Millionen Jahren,
als die Dinosaurier ausstarben;
oder zu Beginn des letzten Jahrhunderts,
als ein Asteroid
über 2 500 Quadratkilometer sibirischen Wald ausradiert hat;
oder gerade letztes Jahr, als einer über Russland verglühte
und dabei die Energie einer kleinen Atombombe freisetzte.
Die Spuren unseres Sonnensystems
künden nicht nur von der Vergangenheit,
sondern auch von der Zukunft -- die unsere eingeschlossen.
Wenn wir die Entfernungen kennen,
können wir die Asteroiden in ihrer natürlichen Umgebung
im Orbit um die Sonne sehen.
Jeder Punkt in dieser Darstellung, die Sie hier sehen
ist ein echter Asteroid,
Seine Umlaufbahn wurde aus seiner Bewegung über den Himmel berechnet.
Die Farben zeigen die Zusammensetzung dieser Asteroiden:
trocken und steinig im Zentrum,
wasserreich und primitiv im Randbereich;
wasserreiche Asteroiden,
die das Wasser unserer Ozeane und Meere auf den Planeten gebracht haben könnten,
als sie früher die Erde bombardiert haben.
Weil das LSST auch blasse Objekte erkennt
und nicht nur weitwinklig ist,
werden wir Asteroiden
weit über das Innere unseres Sonnensystems hinaus sehen können,
bis hin zu Asteroiden jenseits der Umlaufbahnen von Neptun und Mars,
bis hin zu Kometen und Asteroiden,
die fast ein Lichtjahr von unserer Sonne entfernt existieren könnten.
Indem wir dieses Bild
um das Zehn- bis Hundertfache vergrößern,
werden wir Fragen beantworten können
wie z. B. ob es Beweise für Planeten außerhalb von Neptuns Orbit gibt,
um Asteroiden mit Kurs auf die Erde finden zu können,
lange bevor sie eine Gefahr sind
und herausfinden, ob unsere Sonne
sich alleine oder in einem Sternhaufen gebildet hat.
Vielleicht sind es diese Sternengeschwister der Sonne,
die die Entstehung unseres Sonnensystems beeinflusst haben;
vielleicht sind deshalb Sonnensysteme wie unseres scheinbar so selten.
Nun zu Entfernungen und Veränderungen in unserem Universum:
Entfernung ist gleich Zeit,
genau wie Veränderungen am Himmel.
Mit jedem Meter, den man in die Ferne sieht
oder mit jedem Meter Entfernung eines Objekts
schaut man etwa eine Milliardstelsekunde in die Vergangenheit
und diese Vorstellung eines Blicks in die Vergangenheit
hat unsere Vorstellung des Universums revolutioniert,
und zwar nicht nur einmal sondern mehrfach.
Das erste Mal 1929,
als der Astronom Edwin Hubble gezeigt hat,
dass sich das Universum ausdehnt,
was zur Theorie des Urknalls führte.
Die Beobachtungen waren einfach:
nur 24 Galaxien
und ein handgezeichnetes Bild.
Aber allein der Gedanke, dass eine Galaxie umso schneller entschwindet,
je weiter sie entfernt ist, reichte aus,
um die moderne Kosmologie entstehen zu lassen.
Eine zweite Revolution passierte 70 Jahre später,
als zwei Gruppen von Astronomen zeigten,
dass sich das Universum nicht nur ausbreitete,
sondern auch beschleunigte.
Eine Überraschung, als würde man einen Ball in den Himmel werfen
und merken, dass er sich immer schneller weg bewegt,
je höher er kommt.
Und sie zeigten das,
indem sie die Helligkeit von Supernovae maßen
und wie die Helligkeit
mit zunehmender Entfernung nachließ.
Diese Beobachtungen waren komplexer
und erforderten neue Technologien und Teleskope,
da die Supernovae sich in Galaxien befanden,
die 2000-mal weiter entfernt waren
als diejenigen, auf die Hubble sich bezog.
Es dauerte drei Jahre, um gerade mal 42 Supernovae zu finden,
weil die Explosion einer Supernova
nur alle hundert Jahre in einer Galaxie vorkommt.
Drei Jahre um 42 Supernovae zu finden,
indem man Zehntausende von Galaxien durchsucht.
Als sie ihre Daten gesammelt hatten,
kamen sie zu diesem Ergebnis.
Das mag nicht beeindruckend aussehen,
aber so sieht eine Revolution in der Physik aus:
eine Linie, die die Helligkeit einer Supernova,
11 Milliarden Lichtjahre entfernt, vorhersagt
und eine Handvoll Punkte, die nicht ganz mit ihr übereinstimmen.
Kleine Veränderungen haben große Konsequenzen.
Kleine Veränderungen ermöglichen uns Entdeckungen,
wie etwa den von Herschel gefundenen Planeten.
Kleine Veränderungen stellen unser Verständnis
des Universums auf den Kopf.
42 Supernovae, etwas zu blass,
also etwas weiter entfernt,
woraus folgt, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt,
sondern sich dabei auch beschleunigen muss,
enthüllen einen Bestandteil des Universums,
den wir heute Dunkle Energie nennen;
ein Bestandteil, der diese Ausdehnung vorantreibt
und heute 68 Prozent des Energiehaushaltes
unseres Universums ausmacht.
Was ist vermutlich die nächste Revolution?
Nun, was ist Dunkle Energie und warum existiert sie?
Jede dieser Linien zeigt ein anderes Modell,
was Dunkle Energie sein könnte.
Sie zeigen die Eigenschaften der Dunklen Energie.
Sie stimmen alle mit den 42 Punkten überein,
aber die Konzepte hinter diesen Linien
sind vollkommen unterschiedlich.
Manche Leute denken an eine Dunkle Energie,
die sich mit der Zeit ändert,
oder dass ihre Eigenschaften sich vielleicht unterscheiden,
je nachdem, wohin man am Himmel schaut.
Andere hinterfragen die Physik
auf der subatomaren Ebene
oder schauen es sich im großen Maßstab an und hinterfragen
die Funktionsweise der Schwerkraft und allgemeinen Relativitätstheorie.
Oder sie sagen, unser Universum sei nur eines von vielen
und Teil eines rätselhaften Multiversums.
Aber all diese Ideen und Theorien,
fantastisch und manche zugegebenermaßen etwas verrückt,
stimmen alle mit diesen 42 Punkten überein.
Wie können wir das innerhalb
der nächsten zehn Jahre verstehen?
Stellen Sie sich vor, ich gäbe Ihnen ein Paar Würfel
und Sie sollten herausfinden,
ob diese Würfel gezinkt sind oder nicht.
Ein einziger Wurf würde Ihnen sehr wenig verraten,
aber je öfter Sie sie würfeln,
je mehr Daten Sie sammeln,
desto sicherer wüssten Sie nicht nur,
ob sie gezinkt sind oder nicht,
sondern auch, wie sehr und auf welche Art und Weise.
Es dauerte drei Jahre um gerade mal 42 Supernovae zu finden,
weil die Teleskope, die wir gebaut haben,
nur einen kleinen Teil des Himmels beobachten konnten.
Mit dem LSST erhalten wir alle drei Nächte
ein komplettes neues Bild des Himmels über Chile.
In der ersten Nacht
wird es zehnmal so viele Supernovae finden,
wie bei der Entdeckung der Dunklen Energie einbezogen wurden.
Das wird sich innerhalb
der ersten vier Monate vertausendfachen:
1,5 Millionen Supernovae bis zum Ende der Studie.
Jede Supernova ist ein Würfelwurf
und mit jeder Supernova wird deutlicher, welche Theorien zur Dunklen Energie
stimmig sind und welche nicht.
Indem wir diese Supernova-Daten
mit anderen Messgrößen der Kosmologie kombinieren,
werden wir schrittweise die verschiedenen Ideen und Theorien
zur Dunklen Energie verwerfen,
sodass sich zum Ende dieser Studie, um das Jahr 2030,
das ist zumindest unsere Hoffnung,
eine Theorie für unser Universum,
eine fundamentale Theorie für die Physik unseres Universums
herauskristallisiert hat.
In vielfacher Hinsicht sind die Fragen, die ich gestellt habe,
sehr einfache Fragen.
Vielleicht kennen wir die Antworten nicht,
aber immerhin wissen wir, wie man die Fragen stellt.
Aber wenn wir beim Durchsuchen von zehntausenden Galaxien
auf 42 Supernovae gestoßen sind,
die unser Verständnis des Universums auf den Kopf gestellt haben,
wie viel öfter werden wir dann 42 Punkte finden,
die nicht ganz erwartungsgemäß sind,
wenn wir mit Milliarden von Galaxien arbeiten?
Wie der von Herschel gefundene Planet
oder die Dunkle Energie
oder die Quantenmechanik oder die allgemeine Relativitätstheorie,
all diese Ideen sind dadurch entstanden,
dass Messwerte unseren Erwartungen nicht ganz entsprochen haben.
Das Aufregende am nächsten Jahrzehnt der Daten
in der Astronomie ist,
dass wir nicht wissen, wie viele Antworten
uns da draußen erwarten;
Antworten über unsere Herkunft und Evolution.
Wie viele Antworten
gibt es da draußen, zu denen wir nicht einmal
die Fragen wissen?
Dankeschön.
(Applaus)