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.