astronomie Venus kreuzt Sonne

Ein astronomisches Jahrhundertereignis steht bevor

Die Silhouette der Venus schob sich langsam vor die Sonne, da ergriffen William Harkness große Gefühle. Das Jahrhundertereignis eines „Venus-Transits“ ergötzte 1882 den Astronomen und schickte seine Gedanken gleichsam in Vergangenheit und Zukunft: „Zur Zeit des letzten Transits, im Jahr 1769, erwachte die intellektuelle Welt gerade aus einem jahrhundertelangen Schlummer. Gott allein weiß, wie der Stand der Wissenschaft sein wird, wenn der nächste Transit stattfindet.“

Er findet im Jahr 2004 statt. Und nicht einmal Gott hat sich damals ausmalen können, dass die Menschheit im Weltall ihre Teleskope kreisen lässt, um sich das Spektakel nicht entgehen zu lassen. Mit der freien Sicht aus dem Orbit wird das größte Problem früherer Beobachter – schlechtes Wetter – gegenstandslos. Mit der Satellitenbeobachtung entfallen jene Verzerrungen, hervorgerufen durch die Erdatmosphäre, die Astronomen einst zur Verzweiflung trieben. Die seltene Gelegenheit, das Vorbeiziehen der Venus vor der Sonne zu beobachten, bot nämlich einst die einmalige Gelegenheit, eine der wichtigsten Fragen der Astronomie zu klären: Wie groß ist die Astronomische Einheit, die Entfernung zwischen Erde und Sonne?

Diese Distanz bildet die Grundlage astronomischer Entfernungsberechnungen bis hinaus in die weitesten Galaxien. Seit 1976 ist sie dank der Radartechnik auf rund zwei Meter genau bestimmt. Sie beträgt per definitionem 149597870691 Meter. Das Zusammentreffen von Erde, Venus und Sonne in einer Linie ist somit für die Entfernungsbestimmung heute bedeutungslos. Dennoch bewegt es die Gemüter. Im Januar warnte die Bild- Zeitung vor „Liebeswellen“ von der Venus. Und die Wissenschaft hofft, am 8. Juni endlich das „Geheimnis des schwarzen Tropfens“ zu lösen, das die Zunft seit den ersten Beobachtungen eines Venus-Transits umtreibt.

Johannes Kepler äußerte im 17. Jahrhundert erstmals die Vermutung, der zweite Planet unseres Sonnensystems könne sichtbar vor dem Zentralgestirn vorbeiziehen. Denn mit den von ihm entdeckten Gesetzen konnte er bereits alle relativen Entfernungen der Planeten zueinander berechnen (wenn auch nicht deren wirkliche Distanz); seine Rudolphinischen Tafeln galten lange als exakteste Tabellen zur Bestimmung der Planetenpositionen. Das Himmelsereignis terminierte Kepler auf 1631. Allerdings erlebte er dieses Datum nicht mehr – er starb 1630. Außerdem entging ihm, dass die Erscheinungen immer paarweise im Abstand von acht Jahren auftreten. Denn aufgrund der planetaren Geometrie liegen Erde, Venus und Sonne jeweils zweimal innerhalb von acht Jahren in einer Ebene – und dann mehr als ein Jahrhundert lang nicht mehr. Diese Erkenntnis blieb dem jungen, unbekannten Astronomen Jeremiah Horrocks vorbehalten (siehe Bild oben). Er überprüfte 1639 Keplers Berechnungen und schloss daraus, dass ein weiterer Venus-Transit unmittelbar bevorstand. So waren der britische Astronom und sein Freund William Crabtree die ersten und einzigen Menschen, die am 4. Dezember 1639 die Silhouette der Venus über die Sonne wandern sahen. Horrocks bediente sich dabei einer neumodischen Erfindung: Das Teleskop lieferte ihm ein vergrößertes Bild der Ereignisse.

Die Entfernung von der Erde zur Sonne schätzte er auf etwa zwei Drittel des heute bekannten Wertes – eine für die damalige Zeit beachtliche Schätzung. Horrocks Beobachtungen inspirierten viele Astronomen, die nächsten Transite in den Jahren 1761 und 1769 zur genauen Bestimmung der Astronomischen Einheit zu nutzen. Der berühmteste war Edmond Halley, bekannt durch die Entdeckung des nach ihm benannten Kometen. Er entwickelte eine raffinierte Methode zur Entfernungsberechnung: die so genannte Triangulation, die heute jedem Landvermesser vertraut ist.

Dabei betrachtet man ein Objekt vor einem weiter entfernten Hintergrund (etwa einen Baum vor einem Berg). Die Beobachtung erfolgt von zwei Punkten aus, deren Entfernung voneinander bekannt ist. Wird der Baum erst vom einen, dann vom anderen Punkt aus angepeilt, scheint er sich gegenüber dem Hintergrund verschoben zu haben. Je näher das Objekt dem Betrachter ist, umso größer fällt die Winkelveränderung, Parallaxe genannt, aus. Auf diese Art ermöglicht die Geometrie exakte Entfernungsberechnungen.

Da von allen Planeten die Venus der Erde am nächsten kommt, müsste sie die größte planetarische Parallaxe aufweisen. Damit lieferte der Venus-Transit eine Gelegenheit, mit der Triangulation die Entfernung zur Venus zu berechnen. Und da dank Kepler auch die relativen Entfernungen der Planeten untereinander bekannt waren, hoffte man, so auf einen Schlag auch die Distanzen zu den übrigen Planeten und zur Sonne erhalten zu können.

Alles, was man brauchte, waren Messungen von mindestens zwei Orten der Erde aus. Aus dem Unterschied der scheinbaren Bahnen vor der Sonne und der exakten Zeit, die die Venus für den Transit brauchte, sollte sich die Parallaxe bestimmen lassen – und damit die Astronomische Einheit.

Halley selbst erlebte das astronomische Großereignis des Jahres 1761 nicht. Er starb lange vor dem Transit. Doch sein Wissen hatte große Verbreitung gefunden. In allen Teilen der Welt standen Astronomen zur Beobachtung des Venusübergangs bereit. Auch die erste Seereise von Captain James Cook mit der Endeavour in den Südpazifik diente (unter anderem) diesem Zweck. Noch heute gibt es auf Tahiti, wo Cooks Mannen ihre Teleskope aufbauten, den Point Venus.

Alle Expeditionen im 18. Jahrhundert waren allerdings völlige Fehlschläge. Just in dem Moment, als die Venus die Sonne zu berühren schien, tauchte auf den Bildern ein dunkler Bereich zwischen den Rändern der beiden Himmelskörper auf (dieses Phänomen lässt sich nachvollziehen, wenn man Daumen und Zeigefinger vor einem hellen Hintergrund zusammenführt). Dieser „Effekt des schwarzen Tropfens“ machte jeden Versuch einer genauen Zeitmessung zunichte. Weder konnten die verschiedenen Expeditionen die erste scheinbare Berührung messen, noch die genaue Zeit für die jeweilige Bahn der Venus vor der Sonne.

Das 19. Jahrhundert brachte kaum Resultate. Die Transite von 1874 und 1882 fielen in eine bewegte Phase von Kolonialisierung, Entdeckungsreisen und Kriegen. Dennoch schickten fast ein Dutzend Länder Expeditionen aus. Deren Beobachtungen blieben aber ergebnislos.

In diesem Jahr kann der Transit erstmals vom Weltraum aus analysiert werden. Verzerrungen durch die Erdatmosphäre (welche außerdem viele Lichtfrequenzbereiche wie ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen absorbiert) entfallen, und die Beobachtungen werden nicht durch den Wechsel von Tag und Nacht eingeschränkt.

Jahrelang hatte man angenommen, der Effekt des schwarzen Tropfens entstünde aufgrund der dichten Atmosphäre der Venus (andere behaupteten, auch die Erdatmosphäre sei die Ursache). Doch genau so entsteht beim Merkur, der zwölf- bis dreizehnmal in einem Jahrhundert einen solchen Transit beschreibt, ein schwarzer Tropfen – obwohl er keine Atmosphäre hat. Sogar vom Weltraum aus – letztmals 1999 vom Sonnenteleskop Trace (Transition Region and Coronal Explorer) beobachtet – ist der schwarze Tropfen sichtbar.

Mit Hilfe der Trace-Aufnahmen belegte der Amerikaner Jay Pasachoff, dass Merkurs Tropfen im Auge des Betrachters entsteht: bei dem Versuch, den Rand eines Objekts wahrzunehmen, das in Wirklichkeit keinen scharfen Rand hat. Betrachtet man den Sonnenrand, verändert er sich von leuchtend hell zu dunkel – anfangs langsam, dann sehr schnell. Dieser Effekt heißt limb darkening. Was wir als schwarzen Tropfen wahrnehmen, ist tatsächlich die sich schnell verdunkelnde Zone zwischen Venus und dem Rand der Sonne, behauptet Pasachoff. Trace-Aufnahmen vom Venus-Transit könnten diese Annahme nun bestätigen.

Das Vorbeiziehen eines Planeten vor einem Stern hat seine Bedeutung für die Wissenschaft nicht verloren. Nur wird das Schauspiel jetzt meistens in anderen Sonnensystemen erforscht. Eine Mission ist in Vorbereitung und wird – wie könnte es anders sein? – nach jenem Astronomen benannt, der den ersten Venus-Transit voraussagte. 2007 startet die Kepler-Sonde ins All.

Übersetzung aus dem Englischen von Karen Schmidt