Die Welt ist doppelt so groß und noch einmal so alt

Von Berthold Lammert

Was würde passieren, wenn sich über Nacht sämtliche Raummaße verdoppelt hätten? Die Eier auf dem Frühstückstisch wären nochmal so groß, der Weg ins Geschäft wäre zehn statt fünf Kilometer. Antwort: Wir würden es überhaupt nicht bemerken. Denn auch unser Körper selbst, unsere Beine, also auch unsere Schritte, wären noch einmal so groß. Und auch der doppelt so lange Meterstab zeigte immer nur "1 Meter" an. Und doch ist inzwischen so etwas Ähnliches passiert: die Entfernungen im Weltall haben sich verdoppelt, und das heißt, der Weltraum ist achtmal so groß geworden! (Ein Würfel von zwei Meter Kantenlänge enthält acht Würfel von ein Meter Kanten

In der Tat ist es beruhigend, daß auf der Erde und sogar in der unserem Auge sichtbaren Sternenwelt alles beim alten bleibt. Alle diese Sterne bilden eine Insel im Weltall, etwa in der Form eines Diskus, der einen Durchmesser von 100 000 Lichtjahren hat, und in der Mitte eine Dicke von 15 000 Lichtjahren. Um diese Mittelachse dreht sich der "Diskus" und macht in 220 Millionen Jahren einen Umlauf. Unsere Sonne mit ihren Planeten liegt wenig unterhalb der Mittelebene, aber ziemlich am Rande, etwa 320 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. Sehen wir irgendeine Richtung der Mittelebene, so sehen wir die Fülle der Sterne dieser flachen Scheibe als unsere Milchstraße. Blicken wir in Richtung der kurzen Mittelachse, so sehen wir wenig Sterne. Das Fernrohr indessen offenbart, daß unsere Himmelsheimat, das Milchstraßensystem, etwa 50 Milliarden Sterne enthält. Ein Modell dieser Welt im Maßstab 1:30 Billionen sieht so aus: Die Erde ist ein Bazillus, der in einem halben Zentimeter Abstand um ein Stäubchen, die Sonne, kreist. Auf den uns am nächsten stehenden Fixstern treffen wir – immer im Maßstab 1:30 Billionen – erst nach fast eineinhalb Kilometern. Der Durchmesser unseres Milchstraßenmodells aber ist mehr als der doppelte Erddurchmesser! So unermeßlich uns unsere Sternenwelt auch erscheinen mag, sie ist nicht die ganze Welt. Unsere Fernrohre haben bis jetzt nicht weniger als 20 Millionen solcher Milchstraßensysteme auf die Platte gebannt. Sie sind so weit entfernt, daß man im allgemeinen nicht ihre einzelnen Sterne sehen kann; sie erscheinen als schwacher verwaschener Nebel auf der Platte. Für ein gutes Auge ist der uns nächste, der Nebel im Sternbild der Andromeda, etwa in Mondgröße, eben noch zu sehen. Als "Nachbar" ist er nur 750 000 Lichtjahre von uns entfernt. Das entspricht in unserem Modell etwas mehr als dem halben Weg zum Mond. Daß schon Immanuel Kant diesen Nebel als eine unserer Milchstraße gleiche Sternenwelt gedeutet hat, ist eine jener Vorahnungen des Genies. Zu seiner Zeit hatte man nämlich noch nicht einmal eine Ahnung von der Entfernung nur bis zum nächsten Fixstern. Heute aber dringen die großen Spiegelteleskope auf dem Mount Wilson und dem Mount Palomar in Kalifornien eine Milliarde Lichtjahre in den Weltraum vor und erblicken im ganzen Raum zerstreut "außergalaktische Nebel", das heißt Welten, die außerhalb der Galaxis, der Milchstraße, liegen. Und zwar entfallen auf ein Gebiet des Himmels von der Größe der Mondscheibe einige hundert ...

Wie ist es eigentlich möglich, daß wir Millionen von Lichtjahren zählen oder – um im Maßstab unseres Modells zu bleiben – daß wir, Atome, die auf einem Bazillus leben, von ihm aus Entfernungen zum Mond und zur Sonne messen können? Mit der Methode des Landmessers, mit der Geometrie, dem Anpeilen mit Lichtstrahlen, ist da nichts zu wollen. Die einzigen Tatsachen, die uns zur Verfügung stehen, sind vielmehr nur die Helligkeiten der Sterne, mit denen sie uns auf der Erde erscheinen. Und merkwürdigerweise genügt das! Da die Helligkeit, die das von einer Lampe ausgehende Licht auf einer Wand erzeugt, sich mit der Entfernung der Lichtquelle von der Wand ändert, kann sie als Entfernungsmaß dienen. Die Helligkeit hängt aber nicht nur von der Entfernung, sondern vor allem von der Leuchtkraft der Lampe ab. Durch diese beiden Größen ist die Helligkeit aber auch vollkommen bestimmt, so daß, wenn die Leuchtkraft der Lichtquelle, die in "Kerzen" gemessen wird, bekannt ist, nunmehr die Messung der Helligkeit der beleuchteten Wand die Entfernung ergibt. Die Leuchtkraft, etwa einer Glühbirne, wird nun ihrerseits bestimmt, indem man die Helligkeit einer beleuchteten Fläche in bekanntem Abstand (!) mit der von der Normalkerze erzeugten Helligkeit vergleicht. Wir ersehen daraus, daß also allein durch Helligkeitsvergleiche keine Entfernungsmessung möglich ist. Wir drehen uns im Kreise und scheinen vor den Entfernungen der außergalaktischen Nebel kapitulieren zu müssen. Da aber kommt die Natur selbst dem Weltraumforscher in wunderbarer Weise entgegen.

Leuchtbaken im Weltraum

Die Natur hat im ganzen Weltraum Leuchtbaken verteilt. Wenn der Schiffer die fremde Küste ansteuert, dann geben sich ihm die Leuchttürme einzeln durch den verschiedenen Rhythmus ihres – Leuchtens und Verlöschens zu erkennen. Und auch die Leuchtfeuer im Weltenraum blinken dem Astronomen nur gerade das zu, was er zu wissen braucht: nämlich die Größe ihrer Leuchtkraft, ihre Kerzenzahl! Diese kosmischen Blinkfeuer sind gewisse Sterne, deren Helligkeit sich periodisch ändert. Im Laufe einer bestimmten Zeit sinkt ihre Helligkeit ab, um dann wieder anzusteigen. Und das wiederholt sich ständig in demselben Rhythmus. Eine solche Periode kann einige Stunden, aber auch bis zu 50 Tagen lang sein. Diese Sterne sind riesige Gaskugeln hoher Leuchtkraft, die in regelmäßigem Rhythmus zusammenfallen und sich wieder ausdehnen, so daß sich mit ihrer Größe auch ihre Leuchtkraft ändert. Entsprechend nun etwa, wie die Schwingungsdauer eines Pendels allein von seiner Länge abhängt, so daß diese aus jener bestimmt werden kann, so hängt der Lichtrhythmus dieser pulsierenden Sterne von ihrer Größe ab. Ein großer und das heißt hell leuchtender Stern braucht eine lange Zeit, um wieder seine Größe zu erreichen, ein kleiner, das heißt, schwacher Stern ist schnell wieder hergestellt. So ist also der Rhythmus des Blinkens ein Maß für die volle Leuchtkraft dieser Sterne! Nach dem oben Gesagten ist die Helligkeit aber erst dann ein Maß für die Entfernung, wenn wir die Leuchtkraft wenigstens eines solchen Sternes absolut gemessen haben, wozu wir seine Entfernung kennen müssen. Und Gott sei Dank gibt es nun veränderliche Sterne von diesem Typus in unserem Milchstraßensystem in solcher Nähe, daß wir ihre Entfernung mit den geometrischen Methoden des Landmessers messen können. Mit diesen Sternen als geeichten Normalkerzen können wir dann auch die Abstände der anderen Sterne dieser Art in den Tiefen des Weltraums nunmehr allein aus Helligkeitsvergleichen ermitteln. Damit werden diese Leuchtbaken, die dem Astronomen ihre Entfernungen melden, zu Meilensteinen im Kosmos! Der Astronom nennt sie Delta-Cephei-Sterne. Als erster Stern dieses Typs wurde der Stern Delta im Sternbild des Cepheus im Jahre 1783 gefunden. Sie sind verhältnismäßig selten, auf etwa eine Million Sterne kommt eine Cepheide. Die große Entdeckung dieser Sterne als Meilensteine im Weltall verdanken wir der Amerikanerin Miß Leavitt.