Unser Wissen vom Weltall ruht auf zwei Säulen: der astronomischen Beobachtungstechnik und unserer Kenntnis der Naturgesetze. Seine Erforschung begann im Altertum mit der Vermessung des Sternhimmels, etwa der Höhe eines Sterns über dem Horizont. Die Erfindung des Fernrohrs im 15. Jahrhundert ließ die Astronomie zur modernen Wissenschaft werden, die auf Theoriebildung und sehr genauer Beobachtung beruht.

Die lange Technikgeschichte der Himmelsbeobachtung lieferte im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts vor allem dank neuer, großer Teleskope neue Erkenntnisse. Je größer ihre Linsen oder Spiegel, umso mehr Licht konnten sie sammeln und selbst schwächste Lichtpunkte und Nebelflecken sichtbar machen. Sie zeigten uns, dass die Sonne und ihre Planeten zusammen mit etwa hundert Milliarden anderen Sternen sich um den Mittelpunkt eines gewaltigen scheibenförmigen Sternsystems bewegen, des Milchstraßensystems, auch Galaxis genannt. Sie verrieten uns auch, dass unsere Galaxis nicht das einzige Sternsystem ist, dass vielmehr zahllose Galaxien im sonst nahezu leeren Weltall schweben. Diese Entdeckung gelang dem Astronomen Edwin P. Hubble mit den damals größten Teleskopen der Welt, allen voran dem Spiegelteleskop auf dem Mount Wilson in Kalifornien, nördlich von Los Angeles. Hubble erkannte, dass alle Galaxien voneinander wegfliegen – und damit das Weltall als Ganzes expandiert.

Aber auch das unermüdliche Spähen durch kleinere Teleskope hat bis in die jüngste Vergangenheit hinein Astronomen immer wieder in Aufregung versetzt. Im November 1995 meldeten die Schweizer Michael Mayor und Didier Queloz, dass um eine Sonne im Sternbild Pegasus ein Planet kreist. Etwa fünf Tage benötigt er für einen Umlauf. Wir können ihn allerdings nicht sehen, da sein Licht von dem seiner Sonne überstrahlt wird. Er macht sich bemerkbar, weil er bei seinem Umlauf seine Sonne taumeln lässt. Endlich hatten die Astronomen gefunden, was sie schon lange vermuteten: Nicht nur um unsere Sonne, auch um andere Sterne kreisen Planeten. Seither hat man Hunderte solcher Exoplaneten gefunden.

Bei der Fahndung nach Schurkenstaaten wird die Gammastrahlung entdeckt

Die Teleskope liefern uns fast ausschließlich Informationen, die im sichtbaren Licht aus dem Weltall zu uns gelangen. Aber schon 1932 bemerkte der tschechische Funkingenieur Karl Jansky in den USA, dass das Zentrum unserer Galaxis Radiowellen aussendet. Diese Entdeckung war die Geburt der Radioastronomie. Wie das sichtbare Licht durchdringen auch Radiowellen die Erdatmosphäre nahezu ungehindert. Heute wissen wir, dass der Weltraum aus allen Richtungen von Radiowellen aller Frequenzen durchlaufen wird. Von der Sonne, von den Zentren vieler Galaxien und von Gaswolken zwischen den Sternen treffen Radiowellen auf unsere Teleskope. Neutronensterne, die manchmal übrig bleiben, wenn Sterne explodieren, senden regelmäßige Radiopulse aus.

Besonders energiereiche Radiostrahlung heißt Mikrowellenstrahlung. Deren Entdeckung bescherte den Amerikanern Arno Penzias und Robert W. Wilson 1978 den Nobelpreis. Beim Versuch, ein neues Radioteleskop zu justieren, bemerkten die beiden, dass ihr Empfänger eine schwache Strahlung registrierte, die aus allen Himmelsrichtungen eintraf. Diese Strahlung war vorhergesagt worden von dem in den USA arbeitenden russischen Physiker George Gamow. Er war überzeugt, dass das Weltall in einer Explosion, dem Urknall, geboren wurde. Die heiße Strahlung dieser Explosion müsste sich während der Ausdehnung des Alls abgekühlt haben, meinte er, und heute im Mikrowellenbereich liegen. Penzias und Wilson hatten sie per Zufall entdeckt.

Wellen im ultravioletten und infraroten Bereich dringen nur stark geschwächt durch die Atmosphäre. Die kosmische Infrarotstrahlung durchdringt jedoch auch dichte Wolken kosmischen Staubes, die zwischen den Sternen stehen. Nur im Infrarotbereich können wir bis zum Zentrum unserer Milchstraße blicken, um das sich alles dreht. Sterne, die sich dort bewegen, verraten uns, dass im Zentrum der Galaxis ein unsichtbarer Körper steht, der etwa das Viermillionenfache der Masse unserer Sonne umfasst, ein Schwarzes Loch.