AstroGeo - Geschichten aus Astronomie und Geologie

Am 18. November 1915 hält Albert Einstein einen Vortrag vor der ehrwürdigen Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin. Dort stellt er seine Allgemeine Relativitätstheorie vor, die ihn schon bald weltberühmt machen wird. Viele seiner Fachkollegen überzeugt er mit einem Kniff: Es ist eine Rechnung, die den inneren Planeten Merkur betrifft. Denn die neue Theorie kann ein wissenschaftliches Problem lösen, das über 50 Jahre lang die Astronomen beschäftigte. Demnach stimmte die Umlaufbahn des Merkur nicht völlig mit den Vorhersagen von Newtons Gravitationsgesetz überein. Doch Einsteins neue Theorie kann helfen.

Karl erzählt in dieser Folge des AstroGeo Podcast vom Merkur. Er ist eine Welt, die vermutlich lange vor der Antike bekannt war. Die alten Griechen nennen ihn Apollon oder Hermes, je nachdem, ob er am Morgen- oder Abendhimmel erscheint. Die Römer benennen Hermes in Mercurius um und verleihen damit dem Planeten seinen bis heute gültigen Namen.

Bis weit in die Moderne bleibt Merkur schwer zu erforschen. Denn seine Nähe zur Sonne verhindert gestochen scharfe astronomische Aufnahmen. Immer verschwimmt die Planetenscheibe im Dunst des Dämmerungshimmels. Allein die Dauer einer Eigendrehung – also die Tageslänge – wird erst 1965 mit dem damals größten Radioteleskop Arecibo ermittelt.

Die erste Raumsonde Mariner 10 bringt ab 1973 noch mehr Merkwürdiges zu Tage: Der kleine Merkur hat eine immense Dichte, so dass sein Schwerefeld ähnlich stark ist wie das des viel größeren Planeten Mars. Dazu besitzt er wie die Erde ein Dipol-Magnetfeld, was auf einen inneren Dynamo hindeutet. Erst 2008 erreicht eine zweite Raumsonde den Merkur und schwenkt drei Jahre später in seine Umlaufbahn ein. Die NASA-Mission Messenger liefert zwar viele wertvolle Daten, vertieft aber die Rätsel um den kleinen Planeten nur noch weiter.

Bis heute bleiben immense Fragen offen: Warum unterscheidet sich der kleine Merkur so sehr von den anderen felsigen Planeten, in seiner Dichte, der chemischen Zusammensetzung oder dem Magnetfeld? Um was handelt es sich bei den tiefen Löchern, die bis heute in seiner Oberfläche entstehen und die erst kürzlich auf Aufnahmen von Messenger entdeckt wurden? Wie entstand dieser merkwürdige Planet und was können wir aus diesen Prozessen über weit entfernte Exoplaneten lernen? Eine neue Mission von Europas Raumfahrtagentur und der Japans könnte diese Fragen schon bald lösen.

Episodenbild: CC BY-SA 3.0 IGO ESA/BepiColombo/MTM

In dieser Folge widmen sich Franzi und Karl dem Feedback zu den letzten drei Folgen im AstroGeo Podcast. Zuerst geht es um den Besuch von Kai Kupferschmidt und Laura Salm-Reifferscheidt aus dem Podcast Pandemia. Denn auch Franzi und Karl waren mittlerweile in dem Podcast zu Keimen und Seuchen zu Gast – und haben sich von den beiden ausfragen lassen. Aber hört selbst.

Viele Kommentare zu den Spuren in uralten Bäumen, die recht sicher auf massive Ausbrüche auf der Sonne hindeuten, von denen das letzte sogenannte Miyake-Ereignis aber bereits über tausend Jahre her ist. In einer Antwort wird erklärt, in welchen Klimazonen Bäume in ihrem Stamm überhaupt Ringe aufbauen. Karl spricht auch über kurze Ereignisse in der Geologie und wie sie manchmal genauso relevant sein können wie sehr lange.

Das Magnetfeld der Sonne sorgte für Verwirrung: Denn für sich sollte es sich über den leeren Raum derart abschwächen, dass es die Erde gar nicht nennenswert beeinflussen kann. Doch der Sonnenwind aus geladenen Teilchen erzeugt selbst ein Feld und kann das Magnetfeld der Sonne mit sich tragen.

Danach geht es des um die Methode der Radiokarbondatierung, die durch die Arbeit der Physikerin Fusa Miyake „nebenher“ verbessert wurde. Karl erzählt von dem zur Kalibration genutzten Datensatz INTCAL 13 und wie die jährlich aus Baumringen genommenen Messwerte des Radionuklids Kohlenstoff-14 nicht nur eine offensichtliche Diskrepanz von 100 Jahren beseitigte, sondern auch den systematischen Messfehler der Methode reduzierte.

Für Franzis Folge über die zweite Stufte der kosmischen Entfernungsskala gab es viel Lob. In den Kommentaren geht es um das für äußerst klein gehaltene Universum im Jahr 1912 und wieso die Kleine Magellansche Wolke für ein Objekt gehalten wurde, deren Sterne von uns alle ungefähr gleich weit entfernt sind.

Zuletzt sprechen Franzi und Karl über den besten Zeitpunkt, uns Feedback fürs Geplänkel zu schicken (spätestens eine Woche vor Veröffentlichung!) und wann in der Folge sie ideal über musikalische Tipps aus dem Metal-Genre sprechen sollten. Sie beschließen die Folge mit einigen Musiktipps.

Episodenbild: CC0 Gabriel Jimenez / Unsplash – ESO/Digitized Sky Survey 2 / Davide De Martin

Im Jahr 1912 sah das Universum noch völlig anders aus als heute – zumindest laut den Vorstellungen der Astronominnen und Astronomen jener Zeit. Das Sonnensystem samt Sonne und Erde befand sich, wenn schon nicht völlig, dann doch sehr nahe dem Mittelpunkt des Universums. Besagtes Universum bestand aus einer einzigen Galaxie – nämlich unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Darüber hinaus war es winzig klein: ein paar tausend Lichtjahre sollte es durchmessen, mehr nicht.

Doch in jenem Universum begannen irdische Forschende damit, die Sterne, die sie beobachten konnten, systematisch zu erfassen: Sie verzeichneten ihre Positionen am Nachthimmel und vermaßen ihre Helligkeiten. Dabei ist die Helligkeit mancher Sterne nicht immer gleich: Einige waren – und sind es immer noch – veränderliche Sterne, deren scheinbare Helligkeit sich ändert, mal zu- und dann wieder abnimmt. Die Astronomin Henrietta Swan Leavitt interessierte sich für eine besondere Klasse dieser veränderlichen Sterne, die heutzutage als Cepheiden bekannt sind, benannt nach dem namensgebenden Stern Delta Cephei.

In den Beobachtungsdaten von Sternen in der Kleinen Magellanschen Wolke am Südhimmel fand Leavitt etwa zwei Dutzend Cepheiden – und dabei fiel ihr eine Besonderheit auf, die für Jahrzehnte unerklärbar bleiben sollte, die sich aber sofort als unheimlich nützlich erweisen sollte: Je heller einer dieser Sterne insgesamt war, desto länger war seine Periode, also der Zyklus einer Helligkeitveränderung. Leavitt beschrieb ihren Fund in einem Fachartikel, der im Jahr 1912 erschienen ist.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte der Cepheiden, der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung, und warum sich ein Astronom namens Harlow Shapley als eine Art moderner Kopernikus sah. Die von Henrietta Swan Leavitt gefundene Perioden-Leuchtkraft-Beziehung sollte unser Verständnis vom kleinen Universum, das aus einer einzigen Welteninsel besteht, und in dem die Sonne im Mittelpunkt steht, revolutionieren – oder sogar völlig über den Haufen werfen. Denn Leavitt hatte erstmals eine sogenannte Standardkerze gefunden, ein Lineal für den Kosmos. Damit gab es eine Möglichkeit, die Entfernung zu weit entfernten Himmelskörpern zu ermitteln und so Maß zu nehmen im Universum.

Episodenbild: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgements: Davide De Martin

Irgendwann zu Beginn der 2010er Jahre steht die Doktorandin Fusa Miyake zum ersten Mal vor einer sehr alten Baumscheibe. Es ist eine Scheibe aus dem Stamm einer Japanischen Zeder, die 2000 Jahre lang auf der Insel Yakushima im Süden Japans gewachsen war. Die Aufgabe der jungen Physikerin: Sie soll die einzelnen Wachstumsringe des Baumes untersuchen, um mehr über die Sonnenaktivität im achten Jahrhundert herauszufinden, die dort chemische Spuren hinterlassen hat.

In gewisser Weise erreicht Miyake wenige Jahre später ihr Ziel, allerdings deutlich spektakulärer als sie oder ihr Doktorvater Betreuer das erwartetet hatten. Zum Ende ihrer Doktorarbeit publiziert sie eine Studie im renommierten Magazin „Nature“ und berichtet: Der Gehalt an Kohlenstoff-14 war im achten Jahrhundert Jahr für Jahr unauffällig, stieg aber plötzlich innerhalb nur eines Jahres an. Im Jahr 774 muss die Menge des radioaktiven Nuklids in der Atmosphäre ganz plötzlich stark zugenommen haben. Warum – das ist damals noch völlig unklar.

Karl erzählt in dieser Folge von einem rätselhaften Phänomen, das wenig später den Namen der japanischen Physikerin erhält. Miyake-Ereignisse beschäftigten schon bald Astrophysiker weltweit, als klar wurde: Es handelt sich um ein global nachweisbares Phänomen, in uralten Bäumen genauso wie im Gletschereis der Antarktis. Dessen Ursprung liegt höchstwahrscheinlich nicht auf der Erde.

Hinzu kommt: Es blieb nicht bei einem einzelnen Ereignis im Jahr 774. Bis heute fanden Forschende neun derartige Ereignisse aus den letzten 14.000 Jahren, sieben gelten als gesichert. Nur in unserer modernen Welt fehlt jegliche Erinnerung daran. Denn das letzte Miyake-Ereignis fand man in Baumringen aus dem Jahr 993.

Was den Zustrom der radioaktiven Nuklide ausgelöst hatte, ist lange unklar. Im Gespräch sind Supernova-Explosionen oder sogar exotische Gammablitze irgendwo in der Nachbarschaft des Planetensystems. Schon bald rückt auch die Sonne in den Fokus der Forschung. Was auch immer die Ursache war: Die Spuren der Miyake-Ereignisse haben bereits etliche Disziplinen beeinflusst. Dank ihnen gelang es, die Radiokarbonmethode zur Altersdatierung deutlich zu verbessern. Vereinzelt konnten sogar Jahrtausende zurückliegende Ereignisse aus der Geschichte aufs Jahr genau datiert werden.

Episodenbild: CC0 Gabriel Jimenez / Unsplash

In dieser Folge ist ausnahmsweise alles anders: Franzi und Karl haben Besuch von Laura Salm-Reifferscheidt und Kai Kupferschmidt. Die beiden Wissenschaftsjournalisten bestreiten seit 2020 den Podcast Pandemia, in dem sie regelmäßig Geschichten aus der Welt der Wissenschaft erzählen. Es geht um aktuelle Themen wie das Hanta-Virus – oder die letzte Pest-Epidemie in Wien.

In dieser Folge wollen Franzi und Karl wissen: Was begeistert Kai und Laura an der Welt der Keime? Was sind gute Pandemia-Geschichten und wie findet man sie? Jedes mal versuchen die zwei, spannende Geschichten mit intensiven Recherchen und dem großen Ganzen zu verbinden: Wie entsteht gesichertes Wissen, wo liegen Untersicherheiten und wie verändert Forschung die Welt?

Zuletzt ein Teaser: Auch Franzi und Karl werden demnächst bei Pandemia zu Gast sein. Wenn ihr diesen Besuch nicht verpassen wollt, folgt am besten Pandemia dort, wo ihr gerne Podcasts hört.

Episodenbild: AstroGeo / Pandemia