Mit dem „Karussell“ eröffnete er eine vielversprechende Disziplin

Schon seit langem verwenden Menschen das bloße Auge und optische Teleskope, um die von verschiedenen Himmelskörpern ausgesandte sichtbare (optische) Strahlung zu beobachten. Und die sichtbare Lichtstrahlung ist schon seit langem der einzige „Bote“, mit dem Menschen die Geheimnisse der Himmelskörper erforschen können. In den Jahren 1932 und 1933 entdeckten junge Radioingenieure Radiostrahlung aus dem Weltraum und bestimmten den genauen Standort ihrer Quelle. Damit eröffneten sie ein völlig neues Feld der Radioastronomie. Bis zu seinem Tod wurde seine Arbeit von der Astronomen jedoch nicht allgemein anerkannt und er verpasste den Nobelpreis. Kurz nach seinem Tod entwickelte sich die Radioastronomie rasant und veränderte das menschliche Verständnis verschiedener Himmelssysteme und des Universums selbst erheblich.

Geschrieben von | Wang Shanqin

Im Jahr 1609 richtete Galileo Galilei (1564–1642) ein von ihm gebautes Teleskop in den Himmel und war damit einer der wenigen Menschen, die als erste ein astronomisches Teleskop benutzten. Mit diesem Teleskop beobachtete Galileo Himmelskörper wie den Mond, Jupiter und Saturn und entdeckte, dass die Milchstraße aus unzähligen Sternen besteht. Diese Entdeckungen reichten aus, um Galileo zu einem großen Astronomen zu machen.

Mehr als 300 Jahre später suchte ein junger Radioingenieur mit einer selbstgebauten, raffinierten Antennenanlage den Himmel ab und entdeckte ein mysteriöses Radiosignal. Nach kontinuierlicher Beobachtung und Analyse stellte er fest, dass diese Radiosignale aus dem Weltraum außerhalb der Erde kamen. Diese Entdeckung eröffnete ein völlig neues Feld der Astronomie – die Radioastronomie, und sein Antennenarray wurde zum ersten Radioteleskop.

Dieser junge Mann war Karl Guthe Jansky (1905–1950). Aus wissenschaftlicher Sicht ist die Bedeutung von Janskys wichtigen Entdeckungen, die den Weg für die Radioastronomie ebneten, sogar noch größer als die von Galileo: Vor Galileo konnten die Menschen Sternenlicht und Sonnenlicht mit bloßem Auge einfangen. Vor Jansky hatten Menschen nie Radiostrahlung aus dem Weltraum nachgewiesen. Er ist der verdiente „Vater der Radioastronomie“.

Leider wurde die von Jansky entwickelte Radioastronomie von fast allen Astronomen seiner Zeit ignoriert. Er starb jung an einer Krankheit und verpasste den Nobelpreis. Nach seinem Tod begann sich die Radioastronomie rasant zu entwickeln, was das menschliche Verständnis des Universums und des Universums selbst enorm förderte.

Jansky. Bildnachweis: NRAO

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Jansky wurde am 22. Oktober 1905 in Norman, Oklahoma, USA geboren.

Janskys Vater, Cyril Jansky (1870–1959), wurde in Richland County, Wisconsin, geboren. Sein Großvater Jan Jánský und seine Großmutter Kateřina Kouklová stammten aus der Tschechischen Republik. Janskys Mutter, Nellie Moreau (1870–1952), heiratete Cyril 1891; Nellies Eltern kamen aus England bzw. Frankreich. Cyril und Nellie hatten sechs Kinder, von denen Jansky das dritte war.

Cyril wurde im Alter von 16 Jahren Lehrer. Im Jahr 1902 kündigte er und ging an die University of Michigan, um dort einen Bachelor- und Masterabschluss in Physik und Elektrotechnik zu machen. Sein Magister war Professor Karl Guthe (1866–1915). Cyril nannte seinen Sohn Jansky „Karl Guthe“, um seinem Mentor Tribut zu zollen. Im Jahr 1905 wurde Cyril Dekan des College of Engineering an der University of Oklahoma in Norman und wechselte später als Professor für Elektrotechnik und Ingenieurwesen an die University of Wisconsin, wo er bis zu seiner Pensionierung arbeitete. [1]

Jansky im Alter von einem Jahr im Jahr 1906. Bildnachweis: David Jansky/NRAO

Cyrils Interesse und Talent für Elektrotechnik und Physik beeinflussten zunächst seinen ältesten Sohn, Cyril Jansky Jr. (1895–1975). Der kleine Cyril studierte an der University of Wisconsin und machte hier später seinen Master. Nach seinem Master-Abschluss ging Cyril Jr. an die University of Minnesota, wo er in den Bereichen Funkkommunikation und Elektronik forschte und lehrte und bald ein berühmter Radioexperte wurde. Cyril war einer der Radiopioniere in den Vereinigten Staaten und half bei der Herstellung einiger der ersten Radiosender in den Vereinigten Staaten.

In einer solchen Familie von Radioingenieuren wurde Jansky stark von seinem Vater und seinem Bruder beeinflusst und erhielt von ihnen Hilfe.

Nach Abschluss der öffentlichen High School schrieb sich Jansky außerdem an der University of Wisconsin ein, um Physik zu studieren. Jansky ist bei schlechter Gesundheit und leidet an einer chronischen Nierenerkrankung, aber er ist gut in verschiedenen Sportarten wie Eishockey, Tennis, Skifahren, Bowling, Softball und Golf. Er interessiert sich auch für Schach und Bridge.

1927 schloss der damals 21-jährige Jansky sein Studium mit Auszeichnung ab. Im darauf folgenden Jahr blieb er als Dozent an der University of Wisconsin und absolvierte gleichzeitig alle Kurse für seinen Master in Physik.

Betreten Sie Bell Labs

Im Jahr 1928 beschloss der 22-jährige Jansky, die Universität zu verlassen und bewarb sich um eine Stelle bei den Bell Telephone Laboratories (im Folgenden, abgesehen von Originalzitaten, „Bell Laboratories“). Da er seine Abschlussarbeit nicht eingereicht hat, liegt ihm noch kein Master-Abschluss vor.

Zunächst wurde Jansky von der Personalabteilung von Bell Labs mit der Begründung abgelehnt, er habe eine Nierenerkrankung und sei für die Feldarbeit nicht geeignet. Als der kleine Cyril die Neuigkeiten hörte, half er seinem Bruder sofort. Während seines Masterstudiums arbeitete Cyril kurzzeitig bei Bell Labs und hatte dort bereits Kontakte. Im Sommer 1928 nutzte der junge Cyril seine Sommerferien, um die Bell Labs zu besuchen und dort Ideen auszutauschen. Er ging zur Personalabteilung von Bell Labs, diskutierte mit den Mitarbeitern und versicherte ihnen, dass Jansky körperlich für den Job geeignet sei. [1]

Die Argumente und Zusicherungen des kleinen Cyril spielten eine entscheidende Rolle. Im Juli 1928 wurde Jansky als Funkingenieur bei Bell Labs aufgenommen. Cyril Jr. sagte später bescheiden, dass sein Streit mit der Personalabteilung von Bell Labs „möglicherweise einen kleinen Einfluss auf die Entscheidung des Labors gehabt habe, ihn einzustellen“; aber er sagte auch stolz: „Natürlich hatten die Bell Telephone Laboratories und die wissenschaftliche Gemeinschaft nie einen Grund, diese Entscheidung zu bereuen.“ [1]

Jansky sitzt 1928 auf den Stufen seines Hauses. Bildnachweis: NRAO/AUI/NSF

Janskys Chef bei Bell Labs war Russell Ohl (1898–1987), der Erfinder der Solarzelle. Da Jansky krank war, schickten ihn die Bell Labs zu einem Versuchsgelände in Cliffwood, Monmouth County, New Jersey, wo die Bedingungen besser waren. Kurz darauf verlegte ihn das Labor zum nahegelegenen Standort Holmdel.

Janskys Charakter und Fähigkeiten genießen großes Ansehen. Bald nachdem Jansky sich zum ersten Mal bei Orr gemeldet hatte, stellte Orr fest, dass Jansky „keiner Aufsicht bedarf“ und sagte: „Er ist die Art von Person, die auf eigenen Beinen stehen kann, und wenn man versucht, einer solchen Person Befehle zu erteilen, zerstört man ihre guten Eigenschaften.“ Orr sagte außerdem: „Jansky ist sehr bescheiden. Er ist ein sehr guter Mensch und ich mag ihn sehr.“ [2]

1929 heiratete Jansky Alice Knapp (1906–1982). Sie hatten zwei Kinder, eine Tochter, Ann, und einen Sohn, David.

Jansky machte ein Foto mit seiner Frau und seinen Kindern auf den Stufen vor seinem Haus. Bildnachweis: National Radio Astronomy Observatory Archives

Mysteriöses Radiorauschen

Zu dieser Zeit entwickelte Bell Labs einen transatlantischen drahtlosen Telefondienst. Der Kern dieses Geschäfts besteht darin, Informationen mithilfe von Radiowellen mit einer Wellenlänge von 10 bis 20 Metern zu übertragen. Nachdem diese Radiowellen in den Himmel gesendet wurden, werden sie von der Ionosphäre in der Erdatmosphäre reflektiert und dann von der Empfangsstation auf der anderen Seite des Ozeans empfangen, wodurch die Signalübertragung abgeschlossen ist.

Zu diesem Zweck plant Bell Labs eine eingehende Untersuchung der Eigenschaften der Erdatmosphäre und Ionosphäre und die Beseitigung sämtlicher Funkstörungen, die Funksignale stören könnten, um so die Kommunikationsqualität von Mobiltelefonen zu verbessern. Orrs Chef, Harald Friis (1893–1976), beauftragte Jansky, mit einer Antenne an seiner Station Radiostrahlung zu empfangen und die Quelle des Funkrauschens zu bestimmen. [2]

Im März 1929 begann Jansky mit der Entwicklung und dem Bau einer neuen Antennenanlage zum Empfang von Radiowellen mit einer Wellenlänge von 14,6 Metern (Frequenz 20,5 MHz). Jansky wurde beim Design von Fliess unterstützt. Im Herbst 1930 installierte Jansky erfolgreich die Antennenanlage und die dazugehörige Ausrüstung auf der Feldforschungsstation. Das gesamte Gerät kostete weniger als 1.000 US-Dollar[3] (ungefähr 18.000 US-Dollar im Jahr 2025).

Dieses Antennenarray wird „Janskys Karussell“ genannt. Er hat einen Durchmesser von etwa 30,5 Metern und eine Höhe von etwa 6 Metern. Es ist auf einer Drehscheibe mit vier Autorädern installiert. Der Motor treibt die Räder an, um die Antennenanordnung zu drehen, sodass sie Funksignale aus allen Richtungen empfangen kann. [4] Das automatische Aufzeichnungssystem der Antenne befindet sich in einem kleinen Schuppen in der Nähe der Antenne. Die Signalstärke wird in die Schwingungsamplitude des Stifts umgewandelt und auf Papier aufgezeichnet.

Jansky und seine rotierende Richtfunkantenne („Janskys Karussell“). Bildnachweis: NRAO/AUI

Janskys Antennenarray besteht aus mehreren Antennen und ist im Wesentlichen ein großes Interferometer, sodass die Richtung eines Signals anhand der von mehreren Antennen empfangenen Signale genau bestimmt werden kann. Dies war entscheidend für seinen späteren Durchbruch. In den Monaten nach Inbetriebnahme der Antenne überwachte Jansky das Funkrauschen in verschiedenen Richtungen. Nach der Analyse teilte er die Ursprünge dieser Geräusche in drei Kategorien ein: nahe Gewitter, entfernte Gewitter und stabile, aber unbekannte Quellen.

Der Erfassungsbereich von Janskys rotierender Richtfunkantenne. Bildquelle: Referenz [4]

Jansky verbrachte mehr als ein Jahr damit, die Natur der unbekannten Quelle zu erforschen. Er stellte fest, dass diese Radiowellen sehr regelmäßig waren: Wenn die Antenne über die Ebene der Milchstraße fegte, trat alle 20 Minuten ein Maximalwert auf; Die Richtung jedes maximalen Signals verschob sich innerhalb von etwa 2 Stunden von fast Süd nach Südwest. Daher schloss er, dass die Signale von außerhalb der Erde kamen.

Eines der Signale, die Jansky im Februar 1932 empfing. Pfeile markieren die Momente, in denen die Signalstärke am größten ist. Fotos von: Mary Jansky Striffler, Marguerite Jansky Froscher

Jansky entdeckte außerdem, dass diese Signale Tag und Nacht am stärksten und am schwächsten waren. Schließlich stellte Jansky die Hypothese auf, dass die Signale von Radioemissionen der Sonne stammten. Im Dezember 1932 veröffentlichte Jansky in den Proceedings of the Institute of Radio Engineers (Proc. IRE.) einen Artikel, in dem er behauptete, dass die dritte Art von Radiosignalen von der Sonne stamme.

Jansky untersucht Daten, die von Antennenarrays gewonnen werden. Bildnachweis: National Radio Astronomy Observatory Archives

Signale aus der Milchstraße

Im Laufe der Beobachtungen stellte Jansky fest, dass sich die Positionen der Antennen in den Momenten, in denen die Signale am stärksten waren, scheinbar immer weiter von der Sonne entfernten, was bedeutete, dass sie nicht von der Sonne kamen. Jansky stellte außerdem fest, dass die Variationsperiode des Signals etwa 23 Stunden und 56 Minuten und nicht 24 Stunden betrug.

Da Jansky keine astronomischen Kenntnisse hatte, war er darüber verwirrt. Er konsultierte seinen Freund, den Astrophysiker Albert Skellett (1901-1991).

Skerrit erklärte ihm: Alle 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden dreht sich die Erde einmal und jeder Punkt auf der Erde richtet sich neu an einem Stern am Himmel aus. Dieser Zeitraum wird als „Sterntag“ bezeichnet. Da sich die Erde jedoch auch in ihrer Umlaufbahn um die Sonne befindet, ist der Punkt auf der Erde, der zuvor der Sonne zugewandt war, nach einer Erdumdrehung nicht mehr der Sonne zugewandt. Es dauert etwa weitere 4 Minuten, bis dieser Punkt wieder der Sonne zugewandt ist. Daher hat ein Tag und eine Nacht jeweils 24 Stunden und dieser Zyklus wird als „Sonnentag“ bezeichnet.

Schematische Darstellung des Sterntages und des Sonnentages. Am Tag 0 ist die „vertikale Linie“ auf der Erde auf die Sonne und auch auf einen entfernten Stern ausgerichtet. Nach 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden dreht sich die Erde einmal und die vertikale Linie ist wieder auf den Stern ausgerichtet. Dieser Zeitraum wird als siderischer Tag bezeichnet. Allerdings ist die vertikale Linie zu diesem Zeitpunkt nicht mehr auf die Sonne ausgerichtet und muss sich fast 4 Minuten lang drehen, bevor sie wieder auf die Sonne ausgerichtet ist. Die Gesamtzeit beträgt 24 Stunden und dieser Zyklus ist der Sonnentag. (Positionsabstände sind nicht maßstabsgetreu.) Bildquelle: Referenz [5]

Ändert sich das Signal in einem strengen 24-Stunden-Zyklus, dann kommt das Signal von der Sonne; Wenn das Signal 23 Stunden und 56 Minuten beträgt, dann kommt es von einem Stern oder Himmelssystem außerhalb des Sonnensystems. Jansky erkannte plötzlich, dass diese Signale von anderen Himmelskörpern als der Sonne stammten.

Nachdem er die Sonne ausgeschlossen hatte, verwendete Jansky optische astronomische Karten, um die Stärke des Signals mit der Richtung zu vergleichen, in die die Antenne zeigte, als das Signal empfangen wurde. Nach sorgfältigem Vergleich stellte Jansky fest, dass um 19:10 Uhr … Am 16. September 1932, als die Antenne das stärkste Signal empfing, war sie auf das Zentrum der Milchstraße (galaktisches Zentrum) in Richtung Schütze gerichtet. Daher kam er zu dem Schluss, dass diese mysteriösen Signale aus der Milchstraße kamen und dass die Signale aus dem galaktischen Zentrum am stärksten waren.

Auf diese Weise leistete der damals erst 27-jährige Jansky Pionierarbeit in der Radioastronomie, einem vielversprechenden Zweig der Astronomie. „Janskys Karussell“ war das erste Radioteleskop der Welt und wurde als eine der 20 wichtigsten Erfindungen der 1930er Jahre aufgeführt. [6]. Jansky wurde somit zum „Vater der Radioastronomie“.

Warum ist er als „Vater der Radioastronomie“ bekannt, obwohl er die Radiostrahlung aus dem Universum entdeckte? Tatsächlich werden sowohl Radio als auch Radio im Englischen als „Radio“ bezeichnet, im Chinesischen schließen sich die beiden jedoch ein: Mit Radiowellen sind im Allgemeinen elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von mehr als 0,1 mm gemeint, während sich Radiowellen im Allgemeinen auf elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge zwischen etwa 1 mm und etwa 30 Metern beziehen. [Anmerkung 1]

Nachdem er festgestellt hatte, dass das Signal aus dem Zentrum der Milchstraße kam, arbeitete Jansky weitere sechs Monate heimlich an seiner Antenne und schrieb eine neue Forschungsarbeit. Er erzählte dem kleinen Cyril von seiner Entdeckung und schickte ihm seine fertige Arbeit. Der kleine Cyril informierte den Herausgeber des Magazins „Electronics“. Der Herausgeber hielt dies für eine bemerkenswerte Entdeckung und hielt sie für eine Veröffentlichung. Cyril Jr. wandte sich außerdem an Führungskräfte bei Bell Labs und teilte ihnen mit, dass er die Forschungsergebnisse ohne weitere Genehmigung veröffentlichen würde, wenn Bell Labs sie nicht veröffentlichen würde. Bell Labs garantierte die Veröffentlichung des Papiers und erlaubte Jansky, es im Radio vorzuführen. [2]

Als Jansky seine Entdeckung bekannt geben wollte, ermahnte ihn sein Chef freundlich, vorsichtig zu sein, falls sich in Zukunft herausstellen sollte, dass er Unrecht hatte, denn noch nie zuvor hatte jemand Radiosignale von außerhalb der Erde empfangen. Trotzdem ist Jansky von seinen Ergebnissen überzeugt.

Am 27. April 1933 las Jansky auf der Jahresversammlung der Radio Organization in Washington vor kleinem Publikum seinen Aufsatz vor und verkündete darin seine Entdeckung des „Sternenrauschens“, das vom Zentrum der Milchstraße ausgeht. Das Publikum verstand seine Erklärung nicht, geschweige denn, dass es die Bedeutung dieser großartigen Entdeckung erkannte.

Am 4. Mai 1933 gaben die Bell Labs der Welt bekannt, dass Jansky erfolgreich Radiowellen aus der Milchstraße entdeckt hatte. Die Bedeutung dieser Entdeckung für die Astronomie war den Medien nicht bewusst, doch viele Menschen glaubten, dass diese Radiowellen eine neue Energiequelle werden könnten. Wie es der Zufall wollte, wurde über Janskys Entdeckung in den Medien ausführlich berichtet und er wurde von einem nationalen Radiosender interviewt.

Im Oktober 1933 wurde Janskys Artikel „Elektronische Störungen offenbar außerirdischen Ursprungs“ in Proc. veröffentlicht. ZORN. In diesem Artikel wurde bekannt gegeben, dass die Quelle des dritten Signaltyps das galaktische Zentrum ist. [7]

Cyril der Jüngere sagte über Janskys Entdeckung: „Es ist wirklich eine Hochzeit. Sie bringt die Wissenschaften der Astronomie, der Radio- und der Elektrotechnik zusammen.“[1]

Anschließend versuchte Jansky, Radiosignale von der Sonne zu empfangen, jedoch ohne Erfolg. Später erfuhr man, dass dies daran lag, dass sich die Sonne zu diesem Zeitpunkt in einer inaktiven Phase ihres Sonnenfleckenaktivitätszyklus befand und die Radiosignale relativ schwach waren. Janskys Radioteleskop war nicht empfindlich genug, um diese schwachen Signale zu erfassen.

Im Jahr 1935 schlug Jansky vor, dass die von ihm entdeckten Radiosignale durch Störungen geladener Teilchen im Gas nahe dem Zentrum der Milchstraße verursacht werden könnten.

Eine Falschfarbenkomposition aus Röntgen- und Infrarotstrahlung im zentralen Bereich der Milchstraße. Bildnachweis: Röntgen: NASA/UMass/D.Wang et al., IR: NASA/STScI

Jansky nutzte mehrere seiner veröffentlichten Arbeiten, um sich für einen Master-Abschluss an der University of Wisconsin zu bewerben und erhielt seinen Abschluss im Jahr 1936.

Zufall und Notwendigkeit

Janskys Entdeckung schien zufällig, war aber in Wirklichkeit unvermeidlich.

Vor Jansky hatten Physiker spekuliert, dass Instrumente auf der Erde Radiowellen aus dem Weltraum erfassen könnten, und dies in die Praxis umgesetzt. Im Jahr 1896 begannen die deutschen Astrophysiker Johannes Wilsing (1856–1943) und Julius Scheiner (1858–1913), Beobachtungen in diesem Gebiet durchzuführen. Auch der britische Physiker Oliver Lodge (1851–1940) verwendete zwischen 1897 und 1900 Zentimeterwellenantennen, um ähnliche Beobachtungen durchzuführen. Da die Leistung der Antenne nicht ausreichte, gingen die Ergebnisse leer aus. Im Jahr 1902 entdeckte man, dass die Ionosphäre Radiowellen überträgt, und schlussfolgerte, dass Weltraumfunksignale von der Ionosphäre in den Weltraum zurückreflektiert würden und daher auf der Erde nicht empfangen werden könnten.

Andererseits verwendeten Louis Lowry und Edmond Bruce (1899–1973) von Bell Labs Antennen, um einige Signale unbekannter Herkunft früher als Jansky zu erkennen. Allerdings gelang es ihnen weder, die zeitlichen Variationsmuster dieser Signale zu erfassen noch ihre genauen Positionen zu bestimmen. Somit konnten sie weder ihre Natur noch ihre Quelle bestimmen und scheiterten somit bei der Etablierung der Radioastronomie.

Jansky war anders. Seine Antennenanordnung war empfindlich genug, um die Signale genau zu lokalisieren, und er führte wiederholt präzise Beobachtungen und quantitative Studien durch und stellte schließlich fest, dass die Signale von Himmelskörpern in der Milchstraße stammten. Dies ist der direkte Grund, warum er zum Vater der Radioastronomie wurde.

Jansky steht vor seiner rotierenden Richtfunkantenne („Janskys Karussell“). Bildnachweis: NRAO

Kyrill der Jüngere erinnerte sich später: „Die Aufgabe des Wissenschaftlers besteht darin, die wesentlichen Fakten zu erkennen, selbst wenn sie durch eine Masse an irrelevantem Material verdeckt werden, und dann bei ihrer Interpretation kreative Vorstellungskraft walten zu lassen. Genau das tat Karl Jansky.“[1]

Zerbrochene Träume

Nach 1935 beabsichtigte Jansky, die Radiosignale der Milchstraße weiter zu untersuchen und beantragte bei Bell Labs Gelder für den Bau eines Radioteleskops mit einer Parabolantenne von 30 Metern Durchmesser.

Janskys Antrag wurde jedoch von der Laborleitung abgelehnt. Zu dieser Zeit befanden sich die Vereinigten Staaten in der Großen Depression. Die Leitung von Bell Labs war der Ansicht, dass die Quelle des Rauschens identifiziert worden sei und dass die Untersuchung dieser Weltraumfunksignale für die Telefonkommunikation nicht von Nutzen sei. Janskys Mission in dieser Hinsicht war erfüllt. Schließlich wurde Jansky mit der Arbeit an rauscharmen Verstärkern beauftragt.

Nachdem seine Forschungen in der Radioastronomie unterbrochen wurden, widmete sich Jansky wieder der Forschung im Bereich der Radiotechnologie. Später begann Jansky mit der Arbeit an Mikrowellen-Repeater-Netzwerken. Nachdem Wissenschaftler der Bell Labs im Jahr 1947 den Transistor erfunden hatten, war Jansky einer der Ersten, der Transistoren zur Herstellung rauscharmer Vorverstärker einsetzte und dafür mehrere Patente erhielt. [8] 1948 wurde Jansky zum Mitglied des Institute of Radio Engineers gewählt.

Mehr als ein Jahrzehnt nach Janskys Entdeckung der kosmischen Radiowellen war fast allen Astronomen die enorme Bedeutung dieser Entdeckung für die Astronomie nicht bewusst. Der einzige, der Janskys Arbeit fortsetzte und in dieser Zeit einen Durchbruch erzielte, war Grote Reber (1911–2002), der ebenfalls Radioingenieur war.

Im Jahr 1937 baute Reber ein 9-Meter-Radioteleskop. Dies war das zweite Radioteleskop der Welt und seine Leistung war besser als die von Janskys Radioteleskop. Reber nutzte es 1944 zur Beobachtung der von der Sonne emittierten Radiostrahlung.

Da die Radioastronomie in der astronomischen Gemeinschaft zunehmend an Wertschätzung gewinnt, könnte Janskys Traum, die Radioastronomie neu zu erforschen, bald wahr werden. Sein körperlicher Zustand verhinderte jedoch, dass er diese Möglichkeit wahrnehmen konnte.

Starb jung und verpasste den Nobelpreis

Anfang 1950 kam Jansky in Orrs Büro und Orr dachte, Jansky sei krank. Jansky sagte zu Orr: „Ich muss mich von Ihnen verabschieden. Ich bin sehr krank und muss ins Krankenhaus.“[8]

Oder umarmte Jansky und sagte: „Ich hoffe, du kannst uns bald wieder besuchen.“ Or hatte jedoch bereits eine Vorahnung, dass Jansky nicht mehr lange leben würde. Später erinnerte sich Orr an die Szene von Janskys Abschied von ihm und sagte: „Es war einer der traurigsten Momente in meinem Leben.“[8]

Am 14. Februar 1950 starb Jansky im Alter von 44 Jahren (vor seinem 45. Geburtstag) in einem Krankenhaus in Red Bank, New Jersey, an einem durch eine Nierenerkrankung verursachten Schlaganfall.

Bis zu seinem Tod erhielt Jansky auf dem Gebiet der Astronomie keine Auszeichnungen oder Ehrungen, obwohl seine Entdeckungen den Weg für eine neue und vielversprechende Disziplin, die Radioastronomie, ebneten und obwohl seine Leistungen schon bald einen unermesslichen und weitreichenden Einfluss auf die Entwicklung der Astronomie und Kosmologie haben sollten.

Später freigegebenen Informationen zufolge hatte der deutsche Physiker Winfried Schumann (1888–1974) Jansky 1948 als Nobelpreisträger für Physik vorgeschlagen. Damals war die Bedeutung der Radioastronomie in der astronomischen Gemeinschaft jedoch noch nicht allgemein anerkannt, und die Wahrscheinlichkeit, dass sie die Nobelpreis-Jury beeindrucken würde, war noch geringer, sodass Jansky den Preis natürlich nicht erhielt. Schumanns Vision ist jedoch bewundernswert.

„Wäre Jansky nicht so jung gestorben, hätte er definitiv den Nobelpreis gewonnen“, sagte William Imbriale, ein leitender Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. „Seine zufällige Entdeckung führte zur Entstehung eines neuen Zweiges der Astronomie – der Radioastronomie.“

Es ist sicherlich schade, dass uns der Nobelpreis aufgrund seines frühen Todes entgeht. Allerdings müssen Janskys große Leistungen nicht mehr durch den Nobelpreis bewiesen werden. Der Verzicht auf Jansky ist ein Verlust für den Nobelpreis. Auf der Liste fehlt ein großer Wissenschaftler, der Geschichte geschrieben hat.

Das Grab von Jansky und seiner Familie in einem Massengrab in Wisconsin. Sein Name steht in der Mitte der oberen Reihe. Oben links ist sein älterer Bruder Cyril. Unten links und rechts stehen die Namen seines Vaters bzw. seiner Mutter. Bildquelle: Referenz [8]

Die rasante Entwicklung der Radioastronomie

Im Jahr 1950 verwendeten Radioastronomen der Universität Cambridge ein Radiointerferometer, um die erste Ausgabe des Cambridge Catalogues of Radio Sources zu erstellen. Seitdem wurde dieser Katalog kontinuierlich aktualisiert, bis hin zur 10. Ausgabe, von denen die dritte Ausgabe (3C) aus dem Jahr 1959 die bekannteste ist.

Im Jahr 1951 entdeckten Astronomen aus den USA und Australien mit Hilfe von Radioteleskopen fast gleichzeitig die von neutralem Wasserstoff emittierte 21-cm-Spektrallinie (Wissenswertes und Anwendungen im Zusammenhang mit der 21-cm-Spektrallinie finden Sie in der Einleitung des Artikels „Der Meister in den Augen des Meisters – Astronomiemeister Oort“). Mittlerweile haben der Status der Radioastronomie und die Bedeutung der Radioteleskope in der astronomischen Gemeinschaft große Aufmerksamkeit erregt und weltweit sind zahlreiche Radioteleskope entstanden.

Mithilfe von Radioteleskopen entdeckten Astronomen in den 1960er Jahren stellare Radioquellen (Beobachtungen der optischen Gegenstücke dieser Radioquellen führten direkt zur Entdeckung der Quasare), Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (und bewiesen damit die Richtigkeit der Urknalltheorie), Pulsare (und bestätigten damit die Existenz von Neutronensternen), entdeckten interstellare organische Moleküle und so weiter.

Zufällig waren Arno Penzias (1933–2024) und Robert Wilson (1936–), die die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entdeckten, ebenfalls Ingenieure bei Bell Labs, und die riesige Hornantenne, die sie verwendeten, befand sich ebenfalls in Holmdel. Auch diese Antenne gehörte zu Bell Labs und war damals nur etwa 1,6 Kilometer von „Janskys Karussell“ entfernt [9]. Diese kleine Stadt hat die Legende zweier Generationen von Radioingenieuren wahr gemacht.

Penzias und Wilson mit der Hornantenne, mit der sie die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entdeckten (1962). Die Antenne ist 15 Meter lang, wiegt 15 Tonnen und wurde 1959 gebaut. Bildnachweis: NASA

Nach Janskys Tod sagte Cyril der Jüngere pessimistisch zu Janskys Familie: „Sein Beitrag zur Grundlagenforschung war so groß, dass der volle Wert seiner Entdeckungen erst in einem halben Jahrhundert erkannt werden wird.“ Doch im Jahr 1956 sagte Kyrill der Jüngere: „Nur sechs Jahre später stand ich vor einer Gruppe von Astronomen, Physikern und Radiotechnikern, die weitaus fähiger waren als ich. Ich war erstaunt über die Fortschritte, die in den letzten Jahren in einem neuen Zweig der Astronomie erzielt worden waren, und ich konnte voller Stolz verkünden, dass diese neue Entdeckung von meinem Bruder gemacht worden war.“ [1]

Inspiriert durch diese großen Fortschritte entwickelte sich die Radioastronomie in einem erstaunlichen Tempo. Radioteleskope können wie optische Teleskope auf der Erde installiert werden und müssen nicht wie Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlenteleskope in den Weltraum geschossen werden. Ihre Bau- und Betriebskosten sind vergleichsweise deutlich günstiger.

Das Ausmaß, in dem elektromagnetische Wellen verschiedener Bänder von der Atmosphäre absorbiert werden. 100 % bedeutet, dass sie vollständig von der Atmosphäre absorbiert werden, und 0 % bedeutet, dass sie überhaupt nicht absorbiert werden. Die Parabolantenne stellt ein Radioteleskop dar. Wellenlängen von wenigen Zentimetern bis zu 30 Metern können die Atmosphäre vollständig durchdringen und von Radioteleskopen am Boden empfangen werden. Ihre Transparenz ist besser als die des sichtbaren Lichts (das Regenbogenband im Bild). Bildnachweis: NASA

Im Jahr 2017 kombinierte ein internationales Kollaborationsteam Submillimeter-Radioteleskope in mehreren Teilen der Welt, um dasselbe Himmelsobjekt gleichzeitig zu beobachten und schuf damit das „Event Horizon Telescope“ (EHT). Mithilfe des EHT machten Astronomen Bilder des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 (M87*) und des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße (Sagittarius A*).

Am 10. April 2019 veröffentlichte das EHT-Team ein Foto des Schwarzen Lochs im Zentrum von M87. Es handelte sich dabei um das erste von Menschenhand aufgenommene Foto eines Schwarzen Lochs. Am 12. Mai 2022 veröffentlichte das EHT-Team ein Foto des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße.

Das vom EHT aufgenommene Radiobild des zentralen Schwarzen Lochs von M87 und der umgebenden Materie (links) und das Radiobild des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße und der umgebenden Materie. Bildquelle: EHT

Nachträgliches Gedenken

Mit der rasanten Entwicklung der Radioastronomie sind die Beiträge Janskys ins Bewusstsein der Menschen gerückt und man hat seiner auf verschiedene Weise gedacht.

Ein Krater auf dem Mond wurde „Jansky-Krater“ genannt; der Asteroid von 1932 wurde „Yansky“ genannt; und das hochfrequente Radiorauschen, das aus dem Universum stammt, wird „Yansky-Rauschen“ genannt. Um Jansky zu ehren und herausragende Wissenschaftler in der Radioastronomie und Astrophysik auszuzeichnen, haben die Treuhänder der Associated Universities, Inc. die Karl G. Jansky Lectureship ins Leben gerufen, die seit 1966 jährlich verliehen wird. Das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) hat ein Postdoktorandenstipendium zum „Jansky Scholar“ ernannt.

Im Jahr 1973 gab die Internationale Astronomische Union die Verwendung von Jansky (abgekürzt Jy) als Einheit für die himmlische Strahlungsflussdichte bekannt. 1 Jansky entspricht 10−26 W·m−2·Hz−1, was bedeutet, dass innerhalb des Einheitsfrequenzbereichs jeder Quadratmeter 10−26 Watt Leistung empfängt. Besonders wichtig ist diese Einheit im Bereich der Radioastronomie.

Am 10. Januar 2012 gab das NRAO bekannt, dass das Very Large Array (VLA), das gerade eine umfassende Modernisierung abgeschlossen hatte, in „Karl G. Jansky Very Large Array“ umbenannt werden würde. Dies ist eines der leistungsstärksten Radioteleskop-Arrays der Welt und wurde 1981 in Betrieb genommen. Es besteht aus 28 unabhängigen 25-Meter-Radioteleskopen, von denen 27 normal funktionieren. Jedes Teleskop kann sich entlang von Schienen bewegen und in unterschiedlichen Abständen Arrays mit anderen Teleskopen bilden.

Der berühmte Science-Fiction-Film „Contact“ aus dem Jahr 1997 wurde am Very Large Array gedreht. Bildquelle: IMDB.com

Da der ursprüngliche Standort des Jansky-Teleskops zwischen 1959 und 1962 als Holmdel-Komplex der Bell Laboratories errichtet wurde, wurde am Green Bank Observatory in West Virginia eine maßstabsgetreue Nachbildung des Jansky-Teleskops errichtet und 1966 daneben eine Gedenktafel angebracht.

Eine maßstabsgetreue Nachbildung des Jansky-Radioteleskops im Green Bank Observatory (oben) und eine Tafel mit einer Beschreibung (unten). Bildnachweis: Astrochemiker (oben), Jarek Tuszyński (unten)

Lucent Technologies, der Nachfolger der Bell Telephone Laboratories, hat in der Nähe des Holmdel-Komplexes ein 15 Fuß langes Denkmal und eine Gedenktafel aufgestellt. Das Denkmal hat die Form einer Antenne und befindet sich genau an der Stelle und in der Richtung, in die die Antenne von Janskys Radioteleskop um 19:10 Uhr zeigte. am 16. September 1932, als die Antenne das stärkste Signal empfing. [10]

Antennenförmiges Jansky-Denkmal und ein Schild mit der Beschreibung des Denkmals. Bildnachweis: John R. Barrows

Im Jahr 2023 kündigte das NRAO an, 2 Milliarden US-Dollar zu investieren, um das derzeitige „Jansky Very Large Array“ durch 100 neue Radioteleskope zu ersetzen und 160 Radioteleskope in den Vereinigten Staaten zum „Next Generation Very Large Array“ zusammenzufassen.

Der Radioastronom John Kraus (1910–2004) kommentierte Janskys bahnbrechende Arbeit wie folgt: „Bis 1930 beruhte unser gesamtes Wissen über den Himmel im Wesentlichen auf dem, was wir sehen oder fotografieren konnten. Karl Jansky änderte das. Seit der Antike war die Menschheit taub für die Radiostimmen, die das Universum erfüllten; nun sangen diese Radiostimmen plötzlich im Einklang.“[11]

Hinweise

[Anmerkung 1] Im Allgemeinen werden Weltraumradiowellen, die kleiner als 1 mm sind, vom Wasserdampf in der Erdatmosphäre absorbiert, und Weltraumradiowellen, die größer als 30 Meter sind, werden von der Ionosphäre der Erde zurück in den Weltraum reflektiert. Um Millimeter- oder sogar Submillimeter-Radiowellen zu beobachten, stellt man das Radioteleskop am besten auf einem trockenen Plateau auf.

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