Himmelsbeobachtendes Artefakt – Mount Wilson Observatory: Hubble und Einstein bewundern Helden und richten ihre Schwerter zum Himmel

Vorwort

Ab heute starte ich eine neue Serie – „Das Artefakt zur Beobachtung des Himmels“ – ein Begleitstück zu „Träumen von einer anderen Welt“, das ich letztes Jahr ausgestrahlt habe. In „Dreaming of Another World“ dreht sich alles um Raumsonden, aber dieses Mal nehme ich Sie mit zurück zur Erde und erzähle Ihnen die Geschichten dieser erdgebundenen Observatorien. Man kann sagen, dass jedes erdgebundene Observatorium ein magisches Werkzeug zur Beobachtung des Himmels ist. Mithilfe dieser Artefakte haben die Menschen nach und nach das Geheimnis des Universums gelüftet und uns unzählige erstaunliche Szenen gezeigt.

Während diese Himmelsbeobachtungsinstrumente das Universum betrachten, wird die alte Sicht der Menschheit auf das Universum ständig erneuert. Jedes Observatorium ist wie ein Denkmal der menschlichen Zivilisation und zeichnet die Geschichte einer Gruppe zweibeiniger Tiere auf, die weniger als zwei Meter groß sind und das weite Universum auf einem blauen Planeten in einer Ecke der Milchstraße erkunden.

Lassen Sie uns ohne weitere Umschweife mit unserer Geschichte beginnen.

Himmelsbeobachtungstool 01-Mt. Wilson-Astronomie

Originalautor: Liu Chen

Herausgeber: Wang Jie

Wichtiger als Flitterwochen

An einem Tag im Dezember 1930 war es mitten im Winter in Berlin und der Nordwind heulte. Der berühmte Physiker Einstein war frisch verheiratet, hatte jedoch keine Zeit, die Süße seiner Flitterwochen mit seiner Frau zu genießen. Er musste sofort nach Kalifornien, USA. Einstein verbrachte seine Flitterwochen nicht in Kalifornien. Seiner Meinung nach gab es etwas, das Vorrang vor seiner Hochzeitsreise hatte.

Als die zivile Luftfahrt noch nicht weit verbreitet war, war die Reise von Deutschland in die Vereinigten Staaten und damit quer durch die Welt keine leichte Angelegenheit. Um Kalifornien an der Westküste der Vereinigten Staaten zu erreichen, nahm Einstein zunächst einen Zug von Deutschland nach Belgien, bestieg dann im Hafen von Antwerpen ein Schiff und überquerte den Atlantik westwärts nach New York, USA. Nach einem kurzen Aufenthalt nahm Einstein ein Boot von New York, USA, segelte entlang der Ostküste nach Süden zum Panamakanal, überquerte dann den Kanal zum Pazifischen Ozean und fuhr weiter nach Norden entlang des Pazifischen Ozeans. Es dauerte einen Monat, bis er endlich in Los Angeles, Kalifornien ankam.

Dies war Einsteins zweiter Besuch in den Vereinigten Staaten und sein erster an der Westküste der Vereinigten Staaten. Er kam den ganzen Weg nach Kalifornien, da er vom California Institute of Technology zu einem akademischen Besuch eingeladen worden war. Für Einstein gab es jedoch auch ein sehr wichtiges persönliches Ziel, nämlich einen Ort zu besuchen und jemanden zu treffen. Dieser Ort ist das Mount Wilson Observatory in Kalifornien und die Person, die er besuchen wird, ist der legendäre amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953).

Die Entdeckungen, die Hubble am Mount Wilson Observatory machte, haben nicht nur Einsteins Erkenntnisvermögen aufgefrischt, sondern auch das menschliche Verständnis des Universums. Aufgrund dieser Entdeckung leistete das Mount Wilson Observatory auch einen bedeutenden Beitrag zur Geschichte der menschlichen Astronomie.

Im Jahr 1904 kam George Ellery Hale (1868–1938), ein amerikanischer Astronom, der als Vater der Sonnenbeobachtung gilt, zum Mount Wilson im Nordosten von Los Angeles, Kalifornien. Er verliebte sich auf den ersten Blick in diesen kostbaren Ort. Warum? Denn über dem Gebiet, in dem sich der Mount Wilson befindet, gibt es ein relativ seltenes atmosphärisches Phänomen, die sogenannte „Inversionsschicht“. Normalerweise sinkt die Temperatur mit zunehmender Höhe, aus komplexen Gründen ist an manchen Orten jedoch das Gegenteil der Fall. Dies ist die Inversionsschicht.

Einer der größten Vorteile der Inversionsschicht besteht darin, dass die Atmosphäre sehr stabil ist. Mount Wilson ist eines der Gebiete mit der stabilsten Atmosphäre in ganz Nordamerika, was astronomische Beobachtungen besonders erleichtert.

Nachdem Hale diesen Schatz entdeckt hatte, verlegte er sofort eines der damals modernsten astronomischen Teleskope der Welt vom Yerkes-Observatorium dorthin. Auf diese Weise wurde das Mount Wilson Observatory offiziell gegründet.

Nach der Gründung des Observatoriums leitete Hale das wissenschaftliche Forschungsteam zur Beobachtung und Erforschung der Sonne. Hier zeigte er, dass Sonnenflecken die Zentren des starken Magnetfelds der Sonne sind. Dies ist auch das erste Mal, dass Menschen das Magnetfeld eines Himmelskörpers außerhalb der Erde entdeckt haben. Doch schon bald merkte Hale, dass die Öffnung des Teleskops zu klein war. Für Astronomen ist die Suche nach der Öffnung eines Teleskops endlos, und egal, wie groß sie ist, sie reicht nicht aus.

Bild: Haier

Doch Haier ist nicht nur gut in der wissenschaftlichen Forschung, er hat auch ein weiteres Talent: Er ist auch gut darin, Sponsoren zu gewinnen. Er überzeugte schnell wohlhabende Geschäftsleute vor Ort, Geld für das Observatorium zu spenden. Im Jahr 1908 wurde am Mount Wilson Observatory das damals größte astronomische Teleskop der Welt gebaut.

Mit dem modernsten Teleskop der Welt ist das Mount Wilson Observatory plötzlich ein heißes Thema geworden. Forscher aus aller Welt kommen hierher, um zu studieren. Unter ihnen ist der legendäre Astronom Hubble.

Hubble forschte in seinen frühen Jahren am Yerkes-Observatorium. Seit Hale das Teleskop zum Mount Wilson verlegte und ein neues großes Teleskop baute, wurde er ein häufiger Besucher des Mount Wilson. Hubble war ein junger Mann mit unbegrenzter Energie. Er absolvierte nicht nur ein Doppelstudium in Astronomie und Mathematik an der Universität von Chicago, sondern liebte auch das Boxen. Nach seinem Hochschulabschluss kann er sich für Astronomie oder Mathematik entscheiden oder Profiboxer werden. Glücklicherweise (aus meiner Sicht als Astronomie-Enthusiast) widmete sich Hubble dem Gebiet der Astronomie.

Ein Foto, das die Wahrnehmung der Zeit untergrub

Als Hubble begann, sich der Astronomie zu widmen, herrschte in der Wissenschaft die vorherrschende Meinung vor, dass die Milchstraße das gesamte Universum umfasse, dass die Größe des Universums dem Durchmesser der Milchstraße entspreche und dass sich alle Himmelskörper entweder in der Nähe des Zentrums der Milchstraße befänden oder sich, wie unser Sonnensystem, auf einem Spiralarm der Milchstraße befänden.

Allerdings gibt es auch abweichende Stimmen. Tatsächlich entdeckten Astronomen bereits im 17. Jahrhundert einen spiralförmigen Nebel am Nachthimmel. Heute weiß jeder Astronomie-Enthusiast, dass es sich bei diesen Nebeln eigentlich um Galaxien handelt, doch für die frühen Astronomen war es nicht leicht, sich vorzustellen, dass es sich bei diesen Nebeln, die im Teleskop wie Schneeflocken aussehen, um Galaxien handelt. Nachdem Astronomen entdeckt hatten, dass die Milchstraße eine Spiralform hat, begannen sich manche Menschen zu fragen, ob diese Spiralnebel möglicherweise auch eine Galaxie wie die Milchstraße sein könnten.

Wenn diese Ansicht richtig ist, bedeutet dies, dass unser Universum nicht nur aus der Milchstraße besteht, sondern dass es auch Galaxien außerhalb der Milchstraße gibt. Dies würde die Sicht der Menschheit auf das Universum untergraben und wäre ein gewaltiges Ereignis. Das Problem besteht jedoch darin, dass außergewöhnliche Behauptungen außergewöhnliche Beweise erfordern. Kühne Vermutungen allein genügen nicht; Wissenschaftliche Schlussfolgerungen erfordern Beweise.

Die Geschichte hat die wichtige Aufgabe, dieses Problem zu lösen, in die Hände von Hubble gelegt. Wie findet man Beweise? Diese Frage beschäftigte Hubble.

Die von Hubble verwendete Methode war die Spektralanalyse. Jeder helle Punkt am Nachthimmel weist nach der Aufspaltung durch das Gittergerät ein buntes Spektrum auf. Hubble sammelte von jedem Nebel so viele Spektren wie möglich und führte detaillierte Analysen durch. Er entdeckte, dass das Spektrum des Andromedanebels dem der Sonne sehr ähnlich war und stellare Eigenschaften aufwies. Tatsächlich machte der britische Astronom Sir William Huggins (1824–1910) bereits 1864 dieselbe Entdeckung, doch die damalige Ausrüstung war relativ einfach und die Daten waren nicht zuverlässig genug. Dieses Mal verifizierte Hale die Daten des Hubble und sie waren davon überzeugt, dass der Andromedanebel aus unzähligen leuchtenden Sternen besteht. Hubble nutzte außerdem das Superteleskop am Mount Wilson Observatory, um ein Bild des Andromedanebels aufzunehmen.

Damals wurde das größte Teleskop der Welt fertiggestellt, das Problem war jedoch nicht gelöst. Der Beweis, dass der Andromedanebel aus Sternen besteht, beweist nicht, dass es sich dabei um eine weitere Galaxie außerhalb der Milchstraße handelt. Da es in der Milchstraße bereits eine große Zahl von Sternhaufen gibt, handelt es sich bei der Entdeckung von Sternhaufen nicht um eine besonders bedeutende Entdeckung. Für Hubble war die Bestimmung der Entfernung zum Andromedanebel entscheidend. Doch unter den damaligen Bedingungen war es ein nahezu unlösbares Problem, die Entfernung eines schwachen Lichtpunkts am Nachthimmel von der Erde zu bestimmen.

Der einzige erfolgversprechende Weg, dieses Problem zu lösen, ist der Bau eines größeren Teleskops, je größer, desto besser.

Also griff Haier erneut ein und stellte sein Talent zur Sponsorengewinnung erneut unter Beweis. Es gelang ihm, Andrew Carnegie (1835–1919), einen berühmten Philanthropen, Stahlmagnaten und damals zweitreichsten Mann der Welt, an das Mount Wilson Observatory einzuladen und ihm einen guten wissenschaftlichen Vortrag zu halten. Schließlich war Carnegie begeistert und erklärte sich bereit, 10 Millionen US-Dollar zu spenden, was zu dieser Zeit eine astronomische Summe war.

Abbildung: Carnegie (links) und Hale

Populärwissenschaftliche Erkenntnisse spielen in der wissenschaftlichen Forschung manchmal eine Schlüsselrolle. Aus diesem Grund legen alle wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen in den USA großen Wert auf die Populärwissenschaft, da durch Populärwissenschaft Geld gesammelt werden kann.

Mit Geld werden viele Dinge ganz einfach einfacher. Am 1. November 1917 wurde das größte Teleskop der Welt fertiggestellt.

Der englische Dichter Alfred Noyes (1880-1958) schrieb später in seinem epischen Gedicht „The Watcher in the Sky“ zu diesem Moment:

...Entdecker des Himmels, Pioniere der Wissenschaft,

Bereite dich nun darauf vor, die Dunkelheit erneut zu schlagen,

Und gewinne die neue Welt.

„… Die Entdecker des Himmels, die Pioniere der Wissenschaft,

nun bereit, diese Dunkelheit erneut anzugreifen,

und neue Welten gewinnen.“

Bei diesem Teleskop handelte es sich um das Hooker-Teleskop, das später auf der ganzen Welt berühmt wurde.

Hubbles Gesetz Damit war Hubble noch leistungsfähiger und fand endlich einen Weg, die Entfernung zum Andromedanebel zu ermitteln.

Am Nachthimmel gibt es einen Sterntyp namens „Cepheid“, einen veränderlichen Stern, dessen Helligkeit sich periodisch ändert. Es besteht eine feste Beziehung zwischen der absoluten Helligkeit und der Periode der Helligkeitsänderung von Cepheiden, was bedeutet, dass dieser Sterntyp zur „Standardkerze“ im Universum werden kann. Die Helligkeit des Lichts ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung. Wenn die absolute Helligkeit der Lichtquelle bekannt ist, ist die Messung der scheinbaren Helligkeit gleichbedeutend mit der Messung der Entfernung.

Abbildung: Hubbles Beobachtungsnotizen

Hubble machte mit dem Super-Hooker-Teleskop zahlreiche Fotos des Andromedanebels und entdeckte dabei 34 Cepheiden. Anschließend verbrachte er mehr als zwei Jahre damit, geduldig die Lichtvariationsperiodenkurven dieser Cepheiden aufzuzeichnen und die absolute Helligkeit dieser Cepheiden zu berechnen. Anhand ihrer scheinbaren Helligkeit im Teleskop kann die Entfernung dieser Cepheiden berechnet werden. Seinen Berechnungen zufolge befindet sich der Andromedanebel in einer Entfernung von etwa 930.000 Lichtjahren von uns (wir wissen heute, dass er diese Entfernung stark unterschätzt hat), weit jenseits des Durchmessers der Milchstraße. Der Andromedanebel ist eindeutig kein Mitglied unserer Milchstraße.

Im Jahr 1925 verkündete Hubble dieses Ergebnis auf einer Konferenz der amerikanischen Astronomiegemeinschaft und sorgte damit für Aufsehen. Die Daten des Hubble waren äußerst solide und die Beweise ausreichend, sodass es schnell erkannt wurde. Er hat das Verständnis der Menschheit vom Universum fast im Alleingang erweitert.

Zu dieser Zeit erfreuten sich das Hubble- und das Mount-Wilson-Observatorium großer Beliebtheit und waren führend in der astronomischen Forschung. Hubble hat seine Forschung nicht eingestellt. Er richtete das Hooker-Teleskop weiterhin auf weit entfernte Galaxien und stand kurz davor, ein noch erstaunlicheres kosmisches Mysterium zu entdecken.

Nach kontinuierlichen Verfolgungsbeobachtungen und Berechnungen entdeckte Hubble, dass sich fast alle Galaxien (mit Ausnahme der Andromedagalaxie) von uns wegbewegen. Dieses Phänomen wird als Galaxienrezession bezeichnet. Nachdem Hubble die Fluchtgeschwindigkeiten aller Galaxien berechnet und zusammengefasst hatte, kam er zu dem Schluss, dass das Verhältnis der Fluchtgeschwindigkeit einer Galaxie zu ihrer Entfernung eine Konstante ist. Das heißt, Galaxien entfernen sich von uns, und je weiter sie von uns entfernt sind, desto schneller entfernen sie sich. Dies ist das berühmte Hubble-Gesetz.

Helden schätzen Helden

Es gibt wirklich keine vernünftigere Erklärung als die Ausdehnung des Universums. Als Hubbles Schlussfolgerung veröffentlicht wurde, war das wie ein Aufstossen auf ein Wespennest und die gesamte astronomische Gemeinschaft explodierte. Heute wissen wir alle, dass die Theorie der kosmischen Expansion von der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannt wird. Doch damals war die Vorstellung, dass sich das Universum ausdehnt, absolut erstaunlich. Auch Einstein, der sich auf der anderen Seite der Erde befand, war äußerst schockiert, als er die Nachricht hörte. Er konnte nicht still sitzen und bestand darauf, in die Vereinigten Staaten zu reisen, um Hubble zu besuchen.

Einstein war zu Recht schockiert. Schon im Jahr 1916, als Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie vorschlug, entdeckte er, dass die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu dem Schluss führten, dass das Universum dynamisch sei, sich also entweder ausdehnt oder zusammenzieht. Das Problem war jedoch, dass dieser Schluss Einsteins Intuition widersprach. Aufgrund seiner Intuition und seiner einfachen kosmologischen Sichtweise war Einstein fest davon überzeugt, dass sich das Universum in einem stabilen Zustand befinden sollte und seine Größe nicht schwanken könne. Er glaubte, dass in seiner Gleichung etwas fehlen müsse. Nach langem Überlegen fügte er der Gleichung der allgemeinen Relativitätstheorie eine Konstante hinzu, die als „kosmologische Konstante“ bezeichnet wird, um den stationären Zustand des Universums aufrechtzuerhalten.

Nun entdeckte Hubble tatsächlich, dass sich das Universum nicht in einem stationären Zustand befand, sondern expandierte. Dies schockierte Einstein zutiefst und er musste Hubble persönlich aufsuchen, um dies zu überprüfen.

Am Morgen des 29. Januar 1931 vertrieb die warme Meeresbrise aus Kalifornien die Winterkälte, und Hubble und seine Frau fuhren wie geplant los, um Einstein abzuholen und das Mount-Wilson-Observatorium zu besuchen. Unterwegs sagte Einstein aus tiefstem Herzen zu Hubbles Frau: „Die Arbeit Ihres Mannes ist außerordentlich herausragend.“ Im Observatorium benahm sich Einstein wie ein Kind, konnte das riesige Teleskop nicht ablegen und wollte es nur widerwillig verlassen.

Als die Mitarbeiter Einstein das Teleskop vorstellten, sah dieser Hubble an, lächelte und sagte zu allen: „Hubble hat meine Vorhersage mit diesem Teleskop bestätigt.“

Von Einstein akzeptiert und anerkannt, machte es das Mount Wilson Observatory und Hubble berühmt. Hubble hat mit Ausnahme des Nobelpreises fast alle wichtigen wissenschaftlichen Auszeichnungen gewonnen. Denn zu Hubbles Zeiten gab es keinen Präzedenzfall für die Verleihung des Nobelpreises im Bereich der Astronomie und die damalige wissenschaftliche Gemeinschaft betrachtete Physik und Astronomie nicht als dasselbe wissenschaftliche Forschungsgebiet. Andernfalls wäre Hubbles Verleihung des Nobelpreises für Physik sicherlich wohlverdient.

Ende

Die Errungenschaften des Hubble am Mount Wilson Observatory sind von monumentaler Bedeutung für den historischen Prozess des menschlichen Verständnisses des Universums. Diese Errungenschaften haben Hubble und das Mount Wilson-Observatorium für immer in die Geschichte der Astronomie eingeschrieben. Wenn Hubble der Menschheit ein helles Licht eröffnet hat, das das Universum erhellt und sie bei ihrer Erforschung in die richtige Richtung führt, dann ist das Mount Wilson Observatory ein Leuchtfeuer.

(Foto: Haben Sie Hubble gefunden?)

Seit seiner Erbauung verfügt das Mount Wilson Observatory über das modernste astronomische Teleskop der Welt. Im Jahr 1969 fusionierten das Mount Wilson Observatory und das Palomar Observatory zu seinem Gedenken zum Hale Observatory. Im Jahr 1986 beendete das Hooker-Teleskop am Mount Wilson Observatory seine historische Mission und wurde offiziell außer Dienst gestellt.

Im Jahr 1992 wurde dank des technologischen Fortschritts am Teleskop des Mount Wilson Observatory ein adaptives Optiksystem installiert, das die Vitalität dieses verdienstvollen Kriegers wiederherstellte und ihn wieder in Betrieb nahm. In den folgenden Jahren blieb das Teleskop für Astronomen auf der ganzen Welt ein wichtiges Instrument zur Erforschung des Universums.

Bis heute ist das Mount Wilson Observatory ein bekanntes astronomisches Wahrzeichen. Jedes Jahr besuchen Zehntausende Besucher das Observatorium, was die Menschheit dazu veranlasst hat, ihre Sicht auf das Universum zu ändern, wie eine Pilgerreise.

Ich denke, die ultimative Frage, die der Mensch stellen kann, lautet wahrscheinlich: Was genau ist das Universum? Es gibt kein größeres Problem als dieses. Was die Größenordnung betrifft, gibt es einfach keine Adjektive, um den Unterschied zwischen der Menschheit und dem Universum zu beschreiben. Aber es ist wirklich erstaunlich, dass der Mensch, der im Vergleich zum Universum so winzig ist, einen Weg findet, einen Blick auf das Gesamtbild des Universums zu werfen.

Die legendäre Geschichte, die Hubble am Mount Wilson Observatory hinterließ, markiert den Beginn des Verständnisses der menschlichen Zivilisation für das Gesamtbild des Universums. Er hat uns tiefgreifend vermittelt, wie die Wissenschaft mit Beweisen spricht. Angesichts der Beweise musste sogar ein großer Wissenschaftler wie Einstein seine Niederlage eingestehen. Voraussetzung für alle Antworten sind Belege.