Die Macht der Sterngucker

in der Studentenkneipe „Royal Oak” in Oxford kam den beiden jungen Astronomen Chris Lintott und Kevin Schawinski eines Abends ein verrückter Gedanke: Wenn ihnen selbst die Zeit fehlte, eine riesige Menge an Daten zu bearbeiten, dann könnten sie doch nach Freiwilligen suchen, die das für sie taten. Es ging um eine Million Galaxien-Bilder, die von einem Roboterteleskop stammten. Das Problem war, dass Computer-Algorithmen nicht in der Lage sind, Galaxien nach ihrem Aussehen zuverlässig zu klassifizieren: in Spiralen, Ellipsen und Irreguläre. Was einem Menschen auf Anhieb gelingt, führt bei einer Maschine zu vielen Fehlern, denn die Mustererkennung ist eine recht komplexe Angelegenheit.

In Galaxien sind Millionen bis Milliarden Sterne gravitativ gebunden und umkreisen ein gemeinsames Zentrum. Schawinski hatte früher bereits 50 000 Galaxien selbst klassifiziert, von Hand sozusagen. So war ihm und Lintott klar, dass sich das unmöglich mit Millionen von Galaxien machen ließ und dass sich auch kein anderer Kollege finden würde, der dafür Zeit hätte. Doch Statistiken über möglichst viele Galaxien könnten helfen, die Entstehung und Entwicklung dieser Welteninseln besser zu verstehen. Und mit freiwilligen Helfern käme man rasch weiter.

Schon früher hatten Volunteers den Astronomen geholfen. Sie hatten etwa die Messdaten der Raumsonde „Stardust” nach winzigen Staubteilchen aus dem All durchsucht: Hobbyforscher aus aller Welt hatten dazu im Internet – ziemlich langweilige – Videos mikroskopischer Staubaufnahmen angeschaut. Wenn dieses Stardust@Home genannte Projekt schon so viele Freiwillige mobilisierte, um nach unscheinbaren Krümeln zu suchen – gäbe es dann nicht auch genügend Menschen, die Galaxien klassifizieren würden?

Hilfe vom Fernsehen

Die Suche begann im Frühjahr 2007. Was seither geschah, ist eine bemerkenswerte Erfolgsgeschichte. Bereits nach wenigen Tagen folgte die Probe aufs Exempel: Über einen Internet-Server zeigte das „Galaxy Zoo” getaufte Projekt jedem Surfer, der sich auf der Webseite anmeldete, Bilder von Galaxien, die sich nach einem einfachen Schema einteilen ließen. Da der Server nicht sehr leistungsfähig war, rechneten Schawinski und Lintott mit etwa fünf Jahren, um genügend Klassifikationen für fundierte Aussagen über die Galaxien zu haben. Doch es kam anders: Laut einem Bericht auf der Webseite der BBC wurde der Server bereits am ersten Tag von Freiwilligen geradezu überrannt. Hektisch rüsteten die Systemadministratoren technisch nach. Bereits am zweiten Tag verzeichnete Galaxy Zoo 75 000 Klassifikationen pro Stunde. Bis heute sind es über 150 Millionen Klassifikationen. Sie stammen von über 250 000 Freiwilligen: Studenten, Richtern, Krankenpflegern, Lehrern, Apothekern und vielen mehr.

Einer davon ist Christian Manteuffel, der um die Jahreswende 2007/8 durch seinen Bruder vom „Zoo” erfuhr. „Ich hatte durch einen Jobwechsel einige Wochen Zeit und schaute mich daher auf der Seite um”, erzählt der 32-Jährige. „Vielleicht gab es da etwas Interessantes zu entdecken, dachte ich mir.” In den folgenden Wochen klassifizierte Manteuffel rund 5000 Galaxien und stieß im Diskussionsforum des Galaxy Zoo, in dem sich die Freiwilligen austauschten, auf die „grünen Erbsen”: Ein Teilnehmer hatte ein merkwürdig grünes Objekt auf einem der Bilder entdeckt, das so gar nicht zum typischen Aussehen einer Galaxie passte. Und Kevin Schawinski hatte die „Zoologen” aufgefordert, nach weiteren grünen Erbsen zu suchen. Manteuffel verstand nicht viel von Astronomie – aber da er Informatiker war, umso mehr von Algorithmen. Mit einer selbst entwickelten Abfrageroutine machte er sich auf die Suche nach weiteren verdächtigen Objekten im Datenbestand. Am Ende hatte er mit seinem Algorithmus 59 grüne Erbsen entdeckt. Andere „Zoologen” steuerten fast 200 weitere mit ihren händischen Klassifikationen bei. Lohn der Mühe: Schawinski dankte in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung über die grünen Erbsen ausdrücklich den Freiwilligen für die tatkräftige Unterstützung. Wie sich herausstellte, handelte es sich bei den Erbsen um Galaxien, die sehr viel kleiner als unser Milchstraßensystem sind, in denen aber bis zu zehnmal so viele neue Sterne entstehen. Keine bekannte Galaxienart des heutigen Universums wächst so schnell.

gemeinsame urwolke

Und noch etwas ließ sich mithilfe der Freiwilligen klären: Spiralgalaxien haben keine bevorzugte Rotationsrichtung – was für einen übergeordneten gemeinsamen Drehsinn dieser Sterneninseln über gewaltige Dimensionen von einigen Milliarden Lichtjahren hinweg sprechen würde und nur schwer zu erklären wäre. Allerdings scheint es auf kleineren Skalen doch bevorzugte Drehrichtungen zu geben – ein Hinweis darauf, dass die betroffenen Galaxien aus einer gemeinsamen Urwolke entstanden sind. Bald werden es insgesamt 20 wissenschaftliche Veröffentlichungen sein, die auf den Ergebnissen des Galaxy-Zoo-Projekts beruhen – und zwar nicht in irgendwelchen exotischen Journalen, sondern in renommierten Fachzeitschriften wie den „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Analysen ergaben, dass bereits 20 Stimmen für eine zuverlässige Klassifikation ausreichen. Die Statistik kann also die Unzulänglichkeiten ausmerzen, die wegen des unterschiedlichen Kenntnisstands der einzelnen Teilnehmer unvermeidlich sind. Kürzlich ging ein weiterer Erfolg auf das Konto der „Hobby-Zoologen”: Wissenschaftler der University of Cambridge und des University College London nutzten ihre Klassifikationen, um damit ein Neuronales Netz zu trainieren, das in der Lage sein soll, Galaxien automatisch zu klassifizieren – bislang ein hoffnungsloses Unterfangen. Immerhin liegt dieses Computerprogramm bereits in mehr als 90 Prozent der Fälle richtig.

Galaxy Zoo ist nur ein Beispiel, wie Laien die astronomische Forschung voranbringen. Der in Australien lebende Amateurastronom William Bradfield fand 2004 im Alter von 76 Jahren seinen 18. neuen Kometen – mit einem einfachen Fernrohr in seinem Garten. Der pensionierte Fernmeldetechniker Tom Boles entdeckte über 100 Supernovae – gewaltige Explosionen, bei denen ein einzelner Stern kurzfristig heller leuchtet als eine ganze Galaxie. Und der australische Amateur Anthony Wesley bemerkte im Juli 2009 als Erster, dass ein unbekannter Komet auf dem Planeten Jupiter eingeschlagen war. Er beobachtete mit einem – für Amateurverhältnisse – mittelgroßen Teleskop.

Die ganze Nacht am Computer

Rolf Apitzsch geht mit seinem Fernrohr in jeder wolkenlosen Nacht auf himmlische Jagd. Seit den 1990er-Jahren sucht er nach Planetoiden: kleinen Gesteinsbrocken von der Größe eines Hauses oder Gebirges, die wie die Erde um die Sonne kreisen. Von rund 240 000 dieser Kleinplaneten sind die Bahnen so gut bekannt, dass man ihre künftigen Aufenthaltsorte am Himmel berechnen kann. Doch möglicherweise gibt es in unserem Sonnensystem zehn Millionen solcher Objekte. Apitzsch fahndet nach ihnen, systematisch. „Wenn bei klarem Himmel die ersten Sterne abends in der Dämmerung auftauchen, geht es los”, sagt der 66-Jährige. „Dann sitze ich die ganze Nacht vor dem Computer, mit dem ich mein Fernrohr steuere.” Er kommt auf 70 bis 80 durchwachte Nächte im Jahr – „ was mein Hausarzt nicht gut findet, weil ich zu unregelmäßig schlafe”.

Mit einer elektronischen Kamera lichtet Apitzsch regelmäßig verdächtige Himmelsregionen ab und vergleicht sie mit detaillierten Sternkarten. Dabei stößt er immer wieder auf winzige Lichtpünktchen, die weder ein Stern noch ein bekannter Kleinplanet sind. Er bestimmt ihre Position am Himmel und schickt die Messdaten an eine zentrale Meldestelle in den USA. Von dort erfährt er, ob es sich bei seinem Fund um einen neuen oder um einen bereits beobachteten Planetoiden handelt. 148 Entdeckungen gehen inzwischen auf sein Konto. 20 „seiner” Kleinplaneten, deren Bahnen sich nach Folgebeobachtungen genau genug bestimmen ließen, durfte Apitzsch taufen. So kommt es, dass der Name seiner Frau Reingard und seiner Heimatstadt Wildberg im Nordschwarzwald inzwischen am Himmel verewigt sind. „Die Kleinplanetenjagd ist ein sportlicher Wettbewerb”, findet der Amateurastronom. „Man fühlt sich dabei gleichwertig mit den Profis, obwohl diese heute mit automatisch gesteuerten Teleskopen den Himmel systematisch absuchen und dadurch viele Vorteile haben.” Lutz Schmadel vom Astronomischen Recheninstitut in Heidelberg, einer der renommiertesten Kleinplanetenforscher im deutschsprachigen Raum, bestätigt, dass Amateurastronomen bei Planetoiden immer wieder beachtliche Erfolge erzielen: „Das ist fast schon professionelle Arbeit, die da manche leisten.”

ABSTURZ AUF DIE ERDE

Ein besonders gelungenes Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen Profis und Amateuren ist in Apitzschs Augen ein Ereignis aus dem Oktober 2008, zu dem auch er seinen Teil beigetragen hat. Am 6. Oktober hatte eines der automatischen Überwachungsteleskope der US-Profis einen neuen Planetoiden entdeckt. Schnell war klar, dass der kleine Brocken auf die Erde stürzen würde. Allerdings war für eine genaue Berechnung des Einschlagsorts eine exakte Bahnvermessung erforderlich. Weitere Amateure und Profisternwarten rund um den Globus nahmen die Verfolgung des Objekts auf, unter anderem Apitzsch. Bereits in der Nacht zum 7. Oktober 2008 schlug der Meteorit im Sudan ein. Die letzte Positionsbestimmung kam von einem italienischen Amateurastronomen gut zwei Stunden vor dem Impakt. „Dank der fast lückenlosen Beobachtung ließ sich der Einschlagsort auf wenige Hundert Kilometer eingrenzen, sodass ein Suchteam Reste des Meteoriten in der Wüste finden konnte, die man nun erforscht”, sagt Apitzsch.

Auch Klaus Bernhard sucht Unbekanntes am Himmel: Seit Ende der 1990er-Jahre hat er mit einem einfachen Fernrohr und einer elektronischen Kamera 160 Sterne entdeckt, von denen zuvor unbekannt war, dass sie ihre Helligkeit verändern. Sein Teleskop stand auf dem Balkon seiner Wohnung im zweiten Stock eines Mehrfamilienhauses am Südrand von Linz. Wie Apitzsch trieb auch den promovierten Chemiker Bernhard die Hoffnung an, „etwas Neues am Himmel zu finden”.

Von mehr als 56 000 Sternen ist bereits bekannt, dass sie ihre Helligkeit periodisch oder unregelmäßig verändern. Und vermutlich gibt es noch sehr viel mehr davon. Berufsastronomen haben keine Zeit, um nach neuen veränderlichen Sternen zu suchen, denn es ist ein Geduldspiel mit ungewissem Ausgang, das keine wissenschaftliche Reputation verspricht. Bernhard dagegen kann in seiner Freizeit geduldig sein. Jahrelang fotografierte er ausgewählte Himmelsabschnitte in regelmäßigen Abständen und überprüfte, ob einer der unzähligen Lichtpunkte auf den Bildern seine Helligkeit veränderte. „Ich überlegte mir damals, dass ein Veränderlicher am ehesten neben einem hellen Stern übersehen wird, weil die Detektoren der Profis von dem hellen Stern geblendet werden”, erklärt Bernhard. Und tatsächlich: Schon nach kurzer Suche stieß er in der Nähe des mit bloßem Auge sichtbaren Sterns Atair im Sternbild Adler auf seinen ersten unbekannten Veränderlichen.

SUCHE NACH VERDÄCHTIGEN

Inzwischen hat Bernhard Teleskop und Kamera gegen Computer und Internet eingetauscht: Er durchstöbert öffentlich zugängliche Archive, die Himmelsaufnahmen von automatisch gesteuerten Profiteleskopen enthalten, und sucht die Bilder nach verdächtigen Objekten ab: „Etwa 350 neue Veränderliche habe ich dadurch gefunden und bereits in einem wissenschaftlichen Bulletin veröffentlicht.” Eine einzelne Entdeckung bringt die Forschung nicht grundlegend weiter, aber durch die große Menge an Beobachtungen, die Amateure wie Bernhard liefern, lässt sich die Entwicklung der Sterne insgesamt besser verstehen. Besonders interessante Objekte unter den neuen Veränderlichen untersuchen die Berufsastronomen dann gezielt mit erdgebundenen Teleskopen oder Satellitenobservatorien.

Der Wissenschaftsjournalist Timothy Ferris, selbst ein begeisterter Amateurastronom, ist davon überzeugt, dass sich die Astronomie rasch zu einer Wissenschaft entwickeln wird, die von einer riesigen Gruppe aus professionellen Amateuren und einer kleineren Zahl von Berufsastronomen und -astrophysikern betrieben wird. Auch „Galaxy Zoo”-Mitbegründer Chris Lintott glaubt, dass das Potenzial der Freiwilligen noch lange nicht ausgeschöpft ist. Zumal mit dem Internet ein Kommunikationsweg offen steht, der sehr viel mehr Interessenten erreicht als die recht überschaubare Zahl an Amateurastronomen.

Weitere Projekte gibt es bereits im Zooniverse, der Nachfolge-Webseite des Galaxy Zoo: etwa die Überwachung der Sonnenaktivität anhand von Bildern, die ein Satellit der NASA von unserem Zentralgestirn aufnimmt, oder die Klassifikation von kollidierenden Galaxien. „Solche Projekte müssen spannend sein, dürfen aber die Teilnehmer nicht überfordern”, sagt Lintott. „ Menschen haben erstaunlich viel Zeit, wenn sie etwas interessiert.” Ihm schwebt eine Art „Computerzentrum für Bürgerwissenschaften” vor: Forscher könnten dort Projekte ähnlich wie Galaxy Zoo veröffentlichen und Freiwillige zur Mitarbeit animieren. Und dabei könnte es durchaus auch um ganz irdische Dinge gehen. ■

MICHAEL VOGEL, freier Technikjournalist in Bietigheim bei Stuttgart, ist selbst leidenschaftlicher Amateurastronom.

von Michael Vogel