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Allgemein

Sternstunden – wie lange noch?

Wann geht den Astronomen der Stoff ihrer Forschung aus? Wir leben im Zeitalter der großen Entdeckungen. Aber bald sind die meisten grundlegenden Phänomene im All bekannt.

Das Muster auf dem Papierstreifen besaß eine erstaunliche Regelmäßigkeit: alle 1,3373 Sekunden ein Radiosignal. Als die 24jährige Irin Jocelyn Bell ihrem Doktorvater Anthony Hewish von der Cambridge University die Entdeckung zeigt, denken die beiden einige Momente lang an Signale von außerirdischen Intelligenzen. Bald wird ihnen aber klar, daß sie auf ein nicht weniger exotisches Phänomen gestoßen waren: Pulsare – rotierende Sternruinen von nur wenigen Kilometern Durchmesser, die wie ein Leuchtturm ihre Strahlung ins All schleudern. Diese Entdeckung geschah im November 1967. Damit war der kosmische Zoo um eine neue Klasse von Objekten reicher. Und Hewish, nicht aber Bell, erhielt später dafür den Physik-Nobelpreis. Doch wie viele neuartige Phänomene harren dort draußen noch ihrer Entdeckung?

Ein Blick in die Geschichte erhellt nicht nur die Vergangenheit, sondern auch die Zukunft. Weil die Astronomen hauptsächlich von Beobachtungen abhängig sind, aber kaum Experimente durchführen können, lassen sich die wahrscheinlichen Auswirkungen künftiger technischer Fortschritte relativ leicht abschätzen. Martin Harwit, Astronomieprofessor an der Cornell University in Ithaca, New York, und an der Smithsonian Institution in Washington, wagte sogar die Prognose, daß nur noch wenige grundlegende Entdeckungen in der Astronomie ausstünden. Denn unsere Informationsquellen sind begrenzt – und die Anzahl der Phänomene im All vermutlich ebenso.

Wir kennen nur fünf Arten von kosmischen Botschaftern, die uns Kunde von der Natur des Universums bringen: Die elektromagnetische Strahlung (langwellige Radiostrahlung bis Gammastrahlung höchster Energien), zu der auch das sichtbare Licht gehört. Sie ist unsere wichtigste Informationsquelle. Festkörper: Meteoriten und interplanetarischer Staub. Teilchen der kosmischen Strahlung: Elektronen, Protonen, Atomkerne, Ionen, Mesonen, Antiteilchen. Neutrinos und Antineutrinos: Elementarteilchen, die bislang nur von der Sonne und der Supernova 1987A nachgewiesen worden sind. Gravitationswellen: Sie wurden bisher nicht direkt gemessen, aber von Doppel-Neutronensternen indirekt erschlossen.

Die Astronomiegeschichte lehrt vor allem folgendes, meint Martin Harwit: Alle wichtigen Entdeckungen gehen auf beträchtliche technische Neuerungen zurück. Auf den Einsatz einer vollkommen neuen Technik folgen die grundlegenden Entdeckungen kurz hintereinander. Die Entdeckungskapazität eines neuartigen Instruments erschöpft sich rasch.

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Häufig wurden neue kosmische Phänomene von Forschern entdeckt, die eigentlich gar keine Astronomen waren, insbesondere von Physikern und Ingenieuren. Viele Entdeckungen gelangen mit Geräten, die ursprünglich zumindest teilweise für militärische Zwecke entwickelt wurden. Oft wurden die Instrumente, die zur Entdeckung neuer Phänomene führten, vom Beobachter selbst konstruiert und benutzt. Die Entdeckung beruht häufig auf Zufall – und der Entschlossenheit, einem unerwarteten Resultat nachzugehen, um es zu verstehen.

„Etwa die Hälfte der bekannten kosmischen Phänomene waren Zufallsentdeckungen. Das ist ein Maß dafür, wie wenig wir über unser Universum wußten“, resümiert Harwit. „Die Geschichte beweist, daß neue Beobachtungstechniken immer wieder neue Fenster zum All aufgestoßen haben, was zur Entdekkung neuer Phänomene im Kosmos geführt hat“, pflichtet ihm Christian Spiering vom Teilinstitut des Deutschen Elektronensynchrotrons DESY im brandenburgischen Zeuthen bei. Er arbeitet selbst an einem neuen Fenster zum Kosmos: an einem Neutrinoteleskop aus zahlreichen Detektoren, die kilometertief ins antarktische Eis am Südpol versenkt wurden. „Die ersten Messungen sind kürzlich angelaufen, die Technik funktioniert.“

Neue Fenster zum Universum öffnen sich den Forschern auf drei Weisen. Erstens, wenn sie die Empfindlichkeit ihrer Meßgeräte beträchtlich steigern können – durch Vergrößerung der Ausbeute oder durch bessere räumliche oder zeitliche Auflösung, was zum Beispiel die Entdekkung lichtschwacher oder eng beieinanderstehender Objekte ermöglicht. Zweitens, wenn sie in neue Bereiche eines Informationskanals vorstoßen, zum Beispiel zu neuen Frequenzen. Und drittens, wenn sie ganz neue Informationskanäle erschließen, etwa Gravita- tionswellen.

Zwar hat sich unser astronomisches Wissen in den letzten Jahrzehnten explosionsartig vermehrt. Doch das wird nicht ewig so weitergehen, glaubt Martin Harwit und verweist auf die Geographie, bei der sich im 15. und 16. Jahrhundert die Entdeckungen überstürzten. „Heute jedoch werden nicht kartierte Erscheinungen auf der Erdoberfläche in Metern statt in Kilometern gemessen. Wir können davon ausgehen, daß die Zahl der unentdeckten kosmischen Phänomene in ähnlicher Weise zusammenschrumpfen wird.“

„Das ist wie bei Süßigkeiten, denen Porträts von Fußballspielern oder andere Sammelbilder beiliegen“, meint Spiering. „Eine Zeitlang erhält man immer neue Motive, aber irgendwann beginnen sich die Bilder zu wiederholen.“

Harwit hat über 40 verschiedene Phänomene im Universum klassifiziert – von den Planeten bis zur kosmischen Hintergrundstrahlung – und den Zeitverlauf ihrer Entdeckung analysiert. Dabei ergab sich eine Kurve, die seit dem 16. Jahrhundert allmählich und in den letzten Jahrzehnten sehr rasch anstieg. Zudem erfolgten inzwischen zahlreiche „Wiederentdeckungen“ bekannter Phänomene in anderen Fenstern. Zum Beispiel sieht man Galaxien nun auch im Radio- und Röntgenbereich und unsere Sonne nicht nur im elektromagnetischen Spektrum, sondern auch als Neutrinoquelle.

Nur etwa 130 multimodale Phänomene gibt es im Kosmos, vermutet Harwit, also Erscheinungen, die in mehreren Fenstern zu beobachten sind. Die Zahl der unimodalen Phänomene, beispielsweise Meteoriten, ist schwieriger zu schätzen, dürfte aber höchstens ein paar hundert betragen. Ausgehend von den gut 40 bekannten Phänomenen stehen uns also noch einige Überraschungen bevor. Extrapoliert man aber die bisherige Entdeckungsrate und vergleicht sie mit der Rate der Wiederentdeckungen, wird deutlich, daß wir nicht nur im Zeitalter der großen astronomischen Erkenntnisse leben, sondern daß diese Epoche auch bald vorüber sein dürfte.

„Falls die Kurve die künftigen Entwicklungen richtig beschreibt, müßten wir bis zum Jahr 2200 etwa 90 Prozent aller multimodalen Phänomene gefunden haben“, meint Harwit. „Danach könnte es mehrere Jahrtausende dauern, bis die wenigen noch verbleibenden Prozente gefunden sind. So wie die astronomische Entdeckungsgeschichte vor einigen tausend Jahren mit dem Erkennen von Planeten begann, die sich regelmäßig über den Sternenhimmel bewegen, so kann die Suche auch noch Tausende von Jahren lang weitergehen. Das gilt vor allem dann, wenn viele kosmische Phänomene unimodal sind.“

Ein Ende der Astronomie ist also nicht in Sicht, solange Menschen zur Investition von Zeit und Geld bereit sind. Andererseits werden uns bestimmte astronomische Phänomene vielleicht für immer verborgen bleiben, weil ihre Auswirkungen nicht zur Erde vordringen: Viele Elementarteilchen zerfallen zu rasch, höchstenergetische Strahlung und Partikel werden gebremst von der kosmischen Hintergrundstrahlung, die den ganzen Weltraum erfüllt, und extrem langwellige Strahlen werden vom interstellaren Gas absorbiert.

„Kein Wunder der Technik, kein Erfindungsreichtum des Menschen könnte uns helfen, physikalische Objekte, deren Strahlung niemals die Erde erreicht, zu entdecken“, sagt Harwit. „Die Technik kann dem Astronomen lediglich helfen, bis an die natürlichen Grenzen zu gelangen, die das Universum selbst setzt.“

Rüdiger Vaas

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