AstroGeo - Geschichten aus Astronomie und Geologie

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

In dieser Folge widmen sich Franzi und Karl dem Feedback zu den letzten drei Geschichten im AstroGeo-Podcast. Zuerst springen wir zurück zum Alpen-Dreiteiler. Ein Hörer hat bereits seinen Urlaub umgebucht und ist jetzt begeistert von der Bergwelt ums schweizerische Saas-Fee.

Außerdem werden die verwirrenden Gründe für die Farben der Mineralien korrigiert: Beim milchigen Glanz des Rauchquarzes ist zwar wirklich Radioaktivität im Spiel, doch die geht vom Nebengestein aus. Außerdem sind ins Kristallgitter eingebaute Aluminium-Atome und relativ niedrige Temperaturen für den milchigen Glanz nötig. Um Radioaktivität geht es auch bei einer Sammlung schön gefärbter Gesteine einer Hörerin – die in diesem Fall nicht ganz ungefährlich sind.

Die Evolution der Honigbiene war für die Kommentierenden ein angenehmer Ausflug in die Welt der Biologie, wenn auch auf geologischem Fundament. In den Kommentaren geht es um die Definition von Symbiose, die merkwürdige Welt der Geierbienen und ihren aashaltigen Fleischhonig. Ausführlich sprechen wir über die Fortpflanzung der Bienen und vieler anderer Hautflügler, bei der Weibchen einen doppelten Chromosomensatz besitzen, Männchen aber nur einen einfachen – vermutlich ein wichtiger Faktor für die häufig eusoziale Lebensweise von Bienen oder Ameisen. Zuletzt relativiert Karl seine Aussage zur fragwürdigen Rolle der Biene als Wappentier des Naturschutzes: Denn es gibt auch wilde Honigbienen in Europa – und gerade denen geht es ziemlich schlecht.

Das einzige im All entdeckte chemische Element faszinierte viele Hörende, und das nicht nur wegen des Ballonfahr-Abenteuers. In den Kommentaren geht es um die Begrifflichkeit des im Spektrum aufgespaltenen Lichts, das eher kontinuierlich aufgespreizt wird. Wir sprechen auch über den hypothetischen Blick von Außerirdischen auf die Sonne und über Hyperspektralkameras, die Bilder machen und in jedem Bildpunkt ein einzelnes Spektrum aufnehmen.

Episodenbild: Biene: public domain, Sara Guerrieri, USGS; Spektrum: NOAO/AURA/NSF

Nachdem Astronominnen und Astronomen angefangen hatten, sich mithilfe von Teleskopen ein genaueres Bild von Sonne, Mond und Sternen zu machen, stand ihnen im 19. Jahrhundert eine weitere Revolution bevor: die Spektroskopie. Dabei wird das Licht eines Himmelskörpers nicht direkt ins Auge gelenkt, sondern durch ein Spektroskop. Das weiße Sonnenlicht wird so beispielsweise in alle Farben des Regenbogens aufgeteilt, von rot über orange und gelb bis hin zu grün und blau-violett.

Doch in diesem Regenbogenspektrum tauchten hunderte von dunklen Linien auf, manche von ihnen pechschwarz, andere eher dünn und blässlich. Wie sich herausstellen sollte, waren diese Absorptionslinien die eigentliche astronomische Revolution. Denn sie verrieten erstmals, welche chemischen Elemente ein Himmelskörper enthält. Mithilfe der Spektroskopie – oder, wie sie später genannt wurde, der Astrophysik – konnten Forschende nicht nur die Bewegung der Himmelskörper beobachten, sondern zum ersten Mal herausfinden, woraus sie bestehen. Es war etwas, von dem Philosophen wie der Franzose Auguste Comte nur wenige Jahre zuvor völlig überzeugt war, dass genau dies ein Ding der Unmöglichkeit sei und für immer bleiben werde.

Das Spektrum der Sonne verrät, dass es in der Sonnenatmosphäre Natrium, Kalzium oder Eisen gibt. Denn die Absorptionslinien im Sonnenspektrum entsprechen den Spektrallinien dieser Elemente, die Chemiker in ihren Laboren auf der Erde messen konnten. Die Linien sind wie eine Art Fingerabdruck eines chemischen Elements. Doch als ein englischer Astronom namens Norman Lockyer im Jahr 1870 sein Spektroskop auf die Sonne richtete, entdeckte er etwas ganz und gar Ungewöhnliches: eine Spektrallinie im orange-gelben Bereich, die sich keinem bekannten Element auf der Erde zuordnen ließ.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte des himmlischen Heliums: Bis heute ist das Edelgas das einzige Element, das zuerst im Weltraum entdeckt wurde, in der Atmosphäre der Sonne, bevor Jahrzehnte später der Nachweis in einem irdischen Labor gelang. Es ist eine Geschichte, in der totale Sonnenfinsternisse eine große Rolle spielen, Prismen, unerschrockene Astronomen – sowie Heißluftballons und eine waghalsige Flucht aus dem belagerten Paris während des Deutsch-Französischen Kriegs.

Episodenbild: NOAO/AURA/NSF