Leuchtkästen in den Spiralgängen des HdA-Gebäudes

Quer durch das Haus der Astronomie zieht sich eine Kette leuchtender Bilder. Hier zeigen wir die Bilder und beschreiben, was darauf zu sehen ist.

Erde und Mond aus Sicht der Apollo 8-Astronauten

Das Bild „Earthrise“ (dt. Erdaufgang) wurde Weihnachten 1968 während der Mondmission „Apollo 8“ von dem Astronauten William Anders fotografiert, als zum ersten Mal Menschen den Mond umrundeten. Es zeigt die Erde als kleine, verletzlich wirkend blaue Murmel umgeben von einem schwarzen, lebensfeindlichen Nichts. Bis heute gilt es als eines der „100 einflussreichsten Bilder aller Zeiten“ („Time“-Magazin).

Geplant war dieses Foto nicht: Wie aus NASA-Aufzeichnungen hervorgeht, sollten die Astronauten eigentlich die Oberfläche des Mondes fotografieren, um eine geeignete Landestelle für eine spätere Mondlandung zu finden. Doch plötzlich sahen die Astronauten die Erde, die hinter dem Mond aufging. „Oh mein Gott! Schaut euch die Aussicht hier drüben an!“, rief Anders seinen Kollegen zu. „Die Erde geht auf. Wow, ist das schön!“. Schnell wurde ein Farbfilm eingelegt und dieses berühmte Foto fotografiert.
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Der Orionnebel

Der Orionnebel ist ein leuchtender Gasnebel, der sich südlich des auffälligen Gürtels aus drei Sternen des Sternbilds Orion befindet. Mit einer Entfernung von etwa 1350 Lichtjahren ist M42 das erdnächste Sternentstehungsgebiet, in dem sich auch massereiche Sterne bilden. Solche Sterne senden energiereiche Strahlung wie ultraviolettes Licht aus, das Gas ähnlich wie in einer Neonröhre zum Leuchten anregt.

Die Farben erhält der Nebel durch die unterschiedlichen Stoffe, aus die der Nebel besteht (z. B. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff). Die eingebetteten dunklen Bereiche sind Verdichtungen aus kaltem Gas und Staub, aus denen neue Sterne entstehen. Die Aufnahme stammt vom Hubble Space Teleskop.
Originalbild (ESA)
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NGC 5257 und NGC 5258

Arp 240 ist der Name dieser Kollision zwischen den Galaxien NGC 5257 (links) und NGC 5258 (rechts). Das Bild, aufgenommen vom Hubble Weltraumteleskop, zeigt via einer gerade eben sichtbare Brücke aus Gas und Sternen zwischen den Galaxien deren Interaktionen. Die Kräfte dieser Begegnung führen auch zur Verzerrung der Spiralstrukturen. Durch solche Verschmelzungen von zwei Spiralgalaxien entsteht in der Regel eine Elliptische Galaxie. Die Zeitskalen dafür sind astronomisch: Es wird momentan davon ausgegangen, dass die erste Begegnung dieses bestimmten Galaxientanzes vor etwa 250 Millionen Jahren stattfand.

Im Hintergrund sind auch einige weiter entfernte Galaxien zu sehen. Vordergrund Sterne, wie zum Beispiel direkt unter der rechten Galaxie (NGC 5258), sind aus unserer Milchstraße. Ihr Licht wird durch die Struktur des Teleskops (der Halterung des Sekundärspiegels) in die Form eines Pluszeichens gebogen.


Millenium Simulation

Kurz nach dem Urknall, vor 13,8 Milliarden Jahren, war das Universum im wesentlichen strukturlos und homogen. Lediglich kleine Dichtefluktuationen waren vorhanden: In einigen Regionen waren die Dichten um einige Hunderttausendstel höher, in einigen um einige Hunderttausendstel geringer als im Durchschnitt. Aus diesen Fluktuationen entstanden im Laufe der Millionen und Milliarden Jahre großräumige Strukturen: Regionen mit etwas höherer Dichte übten eine geringfügig höhere Gravitationskraft aus, zogen entsprechend mehr Materie an und erhöhten ihre Dichte damit noch weiter. Diese Entwicklung simulieren Forscher*innen mit Hilfe aufwändiger Computermodelle, in diesem Beispiel der Simulation TNG100. Der Großteil der Materie im Universum liegt in Form sogenannter Dunkle Materie vor, die nur aufgrund der Gravitation untereinander und mit anderer Materie wechselwirkt. Diese Dunkle Materie sammelte sich in größeren oder kleineren Halos mit Durchmessern zwischen einigen tausend und einigen Millionen Lichtjahren. In obigem Bild ist sie gelb-weiß dargestellt, je weißlicher, desto höher die Dunkle-Materie-Dichte.

In jenen Halos wiederum sammelte sich herkömmliche Materie: Atome wie wir sie auch aus unserem eigenen Alltag kennen. Daraus entstanden, eingebettet in Dunkle-Materie-Halos, die Galaxien mit ihren Sternen, umgeben von Gas. Sowohl dort, wo plötzlich große Mengen an Sternen entstanden, als auch durch die Aktivität der supermassereichen Schwarzen Löcher jener Galaxien, wurde immer einmal wieder Gas erhitzt und aus den Galaxien herausgeschleudert. Wo jenes herausgeschleuderte Gas auf die Gaswolken zwischen den Galaxien traf, bildeten sich Schockwellen aus, die in dieser Visualisierung in blau dargestellt sind. Das Bild zeigt damit zum einen die unter der eigenen Gravitation kollabierten Strukturen (Dunkle Materie, gelb-weiß), zum anderen die Gas-Schockwellen rund um jene Strukturen (Gas, bläulich), die Teile der Entwicklungsgeschichte der im Halo befindlichen Galaxien dokumentieren.


Kosmische Hintergrundstrahlung

In der Urknallphase, vor 13,8 Milliarden Jahren, war unser Universum ausgefüllt mit einem dichten, heißen Plasma aus Elementarteilchen, durchsetzt mit elektromagnetischer Wärmestrahlung. Erst rund 380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich dieses Plasma soweit abgekühlt, dass in großen Mengen stabile Atome entstehen konnten. Die Wärmestrahlung konnte sich anschließend weitgehend frei im All ausbreiten. Sie ist auch heute noch beobachtbar: Dort, wo wir soweit in den Weltraum blicken können, dass wir Regionen sehen, die so weit entfernt sind, dass ihr Licht 13,8 Milliarden Jahre benötigte, um uns zu erreichen, sehen wir diese kosmische Hintergrundstrahlung. Sie ist inzwischen durch die kosmische Expansion zu deutlich längeren Wellenlängen verschoben worden und erreicht uns heute vor allem als Mikrowellenstrahlung. Das Bild zeigt die winzigen Temperaturunterschiede der Hintergrundstrahlung, gemessen mit dem ESA-Satelliten Planck. Rote Regionen sind einige hunderttausendstel Grad wärmer, blaue einige hunderttausendstel Grad kühler als die Durchschnittstemperatur der Hintergrundstrahlung, die ihrerseits 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Diese Temperaturfluktuationen spiegeln die damaligen winzigen Dichtefluktuationen wieder. Aus jenen Dichtefluktuationen haben sich über die letzten 13,8 Milliarden Jahre hinweg die großräumigen Strukturen ergeben, die wir um uns herum sehen – die Filamente des kosmischen Netzwerks, entlang derer zahlreiche Galaxien aufgereiht sind. In gewisser Weise blicken wir hier also auf ein „Babyfoto“ unseres Universums. Gezeigt ist die Intensität der kosmischen Hintergrundstrahlung in einem quadratischen Ausschnitt mit 20 Grad Seitenlänge.


Sternstrichspuren

Dieses Strichspurbild zeigt die scheinbare Bewegung der Sterne am Nachthimmel, die sich aus der Drehung der Erde um ihre Erdachse ergibt. Die Bäume im Vordergrund dienen der Orientierung, während wir uns mit der Erde drehen. Der helle weiße Halbkreis in der Mitte des Bildes ist die Lichtspur des Polarsterns (Polaris), der sich ganz in der Nähe des Himmelsnordpols befindet. Stellen wir uns vor, die Erde befindet sich im Zentrum einer hohlen Kristallkugel und die Sterne sind in diese Kugel eingebettet. Ein Beobachter auf der Erde sieht dann, wie die Sterne, die weiter vom Himmelspol entfernt sind, in einem Bogen auf- und untergehen und nur der Horizont verhindert, dass ein Beobachter den vollen Bogen der Sterne sieht. Die Position des Himmelsnordpols (und seines Gegenstücks, des Himmelssüdpols) ergibt sich im Wesentlichen durch die Verlängerung der Erdachse. Um ein solches Bild aufzunehmen, muss der Fotograf eine Langzeitbelichtung machen, wobei die Kamera auf einem Stativ steht und auf den Polarstern (Nordhalbkugel) gerichtet ist. In der südlichen Hemisphäre gibt es keinen Stern, der dem Himmelspol so nahe ist wie der Polarstern. Dort wird die Position des südlichen Himmelspols mithilfe des Südkreuzes und der Zeigersterne (Alpha und Beta Centauri) ermittelt. Obwohl das Bild insgesamt einen leichten Blaustich hat, lassen sich die unterschiedlichen Farben der Sterne gut erkennen. Es ist leicht, zwischen den blauen Sternen mit höherer Temperatur und den weißlichen Sternen mit niedrigerer Temperatur und sogar den rötlichen Sternen mit noch niedrigerer Temperatur zu unterscheiden. Der Grund für diese Farbunterschiede ist, dass Sterne mit höherer Temperatur eher Licht mit kürzeren Wellenlängen (blauer) ausstrahlen im Vergleich zu Sternen mit niedrigerer Temperatur, die eher Licht in längeren Wellenlängen (röter) emittieren.

Erster Platz im IAU OAE Astrofotografie-Wettbewerb, Kategorie Sternspuren: Halbtagsbelichtung in Richtung des Polarsterns, von Fabrizio Melandri, Italien.


Der große Wagen

Dieses Bild zeigt eines der auffälligsten und bekanntesten Sterngruppen (Asterismen) der nördlichen Hemisphäre – den Großen Wagen. Diese Sterngruppe ist Teil des Sternbildes Großer Bär (Ursa Major).
Der Große Wagen besteht aus sieben bzw. acht Sternen, die sich von der Mitte des Bildes nach rechts erstrecken. Die vier Sterne, die den "Kasten" des Wagens bilden, formen ein Trapez direkt über dem höchsten Baum auf der rechten Seite des Bildes. Diese Sterne heißen Dubhe (oben rechts), Merak (unten rechts), Megrez (oben links) und Phekda (unten rechts). Die drei bzw. vier Sterne, die die Deichsel bilden, befinden sich links des Trapezes (von rechts nach links: Alioth, Mizar und Alkaid). Wenn man genau auf Mizar schaut, kann man einen kleineren Stern links oben erkennen, der Mizar fast „berührt“. Das ist der Stern Alkor. Er und Mizar bilden zusammen ein mit bloßem Auge sichtbares Doppelsternsystem. Sehr sorgfältige Messungen haben allerdings den Beweis erbracht, dass es sich bei Mizar in Wahrheit um ein Vierfachsystem und bei Alkor um ein Doppelsternsystem handelt. Obwohl die Namen der Sterne aus den arabischen Namen für diese Sterne abgeleitet sind, besitzen sie in anderen Kulturkreisen durchaus andere Namen.

Weltweit sehen unterschiedliche Kulturen in dieser Sternengruppe ganz unterschiedliche Dinge. Darüber hinaus verbinden einige indigene Völker Geschichten mit den einzelnen Sternen. Doch Sternbilder erzählen nicht nur Geschichten und Mythen verschiedener Kulturen, sondern sind auch wichtige „Navigationswerkzeuge“. Die Sterne Dubhe und Merak können zum Beispiel verwendet werden, um den Polarstern (Polaris) zu finden (auf diesem Bild nicht zu sehen). Aufgrund seiner Zugehörigkeit zur nördlichen Hemisphäre und da es sich um ein zirkumpolares Sternbild handelt (das nie untergeht), wurden der Große Wagen und der Polarstern auf der Flagge von Alaska abgebildet.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sterne eines Sternbildes generell zwar scheinbar „nebeneinander“ stehen, in Wirklichkeit aber unterschiedlich weit von der Erde und voneinander entfernt sind.

Erster Platz beim IAU OAE Astrofotografie-Wettbewerb 2021, Kategorie Große Sternfelder: Der Große Wagen im Yellowstone, von Alex Conu, Norwegen.


Polarlicht über Island

Polarlichter sind das Ergebnis von Ionisierungs- und Anregungsprozessen in der oberen Erdatmosphäre, die durch geladene Teilchen aus dem Sonnenwind oder von koronalen Massenauswürfen verursacht werden. Die verschiedenen Farben eines Polarlichts zeigen an, welche Atome und Moleküle in der Erdatmosphäre das Leuchten verursachen. Am häufigsten ist ein leuchtendes Grün, das zusammen mit einem tiefen Rot von atomarem Sauerstoff herrührt. Blaue, violette und rosa Farbtöne sind selten und stammen von molekularem Stickstoff. Die Bewegungen des Polarlichts, die während der Belichtungszeit dieses Fotos als Unschärfen eingefangen wurden, veranschaulichen sehr schön seine dynamische Natur. Während bestimmte Formen von Polarlichtern, wie homogene Bögen und Bänder oder diffuses Leuchten, stundenlang statisch bleiben können, können andere, wie strahlenförmige Bögen oder Bänder (auch "Vorhänge" genannt), innerhalb von Sekunden ihre Form und Helligkeit verändern. Die Spiegelung des Polarlichts im Wasser illustriert, wie hell Polarlichter auf höheren Breitengraden oftmals werden können.


Sternschnuppenstrom (Geminiden), aufgenommen 2017 von China aus.

Sternschnuppenstöme entstehen, wenn die Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne die Bahn eines Kometen quert, der bei seiner Annäherung an die Sonne staubkorngroße Teilchen hinterlassen hat. Wenn diese Teilchen auf die Erde treffen, treten sie mit hoher Geschwindigkeit auf parallelen Bahnen in die Atmosphäre ein und verglühen dabei vollständig, wobei sie helle Spuren am Himmel hinterlassen. Solche Sternschnuppen können innerhalb eines Wimpernschlags auftauchen und wieder verschwinden, aber manchmal auch sekundenlang sichtbar bleiben. Aufgrund der relativen Bewegungen und der Perspektive scheint der Schauer von einem einzigen Punkt auszugehen, dem so genannten Radianten. Denselben Effekt kann man auf einer Autofahrt an einem regnerischen Tag ohne Wind oder wenn es schneit beobachten. Wenn man in Fahrtrichtung schaut, scheint die Regentropfen oder Schneeflocken direkt auf einen zuzukommen, während er in Wirklichkeit senkrecht nach unten fällt. In diesem Bild sind unzählige  einzelne Sternschnuppen des Geminiden-Stroms am Himmel über China im Jahr 2017 überlagert, wodurch der Radiant zum Vorschein kommt. Die Geminiden sind jedes Jahr Mitte Dezember zu sehen und haben ihren Radianten im Sternbild Zwillinge.


Die Milchstraße

Die Milchstraße erhebt sich über der La Silla Sternwarte der ESO in Chile. Im Süden der Atacama Wüste gelegen, bietet dieser Ort fernab von störenden Lichtquellen einen extrem dunklen Himmel und ideale Beobachtungsbedingungen für Astronomen. Da es verboten ist, mit Scheinwerfern Auto zu fahren, markieren kleine gelbe Lichter den Rand der Straße.

In der rechten oberen Bildecke ist das Kreuz des Südens zu sehen, und etwas unterhalb inmitten der Milchstraße ist das Sternsystem Alpha Centauri sichtbar: Dieses Sternsystem beinhaltet Proxima Centauri, den nächsten Stern zu unserem Sonnensystem. Oberhalt der Kuppel des Dänischen 1.54m Teleskops im Vordergrund sind die Planeten Mars und Saturn zu sehen, und direkt links neben der Kuppel der grünliche Schein des Kometen 252P/Linear.

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