Als jemand, der Tausende von Stunden mit der Beobachtung des Nachthimmels verbracht hat, bin ich der Meinung, dass er mir ziemlich bekannt ist und ich in der Lage bin, mich mit Leichtigkeit zurechtzufinden. Im Großen und Ganzen trifft das sicherlich zu: Ich hüpfe von einem Sternbild zum anderen oder suche nach hellen Sternen.

Aber wenn ich am Okular meines Teleskops sitze und versuche, eine schwache, weit entfernte Galaxie zu finden, verlaufe ich mich ziemlich schnell. Meine Situation ist so, als würde ich mich sehr gut in meiner Nachbarschaft auskennen, aber versuchen, irgendwo darin einen bestimmten Grashalm zu finden. Der Himmel ist groß und die Objekte darin erscheinen klein. Wie können Astronomen sie finden?

Die Antwort ist ähnlich wie bei der Navigation auf der Erde: Wir verwenden eine Reihe von Koordinaten, die den Breiten- und Längengraden sehr ähnlich sind, nur eben am Himmel.

Das ist auch sinnvoll. Die Erde ist eine grobe Kugel und dreht sich um ihre eigene Achse. Das definiert natürlich zwei Punkte auf dem Planeten, an denen die Drehachse die Oberfläche schneidet: den Nordpol und den Südpol. Wir können auch die gürtelartige Linie auf halbem Weg zwischen diesen beiden Punkten definieren, die wir Äquator nennen.

Diese Bewegung spiegelt sich im Himmel wider: Wenn wir von der sich drehenden Erde nach außen blicken, sehen wir, wie sich der Himmel einmal pro Tag um uns dreht. Das wiederum definiert zwei Punkte: den himmlischen Nord- und Südpol, die Äquivalente zu unseren erdgebundenen Punkten. Eine andere Möglichkeit, sich diese Punkte am Himmel vorzustellen, ist, dass, wenn Sie genau auf dem Nordpol der Erde stünden, der nördliche Himmelspol direkt über Ihnen im Zenit läge. Zufälligerweise befindet sich der mittelhelle Stern Alpha Ursae Minoris derzeit in der Nähe dieses Punktes, weshalb er zu Ehren dieser Position den Spitznamen Polaris erhalten hat.

Auf halbem Weg zwischen den beiden Polen liegt der Himmelsäquator, der die Grenze zwischen dem nördlichen und dem südlichen Himmel markiert. In Anlehnung an das irdische Koordinatensystem definieren wir den nördlichen Himmelspol als 90 Grad, den südlichen Himmelspol als -90 Grad und den Himmelsäquator auf halbem Weg dazwischen als Null Grad, so wie wir auch ihre Entsprechungen auf der Erdoberfläche definieren.

Der Längengrad ist schwieriger. Unser sich drehender Planet macht es uns einfach, Norden und Süden zu definieren, aber es gibt keine offensichtliche Markierung, um zu bestimmen, wo wir mit der Messung von Osten und Westen beginnen. Was auch immer wir wählen, es muss willkürlich sein! Die Linie des Null-Grad-Längengrads, der so genannte Nullmeridian, wurde 1884 auf einer Konferenz gewählt, die sich mit der Frage beschäftigte, wie man ein einziges, einheitliches Koordinatensystem für die Erde schaffen könnte. Die Teilnehmenden stimmten dafür, dass der Nullmeridian durch den Standort des Royal Observatory in Greenwich, London, verlaufen sollte – ein Ort, an dem Astronomen die Positionen der Sterne für die Zeitmessung nutzten, da die täglichen Bewegungen der Sterne die Erdrotation widerspiegeln und sie so zu einer himmlischen Uhr werden, die wir messen können.

Im Gegensatz zum Längengrad auf der Erde haben wir jedoch einen Punkt am Himmel, der relativ fest und nicht willkürlich ist. Es handelt sich dabei um den Schnittpunkt des Himmelsäquators mit der Ekliptik, dem Weg der Sonne über den Himmel, während sie sich relativ zu den Fixsternen bewegt (aufgrund unserer wechselnden Perspektive, wenn sich die Erde um die Sonne dreht). Diese beiden leicht geneigten Kreise schneiden sich an zwei Punkten, den sogenannten Knotenpunkten. Jedes Jahr um den 21. März herum befindet sich die Sonne an einem dieser Knotenpunkte: die März-Tagundnachtgleiche. Während die meisten Menschen diese Tagundnachtgleiche als eine Jahreszeit betrachten, sehen die Astronomen sie als einen Ort am Himmel, an dem sich die Sonne zu diesem Zeitpunkt befindet. In jedem Fall ist dies ein guter Anhaltspunkt, weshalb die Astronomen ihn als Nullpunkt für die Messung der geografischen Länge verwenden.

Um in ihrem Koordinatensystem Breiten- von Längengraden zu unterscheiden, nennen die Astronomen sie stattdessen Rektaszension (RA) und Deklination (dec). Diese Bezeichnungen werden aus historischen Gründen verwendet, was die übliche Erklärung für einen altmodisch klingenden astronomischen Fachjargon ist. Historisch bedingt ist auch die merkwürdige Wahl, für die Deklination die die nördlichen und südlichen Längengrade zu verwenden, für die Rektaszension jedoch nicht. Aufgrund ihrer Ursprünge in der longitudinalen Zeitmessung messen wir die Rektaszension in Stundeneinheiten von null bis 24 – was wiederum die Erdrotation widerspiegelt –, wobei die Zahlen nach Osten hin zunehmen.

Wie verwenden wir nun dieses zugegebenermaßen klobige System? Ein Stern, der sich genau auf dem Himmelsäquator befindet, wo er auf die Ekliptik trifft, hätte eine RA von null Stunden und ein Dec von null Grad. Ein Stern, der etwas weiter östlich liegt, hätte einen größeren RA, und ein Stern auf der gegenüberliegenden Seite des Himmels hätte einen RA von 12 Stunden. Eine Deklination im Norden wird in positiven Gradzahlen gemessen, eine im Süden in negativen Gradzahlen.

Das sind allerdings ziemlich große Einheiten. Da sich auf einem einzigen Quadratgrad am Himmel Tausende von bemerkenswerten Galaxien befinden können, unterteilen wir die Einheiten in kleinere Einheiten von Minuten und Sekunden, die manchmal als Bogenminuten und Bogensekunden bezeichnet werden, um Verwechslungen mit Zeiteinheiten zu vermeiden. An dieser Stelle werden die Dinge wirklich verwirrend: Ein Grad der Deklination wird in 60 Bogenminuten unterteilt und jede Bogenminute wird in 60 Bogensekunden unterteilt (ein Grad hat also 3 600 Bogensekunden). Bei der RA wird jedoch jede Stunde in 60 Minuten und jede Minute in 60 Sekunden unterteilt!

Dies führt zu dem irritierenden Umstand, dass eine Bogenminute in der Deklination am Himmel nicht gleich einer Minute in der Rektaszension ist! Es gibt 24 Stunden am Himmel in RA, aber 360 Grad in der Deklination, ein Unterschied, der einen Faktor von 15 darstellt. Eine Stunde in RA entspricht also 15 Grad in Deklination, und eine Minute in RA entspricht 15 Bogenminuten in Deklination.

Wenigstens (schwerer Seufzer) entsprechen sie einander am Äquator. Aber zu allem Überfluss werden die physikalischen Einheiten von RA in Richtung der Himmelspole immer kleiner. Das liegt daran, dass ein Stern in der Nähe des Himmelsnordpols einen kleinen Kreis am Himmel macht, wenn sich die Erde dreht, während ein Stern in der Nähe des Äquators einen viel größeren Kreis macht. Um dem Rechnung zu tragen, verstehen die Astronomen, dass sich die Länge der RA-Einheiten ändert, je nachdem, wo sie sich am Himmel befinden, und berücksichtigen dies bei ihren Berechnungen (für alle Mathebegeisterten da draußen: Die Längenänderung hängt vom Kosinus der Deklination ab). Ja, das ist ein großes Problem. Und täuschen Sie sich nicht, es ist nicht so, dass viele Astronomen begeistert davon sind! Aber wir sind auf dieses System angewiesen, weil wir den Himmel als Kugel wahrnehmen. Andere Koordinatensysteme könnten funktionieren, aber meiner Meinung nach sind sie noch schwieriger zu handhaben, sodass wir am Ende wieder zum alten System zurückkehren. Es basiert auf der rotierenden Erde und hier leben wir.

Und so lassen sich Objekte am Himmel finden. Eine Galaxie könnte zum Beispiel eine Koordinate von 16 Stunden, 34 Minuten und 3,25 Sekunden in RA und -32 Grad, 10 Minuten und 49 Sekunden in dec haben und die Astronomen können dies nutzen, um sie am Teleskop leicht zu finden – zumindest im Moment.

Das leichte Wackeln der Erdachse bedeutet, dass das Koordinatensystem langsam über den Himmel driftet, sodass sich die Koordinaten der Objekte ständig um einen kleinen Betrag ändern! Diesem Umstand tragen wir Rechnung, indem wir eine Epoche der Beobachtung festlegen – zum Beispiel das Jahr 2000 – und die Koordinaten auf der Grundlage dieses Jahres verwenden, wobei die seitherige Verschiebung berücksichtigt wird. Dies ist entscheidend für extrem genaue Beobachtungen, wie die der meisten Weltraumteleskope, bei denen man das Ziel verfehlen könnte, wenn man das Wackeln nicht berücksichtigt. Aber für Gelegenheitsbeobachter ist eine solche Genauigkeit ein Overkill.

Nun – entschuldigen Sie den Ausdruck: Um Himmels willen! Das alles ist schwer genug. Und wir haben noch gar nicht über andere, weniger geozentrische Koordinatensysteme gesprochen, die auf die Sonne oder sogar auf das Zentrum der Galaxie zentriert sind. Astronomen verwenden alle diese Systeme, je nach Art des Objekts, das sie verfolgen. Es ist ein Durcheinander.

Aber es funktioniert. Wir können den Himmel vermessen und die Positionen dieser Beobachtungen an andere Astronomen auf der ganzen Welt übermitteln, damit sie sie auch sehen können. Alles, was es braucht, ist ein wenig Koordination.