Der Himmel lässt sich nicht mit dem Zollstock vermessen

Entfernungen an der Himmelskugel lassen sich nicht in Metern und Zentimetern angeben. Denn dann sind Missverständnisse vorprogrammiert: "Siehst Du diese beiden Sterne, die etwa zehn Zentimeter auseinanderstehen?" "Mir kommt es eher so vor, als wären sie zwei Meter voneinander entfernt!" Wer sich über Abstände von Objekten am Nachthimmel unterhalten will, ohne dass es Streit gibt, muss Winkel- oder Bogenmaße benutzen.

Astronomen sagen zum Beispiel, dass zwei Sterne einen Abstand von zehn Grad (10°) voneinander haben. Das bedeutet Folgendes: Wenn Sie von Ihren Augen aus je eine gedachte Linie zu diesen beiden Sternen ziehen, schließen die Linien einen Winkel von zehn Grad ein. Eine grobe Regel – eine "Faust"-Regel im wahrsten Sinn des Wortes – besagt: Wenn Sie bei ausgestrecktem Arm eine Faust machen, deckt Ihr Handrücken etwa zehn Grad am Himmel ab. Probieren Sie es aus: Sonne und Mond erstrecken sich jeweils über ein halbes Grad, während das Sternbild Großer Bär 25 Grad in Anspruch nimmt. Vom Horizont bis zum Punkt genau über Ihnen (dem Zenit) ist es ein Winkel von 90 Grad.

Für viele Zwecke muss das Bogenmaß noch feiner unterteilt werden. Ein Grad besteht daher aus 60 Bogenminuten (1° = 60’), und eine Bogenminute hat 60 Bogensekunden (1’ = 60”). Wer "ein viertel Grad" sagt, könnte also genauso gut "15 Bogenminuten" (15’) sagen.

Die hellsten Planeten erscheinen von der Erde aus normalerweise unter einem Durchmesser von wenigen Bogensekunden. Ein Fünf-Zoll-Teleskop (ein Zoll entspricht 2,54 Zentimetern – dieses Teleskop hat also eine Öffnung von 12,5 Zentimetern) kann Details von der Größe einer Bogensekunde auflösen. Das entspricht der Breite einer Zehn-Cent-Münze, gesehen aus einem Abstand von vier Kilometern! Als Abkürzung für Zoll wird übrigens ebenfalls das Symbol " verwendet, genauso wie für Bogensekunden. Verwechslungen sind aber selten, denn der Zusammenhang macht meist deutlich, welche Einheit gemeint ist.

Reisen auf der "Landkarte" des Himmels

Wäre die Erde unter unseren Füßen durchsichtig, hätten wir den atemberaubenden Eindruck, im Inneren einer riesigen, sternübersäten Kugel zu schweben. Eine solche Kugel stellen sich auch Astronomen vor, wenn sie die Position der Sterne bestimmen wollen. Sie unterteilen sie in Längen- und Breitenkreise, so wie wir sie auch auf der Erde verwenden. Auf diese Weise erhalten sie ein Raster von Koordinaten, das die Position jedes Objekts eindeutig beschreibt – so wie die geografische Länge und Breite auch die Position beliebiger Orte auf der Erde festlegen. Nur einen kleinen Unterschied gibt es: Am Himmel wird die "Breite" Deklination genannt, und die "Länge" wird als Rektaszension (englisch: right ascension) bezeichnet. Die Deklination unterteilt sich in Grad, Bogenminuten und Bogensekunden nördlich (+) oder südlich (–) des Himmelsäquators. Eine Deklination von +90 Grad bezeichnet also den nördlichen Himmelspol, 0 Grad entspricht dem Himmelsäquator selbst.

Moment, werden Sie jetzt vielleicht denken: Zenit, nördlicher Himmelspol, was genau ist denn da der Unterschied? Hier lohnt ein kleiner Exkurs: Wer nachts sein Teleskop im Garten aufstellt, hat senkrecht über sich den Zenit und um sich herum den Horizont. Für dieses Bezugssystem – das Horizontsystem oder Azimutalsystem – werden die drehbaren Sternkarten und Übersichtskarten gezeichnet, da damit die Orientierung am Himmel am einfachsten ist. Ein anderes Bezugssystem ist das der eben beschriebenen Himmelskugel: Darin spielen der Himmelsäquator – der in derselben Ebene wie der Erdäquator liegt – und der nördliche Himmelspol die Rollen von Horizont und Zenit. In diesem Bezugssystem werden fast immer die Koordinaten von Himmelsobjekten als Rektaszension "α" (Alpha) und Deklination "δ" (Delta) angegeben. Eine drehbare Sternkarte oder ein Computerprogramm hilft dann dem Beobachter, diese Werte auf sein Horizontsystem zu übertragen.

Jetzt wieder zurück zum Thema, wie denn die Himmelskugel genau eingeteilt wird. So, wie wir sie von der Erde aus sehen, scheint sie sich infolge der Erdrotation in 24 Stunden einmal um sich selbst zu drehen. Statt also wie bei der Kartierung unseres Globus zu verfahren und die Rektaszension in je 180 Grad nach Osten und Westen anzugeben, teilen die Astronomen sie in Werte zwischen 0 und 24 Stunden (h) ein. Eine solche Einteilung, die wiederum in Minuten (m) und Sekunden (s) gegliedert wird, ist am Rand jeder Sternkarte zu sehen: Wer längere Zeit den Himmel beobachtet, dreht die Sternkarte dann einfach um die jeweils vergangene Zeit weiter, so dass sie wieder die richtigen Positionen zeigt.

Mit diesem Wissen findet man sich am Himmel bereits ganz gut zurecht. Eine kleine Komplikation gibt es allerdings noch: Die Himmelskoordinaten eines Sterns ändern sich im Lauf der Jahre auf Grund der langsamen Taumelbewegung der Erdachse, der so genannten Präzession. Sternbücher oder Atlanten tragen deshalb einen Vermerk wie Äquinoktium 2000.0: Dieser bedeutet, dass die angegebenen Koordinaten für das Jahr 2000, und zwar für dessen Anfang (”.0”), berechnet wurden. (Vorsicht: Hier besteht nochmals Verwechslungsgefahr: Äquinoktium kann auch Tag-und-Nacht-Gleiche bedeuten. Dies ist hier aber nicht gemeint.) Wer mit einem solchen scheinbar schon veralteten Sternatlas arbeitet, wird aber schnell feststellen, dass die Präzession sehr klein ist und von Amateuren in der Regel nicht berücksichtigt werden muss.

Leuchtpunkte am Nachthimmel

Mal strahlend hell, mal nur ein trüber Fleck am Himmel: Astronomische Objekte erscheinen uns in verschiedenen Helligkeiten. Beschrieben wird diese durch die Einheit Größe (auch Größenklasse oder Magnitude, abgekürzt "mag" oder ^m, nicht mit dem "m" von Minute oder Meter zu verwechseln!). Ein wichtiger Ausdruck, Sie werden ihm bei Ihren astronomischen Streifzügen ständig begegnen. Wie hell ein Stern wirklich strahlt, gibt die Magnitude allerdings nicht an: Sie erfasst nur seine "scheinbare Helligkeit": von allen Lichtteilchen, die von ihm ausgehen, also nur diejenigen, die bei uns auf der Erde ankommen.

Das dazugehörige Maßsystem wurde vor rund 2100 Jahren vom griechischen Astronomen Hipparch eingeführt. Er unterteilte die Sterne in sechs Helligkeitsklassen: "Erster Magnitude" waren diejenigen Sterne, die er als die hellsten am Himmel wahrnahm. Über die etwas weniger hell erscheinenden Sterne "zweiter Magnitude" setzte sich seine Skala fort bis zu den Sternen "sechster Magnitude" – das waren diejenigen, die Hipparch gerade noch sehen konnte.

Nach der Erfindung des Teleskops musste das System erweitert werden, denn jetzt konnten Astronomen auch Sterne mit noch viel geringerer "scheinbarer Helligkeit" erkennen. Mit Feldstechern sehen wir heute Sterne bis zur Helligkeit 9 mag, ein Sechs-Zoll-Amateur-Teleskop (mit 15 Zentimeter Öffnung) zeigt Objekte der Helligkeit 12 mag oder 13 mag. Die lichtstärksten Teleskope der Berufsastronomen machen sogar Objekte mit 29 mag sichtbar. Ihre Helligkeit beträgt nur ein Milliardstel derjenigen Helligkeit, die der schwächste mit bloßem Auge sichtbare Stern aufweist.

Beim Einsatz moderner Messgeräte – so genannter Fotometer – zeigte sich außerdem, dass einige von Hipparchs Sternen 1. Größe heller sind als andere. Daher reicht die Skala mittlerweile auch in den negativen Bereich hinein: Der Stern Wega hat genau 0 mag, Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, aber schon –1,4 mag. Selbst noch hellere Objekte am Himmel lassen sich mit dieser Skala vergleichen: Der Planet Venus erreicht etwa –4 mag, der Vollmond strahlt mit –13 mag (je nach Phase mal mehr, mal weniger), und die Sonne kommt auf –27 mag.

Astronomische Entfernungen

Wie misst ein Astronom die Abstände im Sonnensystem? Natürlich in Astronomischen Einheiten (AE, englisch: AU)! Eine Astronomische Einheit ist der durchschnittliche Abstand zwischen Erde und Sonne: rund 150 Millionen Kilometer. Das Sonnensystem selbst hat einen Durchmesser von etwa 150 bis 200 AE.

Wer weiter ins All blicken will, braucht einen anderen Maßstab: das Lichtjahr. Es gibt die Entfernung an, die das Licht während eines Jahres zurücklegt, nämlich 9,5 Billionen Kilometer oder 63000 AE. Beachten Sie, dass ein Lichtjahr genau wie Kilometer oder Zentimeter ein Längenmaß ist und keine Zeitangabe! Die meisten hellen Sterne am Himmel sind einige dutzend bis einige tausend Lichtjahre entfernt. Bis zum Andromedanebel, der unserer Milchstraße nächstgelegenen Spiralgalaxie, sind es hingegen 2,5 Millionen Lichtjahre.

Profi-Astronomen benutzen meist eine weitere Einheit: Das Parsec, abgekürzt "pc", entspricht 3,26 Lichtjahren. Ein Stern ist genau ein Parsec entfernt, wenn er sich im Verlauf eines halben Jahres – dann hat sich die Erde auf die andere Seite der Sonne bewegt – auf der Himmelskugel um eine Bogensekunde verschiebt; diese Verschiebung nennt man Winkelparallaxe. Je kleiner die Parallaxe, desto größer also die Entfernung. Alpha Centauri (α Cen) als sonnennächstes Sternsystem hat eine Entfernung von 1,3 Parsec.

Abstände innerhalb der Milchstraße oder gar zwischen Galaxien drücken Astronomen gerne in Kiloparsec (1 kpc = 1000 Parsec) oder gar Megaparsec (1 Mpc = eine Million Parsec) aus. Unsere Erde ist rund 8,5 Kiloparsec vom Zentrum der Milchstraße entfernt, das ist schon ziemlich weit draußen.

Nun, war das so schwierig?

Alan M. MacRobert ist Redakteur bei "Sky & Telescope" und begeisterter Amateurastronom.