Kapitel 2: Licht ist ein Bote aus der Vergangenheit

Nacht 8: Zwei Stunden auf dem Laufband

An ihrem achten Tag auf der Station hatte Noor ihren Rhythmus gefunden. Sie wachte auf, wenn ihr Wecker im Schlafsack leise summte, öffnete den Reißverschluss und schwebte hinaus in den schmalen Gang. Sie putzte sich die Zähne mit einer Zahnpasta, die man hinunterschlucken kann, denn es gibt kein Waschbecken, in das man spucken könnte. Sie wusch sich das Gesicht mit einem feuchten Tuch und die Haare mit einem Shampoo, das nicht ausgespült werden muss. Zum Frühstück gab es einen Beutel Haferbrei, den sie an einem kleinen Hahn mit heißem Wasser füllte, und einen Beutel Kaffee, den sie durch einen Strohhalm trank.

Dann kam, wie an jedem Tag, das Training. In der Schwerelosigkeit merkt der Körper schnell, dass er sich selbst nicht mehr tragen muss. Die Knochen verlieren etwas von ihrer Festigkeit, und die Muskeln, besonders in den Beinen und im Rücken, werden schwächer. Um das zu verlangsamen, trainiert jeder auf der Station etwa zwei Stunden am Tag. Noor begann auf dem Laufband. Weil sie einfach davontreiben würde, trug sie ein Gurtzeug mit zwei elastischen Bändern, die sie zum Laufband hinunterzogen. Die Bänder drückten auf ihre Hüften und Schultern, und das Laufen fühlte sich seltsam schwer und leicht zugleich an.

Nach dem Laufband kam das Fahrrad, das keine Räder hat und keinen Sattel, auf dem man wirklich sitzt, und dann ein Gerät zum Heben. Das Gerät arbeitet nicht mit Gewichten, denn ein Gewicht würde nicht nach unten fallen. Stattdessen zieht es mit einer gleichmäßigen Kraft gegen ihre Arme und Beine, sodass sie Kniebeugen und Hebeübungen machen kann wie in einem Fitnessstudio auf der Erde. Am Ende war ihr Hemd feucht. Schweiß läuft in der Schwerelosigkeit nicht am Körper hinunter. Er sammelt sich in kleinen glänzenden Flecken auf der Haut, und sie wischte ihn mit einem Handtuch ab. Später würden die Maschinen der Station diese Feuchtigkeit aus der Luft sammeln und wieder in Trinkwasser verwandeln.

Der Rest des Tages galt der Wartung: einen Filter wechseln, eine Pumpe prüfen, eine lange Checkliste abarbeiten, die die Teams am Boden heraufgeschickt hatten. In dieser Nacht ging Noor vor dem Schlafen zum großen Fenster. Die Station war gerade in den Schatten der Erde eingetreten. Als die Lichter in dem kleinen Raum ausgeschaltet waren, gewöhnten sich ihre Augen langsam an die Dunkelheit, und die Sterne kamen einer nach dem anderen hervor. Sie bemerkte etwas, worüber sie gelesen, das sie aber nie gesehen hatte. Die Sterne funkelten nicht. Jeder war ein ruhiger, stetiger Punkt.

Auf der Erde funkeln die Sterne, weil ihr Licht durch die bewegte Luft über uns hindurchgeht, die es ein wenig hierhin und ein wenig dorthin lenkt. Oberhalb der Luft gibt es nichts, was das Licht stört. Noor betrachtete lange einen hellen Stern und dachte an eine Frage, die Sami ihr in der Nacht zuvor geschickt hatte: „Wenn ich einen Stern ansehe, sehe ich ihn dann so, wie er gerade jetzt ist?“ Sie wusste, dass die Antwort Nein lautete. Und sie wusste, dass darin der Schlüssel zur ganzen Geschichte des Anfangs lag.

Der schnellste Bote

Licht ist das Schnellste, was wir kennen. Es legt in jeder Sekunde etwa 300.000 Kilometer zurück. Das ist schnell genug, um in einer einzigen Sekunde mehr als siebenmal um die Erde zu laufen. Wenn du in deiner Küche eine Lampe einschaltest, erreicht das Licht die gegenüberliegende Wand so schnell, dass es sofort da zu sein scheint. Für fast alle Zwecke des täglichen Lebens können wir so tun, als käme das Licht in dem Moment an, in dem es aufbricht.

Vielleicht kennst du schon eine Möglichkeit, den Unterschied zwischen einem schnellen und einem langsameren Boten zu spüren. Bei einem Gewitter siehst du zuerst den Blitz und hörst danach den Donner. Das Licht erreicht dich fast sofort, während der Schall, der fast eine Million Mal langsamer ist, für jeden Kilometer ein paar Sekunden braucht. Viele Menschen zählen die Sekunden zwischen Blitz und Grollen, um abzuschätzen, wie weit das Gewitter entfernt ist. Astronomen machen etwas Ähnliches allein mit dem Licht, aber aus ihren Sekunden werden Minuten, Jahre und Millionen von Jahren.

Doch Licht ist nicht sofort da. Es braucht Zeit, und im Maßstab des Weltraums fällt diese Zeit sehr ins Gewicht. Das ist eine der nützlichsten Tatsachen der ganzen Astronomie. Fast alles, was wir über Sterne und Galaxien wissen, wissen wir durch das Licht, das sie uns senden. Licht ist der Bote, der Nachrichten aus dem übrigen Universum bringt. Und wie jeder Bote, der einen langen Weg hinter sich hat, bringt es Nachrichten, die nicht mehr ganz frisch sind.

Denk an einen Brief, den dir eine Freundin aus der Ferne mit der Post schickt. Wenn du ihn öffnest, liest du, was sie an dem Tag tat und fühlte, an dem sie ihn schrieb. Bis du ihn liest, ist sie vielleicht umgezogen, hat die Stelle gewechselt oder vergessen, was sie geschrieben hat. Der Brief ist wahr, aber er ist ein wahres Bild der Vergangenheit. Licht vom Himmel ist wie dieser Brief. Es sagt immer die Wahrheit über den Moment, in dem es aufbrach, und nie über den Moment, in dem es ankommt.

Beim Licht hängt die Verzögerung von der Entfernung ab. Je weiter etwas entfernt ist, desto länger ist sein Licht schon unterwegs und desto älter sind die Nachrichten, die es bringt. In der Nähe ist die Verzögerung winzig. In großer Ferne wird sie riesig. Dieser einfache Gedanke bedeutet, dass wir, wenn wir zum Himmel schauen, nicht einen einzigen Moment betrachten. Wir betrachten viele verschiedene Momente der Vergangenheit, alle zugleich, übereinandergeschichtet wie die Seiten eines Buches.

Der Mond vor einem Augenblick, die Sonne vor Minuten

Beginnen wir nah bei uns. Der Mond ist etwa 384.000 Kilometer von der Erde entfernt. Sein Licht, das eigentlich Sonnenlicht ist, das von seiner grauen Oberfläche zurückgeworfen wird, braucht etwa 1,3 Sekunden bis zu uns. Wenn du also den Mond ansiehst, siehst du ihn so, wie er vor etwas mehr als einer Sekunde war. Diese Verzögerung ist fast zu klein, um eine Rolle zu spielen, aber sie ist wirklich da. Als Astronauten einst vom Mond aus mit der Erde sprachen, gab es in jedem Gespräch eine kurze Pause, denn ihre Stimmen, getragen von Funkwellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, brauchten diese Zeit, um die Strecke hin und zurück zu überwinden.

Die Sonne ist viel weiter entfernt, etwa 150 Millionen Kilometer. Ihr Licht braucht etwa 8 Minuten bis zu uns. Das heißt, die Sonne, die du am Morgenhimmel siehst, ist die Sonne von vor 8 Minuten. Würde sich die Sonne plötzlich auf irgendeine Weise verändern, wüssten wir es etwa 8 Minuten lang nicht. Nichts dergleichen wird geschehen, aber es ist ein bemerkenswerter Gedanke. Jeder Sonnenaufgang, den Noor von der Station aus sieht, sechzehnmal am Tag, ist in Wahrheit ein Bild der Sonne, wie sie einige Minuten zuvor war.

Die Planeten zwischen uns und den Sternen zeigen dieselbe Verzögerung auf sehr praktische Weise. Roboterfahrzeuge, die die Oberfläche des Mars erkunden, lassen sich nicht wie ein Spielzeugauto mit einer Fernbedienung steuern. Ein Funksignal braucht mehrere Minuten bis zu ihnen, manchmal mehr als zwanzig Minuten, je nachdem, wo sich Mars und Erde auf ihren Bahnen um die Sonne befinden. Bis ein Bild des Roboters auf der Erde ankommt, steht der Roboter schon seit Minuten dort. Deshalb planen die Teams, die sie steuern, die Bewegungen jedes Tages im Voraus und schicken eine Liste von Anweisungen, ganz wie eine Vorgesetzte, die der Nachtschicht Zettel hinterlässt.

Jenseits der Sonne werden die Entfernungen gewaltig größer. Der nächste Stern nach der Sonne ist so weit entfernt, dass sein Licht etwas mehr als vier Jahre bis zu uns braucht. Sein Licht, das heute Nacht ankommt, ist vor etwa vier Jahren bei ihm aufgebrochen. Die meisten Sterne, die du in einer klaren Nacht mit bloßem Auge sehen kannst, sind viel weiter entfernt. Ihr Licht machte sich vor Jahrzehnten, Jahrhunderten oder sogar einigen tausend Jahren auf den Weg. Ein Teil des Sternenlichts, das heute Nacht in deine Augen fällt, begann seine Reise, bevor deine Großeltern geboren wurden.

Und dann sind da die Galaxien. Die große Galaxie namens Andromeda, die wir in der nächsten Nacht dieses Buches richtig kennenlernen, ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Der schwache Lichtfleck, den du von einem sehr dunklen Ort aus sehen kannst, hat sie vor etwa 2,5 Millionen Jahren verlassen. Mit anderen Worten: Das Licht, das von Andromeda in deine Augen fällt, ist schon länger unterwegs, als es unsere eigene Art gibt. Die ferneren Galaxien, die große Teleskope sehen können, senden Licht, das sie vor Milliarden Jahren verlassen hat.

Ein Uhrmacherrätsel am Himmel

Sehr lange glaubten viele Denker, dass sich Licht tatsächlich ohne Zeitverlust ausbreitet. Andere vermuteten, dass es Zeit braucht, aber niemand konnte es messen, denn auf der Erde ist es einfach zu schnell. Der erste gute Beleg dafür, dass Licht Zeit braucht, kam vom Himmel und aus der geduldigen Arbeit eines jungen Astronomen namens Ole Rømer im Jahr 1676.

Rømer untersuchte die Monde des Planeten Jupiter. Jupiter hat mehrere große Monde, die Anfang des 17. Jahrhunderts zum ersten Mal mit einem Teleskop gesehen wurden, und sie umkreisen den Planeten wie die Zeiger einer sehr regelmäßigen Uhr. Einer von ihnen, der innerste der großen Monde, umrundet Jupiter in weniger als zwei Tagen. Jedes Mal, wenn er hinter den Planeten zieht, verschwindet er in Jupiters Schatten und taucht dann wieder auf. Weil diese Verfinsterungen so regelmäßig geschehen, hofften Astronomen, sie als Uhr am Himmel nutzen zu können, die Seeleute und Kartenzeichner von überall aus ablesen könnten.

Doch es gab ein Problem. Die Verfinsterungen des Mondes gingen nicht genau. Im Lauf der Monate schienen sie zu manchen Zeiten des Jahres einige Minuten zu früh und zu anderen einige Minuten zu spät zu kommen. Rømer bemerkte, dass die Verspätungen einem Muster folgten. Wenn sich die Erde auf ihrer eigenen Bahn um die Sonne von Jupiter entfernte, kamen die Verfinsterungen immer später. Wenn sich die Erde Jupiter näherte, kamen sie früher.

Rømers Erklärung war einfach und kühn. Der Mond ging genau. Was sich änderte, war die Strecke, die das Licht bis zu uns zurücklegen musste. Wenn die Erde auf der fernen Seite ihrer Bahn war, hatte das Licht aus dem Jupitersystem einige Minuten zusätzlichen Weg vor sich, sodass die Nachricht von jeder Verfinsterung verspätet eintraf. Licht, so schloss er, war nicht sofort da. Es hatte eine Geschwindigkeit. Berechnungen auf Grundlage seiner Arbeit ergaben einen Wert, der etwas niedriger war als der heutige, aber in der richtigen Größenordnung lag. Zum ersten Mal hatten die Menschen eine Vorstellung davon, wie schnell der Bote reist.

In dieser Geschichte steckt etwas sehr Menschliches. Rømer wollte keine große Entdeckung über das Licht machen. Er wollte eine bessere Uhr bauen, für die praktische Arbeit. Er bemerkte, dass die Uhr falsch ging, und statt den kleinen Fehler zu übergehen, nahm er ihn ernst. Viele Entdeckungen in der Geschichte des Universums beginnen so, mit einem Menschen, der auf eine Kleinigkeit achtet, die nicht ins Bild passt.

In die Ferne schauen heißt zurückschauen

Weil Licht Zeit braucht, messen Astronomen die großen Entfernungen des Weltraums daran, wie lange das Licht braucht, um sie zu durchqueren. Das bekannteste dieser Maße ist das Lichtjahr. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Das sind etwa 9,5 Billionen Kilometer. Diese Zahl ist so groß, dass man sie sich kaum vorstellen kann, aber der Gedanke dahinter ist einfach: Ein Lichtjahr ist die Strecke, die der schnellste Bote in einem Jahr Reise ohne Pause schafft.

Lichtjahre geben Entfernung und Zeit zugleich an. Wenn eine Galaxie 10 Millionen Lichtjahre entfernt ist, ist ihr Licht seit 10 Millionen Jahren unterwegs. Wenn eine Galaxie eine Milliarde Lichtjahre entfernt ist, machte sich ihr Licht vor einer Milliarde Jahren auf den Weg. Wann immer Astronomen also tiefer in den Weltraum blicken, blicken sie auch weiter in der Zeit zurück. Ein Teleskop, das sehr schwache, sehr ferne Galaxien sehen kann, ist zugleich ein Teleskop, das das Universum sehen kann, als es jünger war.

Deshalb ist die Erforschung des Anfangs des Universums überhaupt möglich. Wir können nicht 13 Milliarden Jahre zurückreisen. Aber Licht von vor 13 Milliarden Jahren kommt noch heute an, von sehr fernen Orten. Indem sie es sammeln, können Astronomen Galaxien so betrachten, wie sie waren, als das Universum jung war, sie mit Galaxien in unserer Nähe vergleichen und sehen, wie sich die Dinge verändert haben. Es ist ein wenig so, als bekäme man Fotos einer Stadt, die über viele Jahre aufgenommen wurden, alle am selben Tag mit der Post.

Stell dir vor, du arbeitest in der Nachtschicht in einem großen Betrieb und kommst gerade an, wenn die Tagschicht geht. Ihren Arbeitstag siehst du nie. Aber du kannst die Notizen lesen, die sie hinterlassen haben, sehen, welche Maschinen noch warm sind, welche Kisten bewegt wurden und welche Arbeiten halb fertig sind. Aus diesen Spuren kannst du dir ein gutes Bild davon zusammensetzen, was geschah, während du fort warst. Astronomen sind ein wenig wie diese Nachtarbeiterin. Sie kommen lange nachdem das frühe Universum vorüber ist, aber das Licht, das es hinterlassen hat, lässt sie seinen Tag zusammensetzen.

Es gibt eine Grenze dafür, wie weit uns das Licht zurückführen kann, und wir erreichen sie in einer späteren Nacht. Vor einem bestimmten Zeitpunkt war das ganze Universum von einem heißen, glühenden Nebel erfüllt, durch den Licht nicht frei hindurchkam. Das älteste Licht, das uns erreichen kann, stammt aus dem Moment, in dem sich dieser Nebel lichtete. Was davor liegt, müssen wir mit anderen Spuren erschließen. Aber der Gedanke bleibt immer derselbe: Das Universum hat uns Nachrichten hinterlassen, und die Nachrichten kommen noch immer an.

Das ist etwas Seltsames und Wunderbares. Du brauchst keine besondere Ausrüstung, um daran teilzuhaben. Jedes Mal, wenn du einen Stern ansiehst, empfängst du eine Nachricht, die seit Jahren oder Jahrhunderten unterwegs ist. Die Vergangenheit ist nicht ganz verschwunden. Ein Teil von ihr ist noch immer auf dem Weg zu uns und durchquert die Dunkelheit mit etwa 300.000 Kilometern pro Sekunde.

Eine Nachricht an Sami

Noor schwebte noch eine Weile in dem dunklen Raum, bis die Station wieder ins Sonnenlicht kam und die Sterne im grellen Licht verblassten. Dann kehrte sie in ihre Kabine zurück, schloss sich in ihren Schlafsack ein und schrieb ihrem Bruder. „Antwort auf deine Frage: nein. Du siehst einen Stern immer so, wie er war, als sein Licht ihn verließ. Die Sonne vor 8 Minuten. Die meisten Sterne vor vielen Jahren. Ferne Galaxien vor Millionen oder Milliarden Jahren. In die Ferne schauen heißt zurückschauen.“

Ein paar Stunden später, an einer ruhigen Straße geparkt, mit einem Becher Kaffee aus der Thermoskanne, las Sami die Nachricht und blickte durch die Windschutzscheibe seines Lieferwagens nach oben. Es waren nicht viele Sterne zu sehen, wegen der Lichter entlang der Straße, aber er fand einen hellen über den Bäumen. Er dachte daran, wie lange dessen Licht schon unterwegs war, den ganzen Weg bis zu seiner Windschutzscheibe, um drei Uhr morgens, mitten in seiner Arbeitsnacht.

Wenn du heute Abend einen Moment Zeit hast, könntest du dasselbe tun. Schau dir irgendeinen Stern an, den du sehen kannst. Sein Licht machte sich vor langer Zeit auf den Weg, bevor viele der Dinge, um die du dir heute Sorgen machst, überhaupt begonnen hatten. Es ist die ganze Zeit unterwegs gewesen, und heute Nacht kommt es an deinem Fenster an, damit du es bemerkst oder auch nicht. Darin liegt eine stille Art von Gesellschaft.

Verbreitete Missverständnisse

Viele Menschen glauben, dass die meisten Sterne, die sie nachts sehen, schon tot sind und dass wir nur noch ihr altes Licht sehen. Es stimmt, dass Sternenlicht alt ist, und es stimmt, dass Sterne nicht ewig leben. Aber die Sterne, die du mit bloßem Auge sehen kannst, sind, astronomisch gesprochen, ziemlich nah. Fast alle sind höchstens einige tausend Lichtjahre entfernt. Solche Sterne leben meist Millionen oder Milliarden Jahre. Ihr Licht ist also nach menschlichen Maßstäben alt, aber sehr jung im Vergleich zum Leben der Sterne selbst. Fast jeder Stern, den du heute Nacht siehst, leuchtet noch.

Ein zweiter häufiger Irrtum kommt vom Namen des Lichtjahres. Weil darin das Wort „Jahr“ steckt, halten viele Menschen es für ein Zeitmaß, wie einen Monat oder ein Jahrzehnt. Tatsächlich ist ein Lichtjahr eine Entfernung, etwa 9,5 Billionen Kilometer. Es heißt Lichtjahr, weil es die Strecke ist, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Wenn jemand sagt, eine Galaxie sei eine Million Lichtjahre entfernt, sagt er dir, wie weit sie weg ist, und zugleich, ohne es auszusprechen, wie lange ihr Licht unterwegs war.

Manche Menschen stellen sich vor, Astronauten auf einer Raumstation seien den Sternen viel näher als wir am Boden. Die Station ist etwa 400 Kilometer über der Erde. Der nächste Stern nach der Sonne ist mehr als vier Lichtjahre entfernt. Im Vergleich zu dieser Entfernung sind 400 Kilometer weit weniger als die Dicke eines Haares im Vergleich zur Breite einer Stadtstraße. Noor sieht die Sterne klarer als du, weil keine Luft im Weg ist, und sie sieht sie ohne Funkeln. Aber sie ist ihnen nicht nennenswert näher. Von der Station aus sehen die Sterne genauso weit entfernt aus wie von deiner Haustür, und in jeder Hinsicht, die zählt, sind sie es auch.

Was die Station Noor tatsächlich bietet, ist ein Blick von oberhalb der Luft, und das ist auch der Grund, warum manche Teleskope ins All geschickt werden: nicht, um den Sternen näher zu sein, sondern um der Luft zu entkommen, die ihr Licht verschwimmen lässt und abschirmt. Worauf es ankommt, ist das Licht selbst, und es ist ein ehrlicher Bericht über den Ort, von dem es kam. Auf seiner langen Reise durchquert es vielleicht Staub oder wird von der Anziehung von Galaxien ein wenig abgelenkt, und Astronomen lernen, diese Dinge zu berücksichtigen, aber nichts davon ändert, wo das Licht seinen Anfang nahm oder was es von dort mitbrachte. Deshalb vertrauen Astronomen ihm so sehr, und deshalb folgen wir ihm in der nächsten Nacht dieses Buches zu einer Entdeckung, die das Universum plötzlich weit größer machte, als irgendjemand es sich vorgestellt hatte.