Kapitel 3: Das Universum war größer, als irgendjemand dachte

Nacht 19: Salat unter rosa Licht

An ihrem neunzehnten Tag verbrachte Noor den Vormittag als Gärtnerin. In einer Ecke der Station gibt es eine kleine Wachstumskammer, etwa so groß wie ein Küchenschrank, in der Pflanzen unter farbigem Licht gezogen werden. Das Licht ist eine Mischung aus Rot und Blau, die die Kammer rosa leuchten lässt. Rot und Blau sind die Farben, die Blätter zum Wachsen am meisten nutzen, deshalb muss man keinen Strom für die anderen verschwenden. Darin wuchs eine Reihe junger Salatpflanzen aus kleinen Stoffkissen empor, die mit einem tonartigen Pflanzsubstrat und Dünger gefüllt waren.

Ihre Aufgabe war es, jede Pflanze zu überprüfen, Fotos zu machen, die Blätter zu vermessen und über einen dünnen Schlauch eine genau bemessene Menge Wasser hinzuzufügen. In der Schwerelosigkeit sickert Wasser nicht nach unten, wie es das in der Erde auf unserem Planeten tut. Es kann eine Kugel bilden und obendrauf sitzen bleiben oder an der Seite des Kissens entlangkriechen, deshalb muss man es langsam geben. Auch die Wurzeln haben ein seltsames Problem. Auf der Erde wachsen Wurzeln nach unten, weil sie den Zug der Schwerkraft spüren. Hier gibt es kein „Unten“, das sie fühlen könnten, deshalb richten sich die Pflanzen vor allem nach der Richtung des Lichts. Die Blätter strecken sich zu den Lampen, und die Wurzeln wachsen meist in die andere Richtung, in das feuchte Substrat hinein.

Noor mochte diese Arbeit. Sie fühlte sich dem gewöhnlichen Leben nah an, wie die Pflege eines kleinen Gartens auf dem Balkon. Die Wissenschaftler am Boden würden ihre Fotos und Messungen auswerten, um herauszufinden, wie Pflanzen eines Tages Besatzungen auf langen Reisen ernähren könnten, und in einigen Wochen durfte die Besatzung einige der Blätter essen. Ade hatte bereits angekündigt, dass er das Salz mitbringen werde.

Am Nachmittag bat Tomás sie, bei einer anderen Arbeit zu helfen: gebrauchte Ausrüstung und Abfall in ein Frachtschiff zu packen, das die Station später verlassen und in der oberen Luft gefahrlos verglühen würde. Es war die Art Arbeit, die es an jedem Arbeitsplatz gibt, die Art, die niemand fotografiert. Jeder Beutel musste beschriftet, mit einem besonderen Gerät gewogen und an seinem Platz festgeschnallt werden, damit nichts verrutschte, wenn die Triebwerke des Schiffs zündeten. Als sie fertig waren, sah die kleine Kabine des Frachtschiffs aus wie ein gut gepackter Umzugswagen, und Noors Arme waren müde vom Schieben schwerer Beutel, die nichts wogen.

Am Abend, nachdem die letzte Checkliste erledigt war, ging Noor zum Fenster. Die Station trat über einem Ozean in die Dunkelheit ein, wo es überhaupt keine Stadtlichter gab. Als sich ihre Augen gewöhnt hatten, sah sie ein blasses Lichtband, das sich über den Himmel zog, ungleichmäßig und weich wie ein Nebelschleier. Es war die Milchstraße. Auf der Erde hatte sie sie nur ein paar Mal gesehen, weit weg von den Städten, aber hier war sie klar und breit. Sie erinnerte sich daran, dass noch vor etwa hundert Jahren viele Astronomen glaubten, dieses Band und die Sterne darum herum seien das ganze Universum.

Als sie Sami an diesem Abend schrieb, begann sie mit einer eigenen Frage. „Weißt du, wie groß das Universum im Jahr 1900 war? Nicht das wirkliche Universum. Das Universum, an das die Leute glaubten.“

Ein Universum aus einer einzigen Galaxie

Das blasse Band der Milchstraße ist unsere eigene Galaxie, von innen gesehen. Eine Galaxie ist eine riesige Familie aus Sternen, Gas und Staub, die von der Schwerkraft zusammengehalten wird. Unsere Galaxie hat ungefähr die Form einer flachen Scheibe mit einer Verdickung in der Mitte. Die Sonne ist ein Stern in dieser Scheibe, weit draußen vom Zentrum, ungefähr auf halbem Weg zum Rand. Wenn wir entlang der Scheibe blicken, sehen wir so viele ferne Sterne dicht beieinander, dass sie zu einem weichen Band verschwimmen. Wenn wir von der Scheibe wegblicken, sehen wir weniger Sterne und mehr Dunkelheit.

Ein einfaches Bild kann helfen. Stell dir vor, du stehst mitten in einem großen, flachen Wald. Wenn du geradeaus schaust, in irgendeine Richtung am Boden entlang, überlappen sich die Bäume so dicht, dass du eine Wand aus Stämmen siehst. Wenn du senkrecht nach oben schaust, siehst du nur ein paar Äste und dann den offenen Himmel. Wir leben in der Scheibe unserer Galaxie wie ein Mensch in diesem Wald. Entlang der Scheibe sehen wir eine dichte Wand aus Sternen, das blasse Band. Aus der Scheibe hinaus sehen wir den offenen Raum.

Heute wissen wir, dass die Milchstraße etwa 100.000 Lichtjahre Durchmesser hat und Hunderte Milliarden Sterne enthält. Das ist schon eine Größe, die man sich kaum vorstellen kann. Das Licht, der schnellste Bote, braucht etwa 100.000 Jahre, nur um sie von einer Seite zur anderen zu durchqueren. Und doch dachten zu Beginn des 20. Jahrhunderts viele Astronomen, das sei alles. In ihrem Bild war das Universum eine einzige große Insel aus Sternen, die in einem endlosen dunklen Meer trieb, und dahinter gab es nichts.

In diesem Bild gab es ein Rätsel. Mit Teleskopen hatten Astronomen viele schwache, verschwommene Lichtflecken entdeckt, die über den Himmel verstreut waren. Sie nannten sie Nebel, nach dem alten Wort für Wolken oder Dunst. Manche dieser Nebel waren eindeutig leuchtende Gaswolken zwischen den Sternen. Andere aber waren anders. Viele hatten eine schöne Spiralform, wie Wasser, das in einen Abfluss wirbelt, und sie schienen aus einem weichen Licht zu bestehen, das kein Teleskop jener Zeit in einzelne Sterne zerlegen konnte. Man nannte sie Spiralnebel.

Was waren sie? Manche Astronomen hielten sie für kleine Wolken in unserer eigenen Galaxie, vielleicht neue Sternsysteme, die gerade entstanden. Andere dachten, sie könnten ganze eigene Galaxien sein, so weit entfernt, dass ihre Milliarden Sterne zu einem Dunst verschwammen, so wie die Milchstraße für uns. Der Gedanke, dass es andere Galaxien geben könnte, andere „Welteninseln“, war nicht neu. Denker hatten ihn mehr als ein Jahrhundert zuvor vorgeschlagen. Aber niemand konnte ihn beweisen oder widerlegen, denn niemand konnte messen, wie weit die Spiralnebel entfernt waren.

Das ist die zentrale Schwierigkeit der Astronomie. Wenn du ein Licht am Himmel betrachtest, kannst du nicht leicht sagen, ob es ein schwaches Licht in der Nähe oder ein helles Licht in der Ferne ist. Eine Kerze am anderen Ende eines Zimmers und ein Leuchtturm an einer fernen Küste können gleich hell aussehen. Um die Größe des Universums zu messen, brauchten Astronomen eine Möglichkeit, zu wissen, wie hell ein Licht wirklich ist. Sie brauchten das, was man manchmal eine Standardkerze nennt: eine Art Licht, dessen wahre Helligkeit bekannt ist, sodass sich seine Entfernung daraus ableiten lässt, wie hell es erscheint.

Die Frau, die die Sterne vermaß

Der Schlüssel kam von einer Frau namens Henrietta Leavitt. Sie arbeitete Anfang des 20. Jahrhunderts an einer Sternwarte, als eine von einer Gruppe von Frauen, die angestellt waren, um Fotoplatten auszuwerten. Das waren Glasscheiben mit einer lichtempfindlichen Schicht, die am Ende eines Teleskops angebracht worden waren, um die Sterne aufzuzeichnen. Nacht für Nacht machte das Teleskop Aufnahmen. Tag für Tag untersuchten die Frauen sie mit Lupen, maßen die Helligkeit der Sterne, verglichen Platten aus verschiedenen Nächten und schrieben alles in sorgfältigen Notizen auf.

Es war langsame, geduldige Arbeit, und sie war nicht gut bezahlt. Die Frauen wurden oft „Computer“ genannt, denn ihre Arbeit bestand darin, zu rechnen, in einer Zeit, bevor Maschinen das taten. Viele von ihnen waren sehr fähige Astronominnen, auch wenn man ihnen diesen Titel damals selten zugestand. Leavitts Aufgabe war es, Sterne zu finden, deren Helligkeit sich mit der Zeit veränderte. Sie untersuchte Platten von zwei kleinen, wolkenartigen Galaxien, die man von der südlichen Hälfte der Erde aus sehen kann. Darin fand sie mehr als tausend solcher veränderlicher Sterne.

Unter ihnen war eine besondere Art von Stern, der in einem gleichmäßigen Rhythmus heller und dunkler wird, wie ein langsamer Herzschlag, über einen Zeitraum von etwa einem Tag bis zu mehreren Wochen. Diese Sterne heißen Cepheiden. Leavitt bemerkte an ihnen etwas Erstaunliches. Die helleren Cepheiden brauchten länger, um ihren Rhythmus zu vollenden. Die schwächeren schlugen schneller. Und weil alle Sterne in einer dieser kleinen Galaxien ungefähr gleich weit von uns entfernt sind, musste der Unterschied in der Helligkeit echt sein und nicht nur daher rühren, dass manche Sterne näher waren.

Sie veröffentlichte dieses Ergebnis im Jahr 1912. Es bedeutete, dass der Rhythmus eines Cepheiden seine wahre Helligkeit verrät. Miss, wie lange der Stern für einen Pulsschlag braucht, und du weißt, wie hell er wirklich ist. Vergleich das damit, wie hell er erscheint, und du kannst berechnen, wie weit er entfernt ist. Ein Cepheid war genau die Standardkerze, die den Astronomen gefehlt hatte. Sobald einige nahe Cepheiden mit anderen Methoden vermessen waren, ließ sich Leavitts Regel wie ein Maßband über den Himmel verwenden.

Henrietta Leavitt erlebte nicht mehr, wie wichtig ihre Entdeckung wurde. Sie starb 1921 nach vielen Jahren stiller Arbeit, einige Jahre bevor ihre Regel genutzt wurde, um eine der größten Fragen der Astronomie zu beantworten. Ihre Geschichte erinnert daran, dass große Ergebnisse oft aus sorgfältiger, unscheinbarer Arbeit erwachsen, die von Menschen getan wird, deren Namen nicht immer in Erinnerung bleiben.

Ein Streit ohne Antwort

Bis 1920 war die Frage der Spiralnebel so wichtig geworden, dass zwei führende Astronomen auf einer wissenschaftlichen Tagung ihre gegensätzlichen Ansichten vortrugen. Dieses Ereignis ist oft als die Große Debatte in Erinnerung geblieben. Der eine Astronom vertrat die Ansicht, unsere Galaxie sei riesig, viel größer, als man gedacht hatte, und die Spiralnebel seien kleine Objekte in ihr oder in ihrer Nähe. Der andere vertrat die Ansicht, unsere Galaxie sei kleiner und die Spiralnebel seien eigenständige ferne Galaxien.

Das Interessante an der Debatte ist, dass jede Seite teilweise recht und teilweise unrecht hatte. Der erste Astronom hatte mit Cepheiden und anderen Hinweisen richtig gezeigt, dass unsere Galaxie sehr groß ist und dass die Sonne nicht in ihrem Zentrum steht. Das war ein wichtiger Schritt. Der zweite Astronom hatte recht damit, dass die Spiralnebel eigene Galaxien sind, aber er hielt unsere eigene Galaxie für kleiner, als sie wirklich ist. Keiner von beiden hatte genug Belege, um die Frage zu entscheiden.

Die Debatte war kein Wettkampf, an dessen Ende ein Sieger verkündet wurde. Jeder Astronom legte seine Belege vor, und danach schrieben beide längere Abhandlungen, in denen sie ihre Gründe erklärten. Andere Astronomen lasen sie, stritten in Briefen und auf Tagungen darüber und kehrten zu ihren Teleskopen zurück. Am Ende wurde die Frage nicht dadurch entschieden, wer überzeugender gesprochen hatte. Sie wurde einige Jahre später durch eine Messung entschieden. So sollte es in der Wissenschaft sein, auch wenn es nicht immer so schnell geht.

Das geschieht in der Wissenschaft oft. Zwei sorgfältige Menschen betrachten unvollständige Belege und ziehen unterschiedliche Schlüsse. Keiner von beiden ist töricht. Beide tun ihr Bestes mit dem, was sie haben. Der Streit selbst ist nützlich, weil er deutlich macht, welche Belege gebraucht werden. In diesem Fall waren sich alle einig, was die Frage entscheiden würde: eine verlässliche Messung der Entfernung zu wenigstens einem Spiralnebel. Wenn jemand in einem von ihnen einen Cepheiden finden könnte, würde Leavitts Regel die Antwort liefern.

Die Schwierigkeit war praktischer Art. Ein Cepheid in einem fernen Spiralnebel wäre äußerst schwach, viel zu schwach, als dass die meisten Teleskope jener Zeit ihn als einzelnen Stern hätten herausfiltern können. Um ihn zu sehen, bräuchte ein Astronom eines der größten Teleskope der Welt, sehr viel Geduld und viele kalte Arbeitsnächte.

Ein Stern in Andromeda

Dieser Astronom war Edwin Hubble. In den Jahren 1923 und 1924 arbeitete er Nacht für Nacht an einem der größten Teleskope jener Zeit, auf einem Berg weit weg von den Lichtern der Städte, und fotografierte den größten und hellsten der Spiralnebel, den im Sternbild Andromeda. Beim Vergleich seiner Fotoplatten fand er einen Stern, dessen Helligkeit in einem gleichmäßigen Rhythmus stieg und fiel. Es war ein Cepheid. Bald fand er weitere.

Ein kleines Detail dieser Geschichte ist erhalten geblieben. Als Hubble den Stern zum ersten Mal auf einer seiner Glasplatten sah, markierte er ihn als möglichen neuen Stern, als einen Stern der Art, die einmal aufflammt und dann verblasst. Als er ihn mit älteren Platten desselben Himmelsausschnitts verglich und sah, dass sein Licht in einem sich wiederholenden Rhythmus stieg und fiel, strich er seine erste Markierung durch und schrieb eine kurze Notiz dazu, dass es ein veränderlicher Stern sei, ein Stern, der seine Helligkeit ändert. Diese Platte mit seiner korrigierten Notiz wird bis heute aufbewahrt. Sie erinnert schön daran, dass selbst große Entdeckungen damit beginnen, dass ein Mensch seine eigene erste Vermutung korrigiert.

Mit Leavitts Regel berechnete Hubble, wie weit diese Sterne entfernt waren. Die Antwort war weit größer als die Ausdehnung unserer eigenen Galaxie, selbst nach den größten Schätzungen jener Zeit. Der Andromedanebel war keine kleine Wolke in der Milchstraße. Er war eine andere Galaxie, weit außerhalb der unseren, aus einer ungeheuren Zahl eigener Sterne. Sein Ergebnis wurde um den Beginn des Jahres 1925 bekannt gegeben.

Hubbles erste Schätzung der Entfernung betrug weniger als die Hälfte des heutigen Werts, wegen Fehlern im Maßband, die später korrigiert wurden. Heute weiß man, dass die Andromedagalaxie etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt ist. Doch schon seine erste Zahl genügte. In kurzer Zeit war das Universum von einer Galaxie zu unzähligen Galaxien angewachsen, die in jeder Richtung durch den Raum verstreut sind. Die Milchstraße war nicht mehr das Universum. Sie war eine Insel unter sehr vielen.

Man kann kaum übertreiben, wie groß dieser Wandel war. Innerhalb des Arbeitslebens einer einzigen Generation wurde das bekannte Universum so viel größer, dass das alte Bild winzig wirkte. Und das war erst der Anfang. Hubble und andere begannen bald, das Licht dieser Galaxien genauer zu untersuchen, und sie fanden etwas noch Seltsameres, das ist die Geschichte der nächsten Nacht dieses Buches.

Vor dem Schlafen

Noor blieb am Fenster, bis die Station wieder ins Tageslicht kam. Dann schrieb sie Sami. „Im Jahr 1900 dachten viele Astronomen, unsere Galaxie sei das ganze Universum. Dann fand eine Frau, die Sterne auf Glasplatten vermaß, einen Weg, Entfernungen zu messen, und ein Mann an einem großen Teleskop zeigte damit, dass der Andromedanebel eine eigene Galaxie ist. Plötzlich gab es unzählige Galaxien. Hausaufgabe für heute: Wenn du eine dunkle Nacht erwischst, such nach einem blassen Band über den Himmel. Das ist unsere Galaxie, von innen.“

Sami antwortete am nächsten Morgen, bevor er sich nach seiner Schicht schlafen legte. Er schrieb, er habe die Milchstraße vor Jahren einmal gesehen, auf einer Lieferroute über Land, als er am Rand einer Straße ohne Beleuchtung angehalten habe. Er habe sie für eine dünne Wolke gehalten. „Jetzt weiß ich, dass es ein paar hundert Milliarden Sterne waren“, schrieb er. „Ich werde wieder hinschauen.“

Noor las seine Nachricht beim Frühstück, neben Ade schwebend, der Trockenobst aus einem Beutel aß. Sie zeigte sie ihm. Ade sagte, ihm gefalle die Vorstellung eines Lieferfahrers am Rand einer dunklen Straße, der ein paar hundert Milliarden Sterne betrachtet und sie für eine Wolke hält. „Die meisten Menschen, die je gelebt haben, dachten dasselbe“, sagte er. „Dein Bruder ist in guter Gesellschaft.“

Wenn du in einer Stadt lebst, siehst du die Milchstraße vielleicht selten, weil Straßenlaternen und erleuchtete Fenster den Himmel aufhellen. Das ist nichts, worüber man traurig sein müsste. Es ist einfach ein Grund, eine Weile nach oben zu schauen, wenn du einmal in einer klaren Nacht weit weg von allen Lichtern unterwegs bist. Das blasse Band wird da sein, wie es in jeder Nacht der Menschheitsgeschichte da war, und auf jeden warten, der einen Moment Zeit hat, es zu bemerken.

Verbreitete Missverständnisse

Viele Menschen glauben, die Milchstraße sei dasselbe wie das Universum oder die beiden Wörter bedeuteten fast dasselbe. Das war, wie wir gesehen haben, noch vor einem Jahrhundert die Überzeugung vieler Astronomen. Heute aber wissen wir, dass die Milchstraße eine Galaxie unter einer riesigen Zahl von Galaxien ist, viel zu vielen, um sie einzeln zu zählen. Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie, die, in der wir leben. Das Universum ist alles: alle Galaxien, der ganze Raum zwischen ihnen und alles andere, was existiert.

Manche Menschen glauben, andere Galaxien könne man nur mit großen Teleskopen sehen. Die meisten sind tatsächlich viel zu schwach für das Auge. Aber einige wenige kann man ganz ohne Instrument sehen. Die Andromedagalaxie erscheint in einer klaren, dunklen Nacht fern von allen Lichtern als kleiner schwacher Fleck, ein kleines Oval aus weichem Licht. Sie sieht nicht aus wie die Spiralbilder in Büchern, denn das Auge kann nur ihr helles Zentrum sehen. Trotzdem: Wenn du sie findest, siehst du mit eigenen Augen Licht, das vor etwa 2,5 Millionen Jahren eine andere Galaxie verlassen hat. Von der südlichen Hälfte der Erde aus kann man auch die beiden kleinen Galaxien, die Henrietta Leavitt untersuchte, als zwei blasse Wolken an einem dunklen Himmel sehen.

Ein drittes Missverständnis betrifft das Wort Nebel. Heute verwenden Astronomen es für Wolken aus Gas und Staub im Weltraum, etwa die leuchtenden Orte, an denen neue Sterne entstehen. Früher benutzte man dasselbe Wort für jeden schwachen, verschwommenen Fleck im Teleskop, auch für die Spiralnebel, die sich als Galaxien herausstellten. Deshalb sprechen alte Bücher vom Andromedanebel, während moderne Bücher von der Andromedagalaxie sprechen. Es ist dasselbe Objekt. Nur unser Verständnis hat sich geändert. Wandlungen wie diese, bei denen der Name bleibt, aber das Wissen wächst, gehören zur Geschichte der Wissenschaft, und in der nächsten Nacht werden wir sehen, wie ein genauer Blick auf die Farben der Galaxien unser Bild vom Universum noch einmal veränderte.