Die kosmische Entfernungsleiter – Entfernungen und Strukturen im Kosmos

Eine der vielen positiven Traditionen des Simon-Marius-Gymnasiums stellt der alljährliche physikalische Vortrag von Dipl. Ing. Werner Rudolf zu wechselnden Themen mit aktuellem Forschungsbezug dar. Am 18. Dezember 2015 führte er Schülerinnen und Schüler der 10. und 12. Jahrgangsstufe sowie aktive und ehemalige Lehrkräfte in der Aula des Simon-Marius-Gymnasiums in seinem Vortrag „Die kosmische Entfernungsleiter – Entfernungen und Strukturen im Kosmos“ Schritt für Schritt in die Methodenvielfalt der Entfernungsbestimmung in der Astronomie ein. Bei der Reise von der Erde aus in immer entlegenere Gebiete des Alls schlug er einen Bogen von historischen Methoden bis hin zu modernsten Mitteln die eingesetzt werden, um Entfernungen und Strukturen von Objekten nicht nur in unserer Heimatgalaxie zu erkunden, sondern auch in die entferntesten Bereiche des Kosmos vorzudringen, über die wir überhaupt noch Informationen erhalten können.‎

Für den aus astronomischer Sicht „Nahbereich“ um die Erde, also Beobachtungen des Mondes, der Planeten und anderer Himmelsobjekte in unserem Sonnensystem ist hierbei die Anwendung mathematischen Grundwissens aus der Trigonometrie ausreichend. Um bei der auch mit diesen Mitteln bewältigbaren Entfernungsmessung naher Sterne keine zu großen Zahlenwerte zu erhalten und das Arbeiten mit diesen Methoden so überschaubar wie möglich zu halten, führten die Astrophysiker die Einheit der Parallaxensekunde (1 pc = 3,26 Lj= 30,86 Billionen km) ein.‎
Eine weitere Möglichkeit, etwas über sehr weit entfernte astronomische Objekte zu erfahren bietet die Anwendung der Spektroskopie. Der Vortragende schloss hier an die den Schülerinnen und Schülern bereits aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht der Mittelstufe bekannten Grundlagen an.


Ein Vorteil dieser Methode ist, dass neben der Bestimmung der Entfernung noch viele weitere Informationen wie Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung oder Material, aus dem die beobachteten Objekte bestehen, erhalten werden können. Herr Rudolf verdeutlichte dies durch faszinierende Aufnahmen des Centaurus A in verschiedenen Wellenlängenbereichen.‎

Um aus spektroskopischen Bildern die oben genannten Informationen abzuleiten, wird ein Effekt eingesetzt, den alle Anwesenden aus der Akustik kennen: Das Geräusch eines auf einen Beobachter zufahrenden Fahrzeugs erscheint immer höher als das eines sich entfernenden Fahrzeugs. Im optischen Bereich führt dieser Doppler-Effekt zu einer Farbverschiebung der beobachteten Objekte, die für den Erhalt der oben genannten Informationen ausgewertet wird.‎
Des Weiteren führte Herr Rudolf Verfahren auf, welche die Leuchtkraft zu untersuchender Sterne mit berücksichtigen und stellte eines der mächtigsten Werkzeuge der Astrophysik, das Hertzsprung-Russell-Diagramm vor. Auch Leuchtkraftschwankungen, die bei sich umkreisenden Objekten, die wir nur als einen einzigen Lichtpunkt wahrnehmen, werden bei Entfernungsbestimmungen erfolgreich eingesetzt.
Abschließend verdeutlichte der Referent dem Publikum, dass selbst eine Kombination aller dieser Methoden nur dann erfolgversprechend ist im Hinblick auf Informationsgewinnung bei extrem weit entfernten Objekten, wenn man sehr viele Beobachtungsinstrumente wie z. B. Radioteleskope zusammenschaltet. Er erläuterte die dabei auftretenden Probleme und die zugehörigen Lösungen.‎
Als Resultat der neuesten astrophysikalischen Forschungen im Bereich der Ortsbestimmung von Himmelsobjekten gab Herr Rudolf als exakte Adresse der Schule an: Simon-Marius-Gymnasium, Simon-Marius-Straße 3, 91710 Gunzenhausen, Deutschland, Planet Erde, Sonnensystem, Milchstraße, am Rande des Orionarms, Lokale Gruppe, Virgohaufen, Supercluster Laniakea.‎
Mit einigen Schülerinnen und Schülern ergab sich im Anschluss an den Vortrag eine intensive Diskussion über Fragen der aktuellsten Astrophysik im Speziellen sowie der naturwissenschaftlichen Forschung im Allgemeinen.
An dieser Stelle nochmals herzlichen Dank an Werner Rudolf, der sich die Zeit nahm, uns diesen interessanten Vortrag zu halten und dem es wieder einmal gelungen war, das Publikum einen Schritt näher an die Astrophysik heranzubringen.‎

U. Kiesmüller