Revolutionäre wider Willen

Der ETH-Astrophysiker Harry Nussbaumer weiss spannend über die Geschichte der Astronomie zu erzählen. Diese Geschichte handelt von kühnen Theoretikern und kühlen Rechnern – und ganz vielen offenen Fragen.

Rolf App
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Hier wirft das Hubble Space Telescope einen Blick durch die Zeiten ins frühe Universum: Die entferntesten Galaxien sind mehr als 13 Milliarden Jahre alt.

Hier wirft das Hubble Space Telescope einen Blick durch die Zeiten ins frühe Universum: Die entferntesten Galaxien sind mehr als 13 Milliarden Jahre alt.

Zuerst haben die Wissenschafter der US-Raumfahrtbehörde Nasa von einem «Grossen Kürbis» gesprochen, dann von einem Asteroiden mit «Totenkopfkostüm». Was an Halloween in knapp 500 000 Kilometern Entfernung an der Erde vorbeigesaust ist, hat die Phantasie sogar recht nüchterner Menschen voll beflügelt.

Beinahe wie damals, als die alten Griechen ihre Göttergeschichten an den Himmel projizierten, Sterne zu Sternbildern verbanden und unsere Heimatgalaxie zur Milchstrasse erklärten. Ein Kind namens Herkules hat da so kräftig an Heras Brust gesaugt, dass sich die Milch in hell leuchtenden Tropfen übers Firmament verteilt haben.

Verbunden mit dem Universum

Der ETH-Astrophysiker Harry Nussbaumer nimmt solche Geschichten durchaus ernst. Sie zeugen ebenso wie die Astrologie von einer «besonderen Art der Verbundenheit mit dem Universum». Die heutige Astronomie lehne die Astrologie zwar ab, sagt er. «Trotzdem ist es interessant zu sehen, dass Johannes Kepler – eine Schlüsselfigur in der Geschichte der Astronomie – Horoskope schrieb.»

Seit er zur Jahrtausendwende emeritiert worden ist, befasst Nussbaumer sich intensiv mit der Geschichte der Astronomie – unter Einschluss von Mythologie und Astrologie. Er hat dazu zwei wunderbar verständliche Bücher geschrieben. Und er wird morgen Mittwoch in der Veranstaltungsreihe der St. Gallischen Naturwissenschaftlichen Gesellschaft über die Bilder sprechen, die sich die Menschen vom Universum gemacht haben.

Nussbaumer ist auf Umwegen in die Physik geraten. Er hat eine kaufmännische Lehre absolviert, dann aber nach einem Militärunfall die Matura nachgeholt. «Mich hat die Physik interessiert, besonders die Spektroskopie, also die Analyse des Lichts, das von den Sternen zu uns gelangt», erzählt er im Dozentenfoyer der ETH Zürich, von dem aus man einen schönen Blick über die Stadt hat. Gerade zeigt sich die Sonne. Sie steht am Beginn von Nussbaumers Karriere im Zentrum seiner Forschungen.

Zum Rot hin verschoben

Dann erweitert sich das Themenspektrum: Zum einen werden durch Beobachtungssatelliten im Infrarot- und Ultraviolett-Bereich auch jene Teile des Lichts erfasst, die für unser Auge nicht sichtbar sind. Es gelingt, dem Licht der Sterne mehr Informationen zu entlocken.

Zum Beispiel zeigt sich: Je weiter entfernt sich eine Galaxie befindet, umso stärker wird ihr Spektrum zum Rot hin verschoben. Dieser Effekt entsteht dadurch, dass die Wellenlänge des Lichts gedehnt wird, wenn sich dessen Quelle von uns weg bewegt. Gestützt auf Einsteins Gleichungen ziehen 1922 der Russe Alexander Friedmann und fünf Jahre später der Belgier Georges Lemaître aus den sich häufenden Nachrichten galaktischer Rotverschiebungen den Schluss, dass das Universum expandiert. Rechnet man zurück, dann muss dieses Universum vor 14 Milliarden Jahren in einem Punkt konzentriert gewesen sein.

Immer schneller auseinander

Mittlerweile ist sogar klar, dass das Universum immer schneller auseinanderstrebt – was sich nur so erklären lässt, dass unbekannte Formen von Materie und Energie es gewissermassen auseinandertreiben. Mit dieser «dunklen» Energie und Materie müssen sich kommende Generationen beschäftigen.

Harry Nussbaumer sieht das mit grosser Gelassenheit. Die Physik hat gelernt, mit offenen Fragen zu leben. Albert Einstein zum Beispiel hat vor einem Jahrhundert mit einem stabilen Universum gerechnet – aber zur selben Zeit mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie die Grundlage gelegt zum Wandel dieses allzu vertrauten Bildes. Das daraus resultierende dynamische Universum ist ihm selber anfänglich unangenehm gewesen.

Das Modell der Griechen

Die Menschen sehnen sich nach nichts stärker als nach Stabilität. Auch am Himmel. So entwickeln schon die alten Griechen ein Modell des Universums, in dem alle Bahnen kreisförmig sind und die Erde im Zentrum steht. Leicht fällt es nicht, in dieses Modell die schleifenförmigen Planetenbahnen zu integrieren. Das Modell wird dadurch reichlich kompliziert, gleichwohl hält das christliche Mittelalter daran fest. Denn Gott muss ein perfektes Universum geschaffen haben, etwas anderes ist für die Menschen dieser Zeit kaum vorstellbar. Bis Beobachtungen ein Umdenken erzwingen.

«Es ist spannend zu sehen, wie sich mit Galileo Galilei, Nikolaus Kopernikus und Johannes Kepler in der Renaissance dieser Wandel vollzieht», beschreibt Nussbaumer den Umsturz des Weltbilds. «Kopernikus glaubt noch an die Kugelgestalt des Universums, stellt aber die Sonne ins Zentrum. Mit seinem Fernrohr beobachtet Galilei die Phasen der Venus – und schliesst daraus, dass die Planeten um die Sonne kreisen. Kepler schliesslich versucht deren Bahnen zu erklären – was sich als ausgesprochen schwierig erweist.»

Ellipsen statt Kreise

Denn aus den sehr genauen Beobachtungen seines Kollegen Tycho Brahe ergibt sich erstens, dass die Planetenbahnen Ellipsenform haben. Schlimmer noch: Die Trabanten der Sonne bewegen sich mal langsamer, mal schneller. «Das führt Kepler dann zur genialen Idee, dass zwischen den Körpern Kräfte wirken müssen», erklärt Nussbaumer. Robert Hooke und Isaac Newton bauen darauf die Idee der Gravitation auf.

Auch sie vermag nicht alle Fragen zu beantworten. Eine Erklärung für die Bahn des Planeten Merkur zum Beispiel findet erst Einstein. Er leitet eine neue Revolution im Weltbild ein.

Harry Nussbaumer: Von den antiken Himmelssphären zum Multiversum, Mittwoch 20.15 Uhr, HSG Hörsaal 01-012. Nussbaumers Bücher «Das Weltbild der Physik» und «Revolution am Himmel» sind im vdf Hochschulverlag erschienen.

Gemalte Mythologie: So stellte Tintoretto um 1575 die Entstehung der Milchstrasse dar. (Bilder aus: Harry Nussbaumer, Das Weltbild der Astronomie)

Gemalte Mythologie: So stellte Tintoretto um 1575 die Entstehung der Milchstrasse dar. (Bilder aus: Harry Nussbaumer, Das Weltbild der Astronomie)