Rainer Ramisch

1814 Der Münchener Optiker Joseph Fraunhofer (1787 – 1826) entdeckt im Spektrum des Sonnenlichts unzählige dunkle Linien. Diese Absorptionslinien werden verursacht durch die Elemente, die in dem durchstrahlten Gas (hier die Sonnenkorona) enthalten sind. Damit lassen sich die dort vorhandenen Elemente von der Erde aus nachweisen.
Bald entdeckte man diese Linien auch in den Spektren der Fixsterne. Daraus folgt, dass es im gesamten Kosmos die gleichen Elemente gibt wie auf der Erde.

1838 Der deutsche Astronom, Mathematiker und Physiker Friedrich Wilhelm Bessel (1784 – 1846) bestimmt erstmals die Parallaxe an einem Fixstern. Der Messwert von 0,3“ war extrem klein, obwohl es sich dabei um einen sonnennahen Stern (61 Cygni) handelt. Kein Wunder also, dass sie bis dahin nicht beobachtet werden konnte.
Die daraus berechnete Entfernung von etwa 100 Billionen km ist mehr als 600 000-mal so groß wie der Abstand der Erde von der Sonne und sprengte damals alle hergebrachten Vorstellungen von der Größe des Universums.

1896 Entdeckung der Radioaktivität durch den französischen Physiker Henri Becquerel (1852 – 1908).

1905 Der deutsche Physiker mit Schweizer und US-amerikanischer Staatsbürgerschaft Albert Einstein (1879 – 1955) veröffentlicht die spezielle Relativitätstheorie. Sie fußt auf der Annahme, dass der Betrag der Lichtgeschwindigkeit \(c\) - unabhängig von den Bewegungen von Lichtquelle oder Beobachter – immer gleich groß ist: sie ist eine universelle Konstante und zudem die größtmögliche Geschwindigkeit überhaupt.
Was damals noch eine gewagte Theorie schien, ist heute eine vielfach experimentell abgesicherte Tatsache.

Eine ganze Reihe ungeklärter physikalischer Fragen konnte damit endlich geklärt werden. Insbesondere sind Raum und Zeit keine absoluten Begriffe mehr, sie sind relativ, d. h. sie hängen von den Bewegungen des Beobachters und des beobachteten Objekts ab. Energie \(E\) und Masse \(m\) sind gleichwertig, sie lassen sich ineinander umwandeln nach der berühmten Gleichung \(E = mc^2\).

Mit der Entwicklung immer leistungsstärkerer Teleskope entpuppten sich viele bis dahin für schwache Sterne oder nebelartige Gebilde gehaltene Objekte als extrem weit entfernte andere Galaxien – Sternsysteme ähnlich unserer eigenen Milchstraße.

1912 Die US-amerikanische Astronomin Henrietta Swan Leavitt (1868 – 1921) entdeckt die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung bei sog. Veränderlichen Sternen (Cepheiden). Damit lassen sich nun weitaus größere Entfernungen bestimmen, als es die Parallaxenmethode ermöglicht. Da sich solche Cepheiden sogar in anderen Galaxien aufspüren lassen, kann damit auch deren Entfernung ermittelt werden.

1925 veröffentlicht Albert Einstein die allgemeine Relativitätstheorie. Sie stellt einen völlig neuen Ansatz zur Beschreibung der Gravitation dar: Der Raum um eine Masse wird durch diese „gekrümmt“. Aufgrund dieser Krümmung werden z. B. die eigentlich geradlinig bewegten Planeten auf ihre elliptischen Bahnen um die Sonne gezwungen. Sogar das Licht muss dieser Krümmung folgen und wird deshalb beim Vorübergang an einer großen Masse (Sonne) abgelenkt. Auch die Zeit vergeht in der Nähe großer Massen langsamer. All dies ist längst experimentell belegt.

Insbesondere folgt daraus, dass bei hinreichend großer Masse eines Objekts der umgebende Raum so stark gekrümmt wird, dass selbst das Licht diesen Bereich nicht mehr verlassen kann: es entsteht ein schwarzes Loch. Wir wissen heute, dass im Zentrum unserer Milchstraße ein schwarzes Loch mit 3,5 Millionen Sonnenmassen existiert.

1929 Der US-amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble (1889 – 1953) entdeckt, dass die Absorptionslinien in den Spektren von Galaxien, verglichen mit irdischen Vergleichsspektren, mehr oder weniger zu größeren Wellenlängen verschoben sind. Er deutet diese Rotverschiebung dahingehend, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen, und zwar umso schneller, je größer ihr gegenseitiger Abstand bereits ist.

Auch diese „Galaxienflucht“ wird im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie verständlich: Die Galaxien entfernen sich voneinander, weil der Raum selbst sich ausdehnt. In einem Analogiebild wäre die Oberfläche eines Luftballons ein in sich geschlossener zweidimensionaler „Kosmos“, der in die dritte Dimension hinein gekrümmt ist. Punkte auf dem Luftballon („Galaxien“) würden dann beim Aufblasen voneinander wegstreben. Dabei gibt es keinen Punkt, der irgendwie gegenüber den anderen ausgezeichnet wäre, somit auch keinen Mittelpunkt.

1937 – 1939 Hans Bethe (1906 – 2005) und Carl Friedrich Weizsäcker (1912 – 2007) finden die Mechanismen, die in den Sternen für die Energieerzeugung ablaufen:
Beim Proton-Proton-Zyklus und beim CNO-Zyklus werden auf unterschiedliche Weise jeweils vier Wasserstoffkerne (Protonen) zu einem Heliumkern „verschmolzen“ (Kernfusion).

Sind 10 % des Wasserstoffs auf diese Weise „verbrannt“, dann bläht sich der Stern zunächst auf: er wird zu einem Roten Riesen. Jetzt wird Helium zu noch schwereren Elementen fusioniert.
Das Endstadium hängt von der Masse des Sterns ab. Stark vereinfacht gilt:
Ist sie viel größer als die Sonnenmasse, dann explodiert der Stern nach weiteren Millionen Jahren „Brenndauer“ als Supernova; der Rest fällt zusammen zu einem Neutronenstern oder einem schwarzen Loch.
Massearme Sterne hingegen stoßen nach Milliarden Jahren ihre Gashülle ab; übrig bleibt ein Weißer Zwerg, der allmählich verglüht.

1965 Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung durch Arno Penzias (* 1933) und Robert Woodrow Wilson (* 1936). Sie stammt aus einer Zeit etwa 400 000 Jahre nach dem Urknall. Das Urplasma aus Protonen, Elektronen und Photonen hatte sich durch die Ausdehnung des Raumes auf nunmehr etwa 3000 K abgekühlt. Jetzt konnten Protonen und Elektronen zu neutralem Wasserstoff „rekombinieren“. Dadurch wurde der Raum für die elektromagnetische Strahlung (Photonen) „durchsichtig“; man spricht von der Entkopplung von Strahlung und Materie. Die Wellenlänge der Strahlung lag damals aufgrund der Temperatur bei etwa 1 μm.
Durch die weitere Expansion des Kosmos vergrößerte sich die Wellenlänge wegen der Rotverschiebung auf heute etwa 1 mm; das liegt im Mikrowellenbereich und entspricht der Strahlung eines Schwarzen Körpers von 2,72 K.
Die Hintergrundstrahlung erfüllt den Raum sehr gleichmäßig und ist das Älteste, was heute beobachtet werden kann. Damit folgt für das Universum ein Alter von rund 14 Milliarden Jahren.

1967 Jocelyn Bell (* 1943) entdeckt erstmals einen Neutronenstern (Pulsar).

1988 Entdeckung des ersten Exoplaneten, also eines Planeten, der nicht zu unserem Sonnensystem gehört, sondern einen anderen Fixstern umkreist.
Mittlerweile (2021) sind über 4400 solche Objekte bekannt.

Aktuelle Fragestellungen

Die sichtbare Masse der Galaxien scheint zu klein, um die Sterne an sich binden zu können. Es wäre etwa 5-mal so viel nichtleuchtende Materie nötig. Diese Dunkle Materie dürfte nur gravitativ wirken, sonst aber keinerlei andere Wechselwirkung zeigen. Sie wäre demnach mit den üblichen Methoden nicht zu beobachten.
Moderne Messungen legen nahe, dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt. Aufgrund der Massenanziehung sollte sich die Ausdehnung aber verlangsamen. Es müßte also eine Dunkle Energie geben, die der Gravitation entgegenwirkt. Diese bisher unbekannte Energieform müsste etwa 70 % der Gesamtenergie des Kosmos ausmachen.