August 2008 – Unsere Milchstraße

4. August 2008 - g.grutzeck

Viele von uns kennen die Geschichte, die ich vor ein paar Tagen von meiner Tante gehört habe, nachdem sie aus ihrem Urlaub in Ägypten zurückgekommen ist. “Auf einer Jeepsafari nachts in der Wüste konnte man so viele Sterne sehen, und ein hell leuchtendes Band mit unzähligen Sternen war auch da, quer über den Himmel. Unglaublich!” Darauf folgt dann häufig noch die Frage: “Was ist denn dieses helle Band aus Sternen am Himmel?”

Durch die permanente nächtliche Beleuchtung unseres Lebensraumes, auch schon in kleinen Städten, ist das “helle Band aus Sternen” für viele Menschen eine völlig neue Erfahrung. Wird der lichtverschmutzte Bereich unserer Städte verlassen und man begibt sich durch Urlaub oder andere Umstände in dunkle Gegenden und hat die Zeit und Muße, so werden plötzlich völlig neue Ansichten der Natur vor Augen geführt: ein dunkler, mit Sternen übersäter Himmel mit dem Band unserer Milchstrasse.

In der Geschichte der Menschheit ist das helle Band am Firmament wohl schon von den ersten Menschen beobachtet worden, da es zu bestimmten Jahreszeiten in dunklen Nächten als sehr markantes Objekt den gesamten Himmel überspannt. Die Germanen nannten sie “Iringsstraße” nach dem Gott des Lichts, Heimdall oder auch Iring. Die bekannteste Sage, nach der die Milchstraße benannt wurde, ist die aus der griechischen Mythologie. Danach habe Zeus seinen Sohn Herakles, der ihm von der sterblichen Frau Alkmene geschenkt wurde, an der Brust seiner göttlichen Frau Hera trinken lassen, als diese schlief. Herakles sollte auf diese Weise göttliche Kräfte erhalten. Aber er saugte so ungestüm, dass Hera erwachte und den ihr fremden Säugling zurück stieß; dabei wurde ein Strahl ihrer Milch über den ganzen Himmel verspritzt.

Wilhelm Herschel erkannte schon 1785 durch Auswertung von Sternzählungen die Scheibenform der Milchstraße. Harlow Shapley erforschte im Jahr 1919 in einer Untersuchung die Verteilung von Kugelsternhaufen in der Milchstraße und konnte nachweisen, dass die Sonne nicht im Zentrum der Galaxis sitzt, was von einigen Astronomen angenommen wurde, sondern mehr im Randbereich. Edwin Hubble konnte schließlich durch Entfernungsmessungen an anderen Spiralnebeln zeigen, dass diese außerhalb unserer Milchstraße stehen und eigenständige Galaxien sind, die in keinem Zusammenhang mit unserer Heimatgalaxie stehen.

Als Milchstraße wird in der Astronomie die längliche Aufhellung am Himmel bezeichnet. Astronomen gebrauchen oft auch das Wort “Milchstraßensystem” und meinen damit eine Galaxie. Unsere Galaxie, d.h. unser Milchstraßensystem, heißt übrigens auch “Galaxis”. Nebel, die zu unserer Galaxis gehören, werden deshalb auch “galaktische Nebel” genannt.

Erkläre ich dieses “Wortspiel” in unserer Sternwarte den Besuchern, so kommt oft die Antwort: “Galaxie, ja, das habe ich schon mal gehört, aber die sieht doch ganz anders aus, wie ein Seestern mit seitlich gebogenen Armen. Man kann doch hier nur ein helles Band am Himmel sehen.” Ich erkläre dann, dass wir unsere Galaxis von innen heraus sehen. Anhand einer Zeichnung erläutere ich die Beobachtung unserer Milchstraße. Ich habe auf ein Blatt Papier eine Spirale aufgezeichnet und in die Spirale einen Punkt gesetzt. “Das ist unsere Sonne, sie befindet sich hier in diesem Spiralarm. Schauen wir von oben auf das Blatt Papier, so sehen wir schön die gezeichneten Spiralarme.” Dann hebe ich das Blatt Papier an und lasse die Besucher auf die Seite des Blattes schauen. “Von der Seite sehen wir auf die Kante unserer Galaxis, die so genannte galaktische Scheibe. Wir sind ein Teil dieser Scheibe und befinden uns in ihr. Die Kante des Blattes ist die Seitenansicht unserer Galaxis.
Die einzelnen Spiralarme sind vom Standpunkt unseres Sonnensystems aus für den Laien nicht zu erkennen.

Mit dem bloßen Auge erblicken wir nur ein milchiges Band am Himmel. Unser Auge ist nicht in der Lage, die Sterne im Band der Milchstraße in Einzelsterne aufzulösen, aber schon mit einem Fernglas werden im Band der Milchstraße so viele Sterne sichtbar, dass man schnell die Orientierung verlieren kann. Voraussetzung ist ein dunkler Himmel fernab von störenden Lichtquellen, die ansonsten den Himmelshintergrund künstlich aufhellen und damit dem Auge nicht genug Kontrast lassen, um die zarte Struktur zu erkennen.

Vom Sternbild Schütze aus verläuft das Band in Richtung der Sternbilder Schild, Adler, Schwan, Cepheus, Kassiopeia, Perseus, Fuhrmann, Zwillinge, Orion, Kiel des Schiffs, Zentaur, Kreuz des Südens, Norma und Skorpion. Im Sternbild Schütze befindet sich der Kern unserer Galaxis, dieser Teil wird auch als zentrale Ausbauchung oder im englischen als “Bulge” bezeichnet und hat einen größeren Durchmesser als der Rest der Scheibe. Dies ist allerdings von Deutschland aus schwer zu sehen, da sich das Sternbild Schütze am südlichen Horizont befindet und durch die Absorption des Lichtes zum Horizont hin die Ausdehnung und Helligkeit der Milchstraße in dieser Blickrichtung im Vergleich zu anderen Milchstraßenregionen nicht deutlich sichtbar wird.
Die im Sommer sichtbare Milchstraße zur zentralen Ausbauchung hin, also zum Kern unserer Galaxis, mit den Sternbildern Schwan, Adler, Schild und Schütze ist aus Deutschland der hellste sichtbare Teil. Der Bereich der Wintermilchstraße, also der Bereich, den man von uns aus im Winter sehen kann, um die Sternbilder Orion, Zwillinge und Kassiopeia, ist wesentlich schwächer, da hier die Sternenanzahl im scheinbaren Band der Galaxie geringer ist. Es handelt sich um die Außenbereiche unserer galaktischen Scheibe.
Wir schauen also des Nachts im Sommer, wenn wir Richtung Süden schauen, in Richtung Kern unserer Milchstraße und im Winter in einen Außenbereich unserer Milchstraße.

Die Erforschung über die Struktur, Zusammensetzung und Aussehen unserer eigenen Heimatgalaxie ist gegenüber anderen entfernten Galaxien schwieriger. Unser Sonnensystem ist ein Teil unserer Milchstraße und wir können von uns als Mitglied der Scheibe nur einen Teil überblicken. Viele Teile werden aber auch durch interstellare Materie der direkten Beobachtung im sichtbaren Licht entzogen. Insbesondere der im Sternbild Schütze gelegene Kern ist durch diese zum Mittelpunkt immer dichter werdenden Massen verdeckt. Mit der Untersuchung durch die Radioastronomie und Infrarotastronomie ist es möglich, durch Staub und interstellare Materie hindurchzuschauen, um auch die nicht im sichtbaren Bereich liegenden Teile zu untersuchen. Trotzdem wird ein Teil unserer eigenen Heimatgalaxie nicht erforschbar bleiben.

Unsere Heimatgalaxie ist eine Spiralgalaxie. Die Lage der Spiralarme von uns aus gesehen werden nach Sternbildern benannt, in deren Richtung die Spiralarme liegen. Unsere Sonne befindet sich im so genannten “lokalen Arm” oder auch Orionarm. Dieser befindet sich zwischen dem Sagittariusarm (also Richtung Sternbild Schütze) und dem Perseusarm (also Richtung Sternbild Perseus). Andere Arme haben die Bezeichnung Scutum-Centaurus-Arm sowie Normaarm.
Untersuchungen des Weltraumteleskops Spitzer aus dem Juni 2008 weisen auf eine Balkenspirale mit 2 Armen vom Typ SBc nach der Hubble-Klassifizierung hin. Der zentrale Balken hat eine Länge von 27.000 Lichtjahren, was ungewöhnlich lang ist im Vergleich zu anderen Balkenspiralen. Diese Untersuchungen bezeichnen den Sagittariusarm und den Normaarm nur noch als dünne Nebenarme.

Unser Sonnensystem mit der Sonne im Mittelpunkt, sowie den 8 Planeten und anderen kleineren Himmelskörpern wie Planetoiden, Kometen und Asterioiden, gehört zu einer unvorstellbar hohen Anzahl anderer Sonnen. Diese bilden zusammen das System unserer “Heimat-Galaxie”. Die Anzahl der Sterne wird zwischen 100 und 300 Milliarden Sonnen angegeben. Nochmals 600 bis mehrere Milliarden Sonnenmassen aus interstellarer Materie wie Gas und Staub und anderer Materie kommen hinzu. Die Gesamtmasse wird auf 1 Billioen Sonnenmassen geschätzt.

Die räumliche Ausdehnung der Milchstraße wird mit 100.000 Lichtjahren angegeben. Ihre Form ist von der Seite aus gesehen kein gerader Strich wie das Blatt Papier aus der Erläuterung der Seitenansicht, sondern in der Mitte ist unsere Heimatgalaxie “verdickt”. Dort befindet sich die zentrale Ausbauchung. In der Mitte ist die Dicke mit 16.000 Lichtjahren wesentlich größer als in den Außenbereichen mit 3.000 Lichtjahren. Alle hier im Text genannten Werte basieren auf dem heutigen Kenntnisstand und können von daher noch korrigiert werden.

Unsere Galaxis besteht aus verschiedenen Strukturen, die fließend ineinander übergehen. Die Mitte wird als Kernregion bezeichnet. Der Kern unserer Galaxie im Sternbild Schütze wird, wie beschrieben, durch Staub und interstellare Materie verdeckt. Man vermutet im Inneren ein “Schwarzes Loch”, welches eine Masse von drei bis vier Millionen Sonnenmassen besitzt. Darauf deuten Radio- und Infrarotmessungen hin, die von verschiedenen Beobachtungsprogrammen stammen. Die Radio- und Röntgenstrahlenquelle Sagitarius A* gibt einen Hinweis auf dieses massive Gebilde. In der galaktischen Scheibe befindet sich der größte Teil der Sterne. Die Spiralarme sind Teil der galaktischen Scheibe. In den Spiralarmen befinden sich riesige Ansammlungen von Wasserstoff. Auch sind hier die Sternentstehungsgebiete und die HII-Regionen zu finden. Ganz außen befindet sich ein Halo. Der Durchmesser des Halos wird auf 600.000 Lichtjahre geschätzt, er ist kugelförmig um die zentrale Scheibe angeordnet. In ihr sind die Kugelsternhaufen, Zwerggalaxien sowie eine recht hohe Anzahl von Population-II-Sternen (z.B. RR-Lyrae-Sterne) und Gas mit sehr geringer Dichte.

Unsere Sonne ist ca. 25-28.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum unserer Milchstraße entfernt und umkeist bei einer Geschwindigkeit von 220 km/s das Zentrum innerhalb von 220 bis 240 Millionen Jahren einmal. Sie befindet sich in der so genannten “lokalen Blase” im Orionarm. Die Bewegung verläuft nicht kreisförmig und gerade um das Zentrum, sondern sie schwankt innerhalb der Scheibe nach oben oder unten. Dadurch durchläuft unsere Sonne die Scheibe einmal in 30 bis 45 Millionen Jahren während ihrer Drehung um das Zentrum. Im Moment befindet sich unsere Sonne ca. 65 Lichtjahre über der galaktischen Scheibe. Der maximale Abstand zur Scheibe kann 250 Lichtjahre betragen.

Um unsere Heimatgalaxie herum – im Halo – sind verschiedene kleinere Zwerggalaxien angeordnet, die bekanntesten sind die Kleine und Große Magellansche Wolke. Die Große (LMC) ist 163.000 Lichtjahre entfernt, die Kleine (SMC) etwas weiter von uns entfernt, nämlich 195.000 Lichtjahre.
Der am weitesten entfernte Kugelsternhaufen ist NGC 2419 mit einer Entfernung von 300.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum.
Die Zwerggalaxie Canis Major (Canis Major Dwarf) ist mit einer Entfernung von 42.000 Lichtjahren die bis heute nächste Zwerggalaxie zum galaktischen Zentrum.

Unsere Milchstraße ist Mitglied in der lokalen Galaxiengruppe. Zu dieser Gruppe gehören die Andromedagalaxie sowie zahlreiche andere kleinere Galaxien. Galaxien, die in einer Entfernung von fünf Millionen Lichtjahren stehen, werden dazu gezählt. Die lokale Gruppe wiederum ist Bestandteil des Virgosuperhaufens, der nach dem im Zentrum stehenden Virgogalaxienhaufen benannt ist.

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Abb. 1: Georg Zeitler; Aufnahmeort: südlich von Bad Tölz; Datum: 09.Mai 2008; Kamera: Hutech EOS 40D; ISO: 800; Optik: Sigma 17-70 DC bei 17mm und f/4; Belichtungszeiten: Mosaik aus 2 mal 8 Minuten; Filter: Idas LPS Abb. 2: Oliver Schneider; Aufnahmeort: Eggeberg / Werther / Westfalen; Datum: 05.August 2007; Kamera: Canon EOS 350D selbstmodifiziert; ISO:800; Optik: 29 mm Pentacon Objektiv; Belichtungszeiten: 14 mal 5 Minuten; Filter: Idas LPS P II
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Abb. 3: Peter Heinzen; Aufnahmeort: Sternwarte "Simplon-Adler", Simplonpass, Schweiz. 2005 Meter ü.M.; Datum: 01. August 2008; Kamera: Canon EOS 40D Hutech modifiziert; ISO:1000; Optik: Canon EF 17-40mm USM f4.0 L; Belichtungszeiten:7 mal 7 Minuten; Filter: kein Filter Abb. 4: Thomas Gigl; Aufnahmeort: Cerro Paranal in Chile, direkt neben dem VLT; Datum: 13.April 2007; Kamera: Canon EOS 400D unmodifiziert; ISO:1600; Optik: Objektiv Sigma 17-70 bei 17mm, Blende 2.8; Belichtungszeiten: 5 mal 30 Sekunden !; Filter: kein Filter; Besonderes: gestackt mit Deepskystacker, Bearbeitung mit PS CS3, mangels einer Montierung konnte nur ca. 30 Sekunden belichtet werden
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Abb. 5: Bernd Gährken; Aufnahmeort: Namibia; Datum: 2003; Kamera: Spiegelreflexkamera mit chemischem Film; ISO: 1000; Optik: 50 mm Objektiv bei Blende 4; Belichtungszeiten: 15 Minuten je Einzelbild; Filter: kein Filter Abb. 6: Stephan Messner; Aufnahmeort: IAS-Observatory, Farm Hakos, Namibia; Datum: Juli 2004; Kamera: EOS 10D unmodifiziert; ISO: 800; Optik: Sigma 20mm f/1.8; Belichtungszeiten: pro Bild 3 mal 5 Minuten; Filter: kein Filter; Besonderes: Panorama aus ca. 20 Aufnahmen
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Abb. 7: Karl und Daniel Kohl (Astrobande; Aufnahmeort: Ramsau am Dachstein (1700m; Datum: 17/18 Juli 2008; Kamera: Canon EOS 350d (unmodifiziert); Optik: Standartobjektiv 19 bis 55 mm der Canon EOS 350D; Belichtungszeiten: 4 Bilder mit jeweils 5 mal 5 Minuten; Filter: kein Filter; Besonderes: ohne Guiding Abb. 8: Jörg Henkel; Aufnahmeort:VS-Tannheim (Schwarzwald); Datum: Anfang September 2007; Kamera:Canon EOS 20D ISO: 3200; Optik: Sigma 19-35 mm bei 19 mm; Belichtungszeiten: je 30 Sekunden;Filter:kein Filter;Besonderes: stehende Kamera auf Stativ, f/3,5, zusammengesetzt aus mehreren Aufnahmen, mit Neatimage entrauscht

Weiterführende Links:

http://www.nasa.gov/images/content/236084main_MilkyWay-full-annotated.jpg http://www.spitzer.caltech.edu/ http://www.spitzer.caltech.edu/Media/mediaimages/zooms/index.shtml http://chandra.harvard.edu/xray_sources/milky_way.html http://de.wikipedia.org/wiki/Milchstra%C3%9Fe http://de.wikipedia.org/wiki/Galaktisches_Zentrum http://de.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A%2A http://de.wikipedia.org/wiki/Lokale_Blase http://seds.lpl.arizona.edu/messier/more/mw.html http://de.wikipedia.org/wiki/Lokale_Gruppe http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Galaxien_der_Lokalen_Gruppe