Sternengeschichten Folge 441: Die Bonner Durchmusterung

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Sternengeschichten Folge 441: Die Bonner Durchmusterung

Der Himmel ist voller Sterne. Als Astronom werde ich immer wieder mal gefragt, ob ich auch schon mal einen neuen Stern entdeckt habe. Habe ich nicht. Das tut man in der Astronomie so gut wie nie. Ab und zu findet man einen Stern, der außergewöhnlich ist, zum Beispiel die Sterne, die ich in den Folgen 433, 437 oder 438 vorgestellt habe. Aber die „entdeckt“ man nicht im eigentlichen Sinn. Man erforscht sie, und findet unter Umständen etwas cooles über sie raus! Es gibt schlicht und einfach zu viele Sterne um sie entdecken zu können. Unsere Milchstraße besteht aus circa 200 Milliarden Sterne. Man muss nur mit einem ausreichend guten Teleskop ausreichend genau zum Himmel blicken, und hat mit einem Schlag mehr Sterne im Blick, als man überhaupt sinnvollerweise erforschen kann.

Die Sterne sind da, wir müssen einfach nur hinschauen, um sie zu sehen. Das hat mit „Entdecken“ nichts zu tun. Wir wollen die Sterne _verstehen_, wir wollen mehr über sie wissen, als nur dass sie da sind. Dafür müssen wir die unzähligen Sterne irgendwie sinnvoll organisieren, sortieren und vor allem katalogisieren. Das erste, was man von einem Stern wissen muss, ist seine Position am Himmel und seine Helligkeit. Auf diesen Daten baut der ganze Rest unseres Wissens über das Universum auf. Ohne diese absolut fundamentalen Informationen kann man keine seriöse astronomische Forschung angehen. Deswegen WAR die Astronomie die längste Zeit ihrer Existenz über auch genau das: Der Versuch, Positionen und Helligkeiten von so vielen Sternen wie möglich so genau wie möglich zu bestimmen.

Wir haben heute ein völlig anderes Bild von der Arbeit in der Astronomie als früher. Heute sehen wir die bunten Bilder der großen Weltraumteleskope. Wir sind fasziniert von der Erforschung schwarzer Löcher, ferner Galaxien, fremder Planeten. Die Astronomie ist ein großes Abenteuer bei der wir quer durch das gesamte Universum wandern. Die Astronomie war früher auch ein Abenteuer – aber eines, das aus heutiger Sicht sehr viel weniger aufregend wirkt. Wer früher – und damit ist alles gemeint, was circa bis zum Ende des 19. Jahrhunderts stattgefunden hat – ernsthaft astronomisch arbeiten wollte, musste vor allem sehr gut rechnen und beobachten können und durfte absolut kein Problem damit haben, über lange Zeit hinweg die immer gleichen, sich wiederholenden Arbeitsschritte zu absolvieren.

Man saß Nacht für Nacht vor dem Teleskop, in Kälte und in Dunkelheit. Nicht so wie heute, wo man die Beobachtungen vom warmen, hellen Kontrollraum steuert oder überhaupt vom Schreibtisch im eigenen Büro ganz woanders auf der Welt. Damals musste man mit eigenen Augen durchs Teleskop schauen und die Ergebnisse der Beobachtung händisch irgendwo notieren. Das Resultat so einer Beobachtungsnacht war eine lange Liste an Daten und Zahlen, die man dann untertags mathematisch auswerten musste. So ging es Tag für Tag und Nacht für Nacht. Ja, es gab auch andere Tätigkeiten; man konnte die Planeten beobachten; man konnte nach Kometen suchen; man konnte philosophisch über die Natur des Universum spekulieren, usw. Aber die „echte“ Astronomie damals war genau das: Die Position von Sternen messen. So viele wie möglich und so genau wie möglich. Und am Ende einen Katalog mit den Ergebnissen veröffentlichen.

Das klingt aus heutiger Sicht langweilig. Ist es aber nicht. Das ist auch heute noch enorm wichtig. Wir _brauchen_ diese Kataloge. Sie sind immer noch die Grundlage der Astronomie. Ich hab in den Folgen 370 und 395 schon genauer erklärt, warum das so wichtig ist. Kurz gesagt: Was auch immer wir wissen wollen – wie alt ein Stern ist, wie heiß er ist, wie weit er entfernt ist, ob er von Planeten umkreist wird oder nicht, und so weiter – was auch immer wir wissen wollen: Wir müssen zuerst wissen, wo sich der Stern am Himmel befindet und wie hell er ist.

Sternkataloge hat man daher von Anfang an erstellt. Zuerst hat man die Sterne einfach „so“, mit freiem Auge beobachtet und die entsprechenden Daten so gut wie möglich geschätzt. Später hat man Hilfsmittel benutzt, Instrumente aus Stein oder Holz um die Höhe der Sterne über dem Horizont zu messen und ihre Bewegung verfolgen zu können. Dann kamen die Teleskope, die die Beobachtung einfacher machten – aber auch sehr viel mehr Sterne sichtbar: Noch mehr Material für noch mehr Beobachtungen…

In der heutigen Folge der Sternengeschichten möchte ich mich einem ganz speziellen Katalog widmen, der im 19. Jahrhundert und darüber hinaus von enormer Bedeutung für die Astronomie war. Es geht um die „Bonner Durchmusterung“, die – wie der Name andeutet – an der Sternwarten von Bonn in Deutschland erstellt wurde. Und zwar von Friedrich Wilhelm August Argelander. Er wurde am 22. März 1799 in Klaipėda geboren. Das liegt heute in Litauen; war damals aber Teil von Ostpreußen und Argelanders Geburtsstadt trug den deutschen Namen „Memel“. Er begann ein Studium an der Universität Königsberg; eigentlich um dort Wirtschaft zu studieren. Zu der Zeit hielt dort aber der große Astronom Friedrich Wilhelm Bessel Vorlesungen und die begeisterten Argelander so, dass er auf Astronomie umstieg. Nach dem Studium arbeitete er zuerst an der finnischen Sternwarte in Turku; später wurde er Professor an der Universität Helsinki. In seiner Zeit in Finnland beschäftigte sich Argelander vor allem mit der Messung von Helligkeiten der Sterne und mit Untersuchungen zu ihrer Bewegung. 1836 aber beschloss Preußen, eine neue Sternwarte in Bonn zu bauen. Und Argelander sollte ihr erster Direktor werden, was ein Jahr später auch genau so passierte. Es hat dann aber noch bis 1845 gedauert, bis das Observatorium fertig war.

Damals gab es natürlich schon Sternkarten und -kataloge. Argelander selbst hatte sich immer wieder damit beschäftigt und Daten gesammelt. Aber wie das so ist mit solchen Projekten: Man verliert leicht den Überblick. Sterne schauen ja nur wie helle Punkte am Himmel aus; einer wie der andere. Und bei so VIELEN Punkten, macht man leicht mal Fehler. Manche Sterne, die man im Teleskop sehen konnten, fehlten in den Karten; manche waren in der Karte, obwohl es sie am Himmel gar nicht gab. Unterschiedliche Kataloge machten unterschiedliche Angaben. Und je besser die Teleskope wurden, desto mehr Sterne konnte man sehen – und wenn die neuen nicht bald in den Katalogen landeten, dann war das Potenzial für Verwechslungen und Fehler groß. Mitte des 19. Jahrhunderts brauchte es dringend einen neuen und besseren Katalog. Nicht nur der Sterne wegen: 1801 hatte man den ersten Asteroid im Sonnensystem entdeckt; in den nächsten Jahrzehnten einen ganzen Schwung mehr dieser Himmelskörper. Im Gegensatz zu Kometen schauen Asteroiden im Teleskop aber auch nur aus wie helle Punkt. Anders gesagt: Sie sehen aus wie Sterne und wenn man sie beobachten und entdecken will, schafft das natürlich Probleme. Nur wenn man ganz genau weiß, wo am Himmel überall die Sterne sind, kann es einem auffallen, dass da ein weiterer Lichtpunkt ist, der nicht dazu passt und der kein Stern, sondern ein Asteroid ist.

Es gab noch jede Menge andere Gründe, einen neuen Katalog zu erstellen und Argelander nahm sich vor, einen Katalog zu machen, der nicht nur umfangreicher war als die bisherigen, sondern auch genauer und vor allem ohne Fehler. Dazu musste er sich aber erst einmal ein entsprechendes Verfahren überlegen. Wenn man so des Nachts in der Sternwarte sitzt und durchs Teleskop schaut, sollte es ja dunkel sein. Nur wenn die Augen völlig an die Dunkelheit angepasst sind, kann man auch noch die schwachen Sterne am Himmel erkennen. Wenn man aber gleichzeitig die Position der Sterne im Teleskop mit denen von Sternen auf einer Sternkarte vergleichen muss, wird es schwierig. Dann braucht man Licht und wenn man ständig von Hell nach dunkel wechselt, sieht man nichts mehr. Es ist auch problematisch, wenn man immer wieder zum Himmel schaut, dann den Blick wieder vom Teleskop löst, wieder durch schaut, und so weiter. Auch da kommt es leicht zu Verwechslungen; man übersieht Sterne, die man eigentlich notieren sollte oder trägt andere doppelt in die Liste ein. Die bisherigen Methoden – so Argelander – waren nicht ausreichend für einen wirklich GUTEN Katalog.

Nach viel probieren sah seine Methode am Ende dann so aus: Beobachtet wird an der Sternwarte Bonn, mit einem vergleichsweise kleinem Teleskop. Das von Joseph von Fraunhofer hergestellte Instrument hat nur eine Öffnung von 7,8 Zentimeter – aber ein 6 Grad großes Gesichtsfeld. Damit würde man 12 Vollmonde nebeneinander am Himmel im Teleskop sehen können – oder eben einen entsprechend großen Ausschnitt des Sternenhimmels. Beobachtet werden sollten alle Sterne mit einer Deklination von -2 Grad bis +90 Grad. Die Deklination ist eine der beiden Koordinaten die man am Himmel braucht, um die Position eines Sterns anzugeben. Sie ist am Himmel das, was auf der Erde die geografische Breite ist. Ein Stern mit einer Deklination von +90 Grad würde genau im Himmelsnordpol stehen, einer mit -90 Grad entsprechend am Himmelssüdpol und bei 0 Grad ist der Himmelsäquator; also der an den Himmel projizierte Äquator der Erde. Anders gesagt: Argelander wollte die gesamte nördliche Hälfte des Sternenhimmels kartografieren und einen kleinen Teil des südlichen. Dabei sollten alle Sterne bis zur 9 Größenklasse katalogisiert werden. Also nicht nur die, die man ohne Teleskop sehen kann – das sind grob die Sterne von erster bis zur sechsten Größenklasse – sondern auch die, die noch ein bisschen schwächer leuchten. Der konkrete Beobachtungsablauf funktionierte dann so: Eine Person saß – oder besser gesagt: lag halbwegs bequem – unter dem Teleskop. Sie hatte ihr Auge immer am Objektiv und blickte auf die Sterne. Im Teleskop war eine Glasplatte mit Markierungen eingebaut. Einmal waagrechte Striche, um direkt die Deklination ablesen zu können, auf 6 Bogensekunden genau, also mit einer Genauigkeit von 0,0016 Grad. Es braucht aber noch eine zweite Koordinate, die Rektaszension. Die wird in der Astronomie in Stunden gemessen. Sie entspricht der geografischen Länge auf der Erde. Vereinfacht gesagt kann man sich das so vorstellen: Der Sternenhimmel dreht sich – scheinbar, weil sich ja die Erde um ihre Achse dreht – in 24 Stunden einmal komplett herum. Markiert man die Position eines Sterns zu einem bestimmten Zeitpunkt, dann wird er 24 Stunden später wieder an diesem Punkt sein (wie gesagt, das ist eine vereinfachte Darstellung; ich hab das in Folge 307 genauer erklärt). Man hat nun einen bestimmten Punkt am Himmel ausgewählt – den Frühlingspunkt, also der Punkt am Himmel, in dem die Sonne genau zu Frühlingsanfang zu finden ist – und misst die Rektaszension von dort aus (so wie man auf der Erde die geografische Länge von Greenwich in London aus misst). Der Frühlingspunkt dreht sich mit dem Himmel mit, darum bleibt die Rektaszension eines Sterns gleich. In der Praxis beobachtet man den Sternenhimmel in einem Teleskop, das fix montiert ist. Man sieht darin also, wie die Sterne sich mit der Drehung des Himmels bewegen. Sobald sie eine bestimmte Grenze überschreiten – Argelander hatte dazu eine vertikale Linie auf der Glasplatte in seinem Teleskop markiert – schreibt man den exakten Zeitpunkt auf. Aus dieser Zeit kann man später berechnen, welche Rektaszension der Stern hat.

Die eine Person, die unter dem Teleskop liegt, tut also nichts anders, als die durch das Blickfeld ziehenden Sterne zu beobachten. Sobald ein Stern die Vertikale Linie passiert, ruft sie laut die von ihr geschätzte Helligkeit in den Raum. Dort sitzt eine zweite Person, die ständig eine astronomische Uhr im Blick hat. Sie schreibt die Uhrzeit und die Helligkeit in eine Liste während die erste Person die Deklination notiert (ohne dabei den Blick vom Himmel zu lösen). Das kann durchaus stressig werden; bei Argelanders Beobachtungen mussten manchmal bis zu 30 Sterne pro Minute notiert werden. Sicherheitshalber machte man deshalb immer zwei Durchläufe und nur dort, wo beide übereinstimmten, nahm man die Daten in den Katalog auf. Die beobachtenden Personen waren auch meistens nur zwischen einer und eineinhalb Stunden bei der Arbeit. Während ein frisches Team die Arbeit weiterführte, wurden die gerade gemachten Beobachtungen sofort verglichen und nach Unstimmigkeiten gesucht, solange man noch alles was man gesehen hatte, frisch im Gedächtnis war.

Argelander selbst übernahm vor allem die Organisation des ganzen; die Beobachtungen wurden hauptsächlich von seinen Assistenten Eduard Schönfeld und Adalbert Krüger durchgeführt. Das Projekt startete am 25. Februar 1852 und die letzten Beobachtungen wurden am 27. März 1859 gemacht. In dieser Zeit hatte man 324.198 Sterne vermessen. Bis der Katalog fertig war, dauerte es aber noch. Der erste Teil konnte gleich 1859 veröffentlicht werden; die Teile 2 und 3 folgten 1861 und 1862. Damit war der beste, umfangreichste und genaueste Sternenkatalog der damaligen Zeit fertig. Er wurde schnell unter dem Namen „Bonner Durchmusterung“ bekannt. Heute gibt es natürlich wesentlich bessere Kataloge; das Weltraumteleskop GAIA hat 2018 eine Datenbank mit Informationen über 1,7 Milliarden Sterne veröffentlicht. Aber für das späte 19. Jahrhundert war die Bonner Durchmusterung absolut hervorragend. Und ihre Spuren findet man heute noch: Zum Beispiel in der Bezeichnung mancher Sterne. Viele, die keinen prominenten Namen haben, werden manchmal immer noch mit ihrer Katalognummer aus der Bonner Durchmusterung klassifiziert. Zum Beispiel „BD+19°2777“: Das ist der 2777te Stern im Katalog in der Zone am Himmel, die zwischen 19 und 20 Grad Deklination liegt. In dem Fall hat der Stern übrigens einen prominenten Namen, es handelt sich um Arcturus, im Sternbild Bärenhüter.

Die Bonner Durchmusterung wurde bald nach ihrer Fertigstellung erweitert. Eduard Schönfeld, der nach Argelanders Tod im Jahr 1875 selbst Direktor der Sternwarte in Bonn wurde, katalogisierte bis 1881 immerhin 133.659 Sterne am Südhimmel; noch ein bisschen später wurde – diesmal unabhängig von Bonn – die „Cape Photographic Durchmusterung“ für den Südhimmel von Südafrika aus durchgeführt. Diesmal schon fotografisch und man schaffte es, knapp eine halbe Million Sterne in den Katalog aufzunehmen. Gleichzeitig machten sich Astronomen der Argentinischen Nationalsternwarte daran, den kompletten südlichen Himmel auf die gleiche Weise wie Argelander zu katalogisieren und das Resultat war die „Cordoba Durchmusterung“, die 1930 mehr als 600.000 Sterne umfasste.

Heute macht man solche Katalogprojekte mit Weltraumteleskopen; die erforderliche Genauigkeit ist so groß geworden, dass es von der Erde aus nicht mehr vernünftig machbar ist. Aber die alten Daten haben immer noch ihren Wert; oft braucht man alte Informationen um die neuen besser einordnen zu können. Bonn mag nicht mehr die Hauptstadt von Deutschland sein. In der Astronomie ist der Name der Stadt aber immer noch bestens bekannt.