Wie misst man einen Stern?

Die kosmische Entfernungsleiter: Wie messen wir die Distanz zu Sternen?

Die scheinbar unüberwindliche Weite des Kosmos stellt uns vor eine immense Herausforderung: Wie misst man die Distanz zu fernen Sonnen, zu Sternen, die Lichtjahre von uns entfernt sind? Ein Lineal reicht hier natürlich nicht aus. Stattdessen bedienen sich Astronomen einer raffinierten Methode, die auf einer Kombination aus verschiedenen Techniken basiert – der sogenannten kosmischen Entfernungsleiter. Diese Leiter besteht aus verschiedenen Stufen, wobei jede Stufe auf der vorherigen aufbaut und für immer größere Distanzen eingesetzt wird.

Die unterste Stufe dieser Leiter, und damit die Methode für die Messung der Distanz zu relativ nahen Sternen, ist die Parallaxenmessung. Sie basiert auf einem einfachen, aber genialen Prinzip: der perspektivischen Verschiebung. Stellen Sie sich vor, Sie halten einen Finger vor Ihr Gesicht und wechseln abwechselnd das Auge. Ihr Finger scheint sich vor dem Hintergrund zu verschieben. Dasselbe Prinzip gilt für Sterne.

Wenn die Erde um die Sonne kreist, ändert sich unser Blickwinkel auf einen nahen Stern leicht. Über ein halbes Jahr hinweg, wenn sich die Erde auf gegenüberliegenden Seiten ihrer Umlaufbahn befindet, wird die Position des Sterns relativ zu weiter entfernten Sternen, die als Fixpunkte dienen, präzise vermessen. Dieser winzige Winkelunterschied, die sogenannte Parallaxe, ist ein direktes Maß für die Entfernung des Sterns. Je kleiner die Parallaxe, desto weiter entfernt ist der Stern. Die Formel zur Berechnung der Entfernung ist relativ einfach, erfordert aber hochpräzise Winkelmessungen. Diese Messungen sind jedoch nur bis zu einer bestimmten Entfernung möglich, da die Parallaxe bei sehr weit entfernten Sternen zu klein wird, um noch zuverlässig gemessen zu werden.

Für größere Entfernungen benötigen wir andere Methoden. Hier kommen Standardkerzen ins Spiel. Eine Standardkerze ist ein astronomisches Objekt mit bekannter intrinsischer Leuchtkraft (absolute Helligkeit). Durch den Vergleich der scheinbaren Helligkeit (wie hell uns der Stern erscheint) mit der bekannten absoluten Helligkeit lässt sich die Entfernung berechnen. Das klingt einfacher als es ist: die Bestimmung der absoluten Helligkeit ist oft schwierig und hängt von der Art des Objekts ab.

Bekannte Standardkerzen sind unter anderem Cepheiden (pulsare Sterne mit periodisch veränderlicher Helligkeit) und Typ-Ia-Supernovae (Sterne, die am Ende ihres Lebens in einer besonders hellen Explosion zerplatzen). Cepheiden haben den Vorteil, dass ihre Periode direkt mit ihrer absoluten Helligkeit korreliert. Typ-Ia-Supernovae hingegen haben alle eine sehr ähnliche absolute Helligkeit und dienen daher als äußerst zuverlässige Standardkerzen für extrem große Entfernungen.

Die kosmische Entfernungsleiter ist somit ein komplexes, hierarchisches System. Die genauen Entfernungen zu nahen Sternen, die mittels Parallaxe bestimmt werden, kalibrieren die Standardkerzen. Diese wiederum ermöglichen dann die Entfernungsbestimmung zu immer weiter entfernten Objekten. Die kontinuierliche Verbesserung der Messmethoden und die Entdeckung neuer Standardkerzen erlauben es uns, unser Verständnis des Kosmos und dessen Ausdehnung immer weiter zu verfeinern und die Distanz zu immer ferneren Sternen zu bestimmen. Die Reise zum Verständnis des Universums ist ein kontinuierlicher Prozess der Verfeinerung und Erweiterung dieser kosmischen Entfernungsleiter.