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Entdeckung der Perioden-Helligkeits-Beziehung

Description:  Die Frage nach den Entfernungsmaßstäben im All ist immer auch verknüpft mit den jeweiligen Vorstellungen über das Weltbild.
Author:Manfred Holl
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ISBN: 3642048366   ISBN: 3642048366   ISBN: 3642048366   ISBN: 3642048366 
 
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Entdeckung der Perioden-Helligkeits-Beziehung

Die Frage nach den Entfernungsmaßstäben im All ist immer auch verknüpft mit den jeweiligen Vorstellungen über das Weltbild.

In der Antike glaubten die Menschen, daß die Erde, einer Scheibe gleich, in einem unendlichen Meer schwimme, und sich über ihr Himmelsbogen spanne, dessen Lichtpunkte bei Nacht die Grenzen der Welt markierten. Selbst als Nicolaus Copernicus (1473-1543) seinen Zeitgenossen die Absurdität ihres Glaubens an einen Mittelpunkt des Universums vor Augen führte, verstummten die Zweifel nie ganz.

Erst nach der Einweihung des 100-inch-Teleskops auf dem Mt. Wilson und den Beobachtungen Edwin P. Hubbles (1889-1953), die in der Bestimmung der Entfernung des Andromedanebels im Jahre 1923 gipfelten, dämmerte es den Astronomen von welch gigantischem Ausmaß das Weltall ist und welche kosmologischen Abgründe sich vor ihnen auftaten. . Zwar lag der errechnete Wert von 700.000 LJ. um einen Faktor 3 zu niedrig (heutiger Wert: ca. 2,8 Mio. Lj.), doch genügte er fürs erste, um einen ungefähren Anhaltspunkt für die wahren Größenverhältnisse zu bekommen.

Die ersten folgerichtigen Ansätze zur Lösung des Problems kamen allerdings 15 Jahre zuvor aus einer ganz anderen Richtung.

Edward Charles Pickering (1846-1919), dem wir die bekannte Stufenschätzmethode aus der Veränderlichenbeobachtung verdanken, stand seit 1876 dem Harvard Observatory als Direktor vor und schaffte es durch geschicktes Taktieren, die Sternwarte aus bescheidenen Anfängen heraus zu einer astronomischen Forschungsstätte ersten Ranges zu führen. Ab 1895 zählte zu seinen Mitarbeiterinnen auch eine junge Frau von 27 Jahren: Henrietta Swann Leavitt.

Am 4. Juli 1868 in Lancaster im US-Bundesstaat Massachusetts geboren, wuchs sie in Cambridge auf, besuchte dort das Collegiate Institute of Oberlin und im Anschluß daran das Radcliffe College. In diese Zeit fällt auch ihre erste Begegnung mit der Astronomie und Prof. Pickering. Inwieweit beides in Zusammenhang steht, läßt sich heute nur schwer beurteilen, bekannt ist jedoch des Professors Vorliebe für Astronominnen.

Henrietta Leavitt bekam zunächst Arbeiten aus dem Bereich der Sternphotometrie zugewiesen. Irgendwann kurze Zeit späte muß sich ihr Interesse auf die Beobachtung Veränderlicher Sterne konzentriert haben, denn schon 1908 veröffentlichte sie einen kleinen Katalog mit den Angaben von 1777 dieser Objekte in der Kleinen Magellanschen Wolke. Lediglich bei 16 Sternen gelang eine Periodenbestimmung; ihre Werte streuten über einen Zeitraum von 1,25 bis 127 Tagen. Dennoch gelang ihr die Herstellung eines linearen Zusammenhang zwischen der Amplitude der Helligkeitsvariation und der scheinbaren visuellen Helligkeit. Erst weitere Beobachtungen und ein intensives Studium des Beobachtungsmaterials gaben Henrietta Leavitt die Gewißheit, hier tatsächlich ein mathematisches Gesetz entdeckt zu haben.

Der dänische Astronom Ejnar Hertzsprung (1873-1967) leitete nun aus den Forschungsergebnissen der Astronomin die Formel

Mv=-0,6 - 2,1 log P

ab und veröffentlichte sie erstmals in den Astronomischen Nachrichten 196 (1913/14) unter dem vielsagenden Titel: "Über die räumliche Verteilung der Veränderlichen vom Delta-Cephei-Typus".

Wie aber konnte Henrietta Leavitt überhaupt zu ihren Resultat kommen, und was war das besondere an den 16 Sternen der Kleinen Magellanschen Wolke?

Zur Identifikation der beobachteten Objekte, die, das war eine wesentliche Grundbedingung, ohne die sie ihre Entdeckung niemals hätte machen können, alle in ungefähr gleicher Entfernung standen, hatte sie die aufgezeichneten Lichtkurven mit denen bekannter Veränderlicher in unserer Milchstraße verglichen und dabei Ähnlichkeiten mit den Sternen delta Cephei und RR Lyrae entdeckt. Bemerkenswert erschien ihr besonders das Vorhandensein eines Cepheiden außerhalb der eigenen Galaxis, zeichnen sie sich doch durch eine enorme Gleichfömigkeit in ihrem Helligkeitsverlauf aus. In 5,37 Tagen schwankt ihre Helligkeit zwischen 3,7 und 4,6 mag.

Heute sind freilich noch andere Pulsationsveränderliche vom Typ der Cepheiden bekannt (z. B. die W-Virginis-Sterne), die aufgrund ihres Spektrum aber genau voneinander unterschieden werden können.

Die von Henrietta Leavitt beobachteten Veränderlichen gehören in unseren Tagen zur Gruppe der Klassischen Cepheiden, die eine Schwingungskonstante von 0,041 d aufweisen, d. h. in diesem Zeitraum schwankt der Sterndurchmesser zwischen seinem minimalen und seinem maximalen Wert.

Ihr ist also die Erkenntnis zu verdanken, daß Veränderliche Sterne mit langen Perioden entsprechend größere Helligkeiten zeigen - die Perioden-Helligkeits-Beziehung. Daraus kann der Astronom nun die absoluten Helligkeiten und aus ihnen wiederum die Entfernung zum Objekt errechnen.

Harlow Shapley (1885-1972) konnte schließlich 1918 durch die Beobachtung von 11 galaktischen Cepheiden der Perioden-Helligkeits-Beziehung zum Durchbruch in der Stellarastronomie verhelfen, wenngleich auch seine ursprünglichen Werte noch nicht mit den heutigen übereinstimmten.

Die Leistungen Henrietta Swann Leavitts waren bahnbrechend, um so erstaunlicher klingt es, daß sie dafür nie eine Auszeichnung erhielt - Hinweis auf die Einstellung ihrer männlichen Kollegen und die daraus resultierende Mißachtung ihrer Arbeiten?



Quellen:
Dieter B. Herrmann: Kosmische Weiten, Leipzig (1981)
Helena Korneck: Frauen in der Astronomie, SuW 21, 412 (1982)
Meyers Handbuch Weltall, Mannheim (1973)
Baker, Hardy: Der Kosmos-Sternführer, Stuttgart (1983)
Friedrich Becker: Geschichte der Astronomie, Mannheim (1968)
Herder Lexikon Naturwissenschaftler, Freiburg im Breisgau (1979)
  
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