…mehr als nur ein Band am Himmel.
Es ist schon fast ein Markzeichen für einen perfekten Sternehimmel oder so etwas wie das Gütesiegel für geringe Lichtverschmutzung: Das Band der Milchstrasse, welches sich zwischen den Sternbildern Zwillingen, Kassiopeia und Adler entlang zieht. Es hat einen hellen, milchigen Anstrich, deshalb der Name. In der griechischen Mythologie wurde es als verschüttete Muttermilch der Göttin Hera gedeutet.
Das helle, milchige Band der Milchstrasse ist das Markenzeichen für einen schönen Sternenhimmel
Quelle: böhringer friedrich - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=43742576
In Tat und Wahrheit handelt es sich dabei aber um ganz viele lichtschwache Sterne. Sie zeigen die Ausrichtung unserer Heimatgalaxie, die ebenfalls Milchstrasse genannt wird. Alle vom Erdhimmel mit blossem Auge sichtbaren Sterne gehören übrigens zur Milchstrassen-Galaxie. Die meisten liegen sogar in der direkten Nachbarschaft.
Inhaltsverzeichnis
Galaxien
Da draussen in den unendlichen Weiten des Weltalls gibt es nicht nur unsere Milchstrasse, sondern vermutlich Billionen weitere Galaxien. Diese können jedoch (ausser unsere Nachbarsgalaxie Andromeda) nur mit einem Teleskop beobachtet werden.
In den Weiten des Kosmos gibt es Billionen von Galaxien, die selbst wiederum Milliarden von Sternen enthalten
Quelle: ©allexxandarx - stock.adobe.com
Galaxien sind eine Ansammlung aus vielen (meist Milliarden) Sternen, Planeten, Gasnebel, Staubwolken, dunkler Materie, usw. Mehrere Galaxien können wiederum zusammen einen Galaxienhaufen bilden. Verschiedene Galaxien unterscheiden sich durch Grösse, Form und Anordnung der astronomischen Objekte. Man unterteilt sie in:
Spiralgalaxien (u.a. unsere Milchstrasse): Diese Galaxien sind scheibenförmig und weisen mehrere helle staub- und gasreiche Spiralarme auf. Der dunklere Raum zwischen den Spiralarmen ist dabei nicht leer, sondern enthält ebenfalls viele Sterne. Durch die etwas weniger hellen Sternen und eine etwas geringere Materialdichte ist es dort einfach nicht so lichtstark. In der Mitte der Spiralgalaxie befindet sich der «Bulge». Dieser ist viel dichter (und somit heller) als die Spirale und ausserdem nach oben und unten aufgewölbt (Rotationsellipsoide Form). Dort werden keine neuen Sterne mehr gebildet. Ganz im Zentrum des Bulge befindet sich ein «Schwarzes Loch». In diesem ist die Masse so stark konzentriert, dass kein Licht daraus mehr entweichen kann.
genereller Aufbau einer Spiralgalaxie (links) und Aufnahme der Spiralgalaxie “Messier 101” (rechts)
Quellen: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=80975687(links) und ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36216331 (rechts)
Seitenansicht ein Spiralgalaxie (links) und und Aufnahme der Spiralgalaxie “NGC 4565” mit dem aufgewölbten Bulge (rechts)
Quellen: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=80975700 (links) und ESO - http://www.eso.org/gallery/v/ESOPIA/Galaxies/phot-24a-05.tif.htmlhttps://www.eso.org/public/images/eso0525a/, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4809741 (rechts)
Die Bildung der Spiralarme wird mit sogenannten «Dichtewellen» erklärt. Man kann sich das Analog zu einer Wasserwelle vorstellen, im Wellenberg (also im Spiralarm) ist viel Materie, im Wellental (also im Raum zwischen den Spiralarmen) wenig Materie konzentriert. Ähnlich wie es Wasserwellen tun, bewegen sich auch die Dichtewellen (Spiralarme) der entsprechenden Galaxie indem sie um dessen Zentrum rotieren. Da das Gas im Spiralarm stark verdichtet ist, wird dort die Sternentstehung stark beschleunigt. Weil diese massenreichen neuen Sterne meist blau leuchten, erscheinen auch die Spiralarme in entsprechend blauer Färbung.
Die Objekte in einer Spiralgalaxie sind nicht starr, sondern sie rotieren um das Zentrum. Je nach Galaxie und Standort rotieren die Sterne schneller oder langsamer als die Dichtewellen. Dabei geraten die Sterne und interstellaren Teilchen immer wieder in einen Spiralarm rein und dann wieder raus. Es handelt sich nicht, wie bei den Planeten um die Sonne, um regelmässige elliptische Umlaufbahnen, sondern um unregelmässige Rosetten: Ein Stern befindet sich nach einem vollständigen Umlauf um das Galaxie-Zentrum an einem anderen Ort als vor Beginn der Umrundung. Nach den Gesetzen der Mechanik sollte die Rotationsgeschwindigkeit eigentlich mit zunehmender Entfernung vom Galaxie-Zentrum abnehmen (so wie bei den Planeten um die Sonne), doch stattdessen bleibt diese einer gewissen Entfernung vom Zentrum konstant. Dies wird mit der Existenz unsichtbarer «Dunkler-Materie» erklärt, die das Gravitationsfeld stark beeinflusst. Dunkle Materie ist unsichtbar, weil sie die Elektromagnetische Strahlung weder absorbieren, noch emittieren kann.
Der Unterschied zwischen berechneter und beobachteter Rotationsgeschwindigkeit je nach Abstand vom Galaxie-Zentrum, wird mit der Existenz nicht sichtbarer «Dunkler Materie» erklärt, die das Gravitationsfeld stark beeinflusst.
Quelle: PhilHibbs - Eigenes Werk in Inkscape 0.42, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=365013
Viele Spiralgalaxien (wie z.B. unsere Milchstrasse) weisen ausserdem noch ein vom Zentrum ausgehender helle Balken auf und werden Balkenspiralgalaxien genannt. Die Spiralarme gehen dabei nicht vom Bulge, sondern vom Balken aus. Im Balken werden besonders viele neue Sterne gebildet.
Balkenspiralgalaxie «NGC 1300»
Quelle: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team STScI/AURA) - http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2005/01/image/ahttp://www.spacetelescope.org/images/opo0501a/ ([cdn.spacetelescope.org/archives/images/screen/opo0501a.jpg direct link]), Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=119211
Elliptische Galaxien: Diese haben eine Rotationsellipsoide Form, bei denen keine besonderen Strukturen erkennbar sind, d.h. die Lichtverteilung ist regelmässig mit einer Abnahme der Intensität nach aussen. Die Sterne sind meist alt und interstellare Materie ist nur wenig vorhanden, wodurch nur sehr wenige neue Sterne gebildet werden. Im Zentrum befindet sich ebenfalls ein Schwarzes Loch.
Elliptische Galaxie «Messier 87»
Quelle: Credits: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgment: P. Cote (Herzberg Institute of Astrophysics) and E. Baltz (Stanford University) - https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/messier-87, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63524594
Linsenförmige Galaxien: Diese sind so etwas wie eine Zwischenform von Spiralgalaxien und Elliptischen Galaxien, d.h. sie weisen Eigenschaften von beiden auf. Sie sind scheibenförmig, haben keine oder nur kurze Spiralarme und enthalten nur wenig interstellare Materie. Die Helligkeitsverteilung ist eher regelmässig. Der Bulge entspricht demjenigen von Spiralgalaxien.
Irreguläre Galaxien: haben weder Spiralarme, noch eine elliptische Form. Meist handelt es sich um kleine Galaxien (Zwerggalaxien).
Unsere Heimatgalaxie "Milchstrasse"
Wir alle kennen diese faszinierenden Teleskop-Aufnahmen entfernter Galaxien, doch ein Schnappschuss von der Milchstrasse gibt es nicht. Weil wir uns mitten darin befinden und deshalb die Galaxie nicht von aussen her betrachtet werden kann, kann es diesen auch gar nicht geben. Der Aufbau der Milchstrasse kann aber natürlich trotzdem rekonstruiert werden:
das neuste Modell unserer Milchstrasse
Quelle: ESA - https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2022/06/Gaia_data_release_3_exploring_our_multi-dimensional_Milky_Way, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=119748804
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Milchstrasse um eine Balkenspiralgalaxie. Die Masse beträgt 1.5 Billionen Sonnenmassen und der Durchmesser wird auf 170'000 bis 200'000 Lichtjahre geschätzt. Es finden sich darin schätzungsweise 100 bis 400 Milliarden Sterne (tönt alles irgendwie abgefahren :-)). Den einzelnen Spiralarmen wurden dabei Namen zugeteilt:
Die verschiedenen Spiralarme der Milchstrasse
Quelle: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt - http://www.eso.org/public/images/eso1339e/, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=28274906
Ausserhalb der Milchstrassen-Scheibe befinden sich innerhalb des Halokreises zahlreiche kleinere Kugelsternhaufen und vermutlich auch Dunkle Materie.
Seitenansicht der Milchstrasse mit den kleineren Kugelsternhaufen oberhalb- und unterhalb davon
Quelle: ESO/S. Brunier - http://www.beacons.ai/kagman, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9559670
Die Milchstrasse hat ausserdem zahlreiche Zwerggalerien in der Nachbarschaft. Diese bilden zusammen mit der Milchstrasse die Milchstrassen-Untergruppe. Die bekanntesten Zwerggalaxien davon sind die Grosse- und die Kleine Magellansche Wolke.
Zwerggalaxien in der Nähe der Milchstrasse. Zusammen mit der Milchstrasse bilden sie Milchstrassen-Untergruppe
Quelle: Diese Datei wurde von diesem Werk abgeleitet: Satellite Galaxies.svg - Eigenes Werk, basierend auf: Satellite Galaxies.svg:http://www.atlasoftheuniverse.comRichard Powell, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=61502150
Die nächste Spiralgalaxie ist die 2.5 Mio. Lichtjahre entfernte Andromeda-Galaxie. Sie ist am Nachthimmel der Erde bei guten Bedingungen auch von blossem Auge sichtbar und befindet sich, wie es der Name sagt, im Sternbild Andromeda. Andromeda und die Milchstrasse, die etwa eine ähnliche Grösse haben, sind Teil einer Ansammlung von Galaxien, die «Lokale Gruppe» genannt wird. Milchstrasse und Andromeda bewegen sich aufeinander zu und werden in 3 bis 4 Milliarden Jahren "zusammenprallen", wodurch eine neue gemeinsame Galaxie entsteht. Dabei ist es unwahrscheinlich, dass Sterne miteinander kollidieren werden.
Andromedagalaxie im Sternbild «Andromeda». Die Aufnahme habe ich mit einer normalen Kamera in einer eher lichtverschmutzten Gegend gemacht.
Nahaufnahme von Andromeda
Quelle: Adam Evans - M31, the Andromeda Galaxy (now with h-alpha)Uploaded by NotFromUtrecht, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=90972229
Position unseres Sonnensystems in der Milchstrasse
Unser Sonnensystem befindet sich eher im äusseren Bereich der Galaxie und zwar am Rande des Orionarms (auch «lokaler Arm» genannt). Dieser stellt eine Art «Nebenarm» zwischen Perseus- und Sagittariusarm dar. In dieser Position umrundet unser Sonnensystem das Zentrum der Galaxie mit einer Periode von ca. 210 Millionen Jahren («Galaktisches Jahr»). Die Drehrichtung verläuft, aus der Blickrichtung des Galaktischen Nordpols, im Gegenuhrzeigersinn.
Position unseres Sonnensystems innerhalb der Milchstrasse: Es befindet sich im Orionarm.
Quelle: Milky_Way_Spiral_Arms.png: Dragons flightMilky_Way_Spiral_Arm.svg: Surachitderivative work: Monsih (talk) - Milky_Way_Spiral_Arms.pngMilky_Way_Spiral_Arm.svg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9498522
Schauen wir in die die direkte Nachbarschaft unseres Sonnensystems, dann befinden wir uns in einer Gegend mit relativ wenig interstellarem Staub. Diese wird die «lokale Blase» genannt. Dieser hat einen Durchmesser von 600 Lichtjahren und besteht v.a. aus interstellarem Wasserstoffgas. Schauen wir etwas genauer hin, sehen wir, dass sich das Sonnensystem innerhalb der lokalen Blase in einem Bereich befindet, wo die Dichte an interstellarem Material aber wieder vergleichsweise erhöht ist. Diese «Interstellare Wolke» wird «Lokale Flocke» genannt. Sie hat einen Durchmesser von ca. 30 Lichtjahren. Die Sterne in der Nachbarschaft sind Altair, Wega, Arktur, Formalhaut und Alpha Centauri. Dass diese Sterne an unserem Nachthimmel so besonders hell leuchten, hat also v.a. damit zu tun, dass ihr Abstand zur Erde relativ gering ist und nicht weil es an sich sehr helle Sterne wären. Auch alle anderen hellen Sterne des Nachthimmels befinden sich übrigens irgendwo in der lokalen Blase und Umgebung.
Karte der Lokalen Blase
Quelle: N. Henbest / H. Couper.Jschmied at de.wikipedia - aus dem Buch "Die Milchstraße" ISBN 3764352353, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16050435
Karte der Umgebung der Lokalen Blase
Quelle: N. Henbest / H. Couper - Aus dem Buch "Die Milchstraße" ISBN 3764352353, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12041039
Milchstrassen-Band
Das was wir von der Erde aus als Milchstrassen-Band am Nachthimmel sehen ist schlussendlich der Blick parallel zur Scheibe unserer Galaxie. Dort sind meisten Sterne vorhanden und folglich ist es dort auch heller. Die allermeisten Sterne können dabei nicht mehr als Einzelsterne wahrgenommen werden und «verschmelzen» deshalb zum milchig hellen Band. Innerhalb des hellen Bandes gibt es aber gleichzeitig noch relativ grosse dunklere Bereiche. Dabei handelt sich um Staubwolken, welche das helle Licht dahinter abdecken.
Bei den dunklen Bereichen innerhalb des hellen Bandes handelt es sich um Staubwolken, welche die hellen Bereiche dahinter verdecken
Quelle: ©rodphotographie - stock.adobe.com
Um das Milchstrassenband gut zu erkennen, musst du dich an einem Ort mit wenig Lichtverschmutzung befinden und der Mond sollte dabei nicht über dem Horizont sein. Dann entfaltet es seine volle Schönheit und man bekommt das bescheidene Gefühl, nur ein winzig kleiner Punkt des grossen Universums zu sein. Auch eigener Erfahrungen sind sie groben Strukturen des Milchstrasse-Band aber auch im Bereich mit Lichtverschmutzung erkennbar, nur fällt es einem nicht sofort auf.
Von der Erde aus gesehen befindet sich das Zentrum der Galaxie im Sternbild Schütze. Der Bulge ist jedoch nicht direkt sichtbar, da wie erwähnt Staub- und Gaswolken die Sicht verdecken. In diesem Bereich erscheint das Band aber trotzdem am hellsten. Da der Schütze ein Sommersternbild darstellt, ist dieser Bereich vor allem im Sommer gut zu beobachten. Gegenüber, d.h. bei den Wintersternbildern (Bereich Orion-Zwillinge-Fuhrmann) blicken wir «nach Aussen», also vom Zentrum weg. Dort ist auch der am wenigste helle Bereich des Milchstrasse-Bandes
Bereich um das Sternbild Schütze: Hellster Bereich des Bandes und gleichzeitig die Richtung zum Galaxie-Zentrums
Quelle: bearbeitet aus Dan Duriscoe, for the en:U.S. National Park Service. - http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap070508.html, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2296361
Was ausserdem auffällt: Das Milchstrassenband ist gegenüber dem Erd-Äquatorebene und der Ekliptik (Umlaufbahn der Erde um die Sonne) geneigt.
Erd-Äquator, Ekliptik und Milchstrasse in der Sternkarte. Sie sind jeweils gegeneinander geneigt
Neigung des Erd-Äquators gegenüber dem Galaktischen Äquator
Quelle: bearbeitet aus Painting by Jon Lomberg, Kepler mission diagram added by NASA. - https://web.archive.org/web/20170406050513/http://kepler.nasa.gov/images/LombergA1600-full.jpeg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3424521
Quellen
