Happy Birthday Neptun: Die Geschichte des einzig wahren “Planet X”

Heute feiert ein ganz besonderer Planet Geburtstag! Neptun wird ein Jahr alt! Naja – eigentlich hat er ja auch schon an die 4.5 Milliarden Jahren auf dem Buckel, so wie alle anderen Planeten im Sonnensystem auch. Aber Neptun kennen wir Menschen erst seit dem 24. September 1846. Seit damals sind fast 165 Jahre vergangen. 164 Jahre und 288 Tage, wenn man es genau nimmt. Und das ist auch exakt der Zeitraum, den Neptun benötigt, um die Sonne einmal zu umrunden. Seit seiner Entdeckung im 19. Jahrhundert hat er also erst jetzt einen kompletten Umlauf beendet (im Gegensatz zum oben verlinkten BBC-Artikel komme ich bei meiner Rechnung auf den 9. Juli 2011 als den Tag des Jubiläums – aber auf die 3 Tage kommt es auch nicht mehr an ne, der 12. Juli 2011 stimmt schon, siehe die Kommentare). Grund genug, um ordentlich zu feiern und noch einmal die Geschichte seiner Entdeckung zu erzählen. Die gehört zu meinen absoluten Lieblingsgeschichten in der Astronomie (und das nicht nur, weil die Himmelsmechanik eine wichtige Rolle spielt).

i-44f490b6191c39d460430fafc32907e3-651px-Neptune_storms-thumb-500x460.jpg

Das Geburtstagskind (Bild: NASA/Voyager 2)

Zuerst kommt Uranus

Alles begann am 13. März 1781 als der Astronom Wilhelm Herschel zwischen zehn und elf Uhr Abends im Garten seines Hauses im englischen Bath durch sein Teleskop blickte. Herschel war eigentlich gerade dabei, die Sterne am Himmel systematisch zu katalogisieren um so eventuell die winzigen scheinbaren Positionsverschiebungen zu messen die sich aus der Bewegung der Erde um die Sonne ergeben. Das war bis jetzt noch nicht gelungen und es wäre ein großer Erfolg für Herschel, wenn er es als Erster schaffen könnte. Als er bei seiner Himmelsdurchmusterung in die Gegend der Sternbilder Stier und Zwilling gelangte, entdeckte er etwas ungewöhnliches: dort war ein Objekt, dass da eigentlich nicht hingehört! Herschel dachte zuerst, er hätte einen neuen Kometen gefunden. Was sonst sollte dort draußen auch noch rumschwirren? Doch nur ein Komet, höchstens noch könnte es eines dieser nebelhaften Objekte sein, die Herschel bei seinen Beobachtungen immer wieder entdeckte. Dabei handelte es sich sowohl um echte Nebel aus Gas und Staub die sich innerhalb unserer Milchstraße befinden als auch um andere Galaxien die sich weit außerhalb davon befinden. Die genaue Identität dieser Nebel konnte allerdings erst Anfang des 20. Jahrhunderts geklärt werden. Als Herschel vier Tage später nochmal den Himmel kontrollierte, stellte er fest:

„Ich habe nochmal nach dem Kometen oder nebulösen Stern gesucht und herausgefunden, dass es sich um einen Kometen handelt denn er hat sich bewegt.”

Herschel informierte den königlichen Astronom, Nevil Maskelyne, von seiner Entdeckung und erhielt am 23. April dessen etwas verwirrte Antwort:

„Ich weiß nicht, wie ich es nennen soll. Es könnte genauso gut ein normaler Planet in einer kreisförmigen Bahn um die Sonne wie ein Komet in einer sehr exzentrischen Ellipse sein.”

Erst als der russische Mathematiker Anders Johan Lexell die Bahn des Objekts berechnete und feststellte, dass es sich auf einer fast kreisförmigen Bahn außerhalb der Saturnbahn bewegt stand fest: Herschel hatte tatsächlich als erster Mensch der Neuzeit einen bisher unbekannten Planeten entdeckt! Das Sonnensystem war deutlich größer als bisher! Anstatt hinter der Bahn des Saturns zu enden ging es nun noch lange weiter, bis hinaus zur Bahn des neuen Planeten, der nach einiger Diskussion den Namen „Uranus” erhielt. Herschel, der ehemalige Musiker aus Deutschland ohne formale Ausbildung in der Astronomie wurde mit einem Schlag zum berühmtesten Astronomen der damaligen Zeit und seine Kollegen stürzten sich auf die Untersuchung des neuen Planeten.

Der bot zwar einerseits wunderbare Möglichkeiten für neue Entdeckungen. Herschel selbst schlug 1787 noch einmal zu und fand zwei große Monde des Uranus: Oberon und Titania. Andererseits machte Uranus den Astronomen aber auch Sorgen. Denn der tat so irgendwie überhaupt nicht dass, was er tun sollte. Die von den Theoretikern berechneten Positionen des Uranus am Himmel stimmten nicht mit der Realität überein. Uranus schien sich einfach nicht an das Gravitationsgesetz halten zu wollen. Egal wie sehr die Mathematiker ihre Rechenmethoden verbesserten und selbst als die Astronomen die gravitativen Einflüsse der anderen Planeten auf Uranus berücksichtigten: nichts schien zu helfen. Vielleicht ist der neue Planet erst vor kurzem mit einem großen Komet zusammengestoßen der seine Bahn verändert hat, mutmaßten manche Astronomen. Andere spekulierten über einen „Äther” weit draußen im All der den Uranus ein wenig bremst. Aber in den dreißiger Jahren des 19. Jahrhunderts setzte sich immer mehr eine andere Erklärung durch: im Sonnensystem gibt es noch einen weiteren unbekannten Planeten und der stört mit seiner Gravitationskraft die Bahn des Uranus!

Wer stört Uranus?

Der erste der sich mit diesem Problem ernsthaft auseinandersetzte war John Couch Adams aus Cambridge. 1841 entdeckte er, erst 21 Jahre alt, ein Buch des königlichen Astronomen George Bidell Airy, der das Problem der Uranusbahn vorstellte und es als eines der größten ungelösten Rätsel der Astronomie bezeichnete. Dieses Rätsel wollte Adams unbedingt lösen und in seiner Freizeit machte er sich daran, die komplizierten mathematischen Berechnungen anzustellen die nötig sind, wenn man allein aus den Abweichungen bei der Uranusbahn auf die Position des bisher unbekannten Planeten schließen will. 1845 hatte er eine erste Lösung gefunden und suchte nun einen Astronomen, der sich auch tatsächlich auf die Suche nach diesem neuen Planeten machen würde. Hier hatte Adams aber kein Glück. James Challis, der Direktor der Sternwarte in Cambridge hatte nicht wirklich Lust, Zeit mit der Suche nach diesem hypothetischen Planet zu verschwenden und der königliche Astronom Airy wollte erst bessere Berechnungen haben, bevor er sich auf die Suche machte. Ganz anders lief es auf der anderen Seite des Ärmelkanals ab. Englands Erzfeind Frankreich machte sich nämlich ebenfalls daran, das Problem des Uranus zu lösen.

i-5ebf290120d0b148421e3e1d745e753e-leverrier-thumb-500x666.jpg

Urbain Jean-Joseph Le Verrier vor dem Observatoire de Paris

Im Gegensatz zum eher unbekannten und schüchternen Adams war es hier der arrogante und prominente Himmelsmechaniker Urbain Jean-Joseph Le Verrier, der sich auf die mathematische Suche nach dem unbekannten Planeten machte. 1846 hatte er seine ersten detaillierten Vorhersagen für dessen Position am Himmel fertig gestellt. Das machte auch die Kollegen in England nervös, die sich jetzt etwas ernsthafter der Suche widmeten. Challis begann, den Himmel nach dem neuen Planeten abzusuchen, allerdings ohne Erfolg. Auch Le Verrier hatte Pech und konnte in Frankreich keinen Astronom finden, der ihn bei seiner Suche unterstützen wollte. Also wandte er sich an den Deutschen Johann Gottfried Galle in Berlin:

„Ich suche einen hartnäckigen Beobachter, der bereit wäre, einige Zeit einen Himmelsabschnitt zu untersuchen, in dem es möglicherweise einen Planeten zu entdecken gibt.”

Ausgerüstet mit Le Verriers Vorhersagen und seinem Assistenten Heinrich d’Arrest machte dieser sich am 23. September 1846 daran die Sterne am Himmel mit den bekannten aus den Sternkatalogen zu vergleichen. Das war mühsame Arbeit – aber schon nach kurzer Zeit wurden sie fündig: “Dieser Stern ist nicht auf der Karte!” rief d’Arrest. Ein Stern den Galle im Teleskop genau dort sah wo Le Verrier es vorhergesagt hatte, war nicht im Katalog verzeichnet. Der unbekannte Planet der die Uranusbahn störte war gefunden und erhielt den Namen „Neptun”.

Heute wissen wir, dass bei Galles Entdeckung viel Glück dabei war. Sowohl Le Verrier als auch Adams starteten bei ihren Rechnungen damals von nicht ganz korrekten Ausgangswerten und die Bahnen die sie für den neuen Planeten berechneten, stimmten nicht ganz. Das Le Verriers Vorhersage so exakt stimmte, war Zufall. Trotzdem hätte man Neptun früher oder später gefunden wenn man den Himmel nur lang genug abgesucht hätte. Genau genommen hätte ihn James Challis schon lange vor Galle entdecken können. Aus seinen Aufzeichnungen geht hervor, dass er Neptun zweimal im Sichtfeld seines Teleskops gehabt haben musste, ihn aber jedes Mal nicht als neuen Planeten erkannte. Das führte später noch zu heftigen Diskussionen, denn England fühlte sich durch den deutsch-französischen Triumph bei der Suche nach dem neuen Planeten und dem eigenen Versagen gedemütigt. Die Astronomen aber waren erst mal zufrieden. Sie hatten nun noch einen neuen Planeten gefunden und die Grenzen des bekannten Sonnensystems wieder weiter hinaus geschoben. Es war gelungen, nur aus den gravitativen Störungen die ein „unsichtbarer” Planet (Neptun ist nicht mit freiem Auge sichtbar und konnte damals nur mit guten Teleskopen gesehen werden) auf die bekannten Mitglieder des Sonnensystems ausübt dessen Bahn zu berechnen und ihn dann auch tatsächlich zu entdecken!
Dann aber machten die Theoretiker eine unangenehme Entdeckung. Selbst wenn sie den gravitativen Einfluss des Neptun in ihren Rechnungen berücksichtigten machte der verflixte Uranus immer noch Probleme! Die Abweichungen zwischen den Rechnungen und der Realität waren zwar kleiner aber sie verschwanden nicht. War dort draußen etwa noch ein unbekannter Planet? Mit dieser Frage begann die wissenschaftliche Suche nach „Planet X”.

Wo ist Planet X?

Besonders intensiv widmete sich ihr der Amerikaner Percival Lowell. 1855 geboren war er eigentlich Geschäftsmann und Astronomie nur sein Hobby. Lowell war glücklicherweise ziemlich wohlhabend und so konnte er 1894 seine Arbeit aufgeben und sich ganz der Astronomie widmen für die er sich extra ein eigenes Observatorium baute, mit einem ganz bestimmten Ziel vor Augen: Lowell wollte herausfinden, ob es am Mars Leben gibt. Denn im Buch „Le planète Mars” des französischen Astronomen Camille Flammarion stieß er auf die Beobachtungen des Italieners Giovanni Schiaparelli. Als 1877 der Mars besonders nahe an der Erde stand, machte Schiaparelli detaillierte Zeichnungen seiner Oberfläche so wie er sie durch sein Teleskop erkennen konnte. Dabei sah er auch linienartige Strukturen die er als „canali” bezeichnete. Die korrekte englische Übersetzung dafür wäre „channel” gewesen, also „Flussbett”. Schiaparellis Beobachtungen wurden aber als „canals” bekannt; ein Wort das „Kanal” bedeutet und auf einen künstlichen Ursprung hindeutet (ich habe die Geschichte hierschon einmal ausführlich erzählt). Der Mythos der Marsmännchen war geboren und keiner hat mehr dazu beigetragen ihn zu verbreiten als Percival Lowell.

i-1bab6001c66537eb859dd95f9a3f146a-Karte_Mars_Schiaparelli_MKL1888-thumb-500x276.png

Jede Menge Inseln und Wasser: so sah Schiaparelli 1888 den Mars

In seinem Observatorium verbrachte er die nächsten 15 Jahre damit den Mars zu untersuchen und immer wieder die Kanäle zu zeichnen, die er dort zu sehen meinte. Seiner Meinung nach waren das die Versuche verzweifelter Marsbewohner das wenige Wasser das sich an den Polkappen befand in die Wüsten des restlichen Planeten zu leiten um so überleben zu können. Lowell sah nicht nur Kanäle sondern auch „Oasen” bei denen er im Verlauf eines Marsjahres sich ändernde Vegetation zu beobachten meinte. Der Rest der Astronomen war skeptisch. Niemand konnte die gleichen detaillierten Strukturen erkennen die Lowell in seinem Teleskop sah und man nahm ihn nicht sonderlich ernst. Heute wissen wir, dass er sich tatsächlich getäuscht hat und dass der Mars eine leblose, kalte Wüste ist auf der sich keine künstlichen Kanäle befinden.
1906 wandte sich Lowell dann einem anderen Thema zu. Vermutlich auch im Versuch seine wissenschaftliche Glaubwürdigkeit wieder zu erlangen wollte er probieren, das immer noch offene Problem der Uranusbahn zu lösen. Wenn dort draußen noch ein weiterer Planet seine Runde um die Sonne zieht, dann wollte Lowell ihn finden. Und er war es auch, der diesen hypothetischen Planeten den Namen „Planet X” gab. Das „X” sollte – wie in der Mathematik – für das Unbekannte stehen (Damals waren erst 8 Planeten bekannt und Planet X wäre der neunte gewesen. Es stimmt also nicht, dass das „X” als römische Zahl für die „10″ gestanden hat auch wenn das oft behauptet wird). Er begann ein ausgedehntes Beobachtungsprogramm und durchsuchte große Teile des Himmels nach dem unbekannten Planeten. Als er allerdings 1916 starb, war Planet X immer noch nicht gefunden. In der Zwischenzeit hatte zwar William Pickering von der Harvard Sternwarte verkündet, er hätte einen neuen Planeten außerhalb der Neptunbahn entdeckt. Aber so wie die Marskanäle von Lowell konnte auch dieser „Planet O” („O” weil es im Alphabet nach „N” für Neptun kommt) von keinem anderen Astronomen gesehen werden. Und um die Planeten P, Q, R, S und T die Pickering im Laufe der Zeit entdeckt zu haben meinte, stand es ebenso schlecht.

Pluto hilft uns leider nicht weiter

1930, fast 15 Jahre nach Lowells Tod hatte immer noch niemand Rätsel um die Abweichungen der Uranusbahn gelöst. Mittlerweile hatte Vesto Slipher (er hatte zuvor gemeinsam mit Edwin Hubble die revolutionären Beobachtungen durchgeführt die zur Entdeckung führten, dass sich das Universum ausdehnt) die Leitung des Lowell-Observatoriums übernommen und den jungen Clyde Tombaugh eingestellt. Seine Aufgabe war es, die Arbeit von Lowell fortzuführen. Und im Gegensatz zu ihm war Tombaugh erfolgreich!

Nach knapp einem Jahr Arbeit fand Tombaugh am 18. Februar 1930 auf einer Aufnahme einen winzigen Lichtpunkt der sich im Vergleich zu früheren Fotografien ein klein wenig bewegt hatte. Planet X war gefunden und bekam den Namen „Pluto”! Bald aber schon merkte man, dass Pluto klein war. Sehr klein. Zu klein, um die Bahn des Uranus merkbar stören zu können. Letzte Gewissheit erhielt man 1978 als James Christy Plutos Mond Charon entdeckte. Aus der Bahn, die Charon um Pluto zog konnte man Plutos Masse berechnen und nun war endgültig klar: Pluto konnte nicht der gesuchte Planet X sein. In den 1980er Jahren gab es nur noch vereinzelte Astronomen die ernsthaft auf der Suche nach einem Planeten waren, der die Bahn des Uranus störte. 1989 schließlich machte die Raumsonde Voyager 2 den ersten Besuch bei Neptun. Neben wunderbaren Aufnahmen des Planeten war es durch diesen Vorbeiflug nun auch möglich, die Masse von Neptun so genau wie nie zuvor zu bestimmen. Diese Daten nutzte Myles Standish, ein Astronom der am Jet Propulsion Laboratory der NASA arbeite, um die ganze Sache noch einmal von Anfang an durchzurechnen. 1993 veröffentlichte er die Ergebnisse („Planet X – No dynamical evidence in the optical observations“, Astronomical Journal 105, Seite 2000): ein Planet X war nicht nötig. Die Abweichungen in der Bahn des Uranus verschwanden, wenn man in den Rechnungen die neu bestimmte Masse des Neptuns einsetzte. Die Astronomen hatten die letzten Jahrzehnte ein Phantom gejagt.

Die Geschichte von Neptun – zumindest was Planet X angeht – endet hier; die Suche nach unbekannten Planeten im Sonnensystem ging aber weiter. 1992 fand man den ersten Asteroiden des Kuipergürtels hinter Neptun, 2005 entdeckte Mike Brown dort Eris, kurzfristig als zehnter Planet gehandelt aber dann doch der Grund, warum Pluto seinen Status als Planet verlor. Noch weiter draussen hat man bis jetzt noch nichts entdeckt – was nicht heisst, dass sich Planet X nicht doch noch dort versteckt. Dann muss er aber wirklich weit weg sein. Also mal sehen was die Astronomen in Zukunft noch herausfinden. So wie Le Verrier vor 200 Jahren suchen sie auch heute noch nach ungeklärten gravitativen Störungen hinter denen sich ein Planet verstecken könnte.

Übrigens: Wer die ganze Geschichte um Neptuns Entdeckung im Detail nachlesen will, dem empfehle ich ausdrücklich das Buch “The Neptune File” von Tom Standage – gibts auch in deutsch, da heisst es “Die Akte Neptun”.

Advertisements

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s

%d Bloggern gefällt das: