Unseren Platz in der Galaxie zu finden erforderte ein bisschen Mathematik und Einfallsreichtum

Wenn Sie jetzt einen Test machen würden, könnten Sie sich auf einer Karte Ihrer Stadt wiederfinden? Ihr Land? Eine Weltkarte? Viele von uns könnten das wahrscheinlich, aber was wäre, wenn Sie keine hättenKarte zum Arbeiten?

Es ist eine schwierige Sache herauszufinden, wo man sich in einem Raum befindet, dessen Abmessungen man nicht kennt. Ohne einen externen Bezugspunkt können Sie am besten feststellen, wo Sie sich relativ zu anderen Objekten befinden, wie diesem Baum, dieser Straße oder einem Gebäude.

Im Fall unseres Planeten und Sonnensystems, woher wissen wir, wo wir uns in der Milchstraße befinden, der Galaxie, die wir Heimat nennen?

Dies ist kein einzigartiges Problem der Astronomie, die Herausforderung, sich in einem unbekannten Raum zu kartieren und zu lokalisieren, war für Entdecker im Laufe der Geschichte eine schwierige Herausforderung, die im Unbekannten navigieren.

"Die eigene Position in einer Wolke von hundert Milliarden Sternen zu finden – wenn man nicht über den eigenen Planeten hinaus reisen kann – ist wie der Versuch, die Form eines Waldes zu kartieren, während er an einen der Bäume gebunden ist", sagte Laurence A. Marschall des Gettysburg College in Gettysburg, Pennsylvania.

Und angesichts unserer Neigung, uns selbst in den Mittelpunkt zu stellen, kann es noch schwieriger sein herauszufinden, wo wir wirklich sind. Aber im Laufe der Zeit weitergegebene Techniken haben uns nützliche Werkzeuge an die Hand gegeben, die uns geholfen haben, die Sterne zu kartieren und zu findenunser Platz im Kosmos.

Frühe Versuche, uns in das Universum zu versetzen

Antike Astronomen nutzten die Veränderungen des Nachthimmels und des Sonnenzyklus, um die ersten Versuche zu unternehmen, unsere Position im Universum zu bestimmen, und sie entschieden, dass wir eindeutig im Mittelpunkt von allem standen.

Obwohl uns das jetzt albern erscheint, war es damals ein leichter Fehler, ihn zu begehen. Die Sterne und Konstellationen mit ihren regelmäßigen, unveränderlichen Mustern fegten über den Nachthimmel und wechselten mit den Jahreszeiten und kehrten immer dorthin zurück, wo sie warenbegann mit Regelmäßigkeit in einem Zyklus, bekannt als Sternzeit.

Sowohl die Sonne, der prominenteste Himmelskörper, als auch der Mond, der zweithäufigste, scheinen die Erde zu umkreisen und trugen dazu bei, das geozentrische Modell des Universums hervorzubringen, an das die meisten Menschen bis zur Mitte des zweiten Jahrtausends glaubtenCE, und in manchen Gegenden sogar noch lange danach.

Aber schon in der Antike gab es klare Hinweise darauf, dass die Erde nicht im Mittelpunkt stand.

Zum einen umkreisen die sichtbaren Planeten, die während der Dämmerung der Morgen- oder Abenddämmerung über den Hintergrund scheinbar Fixsterne oder in der Nähe der Sonne "wanderten", offensichtlich nicht die Erde. Tatsächlich kreisen sowohl Merkur als auch Venus durch einen merklich festen Raumam Himmel und kann beobachtet werden, wie sie die Sonne umkreist.

Aristochos von Samos, ein altgriechischer Philosoph, der von etwa 310 bis 230 v. Chr. lebte, wird gutgeschriebendas erste heliozentrische Modell des Universums vorschlagen, und das hat er sehr gut gemacht.

Aristarch hat richtig festgestellt, dass die Erde die Sonne umkreist, bald die Erde umkreist, sowie die richtige Reihenfolge der fünf sichtbaren Planeten relativ zur Erde bestimmt, wobei Merkur und Venus mit Mars, Jupiter und Saturn näher an der Sonne kreisenUmlaufbahn jenseits der Erdumlaufbahn.

Aus philosophischen und nicht aus wissenschaftlichen Gründen wurde dieses Modell zwei Jahrtausende lang abgelehnt, bis Galileo zeigte, dass Jupiter von vier Monden umkreist wird, was direkt der Vorstellung widerspricht, dass die Erde der Mittelpunkt von allem ist.

Während der wissenschaftlichen Revolution konnten Astronomen feststellen, dass die Sterne am Nachthimmel keine Fixpunkte auf einer Himmelskugel waren, die die Grenze des Universums markierte, sondern dass andere Sonnen wie unsere eigene in unglaublichen Entfernungen von uns standen.

Wir wussten nicht, dass es sogar Galaxien gab. Angesichts der Teleskope der damaligen Zeit waren Galaxien nicht von anderen Wolken und Nebeln am Nachthimmel zu unterscheiden, und erst in den 1920er Jahren ermöglichten die Instrumente den Galaxien, Gestalt anzunehmenEdwin Hubble, der mit dem fortschrittlichsten Teleskop seiner Zeit arbeitete, berechnete, dass der Andromeda-Nebel 900.000 Lichtjahre von uns entfernt war er lag um die Hälfte daneben, da die tatsächliche Entfernung näher an der doppelten von Hubble berechneten Entfernung liegt und in einer Entfernungso groß, dass es eine völlig separate Galaxie von Sternhaufen darstellen musste.

Mit eindeutigen Beweisen für eine andere Galaxie stellte sich die offensichtliche Frage: Wenn wir uns in einer anderen Galaxie befinden, wie sieht sie dann aus und wo befindet sich unser Sonnensystem darin?

Kartierung der Milchstraße

Die grobe Form unserer Galaxie zu kennen ist ein wichtiger Schritt beim Erstellen einer Karte, die wir verwenden könnten, aber wie kann man die Form der Galaxie von innen erkennen?

Glücklicherweise hatten wir einige solide Beweise, mit denen wir arbeiten konnten. Mit dokumentierten Beobachtungen der Spiralstruktur von Andromeda, die bis ins Jahr 1850 zurückreichen, lieferte der blendende Nebel aus Staub und Sternen am Nachthimmel, der unserer Galaxie ihren Namen gibt, die Milchstraßeeiner der besten Beweise dafür, dass sich unsere Galaxie nicht so sehr von Andromeda unterscheidet.

"Wenn man sich nur umsieht, bekommt man eine ungefähre Vorstellung von der Form der Milchstraße - ein zerlumpter, verschwommener Lichtstreifen umkreist den Himmel", sagte Marschall. "Sie ist ungefähr 15 Grad breit und die Sterne sind ziemlich gleichmäßig konzentriert."entlang des Streifens Diese Beobachtung weist darauf hin, dass unser Milchstraße ist eine abgeflachte Sternenscheibe, wobei wir uns irgendwo in der Nähe der Scheibenebene befinden.

"Wenn es keine abgeflachte Scheibe wäre, würde es anders aussehen. Wenn es zum Beispiel eine Sternenkugel wäre, würden wir sein Leuchten am ganzen Himmel sehen, nicht nur in einem schmalen Band. Und wenn wir oben oder unten wärendie Scheibenebene um einen beträchtlichen Betrag, würden wir nicht sehen, wie sie den Himmel in zwei Hälften teilt - das Leuchten der Milchstraße wäre auf einer Seite des Himmels heller als auf der anderen."

Da wir wissen, dass es sich bei uns um eine Spiralgalaxie wie Andromeda und unzählige andere handelt, die wir im Laufe der Jahre am Nachthimmel entdeckt haben, hatten wir eine gute Vorlage, um eine grobe Karte der Milchstraße zu erstellen. Aber wie haben wir das herausgefunden?heraus, wo wir auf dieser Karte waren?

Herauszufinden, wo wir uns in einer Spiralgalaxie befinden, ist definitiv schwieriger als zu wissen, dass wir uns in einer Spiralgalaxie befinden, aber es ist nicht unmöglich.

"Die Position der Sonne in der Milchstraße kann weiter bestimmt werden, indem die Entfernung zu allen Sternen gemessen wird, die wir sehen können", sagte Marschall. "Im späten 18. Jahrhundert versuchte der Astronom William Herschel dies und kam zu dem Schluss, dassdie Erde befand sich im Zentrum einer "Schleifstein"-förmigen Sternenwolke. Aber Herschel war sich der Anwesenheit kleiner interstellarer Staubpartikel nicht bewusst, die das Licht der am weitesten entfernten Sterne in der Milchstraße verdunkeln.

"Wir schienen in der Mitte der Wolke zu sein, weil wir in alle Richtungen nicht weiter sehen konnten. Für eine Person, die in einem nebligen Wald an einen Baum gefesselt ist, sieht es so aus, als ob sich der Wald in alle Richtungen gleich weit erstreckt, wo immer man auch ist."

Erst als wir bessere Instrumente entwickelten, konnten wir die Grenzen der Galaxie sowie die Lage ihres Zentrums besser einschätzen. Wir wissen seit langem, wie man die Entfernung zu naher Umgebung misstSterne mit stellarer Parallaxe derRichtungsunterschied eines Himmelsobjekts gemessen von zwei weit voneinander entfernte Punkte.

Dies half Harlow Shapely, einem amerikanischen Astronomen im frühen 20Schütze.

"Shapley kam zu dem Schluss und andere Astronomen haben seitdem bestätigt, dass das Zentrum der Verteilung von Kugelsternhaufen auch das Zentrum der Milchstraße ist", sagte Marschall, "also sieht unsere Galaxie aus wie eine flache Scheibe aus Sternen, eingebettet in einkugelförmige Wolke oder "Halo" von Kugelsternhaufen.

"In den letzten 75 Jahren haben Astronomen dieses Bild mit einer Vielzahl von Techniken der Radio-, optischen, Infrarot- und sogar Röntgenastronomie verfeinert, um die Details auszufüllen: die Position von Spiralarmen, Gaswolken undStaub, Molekülkonzentrationen usw."

Dies alles lässt uns wissen, dass wir in einem der Arme der Galaxie mindestens einen anständigen Abstand vom Zentrum haben. Und da wir deutlich einen anderen galaktischen Arm gegenüber von Schütze sehen können, befinden wir uns auf einem inneren Arm der Milchstraße.

Außerdem, da wir dieses scheinbare Zentrum mehr beobachtet haben, wir konnten den galaktischen Kern ausfindig machen: das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie, bekannt als Sagittarius A*. Wenn wir den Standort von Sagittarius A* kennen, können wir unsere Entfernung von ihm messen, und zwar beikommen Sie wenigstens zu unserer relativen Position.

"Das wesentliche moderne Bild ist, dass sich unser Sonnensystem am inneren Rand eines Spiralarms befindet, etwa 25.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt, in Richtung des Sternbildes Schütze", sagte Marschall.

Wo wir uns in der Milchstraße für einen Beobachter außerhalb der Galaxie befinden, ist eine andere Sache, da es vollständig von der Position dieses Beobachters außerhalb unserer Galaxie abhängt. Aber es ist immer noch die beste Schätzung, die wir für eine Weile haben werden, undes ist mehr als genug für unsere Zwecke.

In vielerlei Hinsicht könnte es einfacher sein, herauszufinden, wo wir uns im Universum befinden, insbesondere da wir unsere Position relativ zu Objekten außerhalb unserer eigenen Galaxie suchen.

Und einmal das James Webb Weltraumteleskop kommt online, wir können mit der Identifizierung der Ränder des beobachtbaren Universums beginnen, indem wir die Verteilung der ältesten Galaxien und Sterne am Nachthimmel identifizieren.

Das sind jedoch mindestens ein paar Monate, aber bald könnten wir den nächsten großen Sprung machen, um unseren Platz im größeren Kosmos wirklich zu identifizieren.