Vortrag ueber Gravitationslinsen - Astronomiemuseum der Sternwarte Sonneberg

Der Himmel trügt nur zu oft mit seinen Bildern

von Roland Wozniak, erschienen im „Freien Wort“ am 19.3.2009

Der nächtliche Sternenhimmel, an klaren Nächten, eine Faszination der man sich kaum entziehen kann. Nicht nur die Mitarbeiter an den Sternwarten verfolgen dieses Schauspiel, auch unzählige Hobbyastronomen richten des Nachts ihre Teleskope zu jenem filigranen Lichterspiel. Aber sehen wir am nächtlichen Himmel wirklich, was wir sehen, nicht nur dass das Licht von entfernten Sternen und Galaxien oft Millionen Jahre braucht, eh wir es hier auf Erden erblicken, manch Stern mag schon längst erloschen sein, eh wir ihn hier erblicken, auch ist der Himmel voller Trugbilder, was wir als Fata Morgana aus der Wüste oder über einer heißen Landstraße kennen, wenn die Luft flimmert, wenn die kalte Luft über der heißen Luft liegt und den Brechungsindex des Lichtes ändert, dann kann es schon scheinen als spiegelten sich die Bäume am Horizont in einem kristallklarem See.

Ähnliche Phänomene gibt es auch in den Weiten des Universums. Prof. Dr. Ulrich Heber, von der Dr. Remeis-Sternwarte in Bamberg sprach jüngst zum Vortrag an der Sternwarte Sonneberg zum Thema Gravitationslinsen. Eingeladen hatten die Freunde der Sternwarte Sonneberg zum monatlichen populärwissenschaftlichen Vortrag und viele Interessierte kamen. Als Gravitationslinseneffekt wird in der Astronomie die Ablenkung von Licht durch schwere Massen bezeichnet. Der Name rührt von der Analogie zu optischen Linsen und der wirkenden Kraft, der Gravitation, her. Professor Heber erklärte das Phänomen. „Grundsätzlich wird dabei das Licht einer entfernten Quelle wie eines Sterns, einer Galaxie oder eines anderen astronomischen Objekts durch ein, vom Betrachter aus gesehen, davor liegendes Objekt, die  Gravitationslinse, beeinflusst. In deren Gravitationsfeld ändert sich die Ausbreitungsrichtung des Lichtes, so dass die Position der Quelle am Himmel verschoben erscheint. Auch kann ihr Bild dabei verstärkt, verzerrt oder sogar vervielfältigt werden. "Schon Isaac Newton entdeckte im 17. Jahrhundert die Gravitation: Zwei Massen ziehen sich gegenseitig an. Massen wirken auch auf das Licht, war zu erfahren, je näher das Photon, das Lichtteil an der Masse vorbeikommt, um so größer die Ablenkung. 1801 berechnete der Astronom Johann von Soldner , mit der Newtonschen Formel die Lichtablenkung an der Sonne. Zu beobachten wäre diese allerdings nur während einer Sonnenfinsternis. So müsste die gleiche Sternenkonstellation hinter der Sonnenfinsternis eine Abweichung zu einer Nachtaufnahme des selben Himmelsausschnittes aufweisen, wenn dieser ein halbes Jahr später am nächtlichen Himmel beobachtet wird.

Als Einstein 1916 seine allgemeine Relativitätstheorie publizierte, befasste er sich auch mit jener Lichtablenkung und stellte fest, dass die Lichtablenkung doppelt so groß sei, als sie Soldner nach der Newtenschen Formel berechnete. Einstein ging allerdings immer noch davon aus, dass dieser Effekt nie beobachtbar sei, da die Ablenkung an der Sonne sich nur im Bereich einer Millibogensekunde auswirke. Schon 1914 machte sich eine Expedition unter Leitung von Erwin Freundlich auf, um dieses Phänomen während einer Sonnenfinsternis am 21. August 1914 auf der Krim zu beobachten. Der Ausbruch des ersten Weltkrieges ließ dieses Unterfangen scheitern und die Wissenschaftler wurden interniert. Nach dem ersten Weltkrieg brach Sir Arthur Eddingten am 19. Mai 1919 zur Beobachtung einer Sonnenfinsternis auf, die in Westafrika und in Brasilien beobachtet werden konnte. Die Bestätigung der Lichtablenkung durch große Massen, verhalf nun auch Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zum Durchbruch. Die Gravitationslinsen wirken gegenläufig zu den bekannten optischen Sammellinsen, bei den optischen Linsen ist die Ablenkung am Rande größer, während im Zentrum der Linse das Licht gerade hindurch tritt, während man sich die Gravitationslinse, die rein aus einem Kraftfeld besteht, also nicht stofflich vorhanden ist, wohl eher den optischen Effekt eines Fußes vom Weinglas gleicht. Je näher das Licht zum Zentrum der Linse kommt, desto größer die Ablenkung. Ein hell leuchtendes Objekt in den Tiefen des Universums, welches von der Erde aus nicht sichtbar ist, weil der direkte Weg des Lichtes zur Erde durch große Massen, zum Beispiel einer Galaxie, versperrt ist, sendet sein Licht in alle Richtungen, die Lichtteile, die an der Galaxie vorbeistrahlen, werden durch die enormen Massen abgelenkt und kommen doch auf der Erde an, für den Beobachter bildet sich im Umkehrschluss ein interessantes Phänomen, das ankommende Licht zurückverfolgt, projiziert die Quelle weit entfernt vom tatsächlichen Standort, befindet sich Lichtquelle, Gravitationslinse und Beobachter in einer Linie kann es nicht nur zu Doppel- und Mehrfachabbildung kommen, es entstehen auch jene Einsteinschen Kreise.

Der Gravitationslinseneffekt ist nicht nur eine optische Spielerei zur Freude der Astronomen, sondern dieser ermöglicht auch weit reichende Erkenntnisse, so kann an Hand dieses Effektes die Masse von fernen Galaxien und Sternen bestimmt werden, für die Erforschung der dunklen Materie im All, ist der Gravitationslinseneffekt ein unverzichtbares Instrumentarium der Astrononien geworden. Die endgültige Bestätigung fanden die Theorien, als dieser Effekt 1979 an Hand eines Quasars, diese sind wohl die leuchtkräftigsten Elemente im All, eigentlich eine Radioquelle, sehr weit entfernt in den Unendlichkeiten. 1993 gelang die erste Beobachtung eines Mikrolinsenereignisses, hier tritt weniger die Ablenkung der Position in den Vordergrund, sondern jene Mikrolinsen lassen kosmische Objekte zeitweilig vergrößert und lichtstärker erscheinen, wandert eine derartige Mikrolinse vor einem ansonsten nicht sichtbarem Objekt vorbei, kann dieses für einen kurzen Zeitraum von der Erde erblickt werden, selbst der Nachweis entfernter und relativ kleiner Planeten gelang dank dieses Effekts.

Für die Astronomiefreunde gibt es noch zwei wichtige Termine zum vormerken, der für die Woche zuvor geplante Vortrag über Galileo Galilei, der wegen Krankheit verschoben werden musste, wird am Montag, den 23. März nachgeholt und am Samstag den 04. April wird an der Sternwarte von 13 bis 24 Uhr ein Tag der Astronomie veranstaltet.