Bei den regelmäßig wiederkehrenden Ritualen im Bereich der "harten", der exakt messenden, quantifizierbaren Naturwissenschaften (auch als MINT-Fächer bezeichnet), zu denen eben auch die alljährliche Verleihung der höchsten Auszeichnung auf diesen Gebieten, eben des von Alfred Nobel gestifteten und nach ihm benannten Preises, gehört, gibt es seit ein paar Jahrzehnten für Zuschauer, denen die Entwicklung dieser Fächer nicht vollständig böhmische Dörfer sind, der nicht ganz zutreffende Eindruck, es würden hier Koryphäen, von denen er (oder sie) noch nie etwas gehört habe, für ein Lebenswerk geehrt, von dessen Existenz man bis dato kenntnisfrei gelebt habe. Hingegen seien vor einem guten Jahrhundert, als die Namen der so Ausgezeichneten von Wilhelm Röntgen, Nils Bohr, Pierre und Marie Curie, Albert Einstein oder Werner Heisenberg lauteten, sowohl die Personen Bestandteil eienr informierten Allgemeinbildung gewesen und ihr Werk stünde für ein neu aufgeschlagenes Kapitel in der Geschichte ihrer jeweiligen Fächer. Ein solcher kursorischer Blick in den Rückspiegel täuscht, wie das Durchgehen der Liste frühere Preisträger schnell ergibt: Pieter Zeeman (Nobelpreis für Physik 1902) und Joseph John Thomson (Nobelpreis für Physik 1906) dürften auch zu ihrer Ägide den meisten Zeitgenossen so ungeläufig:gewesen sei wie den heutigen Nachgeborenen. Dennoch ist dieser Eindruck, wie so oft, nicht völlig falsch. Die letzten Nobelpreisträger für Physik, deren Namen auch Laien "ein Begriff" sein dürften die von Kip Thorne (Nobelpreis für Physik 2017, für die Voraussage von Gravitationswellen, die in den 1990er Jahren durch die diversen LIGO-Experimente nachgewiesen wurden) und Peter Higgs (Nobelpreis 2013 für die Voraussage des nach ihm benannten Bosons, das subatomaren Partikeln Ruhemasse verleiht und in diesem Jahren am schweizerischen CERN nachgewiesen wurde).
Mit den beiden Schweizern Michel Mayor und Didier Queloz, die Anfang dieser Woche mit dem diesjährigen Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, hat sich das Stockholmer Preiskommittee für zwei Forscher entschieden, deren Namen denen, die den Werdegang und Wissenszuwachs im Bereich der Astronomie auch nur angelegentlich, qewissermaßen aus dem Augenwinkel verfolgen, auch ohne die von allen Medien mitgelieferten Erläuterungen geläufig sein dürften: Ihre Entdeckung des ersten Planeten außerhalb unseres heimischen Sonnensystems fast auf den Tag genau 14 Jahre vor der Auszeichnung, hat tatsächlich in der Erforschung und im Wissensstand auf diesem Teilbereich unserer Kenntnis des Universums das bewirkt, was solche Zuschauer seit Thomas Kuhns Arbeit The Nature of Scientific Revolutions von 1962 als einen "Paradigmenwechsel" kennen: eine völlig neue Sicht auf die in Frage stehenden Phänomene; die Erkenntnis, daß die bisherigen Modellvorstellungen, die die Scientific Community davon akzeptiert hatte, falsch oder doch höchst unvollständig waren und die am Anfang einer neuen Sammlung von Daten und Erklärungen entlang des neuen Modells stand. (Es ist oft in wissenschaftstheoretischen Diskussionen übersehen worden, daß es ein unabdingbares Kennzeichen eines Paradigmenwechsels darstellt, daß er "erweiterbar" ist, daß von ihm ausgehend darauf kontinuierlich ausgebaut werden kann.) Genaugenommen war 51 Pegasi b, dessen Nachweis am 6. Oktober 1995 bekanntgegeben wurde, nicht der erste extrasolare Planet, dessen Existenz sicher nachgewiesen werden konnte. Vorausgegangen war drei Jahre vorher, 1992, die Entdeckung von zwei Planeten (1994 um einen dritten im gleichen System ergänzt), die den Pulsar PSR 1257+12 umkreisen. Auch hier wurde das Bild, daß sich die Astronomen bis dato anhand des bis dahin einzig bekannten Planetensystem (des Sonnensystems) von den Bedingungen und der Entstehung von Trabanten gemacht hatten, auf den Kopf gestellt. Beide Beispiele demonstrieren auch sehr schön, daß der wissenschaftskritische Satz "die Forschung finde ja doch nur, wonach sie sowieso gesucht habe", also allein Bestätigungen für ihre vorgefaßten Ausgangshypothesen, zumindest in diesem Bereich nichts weniger als falsch ist. Bei einem Pulsar handelt es sich um eine Sternenleiche, einen in Sekundenschnelle um die eigene Achse rotierenden Neutronenstern, das Relikt einer Supernova-Explosion, dem gewaltigsten Energieausbruch im Universum, bei dem ein Stern von mehr als acht Sonnenmassen in einer unvorstellbaren Explosion mehr als dreiviertel seiner Materie von sich schleudert, während sein Kernbereich, von mindestens einer Sonnenmasse, auf einen Durchmesser von zehn oder zwanzig Kilometern komprimiert wird. Komprimiert meint hier etwas, daß unter irdischen Bedingungen unvorstellbar ist: die den Atomkern umkreisenden Neutronen und Elektronen werden unter Überwindung der elektromagnetischen Kraft in den Atomkern selbst "hineingepreßt"; das resultierende Material (Mineral? Metall? Exotische Materie?) ist das dichteste und schwerste, von dem die Physik weiß. Aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses rotiert ein solches Gebilde in der Zeit nach seiner Entstehung mehrere hundert Mal pro Sekunde. Das ungeheurere Magnetfeld, das es erzeugt, bündelt die immer noch erzeugte gigantische Strahlung wie den Lichtstrahl eines kosmischen Leuchtturms; der Energieverlust durch diesen Prozeß führt über die Jahrtausende zu einer Verlangsamung der Rotation, die in streng mathematischer Progression vor sich geht. Es war den Astronomen bis 1992 nicht einmal in den Sinn gekommen, zu vermuten, ein solches Inferno könnten Planeten, wenn der ursprüngliche Stern sie denn einmal besessen hätte, überstanden haben (mit dieser Vermutung hatten sie wohl nicht Unrecht, die Begleiter b und c von PSR 1257+12 entstanden, so vernutet man heute, aus den Überbleibseln einer Begleitsterns, den es bei der Supernovaexplosion zerrissen hat; bei dritten Planeten vermutet man aufgrund seiner hochgradig exzentrischen Umlaufbahn, daß er später vom Neutronenstern eingefangen worden ist). Nicht einmal Science-Fiction-Autoren mit Anspruch auf physikalisch-astronomische Akkuratesse, die gern bis an die Grenze des Bizarren und Gerade-noch-Denkbaren zu gehen pflegen, hatten dergleichen bis dahin als Szenario verwendet (in einem Genre, in dem "lebende Planeten" und sogar "intelligente Schwarze Löcher" durchaus nicht unbekannt sind).
Genau diese uhrwerkmäßige Präzision bot in beiden Fällen, 1992 wie 1995, die Möglichkeit, den nachweis dieser exotischen Himmelskörper zu führen. Planeten umkreisen nicht "ihren Stern" allein: beide Partner umkreisen ein gemeinsames Schwerezentrum (das freilich, da Planeten in aller Regel weniger als ein Prozent der Masse ihres Muttergestirns aufweisen - das ist das Verhältnis des Jupiter zur Sonne - innerhalb des Sterninneren liegt). Von der Erde aus gesehen, ändert sich die Position oder die relative Bewegung des Sterns im Takt des Planetenumlaufs. Man kann auch sagen, auf die Signale - ob nun im optischen oder im Radiobereich - wird ein Signal aufmoduliert. Und aus diesen Schwankungen läßt sich die Existenz wie die Umlaufzeit eines solchen Begleiters herauslesen. Im Fall von 51 Pegasi b, gut 50 Lichtjahre von der Erde entfernt und mit einer Leuchtkraft von 5,86 direkt an der Grenze dessen, was (absolut sehstarke) menschliche Augen unter optimalen Bedingungen noch ohne Hilfsmittel wahrzunehmen vermögen, war es die sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode. Sterne bilden auch in modernen Teleskopen nur einen Punkt; ihr Durchmesser ist zu gering, um sie flächig abzubilden; das Licht, das sie abstrahlen, bildet nur ein einziges Signal. Aber dieses Licht läßt sich per Spektralanalyse in seine einzelnen Wellenlängen auflösen und deren jeweilige Stärken höchst präzise bestimmen. Jedes im Stern auftretende chemische Element prägt diesem Licht seine eigene, charakteristische Signatur auf. Hilfreich für die Astronomie sind hier die sogenannten Absorptionslinien: schwarze Balken, in deren Bereich genau diese Elemente gemäß der Quantentheorie Energiequanten absorbieren und sie mit anderer Energie = veränderter Wellenlänge wieder abstrahlen. Die Absorptionslinien geben nicht nur Auskunft über den Anteil der verschiedenen "Metalle" (die Astronomen bezeichnen, sehr zum Leidwesen ihrer Kollegen aus der Chemikerzunft, sämtliche Elemente, die nicht das Ergebnis des Urknalls sind - also Wasserstoff, Helium und Deuterium -, sondern das Resultat nuklearer Fusion in Sternen darstellen, als "Metalle"), sondern auch über die Stärke des Magnetfeldes und, am wichtigsten - über die Geschwindigkeit, mit der sich ein Stern von uns entfernt oder sich dem Betrachter nähert. Die Verschiebung dieser charakteristischen Muster hin zum energiereicheren Blau-Bereich (Annäherung) oder zum energieschwächeren Rot-Bereich des elektromagnetischen Spektrum (Fortweichen) läßt sich überaus genau bestimmen. Wenn aus unserer Position ein Trabant vor seinem Stern vorbeizieht, führt das dazu, daß der Stern, wenn auch nur in winzigem, aber zu registrierbarem Maß seine bisherige Bewegung in bezug auf uns verringert; zieht der Planet hinter ihm vorbei, weicht er entsprechend zurück. Genau dieses Muster registrierten Michel Mayor und Didier Queloz 1995.
Seitdem sind ein paar weitere Nachweismethoden hinzugekommen. 1997 wurde die Existenz von 51 Pegasi b mittels der Lichtschwankungen, die durch die Bedeckung beim Vorbeiziehen am Muttergestirn entstehen, unabhängig von der ersten Methode bestätigt. Auch der Katalog der Welten, die seitdem den Forschern ins Netz gegangen sind, hat sich beständig ausgeweitet: Momentan listet die Extrasolar Planet Database des Pariser Observatoriums 4118 nachgewiesene Planeten außerhalb unseres Sonnensystems auf, in über 3000 verschiedenen Systemen. Nicht nur der reine Nachweis der seit Jahrhunderten vermuteten Existenz von Planeten außerhalb des Solsystems war hier gegeben: auch hier hatte vorher niemand mit der Möglichkeit gerechnet, daß solche Welten existieren könnten. Dimidium, wie der Planet seit dem Dezember 2015 heißt (er ist einer von 20 Exoplaneten, die es bislang zur Würde eines eigenen Namens gebracht haben; darunter die beiden oben erwähnten Pulsarplaneten, die die wohl bizarrsten - und deshalb ihrer Natur angemessenen Namen - aufweisen, mit denen Himmelskörper offiziell bedacht worden sind: Draugr - nach den untoten Wiedergängern der skandinavischen Sagas - und Poltergeist), war der erste "heiße Jupiter". Ein Planet, der sein Zentralgestirn in einer Entfernung von weniger als zehn Millionen Kilometern (um genau zu sein: 7,8 Millionen Kilometern) in gerade einmal viereinhalb Tagen umläuft, mit der Hälfte des Masse des Jupiter. Nach den bisherigen Modellen war die Existenz eines solchen Himmelskörpers ziemlich kategorisch ausgeschlossen. Im Sonnensystem haben sich Gasriesen, wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun - erst in einer Entfernung von einer Dreiviertel Milliarde Kilometern vom Zentralgestirn bilden können. Weiter innen sind vor vier bis fünf Milliarden Jahren nur Gesteins- und Metallbrocken (in diesem Fall aus Metallen, mit deren Bezeichnung auch Chemiker d'accord gehen können) entstanden, aus denen sich die inneren Begleiter Merkur, Venus, Terra, Luna und Mars aggregiert haben, und der Asteroidengürtel, der nicht genügend Masse aufwiest, um den Verklumpungsprozeß bis zur Planetengröße durchzuführen. Man ging davon aus, daß der extrem starke Sternenwind in der Anfangsphase unserer Sonne, der sogenannten T-Tauri-Phase (benannt nach der Klasse extrem junger Sterne von vergleichbarer Masse, an denen dies beobachtet worden ist) die gasförmigen Bestandteile, aus denen das Sonnensystem entstand, aus dem inneren Bereich fortgeblasen hätte. Bis heute gibt es kein wirklich schlüssiges Modell, daß die Genese solcher "heißer Jupiter" und "heißer Neptune" erklärt: ist die Grundannahme falsch? Sind sie, nachdem sie weiter entfernt vom Mutterstern entstanden sind, infolge eines völlig ungeklärten Mechanismus "nach innen gewandert"?
In der Geschichte der Astronomie haben sich solche Fragen immer als höchst anregend für neue Forschungsansätze erwiesen. Daß sich dieses Gebiet scheinbar unauflösbaren Paradoxa gegenübersieht, ist übrigens eine eiserne Tradition, seit die Physik im Lauf des neunzehnten Jahrhunderts begonnen hat, diesem Wissensbereich das theoretische Rüstzeug zu liefern, daß über das, was das menschliche Auge hinter dem Okular der Teleskope und den Positionsbestimmungen der angewandten Mathematik hinausging. Zwischen 1865 und 1890 bestimmte William Thomson (damals noch nicht Lord Kelvin) das maximale Lebensalter der Sonne - als deren einzige Energiequelle er die Erhitzung des Gases durch Kontraktion ausmachen konnte - mit maximal 50 Millionen Jahren (er hat diese Berechnung mehrfach wiederholt; sein letzter Überschlag gab ihm 10 Millionen Jahre als Höchstalter), während die Geologie sich darüber im Klaren war, daß die Erde ein Alter vom mehreren Jahrmilliarden aufweisen mußte. Nach der Entdeckung der Expansion des Universums durch Edwin Hubble in den zwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts schien es über Jahrzehnte lang so, als ob das Universum selbst höchstens zehn Milliarden Jahr alt sei (Hubbles erster ermittelter Wert belief sich auf 8 Milliarden), während zahlreiche Sterne nachgewiesen worden waren, die ein erheblich höheres Alter aufwiesen. Die Entdeckung der Wasserstofffusion, die Sternen ihre Energiequelle beschert, und die genaueren Bestandsaufnahmen der ältesten zu registrierenden Galaxien und Quasare und ihrer Rotverschiebungen (die das Alter des Weltalls auf 13,7 Milliarden Jahre festlegten) haben diese Widersprüche aufgelöst. Die Tatsache, daß 1977 festgestellt wurde, daß die Sonne als Folge ihrer Kernfusion nur ein Drittel der von sämtlichen Gleichungen geforderten Neutrinos produzierte (ohne den theoretischen Ausweg, der "Atomofen" des Sonnenplasmas brenne gewissermaßen "auf Sparflamme") wurde 1998 mit dem Nachweis erklärt, daß Neutrinos zwischen ihren diversen Ausprägungen oszillieren - ein Vorgang, der voraussetzt, daß sie eine Ruhemasse aufweisen (etwas, das Enrico Fermis Geist, der dieses Geisterteilchen 1932 postulierte, eigentlich zum Spuken hätte veranlassen müssen: das "klassische" Modell der Neutrinos hat eben als Kardinalpunkt, daß sie keinerlei Masse aufweisen). (Was das bekannteste Paradoxon der Astronomie betrifft, das ebenfalls mit dem Namen Fermi verknüpfte Fermi-Paradox - wenn unsere Erde, unser Sonnensystem absolut durchschnittlich ist, wenn Leben unter günstigen Bedingungen überall durch Evolution entsteht, wenn angesichts der Zahl von 100 Milliarden Sonnen allein in unserer Milchstraße es zahlreiche technologische Zivilisationen geben sollte: warum bemerken wir nichts von ihnen? Warum besuchen sie, oder ihre Raumsonden, uns nicht? Warum haben unsere Radioteleskope keinen Pieps aufgefangen, der auf Funkverkehr hindeutet? - so handelt es sich keineswegs um ein Paradox, sondern um einen Denkanstoß. Die Entstehung komplexen Lebens, von Intelligenz, von technologischen Zivilisationen - und insbesondere der Kommunikation vermitteln elektronischer Wellen, die über astronomische Entfernungen hinweg registriert werden können - könnte leicht so selten, so unwahrscheinlich sein, daß sie entweder sehr selten oder - bis auf eine einzige Ausnahme - nirgendwo erfolgt ist.)
Diese Annahme der "Isotropie" des Universums - in der Astronomie seit ihrem Aufkommen im 19. Jahrhundert als "kopernikanisches Prinzip" geläufig - die Hypothese, daß unser Planet, unser Muttergestirn, unsere Ecke in der Heimatgalaxis, 27.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt und am Rand eines Spiralarms, absolut typisch, absolut durchschnittlich ist - ist durch die fortschreitende Erkenntnis der Astronomie immer wieder wiederlegt worden. Es handelt sich, kurz gesagt, um eine philosophische, mithin eine ästhetische, aber keine wissenschaftliche Annahme. Die Kenntnis der "neuen Welten", von denen Dimidium die erste war, zeigt, welche Ausnahmestellung dieses Sonnensystem unter den vielen tausend, bis bislang bekannt sind, einnimmt. Diese Bestandsaufnahme (in der man eine Fortsetzung der Kartierung der Erde seit dem Beginn der Entdeckungsfahrten im 15. Jahrhundert sehen darf) wird sich noch über viele Jahrtausende hinziehen. Bei allem Kulturpessimismus und dem zweifelhaften Gang der momentanen Zeitläufe darf man nicht übersehen, daß das "große Abenteuer Wissenschaft", dem sich ein nicht ganz unbedeutender Teil der Forschergemeinde verschrieben hat, keine Anzeichen zeigt, beendet zu werden. Es mag sein, daß immer weniger tatsächliche Paradigmenwechsel ins Haus stehen, daß viele Fragen, wie die Welt funktioniert und beschaffen ist, tatsächlich abschließend geklärt sind. (Es kann auch sein, daß der hunderttausendste oder fünfmillionste Trabant, den die Algorithmen der Programme aus den Beobachtungsdaten filtern, so wenig der Beachtung würdig ist wie die Myriaden von Sandkörnern, aus denen die Strände der Ozeane auf der einzigen bislang bekannten belebten Welt im Universum, Sol III). "...To seek out new life and new civilizations," wie die Fortsetzung des Titelzitats den Forschungsauftrag der fünfjährigen Mission der USS Enterprise NGC 1701 unter dem Kommando von James Tiberius Kirk vor mittlerweile 53 (!) Jahren umriß: dazu wird es vorerst aller Voraussicht nach nicht kommen. Annoch: es ist die Aufgabe der Wissenschaft, zu registrieren, was ist, und es, wenn möglich, schlüssig und falsifizierbar, zu erklären. Und nicht, enttäuscht zu sein, wenn wir auf dem Mars, entgegen aller Erwartungen und anders als es so viele juvenile Tagträume suggerierten, letztendlich doch keine kleinen grünen Wesen vorfinden sollten.
Ulrich Elkmann
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