Was ist ein Lichtjahr?

Das Lichtjahr ist eine unverzichtbare Maßeinheit für jeden, der versucht, den Weltraum zu verstehen. Wenn man eine Gruppe von Astronomen zum Reden bringt, hört man sie „Lichtjahre“ so oft sagen wie Fußballfans „Yards“.

Für Nicht-Wissenschaftler kann das Lichtjahr allerdings ein verwirrendes Konzept sein. Es ist eine Entfernungseinheit, auch wenn es wie eine Zeiteinheit klingt. Um die Verwirrung noch zu vergrößern, wird das Konzept in Science-Fiction-Filmen und -Fernsehsendungen regelmäßig durcheinander gebracht.

Sogar in der Original-„Star Trek“-Serie wurden Lichtjahre falsch angegeben. In einer Folge von 1968 erzählt die außerirdische Prinzessin Elaan von Troyius Captain Kirk, dass sie sich lieber „10 Lichtjahre“ in ihrem Zimmer verstecken würde, als herauszukommen und mit ihm zu sprechen. Ups.

Wie weit ist ein Lichtjahr?

Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die ein Lichtstrahl in einem Jahr in einem Vakuum zurücklegt. Die Angabe eines Vakuums ist wichtig, weil sich das Licht beim Durchgang durch jede Art von Materie verlangsamt. (Der größte Teil des Universums ist ein nahezu perfektes Vakuum, so dass die Astronomen im Allgemeinen davon ausgehen können, dass sich das Licht mit seiner Höchstgeschwindigkeit bewegt.

Licht bewegt sich mit 299.792.458 Metern (186.282.397 Meilen) pro Sekunde. Multipliziere diese Zahl mit der Anzahl der Sekunden in einem Jahr (31.557.600), und du erhältst deine Antwort: Ein Lichtjahr ist 9.460.730.473.000 Kilometer oder 5.878.625.373.000 Meilen.

Das sind wahrscheinlich mehr Ziffern, als du gesucht hast. Runden Sie es auf 6 Billionen Meilen ab, und Sie sind immer noch nah genug dran für jede sachkundige Nerd-Konversation.

Warum messen Astronomen Entfernungen in Lichtjahren?

Gewohnte Einheiten wie Kilometer und Meilen sind absurd klein, um die Weite des Kosmos zu beschreiben. Nehmen wir das Beispiel von Proxima Centauri, dem nächstgelegenen Stern jenseits unserer Sonne. Man könnte sagen, dass er etwa 24.900.000.000.000 Meilen entfernt ist – oder man spart sich den Atem und nennt die Entfernung stattliche 4,24 Lichtjahre.

Die meisten Sterne, die man nachts sieht, sind nur wenige hundert Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Milchstraßengalaxie, in der wir leben, hat einen schönen, runden Durchmesser von 100.000 Lichtjahren. Die Andromeda-Galaxie ist 2,54 Millionen Lichtjahre entfernt – eine große Zahl, aber immer noch viel überschaubarer als „14 Quintillionen, 900 Quadrillionen Meilen.“

Lichtjahre sind also nur ein Maß für die Entfernung, nicht für die Zeit?

Streng genommen, ja. Ein Lichtjahr ist eine Entfernungseinheit, genau wie Fuß und Zoll. Wenn Sie jede Verwirrung vermeiden wollen, können Sie hier aufhören.

Aber es gibt noch eine andere faszinierende Seite der Lichtjahr-Geschichte. Da sich Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit bewegt, ist alles, was du siehst, veraltet: Ihr Blick auf die Welt ist eigentlich ein Abbild dessen, wie die Dinge zu dem Zeitpunkt aussahen, als ihr Licht begann, sich auf Sie zuzubewegen.

Wenn Sie quer durch einen Raum starren, beträgt die Verzögerung nur Milliardstel einer Sekunde – völlig unmerklich. Schauen Sie den Mond an, und Sie sehen ihn so, wie er vor anderthalb Sekunden war. Beobachten Sie einen Sonnenuntergang, und Sie sehen die Sonne von vor 8,3 Minuten.

Der Effekt ist bei den Sternen noch viel ausgeprägter. Sie sind Lichtjahre entfernt, und wenn man sie ansieht, blickt man Jahre in die Vergangenheit.

Sirius, der hellste Stern am Himmel, ist 8,6 Lichtjahre von der Erde entfernt, was bedeutet, dass das Licht, das man sieht, ihn vor 8,6 Jahren verlassen hat. Mit anderen Worten: Wir sehen Sirius immer so, wie er vor 8,6 Jahren war. Deneb, ein auffälliger Sommerstern im Sternbild Cygnus, ist etwa 2.500 Lichtjahre entfernt. Sein funkelndes Leuchten war bereits zu Lebzeiten von Aristoteles auf dem Weg zu uns.

Und denken Sie daran, dass andere Galaxien noch weiter entfernt sind. Leistungsstarke Teleskope wie Hubble können Galaxien aufspüren, deren Licht seit Milliarden von Jahren in unsere Richtung unterwegs ist. So zeigen uns diese ätherischen Hubble-Bilder Galaxien, wie sie vor Milliarden von Jahren waren – in einigen Fällen aus einer Zeit, bevor es die Erde gab.

Kurz gesagt, ein Lichtjahr beschreibt nur die Entfernung – aber das Licht selbst ist eine Art Zeitmaschine, die es uns ermöglicht, den Kosmos so zu beobachten, wie er vor langer Zeit war.

Woher kennen wir die Lichtgeschwindigkeit?

Die entscheidende Erkenntnis stammt von Ole Rømer, einem dänischen Astronomen aus dem 17. In den 1660er Jahren untersuchte er den Jupitermond Io, als ihm etwas Merkwürdiges auffiel: Wenn Jupiter und Erde am weitesten voneinander entfernt waren, trat Io einige Minuten später in Jupiters Schatten ein als von den Astronomen vorhergesagt. Wenn sich die beiden Planeten am nächsten waren, schien das Ereignis ein paar Minuten früher einzutreten.

Rømer erkannte, dass die Verzögerung nichts mit Io zu tun hatte. Vielmehr handelte es sich um eine Täuschung, die durch die Zeit verursacht wurde, die das Licht benötigt, um die zusätzliche Entfernung zu überwinden, wenn sich Erde und Jupiter auf gegenüberliegenden Seiten der Sonne befinden. Seine Berechnungen ergaben, dass das Licht 131.000 Meilen pro Sekunde zurücklegt – eine bemerkenswert gute Schätzung, wenn man bedenkt, dass er diese Arbeit nur 60 Jahre nach der Erfindung des Teleskops machte.

Wer hat den Begriff Lichtjahr erfunden?

„Das Konzept der Lichtgeschwindigkeit als Entfernungsmaß kam bereits Ende des 17. Jahrhunderts auf, als Rømer die Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit entdeckte“, sagt Frédéric Arenou, Astronom und Wissenschaftshistoriker am Pariser Observatorium.

Die Menschen griffen die Idee so schnell auf, dass es unmöglich ist, eine Person mit Sicherheit zu benennen. Arenou verweist jedoch auf einen guten Kandidaten: den englischen Gelehrten Francis Roberts, der 1694 sinnierte, dass „das Licht mehr Zeit braucht, um von den Sternen zu uns zu gelangen, als wir für eine Reise nach Westindien benötigen“

Zunächst waren diese Ideen notwendigerweise vage, da die Wissenschaftler nur eine grobe Vorstellung davon hatten, wie weit die Sterne entfernt sind. Der Durchbruch kam im Jahr 1838, als der deutsche Astronom Friedrich Bessel die genaue Entfernung zum Stern 61 Cygni maß. Bei der Beschreibung der riesigen Zahl, die er erhielt, schrieb Bessel, dass „das Licht 10,3 Jahre braucht, um diese Entfernung zu überwinden“. Das ist der genaueste Zeitpunkt, an dem das Konzept des Lichtjahres geboren wurde.

Nach ein paar Jahrzehnten war das Lichtjahr in der populärwissenschaftlichen Literatur alltäglich. Laut Arenou wehrten sich die professionellen Astronomen jedoch lange gegen die Verwendung des Begriffs – und das aus einem überraschenden Grund. Sie hielten das Lichtjahr für unzureichend wissenschaftlich, da es nicht direkt gemessen werden kann.

Wie messen Astronomen Entfernungen in Lichtjahren?

Bessel berechnete die Entfernung zu 61 Cygni, indem er seine Parallaxe beobachtete, die scheinbare Hin- und Herbewegung am Himmel, die durch die Bewegung der Erde um die Sonne verursacht wird.

Die Parallaxe ist immer noch eines der leistungsfähigsten Instrumente der Astronomen zur Entfernungsmessung. Die Europäische Weltraumorganisation gab 650 Millionen Euro (750 Millionen Dollar) für das Weltraumteleskop Gaia aus, das derzeit die Parallaxe nutzt, um die Entfernungen zu mehr als einer Milliarde Sternen in unserer Galaxie zu messen.

Außerhalb der Milchstraße, wo die Parallaxen selbst für Gaia zu klein sind, berechnen Astronomen Entfernungen, indem sie bestimmte Arten veränderlicher Sterne oder brillante Supernova-Explosionen beobachten. Diese Ansätze stützen sich jedoch immer noch auf Parallaxenmessungen als Bezugspunkt.

Da ihre Arbeit so tief in der Parallaxe verwurzelt ist, verwenden die Astronomen üblicherweise eine zweite Entfernungseinheit, das Parsec („Parallaxenbogensekunde“, ein kleiner Winkel). Ein Parsec entspricht 3,26 Lichtjahren. Manchmal ist das Parsec wissenschaftlich relevanter, aber Forscher wechseln oft zwischen den beiden Begriffen, ohne ersichtlichen Grund außer dem Stil.

Unglücklicherweise klingt das „sec“ in Parsec wie eine Zeiteinheit, was zu weiterer Verwirrung führt. Im Film „Star Wars: Eine neue Hoffnung“ von 1977 prahlt Han Solo damit, dass er „den Kessel Run in weniger als 12 Parsecs geschafft hat.“ Star-Wars-Fans haben sich bei dem Versuch, diesen offensichtlichen Fehler zu erklären, in die Haare gekriegt. Es ist besser, sich an das Lichtjahr zu halten. Das ist alles, was man an Astronomie braucht – und man kann sich auch mit Zeitreisen beschäftigen.

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