Harlow Shapley blickte nicht nur in die Sterne. Er kartografierte die Dunkelheit zwischen ihnen. Der 1885 in Nashville, Missouri, geborene amerikanische Astronom sollte schließlich unser Verständnis darüber, wo wir im Kosmos stehen, neu definieren. Seine Arbeit hat nicht nur die Zahlen optimiert. Es hat das gesamte Zentrum der Milchstraße von der Erde weg verschoben.
Vor Shapley betrachtete sich die Menschheit gerne als zentral. Wir waren der Mittelpunkt. Die Sonne stand in der Mitte der Galaxie. Die Logik schien vernünftig, wenn man den Nachthimmel nur von unserem spezifischen Standpunkt aus betrachtete. Shapley hat bewiesen, dass das falsch war. Er folgerte daraus, dass die Sonne in der Nähe der Zentralebene der Milchstraße liegt, sich aber nicht in der Nähe des Zentrums befindet. Es liegt etwa 30.000 Lichtjahre entfernt. Das ist weit weg von der Party.
Dies war kein einziger Moment der Einsicht. Es war eine mühsame Berechnung. Es begann im Jahr 1911. Shapley arbeitete eng mit Henry Norris Russell zusammen, um den Code für Sterndimensionen zu knacken. Sie konzentrierten sich auf binäre Systeme. Dabei handelt es sich um Sternpaare, die einen gemeinsamen Massenschwerpunkt umkreisen. Wenn sie einander in den Schatten stellen, wird ihr Licht schwächer. Diese Verdunkelung ist messbar. Es sind Daten.
Shapley nutzte diese Messungen, um die physikalische Größe von Sternen zu ermitteln. Er verwandelte leichte Kurven in physische Realitäten. Diese Methode wurde mehr als 30 Jahre lang zum Standardverfahren. Es war der Goldstandard zur Messung der Sterngröße. Wenn man wissen wollte, wie groß ein Stern war, schaute man sich seine Verfinsterungen an. Shapley hatte den Herrscher gebaut.
Aber es gab einen Haken. Einige Sterne verhielten sich anders. Sie pulsierten. Sie wurden als Cepheid-Variablen bezeichnet. Andere Astronomen dachten, es handele sich lediglich um binäre Paare, die sich gegenseitig in den Schatten stellten. Shapley erkannte den Fehler. Er zeigte, dass Cepheid-Variablen keine Sternpaare sein können, die sich gegenseitig verdunkeln. Die Rechnung hat nicht gehalten. Die Lichtvariation war zu komplex. Zu rhythmisch.
Also schaute er tiefer. Er war der erste, der vermutete, dass es sich um pulsierende Sterne handelte. Sie atmen. Sie dehnen sich aus und ziehen sich zusammen. Diese Unterscheidung war wichtig. Es beseitigte die Verwirrung auf dem Feld. Dadurch konnten Astronomen diese Sterne später als „Standardkerzen“ verwenden, als Werkzeuge zur Messung großer Entfernungen im Weltraum. Durch die korrekte Identifizierung ihrer Natur kategorisierte Shapley nicht nur einen Sterntyp. Er ermöglichte die Messung der wahren Größe der Galaxie.
Er starb am 20. Oktober 1972 in Boulder, Colorado. Die Sonne blieb, wo sie war, und hing in den Vororten der Galaxie. Wir haben uns nicht bewegt. Aber unsere Karte hat sich geändert. Wir haben gelernt, dass wir nicht im Mittelpunkt von irgendetwas stehen. Nur ein kleiner Teil eines viel größeren, gleichgültigen Systems.
Wir definieren unseren Platz im Kosmos neu
Bis 1914 hatte sich Harlow Shapley in den Stab des Mount Wilson Observatory in Pasadena, Kalifornien, eingelebt. Der Preis auf dem Tisch war das 1,5-Meter-Spiegelteleskop. Es war das größte Instrument am Himmel und Shapley nutzte es, um die Kugelsternhaufen der Milchstraße zu kartieren. Das waren nicht irgendwelche Sterne. Es handelte sich um dichte, kugelförmige Haufen mit jeweils bis zu einer Million Sonnen.
Damals kannten die Astronomen etwa 100 solcher Sternhaufen. Shapley bemerkte etwas Seltsames. Ein Drittel von ihnen befand sich im Sternbild Schütze. Das war kein Zufall. Er nutzte einen neuen Trick, um die Entfernung zu messen. Bei dem Trick handelte es sich um veränderliche Sterne vom Typ RR Lyrae. Diese Sterne pulsieren im Rhythmus. Ihre Variationsperiode steht in direktem Zusammenhang mit ihrer Helligkeit. Wenn Sie den Puls kannten, kannten Sie das wahre Licht. Wenn Sie das wahre Licht und die scheinbare Helligkeit kannten, kannten Sie die Entfernung.
Die Daten zeichneten ein Bild. Die Cluster bildeten eine Kugel. Der Mittelpunkt dieser Kugel zeigte in Richtung Schütze. Es schien logisch, dass die Haufen das galaktische Zentrum umkreisten. Also hat Shapley nachgerechnet. Er platzierte die Sonne etwa 50.000 Lichtjahre vom galaktischen Kern entfernt. (Spätere Arbeiten korrigierten dies auf 30.000). Das war ein Schock. Vor Shapley dachten alle, die Sonne stünde etwa in der Mitte der Milchstraße. Er hatte diese Annahme einfach widerlegt. Seine Berechnungen lieferten die erste realistische Schätzung der wahren Größe der Galaxie. Dies hat die galaktische Astronomie für immer verändert.
Die große Debatte von 1920
Während Shapley die Milchstraße erweiterte, beschäftigte ein anderes Problem die Astronomen. Was waren die Spiralnebel? Objekte wie der Andromedanebel sahen aus wie schwache Flecken. Einige dachten, es handele sich um kleine Wolken in unserer eigenen Galaxie. Andere dachten, sie wären selbst ganze Galaxien.
Diese Spannung explodierte am 26. April 1920. Die National Academy of Sciences tagte in Washington, D.C. Zwei Männer standen auf dem Podium. Auf der einen Seite stand Shapley. Auf der anderen Seite stand der amerikanische Astronom Heber Curtis. Ihr Zusammenstoß wurde als die Große Debatte bekannt. Es gab keinen klaren Gewinner, aber es machte deutlich, was auf dem Spiel steht.
Curtis lehnte Shapleys riesige Milchstraße ab. Wenn die Galaxie so groß wäre, so argumentierte er, könnten sich die Nebel nicht darin befinden. Er glaubte, dass die Spiralnebel unabhängige „Inseluniversen“ seien. Shapley hielt an der gewaltigen Größe der Milchstraße fest. Aber er argumentierte, dass die Spiralnebel lediglich Gaswolken seien, ähnlich Kugelsternhaufen, die innerhalb unserer Galaxie verstreut seien.
Die Geschichte hat Curtis hinsichtlich der Nebel bestätigt. Es waren tatsächlich andere Galaxien. Aber Shapley hatte recht, was die Größe unseres eigenen angeht. Das Universum war viel größer, als sich irgendjemand vorgestellt hatte. Es war ein chaotischer Sieg für beide Männer.
Legacy- und bewohnbare Zonen
Shapley blieb nicht bei der Milchstraße stehen. Er betrachtete nahegelegene Galaxien und konzentrierte sich dabei stark auf die Magellanschen Wolken. Er bemerkte, dass Galaxien nicht alleine schweben. Sie schlossen sich zusammen. Er nannte diese Cluster „Metagalaxien“. Dieser Begriff für Galaxienhaufen hat dazu beigetragen, unsere Sicht auf großräumige Strukturen zu definieren.
Im Jahr 1953 stellte Shapley eine Theorie vor, die noch heute unsere Suche nach Leben prägt. Er nannte es den „Flüssigwassergürtel“. Die Idee war einfach, aber tiefgreifend. Ein Planet muss eine bestimmte Entfernung von seinem Stern haben. Zu nah und Wasser kocht. Zu weit und es friert ein. Nur in diesem Gürtel kann ein Planet eine Atmosphäre halten und das Wasser flüssig halten. Wir kennen dies heute als bewohnbare Zone. Es bleibt ein grundlegendes Konzept in der Astrobiologie.
Seine Karriere verlagerte sich von Mount Wilson an die Harvard University. Dort wurde er Professor. 1921 übernahm er die Leitung des Harvard College Observatory. Er hatte dieses Amt bis 1952 inne. Nach seinem Rücktritt behielt er die Titel eines emeritierten Direktors und Paine-Professors für Astronomie.
Er hinterließ eine bedeutende Bibliographie. Sternhaufen kamen 1930 an. Es folgten Flüge aus dem Chaos. Galaxies erschien 1943. Zu den späteren Werken gehörten The Inner Metagalaxy (1957) und Of Stars and Men (1958). Letzterer wurde 1962 verfilmt. Er war auch der Vater von Lloyd Shapley, dem Nobelpreis für Wirtschaftswissenschaften.
Der Mann, der die Sonne an den Rand der Galaxie drängte, half auch bei der Definition, wo anderswo Leben existieren könnte. Das Universum wurde größer, aber die Suche nach dem Sinn darin wurde präziser. Wir betrachten diese Cluster immer noch.
