KI und der Himmel

Sternkataloge: Woher die Sterne im 3D-Himmel kommen

Ein Sternkatalog ist eine geordnete Tabelle von Sternen mit gemessenen Daten: Position, Helligkeit, Farbe und Entfernung. Der 3D-Himmel von Astronativa beruht auf Daten der ESA-Weltraummissionen Hipparcos und Gaia, die Sterne oberhalb der Atmosphäre vermessen. Das Ergebnis ist sehr genau, aber nicht vollständig, und die Entfernungen weit entfernter Sterne sind mit größeren Unsicherheiten behaftet.

Was ist ein Sternkatalog?

Ein Sternkatalog ist eine geordnete Liste von Sternen. Jede Zeile steht für einen Stern, und die Spalten enthalten gemessene Größen: wo er am Himmel steht, wie hell er ist, welche Farbe er hat und wie weit er entfernt ist. Kataloge gibt es seit der Antike, die frühesten wurden mit bloßem Auge erstellt. Moderne Kataloge beruhen auf Präzisionsinstrumenten und enthalten von Tausenden bis zu Milliarden von Objekten.

Wenn du in einem 3D-Himmel einen Stern an der richtigen Stelle siehst, steht dahinter ein Katalogeintrag. Die Karte ist nicht frei gezeichnet, sondern aus veröffentlichten wissenschaftlichen Daten aufgebaut. Derselbe Himmel ist von der IAU (Internationale Astronomische Union) in 88 offizielle Sternbilder eingeteilt, über die du in 88 Sternbilder mehr lesen kannst.

Die Missionen Hipparcos und Gaia

Vom Boden aus verwischt und verschiebt die Atmosphäre die Bilder der Sterne. Deshalb schickt die Europäische Weltraumorganisation (ESA) Teleskope ins All, um Sternpositionen von oben zu messen.

Hipparcos (kurz für High Precision Parallax Collecting Satellite, ein Name, der an den antiken griechischen Astronomen Hipparchos erinnert) war eine ESA-Mission, die 1989 startete und bis 1993 in Betrieb war. Ihr Katalog erschien 1997 und enthält etwa 118.000 Sterne, die mit damals beispielloser Genauigkeit vermessen wurden. Der begleitende Tycho-Katalog umfasst über eine Million Sterne mit geringerer Präzision.

Gaia ist ihr Nachfolger. Gaia startete im Dezember 2013 und arbeitet in der Nähe des Lagrange-Punkts L2 des Systems Sonne–Erde, etwa 1,5 Millionen Kilometer von uns entfernt. Gaia hat den Himmel wiederholt durchmustert und dabei Positionen, Bewegungen und Entfernungen gemessen. Die dritte Datenveröffentlichung (Gaia DR3, 2022) enthält etwa 1,8 Milliarden Objekte, für rund 1,5 Milliarden davon liegen Parallaxen (die Grundlage für Entfernungen) und Eigenbewegungen vor. Die Mission hat ihre Beobachtungen 2025 beendet, während die Datenverarbeitung und weitere Veröffentlichungen weitergehen.

Ältere Kataloge sind nicht überholt. Gaia wurde vor allem für lichtschwache und mittelhelle Sterne konzipiert, die allerhellsten sind für ihre Detektoren schwieriger. Für diese werden häufig weiterhin frühere Daten wie die von Hipparcos verwendet.

Helligkeit, Farbe und Entfernung in 3D

Drei Arten von Daten machen aus einer flachen Karte einen Raum.

Entfernung. Sie wird über die Parallaxe gemessen, die winzige scheinbare Verschiebung eines nahen Sterns vor weit entfernten Hintergrundsternen, während die Erde die Sonne umkreist. Je kleiner die Verschiebung, desto weiter ist der Stern entfernt. Gaia misst diese Winkel mit außergewöhnlicher Präzision, sodass nahe Sterne verlässliche Entfernungen erhalten. Bei sehr weit entfernten Sternen ist die Parallaxe so klein, dass die Entfernung unsicherer ist und mit zusätzlichen Methoden geschätzt wird.

Helligkeit. Kataloge erfassen sie als Magnitude (eine kleinere Zahl bedeutet einen helleren Stern). Die scheinbare Helligkeit hängt auch von der Entfernung ab: Ein naher, schwacher Stern kann heller wirken als ein ferner, leuchtkräftiger. Sobald die Entfernung bekannt ist, lässt sich die wahre Leuchtkraft berechnen. Helle Beispiele sind Sirius und Beteigeuze.

Farbe. Gaia misst Licht in mehreren Farbbändern. Die Farbe hängt mit der Oberflächentemperatur zusammen: Heißere Sterne wirken bläulich, kühlere orange und rötlich. So kann ein 3D-Himmel den Sternen eine realistische Tönung geben.

Wo Daten vorliegen, kann ein 3D-Himmel jeden Stern sowohl in der Richtung als auch in der Tiefe korrekt platzieren. Dennoch ist Ehrlichkeit wichtig: Kein Katalog ist bis ins Unendliche vollständig. Viele sehr lichtschwache, staubverdeckte oder sehr ferne Sterne fehlen oder haben nur grobe Schätzwerte. Deshalb ist die Milchstraße in der Nähe gut kartiert und in der Ferne ungenauer.

Warum sich Sterne in einem Menschenleben kaum bewegen

Sterne sind nicht fest. Jeder hat eine Eigenbewegung, aber die Entfernungen sind so gewaltig, dass die scheinbare Verschiebung winzig ist. Barnards Pfeilstern, einer der am schnellsten bewegten Sterne am Himmel, verschiebt sich um etwa 10 Bogensekunden pro Jahr. In 100 Jahren sind das rund 17 Bogenminuten, weniger als der scheinbare Durchmesser des Mondes. Bei den meisten Sternen ist die Verschiebung hundertmal kleiner.

Deshalb sehen die Umrisse der Sternbilder ein ganzes Menschenleben lang und über viele Generationen hinweg gleich aus. Spürbare Veränderungen entstehen erst über Zehntausende von Jahren.

Für ein genaues Modell des Himmels an einem bestimmten Datum wird ein weiterer Effekt berücksichtigt: Die Richtung der Erdachse verschiebt sich langsam und beschreibt dabei einen Kegel, ein Effekt namens Präzession. Deshalb sind Koordinaten an eine bestimmte Epoche gebunden. Kataloge wie Gaia geben Positionen für einen Referenzzeitpunkt an, und Software berechnet sie für das gewählte Datum. Zur Gesamtgenauigkeit der Berechnungen siehe Ephemeriden und Genauigkeit.

Was wir sagen können und was nicht

Wir können sagen, dass die Positionen und Helligkeiten der Sterne im 3D-Himmel aus veröffentlichten wissenschaftlichen Katalogen stammen und im Rahmen dieser Messungen genau sind. Wir können nicht versprechen, dass jeder Stern dargestellt wird oder jede Entfernung gleich sicher ist. Der Himmel auf dem Bildschirm ist das beste verfügbare Modell, nicht das letzte Wort der Wissenschaft: Die Daten werden mit jeder neuen Katalogveröffentlichung weiter verfeinert.

Die Positionen in Astronativa sind astronomisch exakt. Die Deutung dient der Inspiration. · Glossar · Nutzungsbedingungen · Datenschutz · Danke