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Die Sterne sind verrückt

Vor 100 Jahren wurde auf einer afrikanischen Insel Albert Einsteins Ruhm begründet.

Die totale Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919 bot Astronomen die Chance, Albert Einsteins Ideen experimentell zu überprüfen. (Foto: Getty Images)
Die totale Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919 bot Astronomen die Chance, Albert Einsteins Ideen experimentell zu überprüfen. (Foto: Getty Images)

Wo Raum und Zeit verbogen sind, machen auch Lichtstrahlen eine Kurve. Das war – sehr vereinfacht – eine der erstaunlichen Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Albert Einstein im Jahr 1916 vollendet hatte. Einen gekrümmten Lichtstrahl in der Natur zu entdecken, war daher die entscheidende ­Bestätigung für Einsteins kompliziertes Formelwerk, das die Gravitationslehre Isaac Newtons ablösen sollte.

Alles, was man für den experimentellen Beweis brauchte, war eine grosse Masse, die ­gemäss Einsteins Theorie eine Delle in der Raumzeit erzeugt, sowie einen Lichtstrahl, der sich von dieser Delle verbiegen liess. Zeitgenössische Astronomen hatten hierfür schnell einen geeigneten Himmelskörper im Sinn: die Sonne.

Von der Erde aus betrachtet müsste es so aussehen, als rückten die Sterne am Himmel an eine andere Stelle.

Sollte die Masse der Sonne die Raumzeit verbiegen, müsste ein knapp vorbeifliegender Lichtstrahl eine leichte Kurve machen. Die Ablenkung wäre gering, nur knapp 1,8 Bogensekunden, also ein Zweitausendstel Grad, was der Breite eines Einfränklers entspricht, die man aus mehreren Kilometern Abstand sieht. Die von Einstein erwartete Verschiebung wäre aber immerhin ­doppelt so gross wie die aus Newtons klassischen Gesetzen abgeleitete Lichtkrümmung, die bereits im 19. Jahrhundert berechnet worden war.

Von der Erde aus betrachtet müsste es so aussehen, als rückten die Sterne am Himmel an eine andere Stelle, wenn die Sonnenscheibe in ihrer Nähe steht. Anders als die erst 100 Jahre später gemessenen Gravitations­wellen galten die von der Sonnenmasse verschobenen Sterne mit den Messinstrumenten der damaligen Zeit als auffindbar. Das grössere Problem war: Bei gleissendem Sonnenlicht sind keine Sterne zu sehen.

Fehlschläge bringen Glück

Doch am 29. Mai 1919 bot sich eine günstige Gelegenheit. Eine Sonnenfinsternis war vorher­gesagt, deren Schatten von Südamerika nach Westafrika ziehen würde. Wenn der Mond die Sonne verdunkelt, so hofften die ­Astronomen, müsste man die Sterne direkt daneben fotografieren und feststellen können, ob sie ihre Positionen ändern.

Die Hoffnung, diesen Effekt zu finden, hatte bereits 1912 eine Expedition nach Argentinien gelockt, die an schlechtem Wetter scheiterte. Zwei Jahre später ­waren deutsche Astronomen mit gleicher Absicht nach Russland gereist, um im August 1914 von der Krim eine Sonnenfinsternis aufzuzeichnen. Doch mit Ausbruch des Ersten Weltkriegs ­gerieten einige der Forscher in Gefangenschaft.

Für Albert Einstein waren diese Fehlschläge ein grosses Glück. Seine Formeln waren vor 1915 noch nicht ausgereift. Nicht auszudenken, wenn die Messungen der Sternverschiebungen seinen provisorischen Berechnungen widersprochen hätten. Erst 1919 unternahm der britische Astronom Arthur Stanley Eddington einen weiteren Versuch, die Sterne während einer Sonnenfinsternis aufzuzeichnen.

Im November 1919 versetzten Albert Einstein (links) und Arthur Eddington die Wissenschaft in Aufruhr. Foto: AKG, Science Photo Library
Im November 1919 versetzten Albert Einstein (links) und Arthur Eddington die Wissenschaft in Aufruhr. Foto: AKG, Science Photo Library

1916 hatte Eddington von dem niederländischen Physiker Willem De Sitter Abschriften von Einsteins Formeln zugeschickt bekommen. Eddington war beeindruckt von der Theorie des deutschen Kollegen, mit dem er in Kriegszeiten nicht korrespondieren konnte. Anfang 1917 schrieb er einen Bericht für die britische Royal Society, in dem er für eine Expedition zur Sonnenfinsternis von 1919 warb. Nicht nur würde die Sonne vom Mond abgedeckt sein, die verfinsterte Sonne würde an einer Gruppe besonders auffälliger Sterne vorüberziehen, den ­Hyaden. Es wurde entschieden, gleich zwei Expeditionen zu ­finanzieren, eine nach Brasilien, die andere, angeführt von ­Eddington selbst, auf die Insel Principe im westafrikanischen Golf von Guinea.

Doch gab es eine Hürde: Der 34-jährige Eddington wurde zum Kriegsdienst einberufen. Seine Weigerung aus Gewissensgründen – er war Quäker – ­scheiterte. Erst als namhafte Wissenschaftler für ihn sprachen, wurde die Einberufung verschoben. Doch liessen sich astronomische Instrumente erst nach dem Kriegsende beschaffen. Im Februar 1919 brach die Expedition schliesslich unter grosser Hektik auf.

Im Gepäck der beiden Forschergruppen waren Fernrohre mit Viertelmeter-Linsen sowie je ein Coelostat, der das Objektiv bei drehender Erde auf die Sonne gerichtet hält. Aufgebaut waren die Instrumente 3,5 Meter gross. Trotz dieser Ausmasse würden die Sterne auf den seinerzeit benutzten Fotoplatten nur um gut zwei Hundertstelmillimeter verrücken.

Team in Brasilien macht fatalen Fehler

Vieles konnte einen Strich durch die Rechnung machen: die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, das Flirren der tropischen Luft. Oder schlicht und einfach Wolken. Die Hyaden mussten genau in dem Moment abgelichtet werden, in dem die verfinsterte Sonne über sie hinwegzog. Ausserdem brauchte es zum Vergleich Aufnahmen des gleichen Himmelsbereichs ohne Sonne.

Was würden die Astronomen in Brasilien und auf der Insel Principe messen? Newtons Wert von 0,87 Bogensekunden? Oder Einsteins Berechnung von 1,74? Eddingtons Kollege in Brasilien telegrafierte schliesslich «FINSTERNIS PRÄCHTIG» nach England, während Eddington auf Principe fast durchgehend in Wolken blickte. Doch die Gruppe in Brasilien hatte einen fatalen Fehler gemacht. Das Hauptinstrument hatten sie nachts auf die Sterne eingestellt. Mit auf­gehender Sonne heizte sich das Metallrohr des Teleskops auf, die Bilder wurden unscharf. Immerhin gelangen brauchbare Aufnahmen mit einem kleineren ­Ersatzinstrument.

Die Nachricht machte Einstein quasi über Nacht zur Ikone der Populärkultur.

Grosses Glück hatte hingegen Eddington. Die Wolkendecke lüftete sich kurz, und ihm gelangen zwei gute Aufnahmen. Allerdings konnte er keine Referenzbilder von den Hyaden ohne Sonne ­machen, weil ihn ein drohender Streik der Schifffahrtslinie zu einer vorzeitigen Abreise zwang. Eddington musste sich auf ältere Aufnahmen des Himmelsabschnitts verlassen, die in den Archiven der britischen Universitäten lagen.

Nach wochenlangen Auswertungen kamen im November 1919 die britische Astronomen­Vereinigung sowie die Royal ­Society in London zusammen. Die Messung aus Brasilien ergab eine Sternenverschiebung von 1,98 Bogensekunden, Eddingtons Wert lag bei 1,61. Beides war nah genug an Einsteins Vorhersage und weit genug weg von Newtons Wert, um die Wissenschaft in Aufruhr zu versetzen.

Doch gab es auch Zweifel. Ein Physiker der Royal Society soll mit dem Finger auf ein Ölporträt Newtons gezeigt haben mit den Worten: «Wir schulden es diesem grossen Mann, mit dem Gravitationsgesetz äusserst vorsichtig umzugehen.»

«Das Wichtigste seit Newton»

Tatsächlich basierten Eddingtons Berechnungen nur auf wenigen Sternen. Eine provisorische Auswertung der unscharfen Platten aus Brasilien schien zudem eine Verschiebung von nur 0,93 Bogensekunden zu zeigen, was näher bei Newton als bei Einstein lag. Bis heute ist Eddington daher den Verdacht nicht losgeworden, unliebsame Messwerte unterdrückt zu haben. Doch J.J. Thomson, der Entdecker des Elektrons, liess seiner Begeisterung bei dem Londoner Treffen freien Lauf: «Das ist das wichtigste Ergebnis der Gravitationsphysik seit Newton!»

Auch Einstein selbst hatte keine Zweifel. Noch vor der Präsentation in London hatte er seiner Mutter von «glücklichen Neuigkeiten» berichtet. Die Nachricht von den ersten Messungen im November 1919 machte Einstein quasi über Nacht zur Ikone der Populärkultur. Und es war in gewisser Weise die Geburtsstunde des Wissenschaftsjournalismus. Die Londoner «Times» titelte am 7. November 1919: «Revolution in der Wissenschaft: Neue Theorie des Universums». Zwei Tage später folgte die «New York Times»: «Lichter am Himmel alle verschoben» – die Menschheit brauche sich deswegen aber keine Sorgen zu machen.

Völlig in den Hintergrund rückten die Schwierigkeiten und die Zweifel, die mit der Messung 1919 auf Principe einhergingen.

1922 bestätigte eine weitere Expedition, diesmal von Australien aus, die Verschiebung der Sterne aufgrund der Raumzeitkrümmung der Sonne. Etwas Glanz fiel auf Eddington ab, aber nichts war vergleichbar mit Einsteins Ruhm. Für ­dessen Bekanntheit und Glorifizierung tat die Messung der verschobenen Sterne mehr als der Nobelpreis, den er 1922 ­erhielt – nicht für die Relativitätstheorie, sondern für vergleichsweise weniger spektakuläre Berechnungen zur Molekularbewegung und zum Fotoeffekt von 1905.

Völlig in den Hintergrund rückten die Schwierigkeiten und die Zweifel, die mit der Messung 1919 auf Principe einhergingen. Dabei wären sie ein Lehrbuchbeispiel für die Mühen und Widrigkeiten, mit denen auch heute noch neues Wissen erlangt wird.

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