Links leuchtet ein Stern, und von ihm breiten sich nacheinander farbige Wellen aus — rosa, cyan, violett —, jede mit ihrer eigenen Verzögerung, sodass die Kreise nie zusammenfallen. Darüber glimmen zwei Nebel, die langsam ihre Umrisse ändern, und ringsum funkeln Sterne, deren Perioden inkommensurabel gewählt sind. Auf der Skala unten läuft vom Stern eine cyanfarbene Marke und erreicht genau den Strich bei einem Lichtjahr, wo sie ein rosa Strich erwartet: Das ist die Messung selbst — der Weg des Lichts in einem Jahr, auf einem Lineal abgetragen. Die Buchstaben in der Mitte sind in allen Sprachen gleich, der Name in der jeweiligen Sprache steht unter der Tafel.
Einheit außerhalb des SI · Astronomie · Länge
Lichtjahr, ly
Ein Lineal, dessen Teilstriche das Licht abmisst
Längeneinheit · Weg des Lichts im Vakuum in einem julianischen Jahr · 9 460 730 472 580 800 m
Das Wort haben nicht Astronomen erfunden, sondern Popularisierer, und die Fachleute rümpften anfangs die Nase: Es schien ihnen widersinnig, eine Entfernung mit der Zeit zu messen, noch dazu mit einem Jahr, das jeder Kalender anders zählt. Gesiegt hat dennoch die Anschaulichkeit, denn der Satz „bis zum nächsten Stern braucht das Licht vier Jahre“ versteht jeder, der einmal auf einen Brief gewartet hat, während eine Zahl in Millionen Millionen Kilometern der Vorstellung nichts sagt.
Der Vorteil dieser Einheit ist, dass sie mit der Entfernung zugleich das Alter des Bildes mitteilt. Blicken wir auf Proxima, sehen wir sie so, wie sie vor viereinviertel Jahren war, und blicken wir auf den Andromedanebel — so, wie er war, als es auf der Erde noch keinen einzigen Menschen heutiger Art gab. Ein Teleskop ist in diesem Sinne weniger ein Vergrößerungsglas als eine Maschine, die die Vergangenheit zeigt, und zwar verschiedene Teile des Himmels in verschiedenen Epochen zugleich.
Der genaue Wert der Einheit stammt nicht aus einer Messung, sondern aus zwei Vereinbarungen: Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist als exakte Zahl von Metern pro Sekunde festgelegt, und als Jahr dient dafür das julianische, genau einunddreißig Millionen fünfhundertsiebenundfünfzigtausendsechshundert Sekunden. Multipliziert man das eine mit dem anderen, erhält man die Länge des Lichtjahres bis zur letzten Stelle, ganz ohne Unsicherheit. Die Unsicherheit kommt erst später, wenn man dieses Lineal an den wirklichen Himmel anlegt.
Das internationale Zeichen sind zwei lateinische Kleinbuchstaben ly ohne Punkte und ohne Leerzeichen dazwischen; im Deutschen schreibt man „Lichtjahr“ oder kürzt „Lj“ ab, doch in Tabellen und Diagrammbeschriftungen setzt man gerade ly, weil die Beschriftung so in jedem Land lesbar ist. Vielfache werden mit den üblichen Vorsätzen gebildet: kly, Mly, Gly — tausend, eine Million und eine Milliarde Lichtjahre.
Ein Lichtjahr ist eine Entfernung, und das Wort „Jahr“ darin ändert daran nichts: „wir flogen zwölf Lichtjahre lang“ zu sagen, ist genauso widersinnig wie „wir gingen zwölf Kilometer pro Stunde lang“. Man sollte es auch nicht mit dem Parsec verwechseln, das etwas mehr als dreieinviertel Lichtjahre misst, noch mit dem Jahr als Zeitspanne: In der Definition steht das julianische Jahr von genau dreihundertfünfundsechzigeinviertel Tagen, nicht das tropische und nicht das Kalenderjahr.
01 · Definition
Weg des Lichts in einem Jahr · Alter des Bildes · Reisezeit für ein SchiffEin Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht im Vakuum in einem julianischen Jahr zurücklegt, also in dreihundertfünfundsechzigeinviertel Tagen zu je sechsundachtzigtausendvierhundert Sekunden. Die Definition enthält zwei Größen, beide sind exakt festgelegt, und darum ist auch ihr Produkt exakt: Hier gibt es kein Normal, keine Messung und keine Korrekturen — nur die Multiplikation zweier vereinbarter Zahlen.
Die Worte „im Vakuum“ in der Definition sind kein Schmuck. In Luft, in Glas und im interstellaren Gas läuft Licht langsamer, und würde man die Einheit über einen wirklichen Strahl definieren, hinge ihre Länge davon ab, welchen Teil des Himmels er durchquert hat. Das astronomische Vakuum ist nahezu vollkommen, doch die Korrektur für Materie bleibt für Radiowellen spürbar, und deshalb steckt in der Definition eben die Geschwindigkeit im Vakuum.
Die zweite Feinheit ist, welches Jahr genommen wird. Das tropische Jahr ist rund elf Minuten kürzer als das julianische, das Kalenderjahr wechselt immer wieder seine Länge, und das siderische ist länger; der Unterschied beträgt am Ende Millionstel, was für die Astronomie nicht wenig ist. Die Internationale Astronomische Union wählte das julianische Jahr gerade wegen seiner Beständigkeit: Es ist weder an die Drehung der Erde noch an ihren Umlauf um die Sonne gebunden und ändert sich darum nicht mit der Zeit.
Schließlich hat die Größe eine Eigenschaft, die weder das Meter noch das Parsec besitzt: Sie sagt sofort, wie spät wir dran sind. Die Entfernung in Lichtjahren ist das Alter des Bildes, und jede Himmelskarte erweist sich als Karte verschiedener Epochen, zu einem Bild zusammengenäht. Um dieser Eigenschaft willen dulden die Fachleute die Einheit, obwohl sie in Aufsätzen das Parsec vorziehen: Es ist aus einem unmittelbar gemessenen Winkel abgeleitet, nicht aus der Zeit.
Wen wir sehen und wen wir erreichen
In der oberen Hälfte der Szene leuchtet ein Objekt, und von ihm läuft eine Welle zu uns: Solange sie unterwegs ist, sehen wir nicht den Stern, sondern seine Vergangenheit, und die Beschriftung am Okular zeigt das Jahr, in dem das Licht aufbrach. Der Entfernungsregler rückt das Objekt vom Rand des Sonnensystems bis zu den Nachbargalaxien, und mit ihm ändert sich die Epoche, die wir beobachten. In der unteren Hälfte fliegt ein Schiff zu demselben Objekt, und es hat zwei Uhren: Die violette bleibt auf der Erde, die rosa läuft an Bord. Der zweite Regler beschleunigt das Schiff, und je näher es der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto weiter gehen die Anzeigen auseinander — bis ein Weg, für den auf der Erde Jahrhunderte vergehen, für die Besatzung auf wenige Jahre zusammenschrumpft. Beachten Sie, dass das Schiff das Licht bei keiner Einstellung überholen kann: Die rosa Marke bleibt immer hinter der cyanfarbenen.
02 · Umrechnung
Entfernungen · Licht unterwegs · Flug nahe der LichtgeschwindigkeitEine Entfernung in sechs Gestalten
Der erste Reiter rechnet die eingegebene Entfernung in andere Einheiten um — von Parsec und Astronomischen Einheiten bis zu Lichttagen und gewöhnlichen Kilometern. Der zweite zeigt, Licht welcher Epochen uns von bekannten Objekten erreicht. Der dritte rechnet einen Flug durch: wie viele Jahre er nach der Uhr der Erde und wie viele nach der des Schiffes bei verschiedenen Geschwindigkeiten dauert.
Merkregel: Ein Parsec ist etwas mehr als drei Lichtjahre, ein Lichtjahr etwas mehr als dreiundsechzigtausend Astronomische Einheiten, und von der Sonne braucht das Licht gut acht Minuten.
Die Einheit selbst ist exakt, die in ihr ausgedrückten Entfernungen sind es aber längst nicht immer: Zu den Nachbarsternen kennt man sie auf Bruchteile eines Prozents, zu hellen Überriesen mit einer Streuung von zig Prozent, und bei fernen Galaxien hängen die Entfernungen zusätzlich vom gewählten Expansionsmodell ab. Eine Zahl von Lichtjahren im Nachschlagewerk trägt fast immer eine Unsicherheit mit sich, die populäre Beschriftungen weglassen.
| Größe | Wert | Anmerkung |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Messgeräte
Laserentfernungsmessung · Astrometriesatellit · Cepheide · SupernovaEine Leiter, deren jede Sprosse auf der vorigen steht
Der einzige Fall, in dem das Lineal ehrlich ist
Auf die auf dem Mond zurückgelassenen Winkelreflektoren feuert man bis heute Laserimpulse und fängt die zurückkehrenden Photonen auf, von denen auf mehrere Schüsse eines kommt. Die Entfernung ergibt sich direkt aus der Laufzeit, wird also buchstäblich in Lichtsekunden gemessen, und die Genauigkeit erreicht Zentimeter. Die Methode funktioniert innerhalb des Sonnensystems — weiter draußen kann niemand einen Reflektor aufstellen, und das Lineal weicht einer Kette indirekter Verfahren.
Pendeln statt eines Lineals
Die nächsten Sterne misst man geometrisch: In einem halben Jahr zieht der Beobachter mit der Erde um zwei Sonnenabstände weiter, und ein naher Stern verschiebt sich ein wenig gegenüber fernen. Der Winkel dieser Verschiebung beträgt Bruchteile einer Bogensekunde, und sein Kehrwert ergibt sofort die Entfernung in Parsec, die man dann in Lichtjahre umrechnet. Ein moderner Astrometriesatellit hat so mehr als eine Milliarde Sterne vermessen und den Horizont der direkten Methode auf einige tausend Lichtjahre hinausgeschoben.
Ein Stern, der seine Helligkeit selbst mitteilt
Cepheiden-Veränderliche pulsieren, und die Periode ihrer Pulsation ist fest an ihre wahre Leuchtkraft gebunden: Wer die Periode mit der Stoppuhr ermittelt, erfährt, wie hell der Stern in Wirklichkeit ist, und im Vergleich damit, wie matt er erscheint, erhält er die Entfernung. Gerade so stellte sich in den zwanziger Jahren des vorigen Jahrhunderts heraus, dass der Andromedanebel weit außerhalb unserer Galaxis liegt, und die Welt wuchs über Nacht um ein Vielfaches.
Wo das Lichtjahr unbequem wird
Auf großen Entfernungen kommen die Ausbrüche von Supernovae einer bestimmten Art ins Spiel, deren Leuchtkraft nahezu gleich ist, und die Rotverschiebung der Linien im Spektrum. Doch hier beginnen die Schwierigkeiten der Einheit: Während das Licht unterwegs war, dehnte sich der Raum aus, und „Entfernung“ zerfällt in mehrere verschiedene Größen — wie lange das Licht flog und wie weit das Objekt jetzt entfernt ist. Deshalb spricht die Kosmologie lieber von der Rotverschiebung und überlässt Lichtjahre den populären Beschriftungen.
05 · Schreibregeln
ly ohne Punkte · Vorsätze für Vielfache · es ist eine LängeJahr im Namen, Meter im Wesen
Fast alle Fehler mit dieser Einheit kommen von ihrem Namen: Das Wort „Jahr“ zieht die Zeit nach sich, und in den Text schleichen sich Wendungen, in denen man Entfernung in Stunden und Geschwindigkeit in Kilometern misst.
Der erste Eintrag setzt Dauer an die Stelle der Entfernung und ist darum sinnlos, wie „zwölf Kilogramm Weg“. Der zweite und vierte verletzen die Form des Zeichens: zwei Kleinbuchstaben, ohne Punkte und ohne Leerzeichen. Der dritte nimmt das Kalenderjahr statt des julianischen und ändert damit den Wert der Einheit in der sechsten Stelle. Der fünfte verwechselt Entfernung mit Alter: Das Licht war vier Jahre unterwegs, der Stern aber existiert seit Milliarden Jahren. Der sechste ist eben jener Ausgangsfehler, aus dem alle übrigen erwachsen, und er begegnet einem leider selbst in den Beschriftungen ganz ernsthafter Abbildungen.
06 · Benachbarte Einheiten
Parsec · Astronomische Einheit · LichtsekundeDrei benachbarte Einheiten teilen sich ein und denselben Entfernungsbereich und unterscheiden sich darin, woher das Maß genommen ist: beim Parsec ist es ein Winkel, bei der Astronomischen Einheit die Erdbahn, beim Lichtjahr und bei der Lichtsekunde die Laufzeit.
Die Einheit der Fachaufsätze: Sie ist unmittelbar aus einem gemessenen Winkel abgeleitet, nicht aus der Zeit, und darum muss man keine fremde Vereinbarung über die Länge eines Jahres in sie einsetzen.
Das Maß der inneren Angelegenheiten des Sonnensystems: der Abstand der Erde von der Sonne, als exakte Zahl von Metern festgelegt. Jenseits der Neptunbahn ist sie schon unbequem.
Die jüngere Schwester derselben Art, praktisch für die Nachrichtentechnik: Bis zum Mond braucht das Licht eineinviertel Sekunden, und ein Gespräch mit ihm lässt sich schon nicht mehr ohne merkliche Pausen führen.
Unter den Simetrium-Datenblättern steht nebenan das Parsec, und beiden Einheiten liegt zugrunde dieselbe Lichtgeschwindigkeit, mit der auch die Signallaufzeit in irdischen Nachrichtenleitungen gemessen wird.
07 · Historischer Teil
Archiv · 1676 → 1838 → 1851 → 1984Wie die Verspätung des Lichts zum Lineal wurde
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Die Höhe der Balken zeigt, bis zu welcher Entfernung man in verschiedenen Epochen mit direkter geometrischer Messung reichte, und die weiße Marke durchläuft den ganzen Weg. Beachten Sie, dass jeder Sprung nicht mit einer neuen Theorie verbunden ist, sondern mit einem neuen Instrument: erst das Heliometer, dann die Fotoplatte, dann ein über die Atmosphäre hinausgebrachter Satellit.
Eine exakte Einheit für ungenaue Entfernungen
Das Merkwürdige an dieser Einheit ist, dass sie absolut genau bekannt ist, während alles, was mit ihr gemessen wird, nur ungefähr bekannt ist. Die Genauigkeit gab es umsonst: Die Lichtgeschwindigkeit hörte in dem Augenblick auf, gemessen zu werden, als man das Meter über sie definierte, und das julianische Jahr setzte man auf genau einunddreißigeinhalb Millionen Sekunden fest, und das Produkt zweier exakter Zahlen kann nichts anderes sein als eine dritte exakte Zahl.
Die Unsicherheit erscheint im nächsten Schritt, wenn man das Lineal an den Himmel anlegt. Die Entfernungen zu den nächsten Sternen sind auf Hundertstel Prozent bekannt, doch schon bei hellen Überriesen wie Beteigeuze erreicht die Streuung der Schätzungen zig Prozent, weil bei solchen Sternen schon die Oberfläche verschwommen ist und man die Parallaxe aus einem zitternden Bild herausreinigen muss. Auf galaktischen Entfernungen tritt eine Kette indirekter Methoden ein, und jede ihrer Stufen fügt der von der vorigen geerbten Unsicherheit eine eigene hinzu.
Daher die Regel des guten Tons: Eine Zahl von Lichtjahren sollte man zusammen mit ihrer Unsicherheit und dem Verfahren angeben, mit dem sie gewonnen wurde, denn „zweieinhalbtausend Lichtjahre“ aus der Parallaxe und dieselbe Zahl aus der Rotverschiebung sind Größen verschiedener Natur. Die Einheit bleibt dabei ohne jede Schuld: Sie ist genau so, wie man sie definiert hat, und alle Unsicherheit kommt nicht vom Lineal, sondern von dem, was man mit ihm misst.
Größenkatalog
Astronomie und EntfernungenSI-Basiseinheiten
hervorgehoben sind Meter und Sekunde — aus ihnen ist das Lichtjahr zusammengesetztWohin wir blicken und was wir sehen
das Aufbruchsjahr des Lichts ist vom laufenden Jahr aus gezählt| Objekt | Entfernung | In Parsec | Licht unterwegs | Licht brach auf | Was damals geschah |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {ly} | {pc} | {wait} | {when} | {era} |
Die letzte Spalte ist das Hauptargument für diese Einheit: Sie verwandelt eine Entfernung in ein Datum und macht die Beobachtung damit dem Lesen von Briefen ähnlich, die in verschiedenen Jahrhunderten abgeschickt wurden. Man sollte jedoch bedenken, dass diese Daten für ferne Objekte bedingt sind: Während das Licht unterwegs war, hat sich der Raum ausgedehnt, und „wie viele Jahre es flog“ fällt nicht mehr mit „wie weit das Objekt jetzt ist“ zusammen.