Die X-Akten der Astronomie: Das Wow!-Signal, oder: Ist da jemand?

Geht es um ungekl?rte Beobachtungen der Astronomie, steht das Wow!-Signal ganz vorne. Was es damit auf sich hat und welche Erkl?rungsversuche gescheitert sind.

Lesezeit: 9 Min.
In Pocket speichern
vorlesen Druckansicht Kommentare lesen 199 Beitr?ge
Von
  • Alderamin
Inhaltsverzeichnis

Dank immer besserer Technik, innovativen Ans?tzen und internationaler Kooperation erlebt die Astronomie eine Blüte. Doch w?hrend viele Beobachtungen dabei helfen, Theorien zu verfeinern oder auszusortieren, gibt es auch immer wieder Entdeckungen, die einfach nicht zu passen scheinen. Mysteri?se Signale, mutma?liche Verst??e gegen Naturgesetze und – noch – nicht zu erkl?rende Ph?nomene. In der ?ffentlichkeit wird dann gerne darüber diskutiert, ob es sich um Spuren au?erirdischer Intelligenz handelt, Wissenschaftler wissen, dass es am Ende fast immer eine natürliche Erkl?rung gibt. Aber überall wird die Fantasie angeregt.

In einer Artikelserie auf heise online werden wir in den kommenden Wochen einige solcher astronomischen Anomalien aus einer jüngst vorgestellten Sammlung vorstellen und erkl?ren, warum alle Erkl?rungsversuche bislang an ihnen scheitern.

Die X-Akten der Astronomie

In der Astronomie gibt es immer wieder Beobachtungen, die erst einmal nicht zu erkl?ren sind. W?hrend einige dahinter gleich Au?erirdische vermuten, erwarten sich andere neue Erkenntnisse über die Natur des Universums. Spannend sind sie allemal. heise online wirft einen Blick auf einige dieser bis dato nicht zu erkl?renden Anomalien.

Sind wir alleine im Universum? Oder gibt es andere Zivilisationen, mit denen wir über Radiowellen kommunizieren k?nnten? Vielleicht haben wir sie schon geh?rt – am 15. August 1977 wurde das berühmte "Wow!"-Signal empfangen. Bis heute ist umstritten, ob es sich tats?chlich ein künstliches Signal handelte oder ob es dafür eine natürliche Erkl?rung gibt.

Das ehemalige Big-Ear-Radioteleskop

(Bild:?bigear.org)

Vermutlich h?tte ein Laie das monstr?s anmutende Big-Ear-Radioteleskop in Delaware im US-Bundesstaat Ohio, eher für einen milit?risches Experiment oder ein Radarger?t gehalten als für ein Radioteleskop. Big Ear, das "gro?e Ohr", bestand aus einem 103 m × 33 m messenden, mit Drahtgitter bespanntem ebenen Reflektor, der in Nord-Süd-Richtung geschwenkt werden konnte. Ihm gegenüber stand 150 Meter südlich ein starrer, parabolisch gekrümmter und gleichsam bespannter Reflektor von 103 Metern Breite und 21 Metern H?he. Der schwenkbare Reflektor konnte jeden Punkt eines 100° messenden Teilbogens des Meridians anpeilen und Signale von dort zum parabolischen Reflektor umlenken, der diese auf trichterf?rmige Hornantennen am Fu?e des Schwenkreflektors fokussierte.

Zur Isolation gegen Radiowellen aus dem Boden war die Fl?che zwischen den Reflektoren mit Aluminiumplatten abgedeckt. Durch die Drehung der Erde zogen Radioquellen am Himmel beim Meridiandurchgang durch das schmale Empfangsfeld des Radioteleskops. So kam über die Dauer eines Tages jeder Punkt des Himmels zwischen 36° südlicher und 64° n?rdlicher Himmels-Breite (Deklination) in Reichweite.

Schema des Big-Ear-Radioteleskops. Rechts der schwenkbare plane Radioreflektor, der durch ?nderung des Neigungswinkels auf Quellen verschiedener H?he über dem Horizont auf der Nord-Süd Linie (Meridian) gerichtet werden konnte und ihre Radiostrahlung auf den gro?en, starren parabolischen Reflektor links reflektierte. Dieser fokussierte das Radiosignal auf Hornantennen am Fu?e des schwenkbaren Reflektors. Darunter das System zur Aufzeichnung und Auswertung der Signale. Das Teleskop blickte starr nach Süden. Das Schwenken des Teleskops in Ost-West-Richtung erledigte die Erdrotation.

(Bild:?bigear.org)

Ursprünglich war das Ger?t 1963 zur Erkundung von astronomischen Radioquellen im Mikrowellenbereich gebaut worden, einer Aufgabe, der es bis 1971 im Rahmen des Ohio Sky Survey auch mit gro?em Erfolge nachging: Es spürte rund 20.000 Radioquellen auf, die H?lfte davon Neuentdeckungen. Leider wurde die F?rderung des Nachfolgeprojekts 1972 durch den US-Kongress gekippt und die Wissenschaftler verloren alle ihre Jobs – bis auf den Direktor, der aus anderer Quelle finanziert wurde.

Die begeisterten Forscher wollten das einzigartige Ger?t jedoch weiterhin nutzen und bauten es in ihrer Freizeit um, so dass es weitgehend automatisch mit wesentlich weniger Personal und somit F?rdermitteln auskam. Ihnen erschien der Umbau in einen Schmalbandempf?nger am sinnvollsten, da es bis dato noch keine gro?fl?chige Beobachtung des Himmels auf einzelnen Radiofrequenzen gegeben hatte. Vor allem bestand die Hoffnung, man k?nne m?glicherweise Signale au?erirdischer Zivilisationen empfangen. Signale von künstlichen Quellen wie etwa Radiosendern sind schmalbandig – man muss den Empf?nger auf eine bestimmte Empfangsfrequenz abstimmen – w?hrend natürliche Quellen normalerweise breitbandige Signale auf vielen Frequenzen abstrahlen. Die Sonne leuchtet beispielsweise ein riesiges Spektrum aus, das vom Radiobereich bis zur R?ntgenstrahlung reicht.

Besonders attraktiv als Zielfrequenz ist die 21-cm-Linie des Wasserstoffs. Sowohl das Proton im Kern eines Wasserstoffatoms als auch das Elektron haben ein quantenmechanisches magnetisches Moment, den "Spin", der sie gewisserma?en zu winzigen Magneten macht. Der Spin kann im Atom nur zwei Werte annehmen, und somit k?nnen die Spins von Kern und Elektron entweder parallel oder antiparallel sein. Nun ist die Energie des Elektrons bei paralleler Ausrichtung ein klein wenig gr??er als bei antiparalleler. Kippt der Spin des Elektrons spontan in die antiparallele Richtung, dann wird die Energiedifferenz als Radio-Photon einer charakteristischen Frequenz von 1420,4056 MHz abgestrahlt; dies entspricht einer Wellenl?nge von 21,106 Zentimeter.

Diese Frequenz, auch "Hyperfeinstrukturübergang des Wasserstoffs" oder HI-Linie genannt, ist charakteristisch für kaltes, neutrales Wasserstoffgas, von dem die Milchstra?e durchzogen ist. Da die Frequenz kaum absorbiert wird, kann man im 21-cm-"Licht" auch die hinter dem galaktischen Zentrum liegenden Spiralarme "sehen", w?hrend interstellarer Staub den optischen Blick auf 90 Prozent unserer Welteninsel versperrt.

Wasserstoffatom im Grundzustand mit paralleler (F1) und antiparalleler (F0) Ausrichtung der magnetischen Momente (Spins) von Kern (rot, Mitte) und Elektron (grau, rechts). Der Spin des Elektrons kann spontan von F1 nach F0 kippen. Da das Energieniveau bei F1 geringfügig h?her als bei F0 ist, strahlt das Elektron die Energiedifferenz als Radiostrahlung von 1420 MHz / 21 cm Wellenl?nge ab.

Auch für die Suche nach Signalen au?erirdischer Zivilisationen ist diese Frequenz interessant, denn ein schwaches, schmalbandiges Signal unter den zahllosen kosmischen und irdischen St?rquellen aufzuspüren, gleicht der Suche nach der sprichw?rtlichen Stecknadel im Heuhaufen. Wenn eine au?erirdische Intelligenz von uns aufgespürt werden wollte, würde sie wohl eine Frequenz w?hlen, die eine gro?e Reichweite hat, nicht von einer Planetenatmosph?re absorbiert würde und die irgendwie elementar und naheliegend ist. Das alles erfüllt die HI-Linie, die Linie des kleinsten Elektronen-Quantensprungs im einfachsten und h?ufigsten aller Atome. Deswegen stimmte das Big-Ear-Team den Empf?nger auf ein Band mittig um 1420,4056 MHz ab. Und so konnte das Team F?rdergelder für das Ohio State SETI ("Suche nach au?erirdischer Intelligenz") Programm gewinnen, das 22 Jahre lang von 1973 bis 1995 laufen sollte und es bis ins Guinness-Buch der Rekorde schaffte.

Das Big-Ear-Team konnte einen Empf?nger mit 10 kHz Kanalbreite vom Green Bank Radioteleskop in West Virginia ergattern, der 50 Kan?le gleichzeitig erfassen und ihre Leistung messen konnte. Um Signale und Hintergrund besser zu trennen, hatte das Big Ear zwei r?umlich leicht versetzte Empfangsantennen, die somit in zwei leicht gegeneinander Ost-West-versetzte Richtungen blickten. Der Empf?nger wurde 79-mal pro Sekunde zwischen beiden Antennen hin- und hergeschaltet. Um Punktquellen von der Hintergrundstrahlung trennen zu k?nnen, wurde das Signal der westlicher gelegenen Antenne invertiert und zum Signal der ?stlichen Antenne addiert, also insgesamt subtrahiert.

Hintergrundstrahlung, die von beiden Antennen gleichzeitig empfangen wurde, konnte auf diese Weise weitgehend eliminiert werden. Eine Punktquelle am Himmel zog hingegen zuerst durch die Empfangskeule der westlichen Antenne und sorgte für einen glockenf?rmigen Pegelverlauf nach unten, bevor sie im ?stlichen Empf?nger einen entsprechenden Pegelausschlag nach oben verursachte.

汤姆叔叔影院