Zwischen Himmel und Erde

Der Mount Graham im Süden Arizonas ist eine Hochburg der Astronomie. Vor etwa 30 Jahren errichtete hier die Vatikanische Sternwarte ein neues Observatorium in mehr als 3.000 Metern Höhe. Dieser Ort symbolisiert gleichzeitig für das Indianervolk der Apachen den Ursprung ihrer Religion. Wo die Götter einst den Apachen ihre religiöse Lehre brachten, stehen heute drei besondere Teleskope. Unter ihnen das Large Binocular Telescope, mit dem man die ersten Sternengenerationen erkunden will. Seit dem Bau der Sternwarte besteht für den Berg ein Zugangsverbot, das für große Konflikte zwischen den Apachen und den Astronomen sorgt.
Serges Reise führt ihn heute genau dorthin. Das Universum, so glauben die Apachen, besitzt eine eigene Existenz und das Metall der Teleskope weise alle guten Dinge ab, die Gott ihnen schickt. Pater Jean-Baptiste ist Astronom am Observatorium und erklärt Serge, wie die Verhandlungen mit den Apachen zu einer Einigung und damit zum Nutzungsrecht für die Astronomen führte, ohne den heiligen Boden zu entweihen.
Mit einem Radioteleskop untersuchen die Astronomen hier Radiowellen aus dem interstellaren Raum sowie die chemischen Bestandteile im Universum. Es ist damit in seiner Art einzigartig, denn hier wird die Vorstellung, wie das Leben in der eigenen Galaxie begonnen haben könnte, greifbar. Die virtuelle Verknüpfung mit anderen Teleskopen auf der Welt soll einen weltumspannenden virtuellen Blick schaffen, der Bilder von bislang unerreichter Präzision liefern könnte. (Text: arte)

Das Jahr 1609 markiert die Geburtsstunde der modernen Astronomie. Galileo Galilei brachte von seinem Geburtslandland Italien aus ein neues Weltbild in Umlauf. Als Mathematiker, Physiker und Astronom war er zutiefst geprägt von der Kultur der Spätrenaissance. Sofia Talas, Kuratorin im Museum für Geschichte der Physik in Padua, erklärt wie sich Galilei der italienische Sternenhimmel zu Zeiten der Renaissance präsentierte. Es war exakt derselbe Himmel, wie wir ihn heute sehen, nur wurde er ganz anders gedeutet. Serge Brunier und Sofia Talas besuchen die Universität von Padua, das intellektuelle Zentrum zu jener Zeit. Hier lehrte Galilei und verkehrte in der gesellschaftlichen Oberschicht.
Eingestellt als Mathematikprofessor, gab er auch Vorlesungen im Fach Astronomie, auf der Grundlage des Systems nach Aristoteles. Überzeugt war er jedoch vom kopernikanischen System. Diese These diskutierte man damals aber lieber unter Freunden. Denn es gab keinen Beweis für den Widerspruch, dass die Erde Mittelpunkt aller Himmelbewegungen sei. Auch heute noch beeindrucken die Beobachtungen des Astronomen und seine Zeichnungen des Mondes mit seinen Kratern und des Jupiters mit seinen Monden durch ihre Genauigkeit. Serge folgt auf seiner Reise weiter den Spuren des genialen Astronomen von Florenz nach Venedig. (Text: arte)

Aus den Rauchwolken eines Kraters steigt ein kleiner Hubschrauber auf. Serge Brunier fliegt über die Hänge des Kilauea, eines der aktivsten Vulkane der Hawaii-Inseln. Seit über 30 Jahren ergießen sich hier Lavaströme in den Ozean. Die zahlreichen Inseln und Atolle des Archipels Hawaii sind nur die aus dem Meer hervorragenden Teile einer riesigen Unterwasserbergkette vulkanischen Ursprungs. Big Island ist die größte und jüngste dieser Inseln. Zwei der fünf Vulkane, die ihre Entstehung verursachten, sind bis heute aktiv. Große Teile der Insel sind noch von einer schwarzen Kruste überzogen und wirken karg und verlassen.
Seit vier Milliarden Jahren ist die Erde ein aktiver Planet. Die Vulkane waren es, die unserem Planeten seine erste Atmosphäre verliehen haben. Sie sind Quelle des Lebens, nicht nur der Zerstörung. Das flüssige Magma im Inneren wird durch die Hitze des Erdkerns regelmäßig durch die Krater der aktiven Vulkane gedrückt. Wie auf der Venus und dem Mars formen die Vulkane kontinuierlich den Erdmantel und die Erdatmosphäre. Der Vulkanismus setzt wichtige Elemente wie zum Beispiel Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf frei, ohne die kein Leben auf der Erde möglich wäre.
Die Treibhausgase sind in gewissen Mengen ein natürlicher Bestandteil der Atmosphäre und sorgen dafür, dass die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei etwa 15 Grad Celsius liegt. Hawaii führt die Forschungsdisziplinen Vulkanologie und Klimatologie in der renommierten Wetterwarte an den Hängen des Vulkans Mauna Loa zusammen. Das Fazit der Klimaforscher fällt eindeutig aus: Die anthropogenen hohen Treibhausgas-Emissionen drohen das Erdklima aus dem Gleichgewicht zu bringen. (Text: arte)

Serge Brunier ist heute im Norden Chiles unterwegs. Der Mikrobiologe Armando Azúa-Bustos erklärt ihm die Umstände der feuchten Umgebung, die begünstigend auf das Pflanzenwachstum im Vorderland wirken. Nach einer Fahrt aus der Nebelwand ins Landesinnere führt Serges Weg in eine besondere Gegend der Atacamawüste, einen der trockensten Orte der Welt. Hier wurde seit Jahrhunderten kein Niederschlag mehr verzeichnet. Aufgrund der kalten Meeresströmung, dem Humboldtstrom, kommt kein Steigungsregen auf und lässt dieses Naturphänomen entstehen. An diesem Ort, wo man kein Leben vermutet, finden sich hochprozentiges Salz und Bakterienformen, die Photosynthese betreiben.
Die Atacamawüste gilt als perfektes Modell für den Planeten Mars. Nicht nur Roboter werden hier getestet, sondern auch die Lebensumstände erforscht. Auf der Bergspitze des Cerro Paranal ragt in etwa 2.600 Metern Höhe das Very Large Telescope (VLT) über die verlassenen Weiten. Die drei Kuppeln des Riesenteleskops funkeln über dem Wolkenmeer. Das Observatorium in der Nähe der Pazifikküste bietet einzigartige Wetterverhältnisse, die Astronomen aus der ganzen Welt anlocken. Nachts blicken sie durch das VLT in die Milchstraße oder in ferne Galaxien.
Serge Brunier begleitet die Wissenschaftler bei der Erforschung der unendlichen Tiefen des Weltraums. Das hoch entwickelte Teleskop ermöglicht Aufnahmen von etlichen Lichtjahren entfernten Sternen und somit auch einen Blick in die Vergangenheit. Auf einem benachbarten Berg entsteht unterdessen das European Extremely Large Telescope (EELT). Durch das 30-mal leistungsfähigere Teleskop wird es vermutlich möglich, die Anfänge des Universums zu beobachten, dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren so nahe wie noch nie zu kommen und damit die Geschichte des Universums vollständig zu rekonstruieren. (Text: arte)

Jedes Jahr fallen mehrere tausend Tonnen extraterrestrisches Material auf die Erde. Meistens geschieht dies völlig unbemerkt, weil es sich nur um kosmischen Staub oder winzige Körner handelt. Manchmal sind es auch größere Gesteinsbrocken. Sie alle sind Teile von Meteoriten. Diese Steine aus dem All locken Sammler und Wissenschaftler gleichermaßen an. Die Wüste von Arizona eignet sich dafür perfekt. Auf ihrer Umlaufbahn zwischen Mars und Jupiter kreisen Asteroiden zwar weit entfernt von der Erde, einige der riesigen Stein- und Metallbrocken verlassen jedoch ihre Flugbahn und kommen unserem Planeten gefährlich nahe.
Nur wenige Kilometer von dem Ort, den Serge heute besucht, schlug vor 50.000 Jahren ein Asteroid ein und hinterließ den bekannten Meteor Crater. Jedes Jahr fallen Tausende Tonnen verschieden großer Gesteinsbrocken aus dem Weltall auf die Erde – meist unbemerkt. Die etwa 700.000 bisher bekannten Asteroiden werden dennoch dauerhaft überwacht, um künftige Meteoriteneinschläge zu vermeiden. In der Nähe der Stadt Tucson trifft sich Serge Brunier vor einer wahren Western-Kulisse mit Meteoritenjägern.
Wertvoll ist jeder Gesteinsbrocken, weil er ein Stück Geschichte unseres Sonnensystems in sich trägt. Einige Forscher behaupten sogar, dass Meteoriten die Grundlage für das Leben auf der Erde geschaffen haben. Der Meteoritensammler Marvin Killgore verdient seinen Lebensunterhalt mit dem Sammeln von Meteoriten. Je nachdem ob sie aus dem Kern oder der Kruste des Asteroiden stammen, sind Meteoriten metallisch oder gesteinsartig und erfordern ungewöhnliche Methoden des Aufspürens. (Text: arte)

Serge reist nach Washington, um mehr über das bekannteste Weltraumteleskop aller Zeiten zu lernen. Das in einer 600 Kilometer hohen Umlaufbahn kreisende Hubble-Teleskop sendet seit nunmehr 25 Jahren spektakuläre Bilder aus dem Universum. Die extrem detaillierten Aufnahmen gleichen einem farbenfrohen Feuerwerk und enthüllen einen Kosmos, den man sich so nicht vorstellen würde. Anhand dieser Bilder versuchen Astronomen herauszufinden, wie alt der Kosmos ist. Doch das wissenschaftliche Instrument lädt auch zum Träumen ein, da es den Betrachter in die entferntesten Galaxien entführt. In Washington trifft Serge Brunier Jennifer Wiseman, Astronomin beim Goddard Space Flight Center der Nasa, die ihm die Geschichte des Hubble-Teleskops erklärt.
Im National Air and Space Museum blicken die beiden zurück in die 60er Jahre, als die Amerikaner das Projekt in Angriff nahmen. 20 Jahre sollte es dauern, bis das von der Nasa und der Esa gemeinsam entwickelte Weltraumteleskop fertiggestellt war. Es erhielt den Namen des Astronomen Edwin Hubble. In dem Museum ist ein maßstabsgetreuer Nachbau des riesigen Teleskops zu bestaunen. Das Hubble-Teleskop wurde am 24. April 1990 mit der Space-Shuttle-Mission STS-31 gestartet und am nächsten Tag aus dem Frachtraum der Discovery ausgesetzt. Es hat unsere Vorstellung und unser Wissen über den Weltraum revolutioniert. (Text: arte)

Die Suche nach Leben im Universum, nach Planeten, die um andere Sterne als die Sonne kreisen, ist seit jeher der Traum aller Astronomen. In Chile, im Vorgebirge der Anden, trifft Serge Brunier die Forscher, die sich der spannenden Suche von sogenannten Exoplaneten verschrieben haben. Im La-Silla-Observatorium befindet sich das 3,6 Meter hohe Harps-Teleskop, mit dem man speziell solche, sich außerhalb des vorherrschenden gravitativen Einflusses der Sonne bewegenden Planeten beobachten kann. Bis heute haben Astronomen mehr als 3.000 dieser Himmelskörper in unserer Galaxie entdeckt. Die meisten extrasolaren Planeten sind gigantisch – tausendmal größer als die Erde. Sie gehören nicht dem Sonnensystem an, sondern und umkreisen einen anderen Stern.
Dabei bewegen sie sich um dieselbe Achse wie dieser. Kann es also doch irgendwo im Universum andere Welten geben, auf denen Leben möglich ist? Die Astronomen gehen davon aus. 51 Pegasi b war einer der ersten Exoplaneten, der 1995 entdeckt wurde, 50 Lichtjahre von der Erde entfernt. Serge Brunier besucht außerdem das Schweizer Leonhard-Euler-Teleskop, das nur einige wenige Hundert Meter von Harps entfernt erbaut wurde. Wissenschaftler der Universität Genf zeigen Serge Brunier die neuesten Forschungsmethoden, die es erlaubt haben, weitere hundert Exoplaneten ausfindig zu machen und den Planetentransit genauer unter die Lupe zu nehmen. (Text: arte)

Zwischenstopp in Australien, dem ältesten Kontinent der Welt, wo Serge Brunier mit Experten über den Beginn des Lebens auf der Erde spricht. Gemeinsam durchqueren sie den Kontinent von Ost nach West. Auf dem Weg von Sydney nach Shark Bay an der Westküste entdeckt das Team die urtümlichsten der heute bekannten Formen des Lebens. Diese Zeitreise führt zurück zum gemeinsamen Ursprung von Pflanze, Tier und Mensch. (Text: arte)

In Cambridge glaubt man beim Anblick der altehrwürdigen Universitäten, der romantischen Kanäle und der Studenten in Uniform, dass die Zeit stehengeblieben zu sein scheint. An der Seite von Serge Brunier und dem Astrophysiker Jean-Pierre Luminet, die gemeinsam über den Campus laufen, fehlt offenbar nur noch Isaac Newton. Der Mann, der im 17. Jahrhundert hier in Cambridge die Idee entwickelte, dass der Mond ständig auf die Erde zustürzt. Allerdings in so einer Geschwindigkeit, dass er genau auf einer Umlaufbahn um unseren Planeten gehalten wird.
Diese Entdeckung begründete die Gravitationstheorie, die die Kenntnisse der Himmelsmechanik revolutionierte. Als Cambridge von der Pest heimgesucht wurde, schlossen die Universitäten und Newton fand Zuflucht in dem Dörfchen Woolsthorpe auf dem Bauernhof seiner Mutter, wo Serge Brunier und Jean-Pierre Luminet Newtons Zimmer besichtigen. Newton war erst 23 Jahre alt, als er in der Abgeschiedenheit auf dem Land die ersten Ideen zu seiner Theorie entwickelte. Am selben unspektakulären Ort kam Newton durch Experimente mit Lichtspalt und Prisma zu dem Ergebnis, dass weißes Licht zusammengesetzt ist und durch das Glas in seine Farben zerlegt wird.
Auf diese Weise konnte er die Entstehung des Regenbogens erklären. Der Grundstein für die Optik und die Astrophysik war gelegt und 1672 baute er sein erstes Spiegelteleskop. Auch wenn der Triumph Newtons auf dem Gebiet der Astronomie später durch Einsteins Theorien in den Schatten gestellt wurde, berechnet man noch heute, 350 Jahre später, den Start einer Rakete weiterhin mit den Newtonschen Gesetzen. (Text: arte)

Wenn man die Milchstraße sehen will, muss man sich nur weit genug aufs Land begeben; überall auf der Welt kann man sie mit bloßem Auge beobachten. Doch am dunklen Nachthimmel der chilenischen Anden kann man die Milchstraße am besten in ihrer gesamten Schönheit bewundern. Der Mensch kann von der Erde aus allerdings nicht von außen auf diese Galaxie blicken, die aus riesigen Spiralarmen voller hell leuchtender Sterne besteht. Gemäß ihrer Form als flache, spiralförmige Scheibe, die aus Milliarden von Sternen besteht, ist die Milchstraße von der Erde aus nur als bandförmige Aufhellung am Nachthimmel, also nur im Profil, sichtbar. Dass sich das weißliche Band aus unzähligen einzelnen Sternen zusammensetzt, wurde 1609 von Galileo Galilei erkannt, der die Himmelserscheinung als Erster durch ein Fernrohr betrachtete.
Es sind schätzungsweise 100 bis 300 Milliarden Sterne. Um den Geheimnissen der Milchstraße auf die Spur zu kommen und deren bewegte Geschichte und Ursprung zu erkunden, begibt sich Serge Brunier ins Las-Campanas-Observatorium. Hier stehen den Astronomen riesige Magellan-Teleskope mit einer Kamera und einem Spiegel von rund sechs Meter Durchmesser zur Verfügung. Mit diesen Teleskopen können die Wissenschaftler in das Innere der 100.000 Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie eintauchen. Sie bewegt sich mit schwindelerregenden 250 Kilometern pro Sekunde. (Text: arte)

In dieser Folge begibt sich Serge Brunier auf die Spuren des Mars. Dabei verschlägt es ihn nach Los Angeles, wo er einen Marsbewohner der besonderen Art kennenlernt: den Rover „Curiosity“. Der Roboter wird von der Erde aus gesteuert und sammelt seit drei Jahren wertvolle Informationen über die Marsoberfläche. Die Forscher hoffen, dadurch Hinweise auf Leben zu finden. Der Gedanke an Lebewesen auf dem Mars beflügelt die Fantasie des Menschen seit jeher: Lange herrschte der Glaube, der „rote Planet“ sei bewohnt, von einem Kanalsystem überzogen oder mit Wald bedeckt. Obwohl dem Mars ein anderes Schicksal als der Erde zuteilwurde, haben die beiden viele Gemeinsamkeiten.
So entspricht ein Tag auf dem Mars mit 24 Stunden und 37 Minuten in etwa der Länge eines Erdtages. Auch die Jahreszeiten gleichen denen der Erde – allerdings sind sie fast doppelt so lang, denn ein Marsjahr dauert ungefähr 1,88 Erdjahre. Eine Reise auf den Mars bleibt für die meisten wohl ein Traum. Wer dennoch einen Eindruck von den steinernen Landschaften des „roten Planeten“ bekommen möchte, für den sind die Canyons in Utah wohl die erste Anlaufstelle. Ihre beeindruckenden Schluchten lassen zumindest für einen Moment glauben, man befinde sich auf einem anderen Stern. (Text: arte)

In Berlin wandelt Serge Brunier auf den Spuren eines der bedeutendsten Physikern unserer Geschichte: Albert Einstein. Vor mehr als 100 Jahren gelang ihm mit seiner Relativitätstheorie der Durchbruch als Wissenschaftler – seine Formel E=mc2 machte ihn weltweit berühmt. Sie besagt, dass Energie und Masse ineinander überführbar sind. Demnach kann aus einem sehr schnellen, beinahe „Nichts“ Materie entstehen. Einsteins Erkenntnisse veränderten die Physik tiefgreifend und lösten ein neues Verständnis von Raum und Zeit aus. In der von ihm formulierten Relativitätstheorie beschreibt er die Raumzeitkrümmung, die Relativität von Zeit und die Umwandlung von Materie in Energie – für Laien oft nur schwer nachvollziehbar. Einige von Einsteins Hypothesen konnten bis heute nicht bewiesen werden. In der Nähe der italienischen Stadt Pisa versuchen Forscher mit Hilfe eines Messinstruments mit drei Kilometer Durchmesser die Raumzeitkrümmung anhand kosmischer Strahlen nachzuweisen. (Text: arte)

Vor 50 Jahren wurde bei Kourou in Französisch-Guayana, unweit des Äquators, ein europäisches Raumfahrtzentrum mit einem der größten Weltraumbahnhöfe errichtet. Seit dem Jahr 1979 starten von hier aus vor allem Ariane-Raketen des europäischen Raumtransportunternehmens Arianespace. Mittlerweile werden mehr als zwanzig Satelliten jährlich ins All geschossen. Dafür stehen dem Raumfahrtzentrum Guayana drei Startrampen zur Verfügung. Daneben umfasst das weitläufige Gelände Gebäude für die Startvorbereitung von Raketen und Satelliten, ein Startkontrollzentrum und eine Fabrik für Raketentreibstoff.
Für Serge Brunier wird es aufregend: Er darf beim Start der beeindruckenden „Ariane 5“ dabei sein. Am Fuße dieser leistungsstärksten europäischen Trägerrakete, die es ermöglicht, auch große Nutzlasten in die Erdumlaufbahn zu befördern, beobachtet er die letzten Startvorbereitungen. Über tausend Techniker führen die Endkontrollen an der Startrampe durch, bevor der Rakete einmal mehr die technische Spitzenleistung der Überwindung der Schwerkraft gelingt. (Text: arte)

Serge Brunier unternimmt mit dem französischen Physiker Etienne Klein eine Reise durch Materie, Raum und Zeit. An der französisch-schweizerischen Grenze besucht er das Forschungszentrum Cern, in dem sich der gigantische Large Hadron Collider (LHC) und damit der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt befindet. Hier gehen Wissenschaftler in einem 100 Meter tief gelegenen und fast 27 Kilometer langen Tunnel einem der größten Rätsel der Physik auf den Grund: In welchem Zustand befand sich die Materie zum Zeitpunkt des Urknalls vor 13,8 Milliarden Jahren? Die Apparatur soll, so hoffen die Forscher, schon bald neueste Erkenntnisse über den Aufbau der Materie hervorbringen.
Um Antworten auf die elementare Frage nach der Funktionsweise des Universums zu bekommen, sind 3.200 Mitarbeitern beim Cern im Dauereinsatz. Das Forschungszentrum, zu Deutsch „Europäische Organisation für Kernforschung“, umfasst 21 Mitgliedsstaaten und bildet damit das größte internationale Forschungszentrum im Bereich der Teilchenphysik. (Text: arte)

Das Firmament über Australien begründete zahlreiche Mythen der Aborigines. Heute beobachten Astronomen den Südhimmel vom berühmten Parkes-Observatorium aus. Es wurde vor allem durch die Übertragung der ersten Mondlandung bekannt. Es besitzt zudem eines der ersten Radioteleskope, das Raumsonden innerhalb des Sonnensystems verfolgen kann. Mit 64 Meter Antennendurchmesser war es lange das größte bewegliche Teleskop seiner Art. Die riesige Antenne ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Geheimnisse der Quasare zu ergründen. Diese gigantischen und sehr fernen Himmelskörper könnten der Ausgangspunkt der ersten Galaxien gewesen sein. (Text: arte)