Lichtkegel (V1)
Astronomisch populärwissenschaftliche Darstellungsvariante 1
Was sieht man nachts am Himmel?
Auf dieser Seite soll eine Beziehung zu der auf anderen Webseiten präsentierten Theorie zu astronomischen Objekten dargelegt werden.
Wenn wir nachts mit bloßem Auge in den Himmel schauen, sehen wir wenige tausend Sterne (sonnenähnliche Objekte) unserer Milchstraße (einer Galaxie), zusätzlich einige der Planeten userer Sonne (einem Stern) und, wenn man sich an einem geeigneten Ort aufhält und weiß, wohin man schauern muss, die Andromeda-Galaxie sowie die Große und die Kleine Magellansche Wolke als Galaxien. Eine Galaxie ist, für unsere Zwecke definiert, eine durch gravitationsgebundene Bewegungen geformte Ansammlung einer großen Anzahl von Sternen und anderer Formen von Materie und Energie.
WELTTABELLEN setzt eine sehr rudimentäre Allgemeinbildung in astronomischen Fragen voraus. Wer mit einem oder mehreren der zuvor in fetter Schrägschrift ewähnten Begriffe nicht vertraut ist, kann im Internet ohne Schwierigkeiten umfangreiche Informationen zu diesen allgemeinbildenden Themen finden.
Man sieht mit bloßem Auge nur in kosmologischen Dimensionen naheliegende astronomische Objekte. Die Kosmologie befasst sich aber mit dem Universum als Ganzem, benötigt zu diesem Zweck daher einen Blick auf entfernte Objekte, wobei uns uns hier zunächst auf Galaxien beschränken wollen, deren Licht sehr lange Zeit (z.B. einige Milliarden Jahre) benötigt hat, uns zu erreichen. Das schwache Licht dieser Objekte wird aber für das bloße Auge durch das Licht nahegelegener Sterne überstrahlt.
Es ist hier nicht geplant, eine Einführung in verschiedene Verfahren darzulegen, das Licht der nahegelegenen Sterne auszublenden. Die besten Aufzeichnungen dieser Galaxien wurden durch Deep-Field-Aufnahmen (eingedeutscht auch: Tiefenfeld-Aufnahmen) erzielt. Dabei wird eine Weltraum-Kamera auf kleine dunkle Regionen am nächtlichen Himmel gerichtet. Durch sehr lange Belichtungszeiten kann man jene beeindruckenden Aufnahmen gewinnen, die von der NASA oder neu auch von der ESA veröffentlicht werden. Die ersten dieser Aufnahmen wurden in den 90er-Jahren des vorigen Jahrhunderts vom Hubble-Weltraum-Teleskop der NASA https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/universe-uncovered/hubble-deep-fields/ gwonnen. Seit 2025 veröffentlicht auch die ESA in ihrer Euclid-Mission weiter verbesserte Aufnahmen.
Die aktuelle Deep-Field-Methodik verwendet neben der klassischen Aufnahme sichtbaren Lichts auch zusätzlich Techniken, die bereits zuvor auch erdgebunden eingesetzt wurden. Insbesondere werden Aufnahmen im elektromagnetischen Wellenspektrum außerhalb des sichtbaren Lichts (Infrarot, UV) gewonnen, oder es werden mit verschiedenen Formen datenverarbeitender Bildrekonstruktion (Algorithmen verstärken schwache Strukturen und trennen Galaxien von Vordergrundsternen) eingesetzt. Insbesondere sei erwähnt, dass aufgrund der Expansion des Weltalls gemäß Laufzeitentfernung weit entfernte Galaxien (bis ins Infrarot) stark rotverschoben wahrnehmbar sind. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist in den Mikrowellenbereich verschoben.
Die Milchstraße enthält etwa 100–400 Milliarden Sterne. Das beobachtbare Universum umfasst nach neuesten Schätzungen etwa 2 Billionen Galaxien. Eine durchschnittliche Galaxie ist kleiner als die Milchstraße und enthält zwischen 100 Millionen und 100 Milliarden Sterne.
Alle Beobachtungen wurden von der nächtlichen Erdoberfläche oder von einem Weltraumteleskop im Erdorbit gewonnen. Wir symbolisieren diese Beobachtungen dadurch, dass wir annehmen, dass sämtliche Beobachtungen durch genau einen BEOBACHTER in der Milchstraße wahrgenommen wurden - siehe BEOBACHTER auf der Seite BEGRIFFE. Galaxien senden Photonen (oder auch einfach Licht) in Richtung auf den Beobachter.
Das Licht aller sichtbaren der 2 Billionen Galaxien trifft offenbar gleichzeitig zu einem Zeitpunkt HEUTE (dem Scheitelzeitpunkt des Lichtkegels, man kann auch enen anderen Zeitpunkt wählen) beim Beobachter ein. Ein LICHTKEGEL (genauer: der Rückwärts- oder Vergangenheitslichtkegel) markiert für jede Galaxie, deren Licht soeben beim Beobachter eingetroffen ist, Ort und Zeit der Lichtemission. Für jeden potentiellen Emissionzeitpunkt t umschreibt der Lichtkegel eine Kugeloberfläche um den Beobachter. Auf der Seite BEGRIFFE wird unter der Rubrik Koordinatensysteme, zugrundeliegende Metrik umschrieben, wie der BEOBACHER in das Zentrum eines Koordinatensystems gelegt werden kann und was unter der radialen Koordinatenachse zu verstehen ist. In Zeichnungen verschmelzen für einen Emissionszeitpunkt t die Kugeloberflächen zu einem Punkt auf dieser Achse. Die waagerechte Achse der Zeichnung auf der Seite LICHTKEGEL ist genau die radiale Koordinatenachse. Der Ort einer Galaxie ist der physikalische Abstand vom BEOBACHTER auf dieser Achse.
Die Zeichnung zeigt mehrere durch ihren Scheitelpunkt bestimmte LICHTKEGEL und 2 Galaxien. Die Galaxien sind in der Schnittpunkten zwischen der Weltlinie der jeweiligen Galaxie und dem Lichkegel (auf der radialen Koordinatenachse) sichtbar. Zu jedem Punkt (Zeit, Abstand vom Beobachter) auf der Weltlinie der jeweiligen Galaxie gibt es einen Scheitelpunkt, an dem die Galaxie durch den Beobachter sichtbar ist. Naturgemäß können nicht alle Scheitelpunkte in einer Zeichnung aufgeführt werden.
Am jeweiligen Scheitelpunkt passieren alle sichtbaren Photonen den BEOBACHTER und gehen gemeinsam in den Vorwärts- oder Zukunftslichtkegel über. Die Photonen verschwinden nicht. Die jeweiligen Zukunftslichtkegel sind in der Zeichnung nicht sichtbar.