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Diese berühmte Aufnahme („Erdaufgang“) wurde von den US-Astronauten an Bord des Apollo-8-Raumschiffs während ihrer Mondumrundung am 24. Dezember 1968 gemacht. Das Bild hat aufgrund der Darstellung der Schönheit und Zerbrechlichkeit der Erde Kultstatus erlangt.
© NASA/Science Photo Library

Dieses Flachrelief zeigt Giordano Bruno (1548–1600) bei seiner Verbrennung auf dem Scheiterhaufen wegen seiner ketzerischen und revolutionären Ansichten. Zu ihnen gehörte die Überzeugung, dass das Universum unendlich ist und es viele bewohnbare Welten in ihm gibt.
© Sheila Terry/Science Photo Library

In der großen Vakuumkammer der Plum Brook Station stellten wir Galileis einfaches Experiment nach, indem wir einen schweren Gegenstand (Bowlingkugel) und einige leichtere (Federn) fallen ließen, um zu sehen, was schneller fällt.
© BBC

Diese Aufnahme unseres halben Universums zeigt das älteste Licht. Die winzigen Temperaturschwankungen, die überall am Himmel zu sehen sind, verraten, wo die Sterne und Galaxien heute und zukünftig sind.
© ESA and the Planck Collaboration

Edwin Hubbles Fotoplatte vom Hooker-Teleskop verrät eindeutig seine Aufregung über die Entdeckung, dass eine der Novae, die er glaubte gefunden zu haben, in Wahrheit ein veränderlicher Stern ist. „VAR!“ kennzeichnet den Lichtfleck.
Mit freundlicher Genehmigung der Carnegie Observatories

Unsere Botschaft an fremde Welten. Die Voyager-Sonden hatten diese Bild-Ton-Platte an Bord. Darauf aufgenommen sind Geräusche und Bilder vom Leben auf der Erde.
© NASA/JPL

Jerry R. Ehmans inzwischen berühmter Ausdruck, der das stärkste Signal zeigt, das Big Ear jemals aufgenommen hat. Es ist wegen des Vermerks als das „Wow!“-Signal bekannt geworden.
© Jerry R. Ehman

Diese Abbildung zeigt die Position des „Wow!“-Signals am Himmel. Man hat es im Sternbild Schütze verortet, in der Nähe der Sterngruppe um Chi Sagittarii. Es kam von einem der beiden roten Streifen.
© Benjamin Crowell

Außerhalb der lebensfreundlichen Zone: Jupiter von Europa aus gesehen, wo Leben im flüssigen Wasser unter der Oberfläche existieren könnte.
© Lionel Bret/Look at Sciences/Science Photo Library

Stromatolithen sind Sedimentstrukturen, bei denen es sich um einen der ältesten Belege für irdisches Leben handelt. Die Fossilienüberreste in ihnen sind 3,5 Milliarden Jahre alt.
© Didier Descouens

Theoretisch dürfte die erste Begegnung mit einer raumfahrenden Zivilisation eher durch einen sich selbst replizierenden Roboter erfolgen als mit der eigentlichen Lebensform. Diese künstlerische Darstellung zeigt einen Nanomontageroboter, der sich mit einem Greifer an einer Bakterie festhält.
© Roger Harris/Science Photo Library

T10

Die Filmaufnahmen von der Rückkehr der Expedition-38-Crew von der Internationalen Raumstation in der kasachischen Steppe waren eines der wildesten Abenteuer, das ich jemals erlebt habe. Dass wir sie sehen konnten, ist ein Beleg für die Entschlossenheit des Menschen!
© Brian Cox

T11

Als ich klein war, träumte ich davon Astronaut zu werden – darum begann ich mich für Astronomie und Physik zu interessieren. Näher als auf eine sehr besondere Art und Weise in einem ISS-Simulationstank zu schweben, werde ich dem Traum niemals kommen.
© Brian Cox

T12

Charlie Duke war der Pilot der „Orion“, dem Mondmodul von Apollo 16. Hier ist er während der ersten Außenbordaktivität von Apollo 16 am Descartes-Landeplatz beim Entnehmen von Mondproben an Station No. 1 zu sehen. Die Aufnahme hat der Astronaut und Kommandant John W. Young gemacht.
© NASA/Rex Features

T13

Ein Spaziergang durch das verschneite Prag brachte Johannes Kepler dazu, die Keplersche Vermutung zu formulieren. Sie fußt auf der symmetrischen, hexagonalen Gestalt der Schneeflocken, die um ihn herum fielen.
© Ted Kinsman/Kenneth Libbrecht/Science Photo Library

T14

Die chemischen Wellen in dieser Lösung veranschaulichen die Theorie, dass bereits eine winzige Änderung der Umgebungsbedingungen oder Zusammensetzung ein anderes Bild ergeben kann. Dafür genügt ein Staubteilchen auf einer Oberfläche oder der Feuchtigkeitsgehalt der Luft.
© Philippe Plailly/Science Photo Library

Eine weltweite Initiative, der Saatgut-Tresor für den Tag des jüngsten Gerichts, befindet sich auf halbem Weg zwischen dem norwegischen Festland und dem Nordpol, tief im Innern eines Berges auf einer abgelegenen Insel von Spitzbergen. Der Zweck des Ortes ist die Aufbewahrung von Saatgutproben aller Kulturpflanzender Welt.
© National Geographic Image Collection/Alamy

T15

Diese Computersimulation zeigt die Art von Teilchenkollisionen, die im Large Hadron Collider auftreten, wenn man die Erzeugung eines Quark-Gluon-Plasmas erwartet.
© CERN/Science Photo Library

T16

Der Abdruck einer kleinen Hand liefert einen spannenden Einblick in das prähistorische Leben in der Altamira-Höhle im Nordwesten Spaniens. El Castillo enthält einige der ältesten Höhlenmalereien der Welt.
© age fotostock Spain, S. L./Alamy

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Im Original veröffentlicht von William Collins unter dem Titel Human Universe.
ISBN der Originalausgabe: 978-0-00-812508-0.
Text © Brian Cox und Andrew Cohen, 2014.
Fotografien © zugehörige Rechteinhaber.
Illustrationen © HarperCollinsPublishers 2015.

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Für die deutschsprachige Ausgabe:
© 2017, Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG, Stuttgart

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Welch ein Meisterwerk ist der Mensch!
Wie edel durch Vernunft!
Wie unbegrenzt an Fähigkeiten!
In Gestalt und Bewegung wie bedeutend
und wunderwürdig!
Im Handeln wie ähnlich einem Engel!
Im Begreifen wie ähnlich einem Gott!
Die Zierde der Welt!
Das Vorbild der Lebendigen!
Und doch, was ist mir
diese Quintessenz von Staube?
Ich habe keine Lust am Manne –
und am Weibe auch nicht – wiewohl
ihr das durch euer Lächeln zu sagen scheint.

Was ist der Mensch? Objektiv betrachtet nichts, was Folgen hat. Staubteilchen auf einer unendlichen Bühne, existent für einen Augenblick der Ewigkeit. Klumpen aus Atomen in einem Universum mit mehr Galaxien als Menschen. Und doch ist ein Mensch erforderlich, um die eigene Existenz in Frage zu stellen; und die Existenz einer Frage im Universum – jeder Frage – ist die wunderbarste Sache. Fragen erfordern Geist und der Geist sorgt für Sinn. Was ist Sinn? Ich weiß es nicht, abgesehen davon, dass das Universum und jeder winzige Fleck in ihm etwas für mich bedeuten. Ich staune über die Existenz eines einzelnen Atoms und stelle fest, dass meine Kultur die Realität ungeheuer prägt. Ich verstehe das nicht. Niemand versteht es. Aber es bringt mich zum Lächeln.

Dieses Buch stellt Fragen über unsere Ursprünge, unser Schicksal und unseren Platz im Universum. Wir haben keinen Anspruch auf Antworten. Wir haben nicht mal einen Anspruch zu fragen. Und dennoch fragen und staunen wir. Mensch und Universum ist zuallererst ein Liebesbrief an die Menschheit, eine Würdigung des ungeheuerlichen Glücks, dass wir überhaupt existieren. Ich habe für meinen Brief die Sprache der Wissenschaft gewählt, weil es keinen besseren Beleg für unseren wunderbaren Aufstieg vom Staub zum Vorzeigetier gibt als die Potenzierung des Wissens durch die Wissenschaft. Vor zwei Millionen Jahren waren wir Affenmenschen. Nun sind wir Raumfahrer. Soweit wir bislang wissen, ist das nirgendwo anders geschehen. Das lohnt sich zu feiern.

Und am Ende allen Entdeckens
Langen wir, wo wir losliefen, an
Und kennen den Ort zum ersten Mal.

OAKBANK AVENUE, CHADDERTON, OLDHAM,
GROSSRAUM MANCHESTER, ENGLAND,
GROSSBRITANNIEN, EUROPA, ERDE, MILCHSTRASSE,
BEOBACHTBARES UNIVERSUM…?

Für mich war es ein gemauerter Bungalow aus den frühen 1960er-Jahren in der Oakbank Avenue. Kam der Wind aus Osten konnte man den Malzessig von Sarson’s Brewery riechen. Aber das geschah selten in Oldham, einer Stadt, der für gewöhnlich der Westwind die Feuchte des Atlantiks in die Tuchfabriken trug. Eine Feuchte, die die roten Ziegelsteine der Gebäude vor dem durchtränkten Himmel glänzen ließ. An guten Tagen jedoch tauschte man den Essig gegen Sonnenlicht über dem Moor. Oldham sieht aus wie die Post-Punk-Band Joy Division klingt – und ich mag Joy Division. Es gab einen Zeitschriftenladen an der Ecke Kenilworth Avenue und Middleton Road. An Freitagen nahm mich mein Opa dorthin mit und wir kauften Spielzeug – meistens ein Modellauto. Ich habe noch die meisten davon. Als ich älter wurde, spielte ich Tennis auf den roten Ascheplätzen des Chadderton Hall Parks und trank Woodpeckers Cidre auf den Treppen der St. Matthews-Kirche. An einem Herbstabend gleich nach Beginn des Schuljahres, und nach einigen Schlucken, bekam ich dort meinen ersten Kuss – beide mit kalter, verschnupfter Nase. Ich glaube, so etwas war damals verboten; der Kerl in der Spirituosenhandlung wäre vom Gericht in Oldham bestraft worden und ich stünde auf der schwarzen Liste. Aber ich habe es überstanden und schließlich Oldham verlassen, um an die Universität Manchester zu gehen.

Jeder hat seine Oakbank Avenue, einen Ort im Raum am Anfang unserer Zeit, zentral gelegen im sich ausdehnenden persönlichen Universum. Für unsere fernen Vorfahren im Ostafrikanischen Graben war diese Ausdehnung nur eine körperliche Erfahrung. Ich hatte das Glück, in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts in einem Land wie dem meinigen geboren zu werden. Jeder Mensch, dem dieses Glück widerfuhr, konnte mit Hilfe von Bildung und Wissen ein Bewusstsein jenseits des direkten Erlebens entwickeln – in meinem Fall vorwärts und hinaus zu den Sternen.

Als England in den 1970er-Jahren seinen Weg machte, lernte ich meinen Platz unter den Kontinenten und Ozeanen auf unserem blauen Planeten kennen. Ich könnte Ihnen über Eisbären auf arktischen Eisschollen erzählen oder über Gazellen, die auf weiten Ebenen weiden, lange bevor ich körperlich unser Land verlies. Ich erkannte, dass unsere Erde ein Planet unter neunen ist (nun per Definition acht), der einen durchschnittlichen Stern auf einer elliptischen Bahn umrundet – Merkur und Venus innerhalb, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun außerhalb der Erdbahn. Die Sonne ist ein Stern unter 400 Milliarden im Milchstraßensystem, das selbst nur eine Galaxie unter 350 Milliarden im beobachtbaren Universum ist. Später auf der Universität erfuhr ich, dass die physikalische Realität weit über die 90 Milliarden Lichtjahre der sichtbaren Kugel hinausreicht, bis – wenn ich auf der Grundlage meines 46 Jahre langen Befassens mit dem gesammelten Wissen der Menschheit raten müsste – in die Unendlichkeit.

Dies ist mein Aufstieg in die Bedeutungslosigkeit – ein Weg, den viele beschritten haben, und der doch sehr persönlich für jeden Einzelnen bleibt, der ihn einschlägt. Die Straßen, denen wir durch die ständig wachsende Landschaft menschlichen Wissens folgen, sind chaotisch. Das zögerliche Umblättern in einem Buch, über das man zufällig gestolpert ist, kann zu einer lebenslangen Forschungsreise werden. Aber es gibt gemeinsame Themen unter unseren ungleichen intellektuellen Reisen. Und die unerbittliche Verbannung der Menschheit vom Mittelpunkt des Universums – eine unvermeidliche Folge der sich entwickelnden modernen Astronomie – hatte starke Auswirkungen auf unsere gemeinsamen Erfahrungen. Ich bin davon überzeugt, dass wir die Reise vom Zentrum der Schöpfung zu einem unendlich winzigen Fleck als Aufstieg bezeichnen sollten, als den glorreichsten Aufstieg. Natürlich ist mir bewusst, dass es viele gab und immer noch gibt, die mit einer so schwindelerregenden Verbannung zu kämpfen haben.

John Updike schrieb einst, dass „wir mit der Astronomie nun etwas anstelle der Theologie haben. Die Schrecken sind weniger geworden, aber der Trost ist weg“. Mir scheint die Wahl zwischen Angst und Begeisterung eine Frage der Perspektive zu sein. Das zentrale Anliegen dieses Buchs ist, dass Ihre Wahl auf die Begeisterung fällt. Auf den ersten Blick mag das schwierig erscheinen. Wie kann eine womöglich unendliche Realität von einem Haufen biologischer Maschinen analysiert werden, die vorübergehend ein Staubkorn bewohnen? Meine Antwort darauf lautet, dass Mensch und Universum ein Liebesbrief an die Menschheit ist. Denn das Staubkorn ist der einzige Ort, wo Liebe mit Gewissheit existiert.

Das klingt wie eine Rückkehr zur anthropozentrischen Sichtweise, der wir so lange anhingen und zu deren Zerstörung die Wissenschaft mit einer Million demütigender Einschnitte so viel beigetragen hat. Möglich. Aber ich möchte Ihnen eine alternative Sichtweise anbieten. Es gibt nur eine Ecke in diesem Universum, bei der wir uns sicher sind, dass die Naturgesetze Wesen hervorgebracht haben, die die physischen Grenzen eines einzelnen Lebens überwinden können und eine Ansammlung von Wissen entwickelt haben. Dieses Wissen reicht über die Kapazität einer Million einzelner Gehirne hinaus und beschreibt genau unseren Platz in Raum und Zeit. Wir kennen unseren Platz. Das macht uns wertvoll und – zumindest in unserer örtlichen kosmischen Umgebung – einzigartig. Wir wissen nicht, wie weit wir reisen müssen, um eine weitere solche Insel des Verstehens zu finden. Aber es ist gewiss ein weiter Weg. Deshalb sollten wir die menschliche Rasse feiern, unser Wissen pflegen und unsere Existenz behüten.

Aufbauend auf diesen Vorstellungen komme ich zu der Ansicht, dass wir Menschen eine abgelegene Insel des Sinns in einem sinnlosen Universum darstellen. Ich sollte umgehend klarstellen, was ich mit sinnlos meine. Ich sehe keinen Grund für die Existenz des Universums in einem göttlichen Sinne; es gibt sicher keine finale Ursache und keinen finalen Zweck. Eher denke ich, dass Sinn eine gewachsene Eigenschaft ist: Er tauchte auf der Erde auf, als die Gehirne unserer Vorfahren groß genug wurden, um eine einfache Kultur zu entwickeln – vermutlich vor drei bis vier Millionen Jahren mit dem Auftreten des Australopithecus im Afrikanischen Grabenbruch. Gewiss existieren andere intelligente Wesen in den Milliarden von Galaxien jenseits der Milchstraße und wenn die moderne Vorstellung der ewigen Inflation stimmt, dann existiert eine unendliche Zahl bewohnter Welten im Multiversum jenseits des Horizonts. Im Gegensatz dazu bin ich mir viel weniger sicher, ob es in unserer Galaxis eine große Zahl von Zivilisationen gibt, weshalb ich den Begriff „abgelegen“ verwende. Wenn wir derzeit allein in der Milchstraße wären, dann bedeuten die großen Entfernungen zwischen den Galaxien womöglich, dass wir über unsere Situation niemals mit anderen diskutieren können.

Wir werden all diesen Vorstellungen und Argumenten später im Buch begegnen. Dabei werde ich meine eigene Meinung sorgfältig von der wissenschaftlichen Sichtweise – besser: von dem, was wir mit einer gewissen Sicherheit wissen – trennen. Aber es lohnt sich zu betonen, dass die moderne Vorstellung eines riesigen, womöglich unendlichen Kosmos, der mit unzähligen Welten bestückt ist, eine lange, brutale Vorgeschichte hat. Die häufig emotionalen Reaktionen auf die Herabstufung des Menschen durch die Naturwissenschaften legt die tiefe Voreingenommenheit und die bequemen Annahmen frei, die wohl den Kern unseres Seins ausmachen. Es scheint mir daher angemessen, diese Reise mit einer umstrittenen Persönlichkeit zu beginnen, in deren Leben und Tod viele dieser intellektuellen und emotionalen Herausforderungen mitschwingen.

Giordano Bruno ist genauso für seinen Tod berühmt, wie für sein Leben und sein Werk. Am 17. Februar 1600 wurde er – seine Zunge festgebunden, damit er seine Ketzerei nicht wiederholen konnte (was mich an die Steinigungsszene in Monty Pythons Film „Das Leben des Brian“ erinnert) – auf dem Campo de‘ Fiori in Rom auf dem Scheiterhaufen verbrannt (vgl. Farbtafel T2). Seine Asche wurde in den Tiber geworfen. Seine Verbrechen waren zahlreich, etwa die ketzerische Vorstellung, dass Jesus nicht von göttlicher Abstammung sei. Viele Historiker vertreten die Ansicht, dass Bruno lästig und streitsüchtig war und – mit Verlaub – den Menschen tierisch auf den Sack ging. Viele einflussreiche Personen waren froh, wenn sie ihn nur von hinten sahen. Aber es trifft auch zu, dass Bruno eine wunderbare Vorstellung aufgegriffen und verbreitet hat, die zu wichtigen, herausfordernden Fragen Anlass gab. Bruno glaubte, dass das Universum unendlich sei, erfüllt mit einer unendlichen Zahl bewohnbarer Welten. Er glaubte zudem, dass – auch wenn jede dieser Welten nur für einen kurzen Augenblick im Vergleich zum Alter des Universums existiert – der Raum an sich weder erzeugt noch zerstört wird, das Universum also ewig ist.

Obwohl unter Historikern über die genauen Gründe für Brunos Todesstrafe noch immer diskutiert wird, dürfte die Vorstellung eines unendlichen und ewigen Universums von zentraler Bedeutung für sein Schicksal gewesen sein. Denn dadurch wird die Rolle des Schöpfers in Frage gestellt. Bruno wusste das natürlich, sodass seine Rückkehr nach Italien 1591 ein Rätsel bleibt. Zuvor hatte er in Nordeuropa gelebt, wo es toleranter und damit für ihn sicherer zuging. Während der 1580er-Jahre genoss Bruno den Schutz des französischen Königs Heinrich III. und der englischen Königin Elizabeth I. Damals warb Bruno lautstark für die kopernikanische Vorstellung, demgemäß die Sonne im Zentrum des Sonnensystems steht. Häufig wird angenommen, dass die bloße Vorstellung, die Erde aus dem Zentrum des Sonnensystems zu verbannen, bereits genügte, um eine gewalttätige Reaktion der Kirche auszulösen. Doch der Kopernikanismus an sich galt 1600 noch nicht als ketzerisch; zum berühmten Streit mit Galilei kam es erst 30 Jahre später. Vielmehr störte die Kirchenoberen Brunos philosophische Vorstellung von einem ewigen Universum, das ohne Schöpfungszeitpunkt auskam. Womöglich wurde so der Weg für den späteren Kampf der Kirche gegen die Naturwissenschaften geebnet. Wie wir sehen werden, ist ein Universum, das bereits vor dem Urknall existierte, inzwischen eine zentrale Vorstellung der modernen Kosmologie. Sie liegt im Bereich der praktischen und theoretischen Naturwissenschaften. Meiner Meinung nach stellt sie eine große Herausforderung für die heutige Theologie dar, so wie schon zu Brunos Zeiten. Dass Bruno diese Vorstellung zum Verhängnis wurde, ist also vielleicht nicht verwunderlich.

Bruno war eine komplexe Persönlichkeit. Sein Beitrag zur Wissenschaft ist fraglich. Er war eher ein streitlustiger Freidenker als der Prototyp eines Naturwissenschaftlers. Zwar ist das keine Schande, aber die intellektuellen Ursprünge unseres Aufstiegs in die Bedeutungslosigkeit liegen woanders. Bruno war ein aufdringlicher, wenn nicht sogar unheilvoller Botschafter, der zu seiner ketzerischen Schlussfolgerung über ein unendliches und ewiges Universum ohne die Arbeit von Nikolaus Kopernikus vermutlich nie gekommen wäre. Kopernikus‘ Arbeit hingegen gilt heute als eines der frühesten Beispiele für die modernen Naturwissenschaften und wurde bereits mehr als ein halbes Jahrhundert vor Brunos filmreifem Ableben veröffentlicht.

Nikolaus Kopernikus wurde 1473 in der polnischen Stadt Thorn geboren und profitierte von einer ausgezeichneten Ausbildung, nachdem er mit 18 von seinem einflussreichen Onkel, dem Fürstbischof von Ermland, an der Universität Krakau eingeschrieben wurde. 1496 ging Kopernikus nach Bologna, um Kirchenrecht zu studieren und in die Fußstapfen seines Onkels zu treten. In Bologna wohnte er bei dem Astronomie-Professor Domenico Maria da Novara, der dafür bekannt war, die klassischen Arbeiten aus dem antiken Griechenland zu hinterfragen, besonders die weit verbreitete Kosmologie.

Die klassische Vorstellung über das Universum geht auf die nicht unvernünftige Annahme von Aristoteles zurück, dass die Erde im Zentrum ruht und sich alles um sie dreht. Das fühlte sich richtig an, denn wir spüren nicht, dass wir uns bewegen. Vielmehr ziehen Sonne, Mond, Planeten und Sterne ihre Bahnen über uns am Himmel. Doch eine etwas sorgfältigere Beobachtung zeigt, dass die Situation in Wirklichkeit komplizierter ist als es zunächst scheint. Vor allem die Planeten beschreiben zu bestimmten Phasen im Jahr kleine Schleifen, kehren ihre Bewegungsrichtung vor dem Hintergrund der Sterne vorübergehend um, bevor sie ihre Bahnen durch die Sternbilder des Tierkreises fortsetzen. Diese beobachtete Tatsache, die als rückläufige Bewegung bezeichnet wird, entsteht durch unseren Blick auf die Planeten von einem sich bewegenden Aussichtspunkt – der Erde – auf einer Umlaufbahn um die Sonne.

Es ist mit Abstand die einfachste Erklärung für die Belege, obwohl sich ein System konstruieren lässt, mit dem sich die Planetenpositionen Monate oder Jahre im Voraus vorhersagen lassen, ohne die einzigartige Ruhestellung der Erde im Zentrum von allem aufgeben zu müssen. So ein Modell mit der Erde im Zentrum wurde von Ptolemäus im zweiten Jahrhundert entwickelt und in seinem berühmtesten Werk, dem Almagest, veröffentlicht. Die Details sind extrem kompliziert, es lohnt sich nicht, sie hier genauer zu beschreiben, weil die zentrale Vorstellung völlig falsch ist und wir nichts dabei lernen würden. Vielmehr lässt sich am ptolemäischen Modell, das aus Sicht der Erde die scheinbaren Kreisbahnen der Planeten vor dem Sternenhintergrund beschreibt, eine völlig gekünstelte Komplexität der Planetenbewegung zeigen, bei der die Erde im Zentrum steht. Dieses Modell, mit einer obskuren Terminologie aus Epizykeln, Deferenten und Centrum Equantis überfrachtet, wurde Jahrtausende lang von Astrologen erfolgreich verwendet, um vorherzusagen, in welchen Tierkreissternbildern die Planeten stehen. So konnten sie mutmaßlich ihre Horoskope schreiben und die leichtgläubigen Bürger des Altertums irreführen. Wenn Sie sich nur für die Vorhersagen interessieren und Ihre philosophische Voreingenommenheit und Ihr vernünftiges Gefühl von Bewegungslosigkeit eine Erde im Zentrum erfordern, dann ist alles ausgezeichnet. Und deshalb dauerte es, bis Kopernikus sich über die schiere Hässlichkeit des ptolemäischen Modells hinlänglich ärgerte, damit sich etwas änderte.

Die genauen Einwände von Kopernikus gegen Ptolemäus sind unbekannt, aber etwa um 1510 schrieb er ein unveröffentlichtes Manuskript namens Commentariolus, in dem er seine Unzufriedenheit mit dem Modell äußerte. „Mir kam oft der Gedanke, es müsse sich doch eine bessere Zusammenstellung von Kreisen finden lassen, welche bei aller gleichförmigen Bewegung, wie sie die Natur einer vollkommenen Bewegung verlangt, doch zugleich die scheinbaren Verschiedenheiten erkläre.“

Das Commentariolus enthielt eine Liste radikaler, zumeist korrekter Annahmen. Kopernikus schrieb, dass der Mond um die Erde läuft, dass die Planeten die Sonne umrunden und dass die Entfernung zwischen Erde und Sonne ein unbedeutender Bruchteil von der Entfernung zu den Sternen ist. Er schlug als Erster vor, dass sich die Erde um ihre Achse dreht und dass diese Rotation für die tägliche Bewegung der Sonne und Sterne am Himmel verantwortlich ist. Zudem erkannte er, dass die rückläufige Bewegung der Planeten durch die Bewegung der Erde entsteht, nicht durch die Planeten selbst. Kopernikus hatte das Commentariolus als Einführung für eine viel umfangreichere Arbeit vorgesehen. Vermutlich sind deshalb kaum Details darüber zu finden, wie er zu seiner radikalen Abkehr von der klassischen Vorstellung kam. Die vollständige Begründung und Beschreibung seiner neuen Kosmologie kosteten ihn weitere 20 Jahre. 1539 schließlich hatte er das meiste seines sechsbändigen De revolutionibus fertiggestellt, auch wenn es erst 1543 veröffentlicht wurde. Das Werk enthält die mathematischen Einzelheiten seines heliozentrischen Modells, eine Analyse der Präzession der Tagundnachtgleichen und der Mondbahn sowie einen Sternkatalog. Zu Recht gilt es als fundamentale Arbeit für die Entwicklung der modernen Naturwissenschaften. De revolutionibus wurde ausgiebig in den Universitäten Europas gelesen und für seine Genauigkeit der enthaltenen astronomischen Vorhersagen bewundert. Interessanterweise hat der intellektuelle Aufruhr, der durch unsere Verbannung aus dem Zentrum aller Dinge entstanden war, die Meinungen vieler großer Naturwissenschaftler des damaligen Jahrhunderts beeinflusst. Tycho Brahe, der versierteste astronomische Beobachter vor der Erfindung des Fernrohrs, bezeichnete Kopernikus als zweiten Ptolemäus (was als Kompliment gemeint war), aber akzeptierte das Modell des Sonnensystems mit der Sonne im Zentrum nicht in Gänze: Teils weil er einen Widerspruch zur Bibel sah, teils auch weil es offensichtlich zu sein schien, dass die Erde ruht. Dies ist ein bedeutender Einwand gegen das kopernikanische Sonnensystem – ein wirklich modernes Verständnis, was genau „in Ruhe“ und „in Bewegung“ bedeuten, erfordert Einsteins Relativitätstheorien, zu denen wir später kommen werden! Kopernikus selbst war davon überzeugt, dass die Sonne im Zentrum des Universums ruht. Doch im Verlauf des 17. Jahrhunderts wurden die Beobachtungen, vor allem durch die Erfindung des Fernrohrs, drastisch genauer. Zudem wurde die Mathematik, mit der die Beobachtungen beschrieben wurden, immer ausgereifter. So entschlüsselten zahlreiche Astronomen und Mathematiker – darunter Johannes Kepler, Galileo Galilei und schließlich Isaac Newton – die Funktionsweise des Sonnensystems. Die entstandene Theorie ist gut genug, um selbst heute noch Raumsonden mit absoluter Präzision zu den äußeren Planeten zu schicken.

Auf den ersten Blick fällt es schwer zu verstehen, warum Ptolemäus’ gekünsteltes Durcheinander so lange fortbestand, doch ein modernes Vorurteil liefert die Erklärung dieses Phänomens. Heutzutage nimmt eine wissenschaftlich belesene Person an, dass es ein reales, vorhersagbares Universum außerhalb der Erde gibt, das sich gemäß den Naturgesetzen verhält – gemäß denselben Gesetzen, denen die Dinge auf der Erde gehorchen. Diese – korrekte – Vorstellung bildete sich allerdings erst mit der Arbeit Isaac Newtons in den 1860er-Jahren vollständig heraus, mehr als ein Jahrhundert nach Kopernikus. Die Astronomen des Altertums interessierten sich primär für Vorhersagen. Auch wenn über die Natur der physikalischen Realität diskutiert wurde, so hatte man die zentrale wissenschaftliche Vorstellung von universellen physikalischen Gesetzen einfach noch nicht erkannt. Ptolemäus schuf ein Modell, dessen Vorhersagen ausreichend genau mit den Beobachtungen übereinstimmten – das genügte den meisten Menschen. Es gab natürlich rühmliche Ausnahmen – die Geschichte der Einfälle verläuft nie linear. Epikur schlug 300 v. Chr. einen ewigen Kosmos vor, der von unendlich vielen Welten erfüllt ist. Ungefähr zur selben Zeit schlug Aristarch ein Universum mit der Sonne im Zentrum vor, um das Erde und Planeten kreisen. Es gab auch eine starke Tradition der klassischen Orthodoxie in der islamischen Welt des zehnten und elften Jahrhunderts. Der Astronom und Mathematiker Ibn al-Heithem wies darauf hin, dass die Bewegungen der Planeten, wie sie in der Abbildung hier dargestellt sind – trotz der prognostischen Kraft des ptolemäischen Modells – „eine Anordnung sind, die unmöglich existieren kann“.

Das Ende der Revolution, die mit Kopernikus um 1510 begann, und zugleich der Beginn der modernen mathematischen Physik lässt sich auf den 5. Juli 1687 festlegen. Damals veröffentlichte Newton die Principia. Er zeigte, dass sich das ptolemäische Durcheinander mit der Erde im Zentrum durch ein Sonnensystem mit der Sonne in der Mitte und einem universellen Gravitationsgesetz ersetzen lässt. Das Gravitationsgesetz, das für alle Dinge im Universum gilt, lässt sich in einer einzigen mathematischen Gleichung formulieren:

Die Gleichung besagt, dass die Gravitationskraft zwischen zwei Objekten – einem Planeten und einem Stern zum Beispiel – der Massen m1 und m2 berechnet werden kann durch die Multiplikation der Massen miteinander geteilt durch das Quadrat ihres Abstands r und durch Multiplikation mit G, worin die Stärke der Gravitationskraft verschlüsselt ist. G wird als Newtonsche Gravitationskonstante bezeichnet und ist eine fundamentale Eigenschaft unseres Universums – es ist eine einzelne Zahl, die überall und zu jeder Zeit gleich ist. Henry Cavendish maß G als Erster in einem berühmten Experiment 1798. Es gelang ihm (indirekt) die Gravitationskraft zwischen zwei Bleikugeln bekannter Masse mittels einer Torsionswaage zu bestimmen. Dies ist ein weiteres Beispiel für diese zentrale Vorstellung der modernen Physik: Bleikugeln unterliegen denselben Naturgesetzen wie Planeten. Die aktuell beste Messung liefert für G = 6,67 × 10–11 N m2 / kg2. Das heißt, dass die Gravitationskraft zwischen zwei Kugeln mit jeweils 1 kg Masse in 1 m Entfernung voneinander weniger als zehn Milliardstel Newton ausmacht. Die Gravitation ist wirklich eine sehr schwache Kraft. Deshalb konnte ihre Stärke auch erst lange, 71 Jahre, nach Newtons Tod gemessen werden.

Das Gravitationsgesetz ist eine ziemlich geniale Vereinfachung. Womöglich noch wichtiger ist die zentrale Entdeckung des tiefen Zusammenhangs zwischen Mathematik und Natur, der den Erfolg der Naturwissenschaften untermauert. Der Philosoph und Mathematiker Bertrand Russell beschrieb diese Beziehung mit: „Mathematik beinhaltet nicht nur Wahrheit, sondern auch allerhöchste Schönheit — eine Schönheit kühl und streng wie die einer Marmorstatue, ohne Wirkung auf jenen Teil unserer Natur, den wir den Trieben zurechnen, ohne den glänzenden Staat, wie ihn die Malerei und Musik machen können, aber von erhabener Reinheit und fähig zu strengster Vollendung, wie sie nur ganz große Kunst aufweist. Das Wesen des Entzückens, das Außer-sich-sein, das Gefühl, mehr zu sein als ein Mensch, was ja ein Prüfstein höchster Leistung ist, ist in der Mathematik ebenso sicher zu finden wie in der Dichtkunst.“

Nirgends tritt dieses Gefühl deutlicher zutage als in Newtons Gravitationsgesetz. Sind Ort und Geschwindigkeit der Planeten zu einem bestimmten Augenblick bekannt, so lässt sich die Geometrie des Sonnensystems zu einem beliebigen Zeitpunkt Jahrmillionen in der Zukunft berechnen. Vergleichen Sie diese Sparsamkeit – Sie können alle notwendigen Informationen auf die Rückseite eines Umschlags schreiben – mit den verwirrenden ptolemäischen Ausgleichs-Epizykeln. Physiker schätzen eine solche Sparsamkeit sehr; wenn sich eine große Ansammlung komplexer Phänomene durch ein einfaches Gesetz oder eine einfache Regel beschreiben lässt, bedeutet das für gewöhnlich, dass wir auf der richtigen Fährte sind.

Das Streben nach Eleganz und Sparsamkeit in der Beschreibung der Natur leitet theoretische Physiker bis zum heutigen Tag und wird einen zentralen Teil unserer Geschichte ausmachen. In diesem Licht besehen kommt Kopernikus eine noch größere historische Bedeutung zu. Er hat nicht nur die Zerstörung des Kosmos mit der Erde im Mittelpunkt beschleunigt, sondern auch Brahe, Kepler, Galilei, Newton und viele andere angeregt, eine moderne mathematische Physik zu entwickeln. Diese ist nicht nur bemerkenswert erfolgreich bei der Beschreibung des Universums, sondern war auch notwendig, um unsere moderne technische Zivilisation zu entwickeln. Nehmt es zur Kenntnis, ihr Politiker des 21. Jahrhunderts: Eine Grundvoraussetzung für das intellektuelle Gebäude, auf dem eure Tabellen, klimatisierten Büros und Mobiltelefone fußen, war der von Neugier getriebene Versuch, die Bewegung der Planeten und den Platz der Erde unter den Sternen zu verstehen.

Um die Beobachtungen der Wandelsterne – der Planeten – am Nachthimmel mit der Vorstellung zusammenzubringen, dass die Erde im Zentrum des Sonnensystems steht, war ein kompliziertes Modell erforderlich. Im Fall der Venus folgte aus einer Erde im Zentrum und den Beobachtungen, dass unser innerer Nachbarplanet eine Umlaufbahn haben musste, deren Mittelpunkt auf halber Strecke zwischen Erde und Sonne lag, die sogenannten Epizykel. Auch die anderen Planeten mussten ähnlich komplizierte Umlaufbahnen um verschiedene Punkte haben, die über das Sonnensystem verstreut waren. Setzt man dagegen die Sonne ins Zentrum des Sonnensystems, mit den Planeten in bekannter Reihenfolge um sie angeordnet und dem Mond, der die Erde umrundet, so ergibt sich ein viel einfacheres System.

1968 war ein schwieriges Jahr auf dem Planeten Erde. Der Vietnamkrieg, der blutigste Stellvertreterkampf des Kalten Krieges, hatte seinen Höhepunkt erreicht. Letztlich forderte er drei Millionen Leben. Martin Luther King jr. wurde in Memphis ermordet, was den hoffnungsvollen Präsidentschaftskandidaten Bobby Kennedy dazu veranlasste, die Bevölkerung in den USA aufzufordern, „die Unzivilisiertheit des Menschen zu zähmen und das Leben dieser Welt sanft zu machen“. Noch vor Ablauf des Jahres wurde auch Kennedy ermordet. Andernorts rollten sowjetische Panzer in Prag ein und Frankreich bewegte sich am Rande einer Revolte. Mein erstes Weihnachtsfest stand bevor und meinen Eltern hätte man nicht verübeln können, hätten sie sich gefragt, welche Welt ihr Sohn 1969 erleben würde. Doch dann, in der Nacht von Heiligabend auf Weihnachten, überzog unerwartet Schnee die Oakbank Avenue – und Borman, Lovell und Anders, 400 000 Kilometer weit weg, retteten 1968.

Für viele hatte die Mondmission Apollo 8 historisch gesehen den tiefgreifendsten Einfluss. Es war ein wunderbares, edles Wagnis. Ein großartiger Wurf. Ein Destillat aus allem, was Forschung großartig macht. Eine Anerkennung des schieren Mumms der Astronauten und Ingenieure, die sich entschlossen hatten, egal was da komme, Präsident Kennedys Versprechen einzulösen, „[…] eine riesige Rakete zu starten, mehr als 300 Fuß hoch, so lang wie ein Fußballfeld; hergestellt aus neuen Metalllegierungen, von denen manche noch nicht erfunden sind; in der Lage, um Größenordnungen höhere Hitze und Belastungen auszuhalten, als bislang gelungen; präziser zusammengebaut als die erlesenste Uhr; ausgestattet mit der gesamten Ausrüstung für Antrieb, Orientierung, Steuerung, Kommunikation, Verpflegung und das Überleben; auf einer unversuchten Mission zu einem unbekannten Himmelskörper, um sie dann sicher zur Erde zurückzubringen, bei einer Wiedereintrittsgeschwindigkeit in die Atmosphäre von 40 000 Kilometern pro Stunde, sodass die Hitze halb so hoch wird wie die Temperatur auf der Sonne – fast so heiß wie es heute hier ist – und das alles zu tun, und es richtig zu tun, und als Erste zu tun, bevor dieses Jahrzehnt zu Ende ist.“ Würde ich das heutzutage von einem Politiker hören, wäre ich als Erster auf der Rakete. Stattdessen muss ich nichtssagenden Reden lauschen über „Gerechtigkeit“, „hart arbeitende Familien“ oder „wir sind alle betroffen“. Scheiß drauf, ich will zum Mars.

Um Apollo 8 einordnen zu können: Apollo 7, der erste bemannte Testflug des Apollo-Programms, erfolgte durch Schirra, Eisele und Cunningham im Oktober 1968. Apollo 8 war als Dezember-Testflug für die Mondlandeeinheit vorgesehen, ausgeführt in der vertrauten Umgebung der Erdumlaufbahn. Aber Lieferverzögerungen führten dazu, dass der Mond-Lander nicht bereit für den Flug war, sodass es aussah, als ob sich Kennedys Frist nicht mehr halten ließe. Aber es war nicht das 21. Jahrhundert, es waren die 1960er, in denen die NASA von Ingenieuren geleitet wurde. Programm-Manager war George Low, ein ehemaliger Armeeangehöriger und Astronauten-Ingenieur, der das Raumfahrzeug wie seine Westentasche kannte und sich traute Entscheidungen zu treffen. Warum schicken wir Apollo 8 ohne Lander nicht direkt zum Mond, schlug Low vor. Dann könnte Apollo 9 den Testflug mit dem LEM (Lunar Excursion Module), wenn es verfügbar wäre, Anfang 1969 in der Erdumlaufbahn machen. Dies würde den Weg ebnen zu einer Landung bevor das Jahrzehnt endet. Es heißt, dass praktisch alle Ingenieure der NASA zugestimmt haben. Und so hob der zweite bemannte Flug eines Apollo-Raumfahrzeugs am 21. Dezember vom Weltraumbahnhof Kennedy Richtung Mond ab, nur zehn kurze Wochen nach Apollo 7. Die Mannschaft sagte später, dass sie sich eine Erfolgschance von 50 Prozent gegeben hatte.

Exakt 69 Stunden, acht Minuten und 16 Sekunden nach dem Start bremste das Kommando-Modul mit seinen Triebwerken das Raumfahrzeug ab, damit es von der Gravitation des Mondes eingefangen werden konnte und so die drei Astronauten auf eine Mondumlaufbahn brachte. Berechnet wurde die Flugbahn mit Newtons fast 300 Jahre alter Gleichung. Es war ein spektakulärer, praktisch unglaublicher Triumph der Ingenieure. Weniger als ein Jahrzehnt nachdem Juri Gagarin der erste Mensch wurde, der die Erde umrundet hatte, reisten drei Astronauten den ganzen Weg zum Mond. Aber das starke, bleibende kulturelle Vermächtnis dieser Mission fußt größtenteils auf zwei äußerst menschlichen Handlungen der Mannschaft. Die eine war die berühmte und bewegende Übertragung der Weihnachtsbotschaft, das meistgesehene Rundfunkereignis zur damaligen Zeit, als die fernen Entdecker die ersten Zeilen aus dem Buch der Schöpfung vorlasen: „Wir nähern uns nun dem Sonnenaufgang auf dem Mond. Für alle Menschen daheim auf der Erde hat die Mannschaft von Apollo 8 eine Botschaft, die wir ihnen schicken möchten“, begann Anders. „Am Anfang schuf Gott Himmle und Erde. Und die Erde war wüst und leer, und es lag Finsternis auf der Tiefe.“ Borman schloss mit einem Satz, der eindeutig von einem einsamen Menschen 400 000 Kilometer weit weg von daheim kam: „Wir, die Crew der Apollo 8, beenden diese Botschaft mit einem ‚Gute Nacht‘, viel Glück und frohe Weihnachten – und Gott segne euch alle, euch alle auf der guten Erde.“

Das wirkungsvollste Vermächtnis der Mission war jedoch das NASA-Bild AS8-14-2383, aufgenommen von Bill Anders mit einer Hasselblad 500 EL bei Blende 11 und 1/250 Sekunde Belichtungszeit auf Kodak-Ektachrome-Film. Anders gesagt war es eine sehr durchdachte Fotografie. Das Bild ist besser bekannt unter dem Schlagwort „Erdaufgang“ (vgl. Farbtafel T1). In der Perspektive mit der Mondoberfläche unten ist die Erde auf dem Bild zur Seite geneigt, links der Südpol, der Äquator verläuft von oben nach unten. Durch die Wolken sind kaum Landmassen zu erkennen, aber der helle Sand der Wüsten Namib und Sahara ist auffallend lachsrosa gegenüber der Schwärze ringsum. Genau 368 Jahre und zehn Monate nachdem ein Mann auf dem Scheiterhaufen verbrannt wurde, weil er von endlosen Welten geträumt hatte, steht auf diesem Bild die Erde als zerbrechliche Halberde über einer fremden Landschaft – die Umkehrung eines zunehmenden Mondes am vertrauten irdischen Himmel. Es ist eine ungewohnte, planetare Erde, nicht mehr im Zentrum, einfach eine andere Welt. Als Kennedy von Apollo als einer Reise zu einem unbekannten Himmelskörper sprach, meinte er den Mond. Aber wir entdeckten die Erde und – mit den Worten von T. S. Eliot – kennen den Ort zum ersten Mal.

Newtons Gesetze sind der Schlüssel, um unseren Platz in der direkten Nachbarschaft zu verstehen. In Verbindung mit genauen Beobachtungen der Bewegungen von Planeten und Monden ermöglichen sie uns, den Maßstab und die Geometrie des Sonnensystems abzuleiten und die Positionen dieser Himmelskörper für einen beliebigen Zeitpunkt in der Zukunft zu berechnen. Natur und Ort der Sterne erfordern jedoch eine völlig andere Herangehensweise, weil sie auf den ersten Blick punktförmig und unveränderlich erscheinen. Die Beobachtung, dass die Sterne anscheinend unbeweglich sind, ist wichtig, falls Sie etwas über Parallaxen wissen, so wie die Menschen des Altertums. Der Name Parallaxe bezeichnet einen bekannten Effekt. Halten Sie ihren Finger vor Ihr Gesicht und schließen Sie abwechselnd die Augen, ohne den Finger zu bewegen. Dann scheint Ihr Finger vor dem ferneren Hintergrund hin und her zu springen. Je näher Ihr Finger an Ihrem Gesicht ist, desto stärker scheint er seine Position zu verändern. Das ist keine optische Täuschung. Es ist vielmehr die Folge, wenn man ein nahes Objekt aus zwei räumlich unterschiedlichen Positionen betrachtet. Für gewöhnlich fällt uns dieser Parallaxen-Effekt nicht auf, weil das Gehirn die Informationen der Augen zu einem einzigen Bild zusammenführt und dadurch für eine Tiefenwahrnehmung sorgt. Aristoteles argumentierte aufgrund der fehlenden Sternparallaxen, dass die Erde im Zentrum des Universums ruhen müsse. Würde die Erde sich bewegen, dann müssten sich die nahen Sterne vor dem Hintergrund der fernen Sterne bewegen. 1000 Jahre danach bediente sich Tycho Brahe eines ähnlichen Arguments, um die Folgerungen von Kopernikus zu entkräften. Ihre Argumentation war fehlerfrei, aber die Schlussfolgerung ist falsch, weil die nahen Sterne sich tatsächlich gegenüber den ferneren Sternen bewegen, während die Erde um die Sonne läuft, sogar wenn die Sonne ihre Umlaufbahn durch unsere Galaxis zieht. Man muss nur extrem genau hinschauen, um den Effekt zu erkennen.

Borman: Oh mein Gott!
Schau dir den Anblick da oben an.
Da geht die Erde auf.
Mensch, ist das schön.
Anders: Hey, mach‘ das nicht,
es ist nicht vorgesehen.
Borman: (lachend) Hast du
einen Farbfilm, Jim?
Anders: Gibst du mir schnell
die Farbfilmpatrone…?
Lovell: Oh, Mann, ist das klasse.

Unter den Tausenden von Sternen, die mit dem bloßen Auge zu sehen sind, gehört 61 Cygni zu den lichtschwächsten. Er ist nicht uninteressant. Er ist ein Doppelstern, in dem zwei orange K-Zwergsterne, etwas kleiner und kühler als die Sonne, einander sehr langsam in ungefähr 700 Jahren umrunden. Im Gegensatz zum relativ unscheinbaren optischen Eindruck, den das Sternpaar macht, ist 61 Cygni von großer historischer Bedeutung. Der Grund für diesen stillen Ruhm: Das lichtschwache Sternsystem war das erste, bei dem die Entfernung zur Erde anhand der Parallaxe bestimmt wurde.

Physiker und Mathematiker kennen Friedrich Bessel am ehesten wegen der mathematischen Funktionen, die seinen Namen tragen. So ziemlich jedes technische oder physikalische Problem, bei dem eine zylinder- oder kugelförmige Geometrie auftritt, mündet in der Verwendung von Bessel-Funktionen. Womöglich begegnen Sie heute in völliger Ahnungslosigkeit einem technischen Gegenstand, bei dem irgendwann im Lauf seines Entwurfsprozesses Bessel-Funktionen eine Rolle spielten. Doch allem voran war Bessel Astronom; bereits mit 25 wurde er zum Direktor der Sternwarte Königsberg ernannt. 1838 beobachtete Bessel, dass 61 Cygni seine Position am Himmel um ungefähr zwei Drittel einer Bogensekunde im Lauf des Jahres veränderte. Das ist nicht viel – eine Bogensekunde ist der 3600. Teil eines Grades. Aber es ist ausreichend, um etwas Trigonometrie zu betreiben und festzustellen, das 61 Cygni 10,3 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt ist. Der moderne Wert für die Entfernung des Sterns lautet sehr ähnlich: 11,41 ± 0,02 Lichtjahre. Die Parallaxe ist für die Astronomie so wichtig, dass es sogar eine Maßeinheit gibt, durch die man diese Berechnungen im Kopf vornehmen kann. Dieses Entfernungsmaß der Astronomen heißt Parsec, kurz für „Parallaxensekunde“. Es ist die Entfernung eines Sterns von der Sonne, die einer Parallaxe von einer Bogensekunde entspricht. Ein Parsec sind 3,26 Lichtjahre. Bessels Messung der Parallaxe von 61 Cygni ergab 0,314 Bogensekunden, was umgehend etwa zehn Lichtjahre als Distanz ergibt.

Bis heute sind Parallaxen die genaueste Methode, um die Entfernungen naher Sterne zu ermitteln – weil es eine direkte Messung ist, die nur die Trigonometrie ausnutzt und nicht auf Annahmen oder physikalischen Modellen beruht. Am 19. Dezember 2013 startete in Französisch-Guayana das Weltraumteleskop GAIA