Ein Bild von Betelgeuse, aufgenommen bei Submillimeter-Wellenlängen durch das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Es zeigt einen Abschnitt von heißem Gas, der leicht aus der ausgedehnten Atmosphäre des roten Riesensterns herausragt. Ein Teil der Daten, die zur Berechnung der neuesten Parallaxe für Betelgeuse verwendet wurden, stammt aus Beobachtungen von ALMA. Image via ALMA.

Betelgeuse, der helle rote Stern im Sternbild Orion der Jäger, befindet sich im Endstadium seines Sternenlebens. Astronomen vermuten schon lange, dass er eines Tages explodieren und zu einer Supernova werden wird. Ende 2019 und Anfang 2020 sorgte Betelgeuse für viel Gesprächsstoff in den sozialen Medien unter Astronomen. Sie fragten sich, etwas scherzhaft, ob eine Explosion unmittelbar bevorstehe, weil der Stern seit Ende Oktober 2019 in einem noch nie dagewesenen Ausmaß schwächer geworden ist. Als die Nachricht zum Mainstream wurde, fragten sich viele Menschen, wie weit Betelgeuse von uns entfernt ist und ob eine Explosion das Leben auf der Erde beeinträchtigen könnte. Die gute Nachricht ist, dass Betelgeuse, wenn er explodiert, nah genug ist, um eine spektakuläre Lichtshow zu veranstalten, aber weit genug entfernt, um uns auf der Erde keinen Schaden zuzufügen. Um zunächst die Frage nach der Entfernung zu beantworten: Betelgeuse ist etwa 724 Lichtjahre entfernt. Aber selbst für einen relativ nahen Stern ist es erstaunlich schwierig, diese Angabe zu erhalten.

Erst in den letzten 30 Jahren haben Astronomen durch den Einsatz neuer Technologien genauere Messungen für die Entfernung von Betelgeuse und anderen nahen Sternen erhalten. Dieser Fortschritt begann 1989, als die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ein Weltraumteleskop namens Hipparcos startete, benannt nach dem berühmten griechischen Astronomen Hipparchus. Über mehrere Jahre hinweg lieferte das Hipparcos-Weltraumteleskop Parallaxen- und Entfernungsdaten für mehr als 100.000 relativ nahe Sterne.

Diese Messungen wurden die Grundlage für die meisten der geschätzten Entfernungen zu Sternen, die Sie heute sehen.

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Bei Betrachtung von zwei Standorten aus gibt es eine leichte Verschiebung der Position eines nahen Sterns in Bezug auf entfernte Hintergrundsterne. Für Beobachtungen auf der Erde, die im Abstand von sechs Monaten gemacht werden, ist der Abstand zwischen diesen beiden Orten der Durchmesser der Erdbahn. Der Winkel alpha ist der Parallaxenwinkel. Image via P.wormer / Wikimedia Commons.

Die ursprünglichen Hipparcos-Daten ergaben eine Parallaxe von 7,63 Millibogensekunden für Betelgeuse; das ist etwa ein Millionstel der Breite des Vollmondes. Berechnungen, die auf dieser Parallaxe basieren, ergaben eine Entfernung von etwa 430 Lichtjahren.

Betelgeuse ist jedoch ein so genannter variabler Stern, da seine Helligkeit mit der Zeit schwankt (die jüngste Aufregung über Betelgeuses Abschwächung rührt daher, dass es sich um den größten jemals beobachteten Helligkeitsabfall handelt). Und damit begannen die Schwierigkeiten bei der Abschätzung der Entfernung von Betelgeuse.

Das liegt daran, dass spätere Studien einen Fehler in den Methoden fanden, die für die Reduzierung der Hipparcos-Daten für variable Sterne verwendet wurden. Ein Versuch, diese Fehler zu korrigieren, ergab eine Parallaxe von 5,07 Millibogensekunden, was die geschätzte Entfernung von Betelgeuse von 430 Lichtjahren auf etwa 643 Lichtjahre veränderte, plus oder minus 46 Lichtjahre.

Aber halt, da ist noch mehr. Im Jahr 2017 veröffentlichten Astronomen neue Berechnungen, die die Parallaxe von Betelgeuse auf 4,51 Milliiarsekunden weiter verfeinerten. Diese neue Analyse der Daten von Hipparcos umfasste auch Beobachtungen von mehreren bodengebundenen Radioteleskopen. Das brachte Betelgeuse in eine Entfernung von etwa 724 Lichtjahren, genauer gesagt zwischen 613 und 881 Lichtjahren, wenn man die Datenunsicherheiten mit einbezieht.

Sie wissen vielleicht, dass die Gaia-Astrometrie-Mission der Europäischen Weltraumbehörde das Ziel hat, eine dreidimensionale Karte unserer Milchstraßengalaxie zu erstellen. Zum Zeitpunkt der zweiten Datenveröffentlichung im April 2018 sagte die ESA, dass die Daten von Gaia bereits Folgendes ermöglicht haben:

… den bisher umfangreichsten Sternenkatalog, einschließlich hochpräziser Messungen von fast 1,7 Milliarden Sternen.

Doch Betelgeuse ist nicht einer dieser Sterne, und Gaia wird nicht dazu verwendet werden, eine genauere Entfernung für Betelgeuse zu finden. Der Grund ist, dass Betelgeuse zu hell für die Sensoren der Raumsonde ist.

Eine Karte von Orion, dem Jäger, die die Position von Betelgeuse zeigt. Image via IAU / Sky & Telescope magazine / Wikimedia Commons.

Ein Wort zur Parallaxe. Haben Sie schon einmal ein nahegelegenes Objekt von zwei verschiedenen Standorten aus betrachtet und dabei bemerkt, wie sich seine Position in Bezug auf entfernte Landmarken verändert? Das ist der Effekt, der Parallaxe genannt wird. Um eine Entfernungsschätzung zu erhalten, werden Messungen der Position eines nahen Sterns am Himmel relativ zu entfernten Hintergrundsternen im Abstand von sechs Monaten durchgeführt. Während dieser Zeit hat sich die Erde auf die entgegengesetzte Seite ihrer Umlaufbahn bewegt, so dass die beiden Orte durch den Durchmesser der Erdumlaufbahn getrennt sind, also etwa 300 Millionen km (186 Millionen Meilen). Der Unterschied in der relativen Position des nahen Sterns an den beiden Orten erlaubt es den Astronomen, einen Parallaxenwinkel abzuleiten und eine Entfernung zum nahen Stern zu berechnen.

Die antiken griechischen Astronomen verstanden das Konzept der Parallaxe, aber ihnen fehlte die Technologie, um sehr feine Winkelmessungen am Himmel vorzunehmen. Infolgedessen scheiterten alle Messungen der Sternparallaxe, bis es dem deutschen Astronomen Friedrich Bessel 1838 gelang. Er benutzte ein Teleskop, und obwohl seine beiden Beobachtungsstandorte auf entgegengesetzten Seiten der Erdbahn lagen, konnte er nur eine winzige Winkelverschiebung feststellen. Aber sie reichte aus, um eine Entfernung von 11 Lichtjahren zu einem nahen Stern namens 61 Cygni zu bestimmen.

Von Bessels Zeit bis zum Start von Hipparcos im Jahr 1989 wurden nur ein paar tausend Parallaxen bestimmt. Das Verfahren wurde durch eine Reihe von Faktoren behindert, darunter die extrem kleinen Winkel, Unzulänglichkeiten in den Instrumenten und vielleicht vor allem die Trübung der Erdatmosphäre. Beobachtungen von der Erde, selbst von sehr klaren und dunklen Orten wie Wüsten und Berggipfeln, werden durch Verzerrungen in der Atmosphäre unscharf.

Hipparcos hat mit seinen Beobachtungen aus dem Weltraum ab 1989 die Beschränkungen durch die Erdatmosphäre überwunden und Positionsdaten von Sternen mit einer für die damalige Zeit noch nie dagewesenen Genauigkeit erhalten. Astronomen verfeinern diese Messungen weiterhin mit neuen Innovationen bei den Instrumenten und der Datenanalyse, indem sie boden- und weltraumgestützte Observatorien nutzen.

Unterm Strich: Die Messung der Entfernung von Betelgeuse war besonders schwierig, weil es sich um einen veränderlichen Stern handelt. Komplexe Berechnungen, die auf Daten des Weltraumteleskops Hipparcos und bodengebundener Radioteleskope basieren, zeigen, dass er etwa 724 Lichtjahre entfernt ist.