Der Kosmos, die letzte Grenze, die unendliche Galaxie: Unsere kollektive Faszination für den Weltraum war schon immer groß. Doch seit Unternehmen und Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens riesige Geldsummen in die Erforschung des Weltraums investieren, scheint eine neue Art von "Space Race" entstanden zu sein. In dieser Folge von The Active Share setzt sich Hugo mit Chris Impey, einem Astronomen, Pädagogen und Autor, zusammen, um die potenziellen wirtschaftlichen, ökologischen und geopolitischen Auswirkungen der Weltraumforschung zu diskutieren.
Die Kommentare sind bearbeitete Auszüge aus unserem Podcast, den Sie unten in voller Länge anhören können.
Was hat Sie zur Astronomie hingezogen?
Chris Impey: Ich habe als Physiker angefangen, denn die Physik ist das Tor zur Astronomie. Die Astronomie ist sozusagen die Anwendung der Physik nach außen.
Auf welche speziellen Bereiche der Astrophysik haben Sie sich konzentriert? Gibt es Gebiete, bei denen Sie stolz darauf sind, daran mitgewirkt zu haben?
Chris: Ich habe mich auf die extragalaktische Astronomie bzw. Kosmologie konzentriert und konnte in zwei Bereichen Beiträge leisten. Der eine war die Untersuchung extrem blasser, lichtschwacher Galaxien, also solcher, die ihr Gas noch nicht in Sterne umgewandelt haben. Wir versuchen zu erfassen, was das Universum enthält, indem wir alle Atome und Materialien zählen, aber wir schauen nur auf die hellen Dinge. Wir folgen dem Sternenlicht.
Aber man kann unentwickelte Galaxien übersehen, die ihr Gas nicht in Sterne umgewandelt haben. Ich habe versucht, eine vollständige Zählung der schwachen und hellen Galaxien vorzunehmen, damit wir die Materie des Universums messen können.
Dann begann ich, mich für aktive Galaxien oder Quasare zu interessieren, also für normale Galaxien mit einem supermassiven schwarzen Loch im Zentrum. Schwarze Löcher sind schwarz, aber der Bereich um sie herum ist ein unglaublicher Teilchenbeschleuniger. Sie können eine ganze Galaxie um das 1.000-fache überstrahlen.
Wie hat sich die Rolle der Technologie in der Astronomie verändert?
Chris: Die Astronomie ist eine Entdeckungswissenschaft, in der viele Dinge, die wir finden, nicht vorhergesagt wurden. Das macht sie so interessant. Aber sie ist auch technologiegetrieben. Als ich promovierte, waren die größten Teleskope, die ich benutzte, sechs Meter lang. Heute bauen wir eine Reihe von 20- bis 30-Meter-Teleskopen.
Die Technologie zur Herstellung von dünnen Spiegeln und großen Teleskopen mit unglaublich präziser Optik treibt das Feld an. Denn wenn man das ferne Universum untersucht, verhungern die Photonen. Einige der Galaxien sind so weit entfernt, dass nur ein Photon pro Sekunde ankommt. Das ist eine schwache Lichtmenge und bedeutet, dass wir immer größere Teleskope brauchen.
Auch die Detektortechnologie hat sich verbessert. Viele wissen wahrscheinlich nicht, dass ladungsgekoppelte Detektoren (CCDs) - die Geräte in Ihrem Handy, mit denen Sie Fotos machen können - nur die massenproduzierten Versionen der bahnbrechenden Detektoren sind, die Astronomen in den 60er und 70er Jahren verwendeten.
Welchen Anteil an der technologischen Innovation hat die Entwicklung besserer Teleskope?
Chris: Das Feld ist immer hungrig nach mehr Teleskopen und Photonen. Die neuen Teleskope werden von einem Konsortium aus Universitäten, Ländern und nationalen Regierungen gebaut, aber es ist auch privates Geld im Spiel. Einige der größten Teleskope der Welt am Mount Wilson Observatorium, am Mount Palomar Observatorium und am Yerkes Observatorium in Chicago wurden durch philanthropische Gelder finanziert.
Und es gibt viele Milliardäre, die sich für Wissenschaft und Astronomie interessieren. Yuri Milner hat 100 Millionen Dollar in das Institut für die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) gesteckt. Auch Bill Gates hat in diese Dinge investiert. Die Astronomie zieht Technologie-Gurus an, die die pure Wissenschaft schätzen.
Wie sieht es mit dem Zugang aus? Wie werden diese Teleskope und andere technische Errungenschaften unter Forschern aufgeteilt?
Chris: Es gibt eine Aufteilung, aber die ist brutal. In Arizona stellen wir Spiegel für unsere eigenen Teleskope her und verkaufen sie dann an andere Leute. Das Giant Magellan Telescope, das derzeit in Chile gebaut wird, ist ein 22,5-Meter-Teleskop, aber wir bekommen nur 10% der Nutzungszeit, obwohl unser Beitrag die Spiegel waren. Die anderen Universitäten des Konsortiums müssen Geld aufbringen und Geld auf den Tisch legen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Nutzungszeit aufzuteilen, aber es ist schwer, sie zu bekommen. Das gilt auch für das Hubble-Weltraumteleskop, für das es achtmal mehr Anträge als verfügbare Kapazitäten gibt. Und es ist auch ein Joker - man bekommt vielleicht drei Nächte im Juli, aber wenn es bewölkte Nächte sind, muss man nächstes Jahr wiederkommen. Für das Wetter gibt es keine Ausnahmegenehmigung.
Welche Rolle spielt die Computerleistung in der Astronomie?
Chris: Die Astronomie ist in zweierlei Hinsicht ein rechenintensives Gebiet. Die meisten Menschen denken bei Wissenschaft an die Kombination von Theorien und Beobachtungen. Aber es gibt noch ein drittes Standbein, nämlich die Berechnung und Simulation. Wir haben eine Menge über das Universum gelernt, indem wir Aspekte davon auf Computern simuliert haben.
Um unser kompliziertes Universum zu verstehen, sind zentrale Recheneinheiten (CPUs) und Computerleistung erforderlich, ebenso wie die Datenreduktion. Die von neuen Teleskopen durchgeführten Durchmusterungen werden pro Nacht Dutzende von Terabytes an Daten erzeugen. Und da in der nächsten Nacht weitere Dutzende von Terabytes erzeugt werden, müssen wir diese Daten in Echtzeit analysieren, denn wir wollen gewarnt werden, wenn sich etwas verändert, wenn gerade eine Supernova explodiert ist oder wenn sich ein Exoplanet bewegt hat.
Das Ironische an Daten in der Astronomie ist jedoch, dass das meiste davon Rauschen ist. Wenn wir weit entfernte Galaxien beobachten, bestehen die meisten Pixel in Ihrem Bild nur aus dunklem Himmel. Wir müssen den kleinen Teil der Pixel herausfiltern, in dem etwas Interessantes passiert. Das Filtern von Daten ist eine Herausforderung, aber wir können jetzt künstliche Intelligenz (KI) zur Hilfe nehmen.
Wie wirkt sich die KI auf die Astronomie aus?
Chris: KI und maschinelles Lernen wirken sich auf fast alle Bereiche der Wissenschaft aus. Die Leute, die mit großen Detektoren wie dem Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) versuchen, Gravitationswellen aufzuspüren, setzen KI ein, um subtile Signaturen des frühen Universums oder der Verschmelzung schwarzer Löcher herauszufiltern.
Wir müssen Methoden des maschinellen Lernens einsetzen, um nicht nur das zu finden, was wir wissen, sondern auch das, was wir nicht wissen. Aber wie können wir ein interessantes Phänomen vorhersehen, das wir noch nie gesehen haben? Das maschinelle Lernen hilft dabei, denn es kann etwas identifizieren, das potenziell interessant ist, ohne dass man es vorher festgelegt hat.
Glauben Sie, dass wir uns in einem neuen Wettlauf ins All befinden?
Chris: Es ist eine außergewöhnliche Zeit für die Erforschung des Weltraums. Vor zwei Jahren haben private Unternehmen zum ersten Mal mehr Starts in die Erdumlaufbahn durchgeführt als die Regierungen der Welt und damit die USA, Russland und China bei der Weltraumforschung in den Schatten gestellt.
Der Wert der privaten Raumfahrtindustrie erreichte letztes Jahr eine halbe Billion Dollar und wird sich voraussichtlich alle drei bis vier Jahre verdoppeln. Aber keiner dieser milliardenschweren Investoren, wie Jeff Bezos und Elon Musk, verdient bisher Geld; ihre Raumfahrtprogramme sind Verlustbringer. Sie investieren in eine Zukunft, die sich noch nicht abzeichnet, aber sie sind innovativ und kreativ.
Was ist Ihrer Meinung nach die Motivation hinter diesen Programmen?
Chris: Ich denke, dass hinter Jeff Bezos' Blue Origin und Elon Musks SpaceX wirtschaftliche Beweggründe stehen. Sie sind Geschäftsleute, die erfolgreiche Unternehmen geführt haben, und daher haben sie ein wirtschaftliches Modell. SpaceX hat sich mit der NASA zu einer Zeit zusammengetan, als die Vereinigten Staaten keinen Astronauten mehr in die Umlaufbahn bringen konnten, nachdem das Space Shuttle ausgemustert worden war, und erhielt milliardenschwere Verträge zur Versorgung der Raumstation.
Elon Musk ist sich auch der Ressourcen auf dem Mond und dem Mars bewusst. Er hat ein konkretes Wirtschaftsmodell für die Zukunft im Auge, aber er wird von diesem visionären Gedanken angetrieben.
In ähnlicher Weise hat Jeff Bezos eine interplanetarische, Star Trek-ähnliche Vision. Einige Kommentatoren haben sogar bemerkt, dass er versucht hat, sich wie sein Held Jean Luc Picard zu geben. Er hat eine nebulöse, romantische Vision, während er an einen realen Plan denkt, um Geld zu verdienen, Ressourcen abzubauen und ein Wirtschaftsunternehmen im Weltraum zu gründen.
Warum, glauben Sie, wollen Entwicklungsländer wie Indien zum Mond?
Chris: Für Indien ist es mit nationalem Stolz verbunden, ein raumfahrendes Land zu sein, und darauf sollten sie stolz sein. Indien verfügt über sehr beeindruckende technische Arbeitskräfte, aber auch über sehr gute Raumfahrtwissenschaftler und hat aus dem Stand heraus beeindruckende Fähigkeiten entwickelt.
Aber der derzeitigen indischen Regierung geht es vor allem um den Nationalstolz, da es für ein Land, das sich noch in der Entwicklung befindet, keinen offensichtlichen wirtschaftlichen Nutzen hat, sich in der Raumfahrt zu engagieren. Die Tatsache, dass Indien mit nur einer Handvoll Ländern - Russland, China und den Vereinigten Staaten - an einem Tisch sitzt, die bereits auf dem Mond waren und möglicherweise zum Mars fliegen werden, ist also eine große Sache.
Ist der Weltraum ein Wegbereiter für eine dezentralisierte Welt?
Chris: Der Weltraum ist wie der Wilde Westen. Er ist im Wesentlichen unreguliert, und es gibt so gut wie keinen rechtlichen Hintergrund. Es gab bisher nur zwei Verträge der Vereinten Nationen (UN), die sich mit dem Weltraum befassten - der Weltraumvertrag von 1965, der sich mit Waffen im Weltraum befasste und besagte, dass Länder den Mond nicht besitzen dürfen, und der Mondvertrag von 1979, in dem es um Eigentum ging, der aber von keiner Weltraummacht unterzeichnet wurde.
Diese Verträge geben jedoch keine Antwort auf einige der drängendsten Fragen von heute, und sie sprechen auch nicht über kommerzielle Unternehmen oder Privatpersonen.
Die UNO hat eine Arbeitsgruppe eingesetzt, die unverbindliche Richtlinien für den Umgang mit Weltraumschrott, Haftungsfragen und anderen Konflikten herausgegeben hat. Doch solange die Großmächte keinen neuen Vertrag unterzeichnen, haben diese Leitlinien keine Wirkung. Jedes Land hat seine eigenen Interessen, und die überschneiden sich nicht immer.
Außerdem wächst die Sorge, dass China, dessen Raumfahrtprogramm so eng mit seinem militärisch-industriellen Komplex verwoben ist, Waffen in den Weltraum bringen könnte. Wir haben bereits erlebt, dass Länder ihre eigenen Satelliten abgeschossen haben, nur um die Anti-Satellitentechnologie zu testen. Die Chinesen und Russen haben dabei Tausende von Weltraumtrümmern erzeugt, von denen jedes einzelne einen Satelliten oder eine Raumstation zerstören könnte.
Wie groß ist das Risiko, dass Weltraummüll Dinge wie GPS auslöschen oder das Erdklima beeinflussen könnte?
Chris: Die Menge des Weltraummülls nimmt rapide zu. Jeder profitiert von den Aktivitäten in der erdnahen Umlaufbahn, aber niemand hat einen Anreiz, sich um die Probleme zu kümmern, die sich aus diesen Aktivitäten ergeben. Die schiere Anzahl der Satelliten oder Objekte in der erdnahen Umlaufbahn verdoppelt sich alle paar Jahre, und wir steuern auf die Möglichkeit zu, dass sich bis zum Ende dieses Jahrzehnts 100.000 Objekte in der Umlaufbahn befinden.
Auch die Zahl der Kollisionen nimmt zu. Alles, was sich bereits in der Umlaufbahn befindet, zerfällt. Bei jeder Kollision entstehen Teile, die mit anderen Teilen kollidieren. 1979 schrieb der ehemalige NASA-Wissenschaftler Donald Kessler einen Artikel, in dem er argumentierte, dass die Zunahme des Weltraummülls die erdnahe Umlaufbahn unbrauchbar machen wird. Damals handelte es sich nur um eine theoretische Berechnung, aber heute fragen sich die Menschen, ob das wirklich passieren könnte. Heute müssen die Astronauten in den Raumstationen jeden Monat wegen eines möglichen Aufpralls im zentralen Drehkreuz Schutz suchen.
Was halten Sie vom Weltraumbergbau? Gibt es sinnvolle Ressourcen, die wir abbauen und zur Erde zurückbringen können?
Chris: Wenn man einen der erdnahen Asteroiden mit einer Größe von einem halben Kilometer mit Bedacht auswählt, würde man Edelmetalle im Wert von etwa 2 Billionen Dollar sowie eine ähnliche Anzahl seltener, wertvoller irdischer Rohstoffe finden.
Wir haben die Technologie zum Abbau. Die NASA weiß, wie man Dinge im Weltraum lenkt und Raketen an Asteroiden anbringt. Wir könnten einen Asteroiden in die Umlaufbahn bringen und ihn dann nach Belieben abbauen. Aber niemand hat bisher ermittelt, wie viel es kosten würde, das Material zur Erde zu bringen. Ich halte den Abbau von Asteroiden für machbar, aber der Teufel steckt im Detail.
Ist eine Zukunft für die Menschheit außerhalb der Erde denkbar?
Chris: Ich denke, dass die Besiedlung außerhalb der Erde auf lebensfähigen, eigenständigen Basen möglich sein wird, aber nicht sofort. Wir vergessen, dass der Weltraum eine extrem feindliche, unversöhnliche Umgebung ist. Wir sind nicht für den Weltraum geschaffen, und es ist zu teuer, Dinge zum Mond zu transportieren, geschweige denn zum Mars.
Aber die gute Nachricht ist, dass es die Technologie dafür gibt. Wir können Marserde nehmen und sie mit elektrochemischen Methoden in einen Slump-Block verwandeln, um einen gehärteten Schutz vor kosmischer Strahlung zu schaffen. Wir können aus demselben Boden auch Wasser gewinnen, das wir dann in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten und daraus Raketentreibstoff herstellen. Alles, was wir brauchen - vorausgesetzt, wir können Lebensmittel anbauen - ist vorhanden.
Ein weiterer Teil davon ist der 3D-Druck. Bei vielen dieser ersten Siedlungen werden Roboter und 3D-Drucker zum Einsatz kommen, ohne dass eine große Anzahl von Menschen dafür erforderlich ist. Aber der Mars und der Mond sind zwei verschiedene Welten. Es dauert acht Monate, um zum Mars zu gelangen, und acht Monate, um wieder zurückzukehren, und das alles in einem Raumschiff, das fast zwei Jahre lang Nahrung, Wasser und Vorräte benötigt. Die erste Reise zum Mars ist ein riesiges Unterfangen. Der Mond ist mit nur einer Woche Entfernung viel einfacher zu erreichen.
Und dann ist da noch der geopolitische Aspekt. Wir wissen, dass die Chinesen in den letzten Jahren einige beeindruckende Dinge getan haben. Sie stehen kurz vor der Fertigstellung einer Raumstation, die etwa zu dem Zeitpunkt fertig sein wird, an dem die Internationale Raumstation aus der Umlaufbahn genommen werden könnte. Ihr Raumfahrtprogramm wächst mit der gleichen Geschwindigkeit wie ihre Wirtschaft, und sie investieren immer noch sehr viel Geld. Sie wollen zeigen, dass sie die große Supermacht der Zukunft sind. Das bedeutet vieles auf der Erde, aber es bedeutet auch, dass man sich jenseits der Erde behaupten muss.
Würden Sie auf den Mars fliegen, wenn Sie eingeladen würden?
Chris: Ich weiß nicht, ob ich auf den Mars gehen würde. Das ist eine große Verpflichtung und extrem riskant. Aber ich würde an Richard Bransons Viertelmillionen-Dollar-Flug in der Schwerelosigkeit teilnehmen oder auf den Mond fliegen.
Sie sind Mitglied des Beirats von Messaging to Extraterrestrial Intelligence (METI). Gibt es außer auf der Erde noch Leben?
Chris: METI ist ein Ableger von SETI und wurde 1959 am Radio-Observatorium in Virginia ins Leben gerufen. Es handelt sich um ein Experiment, bei dem mit Hilfe von Radioteleskopen nach Signalen gesucht wird, die einen künstlichen Ursprung haben oder keine natürliche, astrophysikalische Ursache haben.
Es ist auch eine intellektuelle Übung, bei der es um die Frage geht: "Welche Botschaft würden Sie senden, die für einen Außerirdischen mit unbekannter Funktion und Form von Bedeutung sein könnte?" Das ist eine Herausforderung, denn wir können weder Sprache noch Kultur voraussetzen. Auch die Biologie könnte anders sein.
Eine einfache Antwort wäre, mathematische Theoreme oder Primzahlreihen zu verschicken, um zu zeigen, dass wir die Mathematik verstehen (wenn wir davon ausgehen, dass die Mathematik universell ist).
Bevor Stephen Hawking starb, sagte er bekanntermaßen, dass wir keine Nachrichten an Außerirdische schicken sollten, weil sie bösartig sein könnten. Aber die wenigen METI-Experimente, die durchgeführt wurden, bergen kaum eine unmittelbare Gefahr, da die Ziele Hunderte oder Tausende von Lichtjahren entfernt sind. Es würde Jahrhunderte oder Jahrtausende dauern, bevor wir überhaupt Kontakt aufnehmen würden.
Es ist ein Zahlenspiel. Einer der größten Erfolge der Astronomie in den letzten Jahrzehnten ist die Entdeckung von Exoplaneten, d. h. Planeten um andere Sterne. Es gibt etwa 5.800 bestätigte Exoplaneten, und wir können diese Zahl zuverlässig auf die gesamte Milchstraße hochrechnen.
Wir wissen auch, dass viele dieser Exoplaneten erdähnlich sind. Sie könnten flüssiges Wasser, eine lokale Energiequelle von ihrem Stern und kohlenstoffreiches Material haben. Bei potenziell 10 bis 20 Milliarden bewohnbaren Welten in der Galaxie scheint es unwahrscheinlich, dass keiner von ihnen jemals Biologie entwickelt hat.
Interessant ist auch die Zeitspanne, in der sie existieren. Wenn man sich in der Galaxie umschaut, könnte sich der früheste Erdklon 8 Milliarden Jahre vor der Erde gebildet haben. Wir wissen, dass sich die Erde weit in der Geschichte des Universums gebildet hat. Es ist also statistisch gesehen unwahrscheinlich, dass es da draußen kein anderes Leben gibt oder dass wir die ersten Lebewesen sind, die unser Niveau an Intelligenz und Technologie erreicht haben. Es lohnt sich, auf diese potenziellen Signale zu achten, in der Hoffnung, mit ihnen Kontakt aufnehmen zu können.
