Die Chemie des Himmels

Die Chemie des Himmels.

Ein Vortrag von Dr. M. Wilhelm Meyer.

I.

Blicken wir nächtlich zum sternbesäeten Himmel auf, sehen wir die funkelnden Weltlichter in stillem feierlichem Zuge über uns hinschweben und übersinnen wir dabei, daß jedes dieser Tausende und aber Tausende von leuchtenden Pünktchen eine Welt darstellt, so groß, daß unsere Erde dagegen gänzlich verschwindet, so überkommt wohl Manchen unter uns ein Zweifel über die Aussagen der Astronomen und gießt Unmuth in die erhabene Stimmung, in welche uns dieser Gedanke versetzt hatte. Dem Fassungsvermögen des Menschen sind Schranken gesetzt, und was außerhalb derselben liegt, muß nothwendig seinen Zweifel erregen, so lange er an die Erscheinungen nur mit dem Urtheile seiner Sinne geht. Dagegen kann der menschliche Verstand durch Combination auf Combination sich in Regionen emporschwingen, Dinge als vorhanden nachweisen und über sie reflectiren, welche sich unseren Sinnen gar nicht darbieten, ja er kann selbst das Urtheil der Sinne widerlegen und corrigiren. So hat die wissenschaftliche Forschung uns bewiesen, daß diese Himmelslichter, welche allnächtlich in ebenmäßigen Bahnen denselben Weg am Himmel gehen und deshalb scheinbar alle gleich weit von uns entfernt zu sein scheinen, in der That sehr verschiedene und so enorm große Abstände besitzen, daß unsere Sinne weit entfernt sind, uns eine Vorstellung davon geben zu können. Und mehr noch als das: wir sind im Stande, für einige unter diesen Sternen die Entfernung von uns mit relativ großer Genauigkeit anzugeben, selbst die Masse von wenigen zu beziffern und ihre anziehende Kraft auf in ihrer Nähe befindliche Sternchen rechnend derart zu beherrschen, daß wir die von ihr bewirkten Bewegungen für viele Jahrzehnte genau voraussagen. Wir wissen z. B., daß der Sirius, jener helle Stern in der Nähe der prachtvollen Constellation des Orion, so weit von uns entfernt steht, daß sein Licht, obgleich es in einer Secunde mehr als vierzigtausend geographische Meilen zurücklegt, circa siebenzehn Jahre gebraucht, um den zwischen ihm und uns liegenden Raum zu durchfliegen; wir sehen deshalb den Sirius augenblicklich so, wie er im Jahre 1859 ausgesehen hat, weil der Lichtstrahl, welcher uns jetzt den Eindruck von ihm im Auge hervorbringt, diesen Stern schon in jenem Jahre verlassen hat. Wir wissen ferner, daß seine Masse die der Sonne vierzehn Mal übertrifft. Bedenken wir dabei, daß all diese Aufschlüsse aus Bewegungen eines absoluten Lichtpünktchens folgen, die nur dem schärfsten Instrumente bemerkbar sind, daß eben nur allein dieser flimmernde Lichtstrahl, der für uns die einzige Verbindung mit ihm ist, so ausführliche Kunde von fernsten Welten zu geben vermag, so müssen wir billig staunen, sei es über die bedeutenden Errungenschaften der Astronomie, sei es über die wunderbaren Einrichtungen des Weltalls, welche es uns zulassen, so scharfe Einblicke in seine größten Tiefen zu thun.

Das Licht aber weiß uns nicht allein davon Kunde zu geben, daß in jenen entlegensten Regionen dieselben Gesetze der Masse, welche ihre Bewegung bewirken, herrschen; es hat auch die Eigenschaft uns mitzutheilen, welche chemische Zusammensetzung die Masse besitzt, von deren Fernwirkung es uns erzählt hat. Jedes dieser kleinsten, für das bloße Auge fast verschwindenden Lichter sagt uns nicht nur, von welchen chemischen Stoffen es herrührt, sondern selbst, ob diese in glühend festem oder flüssigem, oder ob sie in gasförmigem Zustande sind, ja sogar ob die Lichtquelle von einer Dunstsphäre umgeben ist, die im vorzüglichsten Teleskope unsichtbar bleiben mag. Solch ein Wunder sehen Sie in jedem flimmernden Sternchen.

Aber diesen strahlenden Boten hat man erst in ganz jüngster Zeit verstehen lernen und ist seitdem unaufhörlich beschäftigt, seine Nachrichten zu entziffern. Ihr Studium nennt man die Spectral-Analyse des Himmels, welche in weniger denn fünfzehn Jahren weittragende Erfolge für die Kenntniß des Fixsterngewölbes errungen hat. Und ist es nicht in der That unbegreiflich, wie in einem einzigen, dem bloßen Auge selbst verschwindenden Lichtstrahle so viele sich nach jedem chemischen Stoffe modificirende Eigenschaften enthalten sind, daß man durch ihn allein über die physische Beschaffenheit von Körpern aufgeklärt wird, deren Entfernung von unserm Standorte wir nicht mehr zu messen im Stande sind? Es steht fest, daß es noch im Anfang unseres Jahrhunderts keinen Forscher gegeben hätte, der diesen Ausspruch nicht als das Märchen eines überschwänglichen Hypothesenschmiedes verlacht haben würde. Ich will Ihnen im Folgenden die wichtigsten Eigenschaften des Spectroskops, durch welches man jene Lichtkunden entziffert, erklären, um Ihnen dann von den überraschenden Aufschlüssen zu erzählen, die es uns über die Beschaffenheit unseres Sonnensystems bereits geben konnte. Für ein nachfolgendes Capitel behalte ich mir vor, Ihnen die Resultate faßlich vorzulegen, welche die Analyse der Fixsterne, dieser fern her strahlenden Schwestern unserer Weltmutter, darbot.

Der alles erquickende weiße Lichtstrahl, welcher uns von der Sonne zugesendet wird und dessen Wirkung uns die Erde so schön erscheinen läßt, ist keineswegs so einfach, wie er uns vorkommt. Es müssen in ihm offenbar alle Farben vorhanden sein welche wir überhaupt wahrnehmen, denn diese grünen Bäume, die braunrothen Klippen, all diese vielfarbigen Edelsteine sind doch nicht selbstleuchtend und tragen ihre Farben ohne Zweifel nicht in sich selbst, weil sie ja dieselben sonst auch im Dunkeln beibehalten müßten. Erst dadurch, daß weißes Licht auf sie fällt, nehmen sie ihre eigenthümliche Farbe an. Daß dieses wirklich so ist, daß nämlich jeder weiße Strahl alle möglichen Farben in sich vereinigt, wies schon Newton durch ein sehr einfaches Experiment nach, das vor ihm schon alle Kinder im Spiel ausgeführt hatten, welche durch einen dreikantig zugeschliffenen Glasstreifen alles mit den schönsten farbigen Rändern umgeben sahen. Der englische Mathematiker ließ einen Sonnenstrahl durch ein solches Prisma fallen und nahm wahr, daß das Licht, welches weiß in das Glas eingedrungen war, sich hinter demselben ausbreitete und in alle denkbaren Farben auflöste. Er erkannte daraus also, daß ein einziger weißer Strahl aus unzähligen farbigen zusammengesetzt ist, die aber, zugleich auf unser Auge eindringend, ihre Farbenwirkung gegenseitig paralysiren. Ein Prisma nun besitzt wie jeder durchsichtige Körper die Eigenschaft, die Lichtstrahlen von ihrem geraden Wege abzulenken, das heißt sie zu brechen. Die Brechbarkeit jeder einzelnen Farbe des weißen Lichtstrahls ist aber verschieden von jeder andern, so daß jede derselben das Prisma unter einem anderen Winkel verläßt. Sie sehen, daß es uns alle Farben des weißen Lichts einzeln vor Augen stellt, indem es eine Scheibe aus weißem Lichte zu einem allfarbigen Streifen fächerartig ausbreitet. Diese Erscheinung nennt man ein Spectrum, in welchem die sieben bekannten Regenbogenfarben Roth, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett besonders auffällig hervortreten, wenngleich alle durch die feinen Abstufungen in einander übergehen und sich nirgends eine scharfe Abgrenzung einer gegen die andere Farbe zeigt.

Diese Entdeckung blieb lange Zeit nur von Interesse für die Optik, und man wußte daraus vor der Hand weiter keine Folgerungen zu ziehen. Erst im Jahre 1802 machte man einen kleinen Schritt vorwärts, indem der Engländer Wollaston wahrnahm, daß das Spectrum einer Linie Sonnenlichtes, welche, durch einen feinen Spalt fallend, von einem Prisma zu einem allfarbigen Bande ausgebreitet wurde, von einer großen Menge dunkler Linien durchzogen sei, also in der Farbenfolge doch einige feine Nüancen fehlten. Daraus folgte, daß uns die Sonne doch nicht alle im absoluten Sinne denkbaren Farben zusende.

Allein diese Entdeckung wurde so wenig beachtet, daß sie bald wieder ganz vergessen war. Zwölf Jahre später wurden diese Linien von dem berühmten Münchener Glasschleifer Fraunhofer, welcher von Wollaston’s Wahrnehmung keine Kenntniß hatte, auf’s Neue entdeckt, als er damit beschäftigt war, die optischen Eigenschaften einiger von ihm bereiteter Glasarten zu prüfen. Nach ihm wurden dann in späterer Zeit diese merkwürdigen Linien die Fraunhofer’schen genannt, obgleich auch dieser Forscher damals keine Ahnung davon hatte, welche weittragende Bedeutung dieselben einst erhalten sollten. Er richtete sein von ihm selbst construirtes Spectroskop zuerst auch auf andere Lichtquellen als die Sonne, auf die Fixsterne, und erkannte dabei, daß sie ähnliche Linien, aber doch nicht überall dieselben im prismatisch zerlegten Lichte zeigten, daß ihnen also öfters andere Farbennüancen fehlten, als dem Spectrum der Sonne, in welchem er allein an sechshundert Linien gezählt hatte. Für die Optik war diese Thatsache ohne Zweifel interessant, ihre Wichtigkeit schien jedoch nicht aus deren Bereiche hervorzutreten, weshalb man sich wiederum eine lange Zeit nicht weiter mit ihr beschäftigte.

Es war erst um die sechsziger Jahre herum, daß diese eigenthümlichen Linien durch die berühmten Arbeiten der Heidelberger Kirchhoff und Bunsen aus unverdienter Vergessenheit hervorgerufen wurden, um nun eine der wichtigsten Rollen auf zwei großen Gebieten der Naturwissenschaft zu spielen, in der Chemie und der Astronomie. Es wurde jetzt erkannt, daß jeder chemische Stoff, in gewisse Verhältnisse gebracht, sein ihm eigenthümliches Verhalten bei spectroskopischer Untersuchung zeigt, das heißt, daß jedes chemische Element seine charakteristischen Fraunhofer’schen Linien besitzt, an welchen man es untrüglich erkennen kann. Als dieser Satz einmal fest stand, war es unmittelbar klar, daß dem Spectroskope eine große Zukunft bevorstand, und eine Anzahl bedeutender Forscher beschäftigte sich nun damit, die Eigenschaften der auf unserer Erde bekannten Stoffe bezüglich ihres Spectrums genauer kennen zu lernen. Dabei ergab sich zunächst Folgendes:

Wenn irgend ein flüssiger oder fester Stoff weißglüht und sein Licht durch den leeren Raum zu uns in das Spectroskop sendet, ohne irgend vorher eine Gasart durchleuchtet zu haben, so zeigt sich in dem Instrumente ein regenbogenfarbiges Band, welches von keinerlei Linien durchschnitten wird. Man nennt das so beschaffene Spectrum ein continuirliches. In diesem Zustande sind sich also alle chemischen Stoffe gleich, und das Prisma giebt uns über ihre Zusammensetzung keinen Aufschluß. Wenn man dagegen den Strahl einer solchen Quelle ganz weißen Lichtes durch eine Gasart gehen läßt, welche selbst nicht leuchtet und kälter ist, als der glühende Körper, so entstehen im Spectrum des letzteren plötzlich Fraunhofer’sche Linien, und zwar für jede Gasart andere Gruppen davon. Das geht ganz natürlich zu und erklärt sich einfach daraus, daß diese Gasarten nicht für alle Farben durchsichtig sind, ganz so, wie z. B. eine rothe Glasscheibe nur die in dem weißen Lichte, das auf sie fällt, enthaltenen rothen Strahlen durchläßt, während sie alle übrigen vernichtet. Die rothe Scheibe läßt nun zwar nur eine von den unendlich vielen im weißen Lichte vorhandenen Nüancen passiren, während die Gase beinahe für alle durchsichtig sind und nur wenige Nüancen nicht durchlassen. Diese müssen dann in dem Farbenbande natürlich fehlen; es entsteht darin eine Lücke, die sich als breitere oder schmalere Linie darstellt, je nachdem die betreffende Gasart für eine oder mehrere nebeneinander liegende Farbennüancen undurchsichtig ist. Man sagt dann von ihr: sie absorbirt diese Farben, und nennt das so von schwarzen Linien durchzogene Farbenband ein Absorptionsspectrum. Dieses wird also nur erzeugt, wenn ein strahlender Körper in festem oder flüssigem Zustande sein Licht durch ein kälteres Gas zu uns sendet.

Da nun das Spectrum der Sonne, wie schon beschrieben, derartig beschaffen ist und von mehr als zweitausend Absorptionslinien durchzogen wird, so hat dadurch das Spectroskop zunächst bewiesen, daß die Sonne ein fester oder flüssiger Körper ist, dessen Licht auf seinem Wege zu uns eine Menge von Gasen passirt. Einige dieser Gase gehören unserer Atmosphäre an, durch welche die Sonnenstrahlen zu uns gelangen. Diese erdatmosphärischen Linien hat man bald erkannt. Die übrigen dagegen können nur einem Dunstkreise angehören, welcher die Sonne umgiebt und nicht selbst leuchtend ist. Somit lieferte das Spectroskop den eminenten Beweis für Behauptungen, welche die Astronomen schon früher aus anderen Erscheinungen folgern mußten; es wies das Vorhandensein einer Sonnenatmosphäre nach, die zum großen Theile aus metallischen Dämpfen zusammengesetzt ist. Durch genaue Messung jener Liniengruppen konnte man ferner viele derselben als identisch mit denen erklären, welche von bekannten Gasen hervorgebracht werden, sodaß man in der Sonnenatmosphäre mit Bestimmtheit das Vorkommen von Eisen, Zink, Kupfer, Nickel, Kobald, Natrum, Calcium, Chrom, Wasserstoff und noch mehrerer anderer irdischer Stoffe nachweisen konnte. Allerdings bleibt noch eine große Anzahl von Linien übrig, für die man noch keine Stoffe aufgefunden hat. Es ist deshalb wohl möglich, daß die Gasumhüllung unseres Centralkörpers chemische Elemente enthält, welche wir nicht kennen, wie es umgekehrt hier solche giebt, die dort sicher nicht vorkommen. Dieses gilt z. B. von Silber, Quecksilber, Zinn, Blei und Arsen. Das Vorhandensein von Golddämpfen aber ist noch zweifelhaft. Damit ist indeß keineswegs behauptet, daß diese letzteren Stoffe auf der Sonne überhaupt nicht vorkämen. Sie könnten sehr wohl im leuchtenden Kerne eingebettet liegen, der uns Strahlen zusendet, welche im Spectroskop keine Linien hervorbringen. Aber allein schon die Thatsache, daß überhaupt der Mutterkörper unseres Weltsystems zum großen Theile aus Stoffen aufgebaut ist, die uns wohlbekannt sind und auch unsere Erde formen, ist gewiß von dem größten Interesse. Ist doch damit ein neuer Beweis für die nun allgemein anerkannte Weltbildungstheorie von Kant und Laplace gegeben, wonach sich bekanntlich alle Planeten einstmals als Ringe vom Aequator der Sonne losgelöst haben, also als Stücke derselben keine vorwiegend verschiedene chemische Zusammensetzung aufweisen können.

Nachdem man einmal die wunderbaren Eigenschaften des Spectroskops kannte, war es natürlich, daß man durch seine Vermittelung auch andere astronomische Objecte um ihre chemische Constitution befragte. Indem man sich in diesem Sinne an die Planeten wandte und ihr Licht prismatisch analysirte, durfte man im Voraus erwarten, daß ihr Spectrum von dem der Sonne kaum merklich verschieden sein werde, weil ihr Licht nur ein von der Sonne geborgtes ist. Dies bestätigte sich in der That. Da sie aber kein ganz genau mit der letzteren identisches Spectrum zeigten, so folgte daraus mit Nothwendigkeit, daß die Sonnenstrahlen auf ihrem Umwege über die Planeten zu uns auf neue Gase stoßen, welche nur in den Atmosphären der betreffenden Planeten selbst gesucht werden können, da der Weltraum nur Welt-Aether enthält, der das Spectrum nicht modificirt. Das specielle Studium der Planeten-Spectra, mit welchen sich in jüngster Zeit namentlich Dr. Vogel auf der vortrefflich ausgestatteten Sternwarte zu Bothkamp verdiente Ehre erworben, ergab, daß besonders die Dunsthüllen der inneren Planeten Mercur, Venus und Mars der Erd-Atmosphäre sehr ähnlich sein müssen. Vorzüglich in denen von Venus und Mars ist Wasserdampf als vorhanden anzunehmen, eine sehr wichtige Wahrnehmung, weil sie den Schluß berechtigt, daß dieser sich aus auf der Oberfläche dieser Planeten befindlichen Wasserbecken, das heißt Meeren, entwickelt haben muß. Daß auf der Oberfläche des Mars Wasser existirt, welches sich zur Zeit des Winters einer seiner Halbkugeln in Eis verwandelt, hatte man schon allein mit Hülfe des Teleskops augenscheinlich bemerkt, indem man in der Gegend seiner Pole heller leuchtende Flecken sah, die sich je nach dem Stande der Sonne für die betreffenden Zonen des Mars vergrößerten oder verkleinerten. Das Spectroskop hat also auch diese teleskopische Wahrnehmung bestätigen können.

Die äußeren Planeten, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, welche überhaupt eine charakteristisch von den inneren Wandelsternen verschiedene Gruppe bilden, weichen auch bei spectroskopischer Untersuchung von diesen ab. Sicher sind allerdings auch sie von Atmosphären umgeben, in welchen Wasserdampf schwebt, wovon man zwar den zu weit entfernten Neptun deshalb ausnehmen muß, weil sein schwaches Licht im Spectrum keine Linien mehr hervortreten läßt, aus deren Position man nähere Schlüsse hätte ziehen können. Charakteristisch für das Spectrum der drei übrigen Planeten ist ein breites, dunkles Band, welches die rothe Farbe durchschneidet und nicht im Spectrum der Sonne oder unserer Atmosphäre erscheint. Dieses deutet darauf hin, daß die Dunsthüllen dieser Planeten entweder chemisch von der unsrigen verschieden sind, oder daß diese Abweichung durch einen bedeutend größeren Druck, der auf diesen Gasschichten lasten muß, hervorgebracht wird.

Genug, daß wir durch das Prisma von einer allgemein befolgten Norm überzeugt wurden, nach welcher die alles Leben erhaltenden Dunsthüllen der größeren wie kleineren Collegen unserer Erde eingerichtet sind. Hierauf gestützt, erscheint die Behauptung kaum mehr als eine kühne, welche ausspricht, daß auch jene Weltkörper von ähnlich organisirten Wesen bewohnt sein müssen oder doch einstmals bewohnt waren, wie die der Erde. –

Das Gesagte, wenngleich es nur ein sehr lückenhaftes Resumé der Resultate der spectroskopischen Untersuchungen unseres Sonnensystems ist, mag dennoch genügen, um Ihnen die große Wichtigkeit dieses Instrumentes vor Augen zu stellen und Sie mit den Gelehrten dieses neuen Feldes der großen Naturwissenschaft die Ueberzeugung gewinnen zu lassen, daß von ihm noch viele der bedeutungsvollsten Räthsel am Himmel werden gelöst werden. Bewunderungswürdigere Erfolge noch, als die oben kurz geschilderten, hat die Analyse der Fixsterne errungen, von welchen ich Ihnen, wie schon oben bemerkt, erst in einem folgenden Aufsatze Einiges erläutern kann.