Abb.: Hans-Erich Fröhlich
zunächst sei dreier Wissenschaftler gedacht, die im Mai des Jahres 1872 das Licht der Welt erblickten.
Der Niederländer Willem de Sitter macht den Anfang. Geboren am 6. Mai, schuf er 1917 das erste kosmologische Modell auf der Grundlage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Der Direktor der Leidener Sternwarte verstarb 1934.
Der De-Sitter-Kosmos ist ein Vakuumkosmos, also materiefrei, dafür mit kosmologischer Konstante. Einstein hatte letztere einst eingeführt, um einen statischen Kosmos zu erzwingen. (Dass das Universum expandiert und keiner solchen Konstante bedurfte, war erst 1929 etabliertes Wissen.) Die Einstein'sche Konstante bewirkt eine universelle Abstoßung. Der De-Sitter-Kosmos expandiert exponentiell, und die Hubble-Konstante ist wirklich konstant, nicht der Kehrwert des Weltalters. Experten gehen davon aus, dass das Universum als De-Sitter-Kosmos begann – gemeint ist die Inflationsphase – und dermaleinst auch so enden wird. Hinweise auf eine sich beschleunigende Expansion gibt es. Treiber sei die „dunkle Energie“, das physikalische Pendant zu Einsteins ominösem Λ-Term, der einfach nicht „sterben“ will, obgleich von seinem „Erfinder“ längst als „größter Schnitzer meines Lebens“ totgesagt.
Zwölf Tage nach de Sitter kam in Wales Bertrand Arthur William Russell zur Welt. Der begnadete Logiker, unterhalsame Philosoph und praktizierende Pazifist von Adel war wie jener ein Kenner von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Er trug nicht unmaßgeblich zu deren Popularisierung im angelsächsichen Sprachraum bei und brachte die Essenz des Bewegungsgesetzes auf eine bildhafte Formel: Danach bewegt sich ein sich selbst überlassener Planet so durch die von der Sonne deformierte Raum-Zeit, dass für das Durch„fallen“ der Weltlinie zwischen zwei beliebigen Ereignissen A und B maximal viel (Eigen-)Zeit verstreicht. Jeder Raumfahrer, der ab (A) – unter Benutzung technischer Hilfsmittel – eine alternative Route wählt, schafft das in kürzerer Zeit als sein Heimatplanet, weshalb jener bei der Rückkehr (B) jünger als sein zurückgebliebener Zwillingsbruder ist. Das gilt selbstverständlich auch für die Besatzung der ISS. Russell spricht vom „Prinzip der kosmischen Faulheit“. Der Literat Russell erhielt 1950 den Literaturnobelpreis. Der Friedensforscher Russell rief 1957 angesichts der atomaren Bedrohung des Weltfriedens auf Anregung Einsteins die Pugwash-Konferenzen ins Leben. Der Lord Russell starb 1970.
Dritter im Bunde der 150-jährigen ist Charles Greeley Abbot. Der US-Amerikaner aus New Hampshire wurde am 31. Mai 1872 geboren und starb 1973 im 102-ten Lebensjahr. Bekannt wurde Abbot, der an der Smithsonian Institution in Washington arbeitete – deren Direktor er 1907 wurde –, durch die präzise Messung der Solarkonstanten mit seinem Wasserstrom-Pyrheliometer, noch vor dem 1. Weltkrieg. Dabei wird die auf eine schwarze Fläche auffallende Sonnenstrahlung nahezu vollständig in Wärme umgewandelt. Gemessen wird die Erwärmung des Wassers. Dann wiederholt man das Experiment, diesmal ohne Sonne, dafür mit einer elektrischen Heizspirale. Die elektrische Leistung, die zur gleichen Erwärmung führt, ist das Äquivalent der Solarkonstanten. Das Gerät ist genial konstruiert. Da idealerweise das gesamte Spektrum der Sonnenstrahlung erfasst wird, spricht man von einem Kalorimeter. Als Aufstellungsort bieten sich die Gipfel hoher Berge an. Man will ja die Sonnenstrahlung messen und nicht den blauen Himmel. Eine von Abbots Messstationen stand auf dem Mt. Whitney in 4420 m ü. N.N. Der Langzeitmittelwert der Solarkonstanten (oberhalb der Erdatmosphäre) wird von der NASA (2015) mit 1368 W/m² angegeben, was ziemlich genau dem Abbot'schen Wert entspricht. Wichtiger für den Meteorologen und Klimaforscher ist ein Viertel davon, jene 342 W/m², die einem Quadratmeter Erdoberfläche, egal wo und wann, im Mittel an Sonnenenergie zur Verfügung stehen. (Die Oberfläche einer Kugel, 4π r², übertrifft ihren Querschnitt, π r², um das Vierfache.)
Um zu der bei weitem wichtigsten Größe für Ökologie und Ökonomie zu gelangen, sind die 342 W/m² durch die Außentemperatur der Erde zu dividieren, 255 K. Der Entropieexport durch Infrarotstrahlung beläuft sich auf 1,3 W/(m²·K). Das ist die „Unordnung“, welche die Erde im Mittel pro Quadratmeter und Sekunde in den Weltenraum exportiert. Im Gegenzug wird Ordnung möglich. Zu deren Herstellung (Aufbau von Proteinen, Kohlenhydraten, tierischen und pflanzlichen Fetten, Produktion von Konsumgütern, Trennen von Alt- und Wertstoffen, etc.) stehen mithin bis zu 1,3 W/(m²·K) zur Verfügung. Allein für die Wasseraufbereitung in Kläranlagen wird eine Fläche von 100 km² benötigt, wenn man von 1–2 W/K pro Bundesbürger ausgeht. Dass Biosphäre und Weltwirtschaft auf dem Export von Unordnung basieren, also Entropie-Export, und nicht auf dem Einfangen von Sonnenenergie per se , ersieht man schon daran, dass ja die 342 W/m² von der Sonne auf Heller und Pfenning in Form von Infrarotstrahlung von der Erde wieder abgegeben werden. Sonnenenergie ist ordentliche Energie und deshalb wertvoll – ein gerichteter Photonenstrom, ausgehend von einer kleinen Stelle am Firmament. Entgegen einer verbreiteten Meinung enthalten Sonnenstrahlen deshalb keine Wärme. Diese entsteht erst, schlagen die Photonen auf.
Dass die Solarkonstante nicht wirklich konstant ist, ist angesichts des 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus zu erwarten. Die Schwankung liegt insgesamt im Promille-Bereich. Allerdings gilt: Je kürzerwellig der betrachtete Spektralbereich, desto stärker die Fluktuationen. Im UV und erst recht im Röntgenbereich ist die Sonne überaus veränderlich. Unerwartet war, dass die Gesamtstrahlung, die bolometrische Leuchtkraft, mit dem Befleckungsgrad leicht zunimmt . Was die dunklen Flecken an Ausstrahlung zurück halten, wird von anderer Stelle, z. B. von Fackelgebieten, mehr als ausgeglichen.
Am 25. Mai ist wieder „Handtuch-Tag“. Seine Fans erinnern dann an Douglas Noël Adams. Adams, Autor von „Per Anhalter durch die Galaxis“, wäre im März 70 geworden. Der Science-Fiction-Satiriker verstarb, erst 49-jährig, im Mai 2001.
Auch wenn sich der mittlere Abstand der Erde von der Sonne und damit die Jahreslänge in absehbarer Zeit nicht ändert, so schwanken doch Form und Lage der Erdbahn sowie die Ausrichtung der Rotationsachse mehr oder weniger periodisch in geologischen Zeiträumen. Das wechselnde Angebot an Sonnenlicht wird sogar als Auslöser für das Entstehen von Kaltzeiten – im Volksmund Eiszeiten genannt – verantwortlich gemacht. Das Menschengeschlecht ist inzwischen auch schon „geologisch“. Es musste sich bisher mit diversen Klimaveränderungen, z. B. Trockenzeiten, herumschlagen. Wer Völkerwanderungen verstehen will, wird um die Ergebnisse der Himmelsmechanik nicht herum kommen. Eine erbauliche Lektüre wünscht
Hans-Erich Fröhlich