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Nicolas Claude Fabri de
Peiresc (1580-1637)



Galileo Galilei
(1564-1642)



Jean Picard
(1620-1682)



Christian Huygens
(1629-1695)



Charles Messier
(1730-1817)



Wilhelm Herschel
(1738-1822)




Johann Elert Bode
(1747-1826)



Friedrich Georg Wilhelm
Struve (1793-1864)



Edward Emerson
Barnard (1857-1923)







Theta Orionis, das Trapez im Orionnebel

J.S.Schlimmer (2/2005)

Prolog

Der große Orionnebel ist unbestritten das schönste und am meisten beobachtete Objekt am nördlichen Sternenhimmel : "Seine Ausdehnung beträgt mehr als ein Grad; der östliche Arm geht zwischen zwey sehr kleinen Sternen hindurch, und läuft fort, bis er einen sehr glänzenden Stern begegnet. Dicht an den vier kleinen Sternen, die keine Verbindung mit dem Nebelfleck haben können, ist eine gänzliche Finsterniß, und innerhalb der Öffnung nach Nordost hin, ist ein ausgezeichneter schwacher Nebelfleck von länglicher Gestalt in einigem Abstande vom Rande des größeren, neben welchem er in paralleler Richtung fortläuft, den Untiefen gleich, die man nahe an den Küsten einiger Inseln sieht."
So beschrieb Friedrich Wilhelm Herschel seine Beobachtungen über den Orionnebel 1785 in seiner Publikation "Beobachtungen über den Bau des Himmels"[1]. Was F.W. Herschel nicht wusste, ist die Tatsache, dass es sich bei den "vier kleinen Sternen" lediglich um den sichtbaren Teil des riesigen Sternhaufens inmitten des Orionnebels handelt, die mit ihrer UV Strahlung diese Wasserstoffregion zum Leuchten anregen (siehe Abbildung 1). 


Abbildung 1: Der Orionnebel im November 2001, R200SS, Brennweite 800 mm, 9 min belichtet auf Kodak E200 (Entwicklung um eine Blende gepushed) , J.S. Schlimmer

Die Entdeckungsgeschichte

Über die Entdeckung des Orionnebels findet man immer wieder die unterschiedlichsten Namen. Da der Orionnebel unter guten Bedingungen bereits mit dem bloßem Auge zu sehen ist, dürfte er schon lange vor der Erfindung des Fernrohrs bekannt gewesen sein. Theta Orionis lässt sich allerdings mit dem bloßem Auge noch nicht trennen. Daher verwundert es auch nicht, dass Johannes Bayer in seinem Sternatlas Uranometria (1602) Theta Orionis als einzelnen Stern darstellte.

Als erster richtete 1610 der französische Astronom Nicolas Claude Fabri de Peiresc sein Fernrohr auf den Nebel [2]. Galileo Galilei, der ebenfalls um diese Zeit sein Fernrohr auf die Gürtelsterne und das Schwert Gehänge richtete, rühmt sich zwar 80 neue Sterne in dieser Region erkannt zu haben, erwähnt aber den Orionnebel mit keinem Wort [3]. Einige Jahre später, am 4. Februar 1617 beobachtete er wiederum diese Region. Seine Beobachtungen schrieb er ausführlich in seinem Notizbuch nieder. Von dem Trapez sah er die drei helleren Komponenten A, C und D. Er vermerkte, dass die Komponenten A und D etwa gleich hell sind und zu der Komponente C den gleichen Abstand haben. Ferner liegen die Komponenten A und D so dicht an C, dass sie diese praktisch berühren [4, 13]. Damit war Theta 1 Orionis der erste Stern, der mit einem Teleskop in mehrere Komponenten aufgelöst wurde. Allgemein wird die erste Entdeckung eines Doppelsterns (Mizar im Sternbild Großem Bär) dem italienischem Astronomen Giovanni Battista Riccioli 1650 zugeschrieben.

Giovanni Batista Hodierna fertigte 1654 eine erste, noch sehr grobe Skizze des Nebels an [5]. Die Skizze ist auf den ersten Blick etwas unverständlich. Dreht man sie um 90° im Uhrzeigersinn und spiegelt sie horizontal, dann entspricht sie der normalen Ansicht des Himmels. Die Skizze zeigt das gesamte Schwert Gehänge des Orion. Der eigentliche Orionnebel ist nur als Oval angedeutet. Theta 1 Orionis ist nicht getrennt, während von Theta 2 Orionis die Komponenten A und B dargestellt sind.

Zwei Jahre später, im Jahre 1656 beobachtete der niederländische Astronom Christiaan Huygens den Orionnebel. Aufgrund seiner sehr viel genaueren Zeichnung [6] galt Christiaan Huygens bis ins 19. Jahrhundert als der Entdecker des Orionnebels. Allerdings sah er - wie bereits Galileo Galilei zuvor - von den eigentlichen Trapezsternen zunächst nur drei. 1673 entdeckte Abbe Jean Picard einen vierten Stern im Inneren. Auch Christiaan Huygens bemerkte diesen Stern im Jahre 1684 und nannte später diese Vierergruppe "Trapezium" [7, 8].

Charles Messier beobachtete am 4. März 1769 den Orionnebel mit einem Gregory Teleskop mit 30 Zoll Brennweite bei 104-facher Vergrößerung : „Dieser Nebel enthält elf Sterne; davon in Richtung der Mitte hat einer vier mit unterschiedlichen Größen und sehr nahe einer dem anderen; sie leuchten außergewöhnlich.“ Einige Jahre später im März 1773 fertigte er nach mehreren Beobachtungen „mit größter Sorgfalt“ eine genaue Zeichnung des Orionnebels und des darin befindlichen Trapezes an. Diese Zeichnung ergänzte er mit einer ausführlichen Beschreibung [15]. Durch die detaillierten Notizen und Zeichnungen haben wir heute einen Eindruck von dem, was zur damaligen Zeit ein gutes Fernrohr zu leisten vermochte.


Abbildung 2 : Zeichnung von Charles Messier von 1771, entnommen aus  [15], großes Bild (100 kB)
Eine sehr gute Beschreibung über das Innere des Orionnebels findet man im Katalog von Johann Elert Bode von 1777. Zunächst beschreibt er, dass es sich bei dem Stern im Nebel laut Flamsteed um einen (scheinbaren) Doppelstern mit dem Namen Theta 1 Orionis und Theta 2 Orionis handelt : "(...) Theta 1 erscheint um das Vierfache in den guten Teleskopen, da es 3 kleine Sterne nah an ihm zum Osten hat; Theta 2 ist östlich des vorhergehenden und hat zwei kleine Sterne östlich nahe bei diesem. Diese zeigten an, daß sieben Sterne alle in einem klaren Nebelfleck oder leuchtendes Glühen mit einbezogen sind (...)" [10].



Abbildung 3 : Zeichnung von Johann Elert Bode 1782, entnommen aus [16]

Der Mannheimer Astronom Christian Mayer beobachtete die Region um Theta Orionis erstmals am 10. Januar 1779. Bei seiner ersten Beobachtung sah er vom Trapez lediglich die drei helleren Komponenten, die er in seinem Beobachtungsbuch als "Triplex Orionis" bezeichnete. Bei einer weiteren Beobachtung am 18. Januar 1779 bemerkte er eine vierte Komponente, die er in einer Skizze mit "e" kennzeichnete. Wiederum wählte er als Bezeichnung für Theta 1 Orionis "Triplex". Diese Bezeichnung behielt er auch bei seinen weiteren Beobachtungen bei. Bei allen Skizzen, die Mayer anfertigte verwendete er eine unterschiedliche Nomenklatur für die Komponenten. Von den Beobachtungen von Huygens (1684) und Messier (1771) schien er keine Kenntnis zu haben. In wie weit seine Unkenntnis mit dem Brand seiner Bibliothek zusammenhängt, bei dem seine Bücher verbrannt sind, kann nur vermutet werden.

Neben den vier Trapezsternen gibt es noch vier weitere Sterne in der näheren Umgebung. Die Komponente E wurde 1826 erstmals von Friedrich Wilhelm Struve in Dorpat mit einem 9,5-Zoll-Fraunhofer Refraktor entdeckt [7, 8] (vergleiche Abbildung 4). Die ältesten astrometrischen Werte stammen hingegen erst von 1832 [11]. Die Komponente F entdeckte John Herschel 1830, die älteste Distanzbestimmung stammt aus dem Jahre 1842. Die Komponenten G und H sind hier nur zur Vervollständigung erwähnt, sie sind mit einem 8-Zoll-Teleskop aufgrund ihrer Größe von jeweils 16,7 mag nicht mehr visuell beobachtbar. Entdeckt wurden sie von Alvan Clark (G) und Edward Emerson Barnard (H) im Jahre 1888 mit dem 36-Zoll Refraktor des Lick Observatoriums.


Abbildung 4 : Von dem großen Fraunhofer Refraktor wurden insgesamt zwei Exemplare gefertigt. Der erste Refraktor wurde 1824 in Dorpat (heute Tartu, Estland) von Friedrich Wilhelm Struve in Betrieb genommen und zur Doppelsternbeobachtung eingesetzt. Nach Fraunhofers Tod 1826 wurde ein zweites, baugleiches Exemplar in seiner Werkstatt gefertigt und an die Königliche Sternwarte in Berlin geliefert. Mit diesem Teleskop entdeckte Johann Gottfried Galle 1846 den Planeten Neptun. Zur dieser Zeit gehörten diese beiden Teleskope zu den weltweit besten. Das Berliner Exemplar ist heute im Deutschen Museum in München zu besichtigen [12]. Foto : J.S. Schlimmer 1995, großes Bild (80 kByte)

Anhand dieser Darstellung sieht man sehr schön, dass die Entdeckung des Trapezes direkt an die technische Entwicklung der Teleskope geknüpft war. Um sich einen genauen Eindruck über das Leistungsvermögen von Galileos Fernrohren zu machen, haben Jim Mosher und Tom Pope ein Galiläisches Fernrohr nachgebaut. Ihre Beobachtungen haben sie mit einer CCD Kamera mittels Okularprojektion aufgenommen und mit den Beschreibungen und Zeichnungen Galileos direkt verglichen. Die Ergebnisse haben Sie auf ihrer Seite CCD Images from a Galilean Telescope veröffentlicht [13].

Eigene Beobachtungen

Mit den heutigen Amateurteleskopen ist die Beobachtung der vier Trapezsterne von Theta 1 Orionis kein Problem. Daran zeigt sich bereits die hohe Qualität heutiger Fernrohre im Vergleich zu den besten Teleskopen der damaligen Zeit ! Bereits mit einem kleinen 3-Zoll-Spektiv wird Theta 1 Orionis bei 30-facher Vergrößerung als Trapez sichtbar. Bei 50-facher Vergrößerung stimmt der Anblick des Nebels mit der Zeichnung von Messier gut überein. Die Komponenten E und F bleiben dem Beobachter jedoch verborgen. 

Beobachtet man hingegen die Trapezregion bei gleicher Vergrößerung mit meinem 8-Zoll-Teleskop, so tritt aufgrund der sehr viel größeren Lichtmenge die Schockfront (der hellste Teil im Nebel) deutlich hervor. Die Gestalt des Nebels verändert sich gegenüber der Beobachtung mit einem kleineren Teleskop (bei gleicher Vergrößerung !). Lässt sich das eigentliche Trapez mit einem 8-Zoll-Newton immer leicht auflösen, so ist die Beobachtung der Komponenten E und F sehr viel schwieriger. An manchen Tagen lässt sich E trotz guter Durchsicht gar nicht auflösen, während sie an anderen Tagen problemlos zu sehen ist. Für die erfolgreiche Beobachtung der Komponente E mit einem 8-Zoll-Teleskop reicht bei gutem Seeing bereits eine 120-fache Vergrößerung aus. In Verbindung mit einer Webcam kann die Komponente E leicht aufgezeichnet werden (Abbildung 5).


Abbildung 5 : Theta 1 Orionis (Trapez) und Theta 2 Orionis, aufgenommen im Februar 2005 mit einer Webcam bei 1500 mm Brennweite, Mittelung über 117 Einzelbilder, die Helligkeit im Inneren des Nebels ist so groß, dass sich der Nebel bereits vom Hintergrundrauschen abhebt.


Erläuterungen :

Theta 1 Orionis (Trapez) :

  AB : Helligkeit : 6,55 bzw. 7,49 mag; PW :  31°; Distanz : 8,8"
  AC : Helligkeit : 6,55 bzw. 5,06 mag; PW :134°; Distanz :12,8"
  AD : Helligkeit : 6,55 bzw. 6,38 mag; PW :  96°; Distanz :21,2"
  AE : Helligkeit : 6,55 bzw. 11,1 mag; PW :349°; Distanz :  4,9" (in Abbildung 4 : Distanz 4,3")
  CF : Helligkeit : 5,10 bzw. 11,5 mag; PW :123°; Distanz :  4,0"


Theta 2 Orionis :

  AB : Helligkeit : 5,03 bzw. 6,19 mag; PW : 93°; Distanz :  52,2"
  AC : Helligkeit : 5,02 bzw. 9,01 mag; PW : 98°; Distanz :129,4"






Die Beobachtung der Komponente F ist bereits sehr viel schwieriger, obwohl der Abstand zwischen CF immerhin noch 4,0" ist. Die Helligkeit der Komponente F ist mit 11,5 mag lediglich um 0,4 mag geringer als die von E. Doch folgende Überlegung macht den Unterschied zwischen AE und CF deutlich : Eine Helligkeitsdifferenz zweier Sterne von einer Magnitude bedeutet, dass sich ihre Intensitäten um den Faktor 2,51 (10 hoch 0,4) voneinander unterscheiden. Hiernach ergibt sich für AE ein Intensitätsverhältnis von 1 : 60, für CF hingegen von 1:360. Die Komponente F wird durch die viel hellere Komponente C leichter überstrahlt und ist daher schwerer zu beobachten.

Bei sehr gutem Seeing, welches sich häufig über schneebedeckten Flächen einstellt, konnte ich am 27.02.2005 erstmalig auch die Komponente F mit meinem R200SS beobachten. Bereits bei 94-facher Vergrößerung zeigten sich in meinem 16mm Nagler Typ 5 Okular alle 6 Komponenten auf den ersten Blick. Noch deutlicher konnte ich alle Komponenten bei 120-facher Vergrößerung mit dem 12,5 mm orthoskopischen Okular sehen.
Mit der Philips ToU Webcam lassen sich mit meinem 8-Zoll-Newton-Teleskop Sterne bis ungefähr 11,2 mag aufnehmen. Die Komponente F liegt mit 11,5 mag bereits außerhalb der Reichweite der Webcam.

Fertigt man eine Zeichnung des Orionnebels an, so lassen sich die Zeichnungen von Huygens und Messier besser beurteilen.
Die Sterne im Innern des Nebels lassen  sich leicht skizzieren, den Nebel richtig darzustellen, ist dagegen sehr schwer. Meine Zeichnung (Abbildung 6) entstand am 28.02.2005 bei 94-facher Vergrößerung. Die Lufttemperatur betrug ca. -9° bis -10° C.
   
 

Abbildung 6 : Zeichnung des Orionnebels bei 94-facher Vergrößerung, Februar 2005, R200SS mit Telekonverter, 16mm-Nagler Typ 5 Okular

Veränderliche im Trapez
 
Im Trapez findet man gleich zwei Veränderliche : Theta 1 Orionis A ist auch unter der Bezeichnung V1016 Orionis bekannt. Seine Helligkeit schwankt zwischen 6,75 und 7,8 mag, seine Periode beträgt 65,43 Tage. Der zweite Veränderliche im Trapez ist Theta 1 Orionis B, der auch die Bezeichnung BM Orionis trägt. Es handelt sich um einen Bedeckungsveränderlichen mit einer Periode von 6,47 Tagen. Die Amplitude beträgt 0,6 mag. Mehr Informationen über diese beiden Veränderlichen finden Sie unter [14]



Weitere Informationen

Das Grab von Galileo Galilei in der Basilika Santa Croce in Florenz
Charles Messier original Beobachtungsbericht über M42



Quellennachweis :

[1] Friedrich Wilhelm Herschel, Über den Bau des Himmels, Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften, Verlag Harri Deutsch Band 288
[2] Harenberg Schlüsseldaten Astronomie, Harenberg Verlag
[3] Galileo Galilei, Sidereus Nuncius, Nachricht von neuen Sternen, Insel-Verlag 1965
[4] Galileo Galilei, Analecta Astronomica, http://moro.imss.fi.it/lettura/LetturaWEB.DLL?AZIONE=IMG&TESTO=EcK&PARAM=3-880.jpg
[5] Giovanni Batista Hodierna, De Systemate Orbis Cometici, Deque Admirandis Coeli Characteribus, http://xoomer.virgilio.it/_XOOM/fdemaria2/pagg__18-19.html
[6] Christiaan Huygens, Systema Saturnium 1659, Smithsonian Institution Libraries, http://www.sil.si.edu/DigitalCollections/HST/Huygens/huygens-ill8.htm 
[7] Messier 42 Observations and Descriptions, http://www.obspm.fr/messier/Mdes/dm042.html
[8] M42 Diffuse Nebula NGC 1976, http://www.eso.org/outreach/eduoff/edu-prog/catchastar/CAS2003/casreports-2003/rep-067/
[9] Catalog of Nebulae and Star Clusters, http://www.seds.org/messier/xtra/history/m-cat.html
[10] Ueber einige neu entdeckte Nebelsterne und einem vollständigen Verzeichnisse der bisher bekannten, von Herrn Bode, http://bozo.lpl.arizona.edu/messier/xtra/similar/bode_o.html
[11] Brian D. Mason, Gary L. Wycoff, and William I. Hartkopf, The Washington Double Star Catalog, http://ad.usno.navy.mil/wds/
[12] Gerhard Hartl, Der Refraktor von Joseph von Fraunhofer, Die Entdeckung des Planeten Neptun,Deutsches Museum München,
http://www.deutsches-museum.de/ausstell/meister/fraun.htm
[13] Tom Pope, Jim Mosher, CCD Images from a Galilean Telescope, http://www.pacifier.com/~tpope/index.htm
[14] Bela Hassforther, Veränderliche im Orion-Nebel, http://www.bela1996.de/astronomy/orion-vars.html
[15] Histoire de l'Académie royale des sciences avec les mémoires de mathématique et de physique tirés des registres de cette Académie 1666-1699 (I-XI). 1699-1790, (im Nachtrag von 1774 zu 1771, Seite 461), Gallica, bibliothèque numérique de la Bibliothèque nationale de France, http://gallica.bnf.fr/
[16] Vorstellung der Gestirne 1782 auf XXXIV Tafeln, aus der Neuauflage von 2003 http://www.lsw.uni-heidelberg.de/bode/

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