Das Planetarium

Ein Planetarium ist ein Gerät zur Darstellung der Standorte und Bewegungen der Planeten und anderer Objekte im Universum. Ein modernes Planetarium ist ein komplexes optisches Instrument. Es projiziert Bilder der Planeten, des Mondes und der Sterne auf eine Kuppeldecke, wodurch eine genaue Darstellung des Nachthimmels entsteht. Der Raum oder das Gebäude, in dem ein solches Instrument untergebracht ist, wird auch als Planetarium bezeichnet.

Ein typisches Planetarium formt Bilder der Sterne, indem es das Licht einer oder mehrerer heller Lampen durch tausende winziger Löcher, die durch Metallplatten gebohrt sind, fokussiert. Die Platten sind um zwei kugelförmige Strukturen herum angeordnet, eine für die Sterne der nördlichen Hemisphäre und die andere für die Sterne der südlichen Hemisphäre. Die Bilder des Mondes und der Planeten werden von separaten Projektionsgeräten erzeugt, die auf einem Rahmen zwischen den beiden Sternenkugeln montiert sind. Mit Hilfe verschiedener Getriebe und Elektromotoren kann das Planetarium den Auf- und Untergang der Sterne und die Bewegung des Mondes und der Planeten entlang der Ekliptik zeigen. Das Planetarium kann auch das Aussehen des Himmels von jedem beliebigen Ort auf der Erde zu jeder beliebigen Zeit weit in die Vergangenheit oder Zukunft zeigen. Zusätzliche Projektionsgeräte werden benutzt, um solche Phänomene wie Finsternisse, Polarlichter oder Meteore darzustellen und um solche Hilfsmittel zur Unterweisung zu zeigen, wie das System der Himmelskoordinaten oder die Umrisse der Sternbilder.

Eine andere Art von Planetarium verwendet eine computergesteuerte Kathodenstrahlröhre, ähnlich der Bildröhre eines Fernsehers. Die Bilder der Sterne und Planeten werden auf dem Bildschirm der Röhre geformt und durch eine Fischaugenlinse auf eine gewölbte Decke projiziert.

Frühe Planetarien

Die frühen Planetarien waren entweder tragbare Bilder des Sternenhimmels, die auf die Innenseite einer Kugel oder Kuppel gemalt wurden, oder mechanische Modelle des Sonnensystems. Im Europa des späten 17. Jahrhunderts wurden kleine Modellplanetarien, die die Bewegung der Planeten um die Sonne imitierten, in Uhren eingebaut. Einige von ihnen zeigten sogar die Drehung der Monde um ihre Planeten.

In dieser Zeit wurde eines der ersten Planetarien, bekannt als Gottorfer Riesenglobus, mit einem tragbaren Gemälde des Sternenhimmels, im heutigen Deutschland hergestellt. Der Hauptteil des Planetariums war eine hohle Kupferkugel mit einem Durchmesser von 3,1 m (10,2 Fuß) mit einem Tisch und einer gebogenen Bank für 12 Personen im Inneren. Auf der inneren Oberfläche der Kugel befanden sich die Bilder der Sternbilder. Die Sterne waren vergoldete Kupfernagelköpfe, die durch das Licht einer zentralen Öllampe leuchteten. Auf dem Tisch lag eine Kupferkugel, die die Erde darstellte.

Im frühen 18. Jahrhundert wurde ein Modellplanetarium gebaut, das für den Earl of Orrery, einen irischen Adligen, der 1712 eine solche Kugel anfertigen ließ, orrerynamisiert wurde. Bis heute werden kleine Orrerien von Wissenschaftslehrern benutzt, weil sie den Schülern helfen, die Bewegungen der Planeten zu verstehen.

Nach der Erfindung von elektrischem Licht und Motoren im späten 19. Jahrhundert wurde es möglich, große Orrerien zu bauen. Die erste von ihnen wurde Anfang der 1920er Jahre im Deutschen Museum in München, Deutschland, installiert.

In der Mitte eines kreisförmigen Raumes befand sich eine große beleuchtete Kugel, die die Sonne darstellte. Kleinere beleuchtete Kugeln stellten die Planeten dar, und die kleineren Kugeln wurden mit Stäben von der Decke abgehängt. Die Stäbe waren an motorgetriebenen Autos befestigt, die auf "orbitalen" Bahnen rund um den Globus fuhren. Unter dem Globus, der die Erde repräsentierte, befand sich eine kleine, motorgetriebene Plattform, auf der ein Individuum fahren konnte. Während das Orbital lief, konnte ein Reiter eine Simulation des Umlaufs der Planeten um die Sonne aus der Perspektive der Erde sehen. Ähnliche Arten von Orrerien wurden später im Hayden Planetarium in New York City und an der Universität von North Carolina in Chapel Hill gebaut.

Mechanische Projektoren im Planetarium

Das erste moderne Planetarium wurde um 1924 in den optischen Zeiss-Werken in Jena, Deutschland, gebaut. Dieses als Mark I bekannte Gerät, das im Deutschen Museum in München von der deutschen Firma Carl Zeiss installiert wurde, war in einer Kuppel mit einem Durchmesser von 10 m (32 Fuß) montiert. Das 1930 in Chicago gebaute Adler-Planetarium war das erste große Planetarium in den Vereinigten Staaten.

Eine konkave Metallkugel, bekannt als Sternenkugel, verwendete 31 Linsen, um Bilder von 4.500 Sternen auf der Kuppel zu zeigen. Sieben zusätzliche Projektoren, die an der Kugel angebracht waren, erzeugten Bilder von Sonne, Mond, Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Die Bewegung dieser Projektoren reproduzierte die Bewegung der Sonnenkörper relativ zu den Sternen. Die Beleuchtung der Bilder kam von einer hellen elektrischen Lampe in der Mitte der Kugel, umgeben von den 31 Linsen. Hinter jeder Linse war eine Scheibe namens Sternenplatte angebracht, die als fotografisches Dia diente. Das Licht der Lampe ging durch Löcher in der Platte, von denen jedes einen Stern darstellte. Jede Linse fokussierte das Licht durch die Löcher in der Sternenplatte auf die Kuppel, so dass die 31 Projektoren zusammen ein Bild des gesamten Himmels erzeugten.

Allerdings hatte das Münchner Planetarium einige Einschränkungen. Die Ansicht des Planetariums beschränkte sich auf München und andere Orte, die den gleichen nördlichen Breitengrad haben, was bedeutet, dass das Planetarium nur Sterne zeigen konnte, die auf dem Breitengrad von München über den Horizont ragten. Aber mit den technischen Fortschritten konnten die verbesserten Versionen der Münchner Planetarien den Himmel von jedem Ort der Erde und zu jeder Zeit bis zu 26.000 Jahre in die Vergangenheit oder Zukunft zeigen. In den verbesserten Planetarien, die zwei große Sternenkugeln und einen Planetenprojektor dazwischen verwenden, erscheinen die Sterne von jedem Ort im Sonnensystem ähnlich, die Planeten jedoch nicht. Das liegt daran, dass das Sonnensystem viel kleiner ist als die Entfernungen zu den Sternen.

Der Erfolg der Zeiss-Projektoren führte im 20. Jahrhundert zur Gründung von Tausenden von Planetarien. In den Vereinigten Staaten wurden die ersten Zeiss-Projektoren in den 1930er Jahren im Adler Planetarium in Chicago, im Hayden Planetarium in New York City, im Fels Planetarium im Franklin Institute Science Museum in Philadelphia und im Griffith Observatory in Los Angeles installiert. Auch die japanischen Firmen Goto Optical Manufacturing Company und Minolta Company Limited sowie die amerikanische Firma Spitz Incorporated wurden Ende des 20. Jahrhunderts zu führenden Herstellern von Planetariumsprojektoren. Heute zeigen die technisch hochentwickelten mechanischen Projektoren Bilder, die so klar und hell wie die tatsächlichen Sterne sind. Ein solches Gerät, bekannt als Zeiss Mark IX im Hayden Planetarium, New York City, projiziert Bilder von mehr als 9.000 Sternen. Es benutzt eine haarfeine Glasfaser, die optische Faser genannt wird, um Licht auf die Kuppel zu werfen. Die Faser ist so winzig, dass das Bild auf der Kuppel punktförmig ist und wie ein echter Stern am Himmel aussieht. Die Bilder der Sonne, des Mondes und der Planeten werden von separaten Projektoren erzeugt, die von computergesteuerten Motoren gesteuert werden.

Digitale Projektoren im Planetarium

Computer benutzen einen Code aus Zahlen oder Ziffern, um Informationen zu verarbeiten. Daher wird ein Planetarium mit computergesteuerten Projektoren als digitales Planetarium bezeichnet. Die mechanischen Projektoren sind in der Lage, die Sterne so zu zeigen, wie sie von nur einer Region des Raumes - unserem Sonnensystem - gesehen werden. Das liegt daran, dass die Löcher in ihren Sternplatten ihre Position relativ zueinander nicht verändern können. Ein digitales Projektorsystem hat diese Einschränkung jedoch nicht, da es keine Sternenplatten verwendet. Stattdessen erzeugt ein Computer Bilder auf Videobildschirmen. Eine Linse projiziert dann jedes Bild auf die Kuppel. Um die Sterne so zu zeigen, wie sie von einem anderen Ort als dem Sonnensystem aus gesehen werden, ändert der Computer lediglich die Bilder auf den Bildschirmen.

In den frühen 1980er Jahren richtete die Evans and Sutherland Corporation der Vereinigten Staaten das erste digitale Planetarium im Wissenschaftsmuseum in Richmond, Virginia, ein. Seitdem haben sich die digitalen Planetarien weiterentwickelt und können nun weitaus realistischere Bilder von Planeten erzeugen. Diese fortgeschrittenen Planetarien können Bilder von den Objekten zeigen, die in anderen Bereichen als der Astronomie von Bedeutung sind. Sie können zum Beispiel einen Flug durch ein extrem vergrößertes Bild einer lebenden Zelle simulieren. Astronomie-basierte Computerprogramme, die Himmelsbedingungen zu jeder Tageszeit simulieren können, können ebenfalls als digitale Planetarien betrachtet werden.

Tragbare Planetarien

Technologisch fortschrittliche Planetarien sind für die meisten Schulen und Gemeinschaften zu teuer. Aber viele von ihnen haben günstige tragbare Planetarien gekauft. Ein Modell hat zum Beispiel eine aufblasbare Kuppel, die für 35 Kinder ausgelegt ist. Der Projektor hat eine kleine Glühbirne, die von einem Plastikzylinder umschlossen ist, und einen schwarzen Zylinder mit klaren Stellen zum Projizieren der Sterne. Es gibt andere erschwingliche Zylinder, die Galaxien, Sternbilder und sogar das Innere einer lebenden Zelle zeigen.