Ejnar Hertzsprung: Der Chemiker, der die Sterne sortierte

Er wurde als Chemieingenieur ausgebildet, arbeitete in einem Labor in St. Petersburg und studierte Photochemie in Leipzig. Erst dann, als Amateur, der von Frederiksberg aus beobachtete, bemerkte Ejnar Hertzsprung etwas, das kein professioneller Astronom richtig registriert hatte: Zwei Sterne konnten den gleichen Spektraltyp teilen — dieselbe Farbe, denselben Fingerabdruck des absorbierten Lichts — und sich dennoch enorm in ihrer Eigenhelligkeit unterscheiden. Diese Beobachtung spaltete die Sternenpopulation in zwei, erzeugte das nützlichste Diagramm der Astrophysik und gab den Astronomen ihren ersten zuverlässigen Maßstab für die Vermessung des Universums.

Die Ausbildung eines Amateurs

Hertzsprung wurde am 8. Oktober 1873 in Frederiksberg, Dänemark, als Sohn von Severin Carl Ludvig Hertzsprung und Henriette Christiane Charlotte Frost geboren. Sein Vater war Amateurastronom und übertrug ihm seine Begeisterung — wenn auch zunächst nicht als Karriere. Hertzsprung studierte Chemieingenieurwesen am Polytechnischen Institut Kopenhagen, schloss 1898 ab, arbeitete dann zwei Jahre als Chemiker in St. Petersburg und studierte 1901 ein weiteres Jahr Photochemie an der Universität Leipzig.

Der Umweg war nicht umsonst. Photochemie war in jener Ära die Wissenschaft, die der fotografischen Platte zugrunde lag, und die fotografische Platte war das Instrument, das die Astronomie von einer Disziplin des Okulars in eine quantitative verwandelte. Hertzsprung kam zu den Sternen und wusste bereits, wie man Licht auf Film misst.

1902 begann er seine eigenen astronomischen Beobachtungen in Frederiksberg und arbeitete außerhalb des professionellen Establishments.

Riesen und Zwerge

Innerhalb weniger Jahre hatte er die Entdeckung gemacht, auf die es ankam. Astronomen klassifizierten Sterne nach Spektraltyp, was grob der Oberflächentemperatur und Farbe entspricht. Hertzsprung bemerkte, dass Sterne, die einen Spektraltyp teilten, weit unterschiedliche absolute Helligkeiten haben konnten — das heißt, ihre wahre Leuchtkraft variierte, sobald die Entfernung berücksichtigt wurde, um enorme Faktoren.

Die Implikation war strukturell. Wenn zwei Sterne an der Oberfläche gleich heiß sind, aber einer viel mehr Licht ausstrahlt, muss der hellere viel größer sein. Die Sternenpopulation teilte sich daher in Riesen und Zwerge. Dies war keine Verfeinerung der Klassifizierung; es war die Entdeckung, dass Sterne in verschiedene physikalische Familien gehören, was wiederum die Frage aufwarf, ob diese Familien verschiedene Stadien einer einzigen Lebensgeschichte darstellen.

Das Diagramm

1909 trat Hertzsprung unter Karl Schwarzschild in die Sternwarte Göttingen ein und wechselte vom Amateur zum Zentrum der deutschen Astrophysik. 1911 erstellte er das Diagramm, das seinen Namen trägt: Sterne angeordnet nach Spektraltyp gegen Leuchtkraft, aufbauend auf der früheren Klassifizierungsarbeit von Antonia Maury. Henry Norris Russell kam unabhängig im Wesentlichen zur gleichen Konstruktion, und das Ergebnis ist allgemein als Hertzsprung-Russell-Diagramm bekannt.

Seine Kraft liegt in dem, was es offenbart, anstatt in dem, was es aufzeichnet. Sterne verteilen sich nicht zufällig über das Diagramm; sie fallen in ein langes diagonales Band, die Hauptreihe, mit deutlichen Klumpen von Riesen und Zwergen außerhalb davon. Diese Struktur ist die sichtbare Spur der Sternentwicklung — das Diagramm wurde zum Hauptrahmen für die Erklärung von Sterntypen und wie sich Sterne im Laufe ihres Lebens verändern, und es bleibt mehr als ein Jahrhundert später das Erste, was ein Astronomiestudent lesen lernt.

Cepheiden und ein teurer Fehler

1913 wandte sich Hertzsprung den Cepheiden-Variablen zu, Sternen, deren Helligkeit mit strenger Regelmäßigkeit pulsiert. Henrietta Leavitt hatte entdeckt, dass die Periode eines Cepheiden an seine Leuchtkraft gebunden ist — was bedeutete, dass, wenn die Beziehung gegen Sterne bekannter Entfernung kalibriert werden könnte, jeder Cepheide überall seine eigene Entfernung durch seinen Rhythmus ankündigen würde. Es war potenziell der Schlüssel zur Skala des Kosmos.

Hertzsprung führte die Kalibrierung durch, indem er Parallaxenmessungen verwendete, um die Entfernungen zu nahen Cepheiden festzulegen, und wandte dann die kalibrierte Beziehung an, um die Entfernung der Kleinen Magellanschen Wolke zu schätzen. Er machte auch einen signifikanten Fehler, indem er die Sterne zehnmal zu nah platzierte — ein Fehler, der als möglicherweise ein Flüchtigkeitsfehler beschrieben wurde, der eine systematische Unterschätzung um den Faktor zehn in seine Entfernungszahlen verbreitete. Es ist eine Erinnerung daran, wie eng die Spielräume bei der Arbeit an kosmischen Entfernungen im frühen zwanzigsten Jahrhundert waren, wo ein arithmetischer Fehler das Universum um eine Größenordnung schrumpfen lassen konnte. Die Methode selbst war solide, und es war die Methode, die Bestand hatte.

Leiden

1919 zog Hertzsprung an die Sternwarte Leiden in den Niederlanden, wo er die nächsten siebenundzwanzig Jahre verbringen würde, 1937 deren Direktor wurde und bis 1946 blieb. Seine Ehe band ihn weiter an die niederländische astronomische Welt: Seine Frau war Henrietta Mariette Augustine Albertine Kapteijn, Tochter des Astronomen Jacobus Kapteyn, dessen statistische Studien über Sternbewegungen die Vorstellungen über die Struktur der Galaxie neu gestalteten.

In Leiden unterrichtete er auch. Zu seinen Doktoranden gehörte Gerard Kuiper, der die moderne Planetenwissenschaft begründen sollte — eine intellektuelle Linie, die von einem dänischen Chemieingenieur bis zum äußeren Sonnensystem reicht.

Hertzsprungs Beobachtungsgewohnheiten erstreckten sich über Sterne hinaus. Er entdeckte zwei Asteroiden, darunter 1627 Ivar, ein Mitglied der Amor-Gruppe, deren Bahnen sich der der Erde nähern.

Anerkennung und langes Leben

Ehrungen kamen stetig in seinen Sechzigern. Er wurde 1927 in die American Academy of Arts and Sciences gewählt und erhielt 1929 die Goldmedaille der Royal Astronomical Society — die höchste Anerkennung der britischen Astronomie. Die Bruce-Medaille folgte 1937, dem Jahr, in dem er die Leitung in Leiden übernahm, und die Wahl in die American Philosophical Society 1941.

Er starb am 21. Oktober 1967 in Roskilde, Dänemark, im Alter von vierundneunzig Jahren, nachdem er lange genug gelebt hatte, um zu sehen, wie das Diagramm, das er 1911 erstellte, zum organisatorischen Rahmen einer Disziplin wurde, die kaum existierte, als er begann. Ein Asteroid, 1693 Hertzsprung, und ein Mondkrater tragen seinen Namen.