In der Astronomie stößt man gelegentlich auf die Bezeichnung «Überschallgeschwindigkeit». Mir fällt es schwer, diesen Begriff mit den üblicherweise beobachteten Geschwindigkeiten astronomischer Objekte in Einklang zu bringen. Wäre «relativistisch» nicht treffender? Jedes Phänomen, das sich in der Nähe der Schallgeschwindigkeit in der Erdatmosphäre bewegt, könnte diese große Entfernung im Weltraum nicht zurücklegen. Peter Ianciu, Tucson, Arizona
Man könnte erwarten, dass sich die meisten Objekte in den unermesslichen Weiten des Himmels mit extremen Geschwindigkeiten bewegen. Relativistische Geschwindigkeiten werden üblicherweise als Geschwindigkeiten definiert, die 10–20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (gekennzeichnet durch den Buchstaben L) überschreiten. c Da die Lichtgeschwindigkeit exakt 299.792,458 Kilometer pro Sekunde oder ungefähr 186.282 Meilen pro Sekunde beträgt, 0,1 c entspricht ungefähr 18.628 Meilen (29.979 km) pro Sekunde.
Makroskopische Objekte wie Sterne und Planeten bewegen sich jedoch deutlich langsamer als relativistische Objekte. Unsere Sonne bewegt sich mit 250 km/s relativ zum galaktischen Kern – das entspricht nur 0,0831T³T der Lichtgeschwindigkeit. Bei dieser Geschwindigkeit legt sie eine kurze Strecke zurück; daher benötigt sie etwa 225 Millionen Jahre für eine vollständige Rotation um ihre Achse.
Der schnellste bekannte Stern, der Hypergeschwindigkeitsstern J0927–6335, bewegt sich mit 2235 km/s durchs All. Obwohl die vergleichsweise träge Sonne im Vergleich zu J0927–6335 mit seiner beeindruckenden Geschwindigkeit nur 0,74 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beträgt, also 0,0074 m/s, ist er dennoch ein wahrer Lichtstern. c . Selbst der schnellste bekannte Stern bewegt sich also nicht mit 1 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Und da keiner der entdeckten Exoplaneten Umlaufgeschwindigkeiten erreicht hat, die diesem Wert nahekommen, können wir auch ausschließen, dass die Geschwindigkeit eines Planeten jemals als relativistisch bezeichnet werden könnte.
Die Teilchen, aus denen astrophysikalische Jets bestehen, werden jedoch von Objekten wie Schwarzen Löchern, Quasaren und Neutronensternen mit relativistischen Geschwindigkeiten ausgestoßen. Beispielsweise emittiert der Pulsar IGR J11014–6103 (im Leuchtturmnebel im Sternbild Carina) einen etwa 37 Lichtjahre langen Jet, dessen Teilchen sich mit fast 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese Geschwindigkeit ist zweifellos relativistisch. Wichtig ist dabei, dass diese Geschwindigkeiten in diesem Fall von Teilchen – also Atomen – und nicht von massereichen Objekten erreicht werden.
Begriff «"Überschall"» Dies bezieht sich auf Geschwindigkeiten, die die Schallgeschwindigkeit überschreiten. Doch es gibt einen Haken: Schall benötigt ein Medium zur Ausbreitung. Und die Schallgeschwindigkeit variiert je nach Umgebung. Sie unterscheidet sich in Wasser und Luft und hängt selbst dann noch von Faktoren wie Temperatur und Druck ab. Bei Meeresspiegeldruck und einer Temperatur von 20 Grad Celsius (68 Grad Fahrenheit) beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 1.186 km/h (767 mph). Doch die Schallgeschwindigkeit in der Marsatmosphäre oder im Inneren eines Nebels oder einer Molekülwolke im Weltraum ist völlig anders. In heißem interstellarem Gas kann die Schallgeschwindigkeit Hunderttausende von Kilometern pro Stunde erreichen.
Wenn Astronomen ein Objekt als Überschall bezeichnen, beziehen sie sich in den meisten Fällen auf die Schallgeschwindigkeit in seiner unmittelbaren Umgebung. Ein Stern, der sich durch einen Nebel bewegt, kann als Überschall bezeichnet werden, wenn er sich schneller bewegt, als sich Schallwellen im ihn umgebenden interstellaren Gas ausbreiten. (Manchmal lässt sich dies leicht an einer leuchtenden Stoßwelle erkennen, ähnlich der Stoßwelle, die vor einem Kampfjet beim Durchbrechen der Schallmauer entsteht.) Und obwohl die durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit der Erde von etwa 30 km/s im Vergleich zu den typischen Schall- und Wellengeschwindigkeiten im interplanetaren Medium gering ist, strömt der Sonnenwind selbst mit etwa 400 km/s an der Erde vorbei. Diese Strömung ist relativ zum umgebenden Plasma überschallschnell (und der Sonnenwind bildet eine Stoßwelle, die gegen die Erde und ihr Magnetfeld gerichtet ist).
Diese Bewegungen sind jedoch keinesfalls relativistisch.
Edward Herrick-Gleeson, Astronomielehrer, St. John's, Neufundland und Labrador.
Der Artikel «Was bedeutet der Begriff „Überschall“ in der Astronomie?» erschien zuerst in der Zeitschrift Astronomy Magazine.