Astrometrie

Die Astrometrie (gr. ἄστρον = Stern und μέτρον, métron = Maß, Messen) ist der geometrische Teilbereich der Astronomie und als solcher das Gegenstück zur Astrophysik. Sie wird auch Positionsastronomie oder klassische Astronomie genannt und umfasst die Messung und Berechnung von Gestirnspositionen (Sternörtern) und ihren Bewegungen in genau definierten Bezugsystemen. Damit ist sie die Grundlage vieler astronomischer Forschungen und insbesondere der Himmelsmechanik. Bis zur Etablierung der Astrophysik, die um 1860 nach Erfindung der Spektroskopie begann, machten Astrometrie und Sphärische Astronomie den Großteil der gesamten Sternkunde aus.

Nach de Vegt ist Astrometrie die Wissenschaft vom geometrischen Aufbau des Universums (Ort, Bewegung und Entfernung der Gestirne) oder die Vermessung des Himmels. Gleichzeitig gibt sie eine Koordinaten-Grundlage für die Geodäsie – also die Vermessung der Erde.

Aufgaben 
Konkreter betrachtet, bedeutet Astrometrie heute:
 Erstellung von Katalogen mit genauen Positionen und Eigenbewegungen von Sternen
 auf Basis fotografischer oder elektrooptisch gemessener Sternfelder
 bzw. von scannenden Satelliten und Radioteleskopen
 Aufbau des fundamentalen Bezugskoordinatensystems von Astronomie und Geowissenschaften
 Aufbau räumlicher astronomischer Datenbanken
 Entwicklung von Messmethoden und Instrumenten 
 einerseits terrestrisch (optische Teleskope und -Sensoren, Infrarot-, Radioteleskope usw.),
 andererseits mit Astrometriesatelliten (siehe Hipparcos sowie das nachfolgende Raumsondenprojekt Gaia) und interplanetaren Raumsonden
 Durchführung der einschlägigen Messungen und internationalen Messkampagnen
 Reduktion der Messungen und Normung der entsprechenden Verfahren.

Die wichtigste Institution für diese Aspekte ist das Astronomische Rechen-Institut (ARI) in Heidelberg. Es betreibt Astrometrie, Stellardynamik und astronomische Dienstleistungen in Form von Ephemeriden und Jahrbüchern, Kalendergrundlagen und Bibliografien.

Historisches und Querverbindungen 

Bis zum Aufkommen der Astrophysik nach 1850 – vor allem durch die Spektralanalyse und die Astrofotografie – war (nach Karl Schütte) die Astrometrie gleichbedeutend mit Astronomie überhaupt. Erst im 20. Jahrhundert begann man von Astrometrie oder Positionsastronomie zu sprechen – im Gegensatz zur Astrophysik, welche ab 1950 die Astronomie dominierte.

Zwischen etwa 1960 und 1990 führte die Astrometrie beinahe ein Nischendasein, da sich ihr kaum 10 % der Astronomen (zunehmend allerdings die Geodäten) widmeten. Als aber die Ära der Astrometriesatelliten und der CCD-Sensoren begann, änderte sich dies und heute bringen die hochpräzisen Messmethoden der Astrometrie auch wesentliche Impulse u. a. für Himmelsmechanik, Raumfahrt, Kosmologie und die Stellardynamik bzw. Milchstraßenforschung.
 
Zu den Pionieren der "klassischen" Astrometrie zählen vor allem
 Hipparchos, auf den der erste Sternkatalog mit über 1000 Sternen zurückgeht und der die langsamen Koordinatenverschiebungen durch die Präzession entdeckte
 Ptolemaios, der die astronomischen Theorien seiner Zeit im Almagest zusammenfasste
 Tycho Brahe, der – noch ohne Fernrohr – Messgenauigkeiten bis zu 0,01° erreichte
 die an der Himmelspolizey mitwirkenden Astronomen Europas, welche um 1800 die ersten genauen Sternkataloge erstellten (z. B. Giuseppe Piazzi)
 Friedrich Wilhelm Bessel, dem die erste Messung einer Fixstern-Entfernung gelang
 Friedrich Argelander und seine 325.000 Sterne umfassende Bonner Durchmusterung, welche die deutsche Astronomische Gesellschaft zum System der AGK-Kataloge weiterentwickelte
 Simon Newcomb, dessen Definition des Fundamentalsystems fast 100 Jahre Bestand hatte
 das Astronomische Recheninstitut Heidelberg und das US Naval Observatory
 die Projektgruppen der Astrometriesatelliten Hipparcos und Gaia

Seit der Entwicklung optoelektronischer Sensoren und der Very Long Baseline Interferometry erlebt die Astrometrie eine Renaissance. Ihre Querverbindungen zur Geodäsie werden stärker; die Bedeutung hochpräziser Koordinatensysteme nimmt zu. Internationale Aufgaben wie Monitoring der Erdrotation mit Radioastronomie und GPS, Raumfahrt- und Satellitenprojekte wie Galileo oder GAIA werden interdisziplinär und geben jungen Astronomen neue Berufsmöglichkeiten. In der Definition der Zeitsysteme müssen Astronomen mit Physik und weiteren drei bis vier Disziplinen kooperieren.

Zwei- bis vierdimensionale Astrometrie 
Der 2-D-Teil der Astrometrie zählt zur sphärischen Astronomie und beschäftigt sich nur mit der Einfallsrichtung von Lichtquellen aus dem Weltraum – theoretisch, messtechnisch, betreffs der Koordinatensysteme und für diverse Reduktionen der scheinbaren Richtung von Himmelsobjekten (Planeten, Sternen, Galaxien) auf ihre wahre Richtung.

Dreidimensional werden die Sternörter durch Messung von Parallaxen – jener scheinbaren jährlichen Verschiebungen, die von gegenüberliegenden Punkten der Erdbahn feststellbar sind. Daraus können Sterndistanzen bis zu 100 Lichtjahren abgeleitet werden, mit Hipparcos- und anderen Methoden noch weit darüber hinaus.

4-D könnte man schließlich die Stellardynamik nennen, die sich auf Eigenbewegungen stützt. Man erhält sie aus genauen Sternörtern von weit auseinander liegenden Epochen. Ihre Ergänzung zum räumlichen Geschwindigkeitsvektor gibt die Radialgeschwindigkeit, ein Ergebnis der Spektralanalyse und somit der Übergang zur Astrophysik. Ähnlich steht es um Entfernungsbestimmungen mittels Fotometrie.

Die Dynamik ferner Objekte wird umso mehr astrophysikalisch erforscht, je weiter sie entfernt sind. Diese Grenze wird aber durch die Raumfahrt und Astrometriesatelliten ständig ausgeweitet.

Nutzen für die astronomische Forschung 

Präzise Sternkoordinaten, Entfernungs- und Geschwindigkeitsdaten befruchten viele Aspekte der Astronomie. Einige davon sind:

 Besseres räumliches Bild der Sternverteilung und der Bewegungsverhältnisse
 Dynamik der Milchstraße in unserer Umgebung
 Präzisere Bestimmung der Sternverteilung bezüglich der Kombination von Leuchtkraft und Spektraltyp im Hertzsprung-Russell-Diagramm
 Genauere Basis zur Vermessung der Erde und des Sonnensystems
 Präzisere Vorhersage von Sternbedeckungen durch Planeten und Kleinplaneten (Asteroiden).
 Basis für hochpräzise Astrometrie bis zu entferntesten Galaxien
 Verbindung des optischen Koordinaten-Rahmens zu jenem der Radio-Interferometrie mit Quasaren; siehe VLBI, Geodäsie.

Siehe auch 
 Sphärische Astronomie
 Astrogeodäsie, Kosmische Geodäsie
 Mondkamera, Zenitkamera

Literatur

Weblinks 

 Astrometrie UNI Heidelberg
 Hipparcos 
 Uni Hamburg 
 GAIA 
 Informationen über Astrometrie
 Offizielle Website des International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) (in englischer Sprache)

Einzelnachweise 

Beobachtungsmethode der Astronomie
 
Sphärische Astronomie
Astronomisches Fachgebiet