Das Inseluniversum

Shapley tendierte ursprünglich ebenfalls zu den Inseluniversen. Dies resultierte aus seiner Pionierarbeit in der Vermessung kosmischer Distanzen. Es gelang ihm nämlich, die von Henrietta Leavitt am Harvard-Observatorium entdeckte Periode-Leuchtkraft-Beziehung der Cepheidensterne zu eichen. Damit ließen sich diese in ihrer Helligkeit charakteristisch schwankenden Riesensterne, die auch über große Entfernungen relativ gut zu beobachten sind, als kosmische Entfernungsmarker verwenden – was bis heute von enormer Bedeutung ist. Die Methode war damals problematisch, aber zunächst die einzig praktikable. Eine ähnliche Distanzmessung mithilfe von pulsierenden RR-Lyrae-Sternen, die Shapley zuvor entwickelt hatte, reichte aufgrund der geringeren Leuchtkraft dieser Sterne viel weniger weit in den Raum hinaus.

1916 ermittelte Shapley beträchtliche Distanzen für mehrere Sternhaufen: Omega Centauri (10.000 Lichtjahre), M3 (30.000), die Kleine Magellansche Wolke (50.000) und M13 (enorme 100.000 Lichtjahre). Diese Zahlen mussten später alle revidiert werden, sprachen damals jedoch eher für extragalaktische Systeme, zumal Shapley noch von Kapteyns Werten für die Milchstraße ausging. Das änderte sich, als er feststellte, dass der Kugelsternhaufen M11, der klar zur Galaxis gehört, etwa 50.000 Lichtjahre entfernt sein muss.

Noch im Oktober 1917 schätzte Shapley, dass die in Spiralnebeln vielfach beobachtbaren Novae mindestens die 50-fache Distanz der durchschnittlichen galaktischen Sternexplosionen hätten, sodass „die Spiralnebel weit außerhalb unserer Galaxie“ sein müssten. Dagegen sprachen aber Messungen von Bewegungen im Inneren der Nebel. Diese hatte Adriaan van Maanen am Mount Wilson Observatory gemacht: 1916 zunächst von M101, dann von einem halben Dutzend weiteren Spiralen. Die Werte waren so hoch, dass sie sich nicht mit sehr großen Distanzen vereinbaren ließen.

Shapley war verwirrt und berichtete seinem einstigen Doktorvater Henry Norris Russell, Direktor des Observatoriums der Princeton University, im Oktober 1917 in einem Brief, dass er nun die Distanzen von etwa 30 Kugelsternhaufen gemessen habe: zwischen rund 20.000 und 200.000 Lichtjahren. „Dies ist ein eigenartiges Universum“, kommentierte er. Anscheinend hielt er noch an der Vorstellung von Inseluniversen fest, dachte aber bereits, dass die Milchstraße eine Ausnahme sei. Er wünschte, er könne van Maanens Ergebnisse verwerfen. „Ich bin derzeit geneigt, an die Realität der inneren Eigenbewegungen zu glauben und daher die Theorie des Inseluniversums anzuzweifeln“, entgegnete Russell.

1918 entdeckte der damals 32-jährige Shapley dann, dass die 69 von ihm berücksichtigten Kugelsternhaufen asymmetrisch am Himmel verteilt sind. Etwa ein Drittel davon war in Richtung des Sternbilds Schütze konzentriert. Daraus schloss er, dass dort der Mittelpunkt der Milchstraße liegen müsse und die Sonne vielleicht 60.000 Lichtjahre davon entfernt sei – eine klare kopernikanische und im Prinzip korrekte Korrektur sämtlicher früherer Auffassungen! (Allerdings beträgt die Distanz zum Galaktischen Zentrum tatsächlich „nur“ etwa 26.000 Lichtjahre – ähnlich viel wie zum Rand der Milchstraße in der entgegengesetzten Richtung.)

Shapley betrachtete die Milchstraße nun, wie sie sich noch niemand vorher vorgestellt hatte: als ein „riesiges, alles umfassendes galaktisches System“. Die Nebel, die vor allem über und unter der galaktischen Ebene sichtbar sind (weil innerhalb von ihr viel Staub den Blick versperrt, wie Heber Curtis später argumentierte), interpretierte Shapley jetzt als Teil der Riesengalaxie. „Es gibt keine Pluralität von Universen, für die wir gegenwärtig Beweise haben“, schrieb er am 19. Januar 1918 in einem Brief an seinen Vorgesetzten George Ellery Hale, den Direktor des Mount Wilson Observatory.

Eine kosmische Debatte

Shapleys Forschungen brachte Hale auf die Idee einer öffentlichen Veranstaltung mit dem Titel „On the distance scale of the Universe“. Sein Vater war der Millionär William Hale, dessen Firma Aufzüge für hohen Gebäude herstellte, unter anderem für den Eiffelturm in Paris. Er war der Astronomie gewogen und hatte auch das 60-Zoll-Teleskop des Mount Wilson Observatory finanziert. Sein Sohn regte eine Debatte an der National Academy of Sciences in Washington zu Ehren William Hales an, zumal der sie auch finanziell unterstützte.

George Hale hatte zunächst den Direktor des Lick Observatory bei San Jose in Kalifornien als Kontrahenten vorgesehen, William Campbell. Dann wurde jedoch dessen Mitarbeiter Heber Curtis eingeladen. Dieser war ursprünglich in der Sonnenforschung aktiv, hatte an elf Sonnenfinsternis-Expeditionen teilgenommen, und widmete sich dann der Analyse von Spiralnebeln, die er für extragalaktisch hielt. Dazu hatte er 1919 auch den Vortrag „Modern Theories of the Spiral Nebulae“ an der National Academy gehalten.

Am 18. Februar 1920 wurden die Einladungstelegramme verschickt (das an Shapley ist noch erhalten). Die Debatte fand am 26. April 1920 um 20.15 Uhr im Museum of Natural History der Smithsonian Institution in Washington statt. Das Honorar der Referenten betrug jeweils 150 Dollar, die beträchtlichen Reisekosten mussten sie aber selbst bezahlen. (Zufällig reisten beide sogar im selben Zug des Southern Pacific an und unterhielten sich lange, vermieden dabei jedoch ihr Streitthema.)

Zunächst hielt Shapley seinen Vortrag, anschließend Curtis, jeweils 40 Minuten; dann folgte eine allgemeine Diskussion, bei der auch Publikum einbezogen wurde, einschließlich der angereisten Experten. Shapley und Curtis lagen in 14 Punkten auseinander, hat die Astronomin Virginia Trimble die Kontroverse später rekonstruiert. Und beide hatten in manchen Punkten Recht. Völlig einig waren sich die Kontrahenten darin, dass für eine definitive Entscheidung bessere Entfernungsmessungen nötig seien.

Shapley führte seine Argumente für eine „big galaxy“ und die randständige Position der Sonne darin an. Seine RR-Lyrae- und Cepheiden-Messungen seien damit vereinbar. Und van Maanens Rotationsmessungen von Spiralnebeln stünden im Widerspruch zu extragalaktischen Objekten.

Curtis ging von einer kleinen Milchstraße mit der Sonne im Zentrum aus. Die Spiralnebel hielt er für ähnliche Sternsysteme, also eigenständige Inseluniversen, zumal die Spektren vieler eindeutig stellare Eigenschaften zeigten wie die von Sternhaufen. Auch die Novae in Andromeda sprachen dafür, dass es dort Sterne gab. Andere Nebel, vor allem die amorphen, schienen dagegen echte galaktische Gaswolken zu sein; auch waren damals bereits unerklärliche Mischformen bekannt. Van Maanens Rotationsmessungen hielt Curtis für falsch, zumal es andere Messungen mit geringeren Werten und Drehrichtungen gab. „Sollten die Ergebnisse des nächsten Vierteljahrhunderts eine enge Übereinstimmung zwischen verschiedenen Beobachtern zeigen“, die auf eine bestimmte Mindestrotationsgeschwindigkeit hindeuten, dann müsse die Vorstellung von Inseluniversen jedoch „definitiv aufgegeben werden“, räumte er jedoch ein.

Ein besonderes Problem war die Nova S Andromeda von 1885, die viel heller strahlte als alle anderen bekannten Novae im Andromeda-Nebel. Wenn die Spiralen wirklich Millionen von Lichtjahren entfernt wären, sei S Andromeda nicht nur hell, sondern unmöglich hell, argumentierte Shapley. Ein galaktischer Ursprung sei hingegen kein Problem. Das gab Curtis zu, meinte aber, S Andromeda könne anomal gewesen sein, falls es in Wirklichkeit zwei verschiedene Arten von Novae gibt. Damit sollte er Recht behalten, denn S Andromeda entpuppte sich später als Supernova – übrigens bislang die einzige, die jemals im Andromeda-Nebel beobachtet worden ist. Solche Sternexplosionen scheinen 10.000-mal heller als eine gewöhnliche Nova. (Supernovae wurden erstmals 1929 von Walter Baade in dessen Hamburger Antrittsvorlesung als eigenständige Erscheinungen beschrieben; die Bezeichnung prägten er und Fritz Zwicky dann 1931).

Die Debatte endete, ohne dass ein Kontrahent den anderen oder das Publikum überzeugen konnte. Wohl fast alle verließen den Saal mit derselben Meinung, mit der sie ihn betreten hatten. Curtis war der bessere Sprecher, hatte mehr Lehrerfahrung, schärfere Argumente formuliert und gute Übersichtsdias (sie sind erhalten), während Shapley aus seinen Notizen vorlas, recht allgemein blieb und eine Konfrontation weitgehend vermied. Das führte sogar zu Schwierigkeiten bei seiner Bewerbung als Direktor des Harvard-Observatoriums.

Die Veranstaltung hatte zunächst kaum einen öffentlichen oder fachwissenschaftlichen Eindruck hinterlassen und blieb weitgehend unerwähnt. Erst 1960 bezeichnet der Astronom Otto Struve die Debatte als „historisch“. Nach und nach wurde sie in Publikationen zur Geschichte der Astronomie immer häufiger hervorgehoben. 1995 gab es eine große Jubiläumsveranstaltung zum 75. Jahrestag im Baird-Auditorium. Die 100-Jahr-Feier musste wegen der Corona-Pandemie abgesagt werden.

Die große Entscheidung

Das Patt zwischen Riesengalaxie und Inseluniversen hielt nicht lange an. George Hale, der indirekt die Kontroverse befeuert hatte, brachte sie – ebenfalls sehr indirekt – auch zu Ende. Denn er stellte den jungen Astronomen Edwin Powell Hubble am Mount Wilson Observatory an. Dieser hatte am Yerkes Observatory (wo Hale früher ebenfalls war) eine Dissertation über die unterschiedlichen Typen kosmischer Nebel begonnen.

Hubble kam 1919 auf den Mount Wilson, schloss dort seine Doktorarbeit ab und durfte bald das 60-Zoll-Teleskop und das Hooker-Teleskop nutzen. Letzteres war erst im November 1917 eingeweiht worden und mit seinem Hauptspiegel-Durchmesser von 100 Zoll (2,5 Meter) das damals mit Abstand größte Instrument. Diesen Rang verlor es erst 1948 mit der Fertigstellung des 5-Meter-Spiegelteleskops (200 Zoll) auf dem Mount Palomar.

Im Oktober 1923 entdeckte Hubble den ersten Cepheiden-Kandidaten in M31. Weitere folgten. In den drei Nächten vom 5. bis 7. Februar 1924 beobachtete Hubble, wie einer der mutmaßlichen Cepheiden um eine Helligkeitsklasse zunahm, was seine Natur bestätigte und für eine Entfernungsbestimmung vielversprechend erschien. „Sie werden interessiert sein zu hören, dass ich einen Cepheiden im Andromeda-Nebel gefunden habe“, schrieb er an Shapley, der inzwischen als Direktor des Harvard College Observatory in Cambridge, Massachusetts arbeitete. „Ich habe das Gefühl, dass durch sorgfältige Untersuchung von Langzeitbelichtungen weitere Veränderliche gefunden werden. Alles in allem sollte die nächste Saison eine fröhliche sein und wird mit gebührender Form und Zeremonie begangen werden.“

Shapley war sofort klar, was das für seine „big galaxy“ bedeutete. Zufällig war Shapleys Doktorandin Cecilia Payne damals anwesend. „Dies ist der Brief, der mein Universum zerstört hat“, sagte Shapley zu ihr. „Ich habe van Maanens Ergebnisse zu sehr vertraut – schließlich war ich mit ihm befreundet.“

Wie es zu dessen grob falschen Messungen gekommen ist, blieb rätselhaft. Als Hubble schließlich 1935 die Messungen wiederholte, stellte er eine viel schwächere Rotation fest. Er publizierte eine harsche Kritik, die van Maanen in einer kurzen Notiz dazu auch öffentlich akzeptierte und zur Vorsicht mahnte, weil er wohl systematische Messfehler produziert hatte. Der Weg zur Wahrheit ist eben mit Irrtümern gepflastert. Das musste auch Cecilia Payne erfahren: Sie hatte im Rahmen ihrer 1925 abgeschlossenen Promotion entdeckt, dass die Sterne hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen. Dies akzeptierte Henry Norris Russell nicht. Der bekannte Astronom drängte Payne zum Widerruf. Vier Jahre später bestätigte er ihre Erkenntnis jedoch mit einer unabhängigen Methode und rehabilitierte ihre Arbeit. 1956 wurde sie die erste weibliche Astronomie-Professorin der Harvard University.

Hubbles Nachweis einzelner Sterne in dem Spiralnebel widerlegte die Vorstellung, dass diese Objekte wirklich nebelhaft und nicht weiter auflösbar waren. Shapley reagierte allerdings vorsichtig, fragte nach technischen Details und riet zu weiteren Überprüfungen. Das sah Hubble ein, zumal van Maanens Daten noch immer gegen die extragalaktische Natur der Nebel sprachen. Daher zögerte Hubble mit einer Publikation, informierte aber weitere Kollegen, die wiederum mit anderen darüber korrespondierten. So gelangte die Nachricht auch zu Russell.

Am 23. November 1924 brachte die New York Times einen kurzen Artikel, „Finds spiral nebulae are stellar systems“, in dem gemeldet wurde, dass die lichtschwachen Spiralnebel Inseluniversen seien ähnlich wie unsere Milchstraße. Als Entdecker wurde Hubble genannt. Vielleicht hatte er die Zeitung selbst informiert oder informieren lassen – und das wohl nicht per Telegramm, denn sein Name wurde stets falsch geschrieben („Hubbell“).

Konkreter war ein Bericht im populärwissenschaftlichen Science News-Letter, Nummer 191 vom 6. Dezember. Er bezog sich auf Informationen der Carnegie Institution in Washington und zitierte Hubble direkt. Dieser habe die Außenbezirke der Spiralnebel Andromeda (M31) und Triangulum (M33) in Sterne auflösen können und dabei mehrere Dutzend Cepheiden in den beiden Objekten gefunden. Daraus konnte er ihre Entfernung schätzen: das Zehnfache der Kleinen Magellanschen Wolke oder rund eine Million Lichtjahre. Und der Durchmesser von Andromeda und Triangulum läge mit 45.000 beziehungsweise 15.000 Lichtjahren in derselben Größenordnung wie der unserer Milchstraße. „Obwohl diese Nebel die fernsten Objekte sind, für die wir zuverlässige Daten haben, ist es wahrscheinlich, dass viele der kleineren Spiralnebel noch viel weiter entfernt sind und deshalb kleiner erscheinen“, kommentierte Hubble. „Aus dieser Perspektive besteht der von uns erforschbare Teil des Universums aus einer riesigen Zahl von Galaxien mit Sternen vergleichbar mit unserer eigenen, die im fast leeren Weltraum verstreut sind und voneinander durch Distanzen getrennt werden, deren Ausmaß unvorstellbar ist.“

Spätestens damit war die bahnbrechende Entdeckung gewissermaßen in der Welt. Die von Hubble entdeckten Cepheiden waren so weit entfernt, dass sie kein Mitglied der Milchstraße sein konnten. Trotzdem zögerte er noch. Aber Henry Norris Russell drängte den 35-Jährigen dazu, seine Messungen auf einer gemeinsamen Konferenz der American Astronomical Society und der American Association for the Advancement of Science (AAAS) vorzustellen (beide Wissenschaftsgesellschaften sind bis heute in den USA führend). Zudem sollte er einen Artikel einzureichen, weil dieser gute Chancen auf einen mit 1000 Dollar dotierten Preis der AAAS hätte. Hubble tat dies im letzten Moment: „Cepheid Variables in Spiral Nebulae“ überschrieb er seinen Beitrag. Russell stellte ihn den Konferenzteilnehmern am Morgen des 1. Januar 1925 vor. Hubble konnte nicht kommen – und erhielt später tatsächlich die Hälfte des mit einem anderen Bewerber geteilten Preisgelds. Selbst Astronomen, die in der Großen Debatte Shapleys Argumente den Vorzug gegeben hatten, sahen sich nun gezwungen, Hubbles Resultate ernst zu nehmen, weil er Shapleys eigene Cepheiden-Methode zur Entfernungsbestimmung anwendete.

„Die Debatte war beendet, das Konzept des Inseluniversums war erwiesen. Eine Ära der Aufklärung in der Kosmologie hatte begonnen“, kommentierte Allan Sandage den Durchbruch im Rückblick in der Einleitung zum „Hubble Atlas of Galaxies“ von 1961. Sandage – Hubbles bedeutendster Schüler und sein Nachfolger nach dessen Tod 1953 – hatte damit nicht übertrieben. Der Nachweis, dass wir in einem Inseluniversum leben, markiert einen Paradigmenwechsel in der Kosmologie. Er hat unser Weltbild für immer verändert.

Vorstoß in die Ferne

Allerdings setzte sich Hubbles Erkenntnis – wie die Spekulationen und Argumente seiner Vorgänger – nicht über Nacht durch. Auch nicht 1925. Es bedurfte noch weiterer und besserer Daten, bis die Zunft der Astronomen insgesamt überzeugt war. Die meisten dieser Daten lieferte Hubble selbst – dank seines Zugangs zum konkurrenzlosen Hooker-Teleskop.

Hubble gab die Entfernungen von Andromeda und Triangulum zunächst mit 930.000 Lichtjahren an. Grundlage waren die Helligkeitsschwankungen von 12 beziehungsweise 22 Cepheiden (nicht einmal die Hälfte der bereits bekannten, doch manche waren nicht eindeutig als solche identifizierbar, für andere gab es zu wenige oder zu ungenaue Daten). Dafür hatte er 130 beziehungsweise 65 Fotoplatten ausgewertet.

Hubble betonte, dass die größte Unsicherheit wohl Shapleys Cepheiden-Kalibration sei und die Schlussfolgerungen auf drei Annahmen beruhten: dass sich die Cepheiden wirklich in den Spiralnebeln befinden, dass das Licht dieser Sterne nicht signifikant von absorbierender Nebelmaterie abgeschwächt wird und dass ihre Helligkeitsvariationen im beobachtbaren Universum einheitlich sind. „Das Prinzip der Gleichförmigkeit der Natur scheint in dieser entlegenen Region des Raums ohne Beeinträchtigungen zu gelten. Dieses Prinzip ist die fundamentale Annahme bei allen Extrapolationen über die Grenzen der bekannten und beobachtbaren Daten hinaus, und Spekulationen auf dieser Grundlage sind so lange legitim, bis sie sich selbst widersprechen“, kommentierte Hubble – ein mächtiger, aber durchaus nicht unproblematischer Leitgedanke, der die Kosmologie bis heute prägt.

Ebenfalls 1925 publizierte Hubble eine Studie des irregulären Nebels NGC 6822 im Sternbild Schütze. Basierend auf den Helligkeitsschwankungen von elf Cepheiden errechnete er eine Distanz von 700.000 Lichtjahren – also signifikant mehr als die Entfernungen der äußerlich ähnlichen Großen und Kleinen Magellanschen Wolke, für die er Shapleys Werte von 112.000 und 103.000 Lichtjahren zitierte. Bemerkenswerterweise hatte Shapley die Distanz von NGC 6822 bereits 1923 auf über eine Million Lichtjahre bestimmt. Mit dieser Entfernung musste sich das Objekt eigentlich außerhalb seiner Riesengalaxis befinden. Doch das überzeugte Shapley noch nicht davon, dass die Spiralnebel Inseluniversen sind, denn NGC 6822 ist keine Spirale.

In einem 1926 publizierten Artikel präzisierte Hubble mithilfe von 35 Cepheiden die Distanz von Triangulum auf 860.000 Lichtjahre – dem Achtfachen der Kleinen Magellanschen Wolke. Und in einer großen Studie zu Andromeda, im März 1929 im Astrophysical Journal erschienen, berechnete er die Entfernung unserer Schwestergalaxie anhand von nunmehr 40 Cepheiden auf 900.000 Lichtjahre (in späteren Arbeiten nur noch auf 750.000 Lichtjahre), hielt sie aber fälschlicherweise für viel kleiner. Er hatte etwa 350 Fotoplatten analysiert, die in einem Zeitraum von 18 Jahren mit den 60- und 100-Zoll-Teleskopen auf Mount Wilson gemacht worden waren; außerdem fand er 63 weitere Novae über die 22 bereits bekannten hinaus. Die viel hellere S Andromeda von 1885, die für so viel Verwirrung gesorgt hatte, bezeichnete er als einen „seltenen und seltsamen Typ“, quasi die Ausnahme von der Regel. Ebenfalls 1929 erkannte Hubble, dass sich fast alle Galaxien von der Milchstraße entfernen – eine wesentliche Grundlage für die Kosmologie unseres expandierenden Urknall-Universums, aber das ist eine andere Geschichte (bdw 10/2022, „Vom Urknall in die Ewigkeit“).

Bereits 1922 hatte Hubble einen ausführlichen Artikel zur Klassifikation der verschiedenen Arten von Nebeln publiziert und dabei galaktische und nichtgalaktische unterschieden. Letztere seien nicht nur Spiralnebel, wie Curtis dachte. Vier Jahre später kam Hubble im Astrophysical Journal erneut auf das Thema zurück. Inzwischen hatte er 400 mutmaßliche extragalaktische Nebel genauer inspiziert und anhand ihrer äußeren Form in spiralförmige, elliptische und irreguläre geordnet (er sah in den Formen sogar „verschiedene Stadien einer Entwicklungssequenz“) sowie grob ihre Massen, Größen und Distanzen bestimmt. Er schätzte, dass es im Beobachtungsbereich des Hooker-Teleskops (Langzeitbelichtungen von Objekten bis zur 18. Helligkeitsklasse) rund zwei Millionen Galaxien in einer Entfernung von bis zu 140 Millionen Lichtjahren geben könnte. Und er errechnete eine mittlere Materiedichte des sichtbaren Universums von mindestens 10^–31 Gramm pro Zentimeter. Dieser Wert liegt nur eine Größenordnung über den besten heutigen Messdaten.

Historische Feinheiten

Im Rückblick könnte man sagen, dass die „Great Debate“ mit einem ehrenvollen Unentschieden endete: Shapley lag richtig, was die Größe unserer Milchstraße, die Zugehörigkeit der Kugelsternhaufen zu ihr sowie der Position unserer Sonne betraf, auch wenn er das Ausmaß der Galaxis um den Faktor 3 überschätzte, weil er die interstellare Absorption außer Acht ließ; aber Curtis hatte Recht, dass die Spiralnebel eigenständige „Inseluniversen“ sind, obschon es auch noch anders geformte ferne Galaxien gibt.

Damit war die Debatte entschieden – nach Jahrhunderten des Spekulierens. Weder hat die Erde einen speziellen Platz im Universum inne noch die Sonne noch die Milchstraße. Aber so einfach ging die Geschichte nicht zu Ende, obschon Hubble – wenn man eine einzelne Person nennen wollte – die Hauptrolle bei dieser gleichsam größten Entdeckung aller Zeiten zukommt.

Es gibt, wie so oft, sogar eine historische Ungerechtigkeit. Denn noch bevor Hubble den ersten Cepheid im Andromeda-Nebel identifizierte, hatte Ernst Öpik die Distanz auf eine andere Weise bestimmt und dabei eine größere und in Wahrheit bessere Entfernung berechnet als später Hubble. Öpik war Fachkreisen bereits bekannt, weil er 1916 erstmals die Dichte eines Weißen Zwergsterns berechnete. Im Juni 1922 publizierte der junge Astronom von der Sternwarte Tartu (Dorpat) in Estland einen Artikel im Astrophysical Journal. Darin schloss er aus der Rotationsgeschwindigkeit des Andromeda-Nebels auf dessen Masse (4,5 Milliarden Sonnenmassen – aus heutiger Sicht um einen Faktor von fast 300 zu gering). Unter der Annahme, dass eine bestimmte Masse dort dieselbe Leuchtkraft wie in der Milchstraße besitzt, schätzte er Andromedas Distanz auf 1,5 Millionen Lichtjahre. Diese Methode wird auch jetzt noch häufig benutzt. Wäre das Resultat korrekt, „ist der Nebel ein stellares Universum vergleichbar mit unserer Galaxis“, folgerte Öpik. Sein Artikel wurde damals jedoch seltsamerweise nicht beachtet und von Hubble auch nicht zitiert.

Kurioserweise wäre zudem die Distanzbestimmung mithilfe der Cepheiden schon früher möglich gewesen. Diese Sterne waren rückblickend bereits auf Fotos zu erkennen, die 1909 am Observatorium von Mount Wilson gemacht und von Hubble später dann auch ausgewertet wurden. 1920 hatte Milton Humason – der zunächst als Hausmeister, dann als Assistent in der Sternwarte arbeitete und schließlich mit Hubble die „Flucht der Galaxien“ studierte – einige Kandidaten für Cepheiden auf Fotoplatten markiert, die Shapley angefertigt hatte. Dieser wies eine solche Interpretation jedoch sogleich zurück.

Revision der Revolution

Auch Hubbles Resultate waren revisionsbedürftig. Das fand Walter Baade heraus, der 1931 von der Universität Hamburg zum Mount Wilson gekommen war und dank eines von Shapley vermittelten Stipendiums schon Mitte der 1920er-Jahre dort und anderswo in den USA geforscht hatte. Während Hubble im Zweiten Weltkrieg in der militärischen Forschungseinrichtung Aberdeen Proving Ground, Maryland, an ballistischen Berechnungen mitwirkte, durfte beziehungsweise musste Baade am Observatorium bleiben (er hatte ein Reiseverbot, weil er deutscher Staatsbürger war). Und noch einen weiteren Vorteil hatte der Krieg für ihn: 1944 musste in Los Angeles und den umliegenden Städten nachts die Beleuchtung ausgeschaltet werden, um befürchtete Angriffe zu erschweren. Dadurch wurde der Nachthimmel über dem Observatorium wieder schwarz. Denn die Lichtverschmutzung durch die wachsende Metropole hatte immer weiter zugenommen (Hubble sprach vom „Los-Angeles-Nebel“ mit einem leuchtenden Kern im Stadtzentrum). So hatte Baade während der Verdunkelung ideale Beobachtungsbedingungen. Er konnte mit dem Hooker-Teleskop erstmals die Kernregion der Andromeda-Galaxie in feine Sterne auflösen – Hubble war das lediglich in den äußeren Bezirken gelungen – sowie auch die kleinen elliptischen Begleitgalaxien M32 und M110.

Außerdem entdeckte Baade, dass es zwei verschiedene Arten von Cepheiden gibt. Die eine ist sehr viel heller als die andere. Hubble nutzte (wie zuvor bereits Shapley) den falschen Typus für seine Distanzberechnung, ohne dass er dies wissen konnte.

Auch Baade vermochte das Problem erst zu lösen, als er ab 1950 die lichtschwächeren Cepheiden mit dem neuen 5-Meter-Teleskop auf dem Mount Palomar observierte. 1952 berichtete er auf der Versammlung der Internationalen Astronomischen Union in Rom darüber, zum großen Erstaunen seiner Zuhörer. Die erste ausführliche Studie veröffentlichte er erst 1956. Baade fand, dass das Universum mindestens doppelt so groß (und alt!) war wie Hubble meinte (was Allan Sandage zwei Jahre später noch einmal revidierte). Tatsächlich beträgt die Entfernung der Andromeda-Galaxie aus heutiger Sicht mehr als das Dreifache von dem, was Hubble zuletzt errechnete – rund 2,5 Millionen Lichtjahre.

„Was sind Galaxien? Vor 1900 wusste dies niemand. 1920 wussten es nur sehr wenige Menschen. Alle Astronomen wussten es nach 1924“, brachte Sandage 1961 die Revolution unseres Weltbilds auf den Punkt. Galaxien sind gewissermaßen die Bausteine des Universums. „Sie sind für die Astronomie das, was die Atome für die Physik sind. Jede Galaxie ist ein Sternensystem, das unserer Milchstraße ähnelt, von seinen Nachbarn durch einen fast leeren Raum isoliert. Populär ausgedrückt: Jede Galaxie ist ein separates Inseluniversum für sich selbst.“