Am helllichten Tag

Tiefschwarz muss die Nacht sein, damit Katja Poppenhäger ihrer Arbeit nachgehen kann, keine Wolken dürfen den Blick aufs Firmament verschleiern, keine Großstadtlichter dem Funkeln der Sterne Konkurrenz machen. Und schon gar nicht darf Regen aus dem Himmel herabstürzen. Dann würden die beiden millionenteuren Spiegelaugen des Teleskops beschädigt, mit dem die Astrophysikerin in die Tiefe des Universums späht.

Als sich Poppenhäger an einem Junimorgen um kurz nach acht bereit macht für den Blick ins All, flutet der heimische Zentralstern das Gelände des Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP) allerdings längst mit etwa 20.000 Lumen pro Quadratmeter; hinter den heruntergelassenen Jalousien des Beobachtungsraums herrscht daher nicht tiefschwarze Nacht, sondern bestenfalls Zwielicht. Gewiss, zur selben Zeit starrt auf einem Dreitausender in der Wüste Arizonas das Large Binocular Telescope (LBT) durch den von keiner irdischen Lichtquelle gestörten Nachthimmel auf einen Billiarden Kilometer entfernten Stern. Hier in Potsdam aber stellt Poppenhäger ihren lila karierten Rucksack in eine Ecke, lehnt den Kaffee, den ihr der bereits anwesende Kollege anbietet, freundlich ab und wirft einen Blick auf das, was das LBT aus Arizonas Nachthimmel rüberschickt: ein gutes Dutzend Graphen, Kurven und Zahlenreihen auf einem übergroßen Monitor.

Sterne zu beobachten heißt vor allem: viel Kaffee trinken, sagt Poppenhäger, Professorin für Astrophysik an der Universität Potsdam und seit 2024 auch Direktorin des AIP. Die eigentliche Arbeit kommt später. Poppenhägers Spezialgebiet ist es, Planeten in anderen Sonnensystemen – sogenannte Exoplaneten – sowie deren Atmosphären und Magnetfelder zu untersuchen. Ich würde gern herausfinden, unter welchen Umständen wir bei erdgroßen Exoplaneten eine stabile Atmosphäre erwarten können. Dann, so Poppenhäger, wäre es viel leichter, Kandidaten zu finden, auf denen Bedingungen herrschen könnten wie auf der Erde. Aber: Wie findet man überhaupt Planeten am nächtlichen Firmament? Wie kann Poppenhäger Aussagen über die Atmosphären unermesslich weit entfernter Himmelskörper treffen? Und wie will sie solche Fragen beantworten, wenn sie nebenbei ein Forschungsinstitut mit 230 Mitarbeitenden mitleitet?

Exoplaneten, die kein eigenes Licht erzeugen, bleiben in aller Regel auch durch Hochleistungsteleskope wie das LBT unsichtbar. Selbst das Licht der größten Sterne fangen sie nur in Form von kaum mehr als vier pixelartigen Quadraten ein (der arg detailarme Kopf der Spielfigur in »Super Mario World« von 1991 bestand aus 132 Pixeln). Herauszufinden, was sich auf einem unsichtbaren Staubkorn tut, das im Dunkel der Nacht um einen einzelnen Lichtpunkt kreist – wie soll das also gehen?

Ja, sagt Poppenhäger einige Tage vor dem Beobachtungstermin in ihrem hellen, aufgeräumten Eckbüro und rutscht auf ihrem Stuhl nach vorn. Obwohl die Frage sie kaum mehr herausfordern dürfte als Einmaleins-Übungen, leuchten ihre Augen auf. Wie hell das Licht eines Sterns auf den verschiedenen Wellenlängen des Farbspektrums ist, sagt uns, aus welchen Elementen er besteht. Wenn ein Planet vor dem Stern vorbeizieht, verdunkelt er dessen Licht auf bestimmten Wellenlängen mehr als auf anderen. So können wir messen, aus welchen Elementen sich seine Atmosphäre zusammensetzt. Bisher funktioniert diese sogenannte Transitmethode aber nur mit jupiterähnlichen Gasplaneten, in die unsere Erde weit über 1.000-mal hineinpassen würde. Ein noch höher auflösender Blick ins Schwarze, der auch kleinere Gesteinsplaneten wie die Erde erfassbar machen würde, wäre nur mit extrem großen Teleskopen möglich, die zwar geplant, aber noch längst nicht gebaut sind.

Meistens arbeitet das Universum eben nicht so, wie wir das gern hätten, sagt Poppenhäger. Und in den Fällen, in denen das Licht, das ein Teleskop erfasst, einen Schatz birgt, fällt dies während der Beobachtung niemandem auf. Zunächst müssen die Daten aufbereitet werden, üblicherweise mit einem Code in der Programmiersprache Python, der vorgibt, wie die Messwerte verarbeitet werden sollen. In der Zeit nach der Promotion untersuchte Poppenhäger einmal die Röntgenstrahlung eines Sterns, während ein Gasplanet vorbeizog. Die Auswertung der Daten zeigte, dass die Atmosphäre des Planeten anderthalbmal so stark war, wie es die Analyse des sichtbaren Lichts nahegelegt hatte. Zu interpretieren, was wir bei Beobachtungen eigentlich sehen und daraus Schlüsse zu ziehen, beansprucht ähnliche Bereiche des Hirns wie künstlerische Arbeit, sagt Poppenhäger. Das ist der spannendste Teil meines Jobs.

Der Posten als Direktorin, den sie im Herbst 2024 antrat, hätte leicht dazu führen können, dass ihr vor lauter Gremiensitzungen, Grußworten und Drittmittelwerbung keine Zeit mehr für die Schatzsuche bleibt. Dem versucht Poppenhäger entgegenzuwirken, etwa indem sie als erstes Mitglied der Institutsleitung weiterhin eine eigene Forschungsgruppe führt. Oder indem sie den Arbeitstag in zwei Hälften teilt. Vormittags, wenn ich ausgeruht bin, gucke ich mir Datensätze an, die in der Nacht zuvor aufgenommen worden sind und denke darüber nach, wie die Ergebnisse helfen, unsere Fragestellungen zu beantworten. Zurzeit untersucht sie mit einer Doktorandin, warum sich einige sonnenähnliche Sterne viel schneller drehen, als gemäß der gängigen Hypothese zu erwarten wäre. Dafür, also für die eigentliche Wissenschaft, sagt Poppenhäger, brauche sie ihre ganze Brainpower. 

Das Institut leitet sie dann am Nachmittag. Face-to-Face-Aufgaben, bei denen es um Kommunikation und Abstimmung geht, kriege ich auch nach einem großen Mittagessen noch hin. Den Luxus, ihre Arbeitszeit systematisch einteilen zu können, sagt Poppenhäger, könne sie sich erst leisten, seit sie den Posten als Direktorin angetreten habe. Jetzt kann mir niemand mehr einfach ein Meeting in den Kalender drücken. Ihre Stellung als Direktorin will sie nutzen, um Messinstrumente für neue Teleskope zu bauen oder neue Forschungsgruppen einzurichten, die etwa die chemische Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten untersuchen sollen.

Damit sie nicht versehentlich doch die Forschung über der Verwaltungsarbeit vergisst, hat Poppenhäger sich um einen EU-Zuschuss für ein Forschungsprojekt beworben. Sie will herausfinden, wie die auf Exoplaneten anfangs vorhandene erste Atmosphäre aus Helium und Wasserstoff verdampft und durch eine zweite Atmosphäre ersetzt wird. Auf der Erde setzte sich diese vor allem aus Wasserdampf und Kohlendioxid zusammen, die durch Kometeneinschläge und Vulkanausbrüche freigesetzt wurden (heute atmen wir die Luft der dritten Atmosphäre, die zu einem Fünftel aus dem lebensnotwendigen Sauerstoff besteht, den nur Pflanzen in diesem Maß herstellen). Die Förderung wurde im Dezember 2024 bewilligt und ist daran geknüpft, dass Poppenhäger 40 Prozent ihrer Arbeitszeit darauf verwendet. Jetzt werde ich auch von außen verantwortlich gehalten, aktiv weiterzuforschen.

Die Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten zu untersuchen, ist weit entfernt von der Sinnlichkeit der alten Sternenkunde, dem unmittelbaren Blick auf die Erhabenheit der Milchstraße. Wenn mich Leute nach Sternen am Nachthimmel fragen, weiß ich meistens auch nicht, wie die heißen, sagt Poppenhäger. Den Hochleistungsteleskopen, mit denen sie ihre Daten erhebt, kommt sie in der Regel nicht einmal nahe. Wo frühere Astronomen an Okularen schraubten und Objektive justierten, schickt Poppenhäger eine E-Mail an das Personal des Teleskops, in der sie ihren Beobachtungswunsch formuliert. Dort richtet dann ein Techniker die Spiegel aus, überwacht eine diensthabende Astronomin die laufende Beobachtung. Aber gerade diese hochtechnologische Arbeitsteilung macht den Einsatz von Geräten wie dem LBT so aufregend. Denn wer im Havelland oder der Eifel – zwei der dunkelsten Gegenden Deutschlands – nachts den Kopf in den Nacken legt, sieht mit den eigenen Augen nur ein paar tausend Sterne. Statistisch ist es sehr unwahrscheinlich, dass einer von denen etwas Interessantes macht, sagt Poppenhäger.

Sie steht auf, verlässt das erst kurz zuvor eingeweihte neue Institutsgebäude, in dem ihr Büro liegt, durchquert den kleinen Park und betritt ein sandfarben verputztes Gebäude mit drei hellen Kuppeln. Poppenhägers frühe Vorgänger errichteten die als Humboldthaus bekannte Sternwarte vor über 100 Jahren. Mit ihrem Generalschlüssel öffnet sie die Tür zu dem Raum unter der größten Kuppel. Darin ragt ein weiß lackiertes Metallrohr von der Höhe eines Einfamilienhauses himmelwärts, ein als »Großer Babelsberger Refraktor« bekanntes, 1915 angefertigtes Linsenteleskop. Die Brennweite des Objektivs beträgt zehn Meter, das ist etwa das 20-Fache der überdimensionalen Teleobjektive in der Tier- oder Sportfotografie. Auf diese Weise lässt sich etwa die 32 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie M65 beobachten. Damals war diese Technik sensationell, sagt Poppenhäger. Aber die meisten Sterne, die mich heute interessieren, könnten wir damit nicht untersuchen.

Angesichts des Tempos, in dem sie redet, läuft und – soweit sich das von außen beurteilen lässt – auch denkt, weist Poppenhäger eine gewisse Ähnlichkeit zu den sogenannten Sternen der Hauptreihe auf, die unablässig gewaltige Mengen an Energie freisetzen. Als nächstes sperrt sie eine Tür auf, die zu einem weiteren, kompakteren Teleskop von 1963 führt, das viel tiefer ins Universum blickt als der Refraktor. Poppenhäger zieht an einem Seil, in der Kuppel öffnet sich ein Spalt und gibt einen schmalen Streifen Himmel frei. Das Licht der Sterne fängt das Gerät mit einem Spiegel ein, im Prinzip genau wie das LBT in Arizona. Nur dass der Rundspiegel des Potsdamer Teleskops 50 Zentimeter weit ist, während jeder der beiden Reflektoren des LBT über acht Meter misst. 

Mit diesen Riesenaugen nimmt es am Nachthimmel etwa eine Million Mal mehr Sterne wahr als das bloße Auge und immer noch dutzendfach mehr als das historische Spiegelteleskop. Neben der Zahl der sichtbaren Himmelskörper wächst auch das Alter des Lichts mit der Beobachtungstiefe: Ein 13 Milliarden Lichtjahre entferntes Objekt sehen wir auf der Erde also in seinem Zustand vergleichsweise kurz nach dem Urknall.

Zumindest aus der Laienperspektive umweht die Erkenntnisse, nach denen die Astronomie strebt, etwas Metaphysisches. Der Blick an den Anfang der Zeit, auf den Ursprung des Lebens – mit derlei Größenordnungen kommen Menschen in erdverbundeneren Berufen höchstens durch die Bibel in Kontakt. Für manche mag der Glaube das natürliche Gegengewicht zu dieser Unermesslichkeit sein, andere verzweifeln daran (es gibt sogar ein Wort für die Angst vor der Unendlichkeit: Apeirophobie). Poppenhäger, die nicht gläubig ist, nähert sich dem Phänomen auf pragmatische Weise: Dass das Universum unendlich ist, finde ich eigentlich ganz nett.

Der Astrophysikerin ist etwas gelungen, woran viele in der Spitzenforschung scheitern: Sie hat die Sprache der Menschen außerhalb des Institutsgeländes nicht verlernt. Die Monde von Exoplaneten bezeichnet sie als zu funzlig für eine Teleskopbeobachtung, Sterne nennt sie auch gern mal diese Dinger, ihren Doktoranden stellt sie dumme Fragen. Sie trägt weder das Businesskostüm der dynamischen Institutsmanagerin, noch entspricht sie dem Klischee der zerzausten Exzentrikerin im Elfenbeinturm. Dass ein Großteil ihrer Kleidung schwarz ist, hat vermutlich so wenig mit Astronomie zu tun wie die Tatsache, dass sie einen Opel Astra fährt.

Nach dem Interview tritt sie auf den Flur vor ihrem Büro und ruft drei ihrer Jungs und Mädels zusammen. Es gilt, einen Datensatz für die Veröffentlichung vorzubereiten. Die vier setzen sich auf ein kürbisfarbenes Ecksofa und besprechen die Messwerte, die einer der Astronomen mit dem Very Large Telescope in Chile erfasst hat. Poppenhäger hockt neben den anderen am Rand des Sofas, stellt Fragen, macht Vorschläge. Wer die Szene ohne Vorwissen beobachten würde, hätte Mühe zu erkennen, wer die Chefin ist. Offenbar führt die ständige Beschäftigung mit dem schwerelosen Raum nicht zwangsläufig dazu, dass die Bodenhaftung nachlässt.

Die sieht beinahe perfekt aus, sagt Poppenhäger, als der Laptop des Kollegen eine Kurve mit einem zentralen, v-förmigen Ausschlag nach unten anzeigt. Eine perfekte Kurve bedeutet, dass der Stern sich berechenbar verhält. Etwaige Abweichungen bei Messungen, die auf einen umkreisenden Planeten gerichtet sind, wären also nicht vom Stern verursacht, sondern womöglich vom Magnetfeld des Exoplaneten. Wir vermuten, dass ein starkes Magnetfeld dabei hilft, dass ein Planet eine stabile Atmosphäre behalten kann, sagt Poppenhäger – eines der Merkmale, das die Erde von allen bisher bekannten Exoplaneten unterscheidet. Trifft ihre Hypothese zu, würde das die Suche nach erdähnlichen Himmelskörpern erleichtern: Kandidaten ohne eigenes Magnetfeld ließen sich guten Gewissens direkt aussortieren.

Was wiederum eine Grundlage für den übernächsten Schritt wäre. Langfristig würde ich gern herausfinden, ob es auf einem der gut beobachtbaren Exoplaneten, die in einer bewohnbaren Zone liegen, Biosignaturen gibt, sagt Poppenhäger. Es dürfte kein Zufall sein, dass sie ausgerechnet diesen Satz im supervorsichtigen Forschungssprech sagt. Denn in ihm steckt die große Frage, die sich wohl alle Menschen stellen, egal wie viel sie von Astronomie verstehen.

Eine bewohnbare Zone kann entstehen, wenn ein Planet so um seine Sonne kreist, dass diese regelmäßig Temperaturen zwischen null und 100 Grad Celsius erzeugt, eventuell vorhandenes Wasser also in flüssiger Form vorläge. Der entscheidende Begriff in Poppenhägers Satz ist aber Biosignaturen. Sie wären etwa vorhanden, wenn eine Atmosphäre mehr als das besagte Fünftel Sauerstoff enthält. Dieser verbindet sich äußerst leicht mit anderen Elementen; ein so hoher Anteil des Stoffs ist nach menschlichem Wissen nur möglich, indem Pflanzen ihn ständig neu freisetzen. Es wäre der Nachweis von außerirdischem Leben.

Im April 2025 entdeckte ein Forschungsteam aus Großbritannien und den USA mithilfe eines Weltraumteleskops einen Exoplaneten, dessen Atmosphäre potenzielle Biosignaturen enthält: Schwefelverbindungen, die auf der Erde nur von Lebewesen erzeugt werden. Allerdings ist umstritten, ob es sich wirklich um Biosignaturen handelt; dieselben Verbindungen wurden bereits im – unbelebten – Schweif von Kometen beobachtet. 

In jedem Fall wäre Leben, das wir als solches erkennen können, höchstwahrscheinlich einzellig, sagt Poppenhäger. Auch auf der Erde waren Einzeller über Jahrmilliarden die einzigen Lebensformen, es sei schlicht statistisch erwartbar. Ich glaube nicht, dass wir in meiner Lebensspanne eine Zivilisation finden werden, mit der wir kommunizieren könnten. Aber falls doch: Würde sie Kontakt aufnehmen? Es dauert ein paar Sekunden, bis sie sich entschieden hat, aber in diesem Fall siegt die Neugier über die Bodenhaftung. Ja, das würde ich, sagt Poppenhäger.