Wer sich in der Naturwissenschaft einigermaßen auskennt, wird beim Namen Schwarzschild vermutlich zuerst an Schwarze Löcher denken. Der deutsche Astronom Karl Schwarzschild hat 1916 als einer der Ersten eine genaue Lösung der Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein geliefert und darin unter anderem das beschrieben, was wir heute den »Ereignishorizont« oder den Schwarzschild-Radius eines Schwarzen Lochs nennen. Das ist, vereinfacht gesagt, die Grenzfläche zwischen dem normalen Weltall und der Region um ein Schwarzes Loch, aus der kein Licht mehr entkommt.

Karl Schwarzschild hat seinen Namen aber nicht nur in der Beschreibung Schwarzer Löcher hinterlassen. Aus Sicht der Astronominnen und Astronomen des frühen 20. Jahrhunderts war diese Formel vermutlich sehr viel relevanter:

Karl Schwarzschild hat diese Gleichung während der beiden Jahre entwickelt, in denen er nach seiner Promotion in München an der Kuffner-Sternwarte in Wien gearbeitet hat. Er beschäftigte sich dort ab 1896 mit der Fotometrie von Sternhaufen. Die Jahrhundertwende war auch die Zeit, in der die Fotografie in der Astronomie eine immer wichtigere Rolle spielte. Zuvor war die Messung von Sternhelligkeiten keine wirklich exakte Wissenschaft. Das einzige Messinstrument, das zur Verfügung stand, war das menschliche Auge: Man musste das, was man durch das Teleskop sah, mit anderen Lichtquellen vergleichen. Zwar wurde versucht, dieses Verfahren durch normierte Abläufe und Vergleichsquellen einigermaßen reproduzierbar zu machen. Aber erst als man das Auge durch fotografische Platten ersetzen konnte, waren echte wissenschaftliche Messungen möglich. Zumindest im Prinzip. Denn in der Praxis gab es in diesem Bereich noch immer offene Fragen.

Lässt man das Licht der Sterne durch ein Teleskop auf eine Fotoplatte fallen, bewirken die chemischen Vorgänge in der Emulsion eine Schwärzung. Die Sterne erscheinen nach der Entwicklung als schwarze Punkte oder Scheiben. Das Ausmaß der Schwärzung hängt aber nicht nur von der Intensität des Sternenlichts ab, sondern natürlich auch von der Belichtungszeit und den chemischen Details des verwendeten Films. Man muss verstehen, wie all das zusammenhängt, um die Daten aus den Fotoplatten in astronomische Helligkeiten umzurechnen.

Schwarze Punkte als Sterne

Damals ging man noch davon aus, dass die Intensität E und die Belichtungszeit t reziprok zusammenhängen, das heißt: Solange ihr Produkt konstant ist, wird man dieselbe Schwärzung auf der Fotoplatte erhalten. Karl Schwarzschild hat bei seinen Untersuchungen allerdings festgestellt, dass das unter extremen Bedingungen nicht mehr stimmt. Belichtet man bei sehr hoher Intensität nur sehr kurz oder sehr lang, dann muss man den mathematischen Zusammenhang zwischen den beiden Größen umformulieren. Die Zeit geht dann nicht mehr linear in die Gleichung ein, sondern mit einem Exponenten p, der Schwarzschild-Exponent genannt wird.

Aus heutiger Sicht mag diese Entdeckung nicht sonderlich aufregend erscheinen, insbesondere dann, wenn man sie mit den spektakulären Schwarzen Löchern vergleicht. In der Astronomie arbeitet man auch schon lange nicht mehr mit Fotoplatten, sondern nutzt digitale Techniken. Aber fast das ganze 20. Jahrhundert lang war die Wissenschaft auf die analogen Methoden der Fotografie angewiesen und darauf, diese Methoden mathematisch-physikalisch zu verstehen. Die exakte Bestimmung der Helligkeit ist das Fundament, auf dem der Rest der Astronomie ruht. Karl Schwarzschilds Arbeit über die Schwärzung von Fotoplatten war daher mindestens so wichtig wie seine Erkenntnisse über die Schwarzen Löcher im Weltall.