SCHON GEWUSST? Kosmische Fragen, irdische Antworten

Sch on gew uss t?
Gab es den Urknall wirklich?
Was war vor dem Urknall?
Die Astronomen sind davon überzeugt, dass das Universum
in einer Art kosmischer Explosion entstanden ist. Sie schlie­
ßen das aus der Tatsache, dass sich praktisch alle Galaxien,
die sie heute beobachten, voneinander wegbewegen. Lässt
man diese Entwicklung in Gedanken rückwärtslaufen, so
müssen alle Galaxien vor etwa 13,7 Milliarden Jahren von
einem Punkt ausgegangen sein.
Das weiß niemand. Selbst mit den größten
Teleskopen können die Astronomen nicht
bis an den Anfang der Welt schauen. Auch
die Physik gibt uns leider keine Antwort
auf diese Frage, denn nach der heutigen
Vorstellung sind Raum und Zeit erst im
Urknall entstanden. Es gibt aber keine
­physikalische Theorie, die diesen Zustand
beschreiben kann. Deswegen wissen wir
auch nicht, ob bereits vor unserem Univer­
sum ein anderes Universum existierte, in
dem vielleicht auch menschenähnliche
Wesen lebten, die sich dieselben Fragen
stellten wie wir.
Kann man den Ort, an dem
der Urknall stattgefunden hat,
am Himmel sehen?
Nein, einen bestimmten Ort gibt es gar nicht. Denn der
Urknall fand nicht in einem bereits vorhandenen Universum
statt. Vielmehr ist unser Universum erst zusammen mit Zeit
und Raum, Materie und Licht im »Big Bang« entstanden.
Seitdem dehnt es sich unablässig aus. Man kann sich das
vorstellen wie einen Luftballon, den man aufbläst. Auch im
Inneren des Ballons oder auf seiner Oberfläche gibt es ja
keinen Punkt, in dem er entstanden ist.
Was ist eine Supernova?
Nichts im Universum währt ewig. Selbst Sterne
hören irgendwann auf zu leuchten. Das geschieht
dann, wenn sie den Brennstoff in ihrem Inneren
verbraucht haben. Sterne verbrennen allerdings
nicht Benzin, sondern sie verschmelzen Atom­
kerne miteinander. Dabei wird Energie frei. Bei­
spielsweise wandeln sie Wasserstoff in Helium
um. Physiker nennen diesen Vorgang Fusion (von
lateinisch: fusio = das Schmelzen). Sehr große
Sterne, die viel schwerer sind als die Sonne, haben
ihren Brennstoff nach einigen Millionen Jahren
aufgebraucht. Dann brechen sie innerhalb eines
Augenblicks in sich zusammen. Dabei wird die
Materie so dicht zusammengedrückt, dass viele
kleine Elementarteilchen entstehen, die Neu­
trinos. Wie Bienen in einem Schwarm rasen sie
aus dem zusammenbrechenden Stern heraus
und reißen dessen äußere Gashülle mit sich. Die
erhitzt sich dabei und leuchtet kurzzeitig extrem
hell auf. Dieses letzte Aufleuchten des einstigen
Sterns nennt man Supernova.
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NASA / CXC / MIT / University of Massachusetts / M. D. Stage et al.
Kosmische Fragen, irdische Antworten
Warum gibt es den Mond?
NASA
Wahrscheinlich ist der Mond das Ergebnis eines kosmischen Zusammen­
stoßes. Als sich die Erde gerade gebildet hatte, war sie noch sehr heiß. Teile
der Oberfläche bestanden aus flüssiger Lava, während die schweren Metalle
wie Eisen und Nickel großteils zum Erdmittelpunkt hin abgesunken waren.
Zu dieser Zeit stieß unser Planet mit einem unbekannten anderen Körper
zusammen. Er muss in etwa so groß wie der Mars gewesen sein, also
kleiner als die Erde. Bei dem Aufprall wurden die äußeren, steinigen
Bereiche der beiden Himmelskörper weggesprengt. Ein Teil des Materials
blieb aber in einer Umlaufbahn um die Erde und verdichtete sich zu dem,
was heute unser Mond ist.
Wie viel Mondgestein gibt es auf der Erde?
Von 1969 bis 1972 sind sechs bemannte Apollo-Fähren auf dem Mond gelandet. Die Astronauten brachten
in Tresoren
insgesamt etwa 382 Kilogramm Mondgestein mit zur Erde zurück. Heute lagert das Meiste davon
on,
der amerikanischen Weltraumbehörde NASA. Aber auch die zweite damalige Weltmacht, die Sowjetuni
den
auf
gelangte in den Besitz von Staub und Gestein vom Mond. Sie schickte dazu unbemannte Sonden
. Ihr
Erdtrabanten. Außerdem wurden auf der Erde rund 180 Meteoriten gefunden, die vom Mond stammen
Mond
dem
auf
Gesamt­gewicht beträgt etwa 70 Kilogramm. Sie gelangten zur Erde, als andere Meteoriten
ld
einschlugen. Dabei schleuderten sie Gestein aus dem Boden. Einige dieser Brocken konnten das Schwerefe
des Monds verlassen und fielen irgendwann auf unseren Heimatplaneten.
Wie schnell fliegen
wir durchs All?
Wie entstand die Erde?
Am Anfang der Erde stand ein winziges Staubteil­
chen. Es befand sich in einer riesigen, scheiben­
förmigen Wolke aus Gas und Staub, die sich wie ein
Frisbee drehte. Die Schwerkraft sorgte dafür, dass
sich im Zentrum dieses Gebildes die Materie zusam­
menzog. Sie verdichtete sich so stark, bis daraus die
Sonne entstand. In den Außenbereichen der sich
immer noch drehenden Scheibe stießen immer
wieder Staubteilchen zusammen, blieben aneinan­
der hängen und wuchsen dabei zunächst bis zur
Größe von Kieselsteinen heran. Dann ­lagerten sich
die Steine aneinander und wurden so immer größer.
Nach einigen Millionen Jahren hatten sich auf diese
Weise an mehreren Stellen in der Staubscheibe die
Planeten des Sonnensystems gebildet – auch unsere
Erde. Das war nach den Berechnungen der Wissen­
schaftler vor 4,56 Milliarden Jahren. Die Planeten
umkreisen die Sonne heute auf verschiedenen
Bahnen, wobei die Erde von der Sonne aus gesehen
der dritte Planet ist.
Wenn wir zu Hause auf dem Sofa sitzen, wirkt
alles ganz ruhig. Doch in Wirklichkeit rasen
wir auf dem »Raumschiff Erde« mit unglaub­
lich hoher Geschwindigkeit durchs All. Dabei
vollführen wir gleich drei Bewegungen auf
einmal: Erstens rotiert die Erde um die eigene
Achse. Weil der Abstand zur Drehachse am
Äquator am größten ist und an den Polen am
kleinsten – nämlich null –, ist die Drehge­
schwindigkeit von Menschen am Äquator am
höchsten: Sie fahren mit 1666 Kilometern pro
Stunde Karussell, in Berlin sind es immerhin
noch 1020. Zweitens kreist die Erde als Ganzes
mit 107 000 Kilometern in der Stunde um die
Sonne, und drittens rast das Sonnen­system
mit 800 000 Kilometern pro ­Stunde um das
Zentrum der Milchstraße – und wir düsen mit.
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Das auffälligste Merkmal des Planeten Saturn sind seine Ringe. Ihr könnt sie bereits in einem
kleinen Fernrohr erkennen. Tatsächlich handelt es sich um Tausende von Einzelringen. Sie beste­
hen aus Eis- und Staubteilchen, die den Planeten wie eine Schar winziger Monde umkreisen.
Als Ganzes betrachtet, bildet das Ringsystem das flachste bekannte Objekt im Universum. Der
Durchmesser der Hauptringe beträgt 280 000 Kilometer, das ist mehr als 20-mal so groß wie der
Erddurchmesser. Aber sie sind nur etwa 30 Meter dick. Würde man die Ringscheibe mit einer
Verkleinerungsmaschine auf die Größe eines Fußballstadions schrumpfen lassen, dann betrüge
ihre Höhe nur einen halben hunderts­tel Millimeter – sie wäre dünner als ein Blatt Papier!
Woher stammen die Atome,
aus denen mein Körper besteht?
Jedes Wasserstoffatom in einem Wasser­molekül, das zu
Hause aus dem Wasserhahn kommt, im Regen zur Erde
fällt oder im Meer vor sich hin treibt, entstand beim
Urknall. Die schwereren Elemente hingegen, wie Kohlen­
stoff, Stickstoff und Sauerstoff, sind erst viel später ent­
standen – im Inneren der Sterne. Denn immer wenn ein
Stern als Supernova explodiert, ­schleudert er neue Sub­
stanzen ins All. Irgendwann landen sie in großen Staub­
wolken und werden so auch in neu ­entstehende P
­ lane­ten
eingebaut. Auf unserer Erde gelangt das Material schließ­
lich in Pflanzen, Tiere – und uns Menschen. Da der
menschliche Körper zu rund 70 Prozent aus Wasser be­
steht, schleppt jeder von uns sogar zeitlebens ein gutes
Stück Urknall mit sich herum!
Weißt du, wie viel Sternlein stehen?
In einer völlig klaren Nacht erkennen wir fernab von
störenden Straßenlampen mit bloßem Auge etwa
3400 Sterne. Schon mit einem guten Feld­stecher wächst
die Zahl auf über eine Million an!
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NASA, JPL / SSI
Woraus bestehen
die Ringe des Saturns?
Was verstehen Astronomen unter einem
»Elefantenrüssel« wie
dem im Foto unten?
Elefantenrüssel sind kühle,
längliche Staubwolken, die in
heiße, leuchtende Gasnebel
hineinragen. Wissenschaftler
vermuten, dass im Inneren der
Gebilde neue Sterne entstehen.
NASA / ESA, Hubble
Wie fühlt sich Schwerelosigkeit an?
NASA / ESA, STScI / AURA
In der Internationalen Raumstation (ISS) schweben
Astronauten stets schwerelos umher. Aber warum
eigentlich? Auf der Erde wirkt – wie auf jedem ande­
ren Himmelskörper auch – die Schwerkraft. Sie zieht
uns in Richtung Erdmittelpunkt. Wenn wir auf einer
Waage stehen, zeigt sie daher unser Gewicht an.
Genauer gesagt zeigt sie die Kraft an, mit der die
Schwerkraft uns gegen die Waage zieht. Wenn aber
eine solche Unter­lage fehlt, sind wir schwerelos. Das
kann jeder für einen kurzen Augenblick spüren, der
im Schwimmbad von einem Fünfmeterturm springt.
Während dieses freien Falls sind wir auch auf der
Erde schwerelos! Die Schwerkraft nimmt mit zuneh­
mender Entfernung von der Erde ab. In einer Höhe
von 400 Kilometern, wo die ISS kreist, würden wir
nur noch knapp 90 Prozent unseres normalen Kör­
pergewichts besitzen. Die Astronauten sind aber
komplett schwerelos, sie wiegen gar nichts. Warum
ist das so? Weil ihre Station samt Inhalt um die Erde
kreist. Physiker sagen, sie befindet sich ständig im
freien Fall. Die Situation ist ähnlich wie beim Hüpfen
vom Sprungturm, nur dass die ISS nicht in gerader
Linie vom Himmel fällt, sondern auf einer Kreisbahn
bleibt.
Was passiert, wenn zwei
Galaxien zusammenstoßen?
Der Crash von zwei Galaxien ist der schwerst­
mögliche Unfall im Universum. Den einzelnen
Sternen innerhalb der Galaxien geschieht aber im
Allgemeinen nichts, weil sie außerordentlich
spärlich verteilt sind: Hätten sie die Größe von
Tennisbällen, so würden nur drei bis vier auf der
Fläche Deutschlands Platz finden. Beim Zusam­
menstoß zweier Galaxien ist deshalb die Wahr­
scheinlichkeit, dass hierbei auch zwei Sterne
aufeinanderprallen, extrem gering. Dennoch
bleiben solche kosmischen Crashs nicht folgenlos:
Denn die Gas- und Staubwolken der beiden
­Galaxien rasen ineinander. Dabei kommt es zu
Verwirbelungen, die in Form langer Arme aus den
Galaxien herausgezogen werden. Vor allem aber
verdichten sich die Wolken an vielen Stellen. Durch
diese Verklumpungen können dann Tausende
oder Millionen neuer Sterne entstehen.
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