Ev. Akademie_Streifzüge_Internet_2012

Streifzüge durch das All
Helmut Hornung
I. Blick zu den Ursprüngen
Dia 1: WMAP-Karte
Das Bild zeigt das Universum wenige 100.000 Jahre nach seiner Geburt. Was heißt das?
■ Am Anfang war das Nichts – oder in der Sprache der Kosmologen: „Am Anfang war ein
fluktuierendes Quantenvakuum“ (???). Weil wir darüber nichts wissen, nennen wir diesen
Zustand Weiße Epoche. Raum und Zeit existierten nicht.
■ 10-43 Sekunden später wurde aus dem Nichts ein Etwas. Damit beginnt die Graue
Epoche.
■ Nach 10-35 Sekunden bläht sich das All schlagartig auf – von der Größe eines Atomkerns
bis zur Größe einer Orange (Inflation).
■ 1. Merkwürdigkeit: Die Expansion verläuft auf ein 100.000tel Prozent exakt (Weltall
wäre entweder zu schnell expandiert oder in sich zusammengefallen!)
■ 2. Merkwürdigkeit: In der Ursuppe bilden sich aus Energie Quarks, Antiquarks und
Gluonen, aus denen später Protonen, Neutronen und Elektronen werden – und deren
Antiteilchen. Teilchen und Antiteilchen vernichten sich sofort, aber: Auf eine Milliarde
und ein Teilchen kommen eine Milliarde Antiteilchen. Daher der Begriff „asymmetrische
Schöpfung“.
■ Etwa eine Sekunde nach dem Urknall bei einer Billion Grad Celsius vereinigen sich die
Teilchen zu Wasserstoffkernen, Heliumkernen und Elektronen.
Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall lichtet sich der Nebel: Atomkerne fangen
Elektronen ein, dadurch haben die Photonen (Lichtteilchen) freie Bahn – das All wird
durchsichtig! Die Feuerwand des Urknalls bewegt sich fast mit Lichtgeschwindigkeit weg.
Die Lichtwellen werden extrem langwellig: Die Feuerwand hat sich auf eine Temperatur
von minus 270 Grad abgekühlt und leuchtet nicht mehr im sichtbaren Licht, sondern im
Bereich der Mikrowellen. Wohin die Astronomen am Himmel auch blicken, überall treffen
sie auf diesen Mikrowellenhintergrund, der im Jahr 1964 entdeckt wurde. Der Satellit
WMAP zeichnet diesen Mikrowellenhintergrund auf und blickt damit direkt auf die
Feuerwand des Urknalls. Das Bild zeigt noch Strukturen von der Größe des halben
Vollmonds und liefert den Schlüssel zum Universum.
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Hier der Steckbrief des Alls:
■ Alter: 13,7 Milliarden Jahre
■ Zusammensetzung: 73 % Dunkle Energie („Quintessenz“)
23 % Dunkle Materie („nicht-baryonisch“)
3 % Dunkle Materie („baryonisch“, ausgebrannte Sterne, Gasund Staubwolken)
1 % Sichtbare Materie („baryonisch“, Galaxien, Sterne,
leuchtende Nebel, Planeten, Monde)
■ Zukunft: Ewige Ausdehnung (mündet in die Epoche ewiger Dunkelheit)
Dia 2: Die Milchstraße
Die Milchstraße als Teil unserer Galaxis versperrt die Sicht nach draußen, so wie im
Wald die Bäume den Blick auf die Landschaft dahinter behindern. („Man sieht vor lauter
Sternen das Universum nicht“.)
Dia 3: Hubble Deep Field
Das Weltraumteleskop Hubble hat eine Schneise im Wald der Milchstraßensterne
genutzt, zehn Tage fast ununterbrochen auf einen Fleck von der Größe eines Zehntel
Vollmonddurchmessers gestarrt und dabei 342 Aufnahmen gewonnen. Das
zusammengesetzte Mosaik enthält etwa 1800 Galaxien.
Dia 4: Hubble Deep Field, vier Babygalaxien
Dieses Bild zeigt Details von Babygalaxien und führt zu den Wurzeln der Geschichte des
Kosmos. 200 bis 400 Millionen Jahre nach dem Urknall verklumpen gewaltige
Materiewolken zu den ersten Sternen. Auch die ersten Galaxien (Protogalaxien) mit
Durchmessern von nur 20 bis 30 Lichtjahren entstehen. Geburtshelfer war möglicherweise
die Dunkle Materie, die durch ihre Anziehungskraft das Material sammelt und wie in einer
unsichtbaren Grube im Raum anhäuft. In den Protogalaxien entstehen gigantische Sterne
mit 100 bis 1000 Sonnenmassen. Nach wenigen Millionen Jahren explodieren sie als
Supernovae.
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II. Quasare und Schwarze Löcher
Dia 5: Quasare PKS mit Muttergalaxien
Welche Objekte bevölkerten in der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall das Universum?
Das waren zunächst Protogalaxien, später die ersten Spiralgalaxien und die Quasare.
Quasare sind offensichtlich die aktiven Zentren von sehr jungen Galaxien. Was heißt aktiv?
Wir hörten ja schon, dass die erste Sterngeneration aus gigantischen Sonnen bestand. Als sie
am Ende ihres Lebens als Supernovae explodierten, hinterließen sie Schwarze Löcher –
Objekte, die auf engem Raum sehr viel Masse in sich vereinen und die daher über eine
unvorstellbar hohe Anziehungskraft verfügen. (Erde auf Kirschkerngröße
zusammengedrückt!) Nicht einmal Licht kann von ihren Oberflächen entweichen
(schwarz!). Aber wie ein kosmischer Gully saugen sie Materie an und schleudern sie
mithilfe von extrem starken Magnetfeldern mit rasender Geschwindigkeit in zwei Bündeln
ins All. Diese Jets sind mehrere Hunderttausend Lichtjahre lang. Die Schwarzen Löcher
der Quasare wirken als Kraftwerke und lassen die Quasare über extrem lange Strecken
strahlen. Fernster Quasar: J1120+0641, 12,9 Milliarden Jahre alt, drei Milliarden
Sonnenmassen. Hier im Bild der Quasar PKS 2349 mit seiner Muttergalaxie.
Dia 6 und Dia 7: Schwarze Löcher in Galaxien (NGC 4261 und NGC 7052)
Schwarze Löcher stecken nicht nur in jungen Galaxien oder treiben Quasare an. In den
vergangenen Jahren haben die Astronomen dank Hubble in den Zentren der allermeisten
Galaxien welche aufgespürt – natürlich indirekt. So verraten sich diese Massemonster auf
den Bildern im optischen Bereich durch helle, diskusförmige Scheiben, in denen Materie
um den kosmischen Schlund rasend schnell rotiert. Auch im Zentrum unserer Milchstraße
steckt eines: 4,3 Millionen Sonnenmassen, zusammengequetscht auf die Größe des
Durchmessers der Merkurbahn um die Sonne.
Dia 8: Schwarzes Loch und Jet in M 87
Gas wirbelt um das Zentrum der elliptischen Riesengalaxie M 87. Aus dem Schwarzen Loch
schießen Elektronen mit 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit in einem 6000 Lichtjahre
langen Jet nach außen. Die Galaxie enthält eine Billion Sterne: Könnte man pro Sekunde
zehn Sterne zählen, wäre man vom Ende der letzten Eiszeit vor 12.000 Jahren bis heute
ununterbrochen mit dem Zählen beschäftigt.
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III. Im Reich der Galaxien
Dia 9: Spiralgalaxie NGC 1232
Mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte wurde diese typische
Spiralgalaxie aufgenommen. So etwa sähe unser eigenes Milchstraßensystem aus.
Durchmesser: 100.000 Lichtjahre, Dicke: 6000 Lichtjahre, Zahl der Sterne: 100 Milliarden –
so viele, wie Reiskörner in einer großen Kirche Platz hätten. Aber: Obwohl die Galaxie
sehr kompakt aussieht, sind die Sterne unglaublich dünn gesät – sie stehen so „dicht“ wie
eine Handvoll Reiskörner, ausgestreut über Mitteleuropa.
Dia 10: Sombrero-Galaxie
Rund 28 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, am Rand des sogenannten VirgoHaufens, liegt die Sombrero-Galaxie. Wir sehen sie praktisch genau von der Kante.
Charakteristisch sind der ausgeprägte Zentralbereich und die scharf begrenzte Staubscheibe.
Das Sternsystem enthält rund 2000 Kugelhaufen – doppelt so viele wie unsere Galaxis.
Dia 11: Spiralgalaxie M 83
Dieses System – eine der schönsten Spiralen am südlichen Himmel, aber von unseren
Breiten aus gut zu sehen – ähnelt wiederum unserer Milchstraße.
Dia 12: Wagenrad-Galaxie
Die seltsame Form dieser sogenannten Wagenrad-Galaxie in 500 Millionen Lichtjahren
Entfernung rührt von der Kollision zweier Galaxien her. Problem: Keine der beiden
kleineren Sternsysteme in der Nachbarschaft scheint damit etwas zu tun zu haben. Auch hier
zeugt der bläulich schimmernde Ring von vielen Sternbabys.
IV. Sterngeburten in Galaxien
Dia 13: Zentrum von Centaurus A
Die Galaxie Centaurus A ist eine elliptische Riesengalaxie, strahlt sehr viel
Radiostrahlung aus und hat sich offenbar eine kleinere Spiralgalaxie einverleibt, von der
das dunkle Staubband stammt. Das Bild enthüllt Geburtswehen im Kernbereich dieser
Radiogalaxie.
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Dia 14: Sterngeburt in Galaxie M 33
In einer Nachbarmilchstraße leuchtet diese gigantische Gaswolke. Gehörte sie zu unserer
Galaxis und wäre sie nur wenige 1000 Lichtjahre von uns entfernt, würde sie sich über den
gesamten Himmel erstrecken.
Dia 15: Wolkenkomplex RCW 38
Und damit sind wir in unserer Milchstraße gelandet. Im Bild die Region RCW 38 in 5000
Lichtjahren Entfernung. Im sichtbaren Licht wären die Sterne hinter den Wolken nicht zu
sehen. Infrarotes Licht dagegen kann die Vorhänge aus Staub und Gas durchdringen –
und die jungen Sterne leuchten hell auf.
Dia 16: Säulen der Schöpfung im Adlernebel
Säulen der Schöpfung hat die NASA etwas pathetisch dieses Bild getauft. Es zeigt den
7000 Lichtjahre entfernten Adlernebel im Sternbild Schlange. Die Säulen bestehen aus
kühlem, dichten Gas und ragen etwa ein Lichtjahr „in den Himmel“. Sie bestehen zum
größten Teil aus molekularem Wasserstoff (zwei Wasserstoffatome, die sich zu einem
Wasserstoffmolekül verbunden haben) und Staub aus Kohlenstoff; die einzelnen
Staubkörnchen haben Durchmesser von 100.000tel Millimeter – und in einem Würfel von
100 Meter Kantenlänge fände man nur ein einziges Körnchen.
Dia 17: Orionnebel
Der bekannteste stellare Kreißsaal liegt im Sternbild Orion in etwa 1500 Lichtjahren
Entfernung. Der Komplex überdeckt am irdischen Himmel eine Fläche von drei Dutzend
Vollmonden. Die Sterne sind zum Teil nur wenige 100.000 Jahre alt – und damit wirklich
„jung“, denn: Unsere Sonne ist 10.000-mal älter.
Dia 18: Orionnebel, OMC-1-Regionen
Auf diesem Hubble-Bild zeigen sich einzelne Sterne. Aber: Die gelben kreisförmigen
Flecken sind nicht etwa deren Oberflächen, sondern Beugungsbilder!
Dia 19: Orionnebel, Detail mit einem Lichtjahr Durchmesser
Auch dieses Bild täuscht: Im Orionnebel geht es längst nicht so dicht zu, wie man glauben
könnte.
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V. Junge Sterne, Riesen und Zwerge
Dia 20: Sternenwolke im Schützen
In Richtung Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt das Zentrum unserer Milchstraße – und
wir blicken damit in eine Region mit besonders vielen Sternen.
Dia 21: Dunkelwolke Barnard 68
Kein Schwarzes Loch, sondern eine dichte Molekülwolke, die den Blick auf dahinter
liegende Sterne versperrt. Beginnen sich solche Gebilde zusammenzuziehen, werden sie zu
den Brutnestern von Sternen. Was dabei genau passiert, liegt noch weitgehend „im
Dunklen“. Übrigens: Die Wolke hat eine Temperatur von – 263 Grad Celsius.
Dia 22 und Dia 23: Jets von jungen Sternen und Jets HH1/HH2
Frisch geborene Sterne rotieren wie Eiskunstläufer bei einer Pirouette. Das rotierende Gas
kollidiert mit anderen Gasmassen und bildet eine diskusförmige Scheibe. Ein Teil des
Gases stürzt weiter auf den Stern in der Scheibenmitte. Dabei heizt es sich auf und wird
entlang der Rotationsachse wieder ausgeschleudert. Mit Geschwindigkeiten um eine
Million Kilometer pro Stunde trifft dieses Gas auf das interstellare Medium. An der
Bugwelle wird es stark abgebremst und dabei erneut aufgeheizt. Beim Abkühlen setzt es
die Energie als Licht frei.
Dia 24: Roter Überriese Beteigeuze
Der stellare Zoo umfasst eine sehr große Vielfalt von Sternen, also Sonnen. Ich möchte mich
auf zwei Typen beschränken: ganz große und ganz kleine, Riesen und Zwerge. Beteigeuze
an Orions linker Schulter gehört zu den Überriesen – am Ort der Sonne stehend, würde
Jupiter in seiner Gashülle laufen. Die Oberfläche der Gashülle ist mit 3000 Grad relativ
kühl, weshalb Beteigeuze rötlich leuchtet und als Roter Überriese bezeichnet wird. Er gilt
als heißer Kandidat für eine Supernova.
Dia 25: Brauner Zwerg Gliese 229b
In 19 Lichtjahren Entfernung haben Astronomen Mitte der 1990er-Jahre einen
verhinderten Stern gefunden – einen Braunen Zwerg. Er besitzt nur 100.000tel der
Leuchtkraft unserer Sonne, acht Prozent ihrer Masse und umläuft einen „echten“ Stern.
Bei seiner Geburt bekam er nicht genügend Materie ab, deshalb zündete der atomare
Fusionsreaktor nicht, und der Braune Zwerg schimmert vor sich hin – bis er kaum noch
Strahlung abgibt und sich zu einem Schwarzen Zwerg verwandelt hat.
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VI. Geburt von Planetensystemen
Dia 26: Urwolke
Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren sah es am Ort unseres Planetensystems so aus. Im Zentrum
verdichtete sich die Materie zur Sonne, das Material in der diskusförmigen Scheibe diente
als Bausteine für die Planeten.
Dia 27 und 28: Protoplanetare Scheiben im Orionnebel
Jahrtausendelang ließ sich über die Entstehung des Planetensystems nur spekulieren. Und:
Gibt es noch andere Planetensysteme? Im Herbst 1995 verkündeten Astronomen die
Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten. Heute (Stand: 1. März 2012) sind 760
Exoplaneten bekannt. Im Jahr 1993 hatte das Hubble-Teleskop sogenannte protoplanetare
Scheiben aufgespürt – die als Vorläufer von Planetensystemen gelten. Die Objekte liegen
bezeichnenderweise im Orionnebel, der ja als „Sternennest“ gilt.
Dia 29: Stellare Staubscheiben
Zum ersten Mal hat Hubble Staubscheiben um Sterne fotografiert, deren Licht abgedeckt
werden musste. Linkes Bild: Der helle innere Ring wird durch eine „Lücke“ vom äußeren
dunkleren Ring getrennt – möglicherweise hat die Gravitation eines ganz jungen Planeten
diesen Bereich leer gefegt. Das rechte Bild zeigt ebenfalls eine Staubscheibe um einen
220 Lichtjahre entfernten Stern. Die Ausdehnung dieser Scheibe am Himmel entspricht
der Größe einer 1-Cent-Münze in sechs Kilometern.
VII. Kosmischer Kreislauf
Dia 30: Eta Carinae
Auch Sterne müssen sterben. Riesen oder Überriesen mit mehr als der achtfachen
Sonnenmasse tun das spektakulär. Ist der Kernbrennstoff verbraucht, taumeln sie in die
Energiekrise. Hier der Todeskampf des Sterns Eta Carinae (100 Sonnenmassen), der
bereits vor 150 Jahren begann: Damals stieg die Helligkeit, weil ein heftiger Sternwind
einen Teil der Hülle ins All blies. Eta Carinae ist weiter entwickelt als Beteigeuze und wird
wohl eines Tages als Supernova hochgehen.
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Dia 31: Crabnebel
Am 4. Juli 1054 beobachteten chinesische Astronomen im Sternbild Stier einen neuen, sehr
hellen Stern. Er war sogar über mehrere Monate am Taghimmel zu sehen. Heute, 950 Jahre
später, steht am Ort der kosmischen Katastrophe dieser Nebel. Er hat es in sich: Im Zentrum
dieses 6000 Lichtjahre entfernten Gebildes sitzt die „Sternleiche“ – ein Neutronenstern.
Das ist der zusammengequetschte Kern des ehemaligen Riesensterns. Durchmesser: 20
Kilometer, Rotation: 30-mal pro Sekunde. Zwei Strahlenbündel hoher Energien schießen
aus den Polen dieses Sterns – er blinkt rhythmisch wie ein kosmischer Leuchtturm (Pulsar).
Dia 32: Cygnus Loop
Vor 15.000 Jahren explodierte eine gigantische Supernova. Heute hat sich das
Sternenmaterial am Himmel auf einen Ring von sechs Vollmond-Durchmessern verteilt.
Der Supernova-Überrest ist 2600 Lichtjahre entfernt.
Dia 33 und Dia 34: Hantelnebel und Nebel V 838 Monocerotis
Diese Bilder bieten einen Blick in die Zukunft der Sonne. In etwa fünf Milliarden Jahren
bläht sie sich zum Roten Riesen auf (Erde stirbt den Hitzetod!) und bläst danach ihre
Hülle ins All: Übrig bleibt ein Weißer Zwerg, umgeben von einem Planetarischen Nebel.
Dia 35: Unsere Sonne
Aus dem Material gestorbener Sterne formte sich unsere Sonne (hier ein Bild im Licht des
Wasserstoffs). In der Urwolke entstanden alle Planeten, natürlich auch die Erde. Das ist
vielleicht eine der erstaunlichsten Ergebnisse moderner Astronomie: Wir sind Kinder des
Kosmos (Kreislauf der Materie!). In unseren Körpern tragen wir „Sternenstaub“.
Dia 36: Merkur
Das ist nicht etwa der Mond, sondern der sonnennächste Planet Merkur – eine
kraterzerfurchte Ödnis. Der heiß-kalte Planet besitzt keine Atmosphäre, die Temperaturen
schwanken daher zwischen -170 und +430 Grad.
Dia 37 und Dia 38: Venus und Ishtar Terra
Venus ist fast so groß wie die Erde. Der Planet besitzt eine dichte
Kohlendioxidatmosphäre (90 Bar). Ein starker Treibhauseffekt prägt das Klima, die
Temperaturen liegen konstant bei +460 Grad. Nur Radaraugen vermögen den Schleier zu
durchdringen.
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Dia 39 und Dia 40: Mars und Spirit mit Airbags
Der Rote Planet ist immer für Schlagzeilen gut (kleine grüne Männchen)! Er besitzt
Jahreszeiten und Polkappen, die auch Wassereis enthalten. Hat es auf ihm Leben gegeben?
War er einmal ein Wasserplanet, der sich in einen Wüstenplanet verwandelt hat? Klare
Antworten haben auch die beiden Marsrover Spirit und Opportunity nicht geliefert.
Dia 41, Dia 42 und Dia 43: Jupiter, GRF und Io
Jupiter ist ein gigantischer Gasriese, seine Kugel könnte man mit 1300 Erden füllen! Der
Große Rote Fleck ist ein Wirbelsturm (Falschfarbaufnahme!), in dem unser Globus
bequem Platz hätte. Io zählt nicht zu den Eismonden, sondern besteht aus Schwefel
(Vulkanismus), weil er von Jupiters Gravitationskraft durchgeknetet wird.
Dia 44 und Dia 45: Saturn und Saturnringe
Saturn ist der Schönheitskönig unter den Planeten und ähnlich aufgebaut wie Jupiter. Die
Ringe bestehen aus unzähligen Eis- und Gesteinsbrocken bis zur Größe eines
Mehrfamilienhauses.
Dia 46: Mutter Erde
Wir sind „Produkte“ der Evolution. Evolution ist der Prozess, der vom Niederen zum
Höheren führt – und zwar über Selektion (Auslese) und Mutation (Veränderung). Dieser
Prozess regiert in Grundzügen auch im Universum. Erdgeschichte und biologische
Evolution sollen im Zeitraffer durchlaufen werden – zusammengepresst auf einen
(Sommer-)Tag, von Mitternacht zu Mitternacht:
■ Mitternacht: Die Erde wird aus einem Gas- und Staubnebel geboren
■ In der Morgendämmerung: Eine feste Kruste bildet sich
■ Gegen 4 Uhr: Archäen und Bakterien tauchen auf
Dia 47: Komet West
Kometen künden von den Ursprüngen des Sonnensystems. Seit Anbeginn tragen sie mehr
oder weniger unverfälschte Materie in sich. Kometen gleichen schmutzigen Eisbergen.
Man hat in ihnen sogar organische Verbindungen gefunden. Vielleicht haben sie ja einst
das Leben auf die Erde getragen?!
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Dia 48: Helicobacter pylori
Bakterien gehören mit einem Alter von etwa 3,8 Milliarden Jahren zu den ältesten
Lebewesen auf der Erde. Im Bild Helicobacter pylori. Das Bakterium trägt etwa die Hälfte
der Menschen im Magen; es spielt wohl eine wichtige Rolle bei der Entstehung von
Magengeschwüren und sogar von Magenkrebs.
Dia 49: Meteoriteneinschlag
■ Gegen 16 Uhr: Auftreten der erste Eukarionten (Zellen mit Zellkern)
■ Gegen 21 Uhr: Kambrische Explosion
■ Um 23.30 Uhr: Ein Meteoriteneinschlag löscht 70 Prozent aller Tierarten aus
(prominentestes Opfern sind die Dinosaurier).
Dia 50: Mensch und Schimpanse
■ Um 23.58 Uhr: Die ersten Menschenaffen treten auf (genetische Verwandtschaft mit dem
Menschen, da etwa 98 Prozent aller Gene gemeinsam).
■ Sieben Sekunden vor Mitternacht: Die ersten Exemplare von Homo sapiens stapfen
durch die afrikanischen Steppen.