Astronomie – Ein Ausblick zu den Sternen

Sterne sind nicht nur Sterne, die schön aussehen und einen romantischen Nachthimmel erzeugen, sondern es sind riesige, unfassbar heiße Gasgebilde, die über Jahrmilliarden brennen. Sie werden geboren, leben und sterben, sie haben eine Familie – ihre Sonnensysteme, mal größer und mal kleiner – und bilden zusammen galaktische Großstädte, wie zB. die Milchstraße, in der wir selber leben.

Die Astronomie bietet einen riesigen Fundus faszinierender Fakten und sie lenkt den Blick von unserem begrenzten Horizont hinaus in die „unendlichen“, und doch endlichen Weiten. Auf dieser Seite möchte ich meine Begeisterung mit euch teilen.

All-Gemeines

Woher kommt mein Interesse an der Astronomie?

Dieses Interesse hat nicht einfach irgendwann begonnen, ich erinnere mich daran, dass ich die Reihenfolge und Namen der Planeten schon wusste, ohne in der Schule davon gehört zu haben. Ich wusste schon immer, dass wir auf dem Planeten Erde leben, der um die Sonne kreist – ohne mit 12 von Lehrern darüber aufgeklärt zu werden. Das liegt einerseits daran, dass mein Vater durch lange Gespräche als Kind bei mir die Neugierde geweckt hat und ich andererseits schon während der Grundschule die ‚Was ist was‘-Kinderwissenschaftsbücher verschlungen habe.

1992, als ich 10 war, las ich das erste mal darüber, dass es 1999 über Süddeutschland eine totale Sonnenfinsternis geben sollte und freute mich wahnsinnig darauf. Leider war das Ergebnis am 11. August 99 wegen der Wolkendecke einfach nur enttäuschend, und somit lässt meine totale-Sonnenfinsternis-Erfahrung auf sich warten.

Ebenso verfolgte ich mit Interesse die Pathfinder-Marsmission 1996. Schon Wochen vorher bastelte ich mir einen Kalender, in dem ich die verbleibenden Tage bis zur Landung abstreichen- und die jeweiligen Nachrichten über die Mission eintragen konnte.

Mit 15 Jahren beschloss ich, Astronomie zu studieren und Wissenschaftler zu werden. Ich hoffte, dass ich einmal unter den ersten sein könnte, die den Mars betreten. Das war auch mein erster konkreter Berufswunsch und ich nahm ihn völlig ernst. Nach der Realschule wechselte ich, obwohl ich von Schule die Nase voll hatte, auf ein weiterführendes Gymnasium, um wegen dem Studium das Abitur zu machen. Dann kam die Fliegerei und damit andere Interessen, die mich ablenkten, und so wurde aus diesem Studium (und dem Abitur zu diesem Zeitpunkt) nichts.

Ich liebe die Astronomie noch immer sehr, aber so fit mit Daten und Fakten wie früher bin ich nicht mehr. Es gab Zeiten, da hätte ich vermutlich jede Frage zu dem Thema beantworten und mit ein oder zwei Buchquellen belegen können.

Am meisten interessiere ich mich für…

• den Verlauf des Lebens eines Sterns und verschiedene Sterntypen
• den Ursprung und die Zukunft des Universums -> Hier eine etwas vernebelte Geschichte von einem der letzten Menschen im All.
• Raumreisen und ‚die Sache mit der Zeit‘ und den Entfernungen
• die Frage, ob es außer den Menschen noch weiteres intelligentes, weiter entwickeltes Leben in unserer Galaxie gibt -> Hier ein von mir übersetzter Text über das Fermi-Paradoxon, das sich mit dieser Frage befasst.

In meinem Bücherregal, siehe ganz unten, stehen ein paar spannende Bücher zum Thema Astronomie und Astrophysik. Um diese Astronomie-Seite aufziehen zu können, werde ich des Öfteren auf die Bücher zurückgreifen und aus ihnen zitieren.

„Mein Gott, es ist alles voller Sterne!“

Oberflächlich lässt es sich sehr gut über das Thema Sterne schreiben, da zwar riesige Zahlen vorkommen, das Ganze aber nicht so abstrakt ist wie Lichtgeschwindigkeit im Zusammenhang mit Zeit, Raumkrümmung usw.

Unsere Galaxie hat einen Durchmesser von etwa 80.000 – 100.000 Lichtjahren und unser Sonnensystem befindet sich ca. 26.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt, siehe Bild links.

Allein in unserer Galaxie gibt es schätzungsweise etwa 100 Milliarden Sterne. Kannst du dir vorstellen, wie viele das sind?  Am Nachthimmel können wir bei klarer Sicht etwa 3000 davon sehen, und sie alle befinden sich im Umkreis von einigen 100 Lichtjahren um unseren Planeten, also sozusagen in unmittelbarer Nähe! ^^

Astronomie ist die Wissenschaft der unvorstellbar hohen Zahlen (man sagt ja, „astronomisch hoch“) – die man benötigt, um die Zeiten und Entfernungen auszudrücken.

Der Lebenslauf eines Sterns

Sterne entstehen meistens in „Nebelregionen“ der Galaxis, wie zB. im Orion-Nebel. Hier befindet sich im Vergleich zu leeren Regionen mehr Material. Wenn dieses sich zusammenballt, bindet es durch die größere Masse und die damit steigende Anziehungskraft wie ein Schneeball immer mehr Materie an sich. Irgendwann ist der Gasball so groß, dass der innere Druck eine Kernreaktion auslöst und der neue Stern sein Leben beginnt.

Je nachdem, welcher Spektralklasse der Stern zugeordnet ist – oder andersrum: je nachdem wie groß die Masse ist – ist ihm ein längeres oder kürzeres Leben vorprogrammiert. Während dieser Zeit brennt ein Stern normalerweise sehr konstant, er befindet sich in der „Hauptreihe„, also in der „erwachsenen Phase“ zwischen Jugend und Senior-Alter :-)

Nähert sich der Brennstoffvorrat des Sterns seinem Ende, kommt es zu einem „Todeskampf“, dessen Ablauf und Ende wieder davon abhängt, wie viel Masse ein Stern hat.

Die Spektralklassen

Alle Sterne lassen sich in Klassen einteilen, die auf ihrer Farbe beruhen. Das Lichtspektrum reicht von dunkelrot über orange, gelb, weiß bis hin zu blau. Die Farbe gibt auch gleich einen Hinweis auf die Temperatur: ähnlich wie bei Feuer sind rote Sterne kühler als gelbe oder blaue Sterne.

Die roten Sterne sind kühl und haben eine Oberflächentemperatur von „nur“ 2000 – 4000 °C – während die heißesten Sterne eine blaue Farbe haben und einige zehntausend °C auf der Oberfläche erreichen. Wie heiß ein Stern ist und welche Farbe er hat, hängt während der Hauptreihen-Phase eines Sterns von seiner Masse ab. Je größer die Masse, desto heißer ist er. In der späten Entwicklung verlassen Sterne die Hauptreihe und werden zu Roten Riesen oder Roten Überriesen mit der Spektralklasse K oder M.

Die Größe eines Sterns hat dagegen nichts mit der Temperatur zu tun – auch sehr kleine Sterne können schließlich zu Roten Riesen werden.

Diese Unterschiede sieht man sehr gut im Hertzsprung-Russell-Diagramm, mit dessen Hilfe alle Sterne übersichtlich klassifiziert werden. Es zeigt einerseits Sterne der gleichen Klasse in unterschiedlichen Stadien ihres Lebenslauf und bietet andererseits einen Überblick über die verschiedenen Klassen.

Auf der X-Achse sind die Spektralklassen abgebildet. Mit diesen Klassen und ihren Unterteilungen ist die Größe, Temperatur und Leuchtkraft eines Sterns genau festgelegt. Es gibt 7 Spektralklassen mit den Buchstaben O, B, A, F, G, K, M (wobei O „blau und sehr heiß“ heißt und M die kleinste Klasse ist). Ich weiß nicht, warum ausgerechnet diese Buchstaben vergeben wurden, doch es gibt einen feinen Merksatz dafür: „O, Be A Fine Girl, Kiss Me“. Damit konnte ich mir die Reihenfolge immer gut merken ^^

Spektralklasse O

Die O-Klasse-Sterne, also die sehr großen und sehr heißen Sterne, treten am seltensten auf. Sie führen ein relativ kurzes, aber actionreiches Leben, da sie so verschwenderisch mit ihrem Wasserstoff umgehen und so viel Energie in sehr kurzer Zeit abstrahlen.

Sie „sterben“ meist schon nach ein paar Millionen Jahren – und das sehr spektakulär: Sie explodieren in einer Supernova. Eine Supernova ist ein Stern, der innerhalb weniger Sekunden kollabiert und alle Materie abschleudert. Sie kann für ein paar Wochen heller strahlen als eine ganze Galaxie! Danach schrumpft der Stern auf eine winzige Größe zusammen: entweder zu einem Neutronenstern (dazu gehören auch Pulsare) oder einem Schwarzen Loch (extremst verdichteter Punkt) –> siehe unter Faszinierendes)

Je kleiner, desto ausdauernder

Die kleineren Sterne leben eher gemächlich. Sie sind mit ihrem Wasserstoffvorrat sehr sparsam und haben auch keine so hohe Oberflächentemperatur. Wie sie nach mehreren Milliarden Jahren ihr Leben verhauchen, kannst du weiter unten am Beispiel der Sonne nachlesen.

Auch, wenn die Sonne für uns das normalste der Welt ist, sollten wir nicht vergessen, dass auch sie einer dieser vielen wunderschönen hellen, heißen Lichtpunkte am Himmel ist – unser Stern :-)

Die Sonne ist ein Stern der Spektralklasse G (noch genauer mit der Unterklasse: G2), sie gehört also weder zu den besonders großen, noch zu den ganz kleinen Sternen.

Stadien und Größen verschiedener Sterne als Beispiel

Im Bild oben siehst zu in Abschnitt 3 die Sonne. In Abschnitt 5 ist als kleine blaue Kugel Rigel zu sehen, ein sehr heißer Blauer Riese der Spektralklasse A im Sternbild Orion. Im gleichen Abschnitt siehst du ganz rechts Beteigeuze, einen Roten Überriesen der Spektralklasse M ebenfalls im Sternbild Orion.

Beteigeuze steht am Ende seines Lebens und hat seine Vorräte fast aufgebraucht. Seine Masse ist etwa 20x größer als die der Sonne, so dass Beteigeuze als Hauptreihenstern der Spektralklasse B zugeordnet war. Auch die Sonne wird in rund 5 Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen (allerdings lange nicht so groß wie Beteigeuze).

Dass Rigel in der Übersicht oben im Vergleich zu Beteigeuze so klein aussieht, hat nicht viel zu sagen. Wie du links siehst, ist Rigel im Vergleich zur Sonne ein Riesenviech! :D Ja, unsere Sonne ist ein Winzling..

Beteigeuze und Rigel lassen sich sehr gut beobachten und vergleichen, da sie von uns aus gesehen, ziemlich dicht beieinander stehen. Uns erscheinen sie etwa gleich hell, aber man kann den Farbunterschied deutlich sehen.

Schau dir nachts mal Orion an, er ist ein recht markantes Sternbild am südlichen Himmel; und seine beiden hellsten Sterne sind Beteigeuze und Rigel – rot und blau.

Das Schicksal unserer Sonne

Der folgende Text beschreibt ziemlich einfach, was mit unserer Sonne passiert, wenn sie ihren Wasserstoffvorrat aufgebraucht hat – und wie sich das auf die Erde und die anderen Planeten unseres Systems auswirkt. Ich habe ihn vor Jahren aus einem sehr guten Buch abgeschrieben, dessen Namen ich leider nicht mehr weiß.

Lies dir den Text durch, er ist sehr interessant und auch irgendwie schockierend, denn er zeigt dass unsere kleine Heimat und alles, was wir kennen, in ferner Zukunft verschwunden sein wird ..

Tod der Sonne

Unsere Sonne hat etwa die Hälfte ihres Lebens hinter sich. Ihre Vorräte an nuklearem Brennstoff sichern ihr noch etwa fünf Milliarden Jahre friedlicher Existenz.

Dann wird ihr Wasserstoffvorrat erschöpft sein, die Suche nach ihrem ener getischem Gleichgewicht wird zu Unregelmäßigkeiten in ihrer Struktur führen, und die Planeten werden davon betroffen sein.
Das Herz der Sonne wird sich zusammenziehen, um sich wieder erwärmen und mehr Energie erzeugen zu können, ihre heiße Atmosphäre wird sich großzügig im Raum ausdehnen, sich leicht abkühlen und von Gelb in Rot übergehen. Die Sonne wird zu einem Roten Riesen geworden sein, wie „Capella“, „Antares“, „Aldebaran“ und „Beteigeuze“ an unserem Nachthimmel.
Für die Bewohner der Erde wird die rot werdende Scheibe der Sonne einen immer bedeutenderen Teil des Himmels einnehmen. Die Durchschnittstemperatur unseres Globus wird zunehmen, das Polareis wird schmelzen, die Meereshöhe wird um Dutzende Meter steigen und die meisten Ufer überschwemmen. Unter der fortschreitenden Verdunstung der Meere wird sich die Atmosphäre mit Wasserdampf anreichern. In dieser planetarischen Sauna wird die tropische Vegetation, auf die ganze Erde ausgedehnt, zuerst explosionsartig wuchern, und dann, von der Wärme erstickt, eingehen.
Die irdische Atmosphäre wird bereits begonnen haben, im Weltall zu verdunsten, wo sie unwiederbringlich verloren sein wird. Nachdem alles Leben verschwunden ist, wird die Erdoberfläche das wüstenhafte, verlassene Bild unseres Nachbarplaneten Mars bilden.
Wenn die Sonnenscheibe den halben Himmel eingenommen hat, werden sogar die Steine, auf dreitausend Grad erhitzt, schmelzen. Die Erde wird eine glühende Lavakugel sein, die in geringer Entfernung von der Sonne kreist. Auch dieser flüssige Stein wird verdampfen und von der Sonne einverleibt werden. Dann wird jede Spur der Existenz unseres Planeten verschwunden sein.

Das gleiche Schicksal wird vorher Merkur und Venus ereilt haben. Die Ausdehnung der Sonne wird irgendwo in der Nähe von Mars gestoppt, dessen Schicksal ungewiss bleibt. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, ihrer riesigen Wasserstoff-Atmosphäre beraubt, werden dann vielleicht bewohnbar sein.
In diesem neuen Zustand wird die Sonne einige Millionen Jahre verhältnismäßig stabil leben. Darauf wird eine weitere Periode großer Unruhe folgen. Von einem ungeheuren Schluckauf erfasst, wird die Sonne dann stoßweise Wolken von Materie entleeren, die sich in Trillionen von Kilometern im Weltraum ausbreiten werden.
Diese massiven Entleerungen werden die Sonne fortlaufend bloßlegen, das dichte Herz wird als blau-violetter Stern sichtbar liegen. Sein Licht wird die ganze ausgestoßene Materie erleuchten, die Sauerstoffatome in seiner Nähe werden grün leuchten, die Wasserstoffatome und Stickstoffatome in seiner Peripherie rot. Das Ganze wird eine „planetarische Nebelwolke“ bilden, wie die von „Wassermann“ oder von „Vulpecula“.
Unter dem Aufprall feuriger Gase werden die großen Planeten verdampfen, und ihre Materie wird mit der Sonnenatmosphäre in den Raum geschleudert werden. Nur der Zentralstern wird übrigbleiben, zum Zwerg geworden – wie der Begleiter des „Sirius“ – ohne irgendeine Energiequelle.
Im Lauf der folgenden Millionen Jahre wird er sich langsam abkühlen, von blau zu weiß wechseln, von weiß zu gelb, zu rot und schließlich in der Dunkelheit des Weltalls erlöschen. Der Zentralstern wird die einzige Spur sein, die an die Existenz unseres Sonnensystems erinnert.

Bis dahin sollten wir also unsere Sachen gepackt haben und uns einen neuen Steinklumpen zum Wohnen suchen, denn unser ganzer Planet, mit allem drum und dran, wird von der Sonne verputzt werden.

Der Ursprung und die Zukunft des Universums

Die bekannteste Theorie zur Entstehung des Universums ist die Urknalltheorie. Sie besagt, dass das Universum vor rund 14 Milliarden Jahren aus einem einzigen, unendlich dichten Punkt explodierte und sich seither immer weiter in alle Richtungen ausdehnt wie ein Luftballon, der aufgeblasen wird. Natürlich gibt es auch Kritiker dieser Theorie, die den Urknall ablehnen und Gegenbeweise dafür suchen.

Ist es nicht sehr spannend, dass wir, die wir erst seit rund 4000 Jahren den Himmel beobachten (und nur ca. 400 Jahre davon mit Teleskopen), Rückschlüsse auf Ereignisse ziehen wollen, die sich vor vielen Milliarden Jahren abgespielt haben? :D Trotzdem, das ist möglich, und Wissenschaftler können auch die Hintergrundstrahlung des Universums messen, die einen Aufschluss darüber gibt, wann das Universum entstanden ist. Bisher deuten alle Erkenntnisse darauf hin, dass das Universum tatsächlich in einem Urknall entstanden ist.

Nur – warum das passiert ist, das ist bislang unklar. Und auch in die Zeit direkt nach dem Urknall können wir nur schwer schauen – hier gab es noch keine physikalischen Gesetze. Erst hunderte Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden die ersten Sterne – was war also davor?

• Und wie geht es zukünftig weiter?
• Wird die Ausdehnung des Universums ewig weitergehen?
• Oder wird die Ausdehnung langsamer und bleibt schließlich stehen?
• Vielleicht zieht sich das Universum auch wieder in sich zusammen und es kommt zu einem neuen Urknall? Gab es vielleicht sogar schon unzählige Urknalls vor diesem?

Interessante Fragen, an deren Beantwortung viele Wissenschaftler arbeiten. Falls wir überhaupt in einem Universum leben, das wir messen und erforschen können, und nicht etwa in einer Simulation.

Hört das Universum auf oder zieht es sich wieder zusammen?

Hier zwei Szenarien der Zukunft des Weltalls – beide aus dem Buch „Wie alt ist die Sonne und wie weit weg sind die Sterne?“ von Nancy Hathaway, 1994, 1998.

Universum „hört auf“ In vier bis fünf Milliarden Jahren Die Sonne hat ihren Wasserstoffvorrat erschöpft und bläst sich zu einem roten Riesen auf. Die Erdatmosphäre verdampft, die Meere verkochen, und unser Planet trudelt in die Sonne hinein. Eine Billion (10^12 = 10 mit 12 Nullen) Jahre nach dem Urknall Wasserstoff und Helium sind verbraucht. Sterne und Galaxien erlöschen, auch die Neutronensterne und Weißen Zwerge. Nur Schwarze Löcher bleiben übrig. 10^27 Jahre nach dem Urknall Die Milchstraße ist ein Schwarzes Loch. 10^31 Jahre nach dem Urknall Es bilden sich supergalaktische Schwarze Löcher. 10^36 Jahre nach dem Urknall Sir Adam Eddington (1882 – 1944) sagte einmal: „Ich glaube, dass es im Universum 15 747 724 136 275 002 577 605 653 961 181 555 468 044 717 914 527 116 709 366 231 425 076 185 631 031 296 Protonen gibt und genauso viele Elektronen.“ Zu dieser Zeit sind sie alle zerfallen. 10^67 Jahre nach dem Urknall Gewöhnliche Schwarze Löcher zerfallen. 10^97 Jahre nach dem Urknall Galaktische Schwarze Löcher verschwinden. 10^106 Jahre nach dem Urknall Supergalaktische Schwarze Löcher verdampfen. Es bleibt nichts außer einem Hauch von Strahlung und einem gelegentlichen einsamen Teilchen.

Universum zieht sich zusammen Was wäre, wenn es viel mehr Materie gäbe, als Wissenschaftler annehmen? Dann zieht sich das Universum schließlich wieder zusammen. Galaxien vereinigen sich. Die Rotverschiebungen im Licht einer Galaxie oder eines Quasars, die anzeigen, dass diese sich von uns entfernen, verschieben sich zu Blau hin, da sie sich wieder näher kommen. Die Temperatur der Hintergrundstrahlung steigt. Eine Milliarde Jahre vor dem großen Zusammenbruch Galaxienhaufen verschmelzen. Hundert Millionen Jahre vor dem großen Zusammenbruch Galaxien verschmelzen. Siebzig Millionen Jahre vor dem großen Zusammenbruch Die Sterne sind so nah beieinander, dass der Erdhimmel (würde die Erde noch existieren) niemals dunkel wird. Eine Million Jahre vor dem großen Zusammenbruch Die Temperatur der Hintergrundstrahlung steigt auf Tausende Grad. Drei Wochen vor dem großen Zusammenbruch Die Temperatur steigt auf Millionen Grad. Die Materie löst sich auf. Drei Minuten vor dem großen Zusammenbruch Die Temperatur steigt auf Milliarden Grad. Atomkerne zerbrechen. Der große Zusammenbruch Materie und Strahlung werden auf einen Punkt unendlicher Dichte reduziert. Raum und Zeit existieren nicht mehr, und die Naturgesetze gelten nicht mehr. Vielleicht fängt alles mit einem großen Knall von vorn an.

Traurige Aussichten in ferner Zukunft

Ich finde beide Theorien deprimierend .__. Bei beiden wird alles, einfach alles, einfach verschwinden. Nicht nur das, was wir kennen, sondern auch das, was wir WISSEN – all unser Wissen, unsere Gedanken, unsere Philosophie, unsere Kultur, die gesamte Evolution wird verschwinden – alles.

Bei der ersten Theorie ist alles beendet, das Universum hat nicht wirklich aufgehört, aber es ist doch auf eine Weise stehen geblieben, die keine Entwicklung und Existenz mehr erlaubt. Ist damit alles beendet? Existiert dann keine Zeit mehr? Es wird niemanden geben, der darüber berichten kann.. Eine beängstigende Vision.

Die zweite Theorie erlaubt wenigstens noch die Chance auf einen neuen Urknall, neue Entwicklung und neues Leben – doch gelten dann wieder die selben Naturkräfte? Entwickelt sich vielleicht ein Universum in ganz neuer Dimension, vielleicht zweidimensional, oder auch achtdimensional (was immer das heißen will)? – Egal wie, falls sich im „neuen“ Universum intelligentes Leben entwickelt (wenn das Universum und dessen Gesetze das denn zulassen..), hat dort niemand die Möglichkeit herauszufinden, dass es ein altes Universum und die Menschheit gegeben hat.. Oder anders gesagt – vielleicht sind WIR ja schon in einem neuen Universum, und zahllose Zivilisationen vor uns WURDEN schon vertilgt..

Bei beiden Szenarien ist jedenfalls alles, wofür die Menschheit existiert -, gearbeitet -, und getötet hat, verschwunden. Selbst wenn es die Menschen oder sonst eine Zivilisation schaffen würde, „perfekt“ zu werden, gütig, hochentwickelt, mit Antworten auf alle Fragen – sie wird doch nicht ewig existieren. Das Universum hat seine Grenzen gesetzt..

Faszinierende Zitate und Tatsachen

Hier ein zusätzlicher Beitrag über das faszinierende Universum.

Astronomie hat natürlich auch nicht-wissenschaftliche Aspekte: Man kann zum Beispiel die Emotionen von Raumfahrern in Form von Zitaten aufzeigen. Diese Zitate über die Erde sagen mehr aus als alle Tabellen, in denen die Masse, die Dichte, die Zusammensetzung usw. der Erde angegeben ist.

Die Zitate sagen aus, wie die Erde, deren Existenz uns so normal vorkommt, dass wir sie schon nicht mehr als einen Planeten im Raum betrachten, aus dem All gesehen den Eindruck von Zartheit und Zerbrechlichkeit hervorruft.

Außerdem gibt’s weiter unten noch ein paar Gedankenexperimente und Vergleiche zur einfachen Veranschaulichung von komplexen Tatsachen, z.B. den Zusammenhang von Makro- und Mikrokosmos.

Zitate von Astronauten
„Suddenly, from behind the rim of the moon, in long, slow-motion moments of immense majesty, there emerges a sparkling blue and white jewel, a light, delicate sky-blue sphere laced with slowly swirling veils of white, rising gradually like a small pearl in a thick sea of black mystery. It takes more than a moment to fully realize this is Earth… home.“ „Plötzlich taucht hinter dem Rand des Mondes in langen, zeitlupenartigen Momenten von grenzenloser Majestät ein funkelndes blauweißes Juwel auf, eine helle, zarte, himmelblaue Kugel, umkränzt von langsam wirbelnden, weißen Schleiern. Allmählich  steigt sie wie eine weiße Perle aus einem Meer empor; unergründlich und geheimnisvoll. Du brauchst eine Weile, um ganz zu begreifen, dass es die Erde ist… die Heimat.“ Edgar Mitchell, Astronaut	„Die Erde erinnerte uns an Christbaumschmuck, der in der Schwärze des Alls hängt. Als wir uns weiter und weiter entfernten, verlor sie an Größe. Schließlich schrumpfe zu etwas Wunderbarem, dem Wunderbarsten, das man sich vorstellen kann. Dieses wunderschöne, warme, lebende Objekt sah so zerbrechlich aus, so empfindlich, dass man glaubte, wenn man sie mit dem Finger berühren würde, sie müsse einstürzen und zerfallen. Dies zu sehen muss einen Menschen verändern, es muss einen Menschen dazu bringen, die Schöpfung Gottes und die Liebe Gottes zu schätzen.“ James Irwin, Astronaut „Die Erde war klein, hellblau und so bewegend allein, unsere Heimat, die wie ein heiliges Relikt verteidigt werden muss. Die Erde war vollkommen rund. Ich glaube, ich hatte keine Ahnung, was das Wort rund bedeutet, bis ich die Erde aus dem All sah.“ Aleksej Leonov, Kosmonaut

Gedankenexperiment zum Vergleich von Mikro- und Makrokosmos

Mit dem folgenden Gedankenexperiment, das ich aus dem Buch „Faszination Weltraum – Bilder vom Rand der Welt“ von Dr. Norbert Pailer abgeschrieben habe, will ich dir Unterschied und Ähnlichkeiten zwischen dem Mikrokosmos (also der Welt der Atome) und dem Makrokosmos (Welt der Sterne) zeigen.

Das Prinzip ist bei beiden „Kosmen“ eigentlich gleich – Objekte kreisen um einen Kern. Der Unterschied ist trotzdem ..groß :D Auf der einen Seite Atome und Elektronen, auf der anderen Seite Sterne und Planeten.

Wir denken uns eine Straße von der Sonne zur Erde und legen die 150 Millionen Kilometer lange Strecke mit Millimeterpapier aus. Dann nehmen wir einen Spielwürfel und tun für den Augenblick so, als könnten wir mit einer Pinzette ein Atom nach dem anderen aus dem Würfel herausnehmen. Wir platzieren jeweils ein Atom in jeweils einem Quadratmillimeter unserer mit Millimeterpapier ausgelegten Straße zur Sonne. Die Aufgabe ist dann beendet, wenn jedes Atom aus dem Spielwürfel abgelegt ist.

Die Frage lautet nun: Wie breit muss unsere gedachte Straße etwa sein, damit jedes Atom einen Quadratmillimeter belegen kann? Die überraschende Antwort lautet: Damit jedes Atom des Spielwürfels einen Quadratmillimeter unserer Straße zur Sonne belegen kann, muss diese ca. 1000 Kilometer breit sein! Es sei daran erinnert, dass jedes Atom ein Mini-Planetensystem ist, um dessen Kern Elektronen kreisen.

Eine Strecke von 150 Millionen Kilometern ist eigentlich unvorstellbar riesig, im Gegensatz dazu ist ein kleiner Würfel doch eigentlich gar nicht vorhanden. Und doch befinden sich in diesem Würfel so viele Atome, dass sie sich durchaus von der Anzahl her mit der Größe des Makrokosmos messen können.

Von Flugzeugträgern und Neutronensternen…

Die Sonne wird am Ende ihres Lebens nach ihrer Ausdehnung zu einem Roten Riesen schließlich zu einem Weißen Zwerg von rund 10.000 km Durchmesser schrumpfen. Die ganze Masse der Sonne in einer Kugel von 10.000 km? Was bedeutet das? Würde man mit einem Teelöffel zu einem Weißen Zwerg gehen und ein bisschen von seinem Material damit abkratzen, dann würde ein Teelöffel von diesem Material 5,5 Tonnen wiegen. Das ist viel? Ja, aber es geht noch krasser!

Ein Stern mit mindestens 4 und höchstens 20 Sonnenmassen wird sein Leben mit einer Supernova-Explosion beenden. Dabei schleudert er große Teile seiner Masse davon und kollabiert danach zu einem kompakten Neutronenstern. Das ist ein extrem verdichteter Körper von nur 10-15 km Durchmesser – so dicht, dass ein Teelöffel davon über hundert Millionen Tonnen wiegen würde!

Um das noch besser zu verdeutlichen, stell dir einen Flugzeugträger vor. Und jetzt stell dir vor, du würdest das Teil auf die Größe einer normalen Streichholzschachtel zusammenpressen. Wird ziemlich eng für den Träger :D Jetzt packen wir noch mal 2999 Flugzeugträger zu dem anderen in der Streichholzschachtel. Wir haben also in EINER Streichholzschachtel 3000 (!) Flugzeugträger zusammengepresst. Genauso musst du dir das mit dem Neutronenstern vorstellen. Das Teil hat soviel Masse, dass es seine Materie so fest zusammendrückt wie die 3000 Träger in der Streichholzschachtel.

Ein Neutronenstern ist ein seltsames Gebilde. Auf seiner Oberfläche ist die Schwerkraft ungefähr hundertmilliardenfach so stark wie die Schwerkraft auf der Erde. Er hat eine feste Eisenkruste, deren winzige Berge höchstens zwei Zentimeter hoch sind, und eine nur wenige Meter dicke aufgewühlte Atmosphäre von Atomen und subatomaren Teilchen.

Was wäre, wenn ein Astronaut in ein Schwarzes Loch fliegt?

Sterne mit mehr als 20 Sonnenmassen enden als Schwarze Löcher. Dort geht es noch extremer zu als auf einem Neutronenstern. Wenn einer dieser Sterne am Ende seines Lebens in sich zusammenstürzt, dann ist die Schwerkraft dabei so groß, das nichts mehr seinen Zusammensturz aufhalten kann. Nicht einmal die Kräfte der Atomkerne sind dazu in der Lage.

Es gibt keine uns bekannte Kraft, die einen solchen Kollaps bremsen könnte. Der Stern wird immer kleiner und immer dichter, bis er schließlich auf einen unendlich kleinen und unendlich dichten Punkt (Singularität) zusammenstürzt, so jedenfalls die Theorie. Das Ergebnis ist ein sogenanntes Schwarzes Loch. Die Anziehungskraft eines solchen „Körpers“ ist dabei so hoch, dass nicht einmal mehr das Licht entweichen kann.

Nehmen wir mal an, wir könnten beobachten, wie ein Astronaut in ein Schwarzes Loch stürzt.
Der Fallende scheint von außen betrachtet seltsamerweise nie im Schwarzen Loch anzukommen. Je näher er dem Ereignishorizont (Punkt ohne Wiederkehr) kommt, um so langsamer scheint er sich zu bewegen, weil das Licht, das gegen eine immer stärkere Schwerkraft ankämpft, immer länger braucht, bis es den außenstehenden Beobachter erreicht.

Schließlich, kurz vor Erreichen des Ereignishorizontes, dem kein Licht mehr entkommen kann, scheint er stehen zu bleiben, genau wie auch eine riesige angenommene Uhr auf seinem Raumanzug. Er stürzt niemals in den Abgrund, sondern die Lichtwellen von seinem Körper werden immer länger, und diese Rotverschiebung lässt ihn zuerst rot werden und dann verschwinden (ein Spezialeffekt, dessen Kenntnis wir Albert Einstein verdanken).

Den Fallenden selber hätte es natürlich schon lange vor dem Ereignishorizont zerrissen, da die Schwerkraft einfach zu hoch ist.

Das Licht und der Blick in die Vergangenheit

Wir sehen Dinge, weil sie Licht abgeben oder reflektieren. Das Licht trifft schließlich auf die Netzhaut unserer Augen und wird dann zum Gehirn weitergeleitet. Das Gehirn interpretiert nun die verschiedenen Wellenlängen des Lichts und baut für uns damit ein Bild unserer Umwelt auf.

Aber: Das Licht muss erstmal vom Objekt bis zu unseren Augen gelangen. Licht ist nicht unendlich schnell (obwohl man das vielleicht glauben kann – bei unseren kurzen Entfernungen spielt das auch keine Rolle) – es bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 300.000 km/Sekunde fort.

Das heißt, theoretisch ist alles, was wir sehen, keine „Live-Information“, sondern wir sehen die Dinge, wie sie in der Vergangenheit waren. Vom Mond beispielsweise braucht das Licht ca. eine Sekunde, um zu uns zu gelangen. Sehen wir uns auf der Erde den Mond an, sehen wir ihn genaugenommen, wie er eine Sekunde zuvor ausgesehen hat.

In unserem alltäglichen Leben ist diese Zeitverzögerung aber unwichtig, da es sich bei unseren Entfernungen um Entfernungen handelt, die das Licht in winzigsten Sekundenbruchteilen zurücklegt.

Der Blick in die Vergangenheit

In der Astronomie merkt man es aber schon. Schon das Licht der Sonne braucht acht Minuten, um den Weg von etwa 150 Millionen Kilometern zu uns zurückzulegen. Wir sehen die Sonne also immer nur, wie sie vor acht Minuten war. Würde die Sonne plötzlich verlöschen, würden wir das auf der Erde erst acht Minuten später feststellen, weil das Licht von der Sonne solange unterwegs ist.

Die Sterne am Nachthimmel sehen wir schon in weiterer Vergangenheit: Das Licht benötigt hunderte oder tausende von Jahren, bis es hier eintrifft. Weiter entfernte Sterne können wir mit bloßem Auge nicht sehen.

Der zweitnächste Stern (der nächste ist ja die Sonne :D) von uns aus gesehen ist Proxima Centauri, rund 4 Lichtjahre entfernt. Das heißt, dass das Licht 4 Jahre benötigt, um diese weite Strecke zurückzulegen. Ein Blick in den Himmel ist also immer ein Blick in die Vergangenheit.

Hubble Deep Field

Es gibt Bilder von Galaxien, die Millionen oder sogar Milliarden von Lichtjahren weit weg sind!

Ein sehr berühmtes Bild ist der sogenannte „Tiefe Blick“ (Hubble Deep Field) des Hubble Weltraumteleskops aus dem Jahr 1995. Hubble ist ein sehr leistungsfähiges Teleskop, das in der Erdumlaufbahn kreist. Das Bild zeigt einen winzigen Himmelsausschnitt, der von Hubble eine zeitlang belichtet wurde.

Auf dem Bild sind nur ganz wenige einzelne Sterne zu sehen, sie sind an ihrem sternförmig (haha) abgestrahlten Licht zu erkennen, z.B. links vom Zentrum am linken Rand der helle gelbe Stern. Alle anderen Objekte sind ganze Galaxien! 

Blaue Objekte stehen uns hier im Bild näher als Rote. Mehr als zehn Milliarden Lichtjahre Entfernung werden für die entferntesten Galaxien angegeben. Wir sehen diese Galaxien also kurz nach dem Entstehen des Universum selber..!

Weitere Literatur zum Thema (aus meinem Bücherregal)

Über die Jahre haben sich bei mir einige Bücher angesammelt, die sich mit dem großen Thema Astronomie, Astrophysik (die beiden Stephen Hawiking-Bücher, keine leichte Kost) und auch Raumfahrt befassen. Das schöne: Sie enthalten meist auch hervorragende Bilder von Sternen, Nebeln und dem Nachthimmel <3

Wer sich für das Thema interessiert, sollte sich ein umfassendes, aber relativ allgemeines Buch zur Materie kaufen, wie z.B. Astronomia in der Bücherliste oben, und dann vielleicht eine Astronomiezeitschrift wie die Sterne und Weltraum abonnieren. So erhält man immer aktuelle Informationen und Neuigkeiten aus der Forschung.

Spannend ist auch das Thema Astrobiologie, also welche Formen von Leben im Universum denkbar wären. Empfehlenswert ist dazu Da draußen von Ben Moore.