Weltall

Das Weltall und wir

Der Urknall
Wie ist das Universum entstanden?
NGC 253
Galaxien durch Chaos
Galaxien
Größe des Weltalls
Was wissen wir wirklich
Die Milchstrasse
Das Lichtjahr
Die Sonne und die Milchstrasse
Schwarzes Loch
Hubble
Das Zentrum der Milchstrasse
Röntgenteleskop

 

Der Urknall

Wann ist das Universum entstanden? Die Beobachtung des jetzigen Weltalls lässt darauf schließen, dass das Universum vor ca. 12-18 Milliarden Jahren seinen Beginn hatte.

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(Bild von NASA – Kollision von zwei Galaxien, den Antennae Galaxien, 63 Millionen Lichtjahre entfernt. Der linke Teil des Bildes zeigt eine von der Erde aus gemachten Aufnahme der zwei Galaxien – der rechte Teil des Bildes zeigt den im linken Bild grün umrandeten Teil mit der viel besseren Auflösung des Hubble Teleskopes. Bei den blauen Stellen handelt es sich um viele Millionen von durch die Kollision geformten massiven jungen heißen Sternen.)

 

Wie ist das Universum entstanden?

Die Urknalltheorie ist die einzige bis heute vorgestellte Theorie zur Entstehung des Weltalls, die ALLE wissenschaftlichen Beobachtungen (darunter astronomische, physikalische, chemische) auf einmal und in einem logischen Zusammenhang erklären kann.

1999-03-22 

(Bild von NASA – Eine Reihe von Galaxien aus unserer näheren Umgebung, aber immer noch Millionen Lichtjahre entfernt.)

Anfangs war es mikroskopisch klein und aus völlig anderem Material zusammengesetzt als heute. Kurz nach seiner Entstehung dehnte es sich so explosionsartig aus, dass man heute vom Urknall spricht.

Wissenschaftler vermuten, dass es kurz nach dem Urknall (auch “big bang” genannt) mehrere Milliarden Grad heiß war. Heute gibt es im All nichts, was nur annähernd so heiß wäre. Auch heute noch kühlt das Universum ständig weiter ab. Von unvorstellbar hoher Hitze ist die Temperatur bis heute auf etwa –234 Grad Celsius gesunken. Weitere Aussicht: es wird immer kälter.

 

NGC 253

1999-01-21

 

(Bild von NASA – Superbild von einer “Starbust” Galaxie. Diese Galaxie
NGC 253 zeigt viele neugeborene Sterne – dies ist die größte Konzentration von Sternen, die je gesichtet wurden – Durchmesser ca. 1000 Lichtjahre.
NGC 253 ist ungefähr 8 Millionen Lichtjahre entfernt.

 

Galaxien durch Chaos

Das frühe Universum hatte keine klare Form. In der Wissenschaft nennt man diesen Zustand Chaos. Als das Universum sich weiter ausdehnte, bildete sich eine wolkenähnliche Masse von Gasen, aus denen sich die so genannte supergalaktische Gruppe entwickelte. Eine (wenn auch zu Anfangs geringe) ungleiche Verteilung der Gase und Materie in diesem Chaos hatte zur Folge dass sich durch die Einwirkung der Schwerkraft diese Ungleichheit laufend verstärkte. Dies führte über Zeitspannen von Jahrmilliarden zu Ballungen und somit zur Entstehung kleinerer Gruppen, die man Galaxien nennt, und aus denen sich unser Universum heute zusammensetzt.

1995-10-01

(Bild von NASA – Superbild von einer “Starbust-Galaxie”. Diese Galaxie NGC 253 zeigt viele neugeborene Sterne und ist die größte Konzentration an Sternen die je gesichtet wurde. Der Durchmesser liegt ca. bei 1000 Lichtjahren. Das ungewöhnliche Blaulicht wird von den jungen extrem heißen Sternen ausgestrahlt.)

1995-10-16

(Bild von NASA – es zeigt nochmals “Starburst” – aufgenommen im ultravioletten Frequenzbereich. Die Sterne im Kreis sind “neugeborene” Sterne.)

 

Galaxien

Sichtbar eine phantastische Spiralgalaxie in Frontalansicht. Diese Galaxie sichtbar mit einem einfachen Teleskop im großen Bären, enthält mehrere 100 Milliarden Sterne, und ist 25. Millionen Lichtjahre von uns entfernt.

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Bild von NASA – Bild der Spiralgalaxie M83

 

Größe des Weltalls

Die Größe des Weltalls ist unvorstellbar. Einen kleinen Einblick bekommt man durch die Zahl der Galaxien und deren Entfernung voneinander. Die Wissenschaftler zählen die Galaxien nun allerdings nicht, sondern sie untersuchen sorgfältig sehr kleine Teile des Himmels die als “typisch” gelten. (Das Hubble Space Teleskop spielt hier eine sehr große Rolle. Dieses enorme Teleskop ermöglicht es heute, bis in die entferntesten Teile des Weltalls “vorzudringen”.) Durch Hochrechnung dieser Zählungen ergibt sich eine Zahl von ca. 200 Milliarden Galaxien! Und der “typische” Abstand der Galaxien voneinander beträgt ca.10.000 Milliarden Milliarden km!

Die Galaxien sind Sternsysteme, die sich alle voneinander entfernen (wie Bombensplitter nach einer Explosion), d.h. das Weltall dehnt sich immer weiter aus. Logischerweise war es früher kleiner und dichter. Die einzelnen Galaxien, wie auch unsere Milchstrasse, werden je von meist über 100 Milliarden Sternen gebildet. Die meisten Sterne bestehen aus einer Ballung immenser Gasmengen.

 

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 Bild von Nasa

 

Was wissen wir wirklich?

Über die Entstehung des Feuerballs oder die Ursache des Urknalls ist nichts bekannt. Mit dem Urknall entstanden Zeit, Raum, Materie und Energie. Beim Urknall waren Temperatur und Druck so hoch, dass manche unserer physikalischen Gesetze nicht anwendbar sind. Wissenschaftler sind sich im großen und ganzen einig, dass sich das Universum auch weiterhin unaufhörlich und mit sehr großer Geschwindigkeit ausdehnt.

 

Die Milchstraße

Das Universum enthält 100-200 Milliarden meist spiralförmige Galaxien — eine davon ist unser Milchstraßensystem.
Die Milchstrasse besteht aus rund 200 Mrd. Sternen, zu denen auch unsere Sonne gehört.

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(Bild von NASA – Heiße blaue Sterne, rot glühendes Wasserstoffgas und dunkle Staubwolken sind in dieser dramatischen Region unserer Milchstraße verstreut. Es ist die Gegend um die südliche Konstellation ATA, ca. 4000 Lichtjahre von uns entfernt. Die Sterne links sind junge, massive und energieintensive Sterne)

 

Das Lichtjahr

Das Lichtjahr ist die Strecke (kein Zeitmaß!), die das Licht im Vakuum in einem Jahr zurücklegt. Sie beträgt auf das siderische Jahr bezogen: 9.460.895.200.000 km oder 63.240 mal die Distanz Sonne – Erde. Die nächste Sonne, Proxima Centauri, ist 4,3 Lichtjahre von uns entfernt.

Lichtjahr
Das Licht fliegt mit 300.000 km in der Sekunde – also 7,5 mal um die Erde in einer Sekunde !

Kann ich beginnen zu rechnen. Versteht man das????

Also etwas weiß ich nun..
1 Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in 1 Jahr zurücklegt. Rund 9 Trillionen km – aber wie stelle ich mir das vor? Der Abstand zwischen Sonne und Milchstraßensystemzentrum ist ca. 25.000 Lichtjahre. Wäre ich also in diesem Moment 25.000 Lichtjahre entfernt und könnte alles auf unserer Erde sehen, weil es halt groß und hell genug wäre, so könnte ich Mammuts beobachten.

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(Dieses Bild stammt von dem Compton Ray Observatory – dies Aufnahme wurde gemacht kurz nach dem “Aussteigen” aus der Raumfähre am 5. April 2000- NASA)

So sieht unsere Milchstraße im Frequenzbereich der Gammastrahlen aus.
Gammaphotonen sind 10 millionenmal energiereicher als Photonen des sichtbaren Lichtspektrums. Die hellen Stellen im mittleren Streifen sind Pulsare – sich wie Kreisel drehende magnetisierte Neutronensterne, geformt wurden Sie durch gewaltige Explosionen. Die hellen Regionen oberhalb und unterhalb sind gigantische Quasars, gespeist von massiven schwarzen Löchern, viele Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.

 

Die Sonne und die Milchstraße

Sie ist 150 Mio. KM von uns entfernt. Ihr Licht braucht zu uns 8 Minuten. Das Licht anderer Sterne braucht Jahre. Das ist alles fast unvorstellbar.

Man nimmt an, dass das Universum vor rund 15 Milliarden Jahren entstanden ist. Anfangs war es sehr, sehr klein und aus völlig anderem Material zusammengesetzt als heute.

Kurz nach seiner Entstehung dehnte es sich so explosionsartig aus, dass man heute vom Urknall spricht.
Jeder, der in einer dunklen, sternklaren Nacht von der nördlichen Hemisphäre aus an den Himmel geschaut hat, kennt das schwach leuchtende Band, das aus dem tiefen Süden im Sternbild Schütze emporsteigt, durch den Adler und Schwan zieht, das Sternbild Cassiopeia umarmt und sich dann allmählich hinter Perseus und Orion verliert, um schließlich wieder im Süden im Sternbild Puppis (Schiffsheck) unter dem Horizont zu verschwinden. Es ist seit undenkbaren Zeiten bekannt. In jeder Mythologie hat es seinen Platz – ein Strom von Licht, eine geheiligte Strasse, ein Pfad der Geister. Für uns ist es die Milchstrasse.

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(Bild von NASA – im sichtbaren Lichtspektrum ist das Zentrum unserer Milchstraße durch Staub verdeckt. Lichtwellen von infrarotem Licht schaffen es durch die Staubwolken hindurch. Dieses Bild zeigt ca. 1 Millionen Sterne. Der Mittelpunkt der Galaxie erscheint rechts im Bild, und ist ca 25.000 Lichtjahre von uns entfernt, im Sternbild Sagittarius. Ein gigantisches (nicht sichtbares) schwarzes Loch ist das Zentrum. Das diagonal verlaufende dunkle Band auf dem Bild entspricht dem bekannten Auge wahrnehmbaren hellen Band der Milchstraße)

 

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(Bild von NASA – es zeigt, dass der Himmel in Richtung Zentrum unserer Milchstraße unzählige Sterne enthält. Konstellationen und Nebulae, viele davon sind mit dem Fernglas sichtbar. Die Konstellation Sagittarius ist dem Galactic Center am nächsten.)

 

Schwarzes Loch

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(Bild von NASA – Hier sieht man, wie die astronomischen Wissenschaftler sich ein schwarzes Loch vorstellen. Genauere Untersuchung von der Beobachtung des hellen von kreisenden Gasen umgebendes Licht deutet auf ein schwarzes Loch im Zentrum.)

Auf der Südhalbkugel hingegen ist die Milchstrasse viel heller und bei weitem spektakulärer. Vom Schiffsheck zieht sie weiter in das Sternbild Carina (Schiffskiel)

Es ist allgemein bekannt, dass die Milchstrasse im Okular eines Fernrohrs nicht wie ein leuchtendes Band erscheint, sondern sich als eine Ansammlung einer riesigen Menge einzelner Sterne erweist – so zahlreich, dass das Leben eines Menschen nicht ausreichte, um sie alle zu zählen. Sterne in solcher Fülle findet man nur in einem Objekttyp – einer Galaxie. Die Milchstrasse (genauer: das Milchstraßensystem) ist eine solche Galaxie, und die einfache Tatsache, dass sie den ganzen Himmel umschließt, zeigt, dass wir mitten in ihr leben. Es ist unsere Galaxie, die wir von den anderen dadurch sprachlich hervorheben, dass wir sie Galaxis nennen.

 

Hubble

10 Milliarden Jahre, also in die “Jugendjahre” unseres Universums zurückblickend, hat jetzt das Hubble Weltraumteleskop einen explodierenden Stern — eine außergewöhnliche Supernova — entdeckt — noch nie ist dieses Phänomen so extrem weit weg von uns beobachtet worden! Aber hinzu kommt noch etwas viel fundamentaleres: diese Entdeckung unterstützt die Theorie der “dunklen Energie”, die Albert Einstein vor fast 100 Jahren “erfand”, eine Kraft die der Gravitationskraft entgegenwirkt und die Expansion des Kosmos beschleunigt.

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(Bild von NASA – es wurde von Hubble am 2. Februar 2000 aufgenommen – eine Supernova, von einer Galaxie 169.000 Lichtjahre entfernt. Es ist die hellste jemals beobachtete Supernova. Das rechte Bild zeit durch Computer generiere extrem heiße Ringstreifen.)

Eine Supernova ist ein explodierender Stern, ein kosmisches Blitzlicht, und kommt ca. einmal pro Sekunde irgendwo im Weltall vor. Das ausgestrahlte Licht einer Supernova ist heller als das von den Milliarden Sternen seiner Galaxie zusammengenommen. Nur, die Forscher müssen sehr intensiv suchen, um eine Supernova zu finden. Wenn das passiert, ist es stets ein dramatisches Ereignis.

Diese Supernova explodierte vor mehr als 10 Milliarden Lichtjahren und mehr als 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Erst jetzt erreichte der Blitz das Hubbel Teleskop. Diese Entdeckung erlaubt den Wissenschaftlern, Ereignisse aus der frühen Geschichte des Weltraums “real” zu beobachten!

Obwohl von uns aus kaum sichtbar, leuchtet dieser neu entdeckte verlöschende Stern viel heller und bewegt sich nicht so wie es aus der “normalen” Expansion des Weltraums zu erwarten wäre.

Unsichtbar, und kaum verstanden, füllt diese “dunkle Energie” möglicherweise zwei Drittel des Weltraums. “Die dunkle Energie”, durch diese Supernova nun bestätigt, ist in jedem Maße so erstaunlich wie die schwarzen Löcher”, sagte Michael Turner, ein Kosmologist der Universität von Chicago, “diese Energie hat Kontrolle über die Dichte der Natur. Hier liegt der Schlüssel, der erklären könnte, wie sämtliche Partikel und Kräfte der Natur zusammenpassen.”

“Die Entdeckung, dass sich die Ausdehnung des Universums beschleunigt, dürfte als eine der wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen der letzten 25 Jahre gelten.”

Zum ersten Male haben haben Astronomen festgestellt dass ein Planet eines entfernten Sterns eine Atmosphäre aufweist.

Das Hubble Teleskop diente einem Team von der Caltech Universität und dem National Center for Atmospheric Research zur Beobachtung des 150 Lichtjahre entfernten Sterns. Die Atmosphäre enthält das Element Sodium.

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(Bild von NASA – Das Hubble Telescope)

Leben zu finden erwartet das Team nicht, denn der Planet weist eine Oberflächentemperatur von über 1000 Grad Celsius auf. Aber die Forscher hoffen dass die angewandte Technik in Zukunft dazu führen wird, Gase wie Methan, Kohlendioxyd und Wasserdampf — Indikatoren von Leben — in der Atmosphäre von entfernten Planeten zu finden.

Der Planet kreist um den Stern HD 209458, im Sternbild Pegasus. Er ist einer von über 80 andere Sterne umkreisenden Planeten, die bisher entdeckt wurden.

Der unbenannte Planet ist 70% massiver als Jupiter, ca. 220mal größer als die Erde, und ist nur ca. 6 Millionen km von seinem gelben, sonnenähnlichen Stern entfernt. Deshalb beträgt die Umlaufzeit, also das Planetenjahr, nur 3.5 Tage.

Von uns aus gesehen kreist der Planet in seinem Umlauf regelmäßig vor dem Stern vorbei, was zu einer reduzierten Lichtmenge, die zu uns dringt, führt. Diese Tatsache, verbunden mit dem sehr schnellen Umlauf, machen diesen Planeten zu einem idealen Beobachtungsobjekt.

Mit Hilfe eines an Bord des Hubble befindenden Spektroskops werden die minimalen Differenzen in dem von dem Stern ausgestrahlten Licht mit und ohne Teilblockierung gemessen. Wenn der Planet zwischen uns und dem Stern liegt, absorbiert das Sodiumelement in der Atmosphäre des Planeten einen Teil des von dem Stern ausgehenden Lichts, was zu einer besonderen Signatur des Lichtspektrums führt.

 

Das Zentrum der Milchstraße

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(Galactic Center – Bild von “NASA” – Zacken stammen wahrscheinlich von Beschädigung des Teleskopes)

Das NASA Observatorium für Röntgenstrahlen hat eine sensationelle Serie von Aufnahmen von der zentralen Region unserer Milchstrasse erstellt. Die Bilder zeigen Hunderte von weißen Zwergsternen, Neutronensternen und schwarzen Löchern. Sie erscheinen wie ansässig in einer riesigen Megalopolis, alle wie gebadet in einem leuchtenden Nebel von auf viele Millionen Grad erhitzten Gasen, und all dies um ein supermassives schwarzes Loch mit einer Masse von 3 Millionen Sonnen im Zentrum unserer Galaxis.

Die Entdeckungen bilden einen großen und sehr wichtigen Schritt nicht nur beim Verstehen des konzentriertesten und aktivsten Teils unserer Milchstrasse sondern auch von anderen Galaxien.

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(Bild von NASA – Zentrum der Milchstraße, aufgenommen 1990, damals das bestmögliche Bild)

“Das Zentrum der Galaxie ist wo wirklich etwas los ist”, sagte Q. Daniel Wang von der University of Massachussetts, “mit diesen Bildern erlangen wir eine neue Perspektive von dem Zusammenspiel von Sternen, Gasen und Staub, wie auch der magnetischen Felder und der Schwerkraft in dieser Region. Wir können sehen wie die Kräfte auf die ‘nähere’ Umgebung und eventuell auf andere Aspekte unserer Galaxie wirken.”

 

Röntgenteleskop

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(Bild von NASA – Dieses Bild aufgenommen im März 2001, stellt die entfernteste je aufgenommene Gegend unseres Universums dar. Die Belichtungszeit des Röntgenteleskopes Chandra beträgt 1 Millionen Sekunden. Die entferntesten Galaxien, die sichtbar werden sind 12 Millarden Lichtjahre entfernt.)

Das galaktische Zentrum wird von enorm hohem von Gasen verursachten Druck, wie auch von intensiven magnetischen Feldern dominiert. Wissenschaftliche Interpretation der Fotos zeigt dass extrem heiße Hochdruckgase das Zentrum fliehen. Eine Galaxie ist eine Art Ecosystem, und die Aktivität im Zentrum beeinflusst die Evolution der gesamten Galaxie. Astronomisch gesehen ist die Milchstrasse sozusagen in unserem Garten, und stellt uns durch seine Nähe ein ausgezeichnetes Labor zum erkunden von Zentren anderer Galaxien.

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Das Röntgenteleskop Chandra, NASA’s jüngstes Raumteleskop, wurde von TRW Space and Electronics Group in Kalifornien entwickelt und gebaut. Das Präzisionsglas für die Teleskopspiegel wurde von Schott Glaswerke in Mainz geliefert. Das beiliegende Bild des Teleskops stammt von der Space Shuttle Crew und wurde kurz nach dem Entladen aus der Raumfähre Columbia aufgenommen.
(Quelle NASA)

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(Bild von NASA – Das erste Bild von Chandra – Müll im Kosmos – so bezeichnet NASA dieses erste Bild des Röntgenteleskops Chandra. (Röntgenphotonen haben die 1000fache Energie von Lichtphotonen und sind deshalb viel besser “sichtbar”. Das Bild zeigt eine Supernova – die Folge eines explodierten massiven Sterns. Die Überreste dieser Supernova, genannt Cassiopeia A, sind von der ca 300 Jahre zurückliegenden Explosion dieses Stern im Sternbild der Cassiopeia. Schockwellen expandieren mit einer Geschwindigkeit von 15 Millionen Stundenkilometern. Diese Schockwellen haben die Überrest des Sterns auf ca. 50 Millionen Grad Celsius erhitzt. Die ringförmige hellere Region hat einen Durchmesser von 10 Lichtjahren erreicht. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich im Zentrum, wo ein kleiner heller Punkt zu sehen ist, aus dem kollabierten Kern ein Neutronenstern gebildet hat.)