Gibt es noch andere Dimensionen als den Raum? Und wenn ja, wie viele sind es und was bedeuten sie? Im Grunde geht es um die Frage aller Fragen: Was hält die Welt im Innersten zusammen? Ein Thema, das Harald Lesch als „knallhart“ bezeichnet.
Die alten Griechen hatten noch einen zyklischen Zeitbegriff: Die Dinge kommen und vergehen, ein Kreislauf folgt dem nächsten. Der Zeitbegriff der Physik dagegen hat mit der zunehmenden Unordnung zu tun – der „Entropie“. Zeit vergeht dann, wenn die Entropie ansteigt.
Harald Lesch wagt sich jetzt an die wirklich wichtigen Dinge heran – die Ränder der wissenschaftlichen Forschung. Dazu gehören Raum und Zeit: Es geht um die Relativitätstheorie. In ihrem Zentrum steht die Gleichzeitigkeit. Was ist das?
Unser Universum dehnt sich aus: Wenn es das nicht tun würde, müsste überall am Himmel ein Stern zu sehen sein. Die Nacht wäre taghell. Doch das Weltall expandiert wie ein Hefeteig, in dem die Galaxien wie Rosinen eingebettet sind. Harald Lesch weiß, wie lange das noch so gehen wird.
Sterne sind riesige Kernfusionsreaktoren, in denen Atomkerne miteinander verschmelzen. Sie entstehen in Gaswolken wie etwa dem Orion-Nebel in unserer Milchstraße. Doch unter welchen Bedinungen klumpt das Gas zu einer Kugel zusammen?
Im Mittelalter versuchten Alchemisten, aus Dreck Gold herzustellen. Natürlich erfolglos. Denn schwere Elemente wie Gold entstehen nicht einfach so, sondern in Sternen. Doch Kernfusion funktioniert nur bis zum Eisen mit seinen 26 Protonen. Gold aber hat 79 – wie ist das möglich?
Sehen können es die Astronomen nicht, aber die Bahnen der Sterne im Zentrum unserer Milchstraße lassen nur einen Schluss zu: Hier steckt ein schwarzes Loch – mit einem Gewicht von zwei Millionen Sonnenmassen.
Perverse Dinge spielen sich im Universum ab – vor allem dann, wenn Schwarze Löcher einander nahe kommen. Harald Lesch hat sich lange überlegt, ob er darüber tatsächlich erzählen soll … Jetzt tut er es!
150 Millionen Kilometer, also acht Lichtminuten, ist unsere Sonne entfernt. Bis zum Rand des Sonnensystems sind es einige Lichtstunden. Der nächste Stern – Alpha Centauri – ist drei Lichtjahre entfernt, die Nachbar-Galaxie Andromeda zwei Millionen Lichtjahre. Doch das ist erst der Anfang … [Alternativtitel: Wie groß ist das Universum?]
Wie ist unsere galaktische Heimat aufgebaut. In dieser Folge beschäftigt sich Prof. Lesch mit der Frage nach dem Aufbau unseres kosmischen Zuhauses und unser Platz innerhalb unserer Spiralgalaxie. [Alternativtitel: Wie ist unsere Milchstraße aufgebaut?]
Er ist der sonnennahste Planet – und genau das macht die Beobachtung des Merkur so schwierig. Erst seit den Aufnahmen der Sonde Mariner 10 wissen wir genaueres über ihn. So dauert ein Tag-Nacht-Zyklus auf dem Merkur zwei Jahre – der längste im ganzen Sonnensystem.
Im Mittel nur 30 Meter dick, aber mit einer Ausdehnung von 400.000 km, bewegen sich die Ringe des Saturn gleichförmig auf ihren Kreisbahnen. Erst die Pioneer- und Voyager-Sonden fanden heraus, dass sie aus Eis- und Felsbrocken bestehen. Doch wie sind sie entstanden?
Wilhelm Herschel entdeckte 1781 durch Zufall ein Scheibchen am Himmel. Sollte es doch mehr als die seit der Antike bekannten sechs Planeten geben? Herschel war skeptisch und hielt seinen Fund zunächst für einen Kometen. Und tätsächlich ist Uranus ein sehr ungewöhnlicher Himmelskörper …
Die Bahn des Neptun um die Sonne weist eine Störung auf, die nur durch die Existenz eines weiteren Planeten erklärt werden kann. Tatsächlich schwirren weit draußen noch Pluto und Charon durch unser Sonnensystem. Doch die beiden sind zu klein, um die Bahnstörung zu verursachen.
Wir wissen so unglaublich viel über die Erde, das All, die Zusammenhänge … Haben Sie sich auch schon einmal gefragt, woher wir das eigentlich alles wissen? Warum können wir Gesetze, die wir auf der Erde beobachten, einfach auf das Universum übertragen?
Schon die alten Griechen versuchten, den Abstand der Erde vom Mond zu berechnen. Heute messen wir die Entfernung zu anderen Sternen – und machen dabei eine Zeitreise. Denn die Lichtteilchen, die über riesige Distanzen zu uns kommen, vermitteln uns ein Bild aus der Vergangenheit.
Unsere Nachbargalaxie Andromeda ist rund 2,25 Millionen Lichtjahre entfernt. Wie aber misst man eine solche Strecke? Mit der Parallaxenbestimmung kommt man jedenfalls nicht weiter. Als Hilfsmittel benutzt man stattdessen pulsierende Sterne, die Cepheiden, als „Standardkerzen“.
Wie weit ist das Weiteste von uns entfernt was wir kennen? Bei dieser Frage helfen weder die Griechen noch Cepheiden weiter. Harald Lesch widmet sich diesmal Objekten, die mehrere Millionen Lichtjahre entfernt sind. Mittels Supernovae vom Typ 1A als „Standardkerzen“ lassen sich über die Rotverschiebungen solche Distanzen messen.
Als der italienische Astronom Schiaparelli 1877 „Kanäle“ auf dem Mars entdeckte, war für seine Zeitgenossen klar: Hier muss es Lebewesen geben. Der Amerikaner Lowell wollte mit seinem Teleskop sogar Schiffe erkannt haben. Heute wissen wir mehr über den roten Planeten und seine Schluchten.
Noch in den 60er Jahren glaubte man, dass es auf der Venus so aussehen könnte wie auf der Erde vor vielen Millionen Jahren – ein Treibhaus mit Dschungel und Sauriern. Doch dann fand man heraus: In Wirklichkeit ist die Venus die reinste Hölle.
Afrika kommt! Etwa mit der Geschwindigkeit, mit der Fingernägel wachsen, schiebt sich die afrikanische Kontinentalplatte in Richtung Europa – und faltet dabei Gebirge wie Balkan oder Alpen auf. Die unausweichliche Folge: In etwa 20 Millionen Jahres wird das Mittelmeer nicht mehr existieren … [Alternativtitel: Soll man sich ein Haus auf Mallorca kaufen?]
Je tiefer man bohrt, desto heißer wird es: Der Erdkern hat vermutlich eine Temperatur von 6.000 Grad Celsius. Dadurch entstehen Konvektionsströme, die die Erdkruste bis heute in Bewegung halten. Doch warum ist das selbst nach Milliarden von Jahren noch so?
Wir leben in einer Eiszeit – verglichen mit dem Großteil der Erdgeschichte, denn meistens war die Erde völlig eisfrei. Warum aber gab es dann in unregelmäßigen Abständen immer wieder Eiszeiten? Schuld ist wohl die Plattentektonik, die immer wieder Meeres- und Luftströmungen verändert hat.
Das Erdmagnetfeld erfüllt eine wichtige Aufgabe für das Leben auf unserem Planeten: Es lenkt die hochenergetischen Teilchen des Sonnenwindes von der Erde ab. Doch seit ungefähr 1.000 Jahren schwächt sich dieses Magnetfeld ab, bisher um ein Drittel. Haben wir also Grund zur Sorge?
Wie vollzieht sich das Leben eines Sterns bis zu seinem Erlöschen? Das ist für einen Astronomen gar nicht so leicht zu beantworten, weil seine Lebensdauer ja sehr viel kürzer ist als die eines Sterns. Das Rentenalter eines Sterns jedenfalls beginnt, wenn er zum Roten Riesen wird.
Sie sind bis zu 14 Milliarden Jahre alt und sehr, sehr, sehr dicht: Die Sternendichte in einem Kugelsternhaufen ist 20.000 Mal größer als in der Nähe der Sonne. Sie bilden eine Art Urgalaxie ab, aus der sich die Milchstraße entwickelt hat.
Junge, kalte, dunkle Gaswolken sind die Eiskammern des Universums. Riesige Mengen von Eis entstehen dort – bei Temperaturen bis zu minus 260 Grad. Doch dieses Eis ist ganz anders als das Eis, das wir kennen: Es wird – wie Glas – amorph, fängt wieder an zu fließen.
Am 1. Januar 1801 entdeckte ein sizilianischer Mönch mit seinem Fernglas einen seltsamen Himmelskörper: Es war ein Asteroid, den er nach der Schutzgöttin von Sizilien Ceres nannte. Seitdem wurden viele weitere entdeckt. Harald Lesch weiß, wo sie herkommen.
Vor 65 Millionen Jahren schlug ein mindestens zwei Kilometer großer Felsbrocken auf der Erde ein – und löschte die Dinosaurier aus. Kann das wieder passieren und das Leben auf der Erde vernichten? Und wie können wir einer solchen Katastrophe entgehen?
In der Quantenmechanik können sich Teilchen in einem Zustand der Überlagerung befinden, d.h., sie können gleichzeitig mehrere Zustände einnehmen, bis eine Messung erfolgt. Im Falle der Katze ist dies die Überlagerung von lebendig und tot.
Noch heute finden sich im Weltall Überreste des Big Bang: die kosmische Hintergrundstrahlung. Sie ist der ultimative Beweis dafür, dass wir in einem Universum leben, das einen Zeitpfeil hat, expandiert und sich abkühlt. Diese Erkenntnisse setzte sich allerdings erst allmählich durch.
Der Big Bang war der Anfang von allem: die Schöpfung von Materie und Raum und Zeit. Und wir sind Teil dieser großen Explosion – und können nicht von außen darauf blicken. Alles, was da ist, ist Teil des Big Bang. Er ist also überall.
Auf den ersten Blick eine interessante These: Bei ihrer Reise durch den intergalaktischen Raum werden Licht-Photonen irgendwann müde, verlieren Energie und verändern dabei ihre Frequenz – fertig ist die Rotverschiebung im Universum. Harald Lesch ist nicht überzeugt …
In 50 Millionen Jahre wird das Mittelmeer verschwunden sein und der afrikanische Kontinent direkt auf Europa stoßen. In 2 Milliarden Jahren wird sich die Sonne aufblähen und die Erde unbewohnbar machen. Harald Lesch weiß, wie es danach weiter geht.
In der 100. Folge von alpha-Centauri gönnt sich Harald Lesch auch inhaltlich ein Sahnetörtchen: Ist die Physik nach Jahrhunderten der Forschung so weit, die Welt in einer Formel erklären zu können? Harald Lesch hat da ganz grundlegende Bedenken.
In dieser Folge bringt uns Harald Lesch an die Grenzen der theoretischen Physik - und damit an den Rand des Wahnsinns. Denn ein Kristall ist zwar symmetrisch – aber ein Baum? Und doch sagen Physiker, dass die Natur in ihrem Innersten symmetrisch ist. Was meinen sie damit?
Es gibt genau vier Kräfte im Universum: die Schwerkraft, die elektrodynamische Wechselwirkung, die starke und die schwache Kernkraft. Sie sind dafür zuständig, dass die Welt so funktioniert, wie sie eben funktioniert. Ist ein Universum vorstellbar, in dem diese Kräfte anders wären?
Astronomen beobachten heute nicht mehr nächtelange persönlich den Sternenhimmel. Das übernehmen riesige, computergesteuerte Teleskope, die gigantische Datenmengen produzieren. Welche Rolle dabei der einzelne Forscher noch spielt, weiß Harald Lesch.
Können wir irgendetwas darüber erfahren, was vor dem Beginn der Welt gewesen ist? Aber wie sollte das möglich sein – ist doch der Beginn der Welt auch der Beginn der Naturgesetze. Eine schwierige Frage also. Harald Lesch versucht sie zu beantworten.
Das Alter von Gesteinen wird primär durch radiometrische Datierungsmethoden bestimmt, die auf dem Zerfall radioaktiver Isotope basieren. Diese Methoden nutzen die konstante Zerfallsrate bestimmter Elemente, um das Alter von Mineralien und Gesteinen zu berechnen, indem das Verhältnis von Mutter- zu Tochterisotopen gemessen wird. Neben der radiometrischen Datierung gibt es auch relative Altersbestimmungsmethoden, wie die Stratigraphie, die die Position von Gesteinsschichten zueinander betrachtet.
Wasserstoff ist das erste Element, das es in unserem Universum gab – lange vor den ersten Sternen. Sauerstoff dagegen kann erst in Sternen entstehen und wird von diesen ins interstellare Medium abgegeben. Wie aber verbinden sich diese beiden Elemente zu Wasser?
Zwei Atome Wasserstoff, ein Atom Sauerstoff – das ist Wasser. Doch diese simple Kombination zweier Gase hat erstaunliche Eigenschaften: Sie ist flüssig, hat eine Oberflächenspannung, kann verdunsten, Wärme speichern und gefrieren. Ursache dafür ist die Bipol-Bindung der Wassermoleküle.
„Es werde Licht!“ Das steht am Anfang der biblischen Genesis. Denn Licht spielt eine ganz fundamentale Rolle in unserem Leben. Und es hat ganz erstaunliche Eigenschaften: Es ist wahnsinnig schnell und hat je nach seiner Wellenlänge unterschiedlich viel Energie.
Energie – das ist erstmal eine abstrakte Rechengröße, die eingeführt wurde, um Veränderungen von Systemen zu beschreiben. Energie geht nämlich nicht verloren, sie wird nur umgewandelt: in kinetische, elektrische oder potenzielle Energie.
1931 stellte der Physiker Wolfgang Pauli die Vermutung auf, dass bei einer Kernreaktion bislang unentdeckte Teilchen auftreten. 1934 gab ihnen der Italiener Enrico Fermi den Namen „Neutrinos“ – kleine, neutrale Teilchen. Das Problem: Diese „Geisterteilchen“ lassen sich sehr schwer nachweisen.
Neutrinos machen offenbar nichts: Sie laufen einfach durch alles auf der Welt durch, auch durch die Sonne. Neutrinos zu messen ist extrem schwierig. Es ist zwar gelungen, ein Drittel der Neutrinos zu messen, aber wo ist der Rest?
Bosonen sind Elementarteilchen oder zusammengesetzte Teilchen mit einem ganzzahligen Spin. Sie unterscheiden sich von Fermionen, die einen halbzahligen Spin haben. Beispiele für Bosonen sind Photonen, Gluonen und das Higgs-Boson. Bosonen folgen der Bose-Einstein-Statistik, was bedeutet, dass sich mehrere Bosonen im selben Quantenzustand befinden können.
Geschichtenerzählen und Astrophysik – das sind seine beiden großen Leidenschaften: Harald Lesch ist Professor für theoretische Astrophysik an der Uni München und unterrichtet Naturphilosophie an der Hochschule für Philosophie S.J.
Der „Big Bang“ ist der Anfang von allem. Ein Punkt mit einer unglaublich hohen Dichte und Temperatur – eine fast symmetrische Energiesuppe, ein „Quantenvakuum“. Doch eine winzige Fluktuation ließ daraus unser heutiges Universum entstehen, mitsamt der Zeit und den Naturgesetzen. [Alternativtitel: Was ist der Urknall?]
Albert Einstein hat sie erfunden, doch keiner hat je eines zu Gesicht bekommen: Schwarze Löcher sind schwärzer als alles, was man sich vorstellen kann. Sie sind so kompakt, dass selbst Lichtstrahlen nicht mehr entweichen können. [Alternativtitel: Was sind Schwarze Löcher?]
10.000 Lichtjahre von der Erde entfernt gibt es ein Objekt im Weltall, das sich nicht so verhält, wie man es erwarten würde. Im Jahr 1181 ist dort ein Stern explodiert und hat seine Überreste zurückgelassen. Ist er dabei bis in seine kleinsten Bausteine – die Quarks – zerfallen?
Am 4. Juli 1054 explodierte etwa 6.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt ein Stern. Diese Supernova konnte damals 23 Tage lang auch tagsüber beobachtet werden – als eine Art Gaststern der Sonne. Seine Überreste sind heute als Krebsnebel (M 1) am Firmament zu sehen, in dessen Mittelpunkt 1968 ein Pulsar entdeckt wurde, der ungeheure Energien an seine Umgebung abgibt. [Alternativtitel: Was steckt im Krebsnebel?]
Ein Magnetar ist ein spezieller Typ von Neutronenstern, der sich durch ein extrem starkes Magnetfeld auszeichnet. Diese Magnetfelder sind etwa 100 bis 1000 Mal stärker als die von typischen Neutronensternen, und sie können sogar bis zu 1000 Billionen mal stärker als das Magnetfeld der Erde sein.
[Alternativtitel: Was sind Population-Drei-Sterne?] Population-III-Sterne sind die hypothetischen ersten Sterne, die im frühen Universum entstanden sind. Sie bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den einzigen Elementen, die kurz nach dem Urknall vorhanden waren. Da diese Sterne keine schweren Elemente (Metalle) in ihrer Zusammensetzung haben, werden sie als "metallarm" oder "metallfrei" bezeichnet.
Invasion von der Vega, Lebewesen von Sirius oder Aldebaran – ist so etwas möglich? Harald Lesch beschäftigt sich diesmal mit Frage, unter welchen Bedingungen in der Umgebung eines Sterns überhaupt Leben entstehen kann.
Gibt es Außerirdische? Wie dünn war die Ursuppe? Und wie sieht eigentlich die Zukunft des Universums aus? Manchmal wissen nur Experten wie der Astrophysiker Harald Lesch weiter.
1610 entdeckte Galileo vier Monde, die um Jupiter kreisen: Io, Europa, Ganymed und Kallisto. Die Oberfläche von Europa ist von riesigen, zerbrochenen Eisschollen bedeckt. Außerdem besitzt er eine Wärmequelle und ein Magnetfeld. Ist hier Leben möglich?
Zwar konnte man inzwischen die Existenz von Wasser auf dem Mars nachweisen – dass es dort auch Leben gibt, ist aber sehr unwahrscheinlich. Grund ist die zellzerstörende kosmische Strahlung, der der Mars schutzlos ausgeliefert ist. Warum sollten sich Menschen in diese Gefahr begeben?
Spannende Fragen für alle, die an außerirdischen, überirdischen und himmlischen Phänomenen interessiert sind: Gibt es UFOs? Gibt es außer uns noch andere Lebewesen im Universum? Wenn ja, kommen sie zu uns?
Für die Entstehung des Mondes gibt es drei Theorien: Zwei davon sind irrsinnig, die dritte wahnsinnig – doch genau die ist richtig! Der Mond hat sich also nicht als „Tropfen“ von der Erde gelöst und wurde auch nicht von ihr eingefangen. Er entstand durch einen gigantischen Einschlag.
Heute dreht sich alles um „alpha“ – die Feinstrukturkonstante der elektromagnetischen Wechselwirkung. Sie beschreibt die Stabilität der Materie. Allerdings gibt es Indizien, das „alpha“ gar keine Konstante ist, sondern früher kleiner war. Hat die Welt damals anders funktioniert?
Was passiert, wenn wir immer tiefer in die Materie eindringen? Kommen wir dann an einen Punkt, an dem die Ausdehnung des Raumes gleich Null ist? Das wäre eine Singularität – eine Unendlichkeit, wo eigentlich nichts ist. Davor bewahrt uns die Planck-Welt.
Einige weit entfernte Objekte scheinen sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns zu entfernen. Dies liegt jedoch daran, dass sich der Raum zwischen uns und diesen Objekten ausdehnt, und nicht an einer tatsächlichen Bewegung der Objekte selbst.
Gibt es einen Stoff, der das ganze Universum durchzieht? Das zumindest glaubten die alten Griechen. Heute sehen Wissenschaftler das anders.
Für die alten Griechen waren Atome die kleinsten, unteilbaren Teilchen. Dann wurden Elektronen, Neutronen und Protonen entdeckt. Heute halten Wissenschaftler Quarks für die wahren Elementarteilchen.
In der Astronomie spielt der Tunneleffekt eine wichtige Rolle bei der Kernfusion in Sternen. Er ermöglicht es Protonen, die Coulomb-Barriere zu überwinden, die sie normalerweise voneinander trennen würde, und zu fusionieren, wodurch Energie freigesetzt wird, die für Sterne lebensnotwendig ist.
Warum gibt es überhaupt Masse? Warum also ist die Welt so aufgebaut, wie sie uns erscheint? Dafür spielt ein Begriff eine zentrale Rolle, der oft missverstanden wird. Er hat damit zu tun, wie sich Dinge in der Natur miteinander verbinden. Gemeint ist die Bindungsenergie.
„Wer hat denn das bestellt, das brauchen wir eigentlich überhaupt nicht“, soll ein Physiker bei seiner Entdeckung gerufen haben. Denn das Myon ist 200-mal schwerer als das Elektron – und eigentlich zu nichts nutze. Wo also kommt es her? Und warum gibt es solche Teilchen?
Beamen, Impulsantrieb, Trägheitsabsorber: Auf dem Raumschiff Enterprise gibt es viele Technologien, die im Widerspruch zu den Gesetzen unserer Physik stehen. Harald Lesch beleuchtet dieses Spannungsfeld zwischen Science Fiction und Naturwissenschaft.
Galaxien, Sterne, Planeten: Obwohl das Universum auseinanderfliegt, gibt es Inseln, in denen Materie strukturiert auftritt. Zu verdanken haben wir das der Schwerkraft: Sie strebt der allgemeinen Expansion entgegen – und ist perfekt austariert.
Entropie ist ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit in einem System. In der Physik beschreibt sie die Anzahl der möglichen mikroskopischen Zustände, die einem makroskopischen Zustand entsprechen. Je mehr verschiedene Zustände möglich sind, desto höher ist die Entropie.
Im Januar 1896 experimentierte der französische Physiker Henri Bequerel mit Uransalzkristallen – und entdeckte dabei die radioaktive Strahlung. Offenbar schlummerte in den Atomkernen eine verborgene Energiequelle: die Kernenergie.
Der Begriff "Antigravitation" wird oft verwendet, um eine hypothetische Kraft zu beschreiben, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Harald Lesch beleuchtet diese Thema in dieser Folge.
Mathematiker rechnen ständig mit ihnen, doch im physikalischen Universum gibt es keine Unendlichkeiten. Beispiel Geschwindigkeit: Die Lichtgeschwindigkeit ist hier die natürliche Grenze. Doch in einigen sehr merkwürdigen Bereichen schleicht sich die Unendlichkeit doch wieder ein …
Das Universum ist so kalt, weil wir da sind! Die meiste Energie, die es einmal besaß, hat sich auf einen riesigen Raum verteilt und die Teilchen im Weltraum interagieren kaum miteinander. Dadurch kühlte sich das Universum ab. Der Weltraum ist außerdem ein Vakuum, sodass es kaum etwas gibt, das Wärme speichern oder übertragen könnte.
In 10¹⁴ Jahren wird die normale Bildung von Sternen zu Ende gehen. Das bedeutet: Das Universum wird dunkel. Nur noch ausgebrannte Sternenreste sind übrig: Weiße Zwerge, Neutronensterne, Schwarze Löcher und eben die Himmelskörper, die keine Fusion unterhalten können: Braune Zwerge und Planeten.
Wenn man zum Mond fliegt, muss man erst einmal die Schwerkraft der Erde überwinden. Dann kommt man an einen Punkt, an dem sich die Kräfte von Erde und Mond ausgleichen. Könnte man dort ein Raumschiff parken?
Die Leere ist ein wichtiger Begriff in den Naturwissenschaften. Gibt es das Nichts auch im Weltraum? Das ist eine Frage, die uns in der Astronomie mehr umtreibt, als man vielleicht meint. Gibt es im Weltraum Löcher? Und wenn ja, was ist da drin? [Alternativtitel: Gibt es Löcher im Weltall?]
Angeblich kann man an den Abmessungen der Pyramiden die Lichtgeschwindigkeit oder den Abstand Erde – Sonne ablesen. Haben die Ägypter also über ein tiefes Wissen über den Kosmos verfügt? Oder gar mit Außerirdischen in Kontakt gestanden? Harald Lesch ist skeptisch …
Manche sagten für den 5. Mai 2000 den Untergang der Erde voraus, denn alle anderen Planeten befänden sich auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne und dieses Ungleichgewicht wäre für die Erde katastrophal. Harald Lesch, verärgert und „geladen mit einem solchen Hals“, demontiert diesen „großen Mist“ vom Weltuntergang – nicht nur anhand wissenschaftlicher Fakten.
Naturgesetze beschreiben beobachtete oder vermutete Erscheinungen in der realen Welt. Sie sollen formulieren, wie Natur funktioniert. Gibt es also in der Natur Regeln, um vorherzusagen, was als nächstes passieren wird?
Am Anfang unseres Universums war alles äußerst gleichmäßig, also hochsymmetrisch. Doch damit neue Teilchen – und damit unsere Welt und Lebewesen wie wir selbst – entstehen konnten, musste diese Symmetrie gebrochen werden.
Vor 40 Jahren hat Peter Higgs eine Theorie aufgestellt, die den "heilige Gral" der Elementarteilchenphysik darstellt: Wenn man sein Higgs-Teilchen finden könnte, ließe sich besser erklären, warum die Welt so ist, wie sie ist.
Ein Paralleluniversum, auch bekannt als Multiversum, ist eine hypothetische Gesamtheit von Universen, die neben unserem eigenen existieren könnten. Es ist ein Konzept, das in der Philosophie, Science-Fiction und in einigen wissenschaftlichen Theorien, wie der kosmischen Inflation, eine Rolle spielt.
Methanhydrat, auch bekannt als Methanklathrat oder brennendes Eis, ist eine feste, eisähnliche Verbindung aus Methan und Wasser. Die Moleküle des Methans sind dabei in winzigen, käfigartigen Strukturen aus Wassermolekülen eingeschlossen. Diese Hydrate bilden sich unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen, die typischerweise in Tiefseeablagerungen und Permafrostböden anzutreffen sind.
Der letzte Kometeneinschlag auf der Erde ist nicht genau bekannt, da viele kleinere Einschläge nicht erfasst werden. Es gab jedoch einen großen Einschlag vor etwa 66 Millionen Jahren, der zum Aussterben der Dinosaurier führte. Ein bekannterer Einschlag war der des Tunguska-Ereignisses im Jahr 1908, das jedoch eine Explosion in der Atmosphäre war, kein direkter Einschlag.
Das Magnetfeld der Erde hat sich immer wieder komplett umgepolt. Das steht jetzt wieder an: In den vergangenen 200 Jahren ist das Magnetfeld um 10 % schwächer geworden und der magnetische Südpol ist 1.100 Kilometer gewandert – Vorboten eines baldigen Zusammenbruchs.
Als treuer Centauri-Zuschauer werden Sie die Antwort auf diese Frage schon kennen: Es entsteht ein Neutronenstern. Doch darum geht es Harald Lesch diesmal nicht. Es geht um Ozon und darum, was mit der Erde passiert …
Vermutlich sind schon die Steinzeitmenschen vor ihrer Höhle gesessen und haben sich über das regnerische Sauwetter geärgert. Dabei war der Regen entscheidend für die Entstehung unserer Atmosphäre – und damit für die Entwicklung von Leben auf der Erde. [Alternativtitel: Wie war das Wetter vor 4 ½ Milliarden Jahren?]
Auch im neuen Jahrtausend ist das Interesse an Katastrophenszenarien ungebrochen. Harald Lesch nimmt einige von ihnen unter die Lupe: Kann die Sonne plötzlich verlöschen? Oder ein großer Asteroid einschlagen? Oder eine Supernova in der Nähe explodieren und alles vernichten? [Alternativtitel: Welche kosmischen Gefahren bedrohen uns?]
Galaxien bilden die leuchtende Materie im Universum. Eine äußerst seltene Form von ihnen sind Polarring-Galaxien – Scheibengalaxien mit einem senkrecht dazu stehenden polaren Ring. Sie erzählen uns etwas darüber, wie die dunkle Materie im Kosmos verteilt ist.
Im Weltall gibt es Spiralgalaxien, elliptische Galaxien – und Galaxien, die dort auftauchen, wo sie keiner erwartet: die irregulären Galaxien. Ein Beispiel dafür ist die große Magellansche Wolke, eine Begleiterin unserer Milchstraße.
Wenn wir den Nachthimmel betrachten, überkommt uns Ehrfurcht vor dem scheinbar so ewigen Universum. Doch in Wirklichkeit tut sich sehr viel im All. Beispiel Galaxien: Befinden die sich im Gleichgewicht – oder werden sie eines Tages verschwinden?
In dieser Folge macht Harald Lesch eine Inventur des Universums. Das Ergebnis: Zur Zeit besteht es aus rund 10 hoch 80 Elementarteilchen – also Elektronen, Protonen und Neutronen. Dazu kommt allerdings ein Vielfaches an dunkler Materie …
Kleine, helle Inselchen in einem großen, dunklen Meer: Das ist das Bild, das man mit einem optischen Teleskop von einem Galaxienhaufen bekommt. Doch wenn man ihn mit einem Röntgenteleskop betrachtet, sieht man rundherum eine riesige Gaswolke – den „Cooling Flow“.
Wenn in Science-Fiction-Filmen Raumschiffe explodieren, gibt es einen Riesenkrach. Doch im Weltall hört man in Wirklichkeit nichts. Wie man seit kurzem weiß, wird Schall allerdings sehr wohl übertragen.
Sie ist die größte zusammenhängende Struktur im Universum, die wir kennen: die Große Wand. Das Wissen über sie ist das Resultat jahrelanger intensiver Arbeit. Harald Lesch erklärt, was es mit der Großen Wand auf sich hat.
Der größte Teil des Universums besteht aus einem Material, das wir nicht kennen: der dunklen Materie. Ohne sie gäbe es keine Galaxien – und auch keine Galaxienhaufen, die größten durch Schwerkraft gebundenen Strukturen im Universum.
Neue Untersuchungen zeigen: So viele Außerirdische wie in der Science-Fiction gibt es vermutlich nicht. Der Grund: Die meisten Sonnen sind zu klein oder zu groß für die Entstehung von Leben. Nur G-Sterne wie die Sonne sind dafür geeignet.
Röntgenstrahlung gibt es nicht nur beim Arzt, sondern auch im Universum. Da sie nicht bis zur Erde durchdringt, konnte man sie erst mit modernen Satelliten entdecken. Ihre Quelle: mindestens eine Million Grad heiße Neutronensterne und Gaswolken.
Die Silk-Dämpfung ist ein kosmologischer Effekt, der die Glättung von Temperaturfluktuationen in der kosmischen Hintergrundstrahlung (CMB) beschreibt. Dieser Effekt tritt während der Rekombination des Universums auf, als sich Photonen von Orten hoher Materiedichte zu Orten geringerer Dichte bewegten und dabei Temperaturschwankungen ausglichen.
Die Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung beträgt heute rund 2,7 Grad – mit minimalen Fluktuationen. Doch aus diesen extrem geringen Schwankungen hat sich die gesamte Struktur des Kosmos entwickelt.
Eine der großen Fragen der Kosmologie: Was wird einmal aus dem Universum werden? Eine Antwort darauf könnte das Gegenstück zum Urknall, zum „Big Bang“, sein – der „Big Crunch“, sozusagen der „Endknall“.
Wenn das ganze Universum expandiert, warum finde ich dann immer seltener einen Parkplatz? Im Ernst: Das Universum fliegt auseinander, aber trotzdem bleiben Strukturen wie wir Menschen zumindest für eine bestimmte Zeit erhalten. Woran liegt das? [Alternativtitel: Warum fliegt nicht alles weg?]
Quasi-stellare, also sternenähnliche, Objekte setzen wahnsinnige Mengen an Energie frei – und das aus einem vergleichsweise winzigen Gebiet. Die Erklärung dafür: Gigantische schwarze Löcher mit bis zu einer Milliarde Sonnenmassen. [Alternativtitel: Was ist ein Quasar?]
Das uns im Kosmos am nächsten gelegene Beispiel für galaktischen Kannibalismus: So lässt sich das zehn Millionen Lichtjahre entfernte Objekt Centaurus A beschreiben. Diese Radiogalaxie verdaut in ihrem Zentrum sozusagen eine große Spiralgalaxie.
Im Zentralbereich von Galaxien befinden sich im Allgemeinen supermassive schwarze Löcher, die von einer Gasscheibe umgeben sind. Doch bei unserer Nachbargalaxis Andromeda ist alles anders: Dort umkreist eine Scheibe mit Tausenden roter, metallreicher Sternen das Zentrum …
Wie will man feststellen, dass etwas rotiert, das man – wie ein Schwarzes Loch – gar nicht beobachten kann? Harald Lesch weiß die Antwort: Nur mit der Rotation von Schwarzen Löchern lässt sich nämlich die Leuchtkraft von extrem hellen Objekten wie Quasaren erklären.
Der Ursprung des Kosmos ist im Grunde ein akausales Phänomen – der Beginn einer Wirkungskette, der selbst keine Ursache hat. Hier stoßen wir anscheinend an eine Erkenntnisgrenze der Kausalität. Wie kommt die Wissenschaft da wieder heraus?
Am Anfang unseres Universums, direkt nach dem „Big Bang“, flog alles mit unglaublicher Wucht auseinander. Der Raum dehnte sich aus – und kühlte dabei ab. Bereits 20 Sekunden nach dem Urknall entstanden dann die ersten Wasserstoff-Isotope. [Alternativtitel: Was geschah in den ersten drei Minuten?]
Kann man aus der eigenen Existenz Eigenschaften des gesamten Universums ableiten? Die Antwort auf diese Frage hat etwas mit einer Barriere zu tun, der Beryllium-Barriere. Harald Lesch erklärt, was es damit auf sich hat.
1911 machte der Holländer Kamerlingh Onnes eine verblüffende Entdeckung: Bei Quecksilber bricht ab einer Temperatur von 4,2 Kelvin der elektrische Widerstand komplett zusammen. Diese Supraleitung lässt sich nur mit Hilfe der Quantenmechanik erklären.
Diese Folge von alpha-Centauri ist Harald Lesch beinahe peinlich: Es geht um eine besondere Art von Kraft, von der wir eigentlich nicht so recht verstehen, wie sie zustande kommt.
Im Kosmos gibt es riesengroße Magnetfelder, die auf mehrere 10.000 Lichtjahre ausgedehnt sind. Es muss also eine Kraft geben, die sie in dem interstellaren Plasma der Milchstraße – also quasi aus dem Nichts – entstehen lässt.
Diese Sendung könnte auch „Kosmische Elektrotechnik“ heißen. Denn solare Flares sind gewaltige Ausbrüche der Sonne – Millionen Kilometer groß. Und dabei gelten, wie überall im Universum, die Gesetze der Elektrodynamik.
Alles, was wir auf unserem Planeten tun, ist Sonnenenergie zu verarbeiten. Wir sind also nichts weiter als „kosmische Durchlauferhitzer“. Für den Transport der Energie auf der Sonne selbst spielen 100.000 kurzlebige Röhren auf ihrer Oberfläche eine wichtige Rolle – die Spikulen. [Alternativtitel: Was sind Spiculen?]
Sedna ist der 10. Planet in unserem Sonnensystem. Sein Name stammt von einer Eskimogöttin, denn Sedna ist 12 Lichtstunden von der Sonne entfernt und hat an der Oberfläche eine Temperatur von 240 Grad Celsius – unter Null.
Jupiter ist der größte Planet in unserem Sonnensystem – so schwer wie alle anderen zusammen. Er schirmt die Erde effektiv vor riesigen Asteroiden ab. Ohne ihn gäbe es viel häufiger Einschläge – mit katastrophalen Folgen für die Entwicklung des Lebens.
Die Leuchtkraft unserer Sonne scheint ziemlich unveränderlich zu sein. Stimmt - und stimmt nicht. Denn zum einen steigt ihre Leuchtkraft ständig an, zum anderen durchläuft sie kleine Zyklen. Sehr viel deutlichere Veränderungen zeigen etwa Pulsationssterne.
Molekülringe entstehen durch eine Cyclisierungsreaktion, bei der sich lineare Molekülketten schließen und eine ringförmige Struktur bilden. Diese Reaktionen können intramolekular (innerhalb eines Moleküls) oder intermolekular (zwischen zwei Molekülen) stattfinden und führen zur Bildung von cyclischen Verbindungen.
Ein Quasar ist ein quasi-stellares Objekt – eine außerordentlich helle Lichtquelle, die aber kein Stern ist. Bei besonders starker, variabel strahlender Aktivität im Zentrum einer Galaxie spricht man von einem Blazar. Harald Lesch erklärt, wie diese „zentralen Maschinen“ funktionieren.
Gibt es Strukturen im Universum aus dunkler Materie, die viel viel größer sind als Galaxienhaufen? Um das beantworten zu können, müssen wir uns noch eine andere Frage stellen: Bewegt sich Fornax?
Das Universum ist im Wesentlichen leer, und es fliegt auseinander. Doch damit Galaxien als Sterneninseln im Weltall entstehen können, muss sich Materie zusammenfinden – gegen den allgemeinen Trend zur Expansion. Eine entscheidende Rolle dabei spielt die dunkle Materie.
Obwohl wir nicht direkt hineinsehen können, wissen wir doch dank elektromagnetischer Strahlung, dass sich im Galaktischen Zentrum ein Schwarzes Loch befindet. Die spannende Frage lautet nun: Gibt es dort noch ein zweites Schwarzes Loch?
Energie gleich Masse mal Lichtgeschwindigkeit im Quadrat: Diese Formel aus der speziellen Relativitätstheorie ist die Schicksalsformel des Universums. Sie beschreibt, was sich in Sternen abspielt – und liefert damit auch die Basis für unser Dasein. Doch gilt sie immer und überall?
Die Naturgesetze, die wir kennen, gelten immer und überall im Universum – davon gehen wir aus. Doch ist das auch wirklich so? Das lässt sich etwa anhand der elektromagnetischen Wechselwirkung überprüfen, die mit dem Parameter alpha beschrieben wird.
Die Welt der Quantenmechanik ist eine schwankende: Teilchen oder Welle, Ort oder Geschwindigkeit – das kann man nicht so genau sagen. Die klassischen Eigenschaften der Materie entstehen erst durch die Wechselwirkung mit der Umwelt, den Prozess der Dekohärenz.
Laut Einstein ist Zeit das, was ich mit der Uhr messe. Doch bewegt sich eine Uhr relativ zu einer Uhr in einem anderen Bezugssystem, kommt seine spezielle Relativitätstheorie (SRT) ins Spiel – und auf einmal gehen manche Uhren langsamer als andere.
Als die Viking-Sonden 1976 den Mars erreichten, entdeckten sie merkwürdige Strukturen: Pyramiden und das „Marsgesicht“. Zeugnisse einer hoch entwickelten Zivilisation? Oder eine optische Täuschung? Spätere Marsmissionen brachten die Wahrheit ans Licht.
Nicht nur Sience-Fiction-Leser träumen davon, einmal zu den Sternen zu reisen. Ist das denkbar? So manchem Astronom wurde diese Frage schon gestellt. Harald Lesch wägt das Für und Wider ab …
Unter welchen Bedingungen kann auf einem Planeten Leben entstehen? Diese Frage beschäftigt die Astrobiologie. Ihr Paradebeispiel ist – natürlich – die Erde. Hier kam es im Kambrium, also vor rund 500 Millionen Jahren, zu einer Lebensexplosion. Harald Lesch erklärt warum.
Ja, es gab und gibt natürliche Kernreaktoren. Der bekannteste Fall ist der Naturreaktor von Oklo in Gabun, wo vor etwa zwei Milliarden Jahren eine nukleare Kettenreaktion auf natürliche Weise stattfand
Unser Wissen über die globale Klimageschichte im Holozän ist überraschend unvollständig – auch weil die Ausschläge weit weniger ausgeprägt sind als im vorangegangenen Pleistozän.
Wenn wir irgendetwas hochwerfen, fällt es wieder herunter. Doch der Mond zieht seit über vier Milliarden Jahren unbeirrt seine Bahn um die Erde. Harald Lesch erklärt, wie die Schwerkraft dafür sorgt, dass nicht nur der Mond, sondern auch die Planeten und Galaxien in der Spur bleiben.
Cassiopeia A war die jüngste Supernova-Explosion in unserer Milchstraße. Der Supernova-Überrest Cas A breitet sich immer noch mit einigen Tausend Kilometern pro Sekunde in zwei Stoßfronten ins interstellare Medium aus. Harald Lesch erklärt seine ganz besondere Physik.
Ein Begriff, der in Anlehnung an den der Supernova geprägt wurde. Astronomen verstehen unter Hypernova also ein verwandtes Phänomen, eine Sternenexplosion noch gewaltigeren Ausmaßes.
Es war ein echter Glücksfall für die Astronomie: Am 27. Dezember 2004 um 22.30 Uhr MEZ traf ein Superflare die Detektoren in der Erdumlaufbahn – der stärkste Strahlenstoß, der je von Menschen aufgenommen wurde. Er stammte von einem Objekt auf der anderen Seite der Milchstraße.
Als sich das Universum nach dem Urknall abkühlte, entstanden die ersten beiden Elemente: Wasserstoff und Helium. Woher aber kommt dann der Stoff, aus dem unsere Welt besteht – woher kommen Kohlenstoff, Sauerstoff oder Eisen? Aus explodierenden Sternen, den Supernovae.
Das Universum ist ein riesiges Strahlungsbad: Radio-, Infrarot- und Röntgenstrahlung prasselt ständig auf uns nieder. Wie aber kann man in diesem Wellensalat ein Signal erkennen, das künstlich entstanden ist? Wir selbst teilen uns z. B. über Radar oder Fensehen dem Universum schon eine Weile mit.
Kann man große Distanzen im Weltall überwinden, ohne gegen die Naturgesetze zu verstoßen? Harald Lesch erklärt eine Methode, mit der das theoretisch geht: ein Lichtsegel, verbunden mit einer starken Photonenquelle.
Chondrulen, auch Chondren genannt, sind kleine, millimetergroße Kügelchen aus Silikatmineralien, die in Meteoriten, insbesondere in Chondriten, vorkommen. Sie stellen einen wichtigen Bestandteil des frühesten Materials im Sonnensystem dar und sind vermutlich Überreste aus der Zeit der Planetenentstehung.
Lange Zeit galt das Gesetz, dass Planeten immer auf der gleichen Bahn um ihre Sonne kreisen – weiter innen Gesteinsplaneten wie die Erde und weiter draußen Gasplaneten. Bis man 1995 einen Gasplaneten entdeckte, der sehr nah an seinem Stern war. Wie kam er dorthin?
Da sie selbst nicht strahlen, kann man Planeten in der Nähe eines hell leuchtenden Sterns nur schwer entdecken. Was sich messen lässt, ist eine Verschiebung der Spektrallinien des Sterns. Als man mit dieser Methode fündig wurde, gab es eine Überraschung …
Die Sonne hat 300.000 Erdmassen – und dominiert mit ihrer Schwerkraft unser Sonnensystem. Doch auch die Schwerkraft der Planeten selbst beeinflusst ihre Bahnen. Das Problem: Ein solches Mehrkörperystem lässt sich mathematisch nicht zuverlässig berechnen.
Am 15. September 1999 entdeckte das Röntgenteleskop BeppoSAX eine Röntgenquelle, die plötzlich für 20 Minuten unvorstellbare 35.000 Sonnenleuchtkräfte abstrahlte. Der Beweis für das damals näheste schwarze Loch: V4641 Sagittarius.
So ähnlich, wie wenn man einen Stein ins Wasser wirft, fängt die Raumzeit durch Gravitationswellen an zu schwingen. Ursache ist die Masse, etwa von Sternen. Sie krümmt den Raum in ihrer Umgebung. Explodiert der Stern in einer Supernova, breiten sich Gravitationswellen aus.
1967 fand die Doktorandin Jocelyn Bell am Himmel etwas, was man bis dahin für unmöglich gehalten hatte: Objekte, die mit einer sehr starken Richtungsgenauigkeit ein Radiosignal abstrahlen. Sie hatte Pulsare entdeckt, die pulsierenden Herzen von Sternleichen.
Warps – das klingt zunächst nach Science Fiction, nach Geheimnisvollem und Unwirklichem. Aber weit gefehlt! Es geht um ernsthafte, solide Astronomie! Warps – das ist ein richtiges „Brot- und Butter-Thema“ aus der galaktischen Astronomie.
Kosmologie als Fortsetzung der Philosophie mit anderen Mitteln: In der 200. Folge von alpha-Centauri nimmt sich Harald Lesch in ungewohnter Form einer eigentlich philosophischen Fragen an: Warum existiert das Universum überhaupt? Wie kann aus Nichts etwas werden?
Der Stern von Bethlehem führte die drei Weisen aus dem Morgenland nach Jerusalem und zu Jesus. Ist das alles nur eine Erfindung? Oder ist etwas astronomisch Interessantes an der Geschichte? Können wir das heute nachrechnen?
Wie entsteht Leben? Nicht aus „Sägespäne und Urin“, wie Goethe noch glaubte. Der sowjetische Biochemiker Oparin stellte in den 1920er Jahren die Hypothese von der „Ursuppe“ auf, die 1953 experimentell von den beiden Chemikern Stanley und Uray überprüft wurde: Es entwickelten sich „spontan“ die Bausteine des Lebens …
Wenn man es in seine Bestandteile zerlegt, dann stellt dieses Kunstwort die Frage: Wie wird eine neue Erde gemacht? Könnte man also z. B. die Planeten in unserem Sonnensystem für Menschen bewohnbar machen? Einzig der Mars scheint dafür geeignet …
1960 trafen sich bedeutende Wissenschaftler auf der Green-Bank-Konferenz. Ihr Thema: Wie viele kommunikationsbereite außerirdische Zivilisationen gibt es in unserer Milchstraße? Das Ergebnis: eine Formel, mit der sich deren Anzahl abschätzen lässt.
Große interstellare Wolken sind etwas ganz Besonderes. Man hat darin merkwürdige Moleküle entdeckt: Blausäure, Kohlendioxid und sogar Ameisensäure … Ob es wohl auch Alkohol im All gibt? Harald Lesch weiß es!
Für Harald Lesch ein weiteres Beispiel aus der Serie „Die Cosmic Horror Picture Show“: Er erklärt die bevorstehende Supernova des etwa 400 Sonnenmassen großen Sterns, der 7500 Lichtjahre entfernt ist und zeigt die Geschichte dieses „Monsters“ auf, das für die Astronomie eines der wichtigsten Himmelsobjekte geworden ist.
Sie gelten als Vorläufer für schwarze Löcher: Wolf-Rayet-Sterne. Wie sieht ein Wolf-Rayet-Stern aus? Was ist das Besondere an ihm? Harald Lesch erklärt es.
Gaswolken im All brechen manchmal unter ihrem eigenen Gewicht zusammen. Durch die Reibung wird es so heiß, das Atomkerne miteinander fusionieren: Ein Stern wird geboren. Wenn aus ihm Gasjets ins interstellare Medium schießen, entstehen hell leuchtende Rauchschwaden.
J0806 – das ist eine Strahlungsquelle, die aus zwei weißen Zwergen besteht. Die beiden Sternleichen von je einer halben Sonnenmasse umkreisen sich in einem Abstand von nur 80.000 Kilometern. Dabei bremsen sie sich gegenseitig ab – genau wie es die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt.
In der ersten Kult-Folge von 1998 stellt Harald Lesch grundlegende Fragen: Warum schauen wir uns den Himmel an? Warum versuchen wir zu erklären, warum sich die Gestirne am Himmel so bewegen wie sie es tun? [Alternativtitel: Warum betreiben wir Astronomie?]
Wie alle Sterne und Planetensysteme im Universum ist auch unser Sonnensystem aus Gaswolken entstanden. Das Außergewöhnliche dabei: 99 Prozent des Drehimpulses stecken in den Planeten – und die drehen sich auch noch um sich selbst. [Alternativtitel: Wie ist das Sonnensystem entstanden?]
In dieser Folge geht es um etwas sehr Geheimnisvolles: eine Materie, die nicht zu sehen ist – die sich nur dadurch äußert, dass sie durch ihre Masse auf die leuchtende Materie wirkt. Geheimnisvoll!
Ungefähr 90 Prozent der gesamten Materie im Universum ist Dunkle Materie. Das Problem: Sie wechselwirkt nicht mit Strahlung und entzieht sich damit der direkten Beobachtung. Indirekt lässt sie sich aber trotzdem aufspüren, indem man die optische Linsenwirkung von Galaxienhaufen misst.
Nur ein Prozent der Masse des Universums besteht aus „normaler“, also leuchtender, Materie, dreißig Prozent aus dunkler Materie. Und der Rest? Das Thema „Dunkle Energie“ führt in die Abgründe der theoretischen Physik – und an den Anfang des Universums …
Im Jahr 2001 entdeckten Astronomen im Halo unserer Milchstraße einen Mikro-Quasar, der mit 150 Kilometern pro Sekunde durchs All saust – die Überreste eines riesigen Sterns von mehr als 100 Sonnenmassen. Woher aber bekommt dieses Schwarze Loch seinen Impuls?
Im Jahr 1990 wurde eine Galaxie beobachtet, die im Röntgenbereich relativ dunkel war. Zwei Jahre später war der Kern dieser Galaxie plötzlich sehr hell, im Jahr 1999 wieder deutlich dunkler. Die einzig mögliche Erklärung: Das schwarze Loch im Zentrum der Galaxie hatte einen Stern zerrissen.
Nein, schwarze Löcher tanzen im eigentlichen Sinne nicht. Der Begriff "Tanz der schwarzen Löcher" bezieht sich auf die Verschmelzung von zwei supermassereichen schwarzen Löchern, die sich in Galaxien befinden. Diese Verschmelzung ist ein kosmologisches Ereignis, das Gravitationswellen erzeugt, die sich als "Rhythmus" oder "Vibration" durch das Universum ausbreiten.
1963 wurde etwas am Himmel entdeckt, das man eigentlich für unmöglich gehalten hatte: Ein stellares Objekt, das Milliarden Lichtjahre entfernt war – und aus dem eine Billion Sonnenleuchtkräfte strahlten! Etwas ähnliches gibt es in einer Bonsai-Version auch in unserer Milchstraße. [Alternativtitel: Was ist ein Micro-Quasar?]
In der Science-Fiction sind sie ein normales Transportmittel: Man fliegt in ein Schwarzes Loch hinein und durch ein Wurmloch von einem Ende des Weltalls zum anderen. Aber gibt es solche Wurmlöcher wirklich? Harald Lesch verrät, was die Wissenschaft dazu sagt.
Eine außerordentlich helle Röntgenquelle im Sternbild Cygnus gibt den Astronomen Rätsel auf. Denn die Radialgeschwindigkeit dieses Sterns ändert ihre Amplitude – er bewegt sich ständig vor und zurück. Verantwortlich dafür ist ein schwarzes Loch, das mit ihm einen Doppelstern bildet.
Galaxien sind äußerst „soziale Wesen“: Sie treten so gut wie nie allein auf. Begegnen sich Galaxien? Haben sie etwas miteinander zu tun? Was passiert, wenn sich zwei Galaxien aufeinander treffen? [Alternativtitel: Stoßen Galaxien zusammen?]
Wenn wir in den Nachthimmel schauen, sehen wir das Licht von Sternen und Galaxien. Doch was befindet sich im Raum dazwischen? Nicht viel, weiß Harald Lesch: Die mittlere Dichte im Universum beträgt ein Teilchen pro Kubikmeter. Wie aber konnten daraus Strukturen entstehen?
[Alternativtitel: Was gibt's Neues aus dem galaktischen Zentrum?] Im galaktischen Zentrum, genauer gesagt im Bereich von Sagittarius A*, dem supermassereichen schwarzen Loch unserer Milchstraße, gibt es immer wieder neue Erkenntnisse. Aktuelle Beobachtungen zeigen, dass dieses schwarze Loch rotiert und eine Akkretionsscheibe besitzt, die senkrecht zu seiner Rotationsachse steht. Zudem wurden verblüffend kühle Wasserstoffwolken in den sogenannten Fermiblasen entdeckt, die Astronomen vor Rätsel stellen.
Im Weltall gibt es die unterschiedlichsten Typen von Galaxien: elliptische, linsenförmige und Scheibengalaxien. Eine Variante davon sind Balkengalaxien: Durch ihre Mitte verläuft eine längliche Struktur aus Sternen, Gas und Staubstreifen. Harald Lesch erklärt, wie es dazu kommt. [Alternativtitel: Wie entstehen Balken-Galaxien?]
Ein Ring von Sternen, innerhalb des Ringes eine dicht gepackte Ansammlung von Sternen – so sieht eine Ring-Galaxie aus. Da haben sich offenbar Dinge abgespielt, die sich nicht so einfach erklären lassen. Wie entsteht so etwas?
In Atomkernen scheinen Kräfte am Werk, die der Mensch nicht richtig im Griff hat. Doch im Gegensatz zur problematischen Spaltung von Atomkernen in unseren Kraftwerken verschmelzen in Sternen kleine Atomkerne miteinander. Wie das vor sich geht, erklärt Harald Lesch.
Kosmische Strahlung ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung, die aus dem Weltall stammt und auf die Erde trifft. Sie besteht hauptsächlich aus Protonen, aber auch aus Alphateilchen (Heliumkerne) und schwereren Atomkernen. Diese Teilchen werden durch verschiedene kosmische Ereignisse, wie z.B. Supernova-Explosionen, beschleunigt und erreichen hohe Geschwindigkeiten.
Das Komische an der kosmischen Strahlung: Sie ist eigentlich gar keine Strahlung, sondern besteht aus schnellen und schweren Teilchen. Jeder von uns wird pro Sekunde von rund fünf von ihnen getroffen. Sie sind Botschafter vom Rand der erkennbaren Wirklichkeit.
Unsere Energieressourcen wie Öl, Kohle oder Gas schwinden. Ist die Kernfusion eine Altervative? Sie wäre die natürlichste Energiequelle, die es im Kosmos gibt, denn unsere Sonne ist nichts anderes als ein Kernfusionsreaktor.
Was für ein unglaubliches Glück: Der Mond ist 400 Mal kleiner als die Sonne – und steht uns zugleich 400 Mal näher. Nur so kann er die Sonne total verdunkeln, so dass plötzlich ein Strahlenkranz, die Sonnenkorona sichtbar wird.
Viele Jahrtausende lang hatte die Sonne als makellos gegolten. Deshalb war es ein großer Schock, als Johann Fabricius, Christoph Scheiner und Galileo Galilei Anfang des 17. Jahrhunderts die Sonnenflecken entdeckten. Inzwischen wissen wir, dass diese Flecken sogar unser Wetter beeinflussen.
Seit etlichen Milliarden Jahren strahlt die Sonne große Energiemengen aus, von denen alles Leben auf unserem Planeten abhängt. Schon früh war klar, dass diese Energie nicht durch Verbrennung entstehen kann. Wie aber dann?
Im Weltall toben Stürme, die uns Menschen auf der Erde massiv beeinflussen. Der Funkverkehr kann gestört werden, Transformatoren können durchbrennen – und Nordlichter entstehen. Harald Lesch erklärt, was sich da genau zwischen Sonne und Erde abspielt.
Ja, die Sonne beeinflusst unser Wetter stark. Sie ist die Hauptenergiequelle für das Erdklima und treibt den Wasserkreislauf an, der für Regen, Schnee und andere Niederschläge verantwortlich ist. Die Sonneneinstrahlung sorgt für unterschiedliche Temperaturen auf der Erde, was wiederum zu Wind und anderen Wetterphänomenen führt.
Ab und zu erschauert man ja förmlich: Es ist die gleiche Kraft, die einen Apfel fallen lässt und die Planeten auf ihren Bahnen festhält. Soweit Newton. Und dann kommt Einstein – und plötzlich krümmt sich der Raum. Warum?
Sie treibt die Lebewesen und Vorgänge auf der Erde an. Jetzt gibt es neue Erkenntnisse über die Sonne. Denn sie ist nicht nur ein Gasball, der Wasserstoff in Helium verwandelt und dabei Leuchtkraft produziert. Unsere Sonne hat weitere, sehr besondere Eigenschaften.
Unsere Sonne steht am Rand der Milchstraße – zwischen zwei Spiralarmen, in denen viele junge Sterne entstehen. Sie dreht sich mit diesem Spiralarmsystem genau in der richtigen Geschwindigkeit, so dass sie nie einen der Arme kreuzt. Das wäre nämlich unser Ende …
Als das Universum noch jung war, war es klein, dicht, heiß und ungeordnet. Keine guten Bedingungen für die Entstehung von Leben. Dafür musste es erst expandieren und sich abkühlen. Heute ist das All minus 271 Grad kalt, mit eingestreuten Inseln der Ordnung wie unserer Erde. [Alternativtitel: Wie kalt ist es im Universum?]
Müsste man nicht meinen, die Sterne erleuchten das Universum? Gibt es für die Dunkelheit irgendeinen Grund? Die Antwort lautet: Ja, es ist so dunkel, weil wir hier sind. Was haben wir damit zu tun? [Alternativtitel: Wieso ist das Universum so dunkel?]
Die Mondlandung war nur inszeniert: Das wird immer wieder behauptet. Warum sonst kann die US-Flagge auf dem windlosen Mond wehen? Harald Lesch kennt die Argumente – und widerlegt sie mit wissenschaftlichen Tatsachen. Oder ist er etwa selbst Teil der Verschwörung?
Für Harald Lesch verhält sich das Universum wie ein Parteitag: Wenn dort der Vorsitzende den Saal betritt, kommt Bewegung in die Delegierten, sie drängen sich ihm in den Weg. Wäre er eine Gaswolke, würde er anfangen sich zu drehen. [Alternativtitel: Warum rotieren Himmelskörper? – Teil I]
Die Drehung unserer Scheibengalaxie ist für das Leben auf unsere Erde entscheidend. Doch warum dreht sich unsere Milchstraße überhaupt und warum ist das bei elliptischen Galaxien nicht so. Harald Lesch kennt die Antworten. [Alternativtitel: Warum drehen sich Himmelskörper? – Teil II]
„Nur“ 12 Lichtjahre von uns entfernt gibt es den nächsten sonnenähnlichen Stern: Tau Ceti. Eigentlich wäre sein Sonnensystem ein Kandidat für außerirdisches Leben. Doch Tau Ceti umgibt ihn eine riesige Trümmerscheibe, die jeden Planeten unter Dauerbeschuss nehmen würde.
552 Lichtjahre von der Erde entfernt, bewegt sich Geminga mit einer Geschwindigkeit von 120 Kilometern pro Sekunde durch das interstellare Medium. Geminga ist ein Pulsar – ein Neutronenstern also, eine pulsierende Sternleiche.
Aus der Gruppe der vier inneren Jupitermonde, deren Abstände zu Jupiter zwischen ca. 1,8 und ca. 3,1 Jupiterradien liegen, ist Amalthea mit einem Durchmesser von 250 km an der längsten Seite der größte.
1650 rechnete es Erzbischof James Ussher auf Grundlage der Bibel ganz genau aus: Die Erde ist am 23. Oktober des Jahres 4004 v. Chr. um 9 Uhr morgens entstanden. Doch dann fanden Geologen immer mehr Hinweise darauf, dass sie sich über sehr viel längere Zeiträume entwickelt haben muss.
Die Erde bewegt sich auf zwei Arten: Sie dreht sich um ihre eigene Achse, was als Erdrotation bezeichnet wird, und sie umkreist die Sonne auf einer elliptischen Bahn, was als Erdbahn oder Umlaufbahn um die Sonne bekannt ist. Zusätzlich zu diesen beiden Hauptbewegungen bewegt sich die Erde als Teil unseres Sonnensystems auch um das Zentrum der Milchstraße, und das gesamte Sonnensystem bewegt sich zusammen mit anderen Galaxien in einem noch größeren Maßstab.
Durch Mikrometeoriten wird die Erde jeden Tag um 50 bis 100 Tonnen schwerer. Das ergäbe in 4,6 Milliarden Jahren Erdgeschichte nur eine Schicht von rund 15 Zentimetern um die Erdkugel herum – so kann sie also nicht entstanden sein. Harald Lesch weiß, was wirklich passiert ist.
Bange Minuten des Wartens: Der Funkkontakt zu Astronauten bricht während des Eintritts in die Atmosphäre ab. Das die Raumkapsel umhüllende Gas erhitzt sich beim Wiedereintritt, ionisiert zu Plasma und lässt dadurch die Radiowellen weder rein noch raus. Dieses Phänomen von „Hochgeschwindigkeitswolken“ entdeckten Astronomen auch im Weltall. Doch was hämmert mit solcher Wucht gegen unsere Milchstraße und warum?
Ein rabenschwarzer Fleck am Himmel brachte die Astronomen lange Zeit zur Verzweiflung. Dann fanden sie heraus, dass es sich um eine riesige Dunkelwolke handelt. Trotz ihrer geringen Dichte verdeckt sie das Licht der Sterne, denn sie besteht aus Staub.
1995 wurde zum ersten Mal ein Objekt im Universum entdeckt, das bis dahin für unsere Instrumente unsichtbar war: ein Brauner Zwerg. Das ist sozusagen ein Stern, der keiner geworden ist. Der Grund: Die Gaswolke, aus der er entstand, hatte nicht genug Masse.
Im Universum gibt es 100 Milliarden Galaxien mit jeweils 100 Milliarden Sternen: Wie kann man da eine These über außerirdisches Leben wagen? Harald Lesch tut es und meint: „Der Außerirdische ist auch nur ein Mensch.“ Denn die Gesetze der Naturwissenschaften gelten für ihn genauso wie für uns.
Im Zentrum von Galaxien, insbesondere in Spiralgalaxien, entstehen durch die Sternentstehung große Mengen an Sternen. Die massereichsten Sterne sterben in Supernova-Explosionen, die sehr energiereich sind und das umgebende Gas aufheizen und ionisieren.
Als riesige, wabernde rote oder grüne Vorhänge kann man sie in den Polarregionen beobachten. Doch was passiert am Himmel, wenn die Atmosphäre anfängt zu leuchten? Das hängt eng mit dem Sonnenwind und dem Magnetfeld der Erde zusammen.
Ein Tachyon ist ein sehr schnelles Teilchen, schneller sogar als die Lichtgeschwindigkeit. Und es kann in der Zeit zurücklaufen: Wenn man eine Nachricht mit Tachyonen verschicken würde, käme sie früher an, als sie abgeschickt wurde. Gibt es solche Teilchen wirklich?
Harald Lesch schwärmt: „Wie rosa Zuckerwatte liegt dieser zehn Lichtjahre große Nebel im interstellaren Medium und grenzt sich ab vor der Dunkelheit des ansonsten fast leeren Kosmos …“ [Alternativtitel: Was ist eine HII-Region?]
Je tiefer wir in die Materie hineinschauen, desto mehr verwischen die Elementarteilchen vor unserem Auge. Damit aber wird es in der Quantenmechanik unmöglich, Zustände vorherzusagen oder, etwa beim Urknall, Ursache und Wirkung auseinanderzuhalten.
Heisenbergs Unschärferelation ist eine Art „heiliger Gral“ der Physik – und gleichzeitig äußerst merkwürdig und komplex. In ihr steckt die Erkenntnis, dass man die beobachtete Welt durch den Akt der Beobachtung verändert, sie also nie so erkennen kann, wie sie wirklich ist.
Es gibt Themen in der Wissenschaft, die werden immer und immer wieder neu bearbeitet. Bei manchen Themen kommen im Laufe der Zeit Erkenntnisse dazu, so dass man sie neu betrachten muss – so zum Beispiel die Entstehung von Gasplaneten.
Fast alle Sterne entstehen nicht alleine, sondern als Doppelsterne oder sogar Mehrfachsysteme. Und genau wie bei menschlichen Beziehungen stellt sich die Frage: Was passiert zwischen den beiden Partnern? Verändern sie sich oder bleiben sie, wie sie sind?
An einem Sommerabend im Jahr 1610 blickte Galileo zum ersten Mal durch ein Fernrohr – und sah Dinge, die nie ein Mensch zuvor gesehen hatte. Von da an war die Astronomie lange Zeit eine „schauende“ Wissenschaft. Doch die moderne Astrophysik kommt auch ohne Fernrohr zurecht.
Eine tolle Sache: zu anderen Sternen und Planeten reisen. Doch die sind so unglaublich weit weg, dass man auch unglaublich schnell fliegen müsste, um dorthin zu kommen. Schneller als Lichtgeschwindigkeit geht allerdings nicht – und schon das ist äußerst problematisch …
Die Technologie ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass man in den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems Objekte entdecken kann, die bisher verborgen waren. Ein Beispiel: Quaoar – ein „transneptunisches Objekt“, das weit draußen auf einer fast runden Bahn um die Sonne kreist.
W- und Z-Bosonen sind Elementarteilchen, die die schwache Wechselwirkung vermitteln, eine der vier fundamentalen Kräfte der Physik. W-Bosonen treten in zwei geladenen Formen auf, W+ und W-, und sind für den Austausch von geladenen Strömen verantwortlich. Das Z-Boson ist elektrisch neutral und vermittelt die Wechselwirkung für neutrale Ströme.
Ein Schwarzer Körper ist ein ideales physikalisches Modell, das alle auftreffende elektromagnetische Strahlung unabhängig von ihrer Wellenlänge und Einfallswinkel vollständig absorbiert. Er reflektiert oder transmittiert keine Strahlung. Wenn ein Schwarzer Körper erwärmt wird, emittiert er Wärmestrahlung, deren Intensität und spektrale Verteilung nur von seiner Temperatur abhängen.
Im Weltraum gibt es bestimmte Regionen, wie z.B. interstellare Gaswolken, in denen Moleküle in einem Zustand sind, der als Besetzungsinversion bezeichnet wird. Das bedeutet, dass mehr Moleküle in einem angeregten Energiezustand sind als in einem niedrigeren. Wenn diese Moleküle in einen niedrigeren Energiezustand zurückfallen, senden sie Mikrowellenstrahlung aus.
Das Vakuum ist in der Physik ein Zustand, der frei ist von allem – die absolute Leere. Doch die Quantenmechanik sagt uns, dass selbst dort etwas passieren kann: Vakuum-Fluktuationen. Ein Nichts kann also durchaus auch eine Kraft ausüben – was unserer Erfahrung komplett widerspricht.
