Der Urknall – Entstehung des Weltalls

Der Hexenkopfnebel

Das faszinierende Weltall: Hexenkopfnebel

Vor 15 Milliarden Jahren bildete sich das Weltall in einer gewaltigen Explosion – dem Urknall. So entstanden Masse, Energie, Raum und Zeit. Aus einem winzigen heißen Feuerball entwickelte sich das Weltall und kühlte sich dabei immer weiter ab. Doch hunderttausende Jahre lang bestand Materie nur aus einer brodelnden Masse atomarer Bruchstücke, durchgerüttelt von hochenergetischer Strahlung. Am Rande des heute vergleichsweise kalten, ruhigen Weltalls entdeckt man jedoch noch immer ein schwaches Glühen – den Beginn unserer Zeit.

Wie groß ist das Weltall?

Das Weltall ist unfassbar groß. Es ist angefüllt mit Milliarden Galaxien, die ihrerseits Milliarden oder gar Billionen Sterne umfassen können. Auch unsere Milchstraße ist eine Galaxie, also ein riesiger Sternhaufen. Allein der von der Erde aus sichtbare Teil des Weltalls hat einen Durchmesser von 93 Milliarden Lichtjahren. Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die Licht in einem Jahr zurücklegt. Dies entspricht 9,5 Billionen Kilometer.

Wie kalt ist es im Weltall?

Es gibt keine Einheitstemperatur. Je nach Ort ist die Temperatur auch unterschiedlich. In der Nähe von Sternen kann es schon mal mehrere Millionen Grad heiß sein und an den entlegensten Orten des Weltalls kommt die Kälte fast an den absoluten Nullpunkt heran. Ganz kann der absolute Nullpunkt von minus 273,15 Grad aber an keinem Ort erreicht werden.

Die Milchstraße – unsere Galaxis

Die Milchstraße besteht aus Staub- und Gaswolken sowie rund 200 Milliarden Sternen, von denen einer unsere Sonne ist. Von der Erde aus betrachtet, erstreckt sich die Milchstraße oder Galaxis als ein weit schimmerndes Band über den nächtlichen Himmel. Erst mithilfe eines Fernglases kann man Sternhaufen, helle Wolken, dunkle Bereiche und leuchtende Flecken entdecken. In vielen Überlieferungen galt die Milchstraße als der Weg in den Himmel. Heute wissen wir, dass es sich dabei lediglich um eine riesige, scheibenförmige Galaxie handelt.

Energie und Materie – Arbeit im Weltall

Materie ist etwas Stoffliches: Man kann sie vielleicht nicht immer sehen oder berühren, aber man kann sie wiegen, weil sie eine Masse hat. Energie dagegen lässt Dinge funktionieren oder leuchten: Sie lässt sich zwar nicht anfassen, aber man kann sie sehen oder ihre Auswirkungen spüren. Hunderte von Jahren waren Wissenschaftler und Philosophen der Meinung, dass Materie und Energie zwei verschiedene Einheiten sind, die zusammenarbeiten, um dem Weltall Form und Gestalt zu geben. Dann kam Albert Einstein und bewies, dass sie ein und dasselbe sind.

Schwerkraft im Weltall – Zusammenhalt des Universums

Die Gravitation oder Schwerkraft ist eine der grundlegenden Eigenschaften der Materie. Sie äußert sich als Kraft, mit der sich schwere Massen gegenseitig anziehen, das heißt, sie hält das Weltall wie ein unsichtbarer Klebstoff zusammen. Die Auswirkung der Schwerkraft ist für uns alle spürbar. Aber erst der bedeutende britische Physiker und Mathematiker Sir Isaac Newton erkannte im 17. Jahrhundert, dass die Kraft, die Dinge zu Boden fallen lässt, auch für Phänomene wie Ebbe und Flut, die Bahnbewegung des Mondes um die Erde oder für die endlose Kreisbahn der Planeten um die Sonne verantwortlich ist. Mit seinem Gesetz stellte Newton zum ersten Mal ein umfassendes Naturgesetz auf.

Quasare – Kraftwerke im Weltall

Ganz am Rande des Weltalls, bis zu 12 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, befinden sich geheimnisvolle Erscheinungen, die Quasare genannt werden. Durch ein optisches Teleskop betrachtet, sind dies ganz unspektakuläre Lichtpunkte; tatsächlich ist jedoch jeder von ihnen das glühende Zentrum einer Galaxie und wird von der gewaltigen Gravitationskraft eines supermassiven Schwarzen Loches gespeist. Wenn sich die Materie spiralförmig nach innen windet, stößt der Quasar mehr Strahlung – in Form von Röntgenstrahlen, Licht und Radiowellen aus – als hundert normale Galaxien zusammen.

Die Elemente – Reinste Materie

Die Elemente sind die reinste Form von Materie im Weltall. Alle sind sie aus Atomen aufgebaut, aufgrund deren Struktur sich die einzelnen Elemente voneinander unterscheiden. Die Elementarteilchen – Protonen, Neutronen und Elektronen -, aus denen die Atome bestehen, sind allen Elementen gemeinsam. Es ist die vielfältige Art und Weise, auf die sich diese Teilchen zu Atomen verbinden, die zu so grundsätzlich unterschiedlichen Substanzen führt, wie es der gasförmige Wasserstoff, der feste Kohlenstoff oder das gefährliche radioaktive Metall Plutonium sind.

Was gibt es im Weltall?

Schwarze Löcher – Suche im Dunkel

Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, in dem derart starke Anziehungskräfte wirken, dass nichts, nicht einmal Licht, daraus entweichen kann. Früher war alles reine Theorie, aber inzwischen wurde die Existenz von Schwarzen Löchern in unserer eigenen Galaxie und auch anderswo im Weltall nachgewiesen. Sie entstehen, wenn ein Stern unter seiner eigenen Masse kollabiert, sich zusammenzieht und schließlich stirbt. In einigen fernen Galaxien gibt es Schwarze Löcher mit Milliarden von Sonnenmassen. Andere existieren vielleicht schon seit Anbeginn des Weltalls.

Braune Zwerge – Möchtegern-Sterne

Braune Zwerge sind Sterne, die gewissermaßen das Klassenziel nicht erreicht haben. Im Vergleich mit Planeten sind sie zwar riesig – sie können die 80-fache Masse von Jupiter aufweisen – aber ihre Temperatur ist nicht hoch genug, um die Kernfusion in Gang zu setzen, die im Inneren echter Sterne stattfindet. Aufgrund ihrer geringen Leuchtkraft wurden sie erst kürzlich entdeckt. Braune Zwerge sind vermutlich die Bindeglieder zwischen Planeten und echten Sternen. Obwohl sie sich nur schwer nachweisen lassen, gibt es sie womöglich in weit größerer Zahl als Sterne.

Spiralgalaxien – Schönheiten des Weltalls

Spiralen sind die vielleicht beeindruckendste Form von Galaxien – und die schönste. Wir können diese unermesslichen Ansammlungen von Milliarden von Sternen aus jedem möglichen Winkel sehen. Von der Sonne aus gesehen erscheinen sie als flache Scheiben um einen Zentralkörper aus alten roten Sternen. Atemberaubend ist dagegen die Ansicht von vorne: geschwungene Lichtarme, reich an jungen Sternen, Gas und Staub, die spiralig vom Kern nach außen führen. Spiralgalaxien führen uns auch vor Augen, was wir sonst nie sehen würden: wie unsere eigene Milchstraße von außen betrachtet aussieht.

Superhaufen und Leerräume – das Weltall als Ganzes

Als Astronomen in den 80er Jahren die großräumige Struktur des Weltalls mit neuen, leistungsstarken Teleskopen untersuchten, erlebten sie eine Überraschung. Es stellte sich nämlich heraus, dass die Sterne nicht mehr oder weniger gleichmäßig verteilt sind, sondern dass die Galaxien und Galaxienhaufen des sichtbaren Weltalls zu Superhaufen zusammengeballt waren – blattartige und fadenförmige Gebilde aus stellarer Materie. Diese erstreckten sich wie riesige Seifenblasen in alle Richtungen, durchsetzt von immens großen, scheinbar leeren Räumen.