Lesch Kosmologisch

Der Anfang von Allem, Die Entstehung des Himmels, Vom Stein zum Leben
1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-8312-6934-1
Verlag: scholo Verlag
Format: EPUB
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 240 Seiten, Format (B × H): 146 mm x 217 mm

Wie entstanden aus dem heißen Anfang unsere Milchstraße und alle anderen Galaxien? Und wann und warum bildete sich Leben auf der Erde? Astrophysiker und ZDF-Moderator Harald Lesch erklärt, wie die Königin der Kräfte, die Schwerkraft, Sterne und Galaxien formte. Außerdem zeigt er, wie unter widrigsten Bedingungen Leben auf unserem Planeten entstehen konnte, der damals noch ganz anders war, als der heutige: heiß, mit dichter Atmosphäre und mit täglichen Vulkanausbrüchen. Fachlich auf den Punkt und mit hohem Unterhaltungswert führt Harald Lesch vom Urknall bis zur Entstehung des Lebens auf dem blauen Planeten, genannt Erde.

Prof. Dr. Harald Lesch ist Professor für Theoretische Astrophysik am Institut für Astronomie an der Ludwig-Maximilians-Universität, München und Professor für Naturphilosophie an der Hochschule für Philosophie in München sowie Moderator von 'Leschs Kosmos' im ZDF. Er hat mehrere erfolgreiche Bücher veröffentlicht, darunter auch den SPIEGEL Bestseller 'Die Menschheit schafft sich' ? ebenfalls bei Komplett-Media erschienen.

Autoren/Hrsg.

Lesch, Harald

Leseproben

DIE ENTSTEHUNG DES HIMMELS

Wie entstanden aus dem heißen Anfang unsere Milchstraße und alle anderen Galaxien? Die Königin der Kräfte, die Schwerkraft, formt die Sterne und Galaxien und entleert dafür das Universum. Manche Sterne geben die in ihnen erbrüteten Elemente in einer Supernova wieder an das Universum zurück – unser Sonnensystem entsteht.

Sie haben ja hoffentlich schon einmal Bilder von der Milchstraße gesehen. Wie sah das aus? Wie eine Spiralscheibe? Das kann nicht unsere Milchstraße gewesen sein! Ansonsten hätte ja jemand außerhalb sein müssen und die Milchstraße als Ganzes sehen oder fotografieren müssen. Deswegen, wir haben noch nie ein Bild von der Milchstraße gemacht! Wir beobachten am Nachthimmel nur dieses leuchtende Band.

Das leuchtende Band der Milchstraße am Nachthimmel über der Atakama-Wüste. Die Höhe und die klare Luft machen diesen herrlichen Blick auf unsere Heimatgalaxie möglich. Deswegen stehen in der Atakama-Wüste auch die großen Observatorien der ESO.

BILDNACHWEIS: ESO/Y. Beletsky

Bei der Milchstraße sehen wir den Wald vor lauter Bäumen nicht. Wir sind mittendrin. Schön wäre natürlich, wir hätten eine Aussichtsposition, so 30.000 Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Von da aus böte sich ein grandioser Panoramablick. So wie wir zum Beispiel von der Erde aus die Andromedagalaxie (siehe Seite 65) sehen können, eine richtig schöne Scheibengalaxie.

Es war ein riesiger Aufwand notwendig, um herauszufinden, wie sich unsere Milchstraße bewegt. Wir setzten Fernrohre, Radioteleskope, Röntgenteleskope und UV-Teleskope ein. Letztere sind im All stationiert. Solange wir die Ozonschicht nicht vollständig zerstört haben, können wir hier unten keine UltraviolettAstronomie betreiben. Das Ozon hält das ganze ultraviolette Licht ab. Deswegen arbeiten wir ja massiv daran, die Ozonschicht zu vernichten, was nach dem FCKW-Verbot nicht mehr so recht gelingen mag. Aber die Ersatzstoffe sind nicht ohne – eigentlich noch schlimmer.

Dann haben wir Gamma-Astronomie mit inzwischen sehr hohen Energien. Die Kaskaden kommen tatsächlich bis zum Erdboden durch. Und es gibt diese riesengroßen Radioschüsseln. Wenn Sie mal einen schönen Ausflug machen wollen, fahren Sie in die Eifel, schauen Sie sich dort das 100-Meter-Teleskop in Effelsberg an, wahrscheinlich das beste Radioteleskop im gesamten Quadranten der Milchstraße. 3000 Tonnen deutscher Stahl in einer Paraboloid-Form mit einer mittleren Abweichung vom Idealmaß von 0,6 mm. Das ist wirklich präzise, so gehört sich das.

Mit diesen Geräten schauen wir uns das Universum an. Wieso tun wir das? Weil wir der Meinung sind, dass die Naturgesetze, die wir von der Erde kennen, überall gelten. Das ist immer noch die tragende These. Es geht dabei um die Naturgesetze der Strahlung. Woher kommt sie, wie entsteht sie? Und wie breitet sie sich aus? Das ist die zentrale Hypothese für uns Astrophysiker. Ansonsten könnten wir überhaupt keine ordentliche Physik betreiben. Würden wir nicht mit dieser These arbeiten, würde etwas x-Beliebiges rauskommen. Dann könnte man zum Beispiel auch behaupten, dass es da, wo keine Strahlung herkommt, trotzdem leuchtet.

Das Radioteleskop Effelsberg gehört zum Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Es wurde zwischen 1968 und 1971 von einer Arbeitsgemeinschaft des MAN-Werks Gustavsburg und der Friedrich Krupp AG gebaut und am 1. August 1972 in Betrieb genommen. Die technischen Schwierigkeiten, ein Radioteleskop mit 100 m Durchmesser zu fertigen, rühren von der Verformung des Spiegels beim Bewegen und Kippen, die die Konstruktionsstruktur der Parabolspiegel stört. Nach Fertigstellung des Radioteleskops konnte durch Messungen gezeigt werden, dass die ursprünglich angestrebte Toleranz des Spiegels von 1 mm deutlich unterschritten werden konnte. Die mittlere Abweichung vom idealen Paraboloiden beträgt weniger als 0,6 mm.

BILDNACHWEIS: Dr. G. Schmitz, wikiemdia, gemeinfrei

Wir schauen uns die Strahlung an, weil sie uns etwas über den physikalischen Zustand des strahlenden Materials erzählt. Das strahlende Material sind vor allem Sterne und interstellares Gas, das Gas zwischen den Sternen. Da tauchen gleich die ersten Probleme auf, weil das dort nicht so zugeht wie bei uns auf der Erde. Wir haben ja hier so was wie Luft, also Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxyd, ein bisschen Methan und Argon, ab und zu auch Wasser. Sie wissen schon, die großen Wolken. Die wiegen ein paar Tausende Tonnen, fallen aber nicht runter, weil der Auftrieb der Wassertröpfchen sie oben hält. Reicht der nicht mehr aus, fängt es an zu regnen.

Aber das ist nicht die Art von Wolkenstruktur, die wir im interstellaren Medium beobachten. Das ist etwas ganz anderes. Bei uns sind die Temperaturen, sagen wir mal großzügig, im Bereich von 300 Kelvin. Im interstellaren Gas gibt es Regionen von einer Million Grad und direkt daneben, wirklich wie abgeschnitten, astronomisch gesprochen: Kälte. Wie Sie ja wissen, arbeiten Astronomen mit Lichtsekunden, Lichtminuten, Lichtjahren. Wenn ein Gas Millionen Grad heiß ist und nur 15 Lichtjahre daneben wabert kaltes Gas, dann ist das für uns wie abgeschnitten. Nur damit Sie einmal eine Ahnung davon bekommen, wovon ich rede.

1 Lichtjahr sind 365 Tage, also 86.400 Sekunden mal die Lichtgeschwindigkeit. Sie können sich ja mal ausrechnen, welche Entfernung das ist. Sie haben richtig gerechnet, wenn sie auf einen Wert von 9,461 x 1012 Kilometer, also 9,461 Billionen Kilometer kommen. Ziemlich weit!

Wie kann ein Mensch wie ich das behaupten? Dahinter steckt die Anwendung einer Strukturwissenschaft. Man nennt sie – ich sage es ganz leise – Mathematik. Sie erlaubt uns eine Horizonterweiterung, die weit über unseren Erfahrungsbereich hinausgeht. Zumindest konzeptionell dringen wir in Wirklichkeitsbereiche ein, die unseren Sinnen nicht zur Verfügung stehen.

Kommen wir zurück zum Ausgangspunkt. Wir haben also im interstellaren Medium eine Menge Informationsquellen. Das Gas gibt Röntgenstrahlung ab. Du lieber Gott, wo kommt die denn her? Ich kann es Ihnen sagen, von explodierenden Sternen, die ihre Hüllen mit ein paar Zigtausend Kilometer pro Sekunde ins interstellare Medium hinausschießen. Bei 10.000 Kilometer pro Sekunde ergibt das eine Temperatur von 108 Grad. Das sind schlanke 100 Millionen Grad. Das ist echt heiß. Daneben findet sich dünnes Gas. Es ist, wie gesagt, wie abgeschnitten. Das dünne Gas ist kalt. 50 Kelvin.

Kelvin. Wissen Sie Bescheid? Null Grad Celsius sind 273 Kelvin. Das heißt 50 Kelvin sind schweinekalt. Und es gibt noch kühlere Wolken mit unterschiedlich temperierten Regionen. Daneben kann eine lauwarme Gaswolke wabern. So um die 1000 Grad, nur aus Wasserstoff bestehend. Das kann man gut sehen, weil der Wasserstoff einen sogenannten »Spin-Flip« macht.

Jetzt zeige ich Ihnen kurz an einem Beispiel, wie abhängig wir Astronomen von der Quantenmechanik sind. Wasserstoff hat ja nur ein Proton. Wunderbar. Wasserstoff ist deswegen auch das Element Nummer 1 im Periodensystem. Um dieses eine Proton – damit es neutral ist – bewegt sich ein Objekt namens Elektron herum. Wir haben gern die Vorstellung, Elektronen seien so kleine gelbe oder blaue Kügelchen. Das sind sie aber mitnichten. Wir wissen nur, dass es sich als vernünftig erwiesen hat, das Elektron als negativ geladen gegenüber dem Proton als positiv geladen zu betrachten. Denn daraus ergibt sich wiederum das Konzept des neutralen Wasserstoffs. Und das scheint auch ganz vernünftig zu sein.

Wir nennen beide Teilchen Elektron und Proton, obwohl es tatsächlich nur Konzepte sind. Schließlich hat niemand von uns jemals ein Elektron gesehen. Oder haben Sie schon mal so tief ins Glas geschaut, dass Sie anfingen, Elektronen zu sehen?

Ich kann bei dem, was wir tun, immer nur erzählen, was sich bewährt hat. Nicht im Sinne von Wahrheit. Wahrheit ist nicht mein Thema. Das heißt nicht, dass ich ein Lügner bin. Das heißt nur, dass wir in den Naturwissenschaften eben nie wirklich sagen können, ob etwas wahr ist. Wir können nur sagen, die Hypothese hat sich bis jetzt bewährt. Wir sind Falsifikanten, wenn Sie so wollen. Wir können nur herausfinden, ob etwas nicht falsch ist – möglicherweise noch nicht falsch. Das ist eine ganz wichtige Einschränkung und höchst unbefriedigend. So nach dem Motto, mein Gott, für was bezahlen wir Sie denn, wenn Sie nicht auf der Suche nach der Wahrheit sind? Auf der Suche sind wir schon, nur wissen wir, dass wir sie nicht finden werden.

Wir können nämlich keine All-Aussagen machen nach dem Motto, »alle Schwäne sind weiß.« Denn an der Spitze der Südinsel von Neuseeland, am anderen Ende der Welt, gibt es tatsächlich schwarze Schwäne! Deswegen stellen wir erst einmal die Hypothese auf, dass alle Schwäne weiß sind. Dann fangen wir an zu suchen. Und diese Suche nach Indizien, ob die Hypothese richtig oder falsch ist, das ist unsere Forschung.

Jetzt komme ich wieder auf meinen Wasserstoff zurück. Das Wichtige ist, diese Teilchen – Protonen, positiv und Elektronen, negativ – haben eine Eigenschaft, für die sich kein besseres Wort als »Spin« findet. Dieser unterteilt sich in »Spin-up« und »Spin-down«. Stehen die Spins parallel, ist diese Konfiguration energetisch günstiger – das kann man ausrechnen. Das heißt, es gibt einen ganz winzigen Energieunterschied zwischen der Konfiguration Wasserstoff mit zweimal Spin-up und der Konfiguration Spin-up und Spin-down. Der Energieunterschied wird im Radiobereich bei einer Frequenz von 1,4 Gigahertz oder einer Wellenlänge von 21...

Über Autor(innen)

Lesch, Harald
Prof. Dr. Harald Lesch ist Professor für Theoretische Astrophysik am Institut für Astronomie an der Ludwig-Maximilians-Universität, München und Professor für Naturphilosophie an der Hochschule für Philosophie in München sowie Moderator von "Leschs Kosmos" im ZDF.
Er hat mehrere erfolgreiche Bücher veröffentlicht, darunter auch den SPIEGEL Bestseller "Die Menschheit schafft sich" ? ebenfalls bei Komplett-Media erschienen.