Ein Universum voller Möglichkeiten
Wissen einordnen, neue Ideen verstehen und die Welt mit anderen Augen sehen: Hier finden Sie unsere ausführlichen Themenbeiträge. Jeder Text nennt seine Quellen. Die Beiträge sind auf Deutsch und Englisch verfügbar und keine tagesaktuellen Meldungen.
Zum Entdeckungsjournal220 Beiträge · Seite 10 von 11
Sternentstehungsgebiete sind im sichtbaren Licht oft dunkel, weil Staub den Blick versperrt. Das Observatorium ALMA untersucht ihre Millimeter- und Submillimeterstrahlung. Seine zusammengeschalteten Antennen zeigen kalten Staub und molekulares Gas. So lassen sich jene Regionen erforschen, in denen Sterne entstehen und sich um junge Sterne die Ausgangsmaterialien neuer Planeten sammeln.
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Die Expansion des Universums verläuft nach den Beobachtungen nicht einfach immer langsamer. Auf großen Skalen hat sich die Ausdehnung in späteren kosmischen Epochen beschleunigt. Dunkle Energie ist die Bezeichnung für eine mögliche Ursache innerhalb des Standardmodells. Ihre Natur bleibt offen und wird mit Supernovae, Galaxienkarten und Gravitationslinsen untersucht.
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Dunkle Materie ist der Name für eine bislang nicht identifizierte Materiekomponente, deren gravitative Wirkung an vielen Stellen sichtbar wird. Galaxienbewegungen, Gravitationslinsen und kosmische Strukturen passen nicht allein zur beobachteten gewöhnlichen Materie. Das bedeutet nicht, dass ihre Teilchen bereits gefunden wären. Gut vermessene Wirkung und unbekannte Natur sind unterschiedliche Aussagen.
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Ein erdgroßer Planet ist nicht automatisch eine zweite Erde. Für mögliche lebensfreundliche Bedingungen zählen auch Atmosphäre, Strahlungsumgebung und Entwicklungsgeschichte. Teleskope können ausgewählte Gase oder die Wärmestrahlung eines Planeten untersuchen. Solche Messungen sind wertvoll, doch ein einzelnes Molekül und die Lage in der habitablen Zone beweisen weder Bewohnbarkeit noch Leben.
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Die meisten Exoplaneten werden nicht als klar erkennbare Welten fotografiert. Astronominnen und Astronomen messen vielmehr ihre Wirkung auf den Heimatstern: regelmäßige Verdunkelungen, winzige Geschwindigkeitsänderungen oder Positionsverschiebungen. Jede Methode bevorzugt bestimmte Planetentypen. Erst ihre Kombination macht aus einem auffälligen Signal eine belastbare Beschreibung von Größe, Masse und Umlaufbahn.
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Große Massen verändern die Wege, auf denen Licht durch die Raumzeit läuft. Liegt eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen vor einer fernen Quelle, können verzerrte Bögen, Mehrfachbilder oder verstärkte Signale entstehen. Gravitationslinsen sind deshalb zugleich natürliche Beobachtungshilfen und Messwerkzeuge für Materie, die selbst kaum oder gar nicht leuchtet.
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Gravitationswellen sind sich ausbreitende Veränderungen der Raumzeit. Besonders starke messbare Signale entstehen, wenn kompakte Objekte wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne einander umkreisen und verschmelzen. Detektoren messen dabei keine gewöhnlichen Schallwellen. Sie vergleichen extrem präzise Lichtwege und eröffnen damit einen Zugang zu Ereignissen, die im Licht unsichtbar bleiben können.
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Das James-Webb-Weltraumteleskop beobachtet überwiegend infrarotes Licht. Damit untersucht es ferne Galaxien, staubverhüllte Sternentstehung und die Atmosphären ausgewählter Exoplaneten. Sein großer Spiegel ist dabei nur ein Teil des Erfolgs. Ebenso wichtig sind niedrige Instrumententemperaturen, geeignete Spektrografen und eine Beobachtungsposition, von der aus sich störende Wärme gut abschirmen lässt.
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Ein Lichtjahr ist eine Entfernung, keine Zeitangabe: Es entspricht ungefähr 9,46 Billionen Kilometern. Doch wie ermittelt man Abstände, die kein Maßband überbrücken kann? Astronominnen und Astronomen verbinden geometrische Messungen mit bekannten Helligkeitsbeziehungen. Diese Entfernungsskala reicht von nahen Sternen bis zu fernen Galaxien und besitzt auf jeder Stufe eigene Unsicherheiten.
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Die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung stammt aus einer Epoche, als das Universum erstmals weitgehend durchsichtig wurde. Heute entspricht ihr Spektrum ungefähr 2,725 Kelvin. Winzige Unterschiede am Himmel enthalten Informationen über die frühen Dichteschwankungen. Sie zeigen nicht den Urknall selbst, sondern einen frühen Zustand des Kosmos, lange bevor die ersten Sterne leuchteten.
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Pulsare sind rotierende Neutronensterne, deren gebündelte Strahlung regelmäßig unsere Sichtlinie überstreicht. Das scheinbare Blinken bedeutet nicht, dass der gesamte Stern ständig an- und ausgeht. Besonders stabile Pulsare dienen als präzise Zeitgeber. Ihre Signale helfen, kompakte Materie, galaktische Bewegungen und sogar sehr langsame Veränderungen der Raumzeit zu untersuchen.
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Eine Rakete muss sich nicht an Luft abstoßen. Sie beschleunigt, indem sie mitgeführte Masse nach hinten ausstößt und dadurch selbst Impuls in die Gegenrichtung erhält. Dieses Prinzip funktioniert auch im Vakuum. Schwieriger als der reine Höhengewinn ist beim Start in eine Umlaufbahn meist der Aufbau einer sehr hohen seitlichen Geschwindigkeit.
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Im Zentrum der Milchstraße befindet sich Sagittarius A*, ein supermassereiches Schwarzes Loch mit ungefähr vier Millionen Sonnenmassen. Der wichtigste Zugang zu seiner Masse kam nicht durch einen Blick ins Innere, sondern durch die Bewegung naher Sterne. Ihre Bahnen machen das Galaxienzentrum zugleich zu einem außergewöhnlichen Prüflabor für Gravitation.
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Ein Schwarzes Loch ist keine gewöhnliche Kugel mit einer festen Oberfläche. Sein Ereignishorizont begrenzt eine Region, aus der keine Signale mehr nach außen gelangen können. Trotzdem lässt sich seine Umgebung untersuchen. Umlaufende Sterne, heißes Gas und Gravitationswellen liefern dabei unterschiedliche Informationen über Masse, Bewegung und die extreme Raumzeit.
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Astronautinnen und Astronauten schweben nicht deshalb, weil im Erdorbit keine Schwerkraft herrscht. Sie befinden sich zusammen mit ihrer Raumstation im freien Fall. Ihre hohe seitliche Geschwindigkeit sorgt dafür, dass sie die Erde fortwährend verfehlen. Dieses Prinzip erklärt auch, warum Schwerelosigkeit in Falltürmen und Forschungsraketen zeitweise möglich ist.
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Im Weltraum gibt es keine einheitliche Temperatur. Die kosmische Hintergrundstrahlung entspricht etwa 2,7 Kelvin, während sonnenbeschienene Bauteile heiß und abgeschirmte Flächen sehr kalt werden können. Wer nach der Temperatur des Alls fragt, muss deshalb unterscheiden: Geht es um Strahlung, dünnes Gas oder einen konkreten Gegenstand im Vakuum?
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Weltraumschrott besteht aus funktionslosen Satelliten, Raketenresten und Bruchstücken. Gefährlich ist nicht nur ihre Menge, sondern vor allem ihre hohe Geschwindigkeit. Schon kleine Teile können aktive Raumfahrzeuge beschädigen. Der sogenannte Kessler-Effekt beschreibt die Möglichkeit, dass Kollisionen weitere Trümmer erzeugen und einzelne Orbitregionen langfristig immer schwieriger nutzbar machen.
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Das beobachtbare Universum hat einen Durchmesser von ungefähr 93 Milliarden Lichtjahren. Das bedeutet nicht, dass der gesamte Weltraum genauso groß ist. Entscheidend ist der Unterschied zwischen einer Beobachtungsgrenze und einem tatsächlichen Rand. Die kosmische Expansion erklärt, weshalb wir weiter blicken können, als das Alter des Universums zunächst vermuten lässt.
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Planeten wachsen in den Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben. Aus winzigen Körnern müssen zunächst größere Körper entstehen, bevor Gravitation das Wachstum wesentlich verstärken kann. Gerade die Übergänge zwischen diesen Größenklassen sind anspruchsvoll. Beobachtete Ringe, theoretische Modelle und die Vielfalt bekannter Planetensysteme liefern dazu unterschiedliche Hinweise.
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Sterne entstehen, wenn sich Teile kalter Gaswolken unter ihrer eigenen Gravitation verdichten. Doch ein Kollaps allein erklärt noch nicht den gesamten Prozess. Turbulenz, Magnetfelder, Drehbewegung und die Strahlung junger Sterne beeinflussen, wie viel Material zusammenkommt. Erst bei ausreichend hohen Temperaturen im Inneren setzt die langfristig tragende Wasserstofffusion ein.
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