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Impressum
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
© 2021 Verlag Anton Pustet
5020 Salzburg, Bergstraße 12
Sämtliche Rechte vorbehalten.
Lektorat: Martina Schneider
Grafik und Produktion: Nadine Kaschnig-Löbel
Coversujet: Explodierende Galaxie M 82 © Rochus Hess, www.astrofotografie-hess.at; Kapiteltrennseiten: Rochus Hess; Seite 182–183 Rochus Hess und Marcel Drechsler
eISBN 978-3-7025-8085-8
auch als gedrucktes Buch erhältlich: ISBN 978-3-7025-1028-2
Arnold Hanslmeier
DIMENSIONEN DES WELTALLS
INHALT
Einleitung
Unsere Erde
Ist die Erde eine Kugel?
Kann man die Erdkrümmung sehen?
Wie groß ist die Erdkugel?
Wieso schweben Astronauten im All?
Gibt es auch auf der Erde Schwerelosigkeit?
Wie schwer ist die Erde?
Was sind astronomische Zahlen?
Wie schwer ist die Menschheit?
Die Kanonenkugel und die Erdanziehung
Wie sieht die Erde vom Mond aus?
Was bezeichnet man als Planet?
Wie sieht die Erde vom Weltraum aus?
Wie groß ist die Erdoberfläche verglichen mit anderen Himmelskörpern?
Warum gibt es Jahreszeiten?
Unser Mond
Auf dem Mond hüpfende Astronauten?
Der Mond als Raumstation?
Wie weit ist der Mond von uns entfernt?
Woher kommt das Wort „Monat“?
Was ist ein Blauer Mond?
Wie entstehen die Mondphasen?
Was ist das Mondgesicht?
Meere und Gebirge auf dem Mond?
Weshalb besitzt der Mond Krater?
Wie kommt es zu Mond- und Sonnenfinsternissen?
Weshalb dauern Finsternisse unterschiedlich lange?
Was ist ein Blutmond?
Wie entstehen die Gezeiten?
Was ist eine Springflut?
Die Kraft des Mondes
Der Mond und die Entstehung des Lebens?
Die Erdachse als Kreisel
Was ist der Polarstern?
Woher kommt unser Mond?
Unser Kalender
Woher kommen das Jahr, der Monat und der Tag?
Wie lange dauert ein Jahr?
Der Tag, an dem elf Tage verstrichen
Gibt es Kalender, die nach dem Mond gehen?
Der Nullpunkt des Kalenders?
Die Sonne, unser Stern
Wie heißt unser nächster Stern?
Was macht die Sonne so besonders?
Weshalb stürzen wir nicht in die Sonne?
Wie kann man die Sonne beobachten?
Was sieht man auf der Sonne?
Hat die Sonne Flecken?
Wie weit ist die Sonne entfernt?
Wieviel Energie strahlt die Sonne ab?
Wie erzeugt die Sonne ihre Energie?
Masse in Energie umwandeln?
Die Sonne – eine Atombombe?
Wird die Sonne leichter?
Kann man in das Innere der Sonne blicken?
Die schwingende Sonne?
Kann man Neutrinos nachweisen?
Zu wenig Neutrinos von der Sonne?
Ist die Sonne magnetisch?
Warum sind Sonnenflecken kühl?
Warum ist die höhere Sonnenatmosphäre heißer als die Oberfläche?
Eine Heizung für die Sonnenatmosphäre?
Gefahr von der Sonne?
Polarlichter von der Sonne erzeugt?
Funkstille durch erhöhte Sonnenaktivität?
Gefahr durch Sonnenstrahlung?
Das Zittern der Kompassnadel
Gibt es ein Wetter im Weltraum?
Beeinflusst die Sonnenaktivität unser Klima?
Wann hört die Sonne auf zu leuchten?
Das System der Planeten
Was sind Planeten?
Schleifen am Himmel?
Was ist der Morgenstern, was ist der Abendstern?
Gibt es eine Venussichel?
Gibt es etwas Neues von Merkur?
Venus: Die Hölle im Sonnensystem?
Wo geht die Sonne verkehrt auf?
Gibt es Leben auf der Venus?
Mars – der rote Planet
Kanäle auf dem Mars, errichtet von Marsbewohnern?
Grüne Marsmännchen?
Spielzeugautos auf dem Mars?
Auf dem Mars (über)leben?
Wann regnete es auf dem Mars zum letzten Mal?
Sonnenfinsternisse auf dem Mars?
Jupiter – ein Miniatursonnensystem?
Monde, neue Kandidaten für Leben?
Saturn – der einzige Planet mit Ring?
Titan – Baden im Alkohol?
Eine Sonde landet auf Titan
Enceladus: Eisvulkane?
Uranus und Neptun, die Eisriesen?
Gab es eine weitere Planetenkollision im Sonnensystem?
Ein Planet wird vorausberechnet
Weshalb ist Pluto kein Planet mehr?
Was wissen wir über Pluto?
Kometen – Unheilsbringer?
Was ist der Halley’sche Komet?
Kometen- und Sternschnuppenschauer
Das Sonnensystem mit dem Flugzeug
Wie groß sind die Planeten?
Der Kosmos der Sterne
Wie viele Sterne sehen wir am Himmel?
Wie erscheint uns der Sternenhimmel?
Wie hell leuchten Sterne?
Was sind Größenklassen?
Wie weit sind die Sterne von uns entfernt?
Was ist ein Lichtjahr?
Eine Reise zu Alpha Centauri?
Wie unterscheiden wir Sterne von Planeten am Himmel?
Wo entstehen Sterne?
Was ist das Siebengestirn?
Weshalb rotieren Sterne?
Wie entstehen Sterne und Planeten?
Was sind Rote Riesen?
Wie lange leben Sterne?
Bestehen wir aus Sternenstaub?
Was ist eine Supernova?
Was sind Weiße Zwerge?
Das Rätsel des Sirius
Was wird einmal aus der Sonne?
Was wird aus weißen Zwergen?
Was sind Neutronensterne?
Leuchttürme am Himmel oder was sind Pulsare?
Ein heller Stern am Himmel
Schwarze Löcher – gibt es sie wirklich?
Ab wann wird man von einem Schwarzen Loch gefangen?
Unsere Erde, ein Schwarzes Loch?
Schwarze Löcher als Sternleichen?
Zusammenfassung: Wie enden die Sterne?
Kann man Schwarze Löcher sehen?
Was sind Wurmlöcher?
Eine Reise in ein Schwarzes Loch
Was ist hinter dem Ereignishorizont?
Ewig gefangen im Schwarzen Loch?
Die quantenmechanische Radarfalle?
Quantenphysik, alles wird unscharf?
Warum leben wir überhaupt in einer geordneten Welt?
Geisterteilchen aus dem Nichts?
Ist moderne Technik ohne Quantenphysik denkbar?
Die Quantenphysik und Schwarze Löcher
Wie lange leben Schwarze Löcher?
Hunderte Milliarden von Sternen: Unsere Milchstraße
Ist unsere Sonne ein besonderer Stern?
Verspritzte Milch am Himmel?
Die Milchstraße – viele Sterne?
Wo befinden wir uns in der Milchstraße?
Wie ist die Milchstraße aufgebaut?
Radiostrahlung von der Milchstraße?
Dem Monster im Zentrum auf der Spur
Was ist die Umgebung der Sonne und des Sonnensystems?
Leben wir in einer Blase?
Kein leerer Raum zwischen den Sternen?
Aus (fast) nichts entstehen Sterne?
Gasnebel – Geburtsstätten neuer Sterne?
Leuchtender Wasserstoff?
Staub in der Milchstraße?
Galaxien Welteninseln
Wie groß ist das Universum?
Eine einfache Abschätzung – wie weit ist der Andromedanebel von uns entfernt?
Wie weit ist der Andromedanebel wirklich entfernt?
Edwin Powell Hubble – Genie ohne Nobelpreis
Haufen von Galaxien?
Ein Schwarzes Loch sichtbar machen?
Die fehlende Masse bei Galaxienhaufen?
Was sind Superhaufen?
Sterne, die sich zu schnell um das Zentrum bewegen?
Dunkle Materie auch in der Milchstraße?
Woraus besteht die Dunkle Materie?
Dunkle Planeten verbiegen den Raum?
Aktive Galaxien – wenn das Schwarze Loch Materie verschlingt
Galaxienkannibalismus
Wie ist alles entstanden?
Weshalb schauen die Menschen seit jeher nach oben?
Wo befinden wir uns im Universum?
Eine Galaxie unter vielen?
Sind wir im Mittelpunkt des Universums?
Dehnt sich das Universum aus?
Wie alt ist das Universum?
Wie bestimmt man die Hubble-Konstante?
Inflation im Universum?
Gibt es Dunkle Energie?
Das Universum und die Fahrradpumpe?
Wie heiß ist das heutige Universum?
Ein Rauschen im Hintergrund?
Können wir in die Vergangenheit blicken?
War das Universum undurchsichtig?
Woraus besteht das Universum?
Der Urknall – Sinn oder Unsinn?
Was ist die Kosmologische Konstante?
Wie gesichert ist die Urknalltheorie eigentlich?
Wie entwickelt sich das Universum weiter?
Wie viel Masse gibt es im Universum – oder Expansion auf ewig?
Dunkle Materie, Dunkle Energie …
Dehnt sich das Universum für immer aus?
Verbotene Frage: Was war vor dem Urknall?
Wohin dehnt sich das Universum aus?
Ist der Raum gekrümmt?
Ist der Raum wirklich gekrümmt?
Riesenteleskope im Universum?
Periheldrehung, was ist das?
Raumkrümmung im täglichen Leben?
Gefahr aus dem All?
Weshalb sind die Dinosaurier ausgestorben?
Ein Asteroid schlägt ein?
Gab es auch andere Massensterben in der Erdgeschichte?
Welche Ursachen für Massensterben gibt es?
Gab es Klimaänderungen?
Gefahr durch Sonnenstürme?
Eine nahe Supernova explodiert?
Gibt es Kandidaten für Supernovae?
Gammastrahlenblitze
Was weiß man über die rätselhaften Blitze aus dem All?
Was sind Gravitationswellen?
Was passiert, wenn Neutronensterne kollidieren?
Kann man den Kollaps zweier
Neutronensterne beobachten?
Blitze aus dem All als Gefahr für die Erde?
Invasion aus dem All?
Leben auf der Venus?
Denkmäler auf dem Mars?
Lebensspuren in Marsmeteoriten?
Auf einem Mond leben?
Leben außerhalb des Sonnensystems?
Werden wir von Außerirdischen abgehört?
Wie Sand am Meer?
Die Kontaktaufnahme
Wo sind sie?
Gibt es heiße Jupiter?
Spuren des Lebens im Spektrum?
Auf der Suche nach Leben auf Exoplaneten
Eine Schallplatte unterwegs zu den Sternen?
Was können wir am Himmel sehen?
Warum ist es nachts dunkel?
Was ist Lichtverschmutzung?
Das Sterben der Insekten
Bei Vollmond schlecht schlafen?
Wie weit wirkt die Lichtverschmutzung von Städten?
Gibt es Abhilfe gegen Lichtverschmutzung?
Licht und Sicherheit?
Licht zum Hinsehen
Was ist Scotobiologie?
Kosten sparen durch weniger Beleuchtung?
Nachthimmelsbeobachtungen von einer Stadt aus?
Was ist der große Wagen?
Den Polarstern finden
Eine Prinzessin und der Teufelsstern
Sirius, der hellste Stern am Himmel
Der Himmelsjäger Orion
Das Wintersechseck
Das Sommerdreieck
Was sieht man bei vollkommener Dunkelheit?
Welches Teleskop sollte man kaufen?
Was sieht man mit einem Teleskop am Himmel?
Welche Nebel sieht man gut?
Planetarische Nebel
Sternhaufen am Himmel
Zusammenfassung: Was sieht man am Abendhimmel zu einer bestimmten Jahreszeit
Dank, Bildnachweis
EINLEITUNG
Als ich mich mit dem Enkel meines Nachbarn unterhielt und dieser erfuhr, dass ich nachts Sterne beobachte, tauchte sofort die Frage auf, was ein Schwarzes Loch sei. Schwarze Löcher, explodierende Sterne, Planeten, Leben auf anderen Planeten, Entstehung des Universums und viele weitere Fragen in Zusammenhang mit der Astrophysik, der Wissenschaft, die sich mit diesen Dingen beschäftigt, faszinieren die Menschen. Einige davon sind auch die grundlegenden Fragen, die sich die Menschen bereits in sehr frühen Kulturen vor mehreren Tausenden von Jahren stellten.
Die Antworten auf diese Fragen sind auch heute nur teilweise möglich, aber gehen doch weiter über die Deutung der Phänomene durch göttliches Wirken hinaus, was nach Meinung vieler Naturwissenschaftler*innen die Existenz eines Gottes jedoch keineswegs ausschließt.
In diesem Buch werden derartige Fragen gestellt und beantwortet. Es beginnt mit Dingen, die uns täglich begegnen. Wie kommt ein Kalender zustande, weshalb hat das Jahr 365 Tage und alle vier Jahre ist ein Schalttag? Woher kommen die Monate und Wochentage? Unsere Erde ist ein Spielball kosmischer Kräfte. Die Anziehungskräfte von Mond und Sonne bewirken die Gezeiten. Kann uns die Sonne gefährlich werden? Was sind überhaupt Sterne? Warum erscheint uns der Planet Venus einmal als Abend- und einmal als Morgenstern?
Moderne Astrophysik geht an die Grenzen der Erkenntnis, und um die Entstehung des Universums sowie die Struktur von Raum und Zeit zu verstehen, benötigen wir Grundkenntnisse der beiden großen modernen Theorien der Physik: der Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Doch keine Angst, beide Theorien werden anhand einleuchtender Beispiele erklärt (so richtig verstanden haben einiges davon auch viele Physiker*innen nicht). Mit diesen beiden Theorien werden dann wundersame Dinge erklärt, zum Beispiel was passiert, wenn man in ein Schwarzes Loch fällt.
Schließlich kommen wir auch zur Frage der Entstehung des Universums. Welche Antworten hat die Wissenschaft und wird es jemals eine endgültige Antwort geben? Und wohin wird sich das Universum weiterentwickeln, was bringt die Zukunft? Wie lange wird es unsere Erde noch geben?
Eine letzte große Frage ist, ob es anderswo Leben gibt und natürlich im Besonderen Lebewesen, mit denen wir in Kontakt treten könnten. Auch hier stehen endgültige Antworten aus, aber man ist gerade in den letzten drei Jahrzehnten durch die Entdeckung von Planetensystemen außerhalb unseres Sonnensystems ein großes Stück in der Beantwortung dieser Frage weitergekommen.
Das Buch ist also voll von Fragen, auf die es mehr oder weniger gute, aber möglichst verständlich ausgedrückte Antworten gibt. Für alle Leser*innen, die gerne auch selbst mit Zahlen experimentieren möchten, gibt es ein paar mathematische Einschübe, die auch übergangen werden können, ohne den Zusammenhang zu verlieren. Generell war es meine Absicht, ein Buch zu schreiben, in das man an jeder beliebigen Stelle „quereinsteigen“ kann, man muss also nicht brav von der Seite 1 bis Seite 100 gelesen haben, um das, was auf Seite 101 steht, zu verstehen.
Ich wünsche Ihnen viel Freude und Spaß bei der Beschäftigung mit den modernsten Erkenntnissen der modernen Naturwissenschaften! Physik ist ein bei vielen Schüler*innen unbeliebtes Unterrichtsfach. Ich hoffe, Ihnen mit diesem Buch das Gegenteil zu beweisen.
Arnold Hanslmeier
UNSERE ERDE
IST DIE ERDE EINE KUGEL?
Für uns erscheint es selbstverständlich, und nahezu jedes Kind weiß es: Wir leben auf einem Planeten. Von der Sonne aus gesehen ist unsere Erde der dritte Planet. Doch was ist ein Planet? [
Was bezeichnet man als Planet? S. 22]
Noch lange bis in die Neuzeit herrschte der Glaube vor, die Erde sei eine Scheibe. Über diese Scheibe breite sich das Himmelsgewölbe mit seinen Sternen, Sonne und Mond aus. Blicken wir von Horizont zu Horizont, dann finden wir scheinbar nirgendwo Anzeichen einer gekrümmten Erdoberfläche, wie sie es bei einer Kugelgestalt der Erde aber sein muss.
Die Krümmung einer Kugel hängt aber natürlich von deren Größe ab. Je kleiner die Kugel, desto größer die Krümmung. Stellen wir uns vor, wir würden auf einem kleinen Planeten leben oder gar auf einem der kleineren Monde eines Planeten, etwa dem Saturnmond Enceladus. Dieser Mond ist nur etwa 500 Kilometer groß. Man würde dann nur sehr nahe Berge sehen, die weiter entfernten wären wegen der starken Krümmung unterhalb des Horizontes. Befände man sich auf der Oberfläche von Enceladus, dann könnte man selbst 2 500 Meter hohe Berge wegen der viel stärkeren Krümmung der Oberfläche aus einer Entfernung von 10 Kilometern bereits nicht mehr sehen.
Da unsere Erde relativ groß ist, fällt die Krümmung zunächst kaum auf. Die Krümmung der Erdoberfläche macht 7,8 Zentimeter auf einer Distanz von einem Kilometer aus.
Der Saturnmond Enceladus. Der Horizont ist hier stark eingeschränkt wegen der Krümmung.
Die Krümmung der Erde fällt erst bei größeren Abständen der Objekte auf.
Ein bisschen Mathematik dazu: Sei L die Distanz, also beispielsweise der Abstand eines Berges vom Beobachter und R der Erdradius, errechnet sich die Krümmung y gemäß der Formel
Die Krümmung wirkt sich auf weitere Distanzen immer stärker aus. Bei 100 Kilometern macht sie bereits 784 Meter aus. Dies ist in der Abbildung dargestellt.
KANN MAN DIE ERDKRÜMMUNG SEHEN?
Obwohl die Erdkrümmung erst bei größeren Entfernungen zu den Objekten sichtbar wird, gab es bereits im Altertum Beweise dafür, dass die Erde Kugelgestalt haben muss. Für uns ist dies heute selbstverständlich, wir kennen die Bilder der im Weltraum freischwebenden Erdkugel. Doch auf der Erdoberfläche lässt sich dies nicht so ohne Weiteres erkennen. Ein Hinweis auf die Kugelgestalt der Erde war jedoch die schon im Altertum bekannte Tatsache, dass man bei weit entfernten Schiffen infolge der Erdkrümmung zuerst den Schiffsmast erkennt. Wir sehen in der Abbildung, dass für ein 10 Kilometer entferntes Schiff wegen der Erdkrümmung dieser Wert bereits 7,8 Metern beträgt. Damit man also den Mast eines Schiffes aus dieser Entfernung noch erkennen kann, muss dieser mindestens acht Meter hoch über die Wasserfläche aufragen.
Übrigens gefiel die Vorstellung, die Erde sei eine Kugel, den Menschen auch aus folgendem Grund: Eine Kugel ist ein perfekter Körper, alle Punkte auf der Oberfläche besitzen denselben Abstand vom Mittelpunkt.
