Kosmos. Kosmos. Unser. Unser. Unser Kosmos BAND BAND 102

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1 Kosmos Der Autor: Alle Sterne und Galaxien zusammen bilden das Weltall, unseren Kosmos. Gibt es Beweise für den Urknall? Was ist Dunkle Materie? Warum gibt es Leben auf unserer Erde? Prof. Dr. Erich Übelacker Astronom und Geophysiker BAND 102 Kosmos Unser Kosmos Kosmologen erkunden mit modernster Technik die Tiefen unseres Alls. Doch einige Phänomene wie Schwarze Löcher oder Dunkle Energie geben bis heute Rätsel auf. Unser SEHEN HÖREN MITMACHEN SEHEN MITMACHEN BAND 102 BAND 102 Unser Entdecke die Geheimnisse des Universums! In dieser Reihe bereits erschienen: 1 Unsere Erde 2 Der Mensch 3 Energie 4 Chemie 5 Entdecker und ihre Reisen 6 Die Sterne 7 Das Wetter 8 Das Mikroskop 9 Der Urmensch 10 Fliegerei und Luftfahrt 11 Hunde 12 Mathematik 13 Wilde Tiere 14 Versunkene Städte 15 Dinosaurier 16 Planeten und Raumfahrt 17 Licht und Farbe 18 Der Wilde Westen 19 Bienen, Wespen und Ameisen 20 Reptilien und Amphibien 21 Der Mond 23 Architektur 24 Elektrizität 25 Schiffe 27 Pferde 28 Akustik 29 Wissenschaften 30 Insekten 31 Bäume 32 Meereskunde ISBN C010_R_06657_102Kosmos_120111a.indd 1 33 Pilze 34 Wüsten 35 Erfindungen 36 Polargebiete 37 Computer und Roboter 38 Säugetiere der Vorzeit 39 Magnetismus 40 Vögel 41 Fische 42 Indianer 43 Schmetterlinge 44 Die Bibel. Das Alte Testament 45 Mineralien und Gesteine 46 Mechanik 47 Elektronik 48 Luft und Wasser 49 Sport 50 Der menschliche Körper 51 Muscheln, Schnecken, Tintenfische 52 Briefmarken 53 Das Auto 54 Die Eisenbahn 55 Das alte Rom 56 Ausgestorbene und bedrohte Tiere 57 Vulkane 58 Die Wikinger 59 Katzen 60 Die Kreuzzüge 61 Pyramiden 02/12 [D] 9,95 [A] 10,30 62 Die Germanen 63 Fotografie 64 Die alten Griechen 65 Eiszeiten 66 Geschichte der Medizin 67 Die Völkerwanderung 68 Natur 69 Fossilien 70 Das alte Ägypten 71 Piraten 72 Heimtiere 73 Spinnen 74 Naturkatastrophen 75 Fahnen und Flaggen 76 Die Sonne 78 Geld 79 Moderne Physik 80 Tiere wie sie sehen, hören und fühlen 81 Die sieben Weltwunder 82 Gladiatoren 83 Höhlen 84 Mumien 85 Wale und Delfine 87 Türme und Wolkenkratzer 88 Ritter 89 Menschenaffen 90 Der Regenwald 91 Brücken und Tunnel 92 Papageien und Sittiche 93 Die Olympischen Spiele 94 Samurai 95 Haie und Rochen 96 Schatzsuche 97 Zauberer, Hexen und Magie 98 Kriminalistik 99 Sternbilder und Sternzeichen 100 Multimedia und virtuelle Welten 101 Geklärte und ungeklärte Phänomene 102 Unser Kosmos 104 Wölfe 105 Weltreligionen 106 Burgen 107 Pinguine 108 Das Gehirn 109 Das alte China 110 Tiere im Zoo 112 Fernsehen 113 Europa 114 Feuerwehr 115 Bären 116 Musikinstrumente 117 Bauernhof 118 Mittelalter 119 Gebirge 120 Polizei 121 Schlangen 122 Bionik 123 Päpste 124 Bergbau 125 Klima 126 Deutschland 127 Ernährung 128 Hamster, Biber und andere Nagetiere 129 Lkw, Bagger und Traktoren 130 Maya, Inka und Azteken Gedruckt in Europa :17

2 Inhalt Blick ins Weltall Wie erforscht man das Universum? 4 Warum leuchten Sterne? 7 Wie weit sind die Sterne entfernt? 8 Wie entstehen Sterne? 9 Wann muss die Sonne sterben? 10 Was sind Weiße Zwerge und Pulsare? 12 Was ist ein Schwarzes Loch? 12 Was sind Sternhaufen? 14 Wo ist unser Platz im Universum? 15 Was ist die rätselhafte Dunkelmaterie? 16 Gibt es auch andere Galaxien? 17 Wie verteilen sich Galaxien im Raum? 18 Wie schnell bewegen sich die Galaxien? 19 Ein Anfang und kein Ende? Wie alt ist unser Sonnensystem? 21 Ist unsere Galaxie unendlich alt? 22 Wie hat der Kosmos angefangen? 23 Was sind die vier Naturkräfte? 24 Was geschah in der Anfangszeit des Universums? 25 Wie entstanden die Atome? 26 Wie bildeten sich die Galaxien? 27 Wie entstand unser Sonnensystem? 29 Warum gibt es Leben auf der Erde? 31 Gibt es Beweise für den Urknall? 32 Gab es Raum und Zeit schon immer? 33 Ewige Expansion oder Kollaps? 33 Wie sähe die Zukunft eines ewig expandierenden Alls aus? 34 Kann man an den Urknall und an Gott glauben? 35 Elliptische Galaxie am Rande des Comahaufens aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop Hat der Kosmos eine Grenze? Wie erklärte man früher den Aufbau des Weltalls? 36 Was ist die kopernikanische Wende? 37 Warum wird es nachts dunkel? 37 Wie sah das astronomische Weltbild vor 100 Jahren aus? 38 Ist das All endlich und doch ohne Grenzen? 39 Was ist die Raumkrümmung? 40 Können wir unendlich weit in die Ferne sehen? 41 Leben im Weltall Gibt es Leben auf Nachbarplaneten? 44 Kennen wir andere Planetensysteme? 45 Sind wir wirklich allein im All? 46 Wie können wir mit Außerirdischen Kontakt aufnehmen? 46 Warum blieben Kontaktversuche mit Außerirdischen erfolglos? 47 Register 48 3

3 Außer den stellaren Schwarzen Löchern (von lat. stella : Stern), die man sich als Reste von Sternen vorstellen muss, gibt es wahrscheinlich auch sehr massereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien. Viele Forscher, zum Beispiel der berühmte englische Physiker Stephen Hawking, nehmen an, dass es sogar schwarze Minilöcher gibt, die aus der Anfangszeit des Alls stammen sollen. Das sogenannte Siebengestirn im Stier ist der bekannteste offene Sternhaufen. Er ist rund 360 Lichtjahre entfernt und enthält nicht sieben, sondern mindestens 500 Sterne. Was sind Sternhaufen? Wenn man aufmerksam den Himmel betrachtet, kann man schon mit bloßem Auge einige Stellen sehen, an denen besonders viele Sterne stehen. Eine solche Ansammlung von Sternen nennt man Sternhaufen. Der bekannteste Sternhaufen ist das Siebengestirn (auch Plejaden genannt) im Sternbild Stier. Es besteht jedoch nicht aus sieben, sondern aus mindestens 500 Sternen. In den Sternentstehungsgebieten großen Gaswolken, die in Einzelteile zerfallen bilden sich mehr oder weniger starke Konzentrationen, aus denen Sonnen und Planetensysteme zu Hunderten und Tausenden in großen Paketen entstehen. Daraus können offene Sternhaufen wie das Siebengestirn werden. Diese sind nichts anderes als Familien junger Sonnen, die gemeinsam aus einer großen Wolke entstanden sind. Sie beginnen ihren Lebensweg zunächst gemeinsam, bevor der Sternhaufen sich dann auflöst. Zu den schönsten Objekten des Weltalls gehören die Kugelsternhaufen, in denen nicht 100, sondern oder eine Million Sterne konzentriert sind. In ihrem Zentrum sind die Sterne so dicht gepackt, dass es sogar gelegentlich zu Zusammenstößen kommt. Die meisten Kugelsternhaufen gehören zu den ältesten Objekten des Universums. Dieser prächtige Doppelsternhaufen im Perseus ist trotz seiner Entfernung von über Lichtjahren mit dem bloßen Auge zu sehen und enthält rund Sterne. Kugelsternhaufen enthalten über , manchmal auch einige Millionen Sterne, die im Zentrum des Haufens so konzentriert sind, dass es häufig zu Kollisionen kommt. Sie gehören zu den ältesten Objekten des Weltalls. 14

4 Die Milchstraße besteht aus Milliarden von fernen Sonnen. Diese Sterne gehören zu einer großen Welteninsel, unserer Galaxie, von der wir nur einen kleinen Teil überblicken können. STERNBEOBACHTUNG MIT DEM FERNGLAS Mit einem guten Feldstecher lassen sich viele Wunder des Sternenhimmels beobachten. Ein Blick in die Milchstraße zeigt uns Tausende von fernen Sonnen. Viele Sternhaufen und Nebel bieten im Fernglas einen herrlichen Anblick. Um sie am Himmel zu finden, braucht man aber meistens eine Sternkarte oder einen Sternführer. Diese Hilfsmittel gibt es zum Beispiel in Buchhandlungen oder Planetarien. In einer sternklaren Nacht kann man leicht das silberne der Wo ist unser Milchstraße am Platz im Himmel beobachten. Früher Universum? glaubten die Menschen, es sei die Milch einer Göttin, die über den ganzen Himmel verspritzt wurde. Betrachtet man die Milchstraße durch einen Feldstecher, so sieht man, dass sie aus lauter einzelnen Sternen besteht. Alle diese fernen Sonnen sind Bestandteile eines riesigen Systems unserer Galaxie, des Milchstraßensystems. Unsere Sonne ist nur ein durchschnittliches Sternchen am Rande dieser großen Welteninsel. Dunkle Stellen in der Milchstraße sind nicht etwa sternenleere Löcher. Es handelt sich vielmehr um große Staubwolken, die das Licht der dahinterliegenden Sterne verschlucken. Das Milchstraßensystem muss man sich als rotierende Scheibe mit einer gewaltigen Verdichtung im Zentrum und vielen gekrümmten Armen vorstellen. Unsere Galaxie besteht aus rund 200 Milliarden Sternen sowie Gas, Staub und einer noch wenig erforschten so genannten Dunkelmaterie. Ein großer Teil des Milchstraßensystems wird aus dieser geheimnisvollen Dunkelmaterie gebildet, in der die Gestirne nur eine kleine Minderheit sind. Die Milchstraßenscheibe hat spiralförmige Verdichtungen, in denen besonders viele Sternentstehungsgebiete mit hellen, jungen Sonnen liegen. Diese Spiralarme würden von außen also heller als der Rest der Scheibe erscheinen. Um die Scheibe herum befindet sich eine Wolke aus Kugelsternhaufen, Einzelsternen, Gas und Dunkelmaterie, die man Halo nennt. Der Durchmesser der Scheibe beträgt rund Lichtjahre, ihre Dicke liegt im Zentrum bei , am Rand bei Lichtjahren. Unsere Sonne ist etwa Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt, 15

5 das sie in 220 Millionen Jahren einmal umkreist. Im Scheibenzentrum vermuten Astronomen eine ungewöhnliche Materiekonzentration ein gewaltiges Schwarzes Loch. In den Außenbereichen der Scheibe, wo sich unsere Sonne mit ihren Planeten befindet, ist die Sternkonzentration so gering, dass die Nachbarsonnen Lichtjahre von uns entfernt sind. Zusammenstöße von Sternen können hier also kaum stattfinden. Blicken wir in Richtung der Scheibenebene, sehen wir viele Sterne und erkennen das der Milchstraße. Schauen wir senkrecht aus der Scheibe heraus, so sehen wir wenige Sterne des Systems. Unser Blick geht dann in die Tiefen des Alls, wo immer neue Überraschungen auf die Astronomen warten. Von unserem Milchstraßensystem können wir nur einen ganz kleinen Teil direkt mit dem Fernrohr überblicken. Der Rest ist durch Staubmassen verdeckt. Es gehört zu den größten Leistungen der Astronomen, die Struktur unserer Galaxie erforscht zu haben. Noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatte man von ihren Dimensionen keine Ahnung. Ihr Aufbau und ihre Rotation konnten erst mithilfe der Radioastronomie bestimmt werden. Das Sonnensystem und unsere Galaxie haben eines gemeinsam: Sie besitzen im Was ist die rätselhafte Dunkelmaterie? Sonne Zentrum eine große Massenkonzentration, um die Gestirne kreisen, die etwa in einer Ebene liegen. Je weiter ein Planet von der massereichen Sonne entfernt ist, umso langsamer kreist er um das Zentralgestirn. Die Erde hat eine durchschnittliche Bahngeschwindigkeit von 29,8 km/s, der viel weiter entfernte Pluto eine solche von 4,7 km/s. Ein ähnliches Ergebnis hatten die Astronomen bei unserer Galaxie erwartet. Je weiter ein Scheibenstern vom Zentrum entfernt ist, umso langsamer sollte er sich um dieses bewegen. Dies ist jedoch nicht der Fall. Die äußeren Scheibensterne sind viel zu schnell. Diese Erscheinung kann man nur so erklären, dass es viel mehr Materie im Milchstraßensystem gibt, als bisher angenommen. Neben den sichtbaren Sternen und Gasnebeln muss es ungeheure Mengen von Dunkelmaterie geben. Diese ist nicht sichtbar und macht sich nur durch ihre Massenanziehung bemerkbar. Praktisch alle Wissenschaftler nehmen an, dass die Dunkelmaterie aus unbekannten Elementarteilchen besteht. Es ist auch möglich, dass es Das Milchstraßensystem ist eine große Scheibe aus rund 200 Milliarden Sternen, Gas, Staub und Dunkelmaterie. Ihr dichtes Zentrum hat wahrscheinlich einen balkenförmigen Kern, in dem ein gewaltiges Schwarzes Loch ist. Über die genaue Form des Kerns sind sich die Wissenschaftler noch nicht einig. DASZENTRUM UNSERES MILCHSTRASSENSYSTEMS ist mit Teleskopen leider nicht zu beobachten. Dunkle Staubwolken verwehren uns den Durchblick. Wir können aber Infrarot- und Radiowellen aus dem Kernbereich empfangen. Die Bewegung der Sterne und Gasmassen dort deutet darauf hin, dass sich im Zentrum der Milchstraße ein Schwarzes Loch von etwa 3,7 Millionen Sonnenmassen befindet. 16

6 DIE FERNSTEN OBJEKTE, die man mit bloßem Auge beobachten kann, sind Galaxien. Am Südhimmel sind die MAGELLANSCHEN WOLKEN gut erkennbar zwei Begleitergalaxien unseres Milchstraßensystems. Sie sehen wie Bruchstücke der Milchstraße aus und sind rund Lichtjahre entfernt. Am Nordhimmel steht der ANDROMEDANEBEL, eine etwa 3 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie. Mit bloßem Auge sieht sie wie ein matter Lichtfleck aus. Mit dem Hubble-Weltraumteleskop wurden viele Galaxien aufgenommen. Zunächst waren die Bilder wegen eines Optikfehlers noch unscharf. sich um kleine Schwarze Löcher handelt. Man nimmt heute an, dass die Neutrinos (siehe S. 6), winzige Elementarteilchen, eine kleine Masse haben. Da es sehr viele Neutrinos gibt, können sie einen Teil der Dunkelmaterie bilden. Auch die sogenannten Braunen Zwerge dürften in diesem Zusammenhang eine Rolle spielen. Dabei handelt es sich um kleine Sterne, die bei ihrer Bildung im Zentrum nicht heiß genug wurden, um die Kernfusion in Gang zu setzen. Sie wurden also nicht zu leuchtenden Sonnen, sondern erkalteten nach ihrer Entstehung, sodass sie schwer zu beobachten sind. Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts hielt man unser Milchstraßensystem für Gibt es auch andere das einzige seiner Galaxien? Art. Heute wissen wir, dass den uns zugänglichen Teil des Alls vielleicht mehr als 100 Milliarden Galaxien bevölkern. Jede von ihnen hat Milliarden oder Billionen von Sternen und sicher auch unzählige Planeten, auf denen es vielleicht Leben gibt. Die Galaxien haben sehr verschiedene Formen. Unser Milchstraßensystem ist eine sogenannte Spiralgalaxie. Zu diesem Typ gehört auch der berühmte Andromedanebel. Nach neueren Messungen hat das Milchstraßensystem einen etwas balkenförmigen Kern. Es ist vermutlich eine Balkenspirale. Es gibt auch Systeme, die wie abgeplattete Bälle aussehen, die elliptischen Galaxien. Einige Milchstraßensysteme sind völlig chaotisch geformt. Man nennt sie irreguläre Galaxien. Manche Galaxien haben Kerne, die besonders viel Strahlung aussenden. Man nimmt an, dass dort riesige zentrale Schwarze Löcher Materie verschlingen, die sich vor ihrem Verschwinden stark erhitzt und intensive Strahlung aussendet. Quasare sind wahrscheinlich junge, sehr aktive Galaxien, bei denen das zentrale Schwarze Loch noch viel zu fressen bekommt, bevor seine Umgebung leer gefegt ist. Quasare strahlen daher besonders stark. Sie gehören zu den am weitesten entfernten Objekten des Weltalls. Meist sieht man von ihnen daher nur den hellen Kern, der wie ein Stern wirkt, jedoch heller als Milliarden Sonnen ist. Nach der Reparatur des Hubble-Weltraumteleskops durch amerikanische Astronauten lieferte es gestochen scharfe Aufnahmen von fernen Galaxien. 17

7 Sterne und die sie umkreisenden Planeten bilden Familien oder, Wie verteilen wie der Astronom sich Galaxien sagt, Systeme. im Raum? Erde und Mond sind zum Beispiel eine Kleinfamilie, die zum Sonnensystem gehört. Es gibt Familien mit zwei oder mehreren Fixsternen, die man Doppel- oder Mehrfachsterne nennt. Manche Sternhaufen haben 100, manche Mitglieder. Galaxien sind Systeme, die aus Milliarden oder Billionen von Sonnen bestehen. Auch die Galaxien bilden kleine und große Familien. Unser Milchstraßensystem etwa hat zwei kleine Begleiter, die Magellanschen Wolken, und gehört zu einer Familie von Galaxien, die man Lokale Gruppe nennt. Während diese nur etwa 30 Mitglieder hat, kennen wir Galaxienhaufen, in denen Tausende von Milchstraßensystemen versammelt sind. Der Virgo-Haufen mit seinen rund Galaxien gehört dazu. Aber damit nicht genug: Die Galaxienhaufen bilden noch größere Systeme, sogenannte AMATEUR-ASTRONOMEN verfügen heute oft über so gute Geräte, dass sie Hunderte von Galaxien beobachten und fotografieren können. Viele schließen sich einem Astronomen-Verein an und engagieren sich in Volkssternwarten. Manche unternehmen auch Astroreisen in Länder, die günstige Beobachtungsbedingungen bieten. Galaxientypen Elliptische Galaxie Balkenspirale Spiralgalaxie Elliptische Galaxie Balkenspirale Spiralgalaxie Spiralgalaxie Irreguläre Galaxie 18

8 Andromeda-Galaxie/-nebel 17, 19, 38, 39, 42 Antimaterie 24, 26 Asteroide 22 Astrologie 36 Atome 23, 24, Atomkern Aufbau 23, 28 Entstehung 24, Größe 23, 25 Außerirdische 42, Blasenstruktur 19 Braune Zwerge 10, 17 Doppelstern 14, 18 Doppler-Effekt 20 Dunkelmaterie 15 17, 28, 33, 34 Dunkle Energie 34, 35 Einheitskerzen 23, 39 Einstein, Albert 33, 34, 40 Eisen Elektromagnetische Kraft Elektronen 23, 24, 26, 27, 29, 35 Elementarteilchen 6, 7, 16, 17, 23 26, 33, 35 Erde Exoplanet 45 Expansion 19, 20, 23, 33, 34 Fixsterne 8 10, 18, 36, 37, 42 Galaxien Entstehung Typen 17, 18 Galaxienhaufen 18, 19 Galilei, Galileo 4 Gasnebel 9, 16, 38 Geozentrisches Weltbild 36 Gravitation GUT-Kraft 25, 26 Halo 15 Hawking, Stephen 14 Heliozentrisches Weltbild 36 Helium 7, 10, 11, 27, 28, 30, 32 Register Hintergrundstrahlung 23, 32, 42, 43 Hubble, Edwin 20, 39 Hubble-Weltraumteleskop 5, 6 Jupiter 4, 5, 7, 30, 44, 46 Kernfusion 7, 10, 11, 17 Kernkraft 25 Kohlenstoff 11, 28 30, 35 Komet 21, 31 Kopernikus, Nikolaus 37 Kugelsternhaufen 14, 15, 22, 23, 28, 38 Leben 31, 32, 35, 46 Lichtgeschwindigkeit 8 Lokale Gruppe 18 Magellansche Wolken 17, 18 Mars 9, 22, 44, 45 Materie 10, 12, 13, 16, 23, 24, 26 28, Merkur 11, 44 Meteoriten 21, 22, 30, 31, 46 Milchstraße Alter 22, 23 Struktur 15, 16, 38 Millersches Experiment 32 Moleküle 28, 31, 32, 35 Mond 5, 9, 18, 21, 25, 36, 40, 44 Naturkräfte Neutrinos 6, 17, 27, 35 Neutronen 23, 24, 26, 27 Neutronenstern 11, 12, 28, 35 Nukleonen 23, 24, 27 Planck, Max 33 Planck-Zeit 33 Plasma 26 Pluto 16 Protonen 23 28, 35 Proxima Centauri 9 Pulsare 12 Quanten 26, 42 Quantentheorie 33 Quarks 23 26, 40 Quasare 17, Radioteleskop 5, 46, 47 Raum 18, 19, 33, 40, 41 Raumkrümmung 40, 41 Relativitätstheorie 33 Rote Riesen 11, 12 Saturn 30, 44, 46 Sauerstoff Saurier 32, 47 Schmetterlingsnebel 12 Schwarzes Loch 11 14, 16, 17, 28, 33, 35 Schwerkraft (siehe Gravitation) Siebengestirn 14 Singularität 24 Sonne, unsere 6-8, 10 12, 15, 16, 29, 30, 34, 36, 42 Sonnensystem, unser 8, 9, 16, 18, 21, 22, 29, 30, 45 Spiegelteleskop 4, 6 Spiralnebel 38, 39 Sternbilder 8, 14, 21, 32 Sternentstehungsgebiet 9, 14, 15, 29, 46 Sternführer/-karte 15 Sternhaufen 14, 15, 18, 22, 39 Supernova 11, 12, 21, 28, 29 Teilchenbeschleuniger 7 UFOs 47 Urknall 7, 20, 24 27, 29, 32-35, 41, 43 Urkraft 25 Wasserstoff 7, 10, 11, 22, Wechselwirkung schwache/starke Weiße Zwerge 11, 12, 34, 35 Venus 5, 7, 11, 21, 44 Zeit

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