Scudder, In 74 Fragen durch das Universum

JILLIAN SCUDDER

IN 74 FRAGEN

DURCH DAS UNIVERSUM

WARUM STERNE FUNKELN UND WO WIR NACH AUSSERIRDISCHEM LEBEN

SUCHEN SOLLTEN

1. Auflage: 2023

ISBN 978-3-258-08305-6

Alle Rechte vorbehalten.

Copyright © 2023 für die deutschsprachige Ausgabe: Haupt Verlag, Bern

Jede Art der Vervielfältigung ohne Genehmigung des Verlages ist unzulässig.

Aus dem Englischen übersetzt von Telse Wokersien, Kanada

Satz der deutschsprachigen Ausgabe: Die Werkstatt Medien-Produktion GmbH, D-Göttingen

Die englischsprachige Originalausgabe erschien 2022 unter dem Titel Astroquizzical. Solving the Cosmic Puzzles of Our Planets, Stars and Galaxies. The Illustrated Edition bei MIT Press, USA

Text der Originalausgabe: © 2022 Jillian Scudder

Gestaltung und Layout: © 2022 UniPress Books Ltd

Herausgegeben von MIT Press nach Vereinbarung mit UniPress Books Ltd.

Gedruckt in China

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IN 74 FRAGEN

DURCH DAS UNIVERSUM

WARUM STERNE FUNKELN UND WO WIR

NACH AUSSERIRDISCHEM LEBEN

SUCHEN SOLLTEN

Aus dem Englischen übersetzt von Telse Wokersien

HAUPT VERLAG

4 STERNE

5 STERNENTOD

EINLEITUNG

Astrophysiker sagen oft, dass wir mit den Sternen auf ganz besondere Weise verbunden sind . Denn ohne Generationen von Sternen, die vor der Bildung unseres Planeten verbrannt, explodiert oder kollidiert sind, würden der Kohlenstoff, aus dem unser Körper besteht, das Eisen in unserem Blut und das Gold und Silber, mit dem wir uns schmücken, gar nicht existieren . Auf sehr reale Weise haben diese Sterne uns erst ermöglicht, hier zu sein und zu ihnen aufzublicken . Ohne sie hätte sich der Mensch auf unserer wässrigen Welt unmöglich entwickeln können . Aber wirklich zu erforschen und zu verstehen, wie wir mit ihnen verbunden sind – und wie sie unser eigenes Leben auf dem Planeten Erde ermöglicht haben –, kann selbst für die Neugierigsten unter uns zäh sein . Obwohl es viele Verbindungen zwischen uns und den Sternen gibt, werden diese oft vergessen oder Informationen darüber sind schwer zu finden .

Dieses Buch untersucht die Verbindung, die nicht nur zwischen uns und den Sternen besteht, sondern zwischen uns und dem Universum als Ganzes – unserer kosmischen Familie . Ohne unseren Mutterplaneten, der unser Zuhause ist, würden wir nicht existieren . Ohne einen speziellen Stern, die Sonne, würde unser Planet nicht existieren . Ohne eine Galaxie würde dieser spezielle Stern nicht existieren . Und ohne die filamentartige Struktur im frühesten Universum würde unsere Galaxie nicht existieren . Sie alle haben den Weg für die nächste Generation geebnet und sind die Wiege unserer Ahnentafel .

Willkommen bei unserer kosmischen Ahnenforschung! Wir leben auf der Erde, dem einzigen Planeten im riesigen Universum, von dem bekannt ist, dass auf ihm intelligentes Leben irgendeiner Art existiert . Und das tun wir, weil beim Urknall vor Milliarden von Jahren die Atome geschaffen wurden, die über unvorstellbare Zeiträume die Sterne und Galaxien gebildet haben, die wir noch heute von unserem Heimatplaneten aus sehen können . In diesem Buch werden wir diese Stammbaumstruktur verwenden, um in den Weltraum zu reisen und gleichzeitig durch die kosmischen Generationen in der Zeit zurückzugehen: von unserer Erde (Eltern) und ihren Geschwisterplaneten über die Sonne und die Sterne (Großeltern), die Milchstraße und andere Galaxien (Urgroßeltern) und weiter zur eigentlichen Erschaffung unseres Universums (Ururgroßeltern) . Dadurch können wir unseren einzigartigen Platz im Kosmos besser verstehen und was es wirklich bedeutet, in den Nachthimmel zu schauen und die Sterne zu betrachten .

Diese Reise wird uns auch ermutigen, «astro­neugieriger» zu sein, indem wir Fragen über unser Universum und seine alten Sterne stellen, «Gedankenexperimente» durchführen, die die Funktionsweise unseres Planeten und seiner entfernten Verwandten erforschen, und anhand von Hinweisen, die wir ganz am Anfang der Zeit entdecken, Antworten auf die vielen Geheimnisse des Weltraums suchen .

ZEITSTRAHL DES UNIVERSUMS

Der Urknall:

Das Universum entsteht

10 Sekunden–15 Minuten

Die ersten Atome entstehen

Die kosmische Hintergrundstrahlung wird erzeugt (das Universum wird lichtdurchlässig)

Die ersten Sterne im Universum entstehen

Die ältesten Sterne in der Milchstraße entstehen

Die älteste (bis heute) beobachtete Galaxie

Sterne entstehen in Galaxien mit der höchsten Geschwindigkeit in der kosmischen Geschichte

Die Sonne entsteht

Die Erde entsteht «Jetzt», relativ zum Anfang des Universums

DER HIMMEL ÜBER UNS

Wir Menschen leben auf einem Planeten, von dem aus wir im Laufe unserer Geschichte stets die Sterne beobachten konnten. Heute ist unser Ziel, auf fremden Planeten zu landen und sie zu erforschen – aber wir wissen bereits viel über das Universum, einfach nur durch das Beobachten unseres «eigenen» Himmels.

WAS KÖNNEN WIR AUF DER ERDE WIRKLICH VOM UNIVERSUM SEHEN?

Auf der Suche nach unseren menschlichen Vorfahren ist es sinnvoll, am oberen Ende des Stammbaums zu beginnen – bei uns. Ebenso beginnen wir unsere Reise auf dem kosmischen Stammbaum mit unserem Heimatplaneten, der Erde.

Auf der Suche nach unseren menschlichen Vorfahren ist es sinnvoll, am oberen Ende des Stammbaums zu beginnen – bei uns Ebenso beginnen wir unsere Reise auf dem kosmischen Stammbaum mit unserem Heimatplaneten, der Erde

W ie sehen wir das Universum von unserem Standort aus? Als die Kinder dieses riesigen Kosmos und die (unseres Wissens nach) Einzigen, die versuchen, unsere kosmische Herkunft und die Regeln des Universums zu verstehen, ist unsere Perspektive einzigartig Unsere Wahrnehmung des «großen Ganzen» und welchen Platz wir darin einnehmen, ist stark davon beeinflusst, wie sich die Sterne uns präsentieren Je fortschrittlicher unsere Beobachtungsmöglichkeiten des Nachthimmels wurden, desto bewusster wurde uns, wie groß das «große Ganze» wirklich ist

W ir betrachten den Kosmos meist von der Oberfläche unseres Mutterplaneten aus, der Erde Einige Wenige hatten das Privileg, unseren Planeten von einem höher liegenden Punkt aus zu beobachten, aber mit Ausnahme dieser wenigen Astronauten hat die gesamte Menschheit die Sterne und Planeten stets nur vom Erdboden aus beobachtet In der Nacht, durch unsere Atmosphäre gut geschützt vor der eisigen Leere des Weltraums und nicht mehr mit Licht von unserem Stern überflutet, können wir einen ersten Blick auf unsere unmittelbare kosmische Familie werfen .

In einer sternklaren Nacht schauen viele von uns in den Himmel und bestaunen die hellen Objekte am Himmel . Einige der helleren Lichter, die wir am Nachthimmel sehen können, sind die planetarischen Geschwister der Erde, die aus derselben Staub­ und Gaswolke entstanden sind, die vor 4,5 Milliarden Jahren unseren

BERÜCKSICHTIGUNG DER ERDROTATION

Um die lichtschwächsten Sterne in einer Aufnahme einzufangen, auf der viele Tausend andere Sterne sind, muss man die Rotation der Erde berücksichtigen Wie wir alle wissen, dreht sich die Erde in 24 Stunden einmal um sich selbst Wenn man Aufnahmen von einer einzelnen Sternengruppe über mehrere Stunden machen möchte, bewegen sich die Sterne jedoch beträchtlich, da die Erde uns dreht Um dem entgegenzuwirken, wird bei vielen tief im Raum aufgenommenen Bildern die Kamera an einer Halterung befestigt, die sich mit der Erde drehen kann, sodass die Drehung des Planeten kontinuierlich korrigiert wird . Mit dieser Technik können noch mehr Bilder aufgenommen und anschließend zusammengesetzt werden, sodass das Licht von immer schwächeren Sternen erfasst wird, je länger man fotografiert

eigenen Heimatplaneten «geboren» hat (mehr dazu in Kapitel 3) Aber auch ohne die besonders hellen Planeten am Himmel über uns kann der Nachthimmel überwältigend sein, vor allem, wenn man sich abseits der grell erleuchteten Städte befindet

Aber genauso wie die Bilder der Internationalen Raumstation uns an die Erdkrümmung erinnern, können Fotografen, welche die Möglichkeit haben, zu den wenigen verbleibenden, wirklich dunklen Orten zu reisen, wo es wenig oder keine Lichtverschmutzung gibt (siehe Kasten gegenüber), und an diesen abgelegenen Orten den Nachthimmel abzubilden, uns zeigen, was uns entgeht

LEBEN MIT LICHTVERSCHMUTZUNG

Ohne die durch künstliches Licht verursachten Störungen sind Tausende von Sternen sogar mit bloßem Auge sichtbar, aber die Orte, an denen dies möglich ist, werden immer seltener Laut einer Studie von Fabio Falchi aus dem Jahr 2016 leben 99 Prozent der US­amerikanischen und europäischen Bevölkerung unter einem lichtverschmutzten Himmel Man vergisst leicht, wie viele Sterne von der Erde aus für uns sichtbar sind, und viele von uns haben sie noch nie gesehen

Ein Meteor vor einem sternenübersäten Nachthimmel im Coconino National Forest bei Flagstaff, Arizona

WIE KÖNNEN WIR NACH LEBEN AUF

ANDEREN PLANETEN SUCHEN, WENN WIR IN DER ZEIT ZURÜCKBLICKEN?

Obwohl wir Planeten nur so sehen können, wie sie waren, als das Licht sie verließ, ist unsere aktuelle Zeitverzögerung relativ gering. Selbst mit seinen hochpräzisen Instrumenten hat der planetenjagende Satellit Kepler erdähnliche Planeten nur bis zu einer Entfernung von 3000 Lichtjahren erkannt. Unsere Milchstraße misst etwa 50 000 Lichtjahre vom Zentrum bis zum Rand (insgesamt also etwa 100 000 Lichtjahre), und der bisher am weitesten entfernte Planet befindet sich in der nächsten großen Galaxie, Andromeda, die etwa 2,5 Mio. Lichtjahre von uns entfernt liegt.

Wir erwarten zwar, dass so ziemlich jeder Stern in unserer Galaxie von einem Planeten umkreist wird, aber wir waren noch nicht einmal in der Lage, einen beträchtlichen Teil der Milchstraße, geschweige denn die Sterne in Andromeda zu beobachten Der am weitesten entfernte, zuverlässige Nachweis ist der eines Exoplaneten, der aber auch nur etwa 21 000 Lichtjahre entfernt ist, also in unserer eigenen Galaxie liegt Die Einschränkungen durch die Lichtgeschwindigkeit bedeuten jedoch, dass alle Bilder, die wir von Exoplaneten erhalten, genauso veraltet sind, wie sie entfernt sind Ein Planet, den wir in 10 000 Lichtjahren Entfernung sehen, wird ein Bild sein, das seit 10 000 Jahren unterwegs ist .

In geologischer Hinsicht sind 10 000 Jahre nur ein kleiner Zeithorizont, aber für uns Menschen bedeutet dieser Zeitraum einen großen Unterschied Vor 10 000 Jahren war das Neolithikum, die Jungsteinzeit Eine 10 000 Lichtjahre entfernte intelligente Zivilisation, die gerade nach anderem Leben im Universum sucht, würde also die Erde als einen felsigen Planeten sehen, der weit genug von der Sonne entfernt ist, sodass Wasser in seiner Atmosphäre existieren kann Würde sie diese Atmosphäre untersuchen, würde sie feststellen, dass sie neben Sauerstoff und Kohlendioxid hauptsächlich aus Stickstoff besteht und Wasserdampf enthält Sie könnte nicht sagen, dass es auf diesem Planeten Lebewesen gibt, die 10 000 Jahre von der Entwicklung

des Internets, der Neurochirurgie und von Maschinen entfernt sind, die kleinste Verzerrungen im Weltraum selbst erkennen können .

Diese Art von Zeitverzögerung ist einer der Gründe, warum W issenschaftler sich freuen, wenn sie einen nahe gelegenen Felsplaneten finden, der flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche haben könnte . Wenn der Planet uns nahe ist, spielt die Zeitverzögerung eine weniger wichtige Rolle als bei einem entfernten Planeten Erst im Februar 2016 gelang es uns erstmals, den Inhalt der Atmosphäre eines Planeten zu erkennen, der etwas größer als die Erde ist Leider gibt es auf diesem Planeten kein Wasser, und die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium sowie etwas Blausäure für stärkere Giftigkeit Dieser Planet ist nur 60 Lichtjahre entfernt, sodass eine Aufnahme von ihm nur aus dem Jahr 1956 stammen würde Dieser spezielle Planet wird sich in so kurzer Zeit allerdings nicht zu einem lebensfreundlichen Planeten entwickelt haben .

Je weiter man sich entfernt, desto stärker wird diese Zeitverzögerung Würden wir wirklich Anzeichen für Leben auf einem fernen Exoplaneten entdecken, wäre es in der Praxis allerdings unwahrscheinlich, dass wir in der Lage wären, mit einer sehr weit entfernten Zivilisation zu kommunizieren oder sie zu besuchen Lichtgeschwindigkeit ist das Schnellste, was wir erreichen –würden wir eine Radionachricht in eine ferne Welt

senden, würde sich diese Radiowelle genau mit Lichtgeschwindigkeit von der Erde wegbewegen und kein bisschen schneller (weil Radiowellen eine Form von Licht sind) Die Lichtgeschwindigkeit ist eine grundlegende Geschwindigkeitsbegrenzung in unserem Universum – keine Information reist schneller als die Geschwindigkeit, mit der Licht diese Distanz zurücklegen könnte .

Das Gleiche gilt für jede Weltraumzivilisation, die viele Milliarden Lichtjahre von uns entfernt lebt Wenn eine superintelligente Zivilisation dort draußen ein unglaublich großes Teleskop bauen könnte und die Fähigkeit (und die Zeit) hätte, Planeten zu erkennen, die Sterne in einer fernen Galaxie umkreisen, und sie zufällig das Teleskop auf die Erde gerichtet hätte, könnte sie eine ganz andere Welt sehen als die, in der wir derzeit leben Wenn sie zufällig 2,5 Milliarden Lichtjahre entfernt wäre, würde sich die Atmosphäre unseres Planeten gerade dramatisch verändern Es wäre die Zeit, als die Erde die «Große Sauerstoffkatastrophe» durchmachte –die frühesten fotosynthetischen Bakterien überfluteten die Atmosphäre schneller mit Sauerstoff, als er aufgenommen werden konnte, und der Sauerstoff reicherte sich langsam an Da Sauerstoff ein giftiges Nebenpro­

LICHTJAHRE

Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die Licht mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Milliarde km/h in einem Jahr zurücklegt Ein Lichtjahr beträgt damit 9,5 Billionen km .

dukt für das einzellige Leben war, das bisher in einer herrlich sauerstofffreien Umgebung gelebt hatte, musste es sich entweder anpassen oder sterben . Beobachtungen unseres Planeten aus einer solchen Entfernung könnten dem Beobachter nur sagen, dass unser Planet existiert, dass er Wasser in seiner Atmosphäre hat und dass wir unseren Stern alle 365 Tage einmal umkreisten Es gäbe keinerlei Hinweise darauf, dass wir in der Zukunft den Weltraum erforschen würden .

Die Andromeda­Galaxie, gesehen durch das GALEX­Teleskop, das das ultraviolette Licht der heißesten und massereichsten jungen Sterne beobachtet

WAS BESTIMMT DIE FARBE EINES STERNS?

Sterne erzeugen Licht in vielen Farben; unser eigener Stern erzeugt – ganz wörtlich – jede Farbe des Regenbogens. Aber wenn wir keine Anstrengungen unternehmen, all diese Lichtfarben aufzuspalten, entweder durch ein wissenschaftliches Instrument oder durch das bemerkenswert effektive Prisma des Regentropfens, erscheint das Licht der Sonne, das unser Auge erreicht, weiß. Das liegt daran, dass alle diese Lichtfarben miteinander vermischt sind und die durchschnittliche Farbe ziemlich genau in der Mitte des sichtbaren Spektrums liegt.

Einige Sterne am Nachthimmel sind ganz offensichtlich keine Weißlichtsterne – Betelgeuse, einer der hellen Sterne in Orions Schulter, ist ein Roter Überriese mit einem orangefarbenen Leuchten, das auch mit bloßem Auge zu erkennen ist Die Lichtmischung, die von diesem Stern kommt, enthält viel weniger Blau als unser Großelternstern Sol . Der Mangel an blauem Licht bedeutet, dass das rote Licht die durchschnittliche Farbe in Richtung rötlich orange verschieben kann

W ir können etwas tiefer gehen und das Licht in seine jeweiligen Farben auffächern und genau prüfen, wie viel mehr rotes Licht im Vergleich zu blauem von einem Stern kommt . Für einen anderen Stern könnten wir messen, wie viel mehr blaues Licht im Vergleich zu rotem zu uns gelangt Anhand dieser Messungen können wir für jeden Stern die am häufigsten erzeugte Lichtfarbe bestimmen Bei einem Stern, der wie Betelgeuse viel rotes Licht erzeugt, wird die am häufigsten erzeugte Farbe sehr nahe an dem liegen, was wir als Rot bezeichnen

Eine künstlerische Darstellung des Exoplaneten KELT­9b, der seinen Wirtsstern KELT­9 umkreist Der Stern KELT­9 selbst ist erst 300 Mio Jahre alt, für einen Stern noch jung – unsere eigene Sonne ist 4,5 Mrd . Jahre alt . KELT­9 hingegen ist mehr als doppelt so groß und fast doppelt so heiß wie unsere Sonne Es ist unklar, ob dieser Planet in seiner aktuellen Umlaufbahn überleben kann oder nicht; diese Darstellung zeigt seine theoretisch mögliche Verdunstung .

Das Sternbild Orion wird in dieser Großfeldaufnahme festgehalten, die als Mosaik aufgenommen wurde Betelgeuse, der leuchtend orange Stern in Orions Schulter, ist rechts oben zu sehen Das Sternbild Orion ist eine sehr gasreiche Region des Himmels

Bei einem blauen Stern hingegen wird die häufigste Lichtfarbe entweder Blau sein oder jenseits von Blau im ultravioletten Bereich liegen Und das Weißlicht unseres Sterns Sol? Die häufigste Farbe von Sol ist ein spektakuläres Gelbgrün . Anstatt die durchschnittliche Farbe zu verwenden, um über Sterne zu sprechen, wird in der Regel diese häufigste Farbe verwendet So wurde unser Stern als gelber Stern bekannt, obwohl sein Licht für unsere Augen weiß ist

FARBE UND WÄRME

Die Farbe wird einem Stern nicht zufällig zugewiesen –sie ist das direkte Ergebnis einiger anderer Merkmale und Eigenschaften Die Farbe jedes Geschwistergestirns in unserer Galaxie wird direkt von der Temperatur an der Oberfläche des Sterns bestimmt Die Temperatur wird wiederum von der Masse des Sterns bestimmt, zusammen mit dem Alter .

Die Verbindung zwischen Temperatur und Farbe ist eine, der wir auch hier auf der Erde begegnen, und manifestiert sich auch in unserer Sprache Wir verwenden Wörter wie «rot glühend» und »weiß glühend» und wir wissen, dass Metall, das orange glüht, heißer ist als etwas, das rot glüht, obwohl beide für die menschliche Haut gefährlich sind . Was uns vielleicht weniger bekannt ist, ist, wie weit diese Beziehung geht Rot glühend ist für einen Stern so kühl, wie er nur sein kann; das Plasma, aus dem der Stern besteht, ist heiß genug, um von selbst zu leuchten, aber nicht heiß genug, um viel blaues Licht zu erzeugen Für die Produktion von blauem Licht wird mehr Energie benötigt, also gibt es bei niedrigen Temperaturen (sprich: relativ wenig

WOHER WISSEN WIR, DASS SCHWARZE LÖCHER WIRKLICH EXISTIEREN?

Schwarze Löcher gehören zu den interessantesten Überresten der Geschwistergestirne der Sonne, und sie wurden zuerst von Menschen angedacht, die sich mit unserem Verständnis darüber, wie Schwerkraft funktioniert, befassten. Schwarze Löcher waren damals völlig theoretische Mitglieder unserer kosmischen Familie. 1784 erkannte John Michell, dass bei einem ausreichend kompakten, massereichen Objekt die Fluchtgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um von der Oberfläche zu entweichen und in die Umlaufbahn und darüber hinaus zu gelangen, schneller ist als die Lichtgeschwindigkeit. Da sich nichts schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegt, werden diese Objekte zu einer Falle für alles, was ihnen nahe genug kommt, um hineingezogen zu werden.

Der Begriff «Schwarzes Loch» wurde etwas erweitert, um mehr als nur das «Objekt» des Schwarzen Lochs zu bezeichnen, diese unendlich kleine Singularität Das macht Sinn, denn es gibt einen Raumbereich, der das Schwarze Loch umgibt, in dem die Gravitation der Singularität so stark ist, dass das Licht selbst eingefangen werden würde: Dieser Bereich ist durch eine imaginäre Linie, Ereignishorizont genannt, gekennzeichnet Dieser Ereignishorizont ist in der Regel recht weit von der eigentlichen Singularität entfernt, aber der Begriff «Schwarzes Loch» wird oft für diesen gesamten Bereich verwendet, weil in diesem Raum die Herrschaft des Schwarzen Lochs vollkommen ist .

BEWEISLAGE

Es braucht viele Beweise, um von einem theoretischen Mitglied zu einem bestätigten Mitglied unserer Sternenfamilie zu werden, aber glücklicherweise haben wir im Laufe der Jahre ausreichend Beweise für ihre Existenz gefunden Einige der besten Beweise, die wir haben, um Schwarze Löcher unserem kosmischen Stammbaum hinzuzufügen, stammen aus dem Zentrum unserer eigenen Galaxie Mit den Teleskopen, über die wir heute verfügen, können wir beobachten, wie einzelne leuchtende Sterne um ein sehr schweres, physikalisch kleines und völlig unsichtbares Objekt kreisen Aus den Umlaufbahnen der Sterne können wir ableiten, wie viel Materie das dunkle Objekt enthalten muss Wir

wissen auch, wie groß es sein könnte, da einige dieser Sterne sehr nahe an dem rätselhaften Objekt vorbeigehen und nicht in Stücke gerissen werden, also muss es kleiner sein als diese Anhand von Masse und Größe können wir eine Vermutung über seine Dichte anstellen

Das Objekt im Zentrum der Milchstraße ist so dicht, dass außer einem Schwarzen Loch kein anderes bekanntes oder vermutetes Objekt in unserem Stammbaum unsere Beobachtungen erklären kann Das Objekt ist etwa 4 Millionen Mal größer als die Sonne auf einem Raum, der kleiner ist als unser Sonnensystem Die einzige Möglichkeit, Material so dicht zu verpacken, besteht darin, es so weit zusammenzudrücken, dass das Objekt keine andere physikalische Möglichkeit hat, als so dicht zu sein, dass kein Licht mehr entweichen kann: Es muss sich um ein Schwarzes Loch handeln .

W ir wissen, dass auch andere Galaxien Schwarze Löcher haben, daher ist unsere Galaxie in keiner Weise außergewöhnlich oder etwas Besonderes, weil sie dieses massereiche Schwarze Loch im Zentrum hat . Tatsächlich hat jede Galaxie, soweit wir bisher feststellen konnten, ein Schwarzes Loch als Zentrum Wenn man eine relativ nahe Galaxie betrachtet, kann man an der Rotation der Galaxie erkennen, wie groß ihr Schwarzes

Loch ist . Um eine Simulation zu erstellen, welche die Rotation der Galaxie aufzeigt, muss man wissen, wo sich die Materie in der Galaxie befindet Im Allgemeinen können wir herausfinden, wo die Mehrheit der Materie ist, weil ein großer Teil davon sich entweder in Gas (das wir sehen können) oder in Sternen (die noch einfacher zu sehen sind) befindet . Wenn wir jedoch nicht auch eine ganze Menge zusätzlicher Materie direkt im Zentrum (wie ein Schwarzes Loch) berücksichtigen, geben die Simulationsmodelle nicht das wieder, was wir beobachten Wenn wir ein Schwarzes Loch hinzufügen, erhalten wir ein viel besseres Abbild .

Ebenso wissen wir, dass es in unserer Galaxie kleinere Schwarze Löcher gibt – supermassereiche Schwarze Löcher sind nicht die einzigen im Universum Ähnlich wie wir Sterne sehen, die um ein unsichtbares, scheinbar massereiches Objekt im Zentrum unserer Galaxie kreisen, haben wir eine riesige Anzahl von Sternen be­

Diese Computersimulation zeigt, wie ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie aussehen könnte . Das Licht der Sterne hinter dem Schwarzen Loch würde in lange Bögen gestreckt werden; aber der schwarze Bereich in der Mitte stellt den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs dar, an dem uns kein Licht erreichen könnte . obachtet, die einen unsichtbaren Begleiter näher an ihrer eigenen Masse zu umkreisen scheinen – wie bei einem Doppelstern – doch statt eines Weißen Zwergs oder eines Neutronensterns ist ihr Begleiter unsichtbar Wir können die vorhin angestellten Dichteberechnungen wiederholen, und wir werden feststellen, dass wir es wieder mit einem Objekt zu tun haben, das so winzig und massereich ist, dass nur ein Schwarzes Loch diesen Anforderungen entsprechen kann . Unsere Familie hat ein neues Mitglied – das Schwarze Loch

REGISTER

Abell 2744 207

Achat 69

Akkretionsscheibe 159, 166–167, 192–193

All­Sky Surveys 206

Alnilam 130, 131

Alnitak 130, 131

Aminosäuren 65

Andromeda 90, 94, 134, 181, 190–219, 199, 213, 214, 216

Antennen­Galaxie 189

Apollo­Mission 28

Asteroid 52, 56, 58, 62, 65, 69, 76, 78, 79, 85

Marsmond 37, 76

Wassereis 85

Atmosphäre 10, 20, 44–45, 61

Erde 86

funkelnde Sterne 16–17

Gezeitenwind 40–41

Jupiter 72, 75

Meteor 18

Mond 46

Pluto 81

atmosphärische Verzerrung 17

Atom 6, 20, 21, 44, 70, 71, 83, 86, 98, 100–101, 149–150, 203, 209

außerirdisches Leben 27, 90–94

siehe auch Leben

Bakteriem 64–65, 86, 88–89, 91, 94

Balkenspiralgalaxie 180, 181

Baumgartner, Felix 46

Bayer­Bezeichnungssystem 130

Bellatrix 131, 132

beobachtbares Universum 206–207, 212

Betelgeuse 118, 130, 132, 146, 147, 148, 150, 152–153

Blauverschiebung 209

Boyajian’s Star 92

Brauner Zwerg 31, 89, 124–126

Bulge 180

Canyon Diablo 19

Carina­Nebel 15, 63

Centaurus A 116–117

Ceres 52

Charon 36, 78, 80

Chromosphäre 99

CHRX 73 B 125

Cirrusnebel 63

Curiosity (Rover) 70, 71

Daniel K Inouye Solar Telescope 104–105

Deimos 76–77

Dichtewellentheorie 181

Digitized Sky Survey 2 (DSS2) 147

Doppelsternsystem 125, 128–129, 154–155, 156, 158, 166–167

Drake­Gleichung 94

Drei­Körper­Interaktion 129

druckunterstützte Struktur 138 dunkle Materie 178

Durchmusterung des Himmels 206, 210

Einstein, Albert 170

Einsteinring 197

Einzelgänger­Planet 129

Eisen 62, 106, 142, 148

Eisen­Meteorit 60, 61, 62

Ekliptik 55

Elektronen 20, 44, 86, 98, 100, 110, 127, 149–150, 193, 194, 208

elliptische Galaxien 178, 180, 195, 199, 208

Enceladus 84–85

Ensewiler­Formel 46

Erde 52, 205

Adresse 216–217

bestrahlte obere Atmosphäre 86 extreme Umwelt 86

Gezeitenkräfte 38–39

Magnetfeld 20, 106–107, 112

Mondentstehung 34

prähistorisches Foto 28–31

Rotation 10, 56, 57

Sauerstoffkatastrophe 91

Sicht aufs Universum 10–11

Sonnensturm 110

Sonnenteilung 128–129

Sonnentod 144–145

Sterne beobachten 76–77

Tür zum Mond 46–49 vom Weltraum aus gesehen 24–31

Wasser 84

Erdlicht 30–31

erdnahe Umlaufbahn 173

Erdschein 30–31

Ereignishoriziont 160, 163, 165–166

Eris 78–79

Eta Carinae 205

Europa 84–85, 89

Exoplanet 31, 82–83, 84, 86, 88, 90, 92, 119

Falchi, Fabio 11

Falschfarbe 14

Fehlfarbenbild 14

Fermi Gamma­ray Space Telescope 44–45

flocculent spirals 180–181

flockige Spiralgalaxien 180–181

Fluchtgeschwindigkeit 48, 49, 160

Fotosphäre 99, 104

Gaia 206

Galaxie 6, 158, 176–99

Anzahl 182–183

Anzahl Sterne 184–185

Auftanken 198–199

expandierendes Universum 210–11

Gravitationslinseneffekt 196–197

Kollision 188–189

Trennung 214–215

Ursprung 202–203

siehe auch Milchstraße

Gammastrahlen 44–45, 193

Gasriesen 72, 89, 126

siehe auch Jupiter; Neptun; Saturn; Uranus

Gaswolke 53–54, 58, 62, 98

gebundene Rotation 36–37, 39, 76

Gelber Zwerg 122

Geoden 69

geographischer Nordpol 106, 107

geometrische Flachheit 218–219

geosynchrone Umlaufbahn 173

Gezeitenkräfte 37–39, 40, 84, 188

Gezeitenwind 40–41

GK Persei 157

Gold 62, 69, 158

GPS­Satellit 171–173

Gravitationslinseneffekt 196–197

Gravitationstrichter 162–165

Gravitationswellen 168

gravitativ gebunden 214

Großer Bär 132

Großer Wagen 132

Gummituch­Modell 163, 164, 165

habitable Zone 84, 129, 144–145

Hämatit­«Blaubeeren» 66

Heliosphäre 114

Helium 62, 90, 100–101, 142, 144

Herkules­A­Galaxie 186–187

Hertzsprung­Russell­Diagramm (H­RDiagramm) 120–121, 122, 127, 143

homogenes Universum 209, 210

Hubbel­Sequenz 178

Hubble Ultra Deep Field 182, 199, 206

Hubble, Edwin 178, 180

Hubble­Weltraumteleskop 13, 14, 15, 59, 80, 173, 182–183

Hydra 80

hyperbolische Fläche 218

Infrarotaufnahme 24–27, 184

Internationale Astronomische Union (IAU) 52, 78–79

Internationale Weltraumstation (ISS) 12, 22–23, 24, 65, 112, 136, 173

Internationales Weltraumrecht 92

Interstellar 170

interstellarer Raum 114

Isotope 71

isotropes Universum 209, 210

Juno (Raumsonde) 72, 74–75

Jupiter 59, 84–85, 124–125, 138

Großer Roter Fleck 72–73, 75

Leben 88–89

Rotation 57, 74

Sterne 76, 77

Streifen 72–75

Kassiopeia 133

KELT­9 119

Kelvin­Skala 203

Kepler 16 (Sternsystem) 155

Kepler­Satellit 82, 83, 84, 90

Kerberos 80

Kernfusion 62, 100–101, 124

KIC 8462852 92

Kleinplaneten siehe Zwergplaneten

Kometen 18, 52, 58, 59, 65, 85, 92

Konvektionszone 104–105

Korona 99

koronaler Massenauswurf 110–113

kosmische Strahlen 44–45, 114–115

Kugelsternhaufen 134–139, 154

Kuipergürtel 52

künstlicher Leitstern 28–29

Laser 28–31

Laser Guide Star (LGS) 28–29

Laser Interferometer Gravitational­Wave Observatory (LIGO) 168

Laserleitstern 28–29

Leben 27, 90–94

Transport 64–65 wo suchen 86–89

Lebenszeichen­Methode 24

Lebenszone siehe habitable Zone

Leitstern, künstlicher 28–29

Licht

Bewegungseffekt 208

Geschwindigkeit 90–91, 94, 150, 160, 170, 172, 174–175, 204–205, 212

Verschmutzung 11, 132

Lichtjahre 90–91, 138, 175

Lithium 62

Lithobraking 44, 48

Lokale Gruppe 190, 216

Lokaler Superhaufen 216

Lorentz­Faktor 174–175

Luftdruck 46

M81 137

M87 195

Magnetfeld 20–21, 106–114, 150

Pol 20, 21

Schwarzes Loch 192–194

Sonne 181

magnetischer Nordpol 106, 107

Mars 37, 52, 59, 144, 205

Stein­Meteorit 60

Deimos 76, 77

Kontamination 70–71

Leben 66–69

Opportunity (Rover) 61, 66

Rotation 56, 57

Mars­Kügelchen 66

Massenmittelpunkt 83, 136, 190, 216

Massensegregation 138–139

Merkur 52, 57, 129, 144

Metall­Meteorit 60, 61, 62

Meteor 18–19 von Tscheljabinsk 18, 61

Meteorit 18, 19, 59–61

Eisen­Meteorit 60, 61

Krater 19

Lebewesen­Transport 64

Metall­Meteorit 60, 61, 62

Stein­Eisen­Meteorit 60

Stein­Meteorit 60, 61

Meteoroid 18, 19

Meteorschauer 18, 20, 59

Michell, John 160

Mikromond 42

Milchstraße 82, 90, 94, 115, 116, 122, 134, 146, 178, 204, 206, 208, 213, 214

Andromeda­Einfluss 190–191

Anzahl Sterne 184–185

Doppelsterne 154

Schwarzes Loch 160

militärische Aufklärung 24

Millennium­Simulation 215

Mintaka 130, 131, 132

MODIS­Instrument 27

Mond 21, 23, 32–49

abgewandte Seite 36–37

Apollo­Mission 28

Atmosphäre 46

atmosphärische Gezeiten 40

Entstehung 34

Fluchtgeschwindigkeit 48

Gammastrahlen 44–45

Gezeiten 38–39, 40

Größenänderung 42–43

kosmische Strahlung 44–45

Krater 35, 36–37

Retroreflektor 28–29

sichtbare Seite 34–35

Sichtbarkeit am Tag 21, 23

Temperatur 46

Tür zur Erde 46–49

Umlaufbahn 36–37, 39, 42

Nebel 146–148, 156, 208

Neptun 52, 57, 59

Neutrinos 149–150

Neutronen 71, 100–101, 149–150, 158

Neutronensterne 149, 156, 164, 172

New Horizons 78, 80–81, 115, 205

NGC 1300 181

NGC 1466 135

NGC 300 159

NGC 4526 149

NGC 6240 169

Nickel 62, 106, 148

Nix 80

Nordlicht siehe Polarlicht

Nordstern 77, 130

Nova 156, 157, 158

Olympus Mons 67–68

Opportunity (Mars­Rover) 61, 66

Orion 118, 130, 131, 132, 146

Orionnebel 12, 13

siehe auch Betelgeuse

Pallasit 60

Panspermie 64

Parallaxe 210, 211

Phobos 37, 76

Phoenix (Arizona) 25

Phoenix (Landesonde) 70

Pioneer (Raumsonde) 216, 217

Planck 206

planetarischer Nebel siehe Nebel

Planetesimal 55

Plasma 98, 102, 104, 106, 114, 115, 119, 142

Plattentektonik 69, 144

Pluto 36, 52, 58, 78–81, 138, 205

Polaris 130

Polarlicht 20–21, 106

Polaroval 20

Protonen 20, 44, 71, 98, 100–101, 110, 149–150, 193

Protoplanet 55, 76, 85

Protostern 53, 54–55

Proxima Centauri 124, 213

Psyche (Asteroid) 59

Ptolemäus 130

Quasar 192–194

Radiowellen 91, 93, 157, 187, 193

Random Walk 102–103

Raumschiffe, Sichtbarkeit von der Erde 22–23

Raumzeit 170

Relativität 170

Retroreflektor 28–29, 31

Ringdown 168–169

Rogue Planet 129

Röntgendoppelstern 158

Röntgenstrahlen 193

Rote Riesen 143–148, 154, 156, 158, 159, 198

Rote Zwerge 116, 121, 124, 128–129

Rotverschiebung 209, 212, 213

RS Ophiuchi (Doppelsternsystem) 156

Sagittarius A* 187

Satellit 24, 90

GPS 110, 112, 171–173

siehe auch Internationale Raumstation (ISS)

Sonnensturm 110­113

Saturn 52, 57, 84–85

Sauerstoffkatastrophe 91

saurer Regen 87

Schleiernebel 63

Schwarzes Loch 158–175

Form 166–167

Hintergrundbeleuchtung 166, 167, 170

Kollision 168–169

Kollision von Galaxien 189

Quasar 192–194

Schatten 167

supermassereiches 186–187, 192

Umlaufbahn 172

Zeitdilatation 170–175

Schwefelsäure 87–88

Schwerkraft 54, 55, 116, 120, 122, 127, 154, 158

3D­Verzerrung 162–165

Exoplaneten 82–83

Kugelsternhaufen 136–138

Mond 38–39

Sternentod 142

Trennung von Galaxien 214

Zeitdilatation 171–172

Zusammenstoßen von Galaxien 188

Seeing 16

SETI­Organisation 92

Singularität 158, 160, 163

Snottiten 88

Sol siehe Sonne

Solar Orbiter (Raumsonde) 170

Sonne 20, 21, 23, 31, 98–105, 134, 138, 142, 190

atmosphärische Gezeiten 40–41

Farbe 118–120, 122

Gezeiten 39, 40

Halbierungs­Experiment 128–129

Helligkeit 152

Magnetfeld 106–114, 181

planetarische Umlaufbahnen 52

Planetenbildung 53–54

Planeten­Definition 79

Sonnenlichtproduktion 98–101, 128

Sonnenstürme 110–113

Tod 143–145

Verzerrung 162–165

Sonnenfinsternis 104

Sonnenflecke 106, 108–110

Sonnensturm 110–113

Sonnensystem 34, 42, 44, 50–95

Bildung 52–55

Kontamination 70–71

Leben 27, 86–94

Transport von Leben 64–65

Sonnenwind 114

Spiralgalaxien 159, 178, 180–181, 208

Standardkerze 211

Stein­Eisen­Meteorit 60

Stein­Meteorit 60, 61

Sterne 90, 94, 96–139

Anzahl 184–185

Bildung 53–55

Elemente 62

Exoplaneten 82–83

Farbe 118–122, 208–209

ferne Galaxien 198–189

größte Anzahl 76–77

Hauptreihe 121, 123–124, 127, 142

Namen 130–131

Schwarze Löcher 160–161, 166

Sternbilder 132–133

Tod 140–175, 198–199

Unterschiede 116–117

Zwillingsterne 154–155, 166–167

siehe auch Sonne

Sternschnuppenschwarm 18

Stickstoffeis 80

Stimmgabel­Diagramm 178, 180

Strahlungszone 100, 102–103

Styx 80

Südlicht siehe Polarlicht

supermassereiche Schwarze Löcher

186–187, 192

Supermond 42

Supernova 62, 63, 148–153, 157, 158, 198, 211

1987A 150–151

Helligkeit 152–153

Synchrotronstrahlung 194

Szintillation 17

Tabbys Stern 92

Tatooine 129

Teleskop 17, 24, 27, 29, 44–45, 84, 91, 93–94, 112, 130, 160, 182

All­Sky­Survey 206

Farbbilder 14–15

Kontamination 70

Röntgenstrahlen 150

siehe auch Hubble­Weltraumteleskop

Sonnenteleskop 104, 106

Temperatur 128–129, 154

extreme Kälte 89

frühestes Universum 203

Lichtbrechung 16

Mond 46

relative Wärme 54

Sternenfarbe 119–122

Sternentod 142–144

Venus 87

W irkungen von Gas 40–41, 120

TESS 82

Trapezium Cluster 13

Treibhausgase 144

Tscheljabinsk, Meteor 18, 61

Überriesen 118, 130, 146, 147, 152

siehe auch Betelgeuse

übertriebene Farbbilder 15

Udell, Captain Brian 48

ultraviolettes (UV) Licht 44, 86, 119, 120

unendliches Universum 218–219

Universum 200–219

Adresse der Erde 216–217

Ausdehnung 188, 208–215

Beobachtung 204–207

tigerförmig 218–219

Uranus 52, 56, 57, 114

Urknall 6, 206

UY Scuti 146, 148

V838 Monocerotis 122–123

Valles Marineris 67

Venus 21, 23, 52, 128, 144, 152

Leben 86–89

Rotation 56, 57

Vereinte Nationen 93

Viking­Landesonde 70

Virgo­Superhaufen 216

Voyager 1 & 2 75, 114–115, 216

Vulkan, Mars 67–69

Waisenplanet 129

Wärmeinsel 26

Wasser 84–85, 90–91, 128, 129, 144

Wassereis 66, 80, 85, 129

Wasserstoff 14, 62, 90, 98, 100–101, 124, 142, 144, 154

Weißer Zwerg 127, 148–149, 156–157

Wind

Geschwindigkeit 46–49

Jupiter 72

Sonne 114

Wolkendecke 24

Yellowstone­Nationalpark 86, 88

Zeit

rückwärts schauen 212–213

Zeitdilatation 170–175

Zeitverzögerung 90, 204–205, 213

Zwerge 123, 124–127, 166

Braune 31, 89, 124–126

Gelbe 122

Rote 116, 124, 128–129

Weiße 127, 148–149, 156–157

Zwergplaneten 36, 52, 58, 78, 79, 80

Pluto 78–81

KOSMISCHE REISE

DURCH RAUM UND ZEIT

Wenn wir in den Nachthimmel schauen, sehen wir nicht nur Sterne in ihren Konstellationen und Planeten in ihren Umlaufbahnen, sondern auch unseren kosmischen Stammbaum. Generationen von Sternen, die lange vor der Entstehung unseres Planeten verbrannten, explodierten oder kollidierten, schufen den Kohlenstoff, aus dem unser Körper besteht, und das Eisen in unserem Blut. Obwohl es viele Verbindungen zwischen uns und den Sternen gibt, werden diese oft vergessen oder Informationen darüber sind schwer zu finden.

In «In 74 Fragen durch das Universum» nimmt die Astrophysikerin Jillian Scudder uns mit auf eine Entdeckungsreise durch den Weltraum, die von der Erde über die Sterne und Galaxien bis zu den kosmischen Explosionen des Urknalls zurückführt.

«Welche Farbe hat das Universum?», «Drehen sich alle Planeten auf die gleiche Weise?» oder «Wie viele Galaxien gibt es?» Die Autorin liefert gut verständliche Antworten auf diese und zahlreiche weitere Fragen und führt zudem durch zehn interessante Gedankenexperimente.

ISBN 978-3-258-08305-6