Entstehung des Universums, Sonnensystems und des Lebens auf der Erde

Galaxien und Sterne

Galaxien: Galaxien sind riesige Ansammlungen von Sternen, Planeten, Monden, Asteroiden, Gas und Staub.

Sterne: Die Energie in einem Stern wird durch thermonukleare Reaktionen erzeugt, bei denen Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. Wenn der Wasserstoff im Kern erschöpft ist, beginnt der Stern, Helium zu verbrennen. Ein Stern kann am Ende zu einem weißen Zwerg werden.

Supernova: Eine Supernova ist eine gewaltige Explosion eines Sterns, bei der große Mengen Licht und Strahlung freigesetzt werden und der Stern verschwindet.

Nebel: Nebel sind Wolken aus Staub und Gas, aus deren Materie Sterne entstehen.

Dunkle Materie: Im Universum sammelt sich eine große Menge unsichtbarer Materie an, die etwa 90 % der Masse ausmacht. Ihre Anwesenheit wird nur durch ihre Gravitationswirkung erkannt, weil sie Licht nicht reflektiert.

Wie alles begann: Der Urknall

Nullzeit: Zu Beginn waren Materie und Energie des Universums auf einen einzigen Punkt konzentriert.

Inflation: Kurz nach dem Beginn kam es zu einer außerordentlich schnellen Ausdehnung des Universums. Dabei entstanden Protonen, Neutronen und Elektronen sowie Strahlung.

Primordiale Synthese von Wasserstoff und Helium: Aus Wasserstoff und Helium entstanden die ersten Sterne und die ersten Galaxien. In ihrem Inneren begannen Reaktionen, die schwerere Elemente wie Kohlenstoff oder Eisen bildeten.

Bildung schwerer Elemente: Die Verteilung dieser Elemente im Universum erfolgte durch Supernova-Explosionen.

Die Entstehung des Sonnensystems

Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren verdichtete sich eine Nebelwolke aus Staub und Gas. In ihrem Zentrum bildete sich eine große rotierende Scheibe.

• Protosonne: Im Zentrum der Scheibe sammelte sich Masse an. Durch nukleare Reaktionen begann die Sonne Licht und Wärme abzugeben.
• Akkretion: Partikel in der rotierenden Scheibe stießen zusammen und verbanden sich. So entstanden Kleinplaneten und Protoplaneten.
• Planeten: Die Protoplaneten fegten ihre Umlaufbahnen leer und wurden zu Planeten.
• Abkühlung: Vor etwa 3,8 Milliarden Jahren kühlte die Oberfläche der Erde ab und bildete die Erdkruste.

Die Bildung der Erde

• Differenzierung: Die Protoplaneten waren teilweise geschmolzen. Schwere Stoffe wie Eisen und Nickel sanken in die Tiefe und bildeten den Erdkern, während leichtere Silikate den Mantel bildeten.
• Primitive Atmosphäre: Aus ausgasenden Stoffen entstand eine Atmosphäre, die sich stark von der heutigen unterschied. Sie enthielt viel CO₂, CH₄, Wasserdampf, H₂ und N₂, aber keinen Sauerstoff.
• Ozeane: Als die Temperatur unter den Siedepunkt von Wasser fiel, kondensierte der Wasserdampf und bildete die ersten Ozeane.

Primitive Erdbedingungen

Die Umwelt der frühen Erde war extrem: Es gab eine intensive UV-Strahlung, da keine schützende Ozonschicht existierte. Vulkanische Aktivität war stark ausgeprägt, und die Erde wurde ständig von Meteoriten getroffen.

Die Oparin-Hypothese

Nach der Oparin-Hypothese entstanden durch die UV-Strahlung in der Atmosphäre aus anorganischen Molekülen einfache organische Moleküle wie Aminosäuren. Diese lösten sich in den primitiven Meeren und bildeten eine sogenannte Ursuppe. Aus komplexeren organischen Molekülen entstanden schließlich die ersten Lebewesen, die Bakterien.

Einwände und hydrothermale Quellen

Gegen die Oparin- und Haldane-Szenarien gibt es verschiedene Einwände. Die Ursuppe in der primitiven Meeresumgebung wäre zu stark verdünnt gewesen, um die Entstehung von Leben zu ermöglichen.

Alternativ werden submarine hydrothermale Quellen bzw. Schwarze Raucher als Entstehungsorte genannt. Dort treten vulkanische Gase bei etwa 300 °C aus. Thermophile Bakterien können solche hohen Temperaturen ertragen und besitzen einen bedeutenden Vorteil: Sie sind nicht auf Sonnenenergie angewiesen. In den Hohlräumen der Schlote wäre zudem eine höhere Konzentration organischer Substanzen möglich gewesen.