Kosmologie, Sterne und Plattentektonik: Aufbau des Universums und der Erde

Das Planetensystem und seine Bestandteile

Ein Planetensystem besteht aus einem oder mehreren zentralen Sternen, die von mehreren Himmelskörpern umkreist werden. Unser Sonnensystem umfasst:

Planeten und Zwergplaneten

• Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun.
• Zwergplaneten: Pluto, Eris, Ceres, Makemake, Orcus, Sedna und weitere.

Planeten kreisen um Sterne (wie die Sonne). Kometen und Satelliten (Monde) umkreisen die Planeten. Kometen bestehen aus Gas und Eis und entwickeln bei Annäherung an die Sonne einen Schweif. Asteroiden bewegen sich ebenfalls im System. Meteoriten sind Himmelskörper, die in die Erdatmosphäre eintreten und dort verglühen.

Galaxien und das expandierende Universum

Galaxien werden aus einer großen Menge von Sternen gebildet, die wiederum von Planeten umgeben sein können. Unser Sonnensystem befindet sich in der Milchstraße. Das Universum ist eine Ansammlung von Galaxien.

Der Doppler-Effekt und die Expansion

Der Doppler-Effekt bei Galaxien zeigt, dass diese Lichtwellen mit einer bestimmten Wellenlänge emittieren. Die am weitesten entfernten Galaxien weisen eine größere Wellenlänge auf (Rotverschiebung), was die Theorie des expandierenden Raumes bestätigt.

Die Urknalltheorie (Big Bang)

Der Urknall fand vor etwa 14 Milliarden Jahren statt. Die Partikel, die an einem Punkt konzentriert waren, begannen sich auszudehnen. Nach etwa 300.000 Jahren verbanden sich subatomare Teilchen zu den ersten Atomen (Wasserstoff und Helium).

Beweise für die Urknalltheorie:

• Die kosmische Hintergrundstrahlung des Universums.
• Das Vorkommen von Wasserstoff und Helium.

Die Entfernung zwischen Sternen wird in Lichtjahren gemessen.

Die Entwicklung eines Sterns

Sterne durchlaufen je nach ihrer Masse unterschiedliche Lebenszyklen:

Sterne von der Größe der Sonne

1. Gaswolke (H): Beginn der Sternentstehung.
2. Stern: Wasserstofffusion im Kern (ca. 10 Milliarden Jahre).
3. Roter Riese: Der Wasserstoff im Zentrum ist verbraucht, die Fusion verlagert sich an die Oberfläche.
4. Weißer Zwerg: Der Stern endet, die Fusion erlischt.

Sterne 10-mal größer als die Sonne

1. Gaswolke.
2. Stern: Wasserstofffusion (2–3 Millionen Jahre).
3. Roter Überriese: Wasserstoff an der Oberfläche wird verbraucht.
4. Supernova: Der Stern explodiert.
5. Neutronenstern/Pulsar: Ein extrem dichter Überrest, der rotiert.

Sterne 30-mal größer als die Sonne

1. Gaswolke.
2. Stern: Wasserstofffusion (2–3 Millionen Jahre).
3. Roter Überriese.
4. Supernova.
5. Schwarzes Loch: Die Elemente sind so schwer, dass eine extrem hohe Dichte und Gravitation entsteht.

Bildung des Sonnensystems und der Erde

Zur Bildung des Sonnensystems und des Mondes wird angenommen, dass ein großer Himmelskörper mit der Proto-Erde kollidierte, wodurch Material ausgestoßen wurde, das sich zum Mond formte (Giant Impact Hypothesis).

Die Schichten der Erde

Die innere Struktur der Erde ist geschichtet, wobei schwerere Materialien den Kern bilden.

Die innere Struktur der Erde

• Kruste (Bark):
  • Kontinentale Kruste
  • Ozeanische Kruste
• Mantel:
  • Oberer Mantel: Beinhaltet die Asthenosphäre (viskoser) und die Lithosphäre (Kruste und oberster fester Mantel, ca. 150 km dick).
  • Unterer Mantel.
• Kern:
  • Äußerer Kern: Verhält sich wie eine Flüssigkeit.
  • Innerer Kern: Ist dichter und fest.

Astronomie und Astrologie

Sternbilder und Tierkreiszeichen

Eine Konstellation (Sternbild) ist eine Gruppe von Sternen, die durch imaginäre Linien zu Figuren verbunden werden. Sie wurden früher zur Vorhersage von Ereignissen genutzt.

Die Tierkreiszeichen (Zodiak) sind ein Teil des Himmels, durch den die Sonne und die Planeten ziehen. Dieser Bereich ist in 12 gleiche Teile unterteilt, die nach den nächstgelegenen Sternbildern benannt sind.

• Astrologie: Versucht, die Persönlichkeit und zukünftige Ereignisse einer Person anhand der Position der Sterne vorherzusagen.
• Astronomie: Ist eine Wissenschaft, die die Sterne und Himmelskörper (Position, Bewegung, Zusammensetzung) erforscht.

Historische Modelle des Universums

Von Aristoteles zu Kopernikus

• Aristoteles (4. Jh. v. Chr.): Vertrat das geozentrische Modell, bei dem die Erde das Zentrum des Universums ist.
• Eratosthenes (3. Jh. v. Chr.): Zeigte, dass die Erde kugelförmig ist und berechnete ihren Umfang.
• Ptolemäus (2. Jh. n. Chr.): Bestätigte das geozentrische Modell.
• Kopernikus (16. Jh.): Führte die heliozentrische Theorie ein (die Sonne ist das Zentrum des Systems).
• Galileo Galilei (17. Jh.): Bestätigte dank des Teleskops und der Keplerschen Gesetze (die die Planetenbewegung beschreiben) die heliozentrische Theorie.
• Shapley (20. Jh.): Führte die exzentrische Theorie ein. Die Sonne ist nicht das Zentrum des Universums, sondern nur unseres Sonnensystems.

Die Theorie der Plattentektonik

Die Theorie, gestützt auf die Erkenntnisse von Hess und Dietz, besagt, dass die Erdoberfläche in tektonische Platten unterteilt ist, die der Lithosphäre entsprechen.

Wichtige tektonische Platten

• Nordamerikanische Platte
• Südamerikanische Platte
• Pazifische Platte
• Eurasische Platte
• Indoaustralische Platte
• Antarktische Platte

Arten von Platten

• Kontinentale Platten: Z. B. die Arabische Platte.
• Gemischte Platten: Fast alle Platten.
• Ozeanische Platten: Bestehen nur aus ozeanischer Kruste (z. B. die Pazifische Platte).

Plattengrenzen

Plattengrenzen sind die Bereiche, an denen zwei Platten aufeinandertreffen. Es gibt drei Hauptgrenztypen:

Divergierende (konstruktive) Grenzen

Zwei Platten trennen sich, wodurch Magma an die Oberfläche tritt (z. B. an mittelozeanischen Rücken). Dies verursacht kleine Erdbeben und Vulkanausbrüche.

Konvergierende (destruktive) Grenzen

Platten bewegen sich aufeinander zu:

• Subduktion: Eine ozeanische Platte taucht unter eine andere Platte ab (ozeanisch oder kontinental). Dies führt zu großen kontinentalen Gebirgszügen oder Inselbögen sowie zu starker seismischer und vulkanischer Aktivität.
• Kollision: Zwei kontinentale Platten stoßen zusammen, was zu hoher Seismizität und Gebirgsbildung führt.

Konservative (Transform-) Grenzen

Auch als Transformstörungen bezeichnet. Platten gleiten horizontal aneinander vorbei. Dies führt zu hoher seismischer Aktivität, aber kaum zu Vulkanismus.