Das Universum: Eine Reise durch Kosmos und Materie

Lichtspektren und die Zusammensetzung des Universums

Isaac Newton entdeckte, dass Sonnenlicht, das auf ein Glasprisma fällt, in farbige Streifen zerlegt wird. Dieser Regenbogen wird als Lichtspektrum bezeichnet. Im Spektrum wurden schwarze Linien beobachtet. Die Sonne ist der uns nächste Stern, und ihr Lichtspektrum liefert wichtige Informationen über die Elemente, aus denen sie besteht. Vergleicht man die schwarzen Linien im Spektrum der Sonne mit denen von Wasserstoff und Helium, kann man schließen, dass die äußeren Schichten der Sonne hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen. Dieses Verfahren ermöglicht es uns, die Elemente und chemischen Verbindungen in fernen Sternen und Galaxien zu identifizieren.

Die Organisation des Universums: Von Galaxien zu Konstellationen

Die Milchstraße ist Teil einer Gruppe von etwa dreißig Galaxien, der Lokalen Gruppe. Die Lokale Gruppe wiederum gehört zu einer Ansammlung von Tausenden von Galaxien, dem Virgo-Superhaufen, der Billionen von Sternen umfasst. Möglicherweise ist der Virgo-Superhaufen Teil einer noch größeren Struktur. Die Sonne ist ein durchschnittlicher Stern mit Planeten, der sich in einer Grauzone einer großen Spiralgalaxie befindet, die wir Milchstraße nennen. In sehr dunklen Nächten kann man den Abschnitt unserer Galaxie sehen. Alle Sterne, die wir mit bloßem Auge sehen, sind Teil der Milchstraße.

Konstellationen sind Sterngruppen mit charakteristischen Formen und Namen. Die meisten Konstellationen sind jedoch keine echten physischen Gruppen: Nicht alle Sterne derselben Konstellation sind gleich weit von der Erde entfernt.

Schwarze Löcher: Die extremsten Objekte im Kosmos

Die stärkste Anziehungskraft findet sich in Schwarzen Löchern, da sie extrem hohe Dichtekonzentrationen aufweisen. Die Gravitation ist dort so stark, dass nicht einmal Licht, mit seiner außergewöhnlichen Geschwindigkeit, entweichen kann.

Der Urknall und die Entwicklung des Universums

Die Geschichte des Universums begann mit dem Urknall, gefolgt von verschiedenen entscheidenden Phasen:

• Die Inflationsphase

  Das superkomprimierte Universum dehnte sich in dieser Phase explosionsartig aus und wuchs mit unglaublicher Geschwindigkeit. Die Temperatur betrug dabei etwa 10²⁷ Grad Celsius.

• Materiebildung und die ersten Atome

  Das frühe Universum bestand aus einer Flut subatomarer Teilchen (Elektronen, Quarks, Protonen und Neutronen), die in riesigen Mengen an Energie, den Photonen, gebadet waren. Etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall bildeten sich die ersten Wasserstoff- und Heliumatome, deren prozentualer Anteil dem heute beobachteten sehr ähnlich ist.

• Die Entfaltung des Universums und die kosmische Hintergrundstrahlung

  Geladene Teilchen störten zunächst die Photonen. Doch als sich die Atome bildeten, konnten sich die Photonen im neu geschaffenen Raum frei bewegen. Das Universum wurde durchsichtig, und die kosmische Hintergrundstrahlung entstand, ein Echo des Urknalls.

• Dunkle Energie und die beschleunigte Expansion

  Heute beobachten wir, dass Galaxien beginnen, sich mit zunehmender Geschwindigkeit voneinander zu entfernen. Es wird vermutet, dass die Ursache eine dunkle Energie unbekannter Natur ist, die der Gravitationskraft entgegenwirkt und die Expansion des Universums beschleunigt.

Sternentstehung und die Vielfalt der Himmelskörper

Das Universum besteht aus Galaxien, die wiederum aus Sternen bestehen. Sterne sind Gasmassen, die Licht aussenden. Die Gasmasse, aus der ein Stern entsteht, zieht sich unter der Schwerkraft zusammen. Dabei steigt die Temperatur auf bis zu 1.000.000 °C an. Dann setzen Kernreaktionen ein, bei denen Wasserstoff unter Emission hochenergetischer Strahlung in Helium umgewandelt wird, was der Kontraktion entgegenwirkt.

Wenn der Wasserstoff verbraucht ist, entwickeln sich alle Sterne zu einem "Roten Riesen" und erreichen ihre maximale Größe. Ist die ursprüngliche Sternmasse zu groß, kommt es zu einer gewaltigen Sternexplosion, die als "Supernova" bezeichnet wird. Ist sie kleiner, spricht man von einer "Nova". Eine Supernova setzt eine riesige Menge an Material frei, das ein Schwarzes Loch bilden kann.

Ein weiterer Teil des Universums umfasst Planeten, die Sterne umkreisen, Satelliten, die Planeten umkreisen, und Nebel (Gaswolken).

Theorien zur Entstehung des Sonnensystems

Historisch gab es verschiedene Theorien zur Entstehung unseres Sonnensystems:

• Historische Theorien und Kollisionen

  Im 16. Jahrhundert gab es beispielsweise Theorien über Kollisionen zwischen zwei Sternen als Ursache für die Entstehung des Sonnensystems.

• Laplacesche Nebulartheorie

  Die Laplacesche Nebulartheorie besagt, dass ein riesiger Nebel aus Gas und Staub begann, sich unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenzuziehen. Dabei nahm sein Drehimpuls zu, und die Materie ordnete sich in einer wirbelnden Scheibe an. Diese rotierende Masse begann sich in einer Umlaufbahn zu drehen. Der Nebel schrumpfte weiter, möglicherweise ausgelöst durch die Explosion einer nahegelegenen Supernova, die die Kontraktion initiierte.