Das Universum: Vom Urknall bis zur Tektonik der Erde

Zusammensetzung des Universums

• Sichtbare, normale Materie [0,4%]: Sterne, Planeten und heißes intergalaktisches Gas.
• Normale, nicht-leuchtende Materie [3,6%]: Schwarze Löcher und intergalaktisches Gas.
• Dunkle Materie [21%]: Materie, die nicht gesehen werden kann und deren Zusammensetzung unbekannt ist. Bei der Messung der Masse wurde festgestellt, dass ein Teil der Masse fehlt.
• Dunkle Energie [75%]: Unbekannter Natur. Im Jahr 1998 bemerkte man, dass sich das Universum zunehmend beschleunigt ausdehnt. Man vermutet, dass die Dunkle Energie die Kraft hinter dieser Expansion ist.

Der Ursprung des Universums (Big Bang)

Alle Materie war auf ein kleines Gebiet konzentriert. Bei der großen Explosion, dem Urknall, wurde die Materie in alle Richtungen geschleudert. In Bereichen, in denen sich die Materie konzentrierte, entstanden die ersten Sterne.

Bestätigung des Urknalls

Kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung: Im Jahr 1965 wurde mit einem empfindlichen Apparat eine Mikrowellenstrahlung beobachtet. Diese seltsame Strahlung aus allen Punkten des Raumes gilt als das Nachglühen des Urknalls.

Das Echo des Urknalls

Der COBE-Satellit entdeckte Temperaturschwankungen in der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Die Nutzung dieser Daten bestätigte, dass der Urknall tatsächlich stattgefunden hat.

Evolution des Universums

In den ersten Momenten nach dem Urknall herrschten viele Millionen Grad. Zuerst bildeten sich Photonen, Quarks und Elektronen, gefolgt von Protonen und Neutronen. Nach 1,10^-6 s gab es viele Protonen und Neutronen, die aufeinanderprallten und Energie erzeugten. Nach 100 s bildeten Protonen und Neutronen einfache Atome (wie Helium). Nach 1,10¹³ s sank die Temperatur auf 3000 K. Die Photonen verloren Energie, und Elektronen konnten durch den Kern eingefangen werden, wodurch die ersten Atome entstanden. Später trennten sich die Photonen und schufen Licht. 200 Millionen Jahre danach bildeten sich die ersten Galaxien und nach 400 Millionen Jahren die ersten Sterne.

Theorien zur Zukunft des Universums

• Offenes Universum: Das Universum wird sich auf unbestimmte Zeit weiter ausdehnen.
• Geschlossenes Universum: Das Universum kollabiert wieder, was zum sogenannten Big Crunch führt. Nach dem Big Crunch könnte ein neuer Urknall folgen.

Struktur des Universums

Das Universum setzt sich aus Galaxien und Nebeln zusammen.

• Nebel: Dies sind Cluster aus kosmischem Staub und Wasserstoffgas.
• Galaxien: Eine Ansammlung von Sternen und Staub, die sich gemeinsam durch die Gravitation durch den Raum bewegen. Unsere Galaxie, die Milchstraße, ist etwa 200 Milliarden Jahre alt und hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren. Im Universum gibt es etwa 100 Milliarden Galaxien, unterteilt in elliptische, Spiral- und irreguläre Galaxien.

Sterne und chemische Elemente

Sterne sind Himmelskörper, die Energie als Licht und Wärme ausstrahlen. Sie entstehen in dichten Bereichen, in denen Gas und Staub komprimiert werden.

Bildung dichter chemischer Elemente

1. Erste Phase: Findet im Inneren der Sterne statt. Aus Wasserstoff wurden nacheinander die Elemente des Periodensystems bis hin zum Eisen gebildet.
2. Zweite Phase: Findet bei explosiven Ereignissen wie Supernovae statt, wobei schwerere Elemente gebildet werden. Wenn ein Stern stirbt, wird dieses Material Teil des interstellaren Gases und kann neue Sterne oder Planeten bilden.

Das Sonnensystem

Es besteht aus der Sonne, Planeten, Asteroiden und Satelliten. Die Planeten kreisen aufgrund der Gravitationskraft um die Sonne. Die Planeten sind: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Plutoide.

Die Erde: Entstehung und Aufbau

Die Erde bildete sich aus interstellarer Materie und Staub, die kollidierten und größere Körper formten. Diese Masse erwärmte sich durch Einschläge weiterer Gesteinsmassen, bis sie schmolz. Die Materialien ordneten sich nach ihrer Dichte an, vom schweren Kern bis zur leichten Kruste.

• Erdkruste: Zwischen 5 und 10 km dick unter Ozeanen und bis zu 80 km unter Landmassen.
• Erdmantel: Etwa 2900 km dick. Die Temperatur schwankt zwischen 1000 und 3300 °C. Er wird in den oberen Erdmantel (670 km) und den unteren Erdmantel (2230 km) unterteilt.
• Erdkern: Er erstreckt sich von 2900 km bis 6400 km Tiefe, ist sehr dicht, steht unter hohem Druck und besteht hauptsächlich aus Eisen.

Tektonische Platten

Die Erdkruste ist die äußere Schicht über dem Mantel. Sie ist in Teile fragmentiert, die als tektonische Platten bezeichnet werden. Strömungen im Inneren des Mantels steigen an die Oberfläche und bewegen diese lithosphärischen Platten, sodass sie kollidieren. Dadurch entstehen Gebirge, Erdbeben, Tsunamis oder Vulkane.