Astrophysik

Der Nachthimmel und die Entwicklung unseres Weltbildes

Der Nachthimmel ist schon beeindruckend. Soviel kannst du dort entdecken: Sternschnuppen, Planeten und ihre Monde. Eine Vielzahl von kleinen leuchtenden Punkten, die zumeist Sterne darstellen, die auch häufig von eigenen Planeten umringt werden. Viele dieser Sterne sind viel größer als unsere den Tag dominierenden Sonne. Wie unbedeutend und klein scheint da unsere verletzliche Erde. Der Nachthimmel hält so viele offene Fragen für uns bereit.

Fasst alle Kulturen dieser Welt kennen eine Schöpfungsgeschichte, die die Welt mit all ihrem Leben als Geschenk der Götter, dankenswertes Missgeschick, Kind der Götter oder auch als Resultat einer Gewalttat sahen. Sehr häufig wird darin die Erde als größte Schöpfung ihrer Götter gesehen und bildet daher das Zentrum des Universums. Dies ist das geozentrische Weltbild. Es stellt auch eine der Grundfesten des Glaubens dar, z.B. im Christentum. Abweichler wie die Astronomen Galileo, Kopernikus und Kepler hatten es schwer und wurden teilweise sogar als Ketzer verfolgt. Erst als die Beweise unwiderlegbar wurden, bildete sich mehr und mehr das heliozentrische Weltbild heraus, in dem die Sonne das Zentrum bildete. Während bereits in der Antike immer wieder heliozentrische Weltbilder vertreten wurden, wurde Galileo Galilei erst 1992 von der Ketzerei freigesprochen, 350 Jahre nach seinem Schuldspruch.

Durch die Entwicklung des Teleskops durch Galilei, Kepler und Newton wurden die Arbeitsmethoden der Astrophysik deutlich genauer.

Das Sonnensystem

Die Erde bewegt sich zusammen mit dir und dem Mond auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Noch näher an der Sonne bewegen sich die erdähnlichen Planeten Merkur und Venus. Ein weiterer erdähnlicher Planet ist der Mars. Dieser bewegt sich mit zwei Monden auf einer Bahn außerhalb der Erdbahn. Hinter dem Mars folgen noch vier weitere Planeten. Diese unterscheiden sich jedoch sehr deutlich von der Erde. Es sind Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Diese vier Planeten gehören zur Gruppe der jupiterähnlichen Planeten.

Ganz schön schwer zu Merken diese Reihenfolge. Doch zum Glück gibt es dafür einen Merksatz. „Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unseren Nachthimmel.“

Die Planeten wurden übrigens nach den römischen Göttern benannt und auch die Namen der Monde stammen aus der römischen/griechischen Mythologie. Gemeinsam mit den Zwergplaneten und unzähligen Monden und Asteroiden bilden die Planeten und die Sonne unser Sonnensystem.

Die Sonne, ein Stern von vielen

Die Sonne wird durch ihre Zustandsgrößen physikalisch genau beschrieben. Sie ist eine Gaskugel mit einem Durchmesser von ca. $1\,400\,000~\text{km}$, $109$ mal so groß wie der Erddurchmesser. Sie hat ein Volumen von $1,414 \cdot 10^{18}~\text{km}^3$. Damit passt die Erde ganze $1\,300\,000$ in die Sonne hinein. Auch die Masse der Sonne ist gewaltig: Sie wiegt ganze $2\cdot 10^{30}~\text{kg}$, ist also $335\,000$ mal so schwer wie die Erde. Damit bildet die Sonne mehr als $99\%$ aller Masse im Sonnensystem ab. Daneben gibt es noch weitere Zustandsgrößen wie die Dichte, die du selbst berechnen kannst, die unterschiedlichen Formen der Helligkeit und den Abstand zur Erde.

Doch auch mit diesen gewaltigen Zustandsgrößen ist die Sonne nur ein kleiner Stern am Nachthimmel. Es gibt Überriesen, deren Durchmesser $750$ mal so groß ist wie jener der Sonne. Und man fand nun auch Sterne, die noch größer sind und den Gesetzen der Physik zu trotzen schienen. Die Entwicklung und Entstehung der Sterne sowie die Masse der Sterne hängen maßgeblich von der Materie in ihrer Umgebung ab.

Eingeteilt werden alle Sterne in das Hertzsprung-Russel-Diagramm

Der Kosmos

Der hell scheinende Nebelschleier, den du in ein er sternenklaren Nacht am Himmel sehen kannst, ist das, was wir aus unserem Blickwinkel von der Milchstraße, unserer Heimatgalaxie, sehen können. Diese besitzt einen Durchmesser von ca. $30\,000$ Parsec, so groß, dass das Licht $97\,800$ Jahre brauchen würde, um von einem Ende zum anderen Ende zu gelangen. Obwohl es natürlich von dem supermassereichen schwarzen Loch im Zentrum der Galaxis auf halbem Weg verschluckt werden würde.

Unsere Galaxie ist jedoch nicht die einzige im Weltall. Die Deep-Field-Aufnahme zeigte uns das wahre Ausmaß. Es gibt noch unzählige weitere Galaxien. Die Physiker versuchten im Anschluss natürlich das Universum in weitere Großstrukturen zu unterteilen. So bildet unsere Galaxie zusammen mit ihren Nachbarn einen Cluster, der wiederum Bestandteil eines Superclusters ist.

Durch die zumeist auftretende Rotverschiebung der Spektrallinien der Galaxien, bedingt durch den optischen Dopplereffekt, erkannte man zudem, dass sich fast alle Galaxien von uns entfernen. Da diese Bewegung von einem zentralen Punkt auszugehen scheint, entstand die Theorie vom Urknall.

Doch nun genug von der Kosmologie, kommen wir zurück zu der kleinen verletzlichen Erde inmitten diesem Meer von Sternen, die so unerreichbar scheinen. Und erfreuen wir uns an dem wunderschönen Nachthimmel.