Das Universum

1Astronomische Einheit

Im Weltall sind die Abstände zwischen Planeten so groß, dass Kilometerangaben schnell unübersichtlich werden. Deshalb nutzen Astronominnen und Astronomen eine eigene Maßeinheit: die Astronomische Einheit, kurz AE. Eine AE entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne, umgerechnet etwa 150 Millionen Kilometer.

Mars liegt zum Beispiel 1,5 AE von der Sonne entfernt, also anderthalbmal so weit wie die Erde, Jupiter liegt 5 AE entfernt. So lassen sich Entfernungen im Sonnensystem einfach vergleichen, ohne viele Nullen aufschreiben zu müssen. Könnte man mit einem normalen Auto zur Sonne fahren, wäre man dafür über 170 Jahre unterwegs – ohne Pause.

2Interstellarer Raum

Viele stellen sich den Weltraum als komplett leer vor, doch das stimmt nicht. Zwischen den Sternen gibt es Gas, Staub und winzige Teilchen, die dort umherschweben – diesen großen Raum zwischen Sternen und Planetensystemen innerhalb einer Galaxie nennt man interstellares Medium (das Wort „interstellar“ bedeutet „zwischen den Sternen“). Es besteht vor allem aus Wasserstoff und etwas Helium, aus winzigen Staubkörnern und manchmal aus Plasma, also besonders heißem, elektrisch geladenem Gas.

Dieses Material ist der Baustoff für neue Sterne und Planeten. Innerhalb unseres Sonnensystems gibt es einen ähnlichen, aber anders zusammengesetzten leeren Raum, den man interplanetaren Raum nennt. Fliegt man weit genug aus dem Sonnensystem hinaus, „berührt“ man irgendwann das interstellare Medium – dort schweben womöglich Teilchen, die einst Teil eines anderen Sterns waren.

3Lichtjahre

Ein Lichtjahr ist kein Zeitmaß, sondern eine Streckenangabe: die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Licht ist das Schnellste im Universum und rast mit 300.000 Kilometern pro Sekunde – in nur einer Sekunde könnte es die Erde etwa siebenmal umrunden. In einem Jahr legt es dabei 9,46 Billionen Kilometer zurück, und genau das ist ein Lichtjahr.

Im Weltall sind die Abstände so gewaltig, dass Kilometerangaben unpraktisch wären; Astronominnen und Astronomen sagen deshalb lieber „vier Lichtjahre entfernt“ statt „fast 40 Billionen Kilometer“. Selbst mit Lichtgeschwindigkeit würde man zum sonnennächsten Stern über vier Jahre benötigen, mit einer normalen Rakete sogar mehr als 70.000 Jahre. Schaut man nachts zu den Sternen, sieht man sie deshalb so, wie sie früher waren – man blickt gewissermaßen in die Vergangenheit.

4Weitere Entfernungseinheiten: von der Lichtsekunde zum Parsec

Neben der Astronomischen Einheit und dem Lichtjahr nutzen Astronominnen und Astronomen je nach Entfernung noch weitere praktische Maßeinheiten, die sich alle auf die Geschwindigkeit des Lichts zurückführen lassen – vom kurzen Weg in einer Lichtsekunde bis zum gewaltigen Weg in einem Lichtjahr:

Eine weitere, unter Astronominnen und Astronomen gebräuchliche Einheit ist das Parsec: Es entspricht etwa 3,26 Lichtjahren, umgerechnet also rund 30,9 Billionen Kilometern, und wird vor allem für Entfernungen zu weiter entfernten Sternen und Galaxien verwendet.

5Milchstraße

Die Milchstraße ist die Heimatgalaxie unserer Sonne, der Erde und hunderter Milliarden weiterer Sterne und Planeten. Von der Erde aus sieht man nachts an einem dunklen Ort manchmal ein helles Lichtband am Himmel – das ist die Milchstraße von innen betrachtet, denn wir befinden uns mitten in ihr.

Nach dem gängigen Klassifikationssystem gilt die Milchstraße als Balkengalaxie – eine Spiralgalaxie mit einer länglichen Sternenansammlung, einem sogenannten Balken, quer durch ihr Zentrum – und enthält schätzungsweise rund 250 Milliarden Sterne. Sie ist etwa 100.000 Lichtjahre breit, und in ihrer Mitte sitzt ein gewaltiges schwarzes Loch, das so schwer ist wie vier Millionen Sonnen. Unsere Sonne liegt nicht im Zentrum, sondern weiter außen in einem der Spiralarme, dem sogenannten Orionarm – stellt man sich die Milchstraße wie eine Pizza vor, liegt die Sonne etwa zwei Drittel vom Zentrum entfernt, nahe am Rand. Sie kreist mit allen ihren Planeten um das galaktische Zentrum und braucht dafür über 200 Millionen Jahre für eine einzige Runde. Der Name „Milchstraße“ stammt vom griechischen Wort galaxías, was „milchig“ bedeutet.

6Galaxienklassen

Astronominnen und Astronomen unterteilen Galaxien anhand ihrer Form in mehrere Grundtypen, die auf die sogenannte Hubble-Klassifikation zurückgehen. Spiralgalaxien besitzen eine flache, rotierende Scheibe mit gewundenen Spiralarmen; besitzt eine Spiralgalaxie zusätzlich eine längliche Sternenansammlung quer durch ihr Zentrum, wird sie als Balkengalaxie bezeichnet – wie unsere eigene Milchstraße. Elliptische Galaxien sind dagegen eiförmig bis kugelig, enthalten kaum noch Gas für neue Sterne und wirken dadurch oft ruhiger und älter. Irreguläre Galaxien besitzen keine erkennbare, geordnete Form, und linsenförmige Galaxien liegen mit einer flachen Scheibe, aber ohne sichtbare Spiralarme, zwischen den Spiral- und den elliptischen Galaxien.

Daneben gibt es weitere, kleinere oder besondere Gruppen: Zwerggalaxien sind deutlich kleiner als etwa die Milchstraße und oft Begleiter größerer Galaxien; wechselwirkende Galaxien verformen sich gegenseitig durch ihre Schwerkraft, wenn sie sich zu nahe kommen oder verschmelzen; aktive Galaxien besitzen ein extrem helles, energiereiches Zentrum, angetrieben von einem supermassereichen schwarzen Loch; Starburst-Galaxien durchlaufen eine Phase besonders schneller Sternentstehung; und ultradiffuse Galaxien sind trotz beachtlicher Größe so lichtschwach, dass sie erst mit empfindlichen Teleskopen entdeckt wurden.

7Der intergalaktische Raum

Der intergalaktische Raum ist der gewaltige Raum zwischen den Galaxien. Dort gibt es keine Sterne, Planeten oder Asteroiden, sondern nur sehr wenig Gas und Staub – wäre dieser Raum so groß wie ein Klassenzimmer, befände sich darin vielleicht nur ein einziges Teilchen, während im selben Raum auf der Erde etwa 100 Trilliarden Teilchen stecken würden.

Das wenige Material im intergalaktischen Raum besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium sowie vereinzelten Staubteilchen und ist so dünn verteilt, dass es sich nur mit speziellen Teleskopen nachweisen lässt. Er ist fast völlig dunkel und extrem kalt, etwa −270 °C. Nur gelegentlich durchquert Licht ferner Galaxien oder Quasare diesen Raum, wie winzige Leuchttürme im All. Er verbindet das gesamte Universum wie ein unsichtbares Meer, in dem alle Galaxien schwimmen – unsere Milchstraße bewegt sich dabei selbst mit etwa 600 Kilometern pro Sekunde hindurch.

8Supernova

Manche Sterne sind so groß und schwer, dass sie ein besonders dramatisches Ende erleben. Hat ein solcher Stern nach vielen Millionen Jahren seinen Wasserstoff verbraucht, kann durch das Wasserstoffbrennen keine neue Energie mehr entstehen. Der Stern gerät aus dem Gleichgewicht: Die Schwerkraft gewinnt die Oberhand, es kommt zu einem Gravitationskollaps, und der Stern fällt in sich zusammen. Im Inneren staut sich dabei so viel Energie an, dass der Stern schließlich in einer gewaltigen Explosion auseinanderbricht – eine Supernova.

Für kurze Zeit kann eine Supernova sogar heller leuchten als eine ganze Galaxie. Die Überreste des Sterns werden in alle Richtungen ins All geschleudert; aus diesem Material können später wieder neue Sterne und Planeten entstehen. Die schweren Stoffe, aus denen auch wir bestehen, etwa Eisen im Blut oder Gold in Ringen, sind einst bei solchen Supernova-Explosionen entstanden.

9Die Andromedagalaxie – Unsere Nachbarin im All

Die Andromedagalaxie ist die nächste große Galaxie zu unserer Milchstraße. Sie ist so riesig, dass in ihr über eine Billion Sterne leuchten – mehr als doppelt so viele wie in unserer eigenen Galaxie. Andromeda ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt, das bedeutet: Das Licht, das wir heute von ihr sehen, war bereits 2,5 Millionen Jahre unterwegs, bevor es uns erreichte.

An einem klaren, dunklen Ort ist die Andromedagalaxie sogar mit bloßem Auge als kleiner, nebliger Fleck erkennbar, weshalb sie früher „Andromedanebel“ genannt wurde. Forschende haben festgestellt, dass sich Andromeda und die Milchstraße langsam aufeinander zubewegen und in etwa vier Milliarden Jahren zu einer einzigen neuen Galaxie verschmelzen werden.

10Das Universum – das Zuhause von allem!

Das Universum ist einfach alles, was es gibt: alle Sterne, Planeten, Galaxien, Staub, Licht, Zeit – und sogar der Raum dazwischen. Niemand weiß genau, wie groß das Universum wirklich ist, vielleicht ist es sogar unendlich; gemessen wurde jedoch, dass der für uns beobachtbare Teil etwa 93 Milliarden Lichtjahre groß ist.

Es begann vor rund 13,8 Milliarden Jahren mit dem Urknall – kein Knall im klassischen Sinn, sondern der Moment, in dem Raum, Zeit und Energie entstanden und sich das Universum zu dehnen begann. Diese Ausdehnung hält bis heute an: Galaxien entfernen sich immer weiter voneinander, ähnlich wie Punkte auf der Oberfläche eines aufgeblasenen Luftballons.

Im Universum gibt es mehr Sterne, als es Sandkörner auf allen Stränden der Erde zusammen gibt – allein in der Milchstraße schätzt man 100 bis 400 Milliarden Sterne, bei Milliarden von Galaxien insgesamt eine kaum vorstellbare Zahl, eine Eins mit bis zu 24 Nullen.

11Geschwindigkeiten im Universum

Auch wenn wir es nicht spüren, rasen wir alle mit gewaltigem Tempo durchs Universum. Wie schnell sich die Erde um die eigene Achse dreht, hängt vom Breitengrad ab: Am Äquator sind es etwa 1.670 Kilometer pro Stunde, in Deutschland durch die geringere Entfernung zur Erdachse nur noch rund 1.000 Kilometer pro Stunde – wir drehen uns einfach mit. Gleichzeitig umkreist die Erde die Sonne mit etwa 107.000 Kilometern pro Stunde, das sind rund 30 Kilometer pro Sekunde. Unser gesamtes Sonnensystem bewegt sich zudem mit rund 220 Kilometern pro Sekunde – etwa 800.000 Kilometern pro Stunde – um das Zentrum der Milchstraße und braucht für eine einzige Runde etwa 200 Millionen Jahre. Die Milchstraße selbst rast mit rund 550 Kilometern pro Sekunde, also über 2.000.000 Kilometern pro Stunde, durchs Universum.

Spüren tun wir davon nichts, weil sich alles – die Luft, Häuser, wir selbst – gemeinsam mit demselben Tempo bewegt, ähnlich wie man in einem ruhig fahrenden Zug die Geschwindigkeit erst bemerkt, wenn er bremst oder beschleunigt. Man ist also, ohne es zu merken, mit Millionen Kilometern pro Stunde unterwegs.