Forscher behaupten: Wir haben ein Bärtierchen quantenverschränkt!

Forscher behaupten, Bärtierchen quantenverschränkt zu haben – kann das stimmen?

Bärtierchen. die man auch Tardigraden nennt, sind absolut faszinierend. Sie gelten als nahezu unsterblich und können weder von extremer Hitze, Kälte oder radioaktiver Strahlung getötet werden. Wegen dieser besonderen Eigenschaften wurden sie unter anderem sogar schon auf den Mond geschossen, wobei nicht ganz klar ist, ob die raumfahrenden Bärtierchen den Aufprall auf unserem Trabanten überlebt haben – es ist aber sehr gut möglich, dass auf dem Mond lebendige Bärtierchen vor sich hin vegetieren. In einem anderen Experiment wurden Bärtierchen aus einer Leichtgaspistole geschossen und vor kurzem fand man ein in Bernstein konserviertes Urzeit-Bärtierchen. Die Liste an spektakulären Bärtierchen-News ist lang und nun kommt der bislang unglaublichste Versuch hinzu: Forscher wollen ein Bärtierchen quantenverschränkt haben. 

Bärtierchen gelten als nahezu unsterblich

Doch was ist Quantenverschränkung überhaupt? Es handelt sich dabei um einen ziemlich erstaunlichen Effekt. Auf Quantenebene, also auf der allerkleinsten Ebene, können Teilchen miteinander verschränkt sein und agieren dann als ein einzelnes Objekt. Zur Veranschaulichung kann man sich ein Elektron vorstellen, also ein negativ geladenes Elementarteilchen. Dieses Elektron hat eine gewisse Drehung, einen sogenannten Spin, der der Einfachheit halber hier mit -1 bezeichnet wird. Nun kommt ein weiteres Elektron dazu, das einen entgegensetzen Spin hat, also +1. Diese Elektronen können miteinander quantenverschränkt sein, ihr Spin ergibt dann zusammengerechnet immer 0. Wenn das eine Elektron seine Drehrichtung ändert, tut das andere dies auch. Sie reagieren gemeinsam. Und jetzt kommt das wirklich Verblüffende:  Das ist völlig unabhängig davon wie weit die beiden voneinander entfernt sind. Wenn sich das eine Elektron in unserem Sonnensystem befindet und das andere am anderen Ende der Galaxis, zehntausende Lichtjahre entfernt, dann würden sie trotzdem sofort, also instantan, ihren Spin aufeinander abgleichen. Albert Einstein konnte das gar nicht glauben und nannte den Effekt daher spukhafte Fernwirkung. Tatsächlich stellt die Quantenverschränkung aber keine Verletzung der Regel dar, dass nichts schneller als das Licht sein kann. Denn die beiden Elektronen in unserem Beispiel sind eins, es findet kein Informationsaustausch über die Distanz zwischen den beiden statt. 

Der erste kommerzielle Quantencomputer: IBM Q System One

Eigentlich sollte dieser Effekt nur auf der quantenmechanischen Ebene möglich sein – doch nun behaupten Forscher, sie hätten ein Bärtierchen quantenverschränkt. Bärtierchen sind zwar nicht besonders groß, aber im Vergleich zu quantenmechanischen Elementarteilchen natürlich dennoch riesig. Die Forscher von der Nanyang Technological University in Singapur hatten das Ziel, ein Quantensystem mit einem biologischen System zu verschränken. Dies ist eine schwierige Aufgabe, wie sie in ihrem Paper selbst beschreiben:

“Quanten- und biologische Systeme werden nur selten gemeinsam diskutiert, da sie scheinbar gegensätzliche Bedingungen erfordern. Das Leben ist komplex, heiß und feucht, während Quantenobjekte klein, kalt und gut kontrolliert sind. Hier überwinden wir diese Barriere mit einem Bärtierchen – einem mikroskopisch kleinen vielzelligen Organismus, von dem bekannt ist, dass er extreme physiochemische Bedingungen durch einen latenten Zustand des Lebens, der als Kryptobiose bekannt ist, toleriert.”

arXiv:2112.07978v2 [quant-ph] 16 Dec 2021

Und so lief das völlige verrückte Experiment ab: Das Team sammelte eine Bärtierchenart namens Ramazzottius varieornatus von einem Hausdach in Dänemark ein. Sie froren drei von ihnen auf zehn Millikelvin über der Temperatur des absoluten Nullpunkts ein und senkten den Druck auf nur 0,000006 Millibar. Bedingungen, bei denen wir Menschen längst hinüber wären. Die Bärtierchen hingegen sahen tot aus, waren es aber nicht – ihr Stoffwechsel sank auf Null und sie traten in den Zustand der Kryptobiose ein, in dem sie jahrelang überleben können. Diese Kryptobiose, ein todesähnlicher Zustand, ist die Fähigkeit, die den Bärtierchen ihre annähernde Unsterblichkeit verleiht. Vermutlich verharren auch die Bärtierchen auf dem Mond dort oben in Kryptobiose und warten darauf, dass wieder bessere Zeiten anbrechen und sie ihren Stoffwechsel wieder hochfahren können. Nachdem die Bärtierchen in dem Versuch in Kryptobiose versetzt wurden, versuchte das Forscherteam, die Bärtierchen mit zwei supraleitenden Qubits zu verschränken. Qubit ist die Abkürzung für Quantenbit und sie sind die kleinstmögliche Speichereinheit eines Quantencomputers, also das Quantenäquivalent zu einem Bit bei einem normalen Computer.

Können biologische Entitäten mit Quantenbits verschränkt werden?

Ein Qubit hat allerdings ein wenig mehr auf dem Kasten als ein klassisches Bit. Es basiert auf den Gesetzen der Quantenmechanik und das bedeutet, dass es im Gegensatz zu einem herkömmlichen Bit mehrere Zustände gleichzeitig annehmen kann.  Erst wenn man es einer Messung unterzieht legt es sich auf einen konkreten Zustand fest. Durch diese Eigenschaft, die man auch Superposition nennt, können Quantencomputer schon mit wenigen Qubits gigantische Rechenleistungen erzielen. Und wie kann man sich so ein Qubit konkret vorstellen? Es gibt mehrere Möglichkeiten, sich nach den Prinzipien der Quantenphysik verhaltende Qubits praktisch zu realisieren aber die Technik ist ziemlich aufwendig und für den kommerziellen Einsatz noch nicht geeignet. Ein Ansatz zur Realisierung von Quantenbits ist zum Beispiel ein auf den absoluten Nullpunkt gekühlter metallischer Leiter, der Strom ohne Widerstand gleichzeitig in zwei Richtungen leiten kann und dadurch den Zustand der Superposition erreicht. 

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Mit so einem Quantenbit wollten die Forscher also die Bärtierchen verschränken. Sie durchliefen drei Versuchsreihen, jede mit einem anderen Bärtierchen. Im Wesentlichen setzten sie einfach ein Bärtierchen auf ein Qubit. Da ein gefrorenes Bärtierchen größtenteils aus Wasser besteht, wirkte es nach Ansicht des Teams wie ein Leiter für elektrischen Strom. 

Die Resonanzfrequenz der Qubits, auf dem sich die Bärtierchen befanden, verschob sich nach unten. Das Team schreibt dazu: 

“Wir beobachten eine Kopplung zwischen dem Tier in Kryptobiose und einem supraleitenden Quantenbit… Unsere jetzige Untersuchung ist vielleicht die engste Verbindung zwischen biologischer Materie und Quantenmaterie, die mit heutiger Technologie möglich ist.”

arXiv:2112.07978v2 [quant-ph] 16 Dec 2021

Eines der Bärtierchen wurde am Ende des Experiments sogar wieder aufgetaut und hat überlebt. Das Experiment klingt zwar höchst spektakulär, doch die Fachwelt ist kritisch.

Der Physiker Ben Brubaker hat in einem lesenswerten Twitter-Faden erläutert, dass die Forscher im Prinzip nur eine klassische, nicht-quantenmechanische Wechselwirkung zwischen dem Bärtierchen und dem Qubit erreicht haben. Einige Forscher sagen auch, dass nicht die Verschränkung mit dem Bärtierchen die Frequenz des Qubits geändert hätte, sondern schlicht die niedrige Temperatur des gefrorenen Bärtierchens. Wenn hier einfach nur ein Temperatureffekt gemessen wurde, könnte man keinesfalls von Quantenverschränkung sprechen.

Ben Brubaker ist skeptisch

So oder so ist das Experiment allerdings äußerst spannend, denn es beweist wieder mal, was für unglaubliche Lebewesen Bärtierchen sind. Eigentlich unglaublich: Die Forscher setzten Bärtierchen den extremsten und längsten Bedingungen aus, die sie je erlebt haben – mehr als siebzehn Tage lang nahe dem absoluten Nullpunkt, wodurch die innere Biologie der Bärtierchen vollständig zum Stillstand kam. Und anschließend wurde eines der Bärtierchen erfolgreich wieder aufgeweckt, indem es behutsam an den normalen atmosphärischen Druck und die normale Temperatur angepasst wurde und hat dann einfach weiter gelebt, so als wäre nichts gewesen. Was Widerstandsfähigkeit und Ausdauer angeht, könnten wir uns alle mal eine Scheibe von den Bärtierchen abschneiden.

Noch mehr Informationen zu dem verrückten Bärtierchen-Quanten-Experiment erhaltet Ihr in diesem Video:

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Aliens und tödliche Exoplaneten – der Aurora-Effekt

Wo sind die Aliens? Vielleicht wimmelt es in der Milchstraße nur so vor Außerirdischen aber der sogenannte Aurora-Effekt sorgt dafür, dass wir sie nie zu Gesicht bekommen.

“Wo sind alle? Where is everybody?” das waren die berühmten Worte des Astrophysikers Enrico Fermi, die er der Legende nach zu seinen Kollegen in der Mittagspause sagte, um sein Verwundern darüber auszudrücken, dass wir noch keine Spuren von Aliens gefunden haben. Diese Überlegung ging in die Geschichte als das Fermi-Paradoxon ein. Man könnte das Fermi-Paradoxon auch so umschreiben: Angesichts der schieren Masse von Sternsystemen alleine in unserer Galaxis muss es eigentlich irgendwo außerirdisches Leben geben, aber wir haben noch kein Indiz dafür gefunden – und das ist irgendwie paradox. 

Schlaue Leute haben sich schon allerhand Lösungen für das Fermi-Paradoxon ausgedacht und die simpelste wäre: Es gibt halt einfach keine Aliens. Und deswegen haben wir auch noch nichts von ihnen gehört. Aber ist das wahrscheinlich? Bei mehreren Milliarden, wenn nicht sogar Billionen Planeten in unserer Milchstraße soll die Erde der einzige sein mit Leben? Wohl kaum! Es bedarf also etwas komplexerer Lösung für das Fermi Paradoxon und eine solche könnte der sogenannte Aurora Effekt sein. 

Enrico Fermi kurbelte die Fantasie vieler Science-Fiction-Autoren an

Ursprünglich ausgedacht hat sich den Aurora-Effekt der Science-Fiction-Autor Kim Stanley Robinson in seinem Roman Aurora. Es geht grob zusammengefasst darum, dass ein erdähnlicher Exomond namens Aurora besiedelt werden soll, allerdings existiert auf diesem Mond Leben in Form von Mikroorganismen, die für Menschen extrem schädlich sind. Wissenschaftlich zementiert hat den Aurora-Effekt dann der Astronom Jonathan Carroll-Nellenback von der University of Rochester im US-Bundesstaat New York, der sich wissenschaftlich mit dem Fermi-Paradoxon beschäftigt. In einer Studie hat er dargelegt, wie außerirdische Siedlungsbewegungen in der Milchstraße ablaufen könnten. Folgendes Szenario: Am anderen Ende der Galaxis existiert ein Exoplanet mit einer intelligenten Spezies, die sich im raumfahrenden Zeitalter befinden wie wir. Diese Spezies verfügt aber auch nicht über Technologien wie den Hyperraum-Antrieb und auch keine Energiequellen, mit denen sie etwas wie den Warp-Antrieb, also eine Art Raumkrümmungsantrieb, betreiben könnten. Ähnlich wie bei uns ist ihre beste Chance andere Welten zu besiedeln ein Generationenschiff. Das ist ein Raumschiff, das extrem lange unterwegs ist und in dem mehrere Generationen aufeinander folgen bis schließlich die Urururenkel-Generation auf einem fernen Exoplaneten oder Exomond ankommt.

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Potentielle bewohnbare Planeten gibt es in der Galaxis wohl viele

Jonathan Carrol-Nellenback beschreibt in seiner Studie, dass solche Siedlungsversuche vermutlich keine Seltenheit in der Milchstraße sind. Überall versuchen vielleicht gerade außerirdische Spezies sich auf fremde Himmelskörper zu verbreiten. Doch laut der Studie sind solche Versuche extremst langwierig und logistisch schwierig durchzuführen. Bis zum Beispiel Nachschub an Rohstoffen oder Siedlern von der Heimatwelt kommt, könnten Jahrhunderte und Jahrtausende ins Land gehen. Bis dahin können sich die technologischen und politischen Zustände auf dem Heimatplaneten schon längst grundlegenden geändert haben. Wenn auf der Alien-Heimatwelt die Nachricht ankommt, dass man weitere Siedler benötigt, kann dort schon längst die Stimmung dahin gekippt sein, dass man gar kein Interesse mehr an neu besiedelten Planeten hat. Oder es ist Zuhause ein Krieg ausgebrochen und man hat schon längst vergessen, dass man vor Jahrhunderten Kolonisten zu fernen Welten ausgesandt hat.

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Schließlich kommt laut Jonathan Carrol-Nellenback der erwähnte Aurora-Effekt hinzu. Viele Planeten oder Monde in unserer Galaxis erscheinen vielleicht auf den ersten Blick geeignet für eine Besiedelung. Es dürfte gerade bei solchen potentiell bewohnbaren Planeten oftmals der Fall sein, dass sie eben schon bewohnt sind – aber vielleicht nicht von hochentwickelten Lebewesen sondern von Bakterien, Viren und Pilzen – und so ein Alien-Pilz könnte für eine Kolonie von Siedlern ziemlich tödlich sein. Mit anderen Worten: Laut der Studie von Jonathan Carrol-Nellenback dürften jede Menge Expansionsbestrebungen von Alien-Zivilisationen in der Milchstraße daran scheitern, dass ihre Siedler auf Exoplaneten von den dort heimischen Mikroben getötet werden. Das ist der Aurora-Effekt.

Welche Alien-Mikroben erwarten uns auf fernen Exoplaneten?

Und wie bereits beschrieben wäre es dann relativ kompliziert, zeitnah Nachschub an Medizin oder neuen Siedlern zu schicken. Die Lösung für das Fermi-Paradoxon könnten also Logistikprobleme in Kombination mit dem Aurora-Effekt sein. 
Die Studie geht aber nicht davon aus, dass hierdurch gar keine Alien-Kolonisation in der Galaxis stattfinden würde. Sie sagt nur, dass sich interstellare Alien-Imperien durch die genannten Effekte eben immer nur auf relativ lokal begrenzte Zivilisationsblasen erstrecken – und deswegen haben wir eben noch nichts von ihnen mitbekommen. 

Noch mehr Informationen zum Aurora-Effekt erhaltet Ihr in diesem Video:

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Mögliche Bausteine für Leben auf Titan entdeckt

Titan gilt als erdähnlichster Himmelskörper des Sonnensystems. Forscher haben dort nun ein Molekül entdeckt, das auf außerirdisches Leben hindeuten könnte.

Welchen Himmelskörper werden wir Menschen im Sonnensystem in der Zukunft besiedeln? Für die meisten Leute ist die Antwort klar: Den Mars! Nur wenige haben auf dem Schirm, dass auch einige Monde der Gasriesen attraktive Orte für Leben sein könnten. Dies gilt insbesondere für den Saturnmond Titan, dessen Eigenschaften denen der Erde ähneln.

Space Images | Exposing Titan's Surface
Die dichte Atmosphäre des Titan ist aus dem Weltall gut sichtbar

Als einziger Mond des Sonnensystems besitzt Titan eine dichte Atmosphäre. Auch seine Größe erinnert eher an einen Planeten als an einen Mond – mit einem Durchmesser von 5.149 Kilometern übertrifft er sogar den Merkur. Zudem gibt es auf Titan eine Vielzahl von Meeren und Seen. Künftige Astronauten sollten allerdings ihre Badesachen Zuhause lassen, denn diese Gewässer bestehen aus flüssigem Stickstoff und Methan, ein Bad würde also tödlich enden.

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Als wären diese Eigenschaften noch nicht erstaunlich genug, vermuten Forscher unter der Oberfläche des Titans einen mondumspannenden Ozean. Insgesamt bietet der Trabant des Saturns also die perfekten Bedingungen für Leben.

New Models Suggest Titan Lakes Are Explosion Craters | NASA
Titan ist überzogen von einer Vielzahl von Seen aus Methan und Stickstoff

Diese These wurde nun durch eine neue Entdeckung untermauert. Untersuchungen der Atmosphäre des Titans mit dem ALMA-Teleskop in Chile zeigten, dass sich dort ein sehr seltenes und merkwürdiges Molekül befindet: Cyclopropenyliden (C3H2). Dieses Molekül existiert auf der Erde nur unter Laborbedingungen, da es so reaktionsfreudig ist, dass es in freier Natur meist sofort durch eine chemische Reaktion verschwindet. Auch auf fremden Himmelskörpern wurde es bislang noch nie nachgewiesen. Das Vorhandensein von C3H2 in der Atmosphäre des Titans ist also extrem mysteriös. Und noch mehr: C3H2 ist ein sogenanntes Ringmolekül. Ringmoleküle sind auf der Erde die Basis von DNA und RNA, also den Bausteinen des Lebens. Es ist also durchaus denkbar, dass C3H2 als Ringmolekül auf Titan der Baustein von andersartigem, außerirdischem Leben sein könnte.

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Ringmoleküle bilden die Basis von DNA und RNA

Zukünftige Missionen werden hoffentlich weitere Erkenntnisse über etwaiges außerirdisches Leben auf Titan bringen. 2027 will die NASA die Mission Dragonfly starten. Ein Quadrocopter soll auf dem Titan landen und dort mehrere Standorte untersuchen, unter anderem das Ufter eines Methansees. Mit etwas Glück werden wir in wenigen Jahren also den definitiven Nachweis von Leben auf Titan finden.

Weitere Informationen über diesen spannenden Fund auf dem Mond Titan erhaltet Ihr in diesem Video:

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Asteroid Bennu – wie hoch ist die Gefahr?

Ein Einschlag des gefährlichen Asteroiden Bennu ist wahrscheinlicher als gedacht – das zeigen neue Forschungsergebnisse der NASA. 

Am 11.09.1999 bekamen die Forscher des Massachusetts Institute of Technology einen kleinen Schock, denn sie entdeckten an diesem Tag den Asteroiden Bennu. Bennu ist 492 Meter groß und besitzt damit für einen Asteroiden beachtliche Ausmaße. Hinzu kommt der Fakt, dass Bennu eine sehr erdnahe Umlaufbahn besitzt und uns immer wieder bedrohlich nahe kommt.
Wenn Bennu einschlagen würde, hätte das heftige Konsequenzen. Es käme zwar nicht zu einem globalen Massenaussterben wie beim Einschlag des Asteroiden, der letztlich zum Niedergang der Dinosaurier führte, aber es wäre dennoch ein absolut zerstörerisches Ereignis. Ein Einschlag von Bennu würde die Energie von 1,1 Milliarden Tonnen TNT freisetzen. Das wäre etwa zwei Millionen mal stärker als die Explosion im Hafen von Beirut, die im Jahre 2020 ganze Teil der Stadt zerstörte. Würde Bennu einschlagen, könnte dies also ganze Staaten zerstören und – je nach Einschlagsort – mehrere Millionen Menschen gefährden. Bennu wird als „potenziell gefährlicher Asteroid“ eingestuft, was bedeutet, dass er größer als 140 Meter ist und sich der Erde theoretisch bis auf 4,65 Millionen Kilometer nähern könnte.

Der Asteroid Bennu ist gut erforscht und vollständig kartiert

Dass er uns so nahe kommt, hat aber auch Vorteile. Man hat Bennu wegen seiner Erdnähe als Ziel der sogenannten Osiris-REX-Mission ausgewählt, bei der eine Sonde den Asteroiden genau kartiert und eine Probe seiner Oberfläche genommen hat. Die Probe befindet sich noch auf dem Weg zurück zur Erde und wird im September 2023 hier ankommen. Die Daten, die Osiris-REX über Bennus Umlaufbahn sammelte, hat man indes schon vorliegen und ein Forscherteam der NASA hat diese nun genau ausgewertet. Die beteiligte Forscherin Kelly Fast sagt dazu: “Die OSIRIS-Rex-Mission hat uns eine außerordentliche Chance geboten, genauer vorherzusagen, wo Bennu sein wird, wenn er der Erde in mehr als einem Jahrhundert nahekommt.

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Das Ergebnis ist etwas erschreckend. Im Jahre 2135 wird Bennu der Erde sehr nahe kommen. Er wird dann sogar näher an uns dran sein als unser Mond. Ein Einschlagsrisiko besteht bei dieser Annäherung aber wohl nicht. Doch wenn Bennu der Erde so nahe kommt, kann die Schwerkraft unseres Planeten ihn so beeinflussen, dass er seine Umlaufbahn ändert und beim nächsten Rendezvous mit der Erde dann einschlägt.

Darstellung von Osiris-REX im Flug über Bennu

Ob das passiert, hängt davon ab, ob Bennu im Jahre 2135 bestimmte Positionen nahe der Erde durchfliegt. Die NASA-Forscher bezeichnen diese Positionen als Schlüssellöcher – also Stellen im erdnahen Raum, in denen die Erdschwerkraft den Brocken auf Kollisionskurs lenken könnten. Mit den Daten von Osiris-REX haben die NASA-Forscher genau ausgerechnet, wie viele solche Gravitations-Schlüssellöcher es gibt, wie hoch jeweils die Wahrscheinlichkeit ist, dass Bennu sie durchfliegt und wie sich das auf die Chance eines Einschlags auswirkt. Das Ergebnis: Es gibt 26 solcher Schlüssellöcher und Bennu wird 24 davon mit hoher Wahrscheinlichkeit verfehlen. Zwei könnte er passieren und das könnte ihn auf eine Bahn lenken, die zu einem Einschlag im Jahre 2182 führen könnte. Der wahrscheinlichste Tag für einen Einschlag ist der 24.09.2182.

Steht uns am 24.09.2182 eine Katastrophe bevor?

Muss man nun Angst haben? Nein. Denn die neuen Berechnungen zeigen, dass trotz allem die Wahrscheinlichkeit für einen Einschlag am 24.09.2182 bei 0,057 Prozent liegen. Trotzdem ist es wichtig, dass wir Bennu weiter im Auge behalten und etwaige Veränderungen berechnen können. Selbst Kleinigkeiten können etwas ausmachen. Das sieht man zum Beispiel am sogenannten Yarkovsky-Effekt. Der Yarkovsky-Effekt beschreibt den Umstand, dass eine Seite eines Asteroiden stärker aufgeheizt wird als die andere, je nachdem wo gerade das Sonnenlicht einfällt. Durch die unterschiedliche Aufheizung kann sich dann auch die Umlaufbahn des Asteroiden verändern. NASA-Forscher Steve Chesley hat anhand der Osiris-REX-Daten diesen Effekt auf Bennu ausgerechnet und sagt:

„Der Yarkovsky-Effekt auf Bennu entspricht etwa der Masse von drei Weintrauben. Das ist unglaublich wenig, aber signifikant, wenn es um das Einschlagsrisiko einige Jahrzehnte bis Jahrhundert in der Zukunft geht.“ 

Die NASA hat Osiris-REX auch ausrechnen lassen, ob die Mission selbst, also vor allem das Nehmen der Bodenprobe die Bahn von Bennu verändert hat und konnte glücklicherweise feststellen, dass dies nicht der Fall war. Die Bahn von Bennu hat sich durch die Osiris-REX-Mission nicht verändert.

Weitere Informationen zum gefährlichen Asteroiden Bennu erhaltet Ihr in diesem Video:

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Toter Klon der Sonne entdeckt

Wissenschaftlern ist nun der Blick in unsere eigene tödliche Zukunft gelungen, in dem sie eine Art Zwilling der Sonne entdeckt haben. 

Wie wird unser Sonnensystem sterben? Vermutlich in 4 bis 5 Milliarden Jahren. Und was dann passiert, gilt mittlerweile als relativ sicher: Unsere Sonne wird sich zu einem Roten Riesenstern aufblähen und dabei so groß werden, dass sie wohl mindestens den Merkur und die Venus verschluckt und die Erde komplett verbrennen wird. Wenn dieser Wachstumsprozess abgeschlossen ist, wird die Sonne in sich zusammenfallen. Sie implodiert zu einem Weißen Zwerg und wird dann nur noch so groß wie unsere Erde sein. Als Weißer Zwerg besteht sie aus verdichtetem Kohlenstoff – in anderen Worten: Die Sonne wird dann ein erdgroßer, heißer Diamant sein. 

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In einigen Milliarden Jahren wird unsere Sonne als Weißer Zwerg enden

Doch die Frage drängt sich auf: Woher will man das so exakt wissen? Wie kann man beispielsweise mit Sicherheit sagen, wie groß die Sonne als Roter Riese genau wird, welche Planeten sie verschlingen wird und welche Planeten genügend Sicherheitsabstand haben? Die Antwort: Kann man noch nicht wirklich. Wie das Ende unserer Sonne genau ablaufen wird, beruht im Prinzip nur auf Spekulationen.. Dabei wäre es ja nicht ganz unwichtig, etwas mehr Details über den Tod der Sonne zu kennen. Wie lange wird die Temperatur auf der Erde beispielsweise noch angenehm bleiben, sobald die Sonne ihren Wachstumsprozess gestartet hat? Wie lange wird es dann noch ein Zeitfenster geben, in dem man auf dem Mars Leben kann? Antworten auf Fragen wie diese könnten über das Überleben unserer Nachfahren in der fernen Zukunft entscheiden.

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Wie können wir also mehr über den Tod der Sonne herausfinden? Am besten indem wir Sternsysteme in unserer Galaxis beobachten, die ganz ähnlich aufgebaut sind wie unseres, nur schon weiter fortgeschritten sind. Die besten Erkenntnisse über das Schicksal von Planeten in so einer Situation können wir also gewinnen, wenn wir uns Exoplaneten suchen, die um einen Weißen Zwerg kreisen. Das klingt allerdings einfacher als es ist, denn Weiße Zwerge scheinen wegen ihrer sehr geringen Größe von der Erde aus sehr leuchtschwach und Exoplaneten um sie herum sind äußerst schwierig zu entdecken. Exoplaneten entdeckt man üblicherweise mit der sogenannten Transitmethode, die wie folgt funktioniert: Astronomen beobachten einen fremden Stern und zeichnen seine Helligkeit auf. Plötzlich nimmt die Helligkeit für einen gewissen Zeitraum ab und dann kehrt sie wieder auf das Ursprungsniveau zurück. Wie ist das zu erklären? Es ist scheinbar ein Exoplanet vor dem Stern vorbei gewandert, der einen Teil des Lichts abgeblockt hat, wodurch die Helligkeit abnahm. Die meisten der bislang entdeckten 4.500 Exoplaneten hat man mit dieser Transitmethode entdeckt, doch bei Weißen-Zwerg-Systemen funktioniert das nicht sonderlich gut, da sich bei so kleinen und leuchtschwachen Sternen der Transit selbst mit den besten Weltraumteleskopen nicht beobachten lässt. Für die Wissenschaft liegt das Schicksal von Exoplaneten, die den Tod ihres Sterns überdauert haben und nun um einen Weißen Zwerg kreisen, also im wahrsten Sinne des Wortes im Dunkeln – genau wie die weiteren Erkenntnisse über unsere eigene Zukunft und unser kosmisches Schicksal.

Bei der Transitmethode misst man die Helligkeitsschwankungen entfernter Sterne

Nun ist es Forschern mit viel Mühe doch gelungen, in 6.500 Lichtjahre Entfernung einen Exoplaneten um einen Weißen Zwerg zu entdecken – und zwar einen großen Gasplaneten. Es handelt sich also um einen Exo-Jupiter, der sich um einen bereits zum Weißen Zwerg verstorbenen Zwilling unserer Sonne dreht. Mit anderen Worten: Ein Blick in die Zukunft unseres Sonnensystems. Entdeckt haben Astronomen dieses System mit dem Keck-Observatorium auf dem Mauna Kea Vulkan auf Hawaii und gelungen ist ihnen dies mit der sogenannten Microlensing-Methode, die anders funktioniert als die Transitmethode. Es wird dabei untersucht, wie sich das Licht aufgrund der Schwerkraft biegt, wenn ein Stern von der Erde aus gesehen kurzzeitig vor einem dahinter liegenden Stern steht. Die Schwerkraft des Vordergrundsterns vergrößert das Licht des dahinter liegenden Sterns. Alle Planeten, die den Stern im Vordergrund umkreisen, verbiegen und verzerren dieses vergrößerte Licht, wodurch Astronomen sie aufspüren können.

Darstellung des Exo-Jupiters im Weiße-Zwerg-System

Die Forscher glauben, dass der neu entdeckte Exo-Jupiter die Ereignisse in dem Sternsystem nur knapp überlebt hat: Wäre er anfangs näher an seinem Mutterstern gewesen, wäre er von der Expansion des Sterns verschlungen worden. Seine ursprüngliche Entfernung zu seinem Stern schätzen die Forscher tatsächlich so ähnlich ein wie die Entfernung des Jupiters zu unserer Sonne. Man ging bislang schon davon aus, dass der Jupiter und seine Monde überleben werden, wenn unsere Sonne stirbt, aber sicher wissen konnte man es nicht. Mit den Erkenntnissen über den Exo-Jupiter kann man aber nun mit größerer Sicherheit davon ausgehen, dass der Jupiter es tatsächlich schaffen wird. Während die Erde also in der apokalyptischen Hitze der Sonne sterben wird, wird der Jupiter weiter existieren. Für die Menschheit sind das tatsächlich gute Neuigkeiten, denn es könnte bedeuten, dass potentielle Siedlungen auf den Eismonden des Jupiters verschont bleiben. Doch spätestens wenn die Sonne dann zum Weißen Zwerg kollabiert, ist sie von ihrer Ausdehnung her zu klein um die Jupitermonde noch mit genügend Licht und Wärme zu versorgen. 

Noch mehr Informationen zu dem toten Klon der Sonne erhaltet Ihr in diesem Video:

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Professor behauptet: Oumuamua war ein Alien-Raumschiff!

Es kommt nicht alle Tage vor, dass ein Harvard-Professor behauptet, wir seien von Außerirdischen besucht wurden. Genau diese These vertritt Professor Avi Loeb nun in seinem Buch.

Glaubt an einen Alien-Besuch: Harvard-Professor Avi Loeb

Behauptungen zu UFO-Sichtungen stammen im Regelfall von eher fragwürdigen Charakteren. Nun gibt es aber mit Professor Avi Loeb einen prominenten UFO-Vertreter. Der Dozent der Harvard University behauptet allerdings nicht, von einer fliegenden Untertasse entführt worden zu sein – seine These bezieht sich auf den interstellaren Kometen Oumuamua.

Im Januar 2021 erscheint sein neues Buch „Extraterrestrial„, in dem er ausführlich darlegt, weshalb Oumuamua seiner Meinung nach kein gewöhnlicher Eisbrocken war sondern der Überrest einer außerirdischen Zivilisation. Er sagt dazu:

Das Objekt war kein natürliches Ereignis, sondern ein Stück Weltraummüll, das von einer anderen Galaxie ausgestoßen wurde.

– Avi Loeb

Als Begründung führt er die außergewöhnlichen Eigenschaften von Oumuamua an. Das Objekt war der erste Himmelskörper, der nachweislich aus einem fremden Sternsystem stammte und unser Sonnensystem durchquerte. Besonders die Form des interstellaren Besuchers verblüffte viele Forscher – mit seiner länglichen Gestalt erinnerte Oumuamua an eine kosmische Zigarre.

Artist’s impression of the interstellar asteroid `Oumuamua
Oumuamua war das erste nachweislich interstellare Objekt in unserem Sonnensystem

Das etwa 200 Meter große Objekt passierte im Jahre 2017 die Erde und ist mittlerweile schon wieder weit entfernt. Wo seine kosmische Reise noch hinführen wird und an welchem Ort sie begann, ist allerdings ungewiss. Gemäß seiner Flugbahn scheint Oumuamua aus Richtung des 25 Lichtjahre entfernten Sterns Wega zu stammen, doch es ist unwahrscheinlich, dass sich Wega bereits an eben jener Position befand, als Oumuamua seine kosmische Tour begann.

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Vor allem eine Eigenschaft lässt Avi Loeb an eine außerirdische Herkunft glauben: Als Oumuamua sich bereits wieder von der Sonne entfernte, beschleunigte er noch mal kurz. Dies deutet Loeb als eine Art künstlichen Schub. Tatsächlich wäre normalerweise zu erwarten, dass ein Objekt, dass sich von einem schweren Stern entfernt, verlangsamen würde.

Predicted position of `Oumuamua versus observed position
Die Flugbahn von Oumuamua durch unser Sonnensystem

Die Thesen von Avi Loeb sind in der Fachwelt indes stark umstritten. Als Oumuamua der Erde besonders nahe wird, horchte man das Objekt mit Radioteleskopen ab. Das Ergebnis: Keinerlei potenziell außerirdische Signale gingen von dem Kometen aus.

Noch mehr Informationen zur möglichen außerirdischen Herkunft von Oumuamua gibt es in diesem Video:

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Riesenasseln und Co: Was ist Tiefsee-Gigantismus?

In der Tiefsee tummeln sich jede Menge kuriose Lebensformen. Was ist dran am sogenannten Tiefsee-Gigantismus, also der These, dass die Lebewesen dort unten tendenziell besonders riesig werden? 

Die Tiefsee ist zu weiten Teilen noch unerforscht und man kann sie daher in gewisser Hinsicht mit dem Weltraum vergleichen. Die Oberfläche des Planeten Mars ist beispielsweise besser kartiert als die Tiefen unserer Ozeane. Das ist nur ein Fakt, der zeigt, dass auch unser Heimatplanet noch jede Menge Geheimnisse zu bieten hat, die es zu entschlüsseln gilt. Eine richtige einheitliche Definition, wo die Tiefsee beginnt, gibt es nicht. Relativ weit verbreitet ist aber die Ansicht, dass die Tiefsee 200 Meter unter der Meeresoberfläche beginnt. Nach dieser Definition gehören 88% der Fläche der Weltmeere zur Tiefsee. Die Tiefsee zeichnet sich außerdem dadurch aus, dass sie im Großen und Ganzen völlig dunkel ist. Kein Sonnenlicht dringt in diese Abgründe der Ozeane vor und deswegen findet dort fast keine biologische Primärproduktion statt. Primärproduktion ist die Produktion von Biomasse durch Umwandlung von Licht. An Land erfolgt diese Primärproduktion durch Pflanzen. Bäume erzeugen zum Beispiel durch Photosynthese Energie. Genauer gesagt: Sie produzieren unter Einfluss von Sonnenlicht und mit Hilfe von Kohlenstoffdioxid und Wasser Sauerstoff und auch das Zuckermolekül Glucose, das ihnen als Energiestoff dient.

Ohne Licht wird dieser Vorgang in der Tiefsee schwierig. Aber das Leben findet immer einen Weg und deswegen gibt es in der Tiefsee doch eine Art der Primärproduktion. Diese findet in Tiefsee-Vulkanen statt, sogenannten Schwarzen Rauchern. Hier treten Sulfide, also Verbindungen aus Metallen und Schwefel, aus dem Meeresboden aus und clevere Bakterienstämme nutzen genau das als Lebensgrundlage. Diese Bakterien können von diesen anorganischen Stoffen leben, eine Fähigkeit, die man als Chemolithotrophie bezeichnet. Es gibt sogar die relativ anerkannte Theorie, dass diese Schwarzen Raucher der Geburtsort des ersten Lebens auf unserem Planeten sind. Vielleicht ist in der Tiefsee, in einem Vulkan am Ozeanboden das erste mal aus anorganischer Materie ein Lebewesen entstanden. Vielleicht stammen wir alle also ganz ursprünglich aus der Tiefsee! 

In den dunklen Tiefen der Ozeane ist biologische Primärproduktion nur sehr eingeschränkt möglich

Obwohl es dort unten nur diesen einen Prozess zur biologischen Primärproduktion gibt, tummeln sich in der Tiefsee dennoch zahlreiche Lebewesen. Allesamt sind sie absolute Überlebensexperten, die im Laufe der Evolutionsgeschichte geschickte Taktiken entwickelt haben, um an diesem unwirtlichen, dunklen Ort zu gedeihen. Und viele von ihnen werden erstaunlich groß. Ein Beispiel ist die Riesenassel. Sie wird bis zu 45 cm groß und erreicht ein Gewicht von 1,7 Kilogramm. Die meisten Asselarten werden nur zwischen 1 und 5 cm groß. So einer Riesenassel möchte man nicht unbedingt begegnen und tatsächlich ist das auch sehr unwahrscheinlich, da sie in bis zu 2.000 Meter Tiefe leben. Ein weiteres bekanntes Beispiel für den Tiefseegigantismus ist der Riesenkalmar. Wie groß diese Tiere wirklich werden können, ist noch ungewiss. Gerüchteweise wurden schon Exemplare mit bis zu 18 Meter Länge gesichtet, die meisten Forscher halten indes eher 8 bis 12 Meter für realistisch. Diese Tiefseeriesen leben in bis zu 1000 Meter Tiefe und können sogar Pottwalen gefährlich werden. Riesenkalmare haben auch gigantische Augen, die bis zu fünfundzwanzig cm groß werden können. 

Man würde intuitiv vermuten, dass gerade in der Tiefsee, wo es wenig Licht gibt und Ressourcen ohnehin knapp sind, Lebewesen eher kleiner werden, um ressourcensparender funktionieren zu können. Wie ist das Phänomen des Tiefseegigantismus also zu erklären? Zunächst mal ist wichtig festzustellen, dass es nicht alle Arten in der Tiefsee betrifft. Es gibt natürlich auch sehr kleine Lebewesen in den unteren Bereichen der Weltmeere. Der Tiefseegigantismus ist also eine Überlebensstrategie, die von einigen Arten angewendet wird, aber bei weiterem nicht von allen. 

Riesenasseln können eine erstaunliche Größe erreichen

Erstmal ist zu klären, weshalb die immensen Größen einiger Lebewesen physikalisch überhaupt möglich ist. Müsste nicht der Wasserdruck da unten alleine dafür sorgen, dass die Lebewesen eher kleiner werden? Nein, denn der Wasserdruck ist kein Problem, da diese Lebewesen in einem noch höheren Maße als beispielsweise wir Menschen selbst aus Wasser bestehen. Sie besitzen kein schweres Skelett und Wasser ist nicht sonderlich komprimierbar. Tatsächlich ist es das Wasser und die eher weiche Konsistenz dieser Lebewesen, die es ihnen ermöglicht, so groß zu werden. Das erklärt, warum der Gigantismus möglich ist, aber nicht warum er sinnvoll ist. Der Grund hierfür sind zwei biologische Regeln: Die Kleibersche Regel und die Bergmannsche Regel. Die Kleibersche Regel (oder auch das Kleibersche Gesetz), besagt, dass Tiere, die größer sind, im Allgemeinen effizienter funktionieren. Eine Katze zum Beispiel, die die hundertfache Masse einer Maus hat, hat nur einen etwa 32 mal höheren Stoffwechsel als eine Maus. Das Kleibersche Gesetz ist, wie viele andere biologische Gesetze, eine Folge der Physik der tierischen Kreislaufsysteme. Es hat auch viel mit dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und der fraktalen Natur der Blutgefäße zu tun. Riesige Tiere, die in den Tiefen der Ozeane schwimmen, sind darauf angewiesen, dass die Nahrung von oben herabfällt, und da die Nahrung oft knapp ist, haben sie einen großen Anreiz, effizienter zu werden – und deshalb größer.

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Die Bergmannsche Regel ist eine allgemeine Korrelation zwischen zunehmender Körpergröße und sinkender Temperatur. Sie besagt, dass größere Arten eher in kälteren Umgebungen zu finden sind, und kleinere Arten tendenziell in wärmeren Regionen. Bei Warmblütern ist dies definitiv der Fall, denn je größer ein Tier ist, desto weniger Körperfläche besitzt es in Relation zu seinem Volumen, die mit der umgebenden Umwelt in Kontakt kommt. Anders gesagt: Ein Elefant besitzt in Relation zu seinem Volumen weniger Körperfläche die mit der Umwelt interagiert als eine Maus. Bei Tieren, die im Meer schwimmen, hängt dies mit der Zellteilung und der verlängerten Lebensspanne zusammen. 

Ihre erhebliche Größe bietet für die Riesenkalmare evolutionäre Vorteile

Zusammengefasst lässt sich sagen: Einige Arten in der Tiefsee haben im Laufe der Evolutionsgeschichte die Strategie des Gigantismus adaptiert und Gründe hierfür sind unter anderem, dass große Tiere effizienter sind, das sogenannte Kleibersche Gesetz und dass die größere Körpergröße im Vergleich zum Körpervolumen weniger anfällig ist für Wärmeabgabe in die Umgebung, die sogenannte Bergmannsche Regel.

Noch mehr Informationen über den Tiefseegigantismus und reale Aufnahmen vieler unheimlicher Meeresbewohner gibt es in diesem Video:

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Ganz andere Form als gedacht: Das Sonnensystem ist ein Croissant!

Die Form unseres Sonnensystems ist ganz anders als gedacht. Es ist ein… Croissant!

Die Sonne schießt jede Menge energiereiche Partikel ins All, den sogenannten Sonnenwind. In der Milchstraße wiederum, also in unserer Galaxis, befindet sich zwischen den einzelnen Sternsystem überall das sogenannte interstellare Medium, also galaktischer Staub, Gase und auch sehr gefährliche Strahlung. Sonnenwind und interstellares Medium versuchen sich gegenseitig zu verdrängen und es gelingt dem Sonnenwind eine Art sicheren Bereich um uns herum zu schaffen, in dem das interstellare Medium verdrängt wird und wir vor gefährlicher kosmischer Strahlung einigermaßen sicher sind. Diesen Bereich bezeichnet man als Heliosphäre.

Heliosphere - Wikipedia
Eine Darstellung der Heliosphäre

Nun würde man annehmen, dass die Heliosphäre sich kugelförmig um unser Sonnensystem herum ausbreitet. Dieser Annahme wollte ein Team von Wissenschaftlern auf den Grund gehen und hat dafür unter anderem die Daten der Voyager Sonden ausgewertet. Denn diese beiden Raumsonden haben bisher als einzige von Menschen gemachte Objekte die Heliosphäre durchquert. Im Jahre 1977 starteten die beiden Sonden und erreichten schließlich viele Jahrzehnte später die Heliosphäre. Seit dem Jahre 2018 befinden sie sich hinter der Heliosphäre und durchfliegen nun das interstellare Medium – und eine Modellierung der Heliosphäre auf Basis der Voyager-Daten hat die Croissant-Form ergeben. Nur wie ist das zu erklären? Was formt die Heliosphäre zu einem Hörnchen? Die Antwort: Jets! Der Sonnenwind wird in besonders heftigem Maße in den sogenannten heliosphärischen Jets ausgestoßen. Dabei handelt es sich um Zwillingsstrahlen, die von den Sonnenpolen, also Sonnennordpol und Sonnensüdpol, ausgehen. Diese Jets schießen jedoch nicht in einer graden Linie heraus, sondern krümmen sich angetrieben von der Bewegung unseres Sonnensystems – diese Krümmung lässt sie sich dann verformen wie die Spitzen eines Croissants. Sozusagen ein Doppelschweif unseres Sonnensystems.

Wir leben schließlich in einer kolossalen Blase in Croissantform
Die Heliosphäre als Croissant

Jetzt natürlich die große Frage: Warum ist das überhaupt wichtig? Warum sollte es uns interessieren, dass wir in einem kosmischen Croissant leben? Weil das Wissen über die Form und Beschaffenheit der Heliosphäre uns mehr darüber verrät, wie und vor allem wo die kosmische Strahlung am ehesten eindringen könnte. Der an der Forschungsarbeit beteiligte Astrophysiker James Drake formuliert es so:

“Die von der Sonne erzeugte Blase, die uns umgibt, bietet Schutz vor der galaktischen kosmischen Strahlung. Natürlich kann die Art und Weise, wie die galaktische kosmische Strahlung eindringen kann, von der Struktur der Heliosphäre beeinflusst werden.”

– James Drake

Aber – und das darf man nicht vergessen – diese Form muss nicht konstant sein. Denn unser Sonnensystem rast mit einer Geschwindigkeit von 230 Kilometern pro Sekunde durch die Milchstraße. Diese Bewegung und auch die Aktivität der Sonne selbst beeinflussen die Form der Heliosphäre. Die Forscher fanden aber noch einen weiteren Faktor, der die Heliosphäre instabil macht und zwar neutrale Wasserstoffatome, also Wasserstoffatome ohne Ladung. Die strömen überall durch die Galaxis und die Wissenschaftler haben in ihrer modellierten Simulation einfach mal ein wenig rumgespielt und den neutralen Wasserstoff als externen Faktor, der mit der Heliosphäre wechselwirkt, ausgeschaltet. Und dann passierte etwas Komisches: Als die Forscher die neutralen Atome aus ihrem Modell herausnahmen, wurden die heliosphärischen Jets plötzlich stabil. Die Heliosphäre verformte sich nicht mehr. Die Astrophysikerin Merav Opher von der Boston University sagt dazu:

“Wenn ich die neutralen Atome wieder einsetze, fangen die Dinge an, sich zu verbiegen, die Mittelachse beginnt zu wackeln, und das bedeutet, dass etwas in den heliosphärischen Jets sehr instabil wird. Unser Modell versucht nicht, das Chaos auszublenden, was es mir ermöglicht hat, die Ursache für die Instabilität der Heliosphäre genau zu bestimmen: Die neutralen Wasserstoffteilchen.”

– Merav Opher

Heißt: die neutralen Wasserstoffatome aus den anderen Bereichen der Galaxis interagieren mit den ionisierten Partikeln des Sonnenwinds in der Heliosphäre und bringen sie ganz durcheinander. Man nennt das Rayleigh-Taylor-Instabilität. Das bezeichnet eine Instabilität, die an der Grenzfläche zwischen zwei Substanzen unterschiedlicher Dichte auftritt, wenn die leichtere Substanz in die schwerere drückt.

File:Adding Milk to Coffee.jpg - Wikimedia Commons
Rayleigh-Taylor-Instabilität in einem Milchkaffee

Dies wiederum führt zu großräumigen Turbulenzen. Das klingt sehr kompliziert, ist aber ein bekanntes Alltagsphänomen: Wenn beispielsweise Milch in Kaffee gegossen wird. Die beiden Substanzen, Milch und Kaffee, haben unterschiedliche Dichten und es kommt in der Tasse zu heftigen Turbulenzen. Was am Rand unserer Heliosphäre geschieht, kann man sich also ein wenig wie das Chaos in einem Milchkaffee vorstellen.

Noch mehr über die Croissant-Form unseres Sonnensystems erfahrt Ihr in diesem Video:

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Schwarzes Loch der Superlative: TON 618

Alle Schwarzen Löcher beeindrucken durch extreme physikalische Eigenschaften. Doch ein Gigant übertrifft sie alle: TON 618, das schwerste bekannte Schwarze Loch.

Schwerkraft ist ein selbstverständlicher Teil unseres Lebens. Ohne die gewohnte Anziehungskraft unserer Erde wäre unsere Existenz nicht möglich und schon, wenn die Gravitation des Planeten sich minimal verändern würde, hätte dies gravierende Auswirkungen.
Im kosmischen Vergleich ist die Schwerkaft der Erde aber nahezu lachhaft. Schon die Masse der Sonne ist ungefähr 333.000 mal größer als die unseres Heimatplaneten – nur durch dieses ungeheure Gewicht und die daraus resultierende Schwerkraft ist sie in der Lage, das ganze Sonnensystem von ihrer zentralen Position heraus in Bann zu halten.

Durch ihre Schwerkraft hält die Sonne die Himmelskörper des Sonnensystems in festen Bahnen

Die Schwerkraft ist also eines der bestimmenden Prinzipien unseres Kosmos. Als unangefochtene Schwergewichte der Gravitation gelten vielen Menschen Schwarze Löcher. Dabei ist es gar nicht wahr, dass Schwarze Löcher zwingend sehr schwer sein müssen. Entscheidend ist nur, dass ihre Masse genügend verdichtet ist, um einen sogenannten Ereignishorizont zu formen – die Grenze, hinter der die Gravitation so stark wird, dass selbst das Licht sich ihr nicht mehr entziehen kann. So könnte beispielsweise auch unsere Erde zu einem Schwarzen Loch werden, wenn wir sie auf eine Größte von 8,7 Millimetern komprimieren würden.

Selbst unsere Erde könnte zu einem Schwarzen Loch werden, wenn man sie genügend komprimieren würde…

Solche leichten Schwarzen Löcher – man nennt sie auch primordiale Schwarze Löcher – sind aber die absolute Ausnahme, einige Forscher halten ihre Existenz sogar für fragwürdig. Der absolute Großteil der Schwarzen Löcher besitzt viel mehr eine gigantische Masse. Und ein Exemplar übertrifft sie alle: TON 618.

Entdeckt wurde TON 618 schon im Jahre 1957, als man auf der Suche nach weißen Zwergsternen war. Man ahnte damals noch nicht, dass es sich bei dem neu entdeckten Objekt um ein gigantisches Schwarze Loch handelt und ordnete es daher einfach als weiteres Objekt in den Katalog der mexikanischen Sternwarte Tonantzintla, in der es entdeckt wurde, ein – daher der Name TON 618.

Das Tonantzintla Observatorium in Mexiko

Je besser die Teleskope wurden, desto mehr Erkenntnisse sammelt man über TON 618. Heute weiß man: Das Ungetüm bringt sage und schreibe 66 Milliarden Sonnenmassen auf die kosmische Waage. Zum Vergleich: Das supermassive Schwarze Loch Sagittarius A*, das sich in der Mitte unserer Galaxis befindet, wiegt gerade mal 4,1 Millionen mal so viel wie die Sonne. Das bedeutet, dass TON 618 fast 16.000 mal schwerer ist als das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße.

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Da überrascht es nicht, dass TON 618 mit seiner Gravitation einen immensen Einflussbereich besitzt. Würde ein Mensch sich dem kosmischen Ungetüm nähern, würde er schon in einer Entfernung von 1.300 Astronomischen Einheiten den Ereignishorizont überqueren, hinter dem Licht nicht mehr nach außen dringen kann. Eine Astronomische Einheit bezeichnet den mittleren Abstand zwischen der Erde und der Sonne, also 149.597.870 Kilometer.

TON 618 ist ein sogenannter Quasar. Das bedeutet, dass sich außerhalb seines Ereignishorizontes so viel Materie in einer Akkretionsscheibe sammelt und aneinander reibt, dass immense Energie erzeugt wird, die dann wiederum in den Weltraum geschossen wird. Diese Energieausbrüche ermöglichen es uns, Schwarze Löcher überhaupt zu beobachten.

TON 618 schießt immense Energiewellen in den Kosmos

Die Energie, die TON 618 aussendet, ist so extrem, dass sie die gesamte Galaxie, in dessen Zentrum sich das Schwarze Loch befindet, überstrahlt. Für irdische Astronomen ist also nur TON 618, nicht aber seine Galaxie auszumachen. Das Licht des Quasars, das wir auf der Erde empfangen, war übrigens ganze 10,4 Milliarden Jahre auf dem Weg zu uns – wir sehen das Objekt also auch so, wie es vor Milliarden Jahren aussah. Ob TON 618 überhaupt noch existiert, lässt sich daher nicht mit Gewissheit sagen. Da Schwarze Löcher aber unfassbar langlebig sind, spricht einiges dafür, dass TON 618 nach wie vor seine gravitativen Umtriebe auslebt.

Noch mehr über dieses gigantische Schwarze Löcher erfahrt Ihr in diesem Video:

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Durchbruch bei der Kernfusion

An der National Ignition Facility wurde ein spektakulärer Durchbruch bei der Kernfusion erzielt.

Es gibt zwei Arten der Kernenergienutzung: die Kernspaltung, die in den derzeitigen Kernkraftwerken genutzt wird, und die Kernfusion. Bei der Kernspaltung werden Uranatome in kleinere Atome gespalten, um Energie freizusetzen. Die Kernfusion ist im Prinzip der umgekehrte Prozess: Leichte Atome werden in schwerere Atome umgewandelt. Das ist derselbe Vorgang, der im Plasmakern der Sonne stattfindet und unseren Planeten mit jeder Menge Energie versorgt. Wenn man diesen Fusionsprozess auf der Erde imitieren könnte, wäre das wohl die Lösung für all unsere Energieprobleme – die Nutzung der Kernfusion könnte eine praktisch unbegrenzte Energiequelle bedeuten. Sie würde keine langfristigen Abfälle produzieren, keine Treibhausgase ausstoßen und kein Risiko von Kernschmelzen mit sich bringen. Deswegen träumt man schon lange von Kernfusionskraftwerken, doch bisher war das eben nur ein Traum. Es gibt unter Kernfusionsforschern den alten Witz: Fusionsreaktoren sind nur noch 20 Jahre entfernt! Und werden es auch immer sein! Dabei ist Fusion selbst technisch schon möglich. Doch das Problem ist, dass man am Ende ein Netto-Energie-Plus erzielen muss. Den Start der Energieerzeugung bezeichnet man als Zündung. Der derzeitige Rekord wurde 1997 vom Joint European Torus in Großbritannien aufgestellt, wo 16 Megawatt Leistung durch Magnetfusion erzeugt wurden, aber 23 Megawatt zur Zündung erforderlich waren. Das heißt: Beim besten Ergebnis, das man bisher erzielt hat, hat man netto jede Menge Energie verloren. 

Fusionskammer der National Ignition Facility

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Kernfusion zu erreichen: den magnetischen Einschluss, bei dem starke Magnete verwendet werden, um das Brennstoffplasma für sehr lange Zeiträume einzuschließen, und den Trägheitseinschluss, bei dem sehr starke und kurze Laserpulse verwendet werden, um den Brennstoff zu komprimieren und die Fusionsreaktion in Gang zu setzen. Bisher wurde die Magnetfusion bevorzugt, da die für die Trägheitsfusion erforderliche Technologie, insbesondere die Laser, nicht ausgereift genug waren. Die Trägheitsfusion erfordert nämlich wesentlich höhere Energiegewinne, um die von den Lasern verbrauchte Energie wieder auszugleichen. Jetzt aber hat man aber mit neuer Technik im Bereich des Trägheitseinschlusses einen bahnbrechenden Erfolg erzielt und zwar an der National Ignition Facility, kurz NIF, am Lawrence Livermore National Laboratory in den USA. 

Der Brennstoff für die Kernfusion befindet sich in winzigen Metallkapseln

Das NIF nutzt 192 Laserstrahlen, die über einen Zeitraum von einigen Nanosekunden insgesamt 1,9 Megajoule Energie erzeugen, um die Fusionsreaktion auszulösen. Der Brennstoff befindet sich in einer Metallkapsel von einigen Millimetern Durchmesser, die, wenn sie von den Lasern erhitzt wird, Röntgenstrahlen aussendet, die den Brennstoff erhitzen und komprimieren. Es handelt sich hier also wirklich um hochkomplizierte Prozesse, die sich auf einem winzigen Raum abspielen. Mit diesem Verfahren wurde am 8. August 2021 eine bahnbrechende Energieerzeugung von 1,3 Megajoule erreicht, der höchste Wert, der jemals mit dem Trägheitsverfahren gemessen wurde, also der Wert an erzeugter Energie, der der erforderlichen Zündungsenergie am nächsten kam. 

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Stehen wir jetzt also kurz vor dem Kernfusionszeitalter? Unbegrenzte Energie und ungeahnter technischer Fortschritt? Leider noch nicht ganz. Denn obwohl das Ergebnis am NIF ein wahrer Durchbruch war, wurde auch hier nur 70 Prozent der investierten Energie am Ende aus dem Fusionsprozess herausbekommen. Es ist also noch ein weiter Weg bis wir wirklich Fusionsenergie im großen Stil erzeugen können. Dennoch gibt es gute Gründe für Optimismus. Fortschritte in der Computertechnik, künstlicher Intelligenz, supraleitende Magnete, 3-D-Druck, Materialwissenschaft und mehr dürften dazu beitragen, die Herausforderungen auf dem Weg zu einem funktionsfähigen Fusionsreaktor zu meistern. Der Durchbruch beim NIF ist zum Beispiel zum großen Teil auf bessere Computermodelle zurückzuführen.

Prototyp des Reaktors der Firma General Fusion

Hinzu kommt, dass viele Unternehmen aus der freien Wirtschaft sich immer mehr im Bereich Kernfusion engagieren. Alleine im letzten Jahr wurden rund 300 Millionen Dollar von privaten Unternehmen in die Kernfusionsforschung investiert und einige Projekte sind bereits in vollem Gange. General Fusion zum Beispiel, das unter anderem von Jeff Bezos finanziert wird, plant für nächstes Jahr den ersten Spatenstich für eine Kernfusionsanlage. Commonwealth Fusion Systems, das von Bill Gates unterstützt wird, rechnet sogar damit, bis zum Jahre 2025 einen Nettoenergiegewinn durch Kernfusion zu erzielen.  

Noch mehr Informationen zum Stand der Dinge im Bereich der Kernfusion erhaltet Ihr in diesem Video:

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