Sind Newtons Gravitationsgesetze falsch?

Sonne und Erde in einem Netz aus Schwerkraft

Diese Sternhaufen bewegen sich wirklich sonderbar und wirbeln unser Verständnis von Schwerkraft ordentlich durcheinander. Wissenschaftler überlegen nun sogar, ob Newtons Gravitationsgesetze überhaupt noch gültig ist. Oder ob jetzt die Stunde einer umstrittenen Gravitations-Alternative geschlagen hat. 

Astrophysiker stehen vor einem echten Rätsel, das Newtons Gravitationsgesetze ins Wanken bringt: Sie haben einen Sternhaufen beobachtet, der sich ganz und gar nicht an die Regeln der Physik hält. Denn die Verteilung der Sterne in dem Sternhaufen machen aus Sicht der Wissenschaftler überhaupt keinen Sinn, sofern man sich an Newtons Theorien hält. 

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Was ist ein Sternhaufen?

Bevor wir dieses wirklich seltsame Phänomen der falschen Bewegung von Sternhaufen weiter untersuchen, müssen wir erst einmal klären, was Sternhaufen überhaupt sind. Ganz platt gesagt: Sternhaufen sind Knubbel aus Sonnen. Sternhaufen sind Gebiete, in denen eine extrem hohe Dichte an Sternen vorherrscht. Die Sterne sind meist mehr oder weniger gleichzeitig in derselben Staub- und Gaswolke entstanden. Diese interstellare Molekülwolke ist zum Beispiel aus irgendwelchen Gründen kollabiert. Dadurch wurde es immer heißer in ihrem Inneren, immer dichter und immer heißer und plötzlich haben sich dann an der Stelle ganz viele Baby-Sonnen entzündet. Fertig ist ein Sternhaufen. 

Es gibt sogenannte offene Sternhaufen, da sind die Sterne meist noch relativ jung, bis zu einigen hundert Millionen Jahren, und sie befinden sich in den Spiralarmen der Milchstraße. Ihr kennt bestimmt die Plejaden, die man im Herbst und Winter perfekt am Himmel sehen kann. Die sind ein offener Sternhaufen. Und dann gibt es die alten Kugelsternhaufen, die um die zehn Milliarden Jahre alt sind und die sich in den äußeren Bereichen der Galaxis befinden, im sogenannten Halo.

die Plejaden
Wunderschön am Himmel: der Sternhaufen der Plejaden

Sternhaufen verhalten sich seltsam

Und die Sterne in Sternhaufen bleiben aufgrund ihrer eigenen Gravitation nah beieinander. Sie ziehen sich gegenseitig an. Diese Sternhaufen verhalten sich aber nun laut einer neuen Studie aus der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society absolut nicht regelkonform.

Sternhaufen verlieren regelmäßig Sterne, die sich dann in zwei sogenannten Gezeiten-Armen ansammeln. Welche Sterne zu einem Schweif eines Sternhaufens gehören, ist oftmals gar nicht so leicht zu bestimmen. Dafür brauchen die Forscher jede Menge Daten über das Alter der Sterne, der Richtung, in der sie sich bewegen und die Geschwindigkeit. 

Gezeitenarme von Sternhaufen

Hilfe bekommen sie von dem Weltraumteleskop GAIA, das die Bewegungen der Sterne in der Milchstraße misst und auch Aufschluss über die Verteilung von Sternen in Gezeiten-Armen geben kann. Ein Gezeiten-Arm befindet sich vor dem Sternhaufen, ein anderer Arm dahinter. Stellt euch vor, ihr habt einen leckeren Berliner, und in beide Seiten steckt ihr jeweils einen Zahnstocher rein. Der Berliner ist euer Sternhaufen. Die beiden Zahnstocher sind die Gezeiten-Arme. So weit, so lecker. 

Ein Gezeiten-Arm fliegt also immer vor dem Sternhaufen her. Der andere Gezeitenarm wird hinter dem Berliner, ähm, Sternhaufen, hergezogen. Der Wissenschaftler Jan Pflamm-Altenburg sagt dazu: „Nach den Newtonschen Gravitationsgesetzen unterliegt es dem Zufall, in welchem der Arme ein verlorener Stern landet“. Heißt für uns: In beiden Gezeitenarmen müssten sich gleich viele Sterne befinden. Und jetzt kommt es: Das ist nicht der Fall. Pflamm-Altenburg sagt weiter: „Wir konnten in unserer Arbeit aber erstmals nachweisen, dass das nicht stimmt: In den Haufen, die wir untersucht haben, enthält der vordere Arm stets deutlich mehr Sterne als der hintere.” Also, hatte Newton wohl irgendwie unrecht. Denn das Verhalten dieser Sterne widerspricht seiner Theorie von Gravitation.

Porträt von Isaac Newton
Isaac Newton: Stimmt seine Theorie von Gravitation noch?

Newtons Gravitationsgesetze

Aber was besagen Newtons Garavitationsgesetze überhaupt? Schauen wir mal ein paar Jahre zurück. Da formulierte Isaac Newton im 17. Jahrhundert das Gravitationsgesetz. Das wollen wir jetzt nicht im Wortlaut wiedergeben. Das soll einfach erklären, warum ein Apfel auf den Boden fällt, oder warum ihr, wenn ihr hochspringt, sofort wieder auf der Erde landet. Das ist Gravitation, genauer gesagt, die Anziehungskraft der Erde. Sie hält euch fest. Und das Newtonsche Gravitationsgesetz besagt, dass jeder Körper auf einen anderen Körper mit einer anziehenden Gravitationskraft einwirkt. Auch ihr zieht grad mit eurem Gewicht kleine Staubteilchen um euch herum an. Und je schwerer ihr seid, umso mehr zieht ihr an.

Mit dem Gesetz konnte Newton erstmals die Schwerkraft auf der Erde, die Anziehung des Mondes und die Planetenbewegungen um die Sonne erklären. Auch solch Phänomene wie die Gezeiten auf der Erde konnten mit diesem Gesetz erklärt werden. Klar gab es damals kleinere Unstimmigkeiten in Newtons Darlegungen, aber spätestens mit Einstein und seiner allgemeinen Relativitätstheorie wurden auch diese geklärt. 

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Alternative Gravitationstheorie: MOND

So und laut den Astrophysikern passt diese Theorie jetzt nicht zu den Bewegungen der Sternhaufen. Stattdessen haben sie eine alternative und in Fachkreisen höchst umstrittene Theorie aus der Schublade gekramt, mit der sich dieses Phänomen viel besser erklären lässt. Die sogenannte MOND-These. MOND steht für Modified Newtonian Dynamics oder auch für Theorie der Milgromschen Dynamik und diese Theorie wurde 1983 von dem israelischen Physiker Mordehai Milgrom ins Leben gerufen. 

Beruft man sich auf diese Theorie, könnte man davon ausgehen, dass es im vorderen Gezeitenarm des Sternhaufens mehr Sterne geben muss. Anders als die Newtonsche Theorie, die ja besagt, dass es in beiden Armen gleich viele Sterne geben muss. Und laut der Aufzeichnungen stimmen die Daten mit der MOND-These perfekt überein. Pavel Kroupa vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn erklärt, dass Sterne nach der MOND-These einen Sternhaufen durch zwei Türen, eine vordere und eine hintere, in die Gezeitenarme verlassen können. 

Gezeitenarm der Hyaden von Kroupa AG der Uni Bonn
Gezeitenarm der Hyaden, Quelle: Kroupa AG, Uni Bonn

Laut der Newtonschen Theorie müssten beide Türen gleich groß sein und gleich viel Sterne durchlassen können. Nach der MOND-Theorie ist die vordere Tür aber deutlich größer und kann dementsprechend viel mehr Sterne durchlassen, als der hintere Ausgang. Und die Verteilung der Sterne in den Gezeitenarmen stimmt ziemlich gut mit dem überein, was die MOND-These behauptet, nämlich, dass im vorderen Gezeitenarm viel mehr Sterne sind. 

Die Forscher entwickeln jetzt erstmal neue und genauere Simulationen, um die ersten Erkenntnisse zu prüfen und zu bestätigen. Wenn diese Erkenntnis wirklich bestätigt werden sollte, dann kann Newton einpacken. Denn die Newtonschen Gravitationsgesetze hätten in der Mond-Theorie keine Gültigkeit mehr. Wir müssten diese Gesetze dann überarbeiten und was das für Konsequenzen für die gesamte Physik hätte, könnt ihr euch sicherlich denken.

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Gibt es auf dem Mond Aliens?

Aliens auf dem Mond

Außerirdisches Leben direkt neben uns, Aliens auf dem Mond – die gibt es, glaubt zumindest ein renommierter Harvard-Professor. Gibt es auf dem Mond tatsächlich Aliens?

Der Harvard-Professor Avi Loeb fällt des Öfteren mit spannenden Theorien über Aliens auf. Er ist beispielsweise der größte Verfechter der Idee, dass der interstellare Asteroid Oumuamua kein gewöhnlicher Stein war, sondern eine Alien-Sonde. Der Durchflug von Oumuamua durch unser Sonnensystem im Jahre 2017 war eine echte Premiere. Es war das erste Objekt in unserem Sonnensystem, das eindeutig als interstellar identifiziert werden konnte, also aus einem anderen Sternsystem stammte. 

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Bei so gut wie allen anderen Asteroiden und Kometen in unserem Sonnensystem ist man sich sicher, dass sie auch hier in unserem System entstanden sind. Ein Objekt aus einem anderen Sonnensystem ist wirklich etwas Besonderes und es stellte sich eben naturgemäß die Frage, ob Oumuamua vielleicht absichtlich von Aliens geschickt wurde. Wirklich handfeste Beweise dafür gibt es bis heute nicht, aber Avi Loeb hält an seiner Theorie fest. Egal, ob man Avi Loeb zustimmt oder nicht, er argumentiert grundsätzlich seriös, ist Harvard-Professor und in der astronomischen Szene höchst anerkannt. Umso spannender ist es, dass er auch noch eine andere spektakuläre Idee auf Lager hat – und die betrifft unseren Mond! 

Darstellung von Oumuamua (ESO_M. Kornmesser)
Darstellung von Oumuamua (ESO_M. Kornmesser)

Aliens auf dem Mond?

Es geht um Aliens. Avi Loeb hält es für wahrscheinlich, dass es auf dem Mond Aliens gibt. Er schreibt dazu: “Die Idee ist, die Mondoberfläche als ein Fischernetz für interstellare Objekte zu betrachten, die sich im Laufe der Zeit angesammelt haben und möglicherweise Bausteine des Lebens aus den bewohnbaren Umgebungen um andere Sterne liefern.”

Auf den ersten Blick würde man unseren Mond nicht mit Leben in Verbindung bringen. Der Mond besitzt keine Atmosphäre, die Temperaturen sind extrem und auf der Oberfläche befindet sich im Prinzip nur Mondstaub, sogenannter Regolith. Aber gerade diese kargen Eigenschaften könnten ihn dafür prädestinieren, Spuren von Alien-Leben zu enthalten. Denn das Fehlen einer Mondatmosphäre garantiert, dass Substanzen, die den Mond aus den Tiefen des Weltraums erreichen, auf der Mondoberfläche landen könnten, ohne zu verglühen. Der Grund, weshalb wir auf der Erde Sternschnuppen sehen, ist ja letztlich nur, dass Steinchen aus dem Weltraum durch Reibung in der Atmosphäre verglühen. Das geht auf dem Mond mangels Atmosphäre nicht. Außerdem ist der Mond – so weit wir wissen – geologisch weitestgehend inaktiv. Keine Vulkane, keine Erdbeben. 

Ablagerungen auf dem Mond könnten Alien-Spuren enthalten

Und das bedeutet, dass die auf seiner Oberfläche abgelagerten Partikel erhalten bleiben und sich nicht mit dem tiefen Mondinneren vermengen, es gibt also keine Sedimentdurchmischung. Der Mond ist also wie eine Art kosmischer Briefkasten, der in den letzten Milliarden Jahren zuverlässig die Post aus dem All aufgefangen hat und sie nach wie vor für uns lagert. Doch wir Menschen haben uns bislang nicht besonders dankbar gezeigt und haben die Post noch nie geleert. Was für geheimnisvolle Zuschriften und Briefe aus den Weiten des Universums mag der Mond für uns bereithalten.

Unser Mond
Unser Mond: Leben dort eventuell Aliens?

Dabei könnten die Ablagerungen auf dem Mond wirklich hoch interessant sein. Denken wir mal zurück an Oumuamua – statistisch gesehen sind in den vergangenen Milliarden Jahren sehr viele solcher interstellaren Objekte in das Sonnensystem eingetreten und wenn wir in unserer Nähe irgendwo Ablagerungen davon finden, dann auf dem Mond. 

Avi Loeb sagt: “Sollten interstellare Impaktoren die Bausteine extraterrestrischen Lebens enthalten, könnte man diese Biomarker durch die Analyse von Mondoberflächenproben gewinnen. Die Identifizierung von Biomarkern aus Material, das aus der bewohnbaren Zone um andere Sterne stammt, würde uns Aufschluss über die Art des außerirdischen Lebens geben.”

Mondgestein analysieren und Aliens finden

Es klingt unglaublich, aber es ist absolut schlüssig: Durch die Analyse von Mondgestein könnten wir Spuren von außerirdischem Leben aus anderen Sternsystemen finden. Da fragen sich jetzt sicherlich einige von euch, ob wir da nicht einfach die Proben untersuchen könnten, die von den Apollo-Astronauten mit zur Erde gebracht wurden. Theoretisch schon, aber das ist natürlich nur eine begrenzte Probengröße und diese Steine sind auch schon lange kontaminiert, dadurch dass sie sich eben nun auf der Erde befinden. 

Buzz Aldrins Fußbabdruck im Regolith
Buzz Aldrins Fußbabdruck im Regolith

Um wirklich die Spuren von Alien-Leben im Regolith zu finden, müssten wir also Experimente direkt auf dem Mond durchführen. Und das könnte in den kommenden Jahren geschehen, denn im Rahmen des Artemis-Programm will die NASA wieder Astronauten auf unseren Trabanten schicken und sogar eine feste Basis auf dem Mond errichten. Stellt sich nur die Frage, wie wir dann feststellen können, ob das analysierte Mondgestein Spuren von extraterrestrischem Leben enthält – schließlich haben wir da keine Erfahrungswerte, wonach wir genau suchen müssen. 

Verhältnis der Isotope gibt Hinweise auf Aliens

Einen interstellaren Ursprung, also eine Herkunft aus einem fremden Sternsystem festzustellen, wäre gar nicht so schwer. Eine Abweichung vom einzigartigen solaren Verhältnis der Isotope von Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff würde da schon ausreichen. Aber das alleine wäre noch kein Nachweis von Aliens. Laut Avi Loeb bestehen aber durchaus gute Chancen, im Mondstaub die Biosignaturen von Alien-Leben zu finden. 

Auf der Erde etwa wurden die ältesten Mikrofossilien mit eindeutigen Beweisen für biologische Zellen, die vor etwa 3,4 Milliarden Jahren lebten, in der Strelley Pool Formation in Westaustralien entdeckt. Wenn man sich die Zeitspanne ansieht, in der der Mond schon existiert, ist es nicht unmöglich, dass wir Überreste von außerirdischen Zellstrukturen auf dem Mond finden, die durch interstellare Objekte in unser Sonnensystem gebracht wurden. 

Mikrofossil aus den Strelley Pools (Julien Alleon, GPL)
Mikrofossil aus den Strelley Pools (Julien Alleon, GPL)

Und das könnte uns dann direkt auch eine der größten Fragen der Astrobiologie beantworten: Ähnlichkeiten zwischen irdischem Leben und den potentiellen Überresten von Alien-Leben im Mondgestein würden darauf hindeuten, dass es überall einen einzigartigen biochemischen Weg für das Leben gibt, also dass das Leben im Prinzip überall ähnlich aufgebaut ist. Dann wüssten wir auch viel eher, nach welchen Signaturen von Leben wir auf weit entfernten Exoplaneten suchen müssten. 

Meteorit

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Panspermie: Leben verbreitet sich zwischen Sternsystemen

Ein solcher Fund würde außerdem beweisen, dass die Panspermie-Hypothese Realität ist, also die Idee, dass Leben sich durch den Weltraum zwischen Sternsystemen verbreiten kann. Das könnte sogar bedeuten, dass auch das Leben auf der Erde ursprünglich von ganz woanders, von einem weit entfernten Ort innerhalb unserer Milchstraße kam. Noch aufregender wäre es, Spuren von technologischen Geräten zu finden, die vor Milliarden Jahren auf der Mondoberfläche abgestürzt sind. Avi Loeb glaubt daran und sagt: “Das käme einem Brief einer außerirdischen Zivilisation gleich, der besagt: „Wir existieren. Ohne einen Blick in unseren Briefkasten würden wir nie erfahren, dass eine solche Botschaft angekommen ist.” 

Es ist definitiv einen Versuch wert, denn die andere Alternative, wirklich zu fremden Sternsystemen hinzufliegen und dort vor Ort Proben zu nehmen, würde bei unserem derzeitigen Stand der Technik viele Jahrtausende in Anspruch nehmen. Allein unser Nachbarstern Proxima Centauri ist 4,2 Lichtjahre entfernt. Würden die Voyager-Sonden, die sehr schnell sind, in Richtung Proxima Centauri fliegen, bräuchten sie immer noch über 70.000 Jahre. Unfassbar. Wenn Loebs Theorie stimmt, ist der Mond also unsere beste Chance um die Spuren von außerirdischen Leben zu entdecken.

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Mond-Rätsel gelöst: Warum die Seiten des Trabanten so anders aussehen

Kollisionen, riesige Krater und Seen aus flüssiger Lava – all das gab es auf unserem Mond, wie Wissenschaftler nun in einer spektakulären Entdeckung herausgefunden haben.

Wir schreiben das Jahr 1959. Eine Raumsonde der Sowjets ist auf einer absolut historischen Mission, vermutlich eine der historischsten der gesamten Menschheitsgeschichte. Lunik 3 soll das erste Mal die Rückseite, also die erdabgewandte Seite des Mondes erkunden. Der Mond rotiert um die Erde mit einer sogenannten gebundenen Rotation. Das bedeutet, wir sehen immer nur dieselbe Seite. 

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Was ist auf der anderen Seite des Mondes?

Seit Anbeginn der Menschheit haben unsere Vorfahren hoch zum Mond gesehen und sich gefragt: Was ist eigentlich auf der anderen Seite? Dieses Menschheitsrätsel sollte nun Lunik 3 lösen. Und tatsächlich: Lunik schickte das untenstehende Foto zurück. Das erste Mal, das die Menschheit die andere Seite des Mondes zu Gesicht bekam. Was für ein unglaublicher Meilenstein.

Lunik 3: Foto von der Rückseite des Mondes

Seit den Anfängen der Monderforschung steht die Wissenschaft vor einem großen Rätsel: Die erdabgewandte Seite des Mondes besitzt mehr Krater als die erdzugewandte Seite, die eher von riesigen gleichmäßigen Tiefebenen durchzogen ist, den sogenannten Mond-Maren. Auf der Darstellung unten seht Ihr die Unterschiede zwischen den beiden Seiten. 

Deutlich sichtbarer Unterschied zwischen den beiden Mondseiten

Weshalb es so große Unterschiede zwischen Vorder- und Rückseite gibt, war lange Zeit ungeklärt. Denn mit der frühen Entstehungsgeschichte des Mondes an sich ist es nicht zu erklären. Nach allgemein anerkannter Theorie entstand der Mond vor knapp viereinhalb Milliarden Jahren, als ein anderer Planet namens Theia die noch junge Erde gerammt hat. In diesem kolossalen Planeten-Crash ist ein riesiges Stück der Erde abgebrochen, Theia wurde komplett zerstört und aus den Überresten von Theia und den Stücken der Erde formte sich der Mond. Da er sich aus einer heißen Masse von planetarem Material formte, ist nicht wirklich ersichtlich, weshalb die beiden Seiten sich unterscheiden sollten. Vielmehr müssten sie relativ gleichmäßig aussehen. Irgendwas scheint also nach der Entstehung des Mondes noch passiert zu sein. 

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Einschlag ist Schuld für die unterschiedlich aussehenden Mondseiten

Der Planetenforscher Matt Jones von der Brown University ist dem Rätsel nun auf die Schliche gekommen und hat herausgefunden, was unserem Mond wahrscheinlich zugestoßen ist. Die Antwort ist, wie fast immer im Weltraum, eine Kollision. Scheinbar erlitt der Mond einige Zeit nach seiner Entstehung einen heftigen Einschlag. Das führte dazu, dass die erdzugewandte Seite sich in einen riesigen Lavaozean verwandelte. Die Unterschiede, die dadurch entstanden, sind mehr als nur oberflächlich, denn sie spiegeln sich auch in den geologischen Zusammensetzungen der beiden Seiten des Mondes wider. Der Einschlagsort ist das Südpol-Aitken-Becken, ein gigantischer Krater am Südpol des Mondes mit mehr als 1000 Kilometer Durchmesser. Und wenn Ihr euch diese Darstellung des Südpol-Aitken-Becken mal anschaut, stellt Ihr fest, dass es nicht genau am Südpol liegt sondern leicht in Richtung einer der Seiten des Mondes verschoben ist. 

Bild des Südpol-Aitken-Beckens auf dem Mond

Simulationen haben gezeigt, dass das der Einschlag, das sogenannte Südpol-Aitken-Becken-Ereignis, kurz SAB-Ereignis, das sich vor etwa 4,3 Milliarden Jahren ereignete, genau zur richtigen Zeit und am richtigen Ort stattfand, um Veränderungen auf nur einer Seite des Mondmantels auszulösen. Die durch den Einschlag erzeugte enorme Hitze hat den oberen Mantel auf der erdzugewandten Seite so stark erwärmt, dass es nach Ansicht des Forscherteams auf dieser Seite zu einer Konzentration von Kalium, Seltenen Erden, Phosphor und wärmeerzeugenden Elementen wie Thorium gekommen wäre. Und genau diese Elementmischung, die die Forscher in ihrer Simulation ausgerechnet haben, hat man auch in Bodenproben der erdzugewandten Seite des Mondes entdeckt, vor allem im sogenannten Procellarum KREEP Terrane, einer großen Anomalie auf der Mondoberfläche, die bekannt ist für ihren hohen Anteil an den eben genannten Elementen. 

Auf der Darstellung unten seht Ihr den Thorium-Gehalt der Mondoberfläche, wobei das Procellarum KREEP Terrane deutlich hervorsticht, und wir auf der erdabgewandten Seite des Mondes (rechts) kaum Thoriumvorkommen sehen. Das Szenario passt also perfekt: Durch das SAB-Ereignis wurde die erdzugewandte Seite des Mondes in eine gigantische heiße Lava-Hölle verwandelt, die wärmeproduzierenden Elemente wurden dort konzentriert und als die Oberfläche wieder fest wurde, verwandelte sie sich in die uns heute bekannten Mare, also in glatte ebene Strukturen.

Darstellung des Thorium-Gehalts auf dem Mond

Da es auf der erdabgewandten Seite keinen Lava-Ozean gab, hat der Mond dort kein solches Facelifting erhalten und die wärmebildenden Elemente fehlen fast komplett. Matt Jones beschreibt es so: “Wir zeigen, dass unter allen plausiblen Bedingungen, die zur Zeit der Entstehung vom Südpol-Aitken-Becken herrschten, diese wärmeproduzierenden Elemente auf der Nahseite konzentriert wurden. Wir gehen davon aus, dass dies zur Mantelschmelze beigetragen hat, die zu den Lavaströmen geführt hat, die wir an der Oberfläche sehen.”

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Unglaubliche Entdeckung: Im Erdkern liegen Tonnen von Helium

Forscher haben einen spektakulären Fund im Erdkern gemacht. Dort verbirgt sich etwas, das wohl schon seit der Entstehung der Erde dort schlummert: Helium-3.

Helium-3 kennt man aus vielen Science-Fiction-Filmen als begehrte Ressource auf dem Mond. Jetzt haben Forscher eine gigantische Menge davon im Inneren unserer Erde gefunden. Rund zwei Milliarden Tonnen des primordialen Isotops Helium-3 sind im Metall unseres Erdkerns gebunden. Und das ist wirklich eine erstaunliche Entdeckung, denn, obwohl Helium das zweithäufigste Element im Kosmos ist, kommt es auf der Erde relativ selten vor. 

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Woher kommt Helium?

Helium wird in Sternen wie unserer Sonne ausgebrütet – dort wird bei der sogenannten Kernfusion Wasserstoff zu Helium fusioniert. Aber auf der Erde ist Helium rar und der Grund dafür ist offensichtlich: Helium ist extrem flüchtig. Wenn es freigesetzt wird, steigt es nach oben und wird auch von der Erdschwerkraft nicht festgehalten. Ihr kennt das alle von Helium-Luftballons. In unterirdischen Hohlräumen können sich irdische Heliumvorräte aber halten. Dass im Inneren der Erde aber derart viel Helium-3 gelagert ist, das hätte wohl niemand gedacht. Es war zwar bekannt, dass es dort eine gewisse Menge an Helium gibt. Denn immerhin dringt aus vielen Vulkanen jede Menge Helium nach außen – aber mit zwei Milliarden Tonnen hat niemand gerechnet. 

Der Knaller auf jeder Party: Helium-Ballons

Helium-3: Schon immer dabei

Da stellt sich die Frage, wie diese Menge an Helium da hin kommt? Die Atome des Isotops Helium-3 entstanden schon kurz nach dem Urknall. Solche Isotope bezeichnet man auch als primordial. Sie waren von Anfang an dabei. Das bedeutet, dass das Helium-3 nicht durch Prozesse im Erdinneren entstanden ist, sondern dass die Erde es bei ihrer Entstehung eingesammelt haben muss. Vor etwa fünf Milliarden Jahren ist die Erde in einer gigantischen protoplanetaren Scheibe entstanden, eine riesige Ansammlung von Gas, Steinchen und Staub um die noch junge Sonne. In dieser protoplanetaren Scheibe hat sie dann auch riesige Mengen an Helium-3 eingesammelt, die seitdem in ihrem Inneren schlummern. So weit, so unmysteriös. 

Garantiert ohne Helium-Kern: Die Plüsch-Erde

Mit den Plüsch-Planeten von Astro Tim holt Ihr euch das Sonnensystem nach Hause! Fangt jetzt mit der Erde an und holt euch den süßen Planeten nach Hause:

Aber jetzt wirds knifflig: Die Erde hat in der Vergangenheit einen kleinen Unfall erlitten. Sie stieß mit einem Planeten namens Theia zusammen, der etwa die Größe des Mars besaß. Bei dieser Kollision ist ein großes Stück der Erde abgebrochen, aus dem sich schließlich der Mond geformt hat. Hätte sich bei diesem planetaren Crash, der schon viele Milliarden Jahre in der Vergangenheit liegt, nicht das gesamte innerhalb der Erde gespeicherte Helium nicht verflüchtigen müssen? Immerhin hatte die Erde nach dem Zusammenstoß ein riesiges Loch. 

Die Kollision der Erde mit Theia

Wie konnte also das riesige Helium-3-Reservoir im Erdkern den Zusammenstoß mit Theia überstehen? Die Antwort fanden nun Forscher der University of New Mexico in Albuquerque, die mithilfe von Laborexperimenten und geophysikalischen Modellen herausgefunden haben, dass der Helium-3-Vorrat sich sehr tief im Kern der Erde befinden muss, so tief, dass es vor der Kollision mit Theia geschützt war. Und der Grund für diese Tiefenlage ist in den Verhältnissen der damals noch sehr jungen Erde zu suchen. 

Das Helium der Ur-Erde

Damals war es auf unserem Planeten unangenehm heiß. Die Erde war bedeckt von riesigen Lava-Ozeanen, von Leben weit und breit keine Spur. Vermutlich hatte unser Planet damals Ähnlichkeit mit dem Lavaplaneten Mustafar aus Star Wars Episode 3, auch wenn es natürlich auf der Erde keine spektakulären Lichtschwert-Duelle gibt. Damals sah nicht nur die Oberfläche der Erde anders aus als heute, sondern auch ihre Atmosphäre – die war wesentlich heliumhaltiger. Und andauernd vermischte sich Helium aus der dichten Uratmosphäre der jungen Erde mit den Lavaozeanen, also in das geschmolzene Gestein. Als der Lavaozean abkühlte, blieb eine Menge Helium im nun festen Gestein gebunden. 

Aber ein Teil des Heliums sank wohl noch tiefer hinab. Die Forscher der University of New Mexico beschreiben es so: „Experimente zeigen, dass nur ein kleiner Anteil des in der Silikatschmelze gelösten Heliums in die eisenreichen Flüssigkeiten überging, während diese durch den Magmaozean in die Tiefe sanken. Aber dieses Wenige war genug, um substanzielle Mengen an Helium-3 in den Proto-Erdkern zu transportieren.“ Das bedeutet: Ein kleiner Anteil des Helium-3 verblieb nicht im Gestein, sondern sank mit schwereren Elementen wie Eisen tiefer in den Erdkern hinab. Und während der Großteil des im Gestein gebundenen Heliums durch den Crash mit Theia in den Weltraum geschleudert wurde, überdauert der Teil des Heliums, der in den Erdkern gesunken ist, dort bis heute. 

Die verschiedenen Schichten der Erde: Vom Mantel bis zum Kern

Aber die genauen Prozesse zwischen Erdkern und Erdmantel sind immer noch relativ mysteriös. Findet zum Beispiel ein Austausch des Heliums zwischen Kern und Mantel statt? Die Forscher denken, dass das neben Faktoren wie der Temperatur und der Beschaffenheit der Kern-Mantel-Grenze vor allem vom Konzentrationsgefälle zwischen beiden Erdschichten abhängt. Zwischen dem Erdkern und dem Erdmantel findet also ein stetiger Helium-Austausch statt und das Helium, das irgendwann von Vulkanen emittiert wird, stammt vermutlich ursprünglich aus dem Kern.

Es ist doch wirklich faszinierend, sich vorzustellen, dass in unserer Erde noch direkte Rückstände der Zeit kurz nach dem Urknall zu finden sind. Und so sieht es auch das Forscherteam, das schreibt: “Es ist ein Wunder der Natur und ein Schlüssel zur Geschichte der Erde, dass noch immer signifikante Mengen dieses primordialen Isotops im Erdinneren vorhanden sind”.

Ihr wollt mehr über das Helium in unserer Erde erfahren? Dann schaut euch das neue Video von Astro-Tim an:

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Flut und Überschwemmung: Was hat der Mond damit zu tun?

Der Mond und unsere Erde

In wenigen Jahren könnten uns heftige Überschwemmungen erwarten – Grund dafür ist der Mond. Klingt wie ein schlechter Hollywood-Film, ist aber Realität. Erfahrt hier, warum der Mond nicht nur ein treuer Begleiter der Erde ist, sondern auch für Hochwasser verantwortlich sein kann.

Habt ihr schon den neuen Katastrophen-Film Moonfall im Kino gesehen? Falls nicht: Herzlichen Glückwunsch, richtige Entscheidung. In dem Blockbuster geht es darum, dass der Mond auf die Erde stürzt. Mehr ist dazu nicht zu sagen, da die Handlung und die Umsetzung einfach absurd sind. Aber: Das Thema dieses Blog-Beitrags erinnert stark an den Emmerich-Streifen. Denn laut einer neuen Studie der NASA wird der Mond bald für Katastrophen auf der Erde sorgen, vor allem für starke Überschwemmungen in den Küstenregionen der Vereinigten Staaten. 

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NASA: Mehr Überschwemmungen ab den 2030er Jahren

Das NASA Sea Level Change Science Teams der University of Hawaii hat herausgefunden, dass ab Mitte der 2030er Jahre die Anzahl der Tage, an denen es zu Überschwemmungen kommt, bis zu viermal höher liegen könnte als heute. NASA-Administrator Bill Nelson sagt dazu: “Niedrig gelegene Gebiete nahe dem Meeresspiegel sind besonders gefährdet von den verstärkten Fluten – und es wird schlimmer werden. Die Kombination aus der Anziehungskraft des Mondes, dem steigenden Meeresspiegel und dem Klimawandel wird die Überschwemmungen an unseren Küsten und auf der ganzen Welt weiter verschärfen“

Überschwemmungen in einer Stadt
Überflutungen in einem Stadtgebiet

Neben dem Klimawandel soll also auch unser Mond verantwortlich für Fluten sein – unser treuer Begleiter, der uns schon seit Anbeginn der Zeit Licht in der Nacht spendet und unsere Fantasie anregt, hat sich nun also gegen uns gewandt? Was ist aus astronomischer Sicht dazu zu sagen? Der Mond und die Erde ziehen sich durch ihre Schwerkraft an und bilden einen Orbit umeinander. Nicht nur der Mond dreht sich um die Erde, auch die Erde dreht sich um den Mond, wenn auch in einem kleineren Ausmaße. Sie bilden einen gemeinsamen Schwerkraftmittelpunkt, ein sogenanntes Bary-Zentrum. Für Erde und Mond liegt das Bary-Zentrum knapp innerhalb der Erde, aber eben nicht genau in ihrem Zentrum. 

Umkreisung von Erde und Mond um ein gemeinsames Zentrum

Taumelzyklus und Präzession des Mondes

Der Mond bewegt sich nicht perfekt gleichmäßig um die Erde, sondern eher in einer elliptischen Bahn. Dadurch ist er mal etwas näher, mal etwas weiter von der Erde entfernt. Diese Unterschiede in der Position zur Erde bringen den Mond dazu, etwas hin und her zu taumeln. Dieses Taumeln bezeichnet man als Libration. Und die folgt einem gewissen Zyklus, einem Taumelzyklus. 

Libration des Mondes

Die Position des Mondes ändert sich auch im Rahmen einer sogenannten Präzessionsbewegung. Die kommt vor allem daher, dass der Mond nicht nur von der Schwerkraft der Sonne, sondern auch von der Erde erfasst wird. Dieses Gezerre bringt ihn zum Taumeln und führt zu einem Zyklus von 18,6 Jahren, in denen der Mond immer ein wenig anders zur Erde steht – und das hat Auswirkungen auf die Gezeiten. Denn durch die Schwerkraft des Mondes kombiniert mit seiner Bewegung um die Erde entstehen Gezeitenkräfte, die den Ozean auf der Erde beeinflussen, Stichwort Ebbe und Flut. In der einen Hälfte des Jahres-Zyklus des Mondes werden die Ozean-Gezeiten unterdrückt. Die Flut fällt dann schwächer aus als normal, die Ebbe stärker. Aber in der zweiten Hälfte des Zyklus ist es genau umgekehrt. Der Mond sorgt nun für stärkere Fluten und die Ebbe wird unterdrückt. Und genau hier sehen die NASA-Forscher die Gefahr. 

Mondphasen verstärken die Gezeiten

Natürlich gab es schon oft solche flutverstärkenden Mondphasen, nämlich eben alle 18,6 Jahre. Derzeit sind wir in einer solchen Phase. Aber die NASA-Forscher denken, dass der nächste Zyklus gepaart mit dem steigenden Meeresspiegel durch schmelzendes Eis eine besonders explosive Mischung sein könnte. Ab Mitte der 2030er Jahre könnte diese Kombination aus steigenden Meeresspiegeln und flutverstärkender Librationsphase dann zu wesentlich mehr Überschwemmungen führen. 

Natürlich sind solche Vorhersagen und Berechnungen nicht in Stein gemeißelt. Aber wenn es doch so kommt, wäre es besser, einige Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Der Forscher Dirk Notz vom Max-Planck-Institut für Meteorologie hat eine gute Idee: “Aus Vorsorgegründen würde ich derzeit empfehlen, dass man die neuen Deiche um einen Meter höher baut, aber jetzt schon einplant, dass man da bis Ende des Jahrhunderts möglicherweise noch einen Meter draufsetzen muss, falls die Eisschilde stärker abschmelzen, als wir das im Moment prognostizieren. Aber ein Meter zusätzlich sollte es dann im Moment doch schon sein.”

Fortschritt für Flutbekämpfung

Wie besorgt müssen wir deswegen sein? Wir können durch innovative Ideen und technologische Fortschritte solche Entwicklungen abfedern. Allein das uralte Konzept des Deiches – was damit alles möglich ist, zeigen uns die Niederlande. Unten seht Ihr eine Karte der Niederlande aus dem Jahre 1300 und daneben eine von heute. Durch geschickte Anwendung von Deichtechnologie und Trockenlegung haben die Holländer eine ganze Provinz, Flevoland, aus den Tiefen des Meers gehoben. 

Vergleich der Niederlande von 1300 und heute: Landgewinn durch Deichbau

Könnten wir nicht also in Zukunft durch immer fortschrittlichere Technologie dem Anstieg der Meeresspiegel trotzen? Man muss das Problem auf dem Schirm haben, sollte aber niemals in Panik oder Weltuntergangsstimmung geraten, sondern viel eher umso mehr auf Technik, Fortschritt und Wachstum setzen. Kurz gesagt mit leichtem Augenzwinkern: Wir sollten die Probleme unserer Erde mit der gleichen Zuversicht anpacken wie ein holländischer Deichbauer aus dem frühen 20. Jahrhundert!

Mehr zu den Flutwellen, die unser Mond auslösen könnte, erfahrt Ihr in diesem Video:


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SpaceX-Rakete stürzt unkontrolliert auf den Mond!

Eine Rakete befindet sich auf Kollisionskurs mit dem Mond und wird dort einschlagen, es wird der erste unkontrollierte Crash einer Rakete auf dem Mond in der Menschheitsgeschichte sein. 

Was passiert eigentlich mit Raketenteilen, wenn sie ihren Zweck erfüllt haben? Das kommt ganz auf das konkrete Teil an. Die Falcon 9 Raketen von Elon Musks Firma SpaceX sind teilweise wiederverwendbar. Die Erststufe kann nach der Abkopplung der Zweitstufe auf einer schwimmenden Plattform im Ozean oder nach einem Rückflug in der Nähe des Startplatzes landen. Das erste Mal gelang dies am 21. Dezember im Jahre 2015 – ein gigantischer Durchbruch für die Raumfahrt, weil es die Kosten immens reduziert, da nicht für jeden Raketenstart eine neue Erststufe gebaut werden muss. Und besser für die Umwelt ist diese Wiederverwendbarkeit natürlich auch. Aber was geschieht mit der Zweitstufe der Falcon 9? Die kommt nicht zurück und verglüht in der Erdatmosphäre oder bleibt im Erdorbit. Ein besonderes Schicksal erlitt aber die Zweitstufe der Falcon 9, die im Jahre 2015 1,5 Millionen Kilometer zum Lagrange-Punkt L1 flog. Dorthin sollte ein Erdbeobachtungssatellit der US-Wetterbehörde NOAA gebracht werden, um uns vor gefährlichen Sonnenstürmen warnen zu können.

In wenigen Wochen wird eine Falcon-9-Zweitstufe auf dem Mond einschlagen

Eigentlich sollte die Falcon 9 danach zurück in Richtung Erde und in der Atmosphäre verglühen. Allerdings genügte der Treibstoff nicht mehr, um wieder zur Erdatmosphäre zurückzukehren, weswegen die vier Tonnen schwere Raketenstufe jetzt schon seit sieben Jahre verirrt durchs All geistert. Es sah also so aus als würde die Rakete als Stück Weltraumschrott enden und bis in alle Ewigkeit durch die Leere des Kosmos schwirren – aber die Umlaufbahn der Falcon 9 veränderte sich irgendwann so, dass sie auf Kollisionskurs mit dem Mond geriet. Man kann sich das so vorstellen, dass die Rakete zwischen den Gravitationskräften der Erde, der Sonne und des Mondes hin und her geschubst wurde und ihre Bahn sich dadurch in eine sehr chaotische Richtung entwickelt hat. Prof. McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den USA beschreibt die Rakete so: 

“Sie ist tot – sie folgt einfach den Gesetzen der Schwerkraft. Sie gehört zu Millionen anderen Weltraumschrottteilen – Maschinen, die nach Abschluss von Missionen im Weltraum zurückgelassen wurden, ohne genügend Energie für die Rückkehr zur Erde zu haben. Im Laufe der Jahrzehnte gab es vielleicht 50 große Objekte, die wir völlig aus den Augen verloren haben.” 

Prof. Jonathan McDowell

Und jetzt gerade rast sie mit einer Geschwindigkeit von 2,5 Kilometern pro Sekunde auf unseren Mond zu und wird wohl in einigen Wochen dort einschlagen. Im Moment sieht es so aus, als würde der Einschlag am 04. März stattfinden. Und tatsächlich wird dabei wohl ein kleiner Krater auf dem Mond entstehen. Kann man dies von der Erde beobachten? Leider nicht, denn die Raketenstufe prallt höchstwahrscheinlich auf die von der Erde abgewandte Seite des Mondes ein. Und selbst neue wissenschaftliche Erkenntnisse wird es wohl nicht geben, da es sich zwar um den ersten unkontrollierten Zusammenstoß einer Rakete mit dem Mond handelt, aber nicht um die erste Kollision dieser Art überhaupt. Im Jahr 2009 führten Prof. McDowell und andere Astronomen ein Experiment durch, bei dem eine Rakete ähnlicher Größe auf dem Mond einschlug. Das Projekt trug den Namen Lunar Crater Observation and Sensing Satellite, kurz LCROSS.

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Infrarotkameras und Spektrometer analysierten das durch den Zusammenstoß aufgewirbelte Material, insgesamt fünf Tonnen Mondstaub und Gestein, aus der Südpolregion des Mondes, um herauszufinden, ob und wie viel Wasser dort im Gestein gebunden ist. Das unglaubliche Ergebnis: Allein am Südpol des Mondes lagert eine Wassermenge, die etwa der des Bodensees entspricht. Das Wasser ist aber natürlich gefroren, denn in diese Pol-Region dringt nicht genügend Licht und Wärme. 

Im Rahmen der LCROSS-Mission kam es zu einem kontrollierten Einschlag auf dem Mond

Der Einschlag selbst ist also keine große Sache, aber das dahinterstehende Thema besitzt durchaus einige Relevanz. Denn solche Weltraumschrottkollisionen werden in Zukunft immer häufiger werden. Wir reden jetzt schon von über 8.000 – 10.000 Tonnen Weltraumschrott, der sich im Orbit der Erde befindet.

Es werden noch jede Menge Objekte dazu kommen und das führt unweigerlich zu Kollisionen. Erst vor kurzem kam es wohl fast zu einem Zusammenstoß zwischen der chinesischen Raumstation Tiangong und einigen Satelliten von Elon Musks Firma SpaceX. Ein Zusammenstoß hätte nach der Einschätzung renommierter Astrophysiker die Tiangong völlig zerstört und alle Besatzungsmitglieder getötet. Dass jetzt eine SpaceX-Rakete ungeplant auf dem Mond einschlagen wird, sollte uns also zumindest eine Warnung sein. 


Noch mehr Informationen zu dem Einschlag der Falcon 9 auf dem Mond gibt es in diesem Video:

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