Ist die Schwerkraft schneller als das Licht? 

Das Verhältnis von Schwerkraft und Licht

Nichts ist schneller als das Licht. Oder doch? Könnte es sein, dass die Schwerkraft schneller als das Licht ist? Und wir alle einsteinschen Naturgesetze über den Haufen werfen müssen? 

Wer genauer über die Schwerkraft nachdenkt, wird schnell verwirrt. Was ist Schwerkraft überhaupt? Der Nachweis eines Schwerkraftteilchens ist nach wie vor nicht gelungen und die Erklärung der Ursache dieser Kraft ist eines der größten Rätsel der Physik. Aber unabhängig davon, wie und ob die Gravitation quantenphysikalisch zu erklären ist, ist sie jedenfalls da. 

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Jeder beeinflusst die Raumzeit

Einer der verwirrendsten Aspekte der Gravitation ist, dass sie sofort, also instantan zu wirken scheint. Oder reist die Schwerkraft der Sonne, die die Erde festhält, etwa auch mit der Geschwindigkeit des Lichts zu uns? Um dieses Rätsel zu lösen, müssen wir etwas tiefer in die einsteinsche Physik eintauchen. Albert Einstein fand in seiner allgemeinen Relativitätstheorie heraus, dass Raum und Zeit untrennbar zusammengehören. Gemeinsam bilden sie die Raumzeit. Und Schwerkraft beeinflusst diese Raumzeit. Je schwerer ein Objekt ist, desto mehr wird die Raumzeit, die wir uns der Einfachheit wie eine Art Gitternetz vorstellen können, gekrümmt. Auch Ihr beeinflusst gerade durch euer Gewicht die Raumzeit.

Diagramm der Raumzeit

Eine weitere wichtige Erkenntnis Einsteins war, dass es eine maximale Geschwindigkeit im Kosmos gibt, diese bezeichnet man als Geschwindigkeit C. Die Relativitätstheorie besagt, dass sich die Geschwindigkeit von Licht, das sich durch ein Vakuum bewegt, nie verändert. Mit gerundet 300.000 Kilometern pro Sekunde hat Licht die höchste erreichbare Geschwindigkeit im Universum. Und das gilt übrigens nicht nur für Licht, auch wenn man landläufig immer von Lichtgeschwindigkeit spricht, sondern auch für alle anderen elektromagnetischen Wellen. 

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Warum nichts schneller als das Licht ist

Woraus ergibt sich diese maximale Geschwindigkeit? Ein Raumschiff, das durch den Kosmos fliegt, bewegt sich durch Raum und Zeit. Je schneller es sich durch den Raum bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit. Ihr erinnert euch an das Konzept der Raumzeit. Jetzt stellen wir uns ein Photon vor, ein Lichtteilchen. Das bewegt sich natürlich wesentlich schneller als ein Raumschiff, nämlich mit der maximalen Geschwindigkeit C. Diese Geschwindigkeit hat einen derart massiven Einfluss auf die Raumzeit, dass die Zeitkomponente komplett entfällt. Die Zeit wird so sehr verlangsamt, dass sie stillsteht – für das Licht existiert so gesehen keine Zeit. Und das stellt die maximale Ausreizung der Beziehung zwischen Raum und Zeit dar. Mehr als das Wegfallen der Zeitkomponente geht nicht und deswegen ist an diesem Geschwindigkeitspunkt die maximale Geschwindigkeit erreicht.

Das Licht von der Sonne braucht zu uns 8 Minuten – die Schwerkraft auch?

Warum ausgerechnet bei dieser Geschwindigkeit? Im Prinzip ist das die philosophische Frage, weshalb die Naturgesetze genau so sind wie sie sind. Es ist der Programmiercode unserer Realität. Wie die Gesetze der Matrix, die uns vorgeschrieben sind. Aber zurück zur Schwerkraft. Wie verhält sich die Gravitation in diesem Zusammenspiel von Geschwindigkeit, Raum und Zeit? 

Isaac Newton: Schwerkraft existiert ohne Zeit

Isaac Newton, der Entdecker der Schwerkraft, dem der Legende nach ein Apfel auf den Kopf gefallen sein soll, glaubte, dass sich diese Kraftwirkung ganz ohne zeitliche Verzögerung ausbreitet. Albert Einstein sagte in seiner Relativitätstheorie hingegen voraus, dass Gravitation sich ebenfalls nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen könne. Was stimmt denn nun? Wirkt denn nicht die Schwerkraft der Sonne sofort auf uns? Würde die Sonne nun verschwinden, wäre ihre Schwerkraft dann sofort weg oder würde es rund acht Minuten dauern, bis wir es bemerken? Das ist die Zeit, die auch das Licht von der Sonne bis zur Erde benötigt. 

Der Entdecker der Schwerkraft: Isaac Newton

Ein Forscherteam der University of Columbia hat vor Jahren ein cleveres Experiment gestartet, um diese Frage ein für alle mal zu klären und dabei half ihnen das Planetenschwergewicht unseres Sonnensystems, der Jupiter. Der Jupiter ist doppelt so schwer wie alle anderen Planeten des Sonnensystems zusammen, er bringt ordentlich was auf die Waage. Und so sah das Experiment der Forscher aus: Während der Jupiter durchs Blickfeld zog, beobachteten die Forscher mit mehreren kombinierten Teleskopen das Licht eines Quasars, also dem aktiven, energiereichen Zentrum einer weit entfernten Galaxie. Die von Jupiter ausgehende Gravitationskraft lenkte das Licht dieses Quasars minimal ab. Sie nutzten den Jupiter also als eine Gravitationslinse. Daraus konnten die Wissenschaftler die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwerkraft berechnen. Eine ebenso einfache wie geniale Methode. 

Schwerkraft ist so schnell wie das Licht

Und das Ergebnis: Die Schwerkraft wirkt nicht instantan, sie breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Dies wurde später auch durch die ersten Messungen von Gravitationswellen bestätigt. Gravitationswellen bezeichnen eine Art Vibrieren der Raumzeit, wenn zwei massereiche Objekte kollidieren. Wenn beispielsweise zwei Schwarze Löcher verschmelzen, beginnt das Gitternetz der Raumzeit zu wackeln und dieses Wackeln wurde erstmals im September 2015 von Wissenschaftlern der LIGO-Kollaboration erfolgreich nachgewiesen, nachdem Albert Einstein es schon knapp 100 Jahre zuvor vorausgesagt hatte. Gravitationswellen sind nur möglich, wenn die Schwerkraft sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Nach der newtonschen Physik, der bis dahin noch einige Wissenschaftler anhingen, wäre eine solche Welle nicht denkbar, denn die Schwerkraftwirkung würde die Erde ja sofort erreichen. 

Entstehung von Gravitationswellen

Also lange Rede, kurzer Sinn: Gravitation bewegt sich ebenso schnell wie das Licht, obwohl dies lange umstritten war, kann es nun als bewiesen betrachtet werden. Ein paar Folgefragen stellen sich da aber trotzdem noch, zum Beispiel: Wenn das so ist, weshalb kann dann Licht ein Schwarzes Loch nicht verlassen, Gravitation aber schon? Diese Vorstellung beruht auf einer falschen Vorstellung eines Schwarzen Lochs. Das Schwarze Loch sendet keine Gravitation aus seinem Inneren aus, sondern das Schwarze Loch ist selbst das Gravitationsfeld. Anders gesagt: Gravitation muss das Schwarze Loch gar nicht erst verlassen, das Schwarze Loch an sich ist ein eingefrorenes Gravitationsfeld. Gravitation kann statisch sein. Gravitationswellen sind so schnell wie Licht.

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Leben wir in einem Schwarzen Loch?

Schwarzes Loch

Befindet sich unser Universum in einem Schwarzen Loch? Dafür gibt es neue Hinweise. Was es damit auf sich hat, erfahrt Ihr in diesem Beitrag.

Wir könnten in einem Schwarzen Loch leben – und auch wenn Ihr jetzt denkt, dass ich vielleicht übergeschnappt bin: Ich bin mir sicher, dass ich euch gute Argumente dafür liefern kann. Starten wir mit einer Idee von Stephen Hawking. Hawking hielt es für möglich, dass jedes Mal, wenn in unserem Universum ein Schwarzes Loch erzeugt wird, ein „Baby-Universum“ entstehen könnte, das nur für einen Beobachter zugänglich ist, der sich innerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs befindet. Was für ein faszinierender Gedanke: Stellt euch mal vor, Ihr würdet von der Gravitation eines Schwarzen Loches erfasst, übertretet den Ereignishorizont und vielleicht erwartet euch dann nicht der Tod sondern ein gänzlich neues, aufregendes Universum. 

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Wenn man diese Idee von Stephen Hawking weiterspinnt, dann liegt der Gedanke nahe, dass auch unser Universum sich in einem Schwarzen Loch befinden könnte. Der Astrophysiker Ethan Siegel hat sich damit beschäftigt und viele Indizien zusammengetragen, die diese Theorie wahrscheinlich erscheinen lassen: “Könnte unser Universum tatsächlich von einem schwarzen Loch hervorgebracht worden sein, das in einer Art großem „Mutteruniversum“ entstanden ist, und gebären wir jedes Mal ein neues Universum, wenn ein neues schwarzes Loch entsteht? Das ist eine faszinierende Idee, die es wert ist, erforscht zu werden.”

Was ist ein Schwarzes Loch?

Dazu erstmal ein paar Grundlagen: Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, das verdichtet ist und so viel Schwerkraft besitzt, dass in einem gewissen Bereich selbst das Licht nicht mehr entkommen kann. Die Grenze dieses lichtverschluckenden Bereiches nennt man Ereignishorizont. Je schwerer das Schwarze Loch ist, desto weiter verschiebt sich der Ereignishorizont nach außen. Was hinter diesem Ereignishorizont geschieht, wissen wir nicht, denn, wenn dort selbst Licht nicht mehr herausdringt, dann kommen gar keine Informationen mehr heraus. Das bietet also jede Menge Raum für Spekulationen. 

Darstellung eines Schwarzen Lochs

Unser Universum ist ein mehrdimensionaler Raum, der permanent expandiert. Er expandiert zwar mit Überlichtgeschwindigkeit, so dass wir das Ende des Kosmos nicht erreichen können, aber entgegen weit verbreiteter Ansicht gibt es ein Ende – auch wenn es vermutlich nicht einfach eine Wand sein dürfte wie im Film die Truman Show. Oder vielleicht doch? Was wäre, wenn die Grenze unseres Universums der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs wäre, das sich in einem noch größeren Mutteruniversum befindet?

Größe des Ereignishorizontes = Größe des Universums?

Außergewöhnliche Behauptungen erfordern außergewöhnliche Beweise, hat schon Carl Sagan gesagt. Deswegen kommen hier nun einige Indizien, die eure Meinung ändern werden. Es gibt Schätzungen darüber, welches Gesamtgewicht das Universum wohl ungefähr haben müsste. Wenn man die Masse und Energie aller im sichtbaren Universum enthaltenen Teilchen zusammenzählt, kann man sich die Frage stellen: „Wie groß wäre der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit dieser Masse?“ Und das Ergebnis: Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit der Masse unseres Universums wäre ungefähr so groß wie die Ausmaße des beobachtbaren Universums. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das ein Zufall ist? 

Vielleicht wehren sich einige von euch immer noch und sagen: Das Universum ist viel zu groß, das kann nicht in einem Schwarzen Loch zusammengequetscht sein… oder?!

Befinden wir uns in einer Singularität?

Dröseln wir das mal auf. Was würde das bedeuten, wenn unser Schwarzes Loch im Zentrum eines Schwarzen Loches wäre. Das würde in der Tat bedeuten, dass es komplett zusammengequetscht wäre – um es mal sehr wissenschaftlich zu formulieren. Denn das Schwarze Loch selbst ist ein stark verdichteter, kleiner Punkt, eine Singularität, eine Masseansammlung ohne Ausdehnung. Je mehr das Schwarze Loch verschluckt, desto schwerer wird die Singularität – aber nicht größer, denn die besondere Eigenheit einer Singularität ist ja gerade, dass sie immer unfassbar klein bleibt und eine so winzige Ausdehnung besitzt, dass man sie nicht mit irgendeiner Größenangabe beschreiben könnte. Dieses Konzept der Singularität bereitet den Physikern schon lange Kopfzerbrechen. Denn ein unfassbar verdichteter Punkt ohne Ausdehnung steht ein bisschen auf Kriegsfuß mit den Gesetzen der Physik. 

Selbst Albert Einstein hat oft versucht, um das Ergebnis herumzukommen, dass Schwarze Löcher und Singularitäten existieren könnten – obwohl seine entdeckten einsteinschen Gesetze die Existenz von Schwarzen Löchern und damit auch Singularitäten voraussagten. Es ist unglaublich, dass er es selbst nicht wahrhaben wollte. Lange Rede, kurzer Sinn: Da wir keine Ahnung haben, welche bizarren Gesetze das Wesen der Singularität bestimmen, könnte es möglich sein, dass wir uns innerhalb einer solchen Singularität befinden und es nicht wissen. 

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Die Expansion des Kosmos durch Dunkle Energie

Die passende Größe des Ereignishorizonts eines potentiellen Schwarzen Loches und die des beobachtbaren Universums sind ein starkes Indiz. Ein weiteres könnte die Expansion unseres Kosmos sein. Seit der Entstehung des Universums, nach weit verbreiteter Meinung im sogenannten Urknall, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren wächst das Universum. Und begonnen hat es nach der Urknalltheorie in einer Singularität. Wie ein Schwarzes Loch. 

Der sichtbare Kosmos

Doch mysteriöserweise schwächt sich die Expansion nicht ab je länger der Urknall her ist – was ja zu erwarten wäre – sondern sie nimmt immer weiter zu. Warum ist unerklärlich und Physiker haben das Konzept der Dunklen Energie entwickelt. Dunkle Energie bringt den Kosmos scheinbar zum schnelleren Wachsen, aber niemand weiß, was Dunkle Energie ist. Wie wär’s damit: Dunkle Energie ist eine Interaktion unseres Kosmos mit dem Bereich außerhalb des Schwarzen Lochs, eine Interaktion mit dem Mutteruniversum. Vielleicht befindet sich das Schwarze Loch, in dem wir uns befinden, seit Anbeginn der Kosmologie in der Wachstumsphase, weil es weitere Materie verschluckt. Dadurch wird es schwerer und der Ereignishorizont, also die Grenze des beobachtbaren Universums, verschiebt sich nach außen. Ich weiß, es klingt fast zu nachvollziehbar, um wahr zu sein. 

Das Nichtvorhandensein Weißer Löcher

Und noch ein drittes Argument: Die Abwesenheit der Weißen Löcher. Klingt wie eine Fortsetzung zu Das Schweigen der Lämmer, meint aber einfach den Umstand, dass wir noch nie ein Weißes Loch in “freier Wildbahn” irgendwo im Kosmos entdeckt haben. Weiße Löcher sind das theoretische Gegenteil Schwarzer Löcher. Den Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches kann man nicht mehr von innen nach außen überschreiten, man ist im Schwarzen Loch gefangen. Den Ereignishorizont eines Weißen Lochs kann man nicht von außen nach innen überschreiten, ihr kommt nicht rein. Man könnte also sagen, dass Schwarze Löcher Materie verschlucken, Weiße Löcher spucken sie wieder aus. Und die Verbindung zwischen einem Schwarzen Loch und einem Weißen Loch könnte eine Einstein-Rosen-Brücke sein, besser bekannt unter dem Begriff Wurmloch. 

So könnte es in einer Einstein-Rosen-Brücke aussehen

Und jetzt das Mysteriöse: Weiße Löcher sind nach Albert Einsteins Relativitätstheorie denkbar. Und bisher hat man eigentlich irgendwann noch alles entdeckt, was laut Einsteins Theorien denkbar ist – Weiße Löcher aber noch nicht. Vielleicht ja aus folgendem Grund: Unser Universum ist durch eine Einstein-Rosen-Brücke mit dem Mutteruniversum verknüpft. Und deswegen haben wir noch ein Weißes Loch gefunden, weil uns der Blick in das Mutteruniversum, jenseits unseres Ereignishorizonts nicht möglich ist. Und genau so gut könnte es sein, dass jedes Schwarze Loch in unserem Universum euch in einem Tochteruniversum aus einem Weißen Loch ausspucken würde. Schwarze Löcher als Eingang in ein Wurmloch, dessen Ausgang ein Weißes Loch in einem anderen Universum sind. 

Das waren nun einige Argumente für die Hypothese, aber man muss natürlich auch festhalten, dass es keine Beweise sind. Ethan Siegel schreibt: “Was leider fehlt, ist der entscheidende Schritt einer eindeutig identifizierbaren Signatur. Wir wissen nicht, ob unser Universum durch die Entstehung eines schwarzen Lochs entstanden ist, aber zum jetzigen Zeitpunkt ist es eine verlockende Möglichkeit, die wir nicht ausschließen sollten.” 

Ich finde die Indizien relativ stark, aber denke mir auch, dass die Schwarze-Loch-Hypothese einen großen Nachteil hat: Sie verlagert die Frage nach dem Ursprung unseres Kosmos wieder nur auf eine andere Ebene. Wir wüssten dann zwar, dass unser Universum innerhalb eines Schwarzen Lochs entstanden ist – aber wie ist das Mutteruniversum entstanden? Auch so? Aber was war dann der Anfang von allem?! Und schon stehen wir wieder vor der größten Frage von allen und sind nicht wirklich weiter gekommen. 

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Mit dem Universum stimmt was nicht

Expansion des Universums

Astrophysiker sind angesichts neuer Daten absolut ratlos: Irgendwas stimmt mit dem Universum nicht. Müssen wir unsere Annahmen über die Physik über den Haufen werfen? 

Irgendwas stimmt mit dem Universum nicht. Den Eindruck könnte man derzeit auch jedes Mal bekommen, wenn man sich die Nachrichten ansieht. Aber darum geht es heute nicht, es geht um die Kosmologie. Neue Daten des Hubble Teleskops zeigen: Unser Verständnis des Universums passt hinten und vorne nicht zusammen. 

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Alles begann mit dem Urknall

Um das zu verstehen, gibt es zunächst ein paar grundsätzliche Fakten über das, was wir glauben, über die Kosmologie zu wissen. Das Universum begann nach herrschender Ansicht vor etwa 13,8 Milliarden Jahren mit dem Urknall. Alles, was es gibt, alles woraus Planeten bestehen, Sterne bestehen, alles woraus Ihr besteht, war in einem kleinen winzigen Punkt, einer sogenannten Singularität, zusammengequetscht. Zumindest die Grundlage dafür. Und aus ominösen Gründen begann diese Singularität plötzlich zu expandieren. Das Universum hat sich im Urknall selbst geboren. Am Anfang war es so klein wie eine Erbse, dann wie ein Keks und dann immer größer und größer.

Dunkle Energie treibt Expansion des Universums voran

Seitdem expandiert das Universum. Ob sich diese Expansion irgendwann mal abschwächen wird? Immerhin ist der Urknall fast 14 Milliarden Jahre her. Aber tatsächlich beschleunigt sich die Expansion des Universums – die Galaxien bewegen sich mit einer immer schnelleren Geschwindigkeit voneinander weg. Das ist unerklärlich und deswegen haben die Astrophysiker das Konzept der Dunklen Energie entwickelt. Es muss eine rätselhafte Kraft geben, die die Beschleunigung der Expansion antreibt. Was Dunkle Energie aber ist, weiß kein Mensch. Aber es muss sie in der ein oder anderen Form geben, ansonsten würde das Universum nicht immer schneller wachsen. 

Was bezeichnet die Hubble-Konstante?

So weit, so gut, das ist ganz grob zusammengefasst der aktuelle Stand der Kosmologie (in absoluter Kurzform natürlich). Der Vater der Kosmologie ist Edwin Hubble, der berühmteste amerikanische Astronom, der im frühen 20. Jahrhundert entdeckte, dass sich die meisten Galaxien voneinander weg bewegen. Nach ihm sind zwei Dinge benannt, die für diesen Beitrag wichtig sind: Die Hubble-Konstante und das Hubble-Weltraumteleskop. Die Hubble-Konstante bezeichnet die aktuelle Rate der Expansion des Universums. Da die Beschleunigung der Expansion sich verändert, braucht man diese Konstante und kann sie nicht einfach mit einer Zahl angeben wie z.B. 80 km/h oder so.

Edwin Hubble am Teleskop

Das Hubble-Teleskop war lange das beste Weltraumteleskop, das die Menschheit hatte – und es ist immer noch im Einsatz, obwohl jetzt bald das neue James-Webb-Teleskop seinen normalen Betrieb aufnehmen wird. Durch das Hubble-Teleskop haben wir viel über die Expansionsrate des Kosmos und die Position einzelner Galaxien gelernt, so dass man die Hubble-Konstante immer weiter präzisieren konnte. 

Auswertung der Hubble-Daten zeigt: Da stimmt was nicht

Aber jetzt kommt’s: Ein Forscherteam hat in mühsamer Arbeit nun Daten des Hubble-Teleskops ausgewertet, die seit über 30 Jahren erhoben wurden. Und diese Auswertung von Daten hat ergeben: Alles, was wir über die Expansion des Kosmos zu wissen glauben, passt nicht zusammen. Irgendwas kann nicht stimmen oder wir haben ein essentielles Detail noch nicht gefunden. Zwischen der Expansionsrate des Universums aktuell und der Expansionsrate des frühen Universums kurz nach dem Urknall gibt es eine Diskrepanz, die sich weder mit Theorien über die Dunkle Energie noch mit dem aktuellen Wissen über die Hubble-Konstante erklären lassen. Keine unserer vorhandenen kosmologischen Theorien können ansatzweise erklären, weshalb die Daten des Hubble-Teleskops diesen Unterschied zwischen den Expansionsgeschwindigkeiten des Universums in seinen jeweiligen Entwicklungsstufen ausgespuckt haben. 

Die von Hubble untersuchten Galaxien

Bei solchen Erkenntnissen, die das Verständnis der Astrophysik grundsätzlich durcheinander bringen, fragt man normalerweise immer zuerst: Das war doch bestimmt ein Messfehler, oder?! Aber in diesem Fall lässt sich das ausschließen. Angesichts der großen Hubble-Stichprobe besteht nur eine Chance von eins zu einer Million, dass sich die Astronomen aufgrund eines Messfehlers irren. Das Forscherteam hat über 40 Supernova-Explosionen ausgewertet, die über den gesamten Zeitraum von Hubbles Mission stattgefunden haben. Supernovae, die Explosion von Sternen am Ende ihrer Lebensspanne, eignen sich perfekt für Entfernungsbestimmungen im Weltraum. Der Leiter des Forschungsteams, Nobelpreisträger Adam Riess vom Space Telescope Science Institute sagt: “Wir haben eine vollständige Stichprobe aller Supernovae, die das Hubble-Teleskop in den letzten Jahrzehnten gesehen hat. Wir erhalten die präziseste Messung der Expansionsrate des Universums durch den Goldstandard der Teleskope.”

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Unbekannter Faktor sorgt für Diskrepanz

Wie hoch ist die Diskrepanz genau? Den Ergebnissen von Professor Riess zufolge liegen die Hubble-Messungen für die Expansion des Kosmos im nahen Bereich bei etwa 73 Kilometern pro Megaparsec. Berücksichtigt man jedoch die Beobachtungen des tiefen, frühen Universums, verlangsamt sich die Rate auf etwa 67,5 Kilometer pro Megaparsec. Megaparsec sind eine astronomische Längeneinheit für wirklich wirklich große Maßstäbe. Jetzt ist natürlich die Frage, wie diese erhebliche Diskrepanz zu erklären ist? Und warum selbst diese größte Auswertung von Hubble-Daten hinsichtlich der Expansionsrate keine Klarheit bezüglich der Hubble-Konstante gebracht hat. 

Im Prinzip bedeutet das, dass es einen gigantischen kosmologischen Faktor gibt, den wir einfach nicht kennen. Irgendein Faktor der Physik, der für diese extrem unterschiedlichen Ausbreitungsraten im lokalen und im frühen Universum sorgt, ist uns noch absolut unbekannt. Interessanterweise sieht Professor Riess das ganze locker. Er sagt: “Es ist am besten, die Expansionsrate nicht nach ihrem genauen Wert hinsichtlich der Zeit zu betrachten, sondern nach ihren Auswirkungen. Es ist mir egal, wie hoch der Expansionswert genau ist, aber ich möchte ihn nutzen, um etwas über das Universum zu lernen.”

Bringt James Webb die Auflösung?

Das neue James-Webb-Teleskop wird den Kosmos in noch nie dagewesener Genauigkeit untersuchen können. Es wird wie Hubble Entfernungsmessungen anhand von Supernovae und sogenannten Cepheiden vornehmen. Das sind Sterne, bei denen es extremst periodische Schwankungen in ihrer Helligkeit gibt. Anhand der Beziehung zwischen Leuchtkraft und Periodendauer dieser Sterne kann man sie zur Entfernungsmessung verwenden. James Webb wird uns vermutlich eine Antwort auf das Hubble-Paradoxon liefern und damit unser Verständnis des Kosmos revolutionieren. 

Cepheiden Periode

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Ein wahrer Super-Star: Sensationelle Aufnahmen der Sonne

Solar Orbiter vor der Sonne

Es gibt neue Aufnahmen der Sonne. In einer so hohen Auflösung, die absolut beeindruckend ist. Lest weiter, wenn ihr wissen wollt, was es mit dem Sonnenigel auf sich hat.

Unsere Sonne ist der wichtigste Himmelskörper unseres Sonnensystems. Sie macht über 99 Prozent der Masse des gesamten Sonnensystems aus und sorgt mit ihrer Schwerkraft dafür, dass die Planeten und Himmelskörper eine feste Bahn um sie herum bilden. Und nicht nur das: Sie versorgt uns mit Licht und Energie.

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Es ist aber gar nicht so einfach, die Sonne zu erforschen. Die Hitze des Sterns erschwert es den Forschern, Raumsonden zu bauen, die diesen extremen Bedingungen trotzen können. Die meisten Raumsonden erkunden daher lieber das äußere Sonnensystem – weit weg von der gefährlichen Hitze. Doch die Sonde Solar Orbiter der ESA hat das schwierige Unterfangen auf sich genommen und unseren Heimatstern erkundet. 

Detailliertes Foto vom Südpol der Sonne

Im Februar 2020 ist sie gestartet. Die ersten Bilder wurden nun veröffentlicht, die die Sonde von der Sonne geschossen hat. Und die sind wirklich faszinierend. Unten auf dem Foto sehen wir etwa den Südpol der Sonne in einer Detailvielfalt, die es vorher noch nie gab. Es ist das erste Mal überhaupt, dass, egal, ob aus dem Weltraum oder von der Erde, solch detaillierte Bilder von dieser Region der Sonne aufgenommen wurden. Der Südpol der Sonne ist übrigens besonders interessant. Wissenschaftler vermuten, dass dort das Magnetfeld der Sonne gebildet wird – wie das genau funktioniert, ist aber bislang noch ziemlich rätselhaft. 

Solar Orbiter hat dieses Foto vom Südpol der Sonne geschossen

Polsprung auf der Sonne

Die Sonne durchläuft einen elfjährigen Aktivitätszyklus, in dem die Intensität der Entstehung von Sonnenflecken und Sonneneruptionen ansteigt und wieder abnimmt. Auf dem Höhepunkt dieses Zyklus kehren sich die Magnetpole der Sonne um, der magnetische Norden wird zum Süden und umgekehrt, es kommt also zu einem Polsprung. Durch detaillierte Messungen der Vorgänge in den Polarregionen der Sonne durch den Solar Orbiter hoffen die Sonnenphysiker nun, das Geheimnis dieses seltsamen Verhaltens zu lüften. David Berghmans, Sonnenphysiker am Königlichen Observatorium von Belgien sagt: „Die Bilder sind wirklich atemberaubend. Selbst wenn der Solar Orbiter morgen aufhören würde, Daten zu sammeln, wäre ich noch jahrelang damit beschäftigt, all diese Dinge herauszufinden.“ 

Der Sonnenigel – ein Geysir auf dem Stern

Denn es gibt noch wesentlich mehr spektakuläre Bilder des Solar Orbiters. Unten sehen wir zum Beispiel einen seltsamen Geysir aus heißem und kaltem Gas, der von der Sonnenoberfläche in alle Richtungen ausströmt. So ein Phänomen hatte man vorher noch niemals beobachtet und die Wissenschaftler gaben dem Geysir den schönen Namen Sonnenigel. 

Ein echtes Foto von der Sonne: Der Sonnenigel

Wer sich die Bilder anschaut, muss sich gleichzeitig die riesigen Ausmaße vor Augen führen. Dieser Sonnenigel erstreckt sich über 25.000 Kilometer. Das ist zwar nur ein kleiner Bruchteil des gesamten Sonnendurchmessers von 1,4 Millionen Kilometern, aber dennoch ist dieser Igel aus Gas immer noch doppelt so groß wie die Erde. Irre wie klein wir sind! Durch welche Prozesse dieser Sonnenigel genau entstanden ist, ist noch rätselhaft. Hardi Peter vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung sagt: “Ein derartiges Phänomen haben wir bisher noch nie gesehen. Es ist unklar, was dort genau vor sich geht und wie diese Struktur entsteht” 

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Plasmaströme auf der Sonne

Und jetzt kommt noch eine spektakuläre Aufnahme. Was um alles in der Welt könnte das wohl sein? Wir werden hier wieder Opfer der sogenannten Pareidolie. Das bezeichnet die Tendenz von uns Menschen in unbelebten Objekten bekannte Muster oder Formen zu erkennen. Was hier aussieht wie eine Gestalt in der Sonne, ist in Wahrheit nur eine spezielle Anordnung von Plasmaströmen auf der Sonne.

Foto von der Sonne: Wer sieht hier auch eine Person in der Sonne?

Der Solar Orbiter wurde auf seiner Mission auch Zeuge einer heftigen Sonneneruption. Bei solchen Ereignissen werden Unmengen an Sonnenplasma und energiereichen Partikeln, dem sogenannten Sonnenwind, ins All geschleudert. In dieser vergrößerten Aufnahme sieht man gut, mit welcher gewaltigen Kraft Material aus der Sonne herausgeschleudert wird. Am 13. Oktober wird der Solar Orbiter der Sonne übrigens noch näher kommen, spätestens dann können wir uns also auf neue noch faszinierende Fotos gefasst machen. Er wird sich der Sonne dann bis auf 42 Millionen Kilometer nähern. Irgendwie ist das alles unglaublich, wenn sich mal vor Augen führt, dass wir jeden Tag um dieses gigantische Fusionskraftwerk namens Sonne rotieren. Mit diesen neuen Bildern des Solar Orbiters im Hinterkopf wird der nächste Sonnenuntergang sicherlich noch viel aufregender werden.

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Schwerkraft existiert nicht: Wahr oder falsch?

Schwerkraft der Sonne

Schwerkraft existiert nicht. Das behaupten zumindest einige Forscher. Gehen wir der Sache mal auf den Grund und klären, ob Einstein mit der Schwerkraft tatsächlich komplett falsch lag.

Die Schwerkraft – damit verbinden wir die Erkenntnis von Albert Einstein über Raum und Zeit. Raum und Zeit gehören untrennbar zusammen und bilden die Raumzeit, die wiederum von der Schwerkraft beeinflusst wird. Je schwerer ein Objekt ist, desto mehr krümmt es die Raumzeit. Das, was wir als normale Raumzeit erleben, ist die Raumzeit unter dem Einfluss der Gravitation der Erde. Die größte Raumzeitkrümmung in unserem Sonnensystem verursacht unsere Sonne, die 99 % Prozent der Masse des Sonnensystems ausmacht. In ihrer – nennen wir es mal: Raumzeitdelle rotieren die Planeten und andere Himmelskörper um sie herum. 

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Was ist Schwerkraft?

Die Schwerkraft ist eine der bestimmenden Kräfte des Kosmos. Und auch für uns ist sie von existentieller Bedeutung, denn ohne die Gravitation der Erde könntet ihr jetzt nicht auf dem Sofa sitzen und diesen Beitrag lesen. Aber wenn man der Sache mal genauer auf den Grund geht, wird es schnell ein bisschen ungemütlich. Was ist Schwerkraft überhaupt? Wir können sehr leicht beschreiben, wie Schwerkraft funktioniert. Wenn ihr euer Smartphone fallen lasst, können schlaue Physiker genau berechnen, wie schnell es durch die Anziehungskraft der Erde auf den Boden stürzen wird. 

Aber warum ist die Schwerkraft so, wie sie ist? Was ist Schwerkraft? Besteht sie aus irgendetwas? Gibt es eine Elementarteilchenstruktur, die die Schwerkraft ausmacht? Die Schwerkraft ist einfach da. Wie der Programmiercode eines Computerspiels, den wir nicht sehen können. Der Wissenschaftsjournalist Richard Panek hat das Thema Schwerkraft kritisch hinterfragt und kommt zu dem Schluss, dass Schwerkraft eigentlich in ihrer bekannten Form nicht existiert. Er schreibt: “Niemand weiß, was Schwerkraft ist, und so gut wie niemand weiß, dass niemand weiß, was Schwerkraft ist. Eine Ausnahme bilden die Physiker: Sie wissen, dass niemand weiß, was Schwerkraft ist, weil sie wissen, dass sie nicht wissen, was Schwerkraft ist.”

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Gravitation als Grundkraft der Physik?

Ganz schön verwirrend, oder? Was er damit sagen will: Während es dem Normalbürger nicht bewusst ist, sind Physiker sich absolut einig, dass niemand weiß, was Schwerkraft ist. Spätestens an diesem Punkt sind vermutlich alle ausreichend verwirrt. Vielleicht könnte man sagen: Die Schwerkraft ist die Anziehungskraft, die Dinge gerade nach unten fallen lässt. Wir können sagen, dass die Gravitation eine der vier Grundkräfte der Physik ist, aber die Gravitation ist innerhalb dieser Grundkräfte ein derartiger Ausreißer, dass es fast albern ist, sie als Kraft zu bezeichnen. Die starke Kernkraft oder auch starke Wechselwirkung genannt beispielsweise, die die Atomkerne intakt hält, ist etwa 100 Mal stärker als die elektromagnetische Kraft, die das Lichtspektrum erzeugt, die wiederum bis zu 10.000 Mal stärker ist als die schwache Kernkraft oder schwache Wechselwirkung, die die subatomaren Wechselwirkungen ermöglicht, die für den radioaktiven Zerfall verantwortlich sind. Drei Kräfte, die alle innerhalb von sechs Größenordnungen voneinander entfernt sind. 

Wenn ein Stein auf die Erde fällt: Das ist Schwerkraft

So hebt man Gravitation auf

Und dann kommt die Gravitation um die Ecke. Sie ist etwa – und jetzt haltet euch fest – eine Million Milliarden Milliarden Milliarden Mal schwächer als die schwache Kernkraft. Unfassbar wie schwach die Gravitation eigentlich ist. Um euch das zu verdeutlichen, bekommt ihr hier eine Idee für ein kleines Experiment: Legt eine Büroklammer auf euren Schreibtisch. Dort liegt sie verankert an ihrem Platz durch die Gravitationswechselwirkung mit dem gesamten Planeten unter ihr, mit der gesamten Masse der Erde. Man würde meinen, dass das gewaltige Gewicht der Erde die unfassbar leichte Büroklammer ziemlich stark festhält, oder? Nun nehmt Ihr einen Kühlschrankmagneten und haltet ihn über die Büroklammer. Und schwupps! Ihr habt die Gravitationskraft der gesamten Erde mit einer Handbewegung aufgehoben. 

Verglichen mit den anderen Grundkräften der Physik ist die Schwerkraft also echt schwach. Und das Seltsamste ist: Die Gravitation ist die einzige Kraft, für die es keine Quantenlösung gibt – also keine Theorie, die die Kraft mit Hilfe von subatomaren Teilchen erklärt. Also entweder sind wir einfach noch zu doof, um die Schwerkraftelementarteilchen zu entdecken oder es gibt sie nicht. Wenn die Gravitation aber nicht subatomar durch Teilchenwechselwirkung erklärt werden kann, dann ist sie im eigentlichen Sinne des Wortes keine Kraft. Sondern eher ein wundersamer Effekt, der einfach da ist, aber nicht durch eine Kraft auf Quantenebene verursacht wird. 

Darstellung einer Elementarteilchenstruktur

Also nehmen wir nochmal unsere Definition von eben und streichen das Wort “Kraft”, bleibt übrig: “Schwerkraft ist irgendwas, das Dinge gerade nach unten fallen lässt.” Was bedeutet im Weltraum “nach unten”? Ist das euer Smartphone eben nach unten gefallen? Der Weg scheint nur deshalb gerade zu sein, weil man relativ zur Erde stillsteht. Wie schon Galileo Galilei feststellte, erscheint die Flugbahn eines Steins, der vom Mast eines auf einem Fluss fahrenden Schiffes fällt, einem Beobachter am Ufer als ein Winkel. In ähnlicher Weise würde jemandem außerhalb der Erde, der ein Arrancino beobachtet, das auf unseren sich drehenden Planeten fällt, die Bahn als ein Winkel erscheinen. 

Aber die Erde umkreist auch die Sonne. Und da die Sonne das Zentrum der Galaxie umkreist, wäre diese Kurve des fallen Objekts sehr lang. Und die Galaxie bewegt sich auf andere Galaxien zu, und das Universum dehnt sich aus, und die Expansion beschleunigt sich: Wie lang und gekrümmt die Flugbahn des Arrancinos erscheint, hängt ganz davon ab, wo man sich im Verhältnis zu ihm befindet. Es ist nicht möglich einfach zu sagen: Ein Objekt fällt runter. Von unserer Definition bleibt jetzt nicht mehr viel übrig: “Schwerkraft ist irgendwas, das Dinge fallen lässt.” Ihr ahnt es schon, auch das lässt sich kaum halten. Schon Einstein hat richtigerweise festgestellt, dass nicht zwingend ein Stein auf die Erde fällt – sondern, dass man genauso gut argumentieren könnte, dass die Erde sich “von unten” auf den Stein zubewegt. Unsere finale Definition der Schwerkraft ist also: “Schwerkraft ist irgendwas” Richard Panek schreibt: “Wir können vorhersagen, was passiert, wenn zwei schwarze Löcher zusammenstoßen oder wenn wir einen Stein loslassen. Aber wir wissen nicht, wie sie das tut, was sie tut. Wir wissen, welche Wirkungen sie hat, und wir können die Ursache dieser Wirkungen als „Schwerkraft“ bezeichnen, aber wir kennen nicht die Ursache dieser Ursache.”

Schwarze Löcher haben eine enorme Anziehungskraft

Dieses gesamte Gravitationsparadox, das ich euch gerade beschrieben habe, bereitet den Physikern schon seit langer Zeit Kopfzerbrechen. Es gibt daher viele Wissenschaftler, die fest davon überzeugt sind, dass die Entdeckung einer quantenphysikalischen Lösung, eines Gravitationselementarteilchens, der absolute Schlüssel zum fundamentalen Verständnis des Kosmos ist, sozusagen der heilige Gral der Physik. Das ist möglich – aber ganz ehrlich, es ist genau so gut möglich, dass es ein solches Schwerkraftelementarteilchen nicht gibt und die Lösung dieses Rätsels unseren Verstand bei weitem übersteigt. 

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Mysteriöse Signale von Voyager 1

Darstellung der Voyager Sonde

Die Raumsonde Voyager 1 schickt seit einigen Tagen mysteriöse Signale zur Erde. Die NASA bezeichnet sie als anormal. Wurde die Sonde von Aliens gehackt? 

Es gibt wohl kaum von Menschen gebaute Maschinen, die uns so faszinieren wie die Voyager-Sonden. Voyager 1 und 2 erkunden schon seit Ende der 70er Jahre den Weltraum. Sie wurden also lange vor dem Zeitalter der modernen Computer und Smartphones gebaut und funktionieren trotzdem noch. Voyager 1 ist ungefähr 156 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt, also etwa 23,4 Milliarden Kilometer. Sie befindet sich weit außen im Sonnensystem jenseits der Bahn des Plutos in für uns Menschen völlig unbekannten Gefilden. 

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Voyager 1 in einer Weltraumsimulationskammer

Voyager-Sonden: Durchquerung der Heliopause

Da ist es erstaunlich, dass der Kontakt zur Sonde und die Datenübertragung überhaupt noch funktionieren. Der Datentransfer zwischen der Sonde und der Erde dauert rund 20 Stunden und 33 Minuten. Bis eine Nachricht gesendet ist und eine Antwort zurückkommt, dauert es rund zwei Tage. Aus diesen entfernten Weiten hat Voyager uns trotz der langen Übertragungsdauer schon viele spannende Informationen gesendet, zum Beispiel über die Heliosphäre. Die Heliosphäre ist eine gigantische Hülle, die von unserer Sonne erzeugt wird. Innerhalb der Heliosphäre verdrängt der Sonnenwind – also ein Partikelstrom, der von der Sonne ausgestoßen wird – das interstellare Medium nahezu komplett. Die Heliosphäre ist eine Art Schutzhülle, die unsere Sonne für uns erschafft und innerhalb derer wir vor dem potentiell gefährlichen Material, das sich zwischen den einzelnen Sternen der Milchstraße befindet, geschützt sind. Die äußere Grenze der Heliosphäre nennt man Heliopause und diese passierte Voyager 1 schon am 25. August 2012. Die Schwestersonde Voyager 2 durchquerte die Heliopause sechs Jahre später im Jahr 2018. 

Darstellung der Heliospähre am Rande unseres Sonnensystems

Doch nach all den Jahren zuverlässiger Datenübermittlung sendet Voyager 1 plötzlich sehr kuriose Daten zur Erde, aus denen sich die NASA-Wissenschaftler keinen Reim machen können. Haben vielleicht Außerirdische Voyager 1 gekapert und umprogrammiert und schicken nun bedrohliche Nachrichten zurück zur Erde? So schlimm ist es vermutlich nicht, aber die Signale sind tatsächlich rätselhaft. Es scheint so, als würden sie zufällig generiert werden. 

Meteorit

Flog wie die Sonden durch’s All: der Meteorit

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Was ist das AACS-System der Voyager-Sonden?

Das Ganze hat wohl etwas mit dem Attitude Articulation and Control System, kurz AACS, zu tun. Das AACS ist ein wichtiges System, denn es steuert die Ausrichtung von Voyager 1. Es sorgt unter anderem dafür, dass die Hochleistungsantenne von Voyager 1 genau auf die Erde ausgerichtet ist, damit sie Daten nach Hause senden kann – also absolut essentiell für die Kommunikation mit der Raumsonde. Alles deutet darauf hin, dass das AACS grundsätzlich noch funktioniert, aber die Telemetriedaten, die es zurücksendet, sind derzeit etwas bizarr. Ein bisschen wie ein Computer, der noch funktioniert, aber nur noch Quatsch anzeigt.

NASA: kein Grund zur Sorge

Die Ursache dafür ist noch ungeklärt. Die NASA denkt aber, dass kein Grund zur Sorge besteht. Zum einen hat sich das Signal von Voyager 1 in seiner Stärke nicht abgeschwächt, was darauf hindeutet, dass die hochempfindliche Antenne ihre vorgeschriebene Ausrichtung zur Erde beibehalten hat. Außerdem hat das Problem keine Fehlerschutzsysteme ausgelöst, die Voyager 1 in einen „safe Mode“ versetzen sollen – einen Zustand, in dem nur wesentliche Operationen ausgeführt werden, damit die Ingenieure Zeit haben, ein Problem zu diagnostizieren. Solange das nicht passiert, muss man wohl davon ausgehen, dass kein systemkritischer Fehler vorliegt. Suzanne Dodd, NASA-Wissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory sagt: “Ein Rätsel wie dieses ist in dieser Phase der Voyager-Mission ganz normal. Die Raumsonden sind beide fast 45 Jahre alt, was weit über das hinausgeht, was die Missionsplaner erwartet haben.”

Die Sonde Voyager 1

Die Chancen stehen gut, dass das NASA-Team das Problem beheben wird. Zunächst einmal ist es wichtig, festzustellen, ob die ungültigen Daten direkt vom AACS oder von einem anderen System stammen, das an der Erzeugung und Übertragung von Telemetriedaten beteiligt ist. Sobald die genaue Ursache dann bekannt ist, kann das Team bestimmen, ob dies Auswirkungen darauf haben könnte, wie lange die Sonde wissenschaftliche Daten sammeln und senden kann. Wenn sie die Ursache finden, können sie das Problem möglicherweise durch Softwareänderungen oder durch die Umstellung auf eines der redundanten Hardwaresysteme der Sonde lösen. So eine Backup-Lösung hat man schon mal erfolgreich verwendet. 2017 zeigten die primären Triebwerke von Voyager 1 Anzeichen von Erschöpfung, so dass die Ingenieure auf einen anderen Satz von Triebwerken zurückgegriffen haben, der ursprünglich bei der Erforschung der Planeten in der Frühphase der Voyager-Mission verwendet wurde. Diese Triebwerke funktionierten noch, obwohl sie 37 Jahre lang nicht benutzt wurden. 

Wie lange funken die Voyager-Sonden noch?

Es gibt einige Optionen, die die Datenübertragung von Voyager 1 noch retten könnten. Aber über kurz oder lang müssen wir uns darauf einstellen, dass solche Probleme immer häufiger auftreten. Voyager 1 ist in einem betagten Alter und befindet sich in einer extremst widrigen Umgebung. Suzanne Dodd sagt: “Wir befinden uns im interstellaren Raum – in einer Umgebung mit hoher Strahlung, in der noch kein Raumschiff zuvor geflogen ist. Es gibt also einige große Herausforderungen für das Ingenieurteam. Aber ich denke, wenn es einen Weg gibt, dieses Problem mit dem AACS zu lösen, wird unser Team ihn finden.”

Bislang ging man davon aus, dass die wissenschaftlichen Instrumente der Sonde wohl mindestens noch bis 2025 funktionieren werden und Kontakt sogar noch bis in die 2030er Jahre gehalten werden kann. Hoffen wir also mal, dass die schlauen Leute bei der NASA das Problem lösen können und wir noch einige Jahre Freude an Voyager 1 haben werden. 

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Graphen-Forschung: Hinweis auf Paralleluniversum entdeckt

Zwei parallel existierende Erden im Paralleluniversum

Physiker haben in einem Experiment durch Zufall Hinweise auf ein Paralleluniversum entdeckt. Existiert also wirklich noch eine andere Realität neben unserer? 

Wenn man sich die weltpolitische Lage anschaut, könnte man sich durchaus wünschen, dass das hier nicht die einzige Realität ist. Man könnte sich wünschen, dass es noch andere parallele Zeitlinien, parallele Universen gibt. Und genau darauf deutet nun eine Forschungsarbeit zweier Physiker der University of Maryland hin. Sie haben ganz zufällig Hinweise auf ein Paralleluniversum entdeckt.

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Graphen: eine atomare Bienenwabe

Eigentlich haben die beiden Forscher sogenannte Graphenschichten untersucht. Graphen bezeichnet eine bestimmte Anordnung von Kohlenstoffatomen in zweidimensionaler Struktur. In dieser Struktur ist jedes Atom im Winkel von 120 Grad von drei weiteren Atomen umgeben. Die Struktur ähnelt demnach ein bisschen einer Bienenwabe. Graphen hat als Material enormes Potential: Es hat sich herausgestellt, dass es Wärme und Elektrizität sehr gut leitet und einen geringen aktiven Widerstand besitzt, es ist also sehr flexibel. Dadurch ergeben sich viele – oftmals noch theoretische – Anwendungsfälle, unter anderem auch in der Raumfahrt. 

So sieht Graphen aus

Bei der Untersuchung der Graphenschichten entdeckten die Forscher sich wiederholende Muster, die die Art und Weise, wie sich Elektrizität innerhalb der Graphenstapel bewegt, veränderten. Optisch ähneln diese Graphendiagramme einzelnen Universen. Es wäre denkbar, dass sich die Wechselwirkungen, die zwischen einzelnen Graphenstapeln entstehen, auf andere Ebenen übertragen lassen – zum Beispiel auf die Wechselwirkung zwischen unserem Universum und anderen potentiell existierenden Paralleluniversen. 

Interaktion von zwei Graphenschichten

Das mag etwas kurios klingen, daher nochmal anders formuliert: Die Elektrizität in Graphenstapeln ändert ihr Verhalten, wenn zwei Graphenschichten miteinander interagieren. Man nennt das auch Moiré-Muster – diese entstehen, wenn sich zwei sich wiederholende Muster überlappen und eine der Schichten sich verdreht, verschiebt oder dehnt und es dadurch zu Wechselwirkung zwischen den Mustern kommt. Und die Forscher der Universität Maryland stellen nun die Hypothese auf, dass eine einzigartige Physik aus der Interaktion von Schichten auch anderswo entstehen könnte, vielleicht im gesamten Universum. Sie sagen, dass unser Kosmos auch nur ein Teil eines Moiré-Musters wäre. Unser Universum wäre also nur eine Hälfte, eine Graphenschicht, die mit einer anderen Hälfte interagiert, einer zweiten Realität, einem Paralleluniversum. 

Meteorit

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Klingt absurd? Schon, aber die Forscher haben die Physik der Graphenschichten in Simulationen für das gesamte Universum durchlaufen lassen. Das Ergebnis: Es passt perfekt. Die Simulationen wiesen als Ergebnis ein Universum wie unseres vor und sagten sogar die Expansion des Universums perfekt voraus. In einer Veröffentlichung der Universität Maryland heißt es: “Die Physik zweier Graphenblätter kann als die Physik zweier zweidimensionaler Universen umgedeutet werden, in denen Elektronen gelegentlich zwischen den Universen springen. Dies inspirierte die Forscher dazu, die Mathematik so zu verallgemeinern, dass sie auf Universen mit einer beliebigen Anzahl von Dimensionen, einschließlich unseres vierdimensionalen Universums, anwendbar ist, und zu erforschen, ob ein ähnliches Phänomen, das sich aus Moiré-Mustern ergibt auch in anderen Bereichen der Physik auftreten könnte.”

Darstellung des Moiré-Musters

Universum als Teil des Multiversums

Wir könnten uns das Universum dann wie die eine Hälfte eines Multiversums vorstellen – diese Entdeckung hat nichts mit esoterischer Interpretation von Paralleluniversen zu tun. So nach dem Motto: In einem Paralleluniversum läuft ein Doppelgänger von euch rum und immer wenn Ihr eine Verbindung zu ihm spürt, erlebt Ihr ein Déjà-Vu, oder so. Viel mehr könnte die Existenz dieser zweiten Schicht, dieses anderen Universums viele noch offene Fragen der Kosmologie beantworten: Warum und wohin dehnt sich das Universum aus? Warum beschleunigt sich die Expansion? Bislang wird die beschleunigte Expansion immer mit der Dunklen Energie erklärt – aber was das ist, weiß niemand. Es könnte doch möglich sein, dass die Dunkle Energie ein Effekt zwischen den beiden Universen ist, ein Effekt der Moiré-Muster wie zwischen den Graphenschichten. Der Co-Autor der Studie Victor Galitski sagt: “Wir denken, dass dies eine aufregende und ehrgeizige Idee ist. In gewisser Weise ist es fast verdächtig, dass es so gut funktioniert, fundamentale Merkmale unseres Universums wie die Inflation und das Higgs-Teilchen auf natürliche Weise vorherzusagen.”

Künstlerische Darstellung eines Paralleluniversums

Die Multiversumstheorie der Forscher der Uni Maryland könnte auch eine spektakuläre Antwort auf die großen Fragen der Quantenphysik sein. Die Quantenphysik beschäftigt sich mit den kleinsten Elementarteilchen und eines ihrer verwirrendsten Aspekte ist die Superposition. Elementarteilchen können gleichzeitig mehrere Zustände aufweisen. Ein Teilchen kann beispielsweise gleichzeitig zwei Drehrichtungen haben, den sogenannten Spin. Stellt euch mal vor, ein Fußball würde sich gleichzeitig in zwei Richtungen drehen. Die Superposition übersteigt irgendwie unser Verständnis der Physik. Könnte es nicht sein, dass das Multiversum die Antwort ist? In der einen Hälfte des zweigeteilten Kosmos hat das Teilchen die eine Drehrichtung und in der anderen Hälfte den anderen. Auch ein Aspekt namens Quantenverschränkung könnte damit erklärt werden. Auf Quantenebene können Teilchen miteinander verschränkt werden und sind dann de facto eins – obwohl sie möglicherweise unfassbar weit voneinander entfernt sind. 

Die spukhafte Fernwirkung

Selbst Einstein fand diesen Quanteneffekt so unheimlich, dass er ihn spukhafte Fernwirkung nannte. Vielleicht lässt sich die Verschränkung auch mit einem Effekt zwischen den beiden Universen erklären, mit einer Verbindung im Moiré-Muster. Dazu muss man sagen, dass die Hypothese der beiden Forscher kein Beweis für ein Doppel-Universum ist, aber es ist eine absolut nachvollziehbare Hypothese, dass sich die Effekte in Graphen-Schichten auch auf größere Ebenen übertragen lassen. 

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(7335) 1989 JA: Asteroid nähert sich der Erde

Darstellung eines Asteroiden und der Erde

Ein riesiger Asteroid nähert sich der Erde – und zwar am 27. Mai 2022. Ob da Grund zur Sorge besteht und Ihr euch schnell in den Bunker verziehen solltet, erfahrt Ihr in diesem Beitrag.

Die NASA ist wirklich eine sehr nette Organisation. Immerhin überwacht sie alle potentiell gefährlichen Asteroiden in der Nähe der Erde, um eventuelle Einschläge schon im Vorhinein erkennen und hoffentlich verhindern zu können. Diese Asteroiden und Kometen in Erdnähe bezeichnet man auch als NEOs, kurz für Near Earth Objects. Als NEO werden laut NASA alle astronomischen Objekte bezeichnet, die sich in einem Umkreis von etwa 48 Millionen Kilometer um die Erde bewegen. Die meisten dieser NEOs sind super winzig und würden selbst bei einem Einschlag keinen großen Schaden hinterlassen. Aber heute nähert sich ein sehr großer NEO der Erde. Es handelt sich um einen Asteroiden, der größer ist als 99 Prozent aller NEOs. Er ist sozusagen ein Riesen-NEO und die Astronomen haben ihm den leicht zu merkenden Namen (7335) 1989 JA gegeben. 

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Größter Asteroid in diesem Jahr

Nennen wir ihn der Einfachheit halber für den Rest des Beitrags Riesen-NEO. Er ist der größte Asteroid, der sich in diesem Jahr der Erde nähern wird. Wissenschaftler schätzen, dass er mit einer Geschwindigkeit von – und jetzt festhalten – 76.000 km/h unterwegs ist. Zum Vergleich: Das ist etwa 20 mal schneller als eine Gewehrkugel. Der größte Asteroid dieses Jahr nähert sich mit einer immensen Geschwindigkeit der Erde. 

Wird der Riesen-NEO heute gefährlich? 

Nein, Ihr könnt aus eurem Bunker wieder herauskommen, denn er wird nicht auf der Erde einschlagen. Er wird unseren geliebten Heimatplaneten in einem Abstand von vier Millionen Kilometern verfehlen. Das ist etwa der zehnfache Abstand zum Mond. Das klingt sehr viel, ist aber in astronomischen Maßstäben schon relativ nah dran. Und deswegen hat die NASA ihn auch als “potentiell gefährlich” eingestuft. Wie man immer sagt: Vorsicht ist besser als Nachsicht, vor allem bei Meteoriteneinschlägen. 

Die Umlaufbahn von (7335) 1989 JA

Apollo-Klasse der Asteroiden

Die Gefahr scheint für heute gebannt zu sein, aber wie sieht es denn in der Zukunft aus? Das tückische an Asteroiden wie dem Riesen-NEO ist, dass sie sich immer wieder der Erde nähern. Er gehört zu einer Asteroidengruppe, die als Apollo-Klasse bezeichnet wird. Das sind Asteroiden, die die Sonne umkreisen und dabei regelmäßig die Erdumlaufbahn kreuzen. Man kennt etwa 15.000 solcher Asteroiden. Im Falle unseres Riesen-NEOs müssen wir uns auch bezüglich des nächsten Rendezvous keine Sorgen machen. Er wird erst am 23. Juni 2055 wieder einen nahen Vorbeiflug an der Erde machen und uns dabei in noch größerer Entfernung als bei diesem Vorbeiflug verfehlen, nämlich in etwa der 70-fachen Entfernung zwischen Erde und Mond. 

Meteorit

Ein echter Meteorit für’s Wohnzimmer

Dieser Meteorit ist Lichtjahre gereist, um in deinem Regal zu landen!

Übrigens: Selbst wenn der Riesen-NEO einschlagen würde, würde es wohl nicht zum Weltuntergang führen. Zum Vergleich: Der Dino-Killer-Meteorit besaß wohl eine Größe von rund 15 Kilometern, der Riesen-NEO ist nur 1,8 Kilometer groß. Nichtsdestotrotz würde ein Einschlag eines Objekts dieser Größe erhebliche Schäden verursachen, nicht nur auf einen lokalen Bereich begrenzt. Man geht davon aus, dass alle Objekte mit einer Größe von über 500 Metern globale Auswirkungen haben, Milliarden von Menschen wären alleine von Sekundärfolgen einer derartigen Katastrophe betroffen, wie Druck- und Hitzewellen, einer sich anschließenden rapiden Abkühlung infolge einer starken Trübung der Atmosphäre durch Aerosole – ein sogenannter Impaktwinter – verbunden mit saurem Regen und gravierenden Ernteausfällen. Von den Primärfolgen gar nicht zu sprechen. Wenn der Riesen-NEO auf Berlin einschlagen würde, wäre die ganze Stadt dem Erdboden gleichgemacht.

Größenvergleich des Asteroiden mit Berlin

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Sensationelles Foto: Eine Tür auf dem Mars? 

Die Tür auf dem Mars

Dieses Foto vom Mars macht gerade die Runde. Handelt es sich hierbei tatsächlich um einen marsianischen Hauseingang? 

Die Fotos der Mars-Rover sorgen oft für viel Aufregung. Ein Klassiker ist das sogenannte Mars-Gesicht. Auf einem Foto des Orbiters Viking 1 aus dem Jahre 1976 sieht es verdächtig so aus, als gäbe es auf dem Mars eine Art Alien-Version der Osterinsel-Statuen. Doch mit besserer Bildtechnik wurde später klar, dass es sich einfach nur um einen ganz normalen Felsen handelt. 

Fotos des berühmten Mars-Gesichts
Nur eine Steinformation: Foto des Mars-Gesichts

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So ist das meistens mit den vermeintlich extraterrestrischen Bauwerken auf dem Mars. Dieses Mal sehen wir auf dem neuen Foto etwas, das aussieht wie eine Art Eingang, eine Tür auf dem Roten Planeten. Aufgenommen hat das Bild der NASA-Rover Curiosity, der mittlerweile schon ein Urgestein unter den Mars-Robotern ist. Er erkundet unseren Nachbarplaneten nun schon seit 2012, also seit zehn Jahren. Auf der Webseite der NASA lassen sich übrigens alle Fotos von Curiosity einsehen – es lohnt sich!

Die Tür auf dem Mars

Aber was ist denn nun mit der mysteriösen Mars-Tür? Zugegeben, das Ding sieht schon seltsam aus, die Formen scheinen sehr symmetrisch zu sein. Und mit sehr klaren, symmetrischen Formen verbindet man meist etwas künstlich Hergestelltes und keine natürliche Formation. In diesem Fall hilft es, einmal aus dem Bild herauszuzoomen. Unten seht ihr die Aufnahme von Curiosity in verschiedenen Zoom-Stufen. Es wird schnell klar, dass diese Mars-Tür sehr klein ist. Tatsächlich ist die Öffnung nur so groß, dass eine Katze gerade so hindurch passen würde. 

Die verschiedenen Perspektiven auf die Mars-Tür

Auf den Bildern ist zudem auch das Ende der Öffnung erkennbar. Es ist also relativ klar, dass es sich hier nicht um einen Gang handelt. Schade, unsere Alien-Fantasien müssen wir wohl direkt wieder begraben. Der Astronom und Schriftsteller Stuart Atkinson schreibt bei Twitter: “Nein, Curiosity hat keine Geheimtür auf dem Mars gefunden, die zu einer Marskammer, einer Gruft oder einem Einkaufszentrum führt. Es ist nur ein Riss im alten Gestein.“

Noch mehr Mars-Wissen mit diesem Buch

Leicht und lustig: Astro-Comics erklärt das Sonnensystem – Astro Tim erklärt in diesem Buch alles Wichtige über unser Sonnensystem. Der Mars ist natürlich auch dabei!

Was ist ein Scherbruch auf dem Mars?

Bleibt aber dennoch die Frage, wie eine solch kuriose symmetrische Formation entstanden ist? Die wahrscheinliche Erklärung ist ein bestimmter geologischer Prozess. Es ist zum Beispiel bekannt, dass es auf dem Mars heftige Beben gibt, also keine Erdbeben sondern Marsbeben. Erst am 4. Mai diesen Jahres wurde wieder ein starkes Marsbeben aufgezeichnet.

Aufzeichnung des Marsbebens im Mai 2022

Wenn es bei einem solchen Beben zu solch geformten Rissen im Gestein kommt, bezeichnet man das als Scherbruch. Vielleicht ist diese Marstür erst am 4. Mai durch das jüngste Marsbeben als marsianischer Scherbruch entstanden. Dies ist natürlich nur eine Hypothese, aber sie ist doch wesentlich wahrscheinlicher, als dass Marsmenschen eine winzige Tür ins Gestein gemeißelt haben. Auch wenn das natürlich die spannendere Erklärung wäre.

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Seltsame DNA: Sind Tintenfische Aliens?

Tintenfisch

Kommen Tintenfische aus dem Weltraum? Sind sie Aliens? In die Richtung geht eine Entdeckung, die Forscher nun über das Erbgut der Tintenfische gemacht haben. 

Eine Entdeckung deutet darauf hin, dass Tintenfische nicht von dieser Welt stammen. Tintenfische sind eine Unterklasse der sogenannten Kopffüssler, zu denen der leckere Sepia gehört, aber auch Kalmare und Kraken. Viele dieser Tiere besitzen erstaunliche Fähigkeiten und Intelligenz und können sogar Werkzeuge benutzen. Das ist vor allem für wirbellose Tiere bemerkenswert, denn die meisten wirbellosen Geschöpfe sind normalerweise etwas simpler gestrickt.

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Tintenfische sind komplexe Lebensformen

Da stellt sich die Frage: Wie konnten die Tintenfische eine so hohe Entwicklungsstufe erreichen, obwohl das für andere wirbellose Tiere unüblich ist? Ein Forscherteam hat sich zur Beantwortung dieser Frage das Genom von drei Vertretern der Tintenfische vorgeknöpft, einem Oktopus, einem zehnarmigen Tintenfisch und einem Kalmar. Und die Analyse der Tintenfisch-DNA offenbart Erstaunliches: Das Erbgut umfasst viel mehr Basenpaare als das anderer Mollusken, also anderer Weichtiere wie Muscheln oder Schnecken. Es ist das mit Abstand größte Genom unter den wirbellosen Tieren. Das Erbgut des Oktopusses erreicht sogar 90 Prozent der menschlichen Erbgutlänge – das alleine ist zwar noch kein Beweis für Intelligenz. Aber es zeigt, dass es sich bei Tintenfischen um äußerst komplexe Lebensformen handelt. 

Die Forscher fanden noch etwas heraus: Das Erbgut der Tintenfische unterscheidet sich in seinem Aufbau von dem aller anderen bekannten Lebewesen auf diesem Planeten. Die beteiligte Forscherin Hannah Schmidbaur von der Universität Wien sagt: „Durch unsere Forschung ist jetzt deutlich geworden, dass wir, um die Biologie der Kopffüßer zu verstehen, zuerst die genetischen Bausteine dieser Tiere verstehen müssen. Diese Bausteine scheinen sich aber radikal und in vielen Aspekten von dem zu unterscheiden, was wir von anderen Tieren kennen“. 

Was ist Syntenie?

Eigentlich sind die Genome aller Lebewesen in sehr ähnlicher Weise auf die Chromosomen aufgeteilt. Man bezeichnet diese genetische Grundstruktur als Syntenie und sie verbindet alle Lebewesen über 600 Millionen Jahre der Evolution hinweg. So unterschiedlich sich also die Lebewesen im Laufe der Zeit entwickelt haben, diese genetische Grundstruktur ist etwas, das Ihr zum Beispiel mit einer Kröte gemeinsam habt. Das indiziert, dass wir selbst mit diesen nun von uns so weit entfernten Lebewesen gemeinsame Vorfahren haben.

Chromosomen

Tintenfische scheren aber aus dieser evolutionären gemeinsamen Linie aus. Auf ihren Chromosomen sind die Gene völlig anders angeordnet und aufgeteilt als bei allen anderen Tiergruppen. Der Koautor der Studie Clifton Ragsdale von der University of Chicago sagt:  „Es gibt immense Umstrukturierungen des Erbguts – als wenn die ursprünglichen Gene in einem Mixer püriert worden wären.“

Ist das nicht eigenartig? Warum entwickeln einige Tiere eine komplett eigene genetische Bauanleitung, während alle anderen Spezies auf dem Planeten dies nicht tun? Die Ursache dafür ist völlig ungeklärt, aber es könnte den Tintenfischen in der Vergangenheit einen immensen evolutionären Vorteil gebracht haben. Die Genblöcke, auch genannt Mikrosyntenien, der Tintenfische enthalten nämlich fast keine neuartigen Gene, sondern nur neue Kombinationen von Genen, die auch von anderen Lebewesen bekannt sind. Diese einmalige genetische Anordnung könnte der Schlüssel zu den besonderen Fähigkeiten der Tintenfische sein. Man könnte sagen, durch die Umstrukturierung ihres Erbguts haben sie nicht die Regeln des evolutionären Spiels geändert, sondern sich direkt ein ganz neues Spielfeld gebaut und dadurch Fähigkeiten erlangt, die anderen Meeresbewohnern aus evolutionärer Perspektive verschlossen sind. 

Hol dir Dino-DNA nach Hause

Vor 235 Millionen Jahren betraten die Dinosaurier die Bühne der Welt und sie hinterließen uns… Kot! Im Laufe der Zeit ist er versteinert und kann heute als Fossil gefunden werden. 

Nachträgliche Veränderung der DNA

Eine Schlüsselrolle scheint dabei der Boten-RNA zuzukommen. Flashback 8. Klasse Biologie-Unterricht: Die Aufgabe der RNA besteht darin, die in der DNA gespeicherte genetische Information zu transportieren und zu übersetzen. Sie setzt die Erbinformationen also in die Praxis um. Bei den Tintenfischen haben die Forscher besonders häufig eine nachträgliche Veränderung dieser Boten-RNA festgestellt. Also, nachdem die genetischen Informationen abgelesen wurden und von der Boten-RNA transportiert werden sollten, wird sie noch verändert. Das kommt zwar auch bei Wirbeltieren, also zum Beispiel bei uns vor, aber wesentlich seltener als bei den Tintenfischen. Diese nachträgliche Veränderung einer bereits von der DNA abgelesenen mRNA-Bauanleitung kann dazu führen, dass aus einem Gencode unterschiedliche Proteine erzeugt werden können. Das wiederum erweitert die funktionalen Möglichkeiten der Proteinbildung und tatsächlich kam diese mRNA-Editierung besonders häufig in den neuronalen Geweben der Tintenfische vor, also in ihrem Gehirn. Das ist also in gewisser Hinsicht wie eine Superkraft für das Tintenfisch-Hirn, weil die Boten-RNA durch ihre nachträgliche Veränderung modifizierte Proteine erstellen. Wahrscheinlich funktioniert das auch bei Marvel-Superhelden ganz ähnlich – Spider-Mans Boten-RNA transportiert plötzlich auch Spinnen-Informationen, obwohl sie ein seiner menschlichen DNA etwas anderes abgelesen hat. 

Foto eines Oktopus

Viele Fragen sind aber jetzt noch offen. Vor allem: Warum haben die Tintenfische als einzige Spezies diesen evolutionären Stunt hingelegt? Es gibt Theorien, dass die Vorfahren der Tintenfische aus dem Weltraum kommen oder zumindest durch Faktoren aus dem Weltraum beeinflusst wurden. Klingt total verrückt? Ja, wird aber sogar in einer offiziellen wissenschaftlichen Studie behauptet. Darin heißt es: “Die transformativen Gene, die vom Vorfahren Nautilus über die gewöhnliche Sepia und den Kalmar bis zum gemeinen Tintenfisch führen, sind in keiner vorher bestehenden Lebensform problemlos zu finden. Daher lässt sich durchaus vermuten, dass sie aus einer weit entfernten ‚Zukunft‘ in Bezug auf die terrestrische Evolution oder realistischer aus dem Kosmos im Allgemeinen entliehen wurden.” 

Aber ist das wirklich eine realistische Erklärung? Ich denke, dass das zwar nicht komplett unmöglich ist, aber eher unwahrscheinlich. Dass die Vorfahren der Tintenfische quasi komplett aus dem Weltraum kamen, ist unrealistisch. Wie sollen sie das getan haben? In einem Kometen eingefroren und dann auf der Erde aufgetaut? Wie Calamari-Ringe aus dem Tiefkühlregal? Wohl kaum. Vielleicht gab es eine Art Panspermie-Ereignis und außerirdische Viren kamen auf die Erde, die dann das Erbgut der Tintenfische verändert haben. Aber wenn es wirklich einen derartigen Einfluss aus dem Weltraum gegeben haben sollte, warum sind dann nur die Tintenfische davon beeinflusst worden und keine andere Spezies auf diesem Planeten? Für mich sind das eher fernliegende Erklärungen, naheliegender ist einfach eine absolut außergewöhnliche evolutionäre Taktik, die aber keinen außerirdischen Faktor in sich trägt. 

 

Wollt ihr mehr tolle Video über Tintenfische sehen? Dann fangt doch mal mit folgenden Video von Astro-Tim an:

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