Pressestimmen
"Fazit: sehr interessante Sternenkunde aus einer lockeren Schreibfeder. Das Buch wird nicht nur dem Mann im Mond gefallen." (Life + Science )
Kurzbeschreibung
Wie entstand der Mond? Woher bezieht die Sonne ihre Energie? Was weiß man über unser Sonnensystem? Wie leben und sterben die Sterne? Was ist ein schwarzes Loch? Wie weit ist es nach Andromeda?
Das sind nur einige Themen aus dem Begleitbuch zur populären Sendereihe »alpha-Centauri«, welche die Autoren Harald Lesch und Jörn Müller auf ihrer unterhaltsamen Reise durch das Universum allgemein verständlich und ohne mathematischen Formelballast behandeln.
Das sind nur einige Themen aus dem Begleitbuch zur populären Sendereihe »alpha-Centauri«, welche die Autoren Harald Lesch und Jörn Müller auf ihrer unterhaltsamen Reise durch das Universum allgemein verständlich und ohne mathematischen Formelballast behandeln.
Klappentext
"Fazit: sehr interessante Sternenkunde aus einer lockeren Schreibfeder. Das Buch wird nicht nur dem Mann im Mond gefallen."
Life + Science
Life + Science
Über den Autor
Harald Lesch ist Professor für Theoretische Astrophysik am Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität München, Fachgutachter für Astrophysik bei der DFG und Mitglied der Astronomischen Gesellschaft. Einer breiteren Öffentlichkeit ist er durch die im Bayerischen Fernsehen laufende Sendereihe „alpha-Centauri“ bekannt. Seit September 2008 ist er Nachfolger von Joachim Bublath in der ZDF-Reihe „Abenteuer Forschung“.
Jörn Müller ist Physiker und hat am Deutschen Elektronensynchrotron "DESY" auf dem Gebiet Festkörperphysik promoviert. Er arbeitete in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen im Bereich Optik und Elektrofotografie und an der Entwicklung von Hochenergielasern. Nach seinem Studium der Astronomie ist er freiberuflich am Institut für Astronomie und Astrophysik an der Universität München tätig.
Jörn Müller ist Physiker und hat am Deutschen Elektronensynchrotron "DESY" auf dem Gebiet Festkörperphysik promoviert. Er arbeitete in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen im Bereich Optik und Elektrofotografie und an der Entwicklung von Hochenergielasern. Nach seinem Studium der Astronomie ist er freiberuflich am Institut für Astronomie und Astrophysik an der Universität München tätig.
Leseprobe. Abdruck erfolgt mit freundlicher Genehmigung der Rechteinhaber. Alle Rechte vorbehalten.
Die Erde
Gaia! Dich Allmutter werd ich besingen,
dich alte festgegründete Nährerin
aller irdischen Wesen.
Was die göttliche Erde begeht und was in den Meeren,
was in den Lüften sich regt,
genießen deine Fülle und Gnade.
Du hast Gewalt, den sterblichen Menschen zu geben und zu nehmen.
Homer
In der Geschichte unseres Planeten ist es weniger als ein Lidschlag her, dass der griechische Dichter Homer vor 2500 Jahren der Erde als Göttin huldigte. Gaia - die Erde, das war die allmächtige Mutter, die beschützt und ernährt. Aber Menschen erlebten und erleben noch heute die Erde auch als gewalttätig und erbarmungslos, wenn Naturkatastrophen wie Erdbeben, Vulkanausbrüche, Fluten und Stürme über sie hereinbrachen und hereinbrechen. Trotz jeglichen technischen Fortschritts - wenn der Urgrund aller Dinge sich auftut, der Boden unter unseren Füßen sich schüttelt oder der Himmel über uns seine Schleusen aufreißt, sind auch wir moderne Menschen den Naturgewalten hilflos ausgesetzt. Kaum eine Kultur hat deshalb die Erde nicht verehrt, gefürchtet und bewundert. Aber auch zu Dank sind wir ihr verpflichtet, noch heute feiern wir einmal im Jahr das Erntedankfest. In den Erdwissenschaften klingt der Name Gaia noch nach - in der Geologie, der Geografie und der Geophysik.
Wir verdanken diesem Materieklumpen, der mit über 100000 Kilometern pro Stunde um die Sonne rast, alles. Wir sind die Erde. Unsere Knochen sind gebildet aus den Mineralien ihrer Gesteine, wir atmen ihre Luft, und wir bestehen zu großen Teilen aus ihrem Wasser. Was für ein Planet, der eine solche Vielfalt an lebendigen Wesen hervorgebracht hat! Für uns Erdlinge ist diese Lebensvielfalt der Normalfall. Hin und wieder begeben sich einige von uns in eher lebensfeindliche Nischen unseres Planeten: auf Berge, die mehr als 8000 Meter hoch sind, in Wüsten mit Spitzentemperaturen von über 70 Grad Celsius oder in die Polarregionen, die Gebiete des ewigen Eises mit 50 Grad unter dem Gefrierpunkt. Selbst dort hat sich Lebendiges angesiedelt. Auf die Spitze aber treiben es die Organismen tief im Meer, in der unmittelbaren Nachbarschaft von Vulkanschloten, den so genannten »Black Smokers«, aus denen etliche hundert Grad heißes Material und Gas austreten. Die Einzeller dort leben ohne Licht und Sauerstoff. Das Leben ist überall auf unserer Erdkugel. Möglicherweise verdampft sie sogar Bakterien, die aus den höchsten Schichten der Atmosphäre in den Weltraum verschwinden - wer weiß?
Was wissen wir denn vom Boden, auf dem wir stehen, vom Wasser, das wir trinken, von der Luft, die wir atmen? Woher kommen die Bestandteile des Planeten? Wie begann er denn, unser Planet? War er denn schon immer so? Nein, er war nicht immer so! Er war vielmehr - also, eigentlich war er… Ach was, bevor wir uns hier zu kurz fassen, erzählen wir lieber die ganze Geschichte.
Die Geburt der Erde
Wie ist die Erde entstanden? Sie entstand zusammen mit dem Sonnensystem. Was können wir darüber »erzählen«?
Nach dem derzeitigen Stand der Forschung begann die Geschichte der Erde mit einer gewaltigen Explosion eines massereichen Sterns, einer Supernova. Woher man das weiß? Vom Studium der Meteoriten, die als Überreste bei der Entstehung des Sonnensystems übrig blieben. Eine große Bedeutung erhält hierbei die Untersuchung von Isotopen. Von was? Von Isotopen. Also gut, ab in die Kernphysik. Will man nämlich verstehen,was sich aus Steinen ablesen lässt, muss man wissen, wie Atomkerne aufgebaut sind und wie sie zerfallen.
Jedes Atom besteht aus einem Atomkern mit positiver elektrischer Ladung und negativ geladenen Elektronen, die den Kern umkreisen. Jedes chemische Element - zum Beispiel Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Eisen usw. - verfügt über eine bestimmte Anzahl von Elektronen. Da Atome elektrisch neutral sind, hat der Atomkern selbst eine positive Ladung, die der Summe der negativen Ladungen aller Elektronen im Atom entspricht. Der winzige Atomkern seinerseits besteht aus positiv geladenen Protonen und Neutronen ohne elektrische Ladung. Wäre das Münchener Olympiastadion das Atom, in dem die Elektronen herumsausen, dann wäre der Atomkern ein Reiskorn am Anstoßpunkt im Mittelkreis - so ein Atom ist also ziemlich leer.
Zurück zu den Elementen: Jedes Element besitzt eine genau festgelegte Zahl an Elektronen und Protonen. So hat Sauerstoff acht Elektronen in Umlaufbahnen und acht Protonen im Kern. Normalerweise sind auch acht Neutronen im Kern, die dem Atom zwar ein höheres Gewicht geben, aber an der elektrischen Ladung des Kerns nichts ändern. Ab und zu aber gibt es auch Sauerstoffkerne mit neun oder zehn Neutronen. Diese Abarten von chemisch völlig normal reagierendem Sauerstoff nennt man Isotope. Die Isotope von Elementen unterscheiden sich nur durch das Gesamtgewicht, nicht durch ihre chemischen Eigenschaften. Normaler Sauerstoff wird mit dem Symbol 16O gekennzeichnet, die schwereren Isotope sind 17O und 18O.
Im Allgemeinen würde man auf 2600 16O-Atome je ein Atom 17O und fünf Atome 18O finden. Bei der Untersuchung von Meteoriten dagegen, bei denen man davon ausgeht, dass sie sich seit der Entstehung des Sonnensystems im Weltraum befunden haben, stellte sich heraus, dass kleine Metalleinschlüsse im Meteorit reines 16O enthielten, also kleine seltenen Isotope. Für dieses Ergebnis gibt es keine chemische Erklärung, weil, wie gesagt, alle Isotope das gleiche chemische Verhalten aufweisen. Erklären lässt sich das nur durch die Vorstellung, dass das 16O seit der Entstehung des Sonnensystems in dem Meteoriten enthalten war. Nur in einer Supernova-Explosion bildet sich reines 16O ohne die seltenen Isotope.
Da in unserer Milchstraße etwa alle 30 Jahre eine Supernova explodiert, ist das zunächst keine Überraschung; irgendein großer Stern, der irgendwann explodierte, war die Heimat des Meteoritenmaterials. Wir kennen zwar nicht den Stern, der für den Meteoritenstoff verantwortlich war, denn der Stern hinterlässt, wenn überhaupt, nur einen sehr kleinen, ungefähr zehn Kilometer großen Überrest, der nur für einige Millionen Jahre noch beobachtbar ist: einen so genannten Neutronenstern. Davon an anderer Stelle mehr. Aber wir wissen, wie lange vor der Entstehung des Sonnensystems dieser Stern explodiert sein muss: nur einige hunderttausend Jahre!
Woher wir das wissen? Ebenfalls von Isotopen, dem Verhältnis von Magnesium zu Aluminium. Magnesium hat normalerweise 12 Protonen und 12 Neutronen. Viel seltener ist das Isotop 26Mg mit 14 Neutronen. In etlichen Meteoriten fand man mehr 26Mg als erwartet. Das könnte vom radioaktiven Zerfall des Aluminiumisotops 26Al herrühren. Die Zerfallszeit beträgt rund 750 000 Jahre, und da das 26Mg sich in Mineralien in den Meteoriten befand, in denen man normalerweise mit dem Vorkommen von Aluminiumatomen rechnet, ergibt sich als theoretisches Modell folgendes Bild: Weniger als eine Million Jahre vor der Entstehung des Sonnensystems fand in der Nähe eine Supernova statt, bei der Staubteilchen, die 26Al enthielten, in die Gaswolke hineingeschleudert wurden, die später das Sonnensystem hervorbrachte. Das Aluminium wurde eingeschlossen in die Minerale, die sich zu einem kleinen Asteroiden vereinigten. Während der langsame Prozess der Planetenbildung ablief, zerfiel das Aluminium in Magnesium. Irgendwann prallte dieser Asteroid mit einem zweiten zusammen und stürzte auf die Erde. 1969 fiel eines dieser Bruchstücke auf die Erde und damit den Wissenschaftlern in die Hände, die dieses Geheimnis aus dem außerirdischen Stein entschlüsseln konnten.
Tja, so ist das mit der Astrophysik - winzige Atomkerne können eine wirklich kosmische Geschichte erzählen, weil die Naturgesetze im Universum überall dieselben sind. Für einen Sauerstoff- oder Aluminiumkern gelten die Gesetze der Kernphysik überall in der gleichen Weise, und dabei ist es völlig egal, ob diese Elemente auf der Erde oder irgendwo im Universum...
Gaia! Dich Allmutter werd ich besingen,
dich alte festgegründete Nährerin
aller irdischen Wesen.
Was die göttliche Erde begeht und was in den Meeren,
was in den Lüften sich regt,
genießen deine Fülle und Gnade.
Du hast Gewalt, den sterblichen Menschen zu geben und zu nehmen.
Homer
In der Geschichte unseres Planeten ist es weniger als ein Lidschlag her, dass der griechische Dichter Homer vor 2500 Jahren der Erde als Göttin huldigte. Gaia - die Erde, das war die allmächtige Mutter, die beschützt und ernährt. Aber Menschen erlebten und erleben noch heute die Erde auch als gewalttätig und erbarmungslos, wenn Naturkatastrophen wie Erdbeben, Vulkanausbrüche, Fluten und Stürme über sie hereinbrachen und hereinbrechen. Trotz jeglichen technischen Fortschritts - wenn der Urgrund aller Dinge sich auftut, der Boden unter unseren Füßen sich schüttelt oder der Himmel über uns seine Schleusen aufreißt, sind auch wir moderne Menschen den Naturgewalten hilflos ausgesetzt. Kaum eine Kultur hat deshalb die Erde nicht verehrt, gefürchtet und bewundert. Aber auch zu Dank sind wir ihr verpflichtet, noch heute feiern wir einmal im Jahr das Erntedankfest. In den Erdwissenschaften klingt der Name Gaia noch nach - in der Geologie, der Geografie und der Geophysik.
Wir verdanken diesem Materieklumpen, der mit über 100000 Kilometern pro Stunde um die Sonne rast, alles. Wir sind die Erde. Unsere Knochen sind gebildet aus den Mineralien ihrer Gesteine, wir atmen ihre Luft, und wir bestehen zu großen Teilen aus ihrem Wasser. Was für ein Planet, der eine solche Vielfalt an lebendigen Wesen hervorgebracht hat! Für uns Erdlinge ist diese Lebensvielfalt der Normalfall. Hin und wieder begeben sich einige von uns in eher lebensfeindliche Nischen unseres Planeten: auf Berge, die mehr als 8000 Meter hoch sind, in Wüsten mit Spitzentemperaturen von über 70 Grad Celsius oder in die Polarregionen, die Gebiete des ewigen Eises mit 50 Grad unter dem Gefrierpunkt. Selbst dort hat sich Lebendiges angesiedelt. Auf die Spitze aber treiben es die Organismen tief im Meer, in der unmittelbaren Nachbarschaft von Vulkanschloten, den so genannten »Black Smokers«, aus denen etliche hundert Grad heißes Material und Gas austreten. Die Einzeller dort leben ohne Licht und Sauerstoff. Das Leben ist überall auf unserer Erdkugel. Möglicherweise verdampft sie sogar Bakterien, die aus den höchsten Schichten der Atmosphäre in den Weltraum verschwinden - wer weiß?
Was wissen wir denn vom Boden, auf dem wir stehen, vom Wasser, das wir trinken, von der Luft, die wir atmen? Woher kommen die Bestandteile des Planeten? Wie begann er denn, unser Planet? War er denn schon immer so? Nein, er war nicht immer so! Er war vielmehr - also, eigentlich war er… Ach was, bevor wir uns hier zu kurz fassen, erzählen wir lieber die ganze Geschichte.
Die Geburt der Erde
Wie ist die Erde entstanden? Sie entstand zusammen mit dem Sonnensystem. Was können wir darüber »erzählen«?
Nach dem derzeitigen Stand der Forschung begann die Geschichte der Erde mit einer gewaltigen Explosion eines massereichen Sterns, einer Supernova. Woher man das weiß? Vom Studium der Meteoriten, die als Überreste bei der Entstehung des Sonnensystems übrig blieben. Eine große Bedeutung erhält hierbei die Untersuchung von Isotopen. Von was? Von Isotopen. Also gut, ab in die Kernphysik. Will man nämlich verstehen,was sich aus Steinen ablesen lässt, muss man wissen, wie Atomkerne aufgebaut sind und wie sie zerfallen.
Jedes Atom besteht aus einem Atomkern mit positiver elektrischer Ladung und negativ geladenen Elektronen, die den Kern umkreisen. Jedes chemische Element - zum Beispiel Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Eisen usw. - verfügt über eine bestimmte Anzahl von Elektronen. Da Atome elektrisch neutral sind, hat der Atomkern selbst eine positive Ladung, die der Summe der negativen Ladungen aller Elektronen im Atom entspricht. Der winzige Atomkern seinerseits besteht aus positiv geladenen Protonen und Neutronen ohne elektrische Ladung. Wäre das Münchener Olympiastadion das Atom, in dem die Elektronen herumsausen, dann wäre der Atomkern ein Reiskorn am Anstoßpunkt im Mittelkreis - so ein Atom ist also ziemlich leer.
Zurück zu den Elementen: Jedes Element besitzt eine genau festgelegte Zahl an Elektronen und Protonen. So hat Sauerstoff acht Elektronen in Umlaufbahnen und acht Protonen im Kern. Normalerweise sind auch acht Neutronen im Kern, die dem Atom zwar ein höheres Gewicht geben, aber an der elektrischen Ladung des Kerns nichts ändern. Ab und zu aber gibt es auch Sauerstoffkerne mit neun oder zehn Neutronen. Diese Abarten von chemisch völlig normal reagierendem Sauerstoff nennt man Isotope. Die Isotope von Elementen unterscheiden sich nur durch das Gesamtgewicht, nicht durch ihre chemischen Eigenschaften. Normaler Sauerstoff wird mit dem Symbol 16O gekennzeichnet, die schwereren Isotope sind 17O und 18O.
Im Allgemeinen würde man auf 2600 16O-Atome je ein Atom 17O und fünf Atome 18O finden. Bei der Untersuchung von Meteoriten dagegen, bei denen man davon ausgeht, dass sie sich seit der Entstehung des Sonnensystems im Weltraum befunden haben, stellte sich heraus, dass kleine Metalleinschlüsse im Meteorit reines 16O enthielten, also kleine seltenen Isotope. Für dieses Ergebnis gibt es keine chemische Erklärung, weil, wie gesagt, alle Isotope das gleiche chemische Verhalten aufweisen. Erklären lässt sich das nur durch die Vorstellung, dass das 16O seit der Entstehung des Sonnensystems in dem Meteoriten enthalten war. Nur in einer Supernova-Explosion bildet sich reines 16O ohne die seltenen Isotope.
Da in unserer Milchstraße etwa alle 30 Jahre eine Supernova explodiert, ist das zunächst keine Überraschung; irgendein großer Stern, der irgendwann explodierte, war die Heimat des Meteoritenmaterials. Wir kennen zwar nicht den Stern, der für den Meteoritenstoff verantwortlich war, denn der Stern hinterlässt, wenn überhaupt, nur einen sehr kleinen, ungefähr zehn Kilometer großen Überrest, der nur für einige Millionen Jahre noch beobachtbar ist: einen so genannten Neutronenstern. Davon an anderer Stelle mehr. Aber wir wissen, wie lange vor der Entstehung des Sonnensystems dieser Stern explodiert sein muss: nur einige hunderttausend Jahre!
Woher wir das wissen? Ebenfalls von Isotopen, dem Verhältnis von Magnesium zu Aluminium. Magnesium hat normalerweise 12 Protonen und 12 Neutronen. Viel seltener ist das Isotop 26Mg mit 14 Neutronen. In etlichen Meteoriten fand man mehr 26Mg als erwartet. Das könnte vom radioaktiven Zerfall des Aluminiumisotops 26Al herrühren. Die Zerfallszeit beträgt rund 750 000 Jahre, und da das 26Mg sich in Mineralien in den Meteoriten befand, in denen man normalerweise mit dem Vorkommen von Aluminiumatomen rechnet, ergibt sich als theoretisches Modell folgendes Bild: Weniger als eine Million Jahre vor der Entstehung des Sonnensystems fand in der Nähe eine Supernova statt, bei der Staubteilchen, die 26Al enthielten, in die Gaswolke hineingeschleudert wurden, die später das Sonnensystem hervorbrachte. Das Aluminium wurde eingeschlossen in die Minerale, die sich zu einem kleinen Asteroiden vereinigten. Während der langsame Prozess der Planetenbildung ablief, zerfiel das Aluminium in Magnesium. Irgendwann prallte dieser Asteroid mit einem zweiten zusammen und stürzte auf die Erde. 1969 fiel eines dieser Bruchstücke auf die Erde und damit den Wissenschaftlern in die Hände, die dieses Geheimnis aus dem außerirdischen Stein entschlüsseln konnten.
Tja, so ist das mit der Astrophysik - winzige Atomkerne können eine wirklich kosmische Geschichte erzählen, weil die Naturgesetze im Universum überall dieselben sind. Für einen Sauerstoff- oder Aluminiumkern gelten die Gesetze der Kernphysik überall in der gleichen Weise, und dabei ist es völlig egal, ob diese Elemente auf der Erde oder irgendwo im Universum...
