Eine der größten Entdeckungen in der Astronomie

„Daß wir den Urknall, die Geburtsstunde unseres Universums vor 13.8 Mrd. Jahren sehen können, statt uns damit begnügen zu müssen, über ihn nachzudenken, verdanken wir einer zufälligen kosmologischen Entdeckung. Als ein Physiker namens Jim Peebles 1965 an der Universität Princeton Berechnungen durchführte, die die kosmische Expansion im Gedankenexperiment rückgängig machten, kam er zu dem verblüffenden Ergebnis, daß die Strahlung des Urknalls noch heute durch das Universum strömen müsse. Ja, sie müsse sogar nachweisbar sein. Er berechnete die zu erwartende Frequenz und und Stärke dieser Strahlung (Mikrowellenstrahlung—>f=150MHz/λ=2mm) und begann, zusammen mit seinen Kollegen Robert Dicke und David Wilkinson ein Instrument zu ihrer Messung zu bauen…

Zur gleichen Zeit machten sich, ohne daß die drei davon wußten, in den nahe gelegenen Bell Laboratories/New Jersey zwei Astrophysiker namens Arno Penzias und Robert  daran, mit einem bis dahin kommerziell genutzten Mikrowellendetektor ein wenig Astronomie zu betreiben. Als Penzias und Wilson, völlig uninteressiert an kommerziellen Anwendungen, aber scharf darauf, den Himmel zu erforschen, den Detektor für diesen Zweck kalibrierten, stellten sie ein seltsames Rauschen fest. Aber ganz gleich, wie beide den Detektor ausrichteten, das Rauschen trat auf und war allem Anschein nach äußerst unangenehm. Sie untersuchten jeden Zentimeter des Detektors und zogen sogar die Möglichkeit in Betracht, einige Tauben, die in der Antenne nisteten, könnten die Quelle des Rauschens sein…

Die sechs Meter große Hornantenne in Holmdel/New Jersey. Mit dieser Antenne zur Satellitenkommunikation wollten Penzias und Wilson 1965 ursprünglich Radiowellen aus der Milchstrasse untersuchen

Jetzt kommt wieder Princetown ins Spiel. Peebles Berechnungen hatten ergeben, dass wir, wenn das Universum anfangs überall heiß war, heute von der Reststrahlung überschwemmt werden müßten. Denn, so Peebles, weit in die Ferne schauen bedeutet weit in die Vergangenheit zu schauen. Und wenn es in ferner Vergangenheit eine Zeit gab, in der das Universum im Grunde ein einziger Feuerball war, dann mußte es möglich sein, so weit zu schauen, daß wir das noch brennnende Universum sehen. Anders ausgedrückt: Wenn das gesamte, möglicherweise unendliche Universum vor 13.8 Mrd. Jahren vor Strahlung nur so glühte, dann muß es Bereiche davon geben, die so weit entfernt sind, daß die Strahlung dieser Glut uns jetzt erst erreicht, nachdem sie die ganze Zeit durch das sich ausdehnende und sich abkühlende All unterwegs war.

„Wir werden dieses ferne, feurige Universum in jeder Richtung, in die wir schauen, sehen, wenn wir weit genug schauen. Wir schauen nicht auf Bereiche des Weltraums, die verschieden sind, sondern in eine Zeit, in der der gesamte Weltraum in Flammen stand.“

Die Hintergrundstrahlung muß also von überall her kommen, und zwar unabhängig davon, wo man sich befindet. Wenn man weit genug in die Ferne schauen kann, muß man die heiße Phase des Kosmos sehen. Die Tatsache, daß das Licht immer einen Weg zurück gelegt hat, d.h. aus der Vergangenheit kommt und daher Vergangenheit sichtbar macht, garantiert das. Immer und überall hat die Strahlung die gleiche Temperatur. Demnach müssen alle Bereiche des Weltalls zu einem früheren Zeitpunkt miteinander in Kontakt gewesen sein: beim Urknall. Peebles erkannte das und ließ sogar einen Vorabdrück eines Artikels zirkulieren, in dem er beschrieb, was seine Kollegen und er zu tun gedachten, um diese Strahlung aufzuspüren. Schließlich sprach sich die Nachricht auch bis in die 60 km entfernten Bell Labs herum. 

Es ist zu vermuten, daß Penzias sich in diesem Augenblick erst einmal setzen mußte, denn jetzt wußte er, daß er und Wilson die ersten Menschen waren, die den Urknall gesehen (gemessen) hatten. Penzias und Wilson veröffentlichten ihre Messungen und Ergebnisse im angesehenen „Astrophysical Journal“. 1978 erhielten sie den Nobelpreis für die erste Beobachtung dessen, was als kosmischer Mikrowellenhintergrund (KMH) bezeichnet wird.“ (bearbeitete Textpassagen aus (1))

Die Entdeckung dieses Phänomens ist seitdem eines der wichtigsten Indizes für die kosmologische Urknalltheorie, dem „Big Bang“, denn dieser Zeitpunkt gilt Physikern als der Beginn von Raum und Zeit. Der britische Astronom Martin Rees bezeichnet die kosmische Hintergrundstrahlung, also das schwache Nachleuchten des Urknalls, als das „Nachglühen der Schöpfung“. Der KMH wurde bereits 1948 von George Gamow, Ralph Alpher und Robert Herman vorhergesagt.

Übrigens: Die Meßapparatur, mit dem dieser sensationelle Nachweis gelang, befindet sich heut im Deutschen Museum München (6). Arno Penzias ist am 22. Januar dieses Jahres in San Francisco verstorben.

Images:

pixabay und Wikimedia Commons: Holmdel Horn Antenna Full View.jpg, Eril Dunham, Share Alike 3.0

Zum Nachlesen:

Halle, 02.06.2023

Es sind wissenschaftliche Erkenntnisse und Methoden, die den futuristischen Blick auf die Zukunft unserer Erde, unseres Sonnensystems und des Universums auf einem Zeitstrahl von Jahrmilliarden gestatten. Das neue Planetarium am Holzplatz 5 in Halle und weitere große Planetarien haben sich dieser interessanten Thematik angenommen:

„Unser Universum ist riesig groß und im Verhältnis zu einem Menschenleben unvorstellbar alt. Es ist ständig im Wandel. Vor etwa 14 Milliarden Jahren entstand es – aber das ist gegen die Zukunft, die noch vor ihm liegt, eine verschwindend kurze Zeitspanne. Fast überschaubar sind dabei noch Zeiträume von Jahrmillionen, in denen die Erde und das Leben ihr Gesicht verändern. Oder von Jahrmilliarden, in denen die Sonne das Ende ihrer Existenz erreicht und sich die gesamte Milchstraße spektakulär wandelt.

Was geschieht aber in noch viel fernerer Zukunft, in Zeiträumen, für die unsere Sprache keine Worte mehr findet? Was bleibt, wenn die Sterne verlöschen? Und steht am Ende vielleicht sogar so etwas wie die „Ewigkeit“ ? Hört die Zeit selbst auf zu vergehen? Die neue Planetariumsshow entstand in mehr als dreijähriger Arbeit als Kooperation von fünfzehn deutschsprachigen Planetarien. Sie wagt mit eindrucksvollen Bildern und spannenden Ergebnissen aus der aktuellen Forschung einen atemberaubenden Blick ins Unvorstellbare“ (1).

Die populärwissenschaftlich aufbereitete Bild- und Filmreise in die Zukunft und in die unvorstellbaren Dimensionenen unseres Alls ist eine atemberaubende Sicht auf unseren Makrokosmos. Und auf die in ihm ablaufenden Veränderungen. Die Reise konfrontiert uns allerdings sehr plastisch mit einer existenzbedrohenden Wahrheit: Dem unwiederbringlichen Untergang unseres Planeten und damit das Auslöschen jeglichen Lebens. Der wesentliche Grund dafür liegt in der Physik unserer Sonne begründet, deren steigende kernfusionsgetriebene Energieabstrahlung unsere Erde zunehmend aufheizen und unbewohnbar machen wird. Die Sonne selbst bläht sich bei diesem Prozess zu einem gigantischen roten Riesen auf, der seine thermo-nukleare Energie nun nicht mehr aus der Fusion von Wasserstoff zu Helium, sondern aus der Verschmelzung von Helium zu noch größeren Atomen (Kohlenstoff und Sauerstoff) bezieht. So jedenfalls die Wissenschaft.

Diese Realität macht betroffen und ist beängstigend, aber offensichtlich unausweichlich. Nicht heut und nicht morgen und nicht in den nächsten 50 Millionen Jahren. Denn die oben aufgezeigte Entwicklung des langsamen Aufblähens und der Temperaturerhöhung unserer Sonne wird schleichend verlaufen:

Die Astrophysiker gehen davon aus, daß bereits in etwa 500 Mio Jahren ein feuchtheißes Klima auf der Erde mit Temperaturen von 40-50°C herrschen wird. Mit der stetig ansteigenden Wärmestrahlung der Sonne entwickelt sich ein Treibhausklima, in dem das Wasser verdampft und der über extrem hohe UV-Strahlung aufgespaltene leichte Wasserstoff unsere Erdhülle verläßt. Unser Planet trocknet komplett aus, bis kein mehrzelliges Leben mehr möglich sein wird. Die Berechnungen sagen eine Erdtemperatur von 100 °C in etwa 1Milliarde Jahre voraus, die unsere Ozeane zum Kochen bringt und unseren Heimatplaneten zu einer trockenen Wüste verkommen läßt.  In ca. 3Mrd. Jahren schmelzen die gebundenen Metalle. Danach wird die Erde, die schon lange nicht mehr lebensfähig ist, aufgeschmolzen und von der Sonne eingefangen und verdampft sein. Dieses Schicksal wird sie mit dem Merkur als dem sonnennächsten Planeten und möglicherweise auch mit der Venus teilen. Unsere Sonne selbst wird in ca. 5-6 Mrd. Jahren und nach dem völligen Erlöschen ihrer Kernfusionen vom Roten Riesen zu einem nur noch schwach glimmenden Weißen Zwerg zusammenfallen.

Die Sonne- seit 4.5Milliarden Jahren ein gigantischer Lebensspender. Sie wird aber auch unser Leben beenden.

Die am Ende tödliche Wechselwirkung zwischen unserem Heimatplaneten und der erhöhten Sonnenaktivität des dann aufgeblähten roten Riesensterns scheint jedoch ein ziemlich sicher vorhersagbarer Prozeß. Insbesondere dann, wenn andere Katastrophen in Erdnähe (nukleare Konfrontationen, Supernovae, Asteroiden-Kollisionen o.a.) dem nicht zuvorkommen.

Daß es nach astrophysikalischen Berechnungen in etwa 4 Mrd. Jahren zu einem weiteren kosmischen Spektakel, nämlich dem Zusammenprall unserer Milchstraße mit der benachbarten Andromeda-Galaxie kommen wird, sei nur am Rande vermerkt…

Seit langem auf Kollisionskurs: Unsere Milchstraße und die benachbarte riesige Andromeda-Galaxie. Beide Galaxien sind Sterneninseln aus 100-200 Mrd. Sonnen. Sie rasen mit einer Geschwindigkeit von ca. 120km/s schneller aufeinander zu, als sich unser Universum ausdehnt. (Foto: Pixabay)

Die Simulation des kosmischen Zusammenstoßes, welcher sich -wenn die NASA-Berechnungen stimmen- in etwa 4Mrd. Jahren ereignen wird (Foto: NASA)

Und nein, die Klimaveränderungen unserer Gegenwart beruhen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf menschengemachten(!) Zusammenhängen (Zerstörung der Erdatmosphäre, Versauerung der Ozeane usw.) in einem kurzen Zeitraum der bisherigen Erdgeschichte. Aber auch hier droht Unheil, sollte ab dem sogenannten Point-of-no-Return, einem globalen Temperaturanstieg zwischen 1.5-2°C, die Erderwärmung unkontrolliert weitergehen. Dann werden die Grenzen der Anpassungsfähigkeit für Natur und Mensch im Kollaps enden: Man kann sich nicht dauerhaft an Temperaturen von deutlich über 40° C anpassen und eine Landwirtschaft ohne Regen ist nicht denkbar. Die Erde wird unbewohnbar werden wie die heiße Venus… Aber: Es gibt Hoffnung, diese akute Gefahr zu stoppen; insbesondere dann, wenn der politische Wille dazu vorhanden ist.

Wie und wann unsere Erde bzw. unser Planetensystem am Rande der Milchstrasse, einmal enden wird, ist in dieser Planetariums-Show video-akustisch zu verfolgen und z.B. im „Planet Wissen“ (2) oder anderen Veröffentlichungen und Vorträgen (3, 4, 5) nachzulesen. Im Gegensatz zu apokalyptischen Weltende-Prognosen basieren alle hier gemachten Aussagen auf den Erkenntnissen der modernen Astrophysik. Sie erinnern uns auch daran, welchen Platz wir als Menschen in diesem gewaltigen Kosmos einnehmen. Und sorry, ein Plan B ist in diesem Szenario leider nicht vorgesehen…

Quellen:

• (1): Planetarium Halle, Programmflyer 01/2023

• (2):  https://www.planet-wissen.de/natur/weltall/universum/pwiewiedieweltwirklichendenwird100.html

• (3): https://www.n-tv.de/wissen/frageantwort/Wie-lange-gibt-es-noch-Leben-auf-der-Erde-article20831601.html

• (4): Prof. Dr. Dietrich Lemke, Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg: „Das todsichere Ende der Erde- Wieviel Zeit bleibt uns noch?“

• (5): Katie Mack: „Das Ende von allem- astrophysikalisch betrachtet“, Piper Verlag GmbH, München 2021
  

images: Pixabay und NASA: Z. Levay, R. van der Marel, T. Hallas and A. Mellinger

(v.k.)