Astronomie

Grundlagen des Universums

Es ist vielleicht nicht unbedingt notwendig, alle Grundlagen des Universums zu kennen, aber ein faszinierendes Thema ist es allemal. Das Universum ist so groß und geheimnisvoll, dass Science-Fiction-Fans und Kinder davon fasziniert sind.

Der Begriff „Universum“ kommt vom lateinischen Wort „universus“. Es wird gewöhnlich als die Gesamtheit aller geschaffenen Dinge (wenn man an die Schöpfung glaubt) oder alles, was existiert, definiert.

Wir verwenden „Universum“, „universell“ oder „Universalität“ häufig, um auf eine übergreifende Tatsache oder Idee zu verweisen. Oft sprechen wir jedoch von etwas, das unsere Planeten nicht übersteigt, wie das „Universum der Möglichkeiten“, oder wenn wir einen Künstler als „universell“ bezeichnen oder von der „Universalität“ von Gesetzen, Phänomenen oder kulturellen Fakten sprechen.

In diesen Fällen beziehen wir uns zwar auf die Sphäre unseres Planeten, drücken aber dennoch die Idee der Totalität aus.

Wenn wir vom astronomischen Universum sprechen, scheint es angemessener zu sein, es mit dem griechischen Wort „Kosmos“ zu bezeichnen.
Obwohl wir in vielen Wörterbüchern die gleichen Definitionen für beide Begriffe finden, gibt es einen nuancierten Unterschied: „Kosmos“ scheint sich auf Materie und Raum zu beschränken, während der Begriff „Universum“ auch Energie und Zeit einschließt.

Was ist das Universum?

Das Universum enthält alles, ohne Ausnahmen.

Alles, was existiert, ist ein Bestandteil des Universums, einschließlich Materie, Energie, Raum und Zeit.

Kosmos ist ein anderer Name für diesen Bereich. Er wird in verschiedenen Bereichen untersucht, vor allem aber in zwei: Astronomie und Kosmologie.

Das Universum ist riesig, aber vielleicht nicht unendlich. Wäre es das, gäbe es unendliche Materie in unendlichen Sternen, die es aber nicht hat. Im Gegenteil, es ist vor allem Raum, was die Substanz betrifft. Manche sagen sogar, dass das Universum, in dem wir leben, ein Hologramm und nicht die Realität ist.

Im bekannten Universum gibt es Galaxien, Galaxienhaufen, größere Formationen, die als Superhaufen bekannt sind, und interstellare Materie. Trotz der heutigen überlegenen Technologien kennen wir das tatsächliche Ausmaß immer noch nicht.

Die Materie ist nicht gleichmäßig verstreut, sondern an bestimmten Orten konzentriert: Galaxien, Sterne, Planeten usw. Man geht jedoch davon aus, dass 90 % der vorhandenen Materie eine dunkle Materie ist, die der Mensch nicht sehen kann.

Es gibt mindestens vier bekannte Dimensionen des Kosmos: drei des Raums (Länge, Höhe und Breite) und eine der Zeit. Die Schwerkraft, die wichtigste Kraft, hält alles zusammen und hält es in Bewegung. Erfahren Sie mehr über die Newtonschen Gesetze der universellen Gravitation.

Wo ist unser Platz im Universum?

Im Vergleich zum Himmel ist unser Planet, die Erde, klein.

Wir sind ein Teil des Sonnensystems, verloren in einem Arm der Milchstraße, einer Galaxie mit 100.000 Millionen Sternen, aber nur eine von Hunderten von Milliarden Galaxien, die das Universum bilden.

Das Sonnensystem besteht aus unserem Stern, der Sonne, sowie den Planeten und anderen Dingen, die sich um sie drehen. Es wurde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren erschaffen und ist ein dynamisches System, das sich ständig verändert und weiterentwickelt.

Was ist die Milchstraße?

Die Milchstraße ist mit bloßem Auge als ein Lichtband zu erkennen, das den Nachthimmel durchzieht und das schon Demokrit einer Ansammlung unzähliger, nicht voneinander zu unterscheidender Sterne zuschrieb.

Galilei bestätigte die Sichtung von Demokrit im Jahr 1610 zum ersten Mal. Herschel entwarf um 1773 eine Vision der Milchstraße als Sternenscheibe, in die die Erde eingetaucht ist, indem er die Sterne zählte, die er am Himmel entdeckte, aber er konnte ihre Größe nicht quantifizieren. Die Astronomin Henrietta Leavitt stellte 1912 den Zusammenhang zwischen der Periode und der Helligkeit von Sternen her, die als Cepheid-Variablen bekannt sind, und konnte so die Entfernungen zwischen Kugelsternhaufen berechnen.

Einige Jahre später wies Shapley nach, dass die Haufen mehr oder weniger kugelförmig um den Kern der Scheibe angeordnet sind, den er als galaktischen Halo bezeichnete. Er erklärte auch, dass dieser nicht auf der Sonne zentriert ist, sondern an einem weit entfernten Punkt der Scheibe in Richtung des Sternbilds Schütze, wo sich das Zentrum der Galaxie genau befindet.

Grundlagen des Universums - Die Milchstraße
Grundlagen des Universums 2

Diese Struktur wurde bestätigt, als vom Mount-Wilson-Observatorium in Kalifornien aus entdeckt wurde, dass das als Andromeda bekannte Spiralobjekt aus einzelnen Sternen besteht und nicht, wie bisher angenommen, ein einfacher Gasnebel ist.

Um 1930 entdeckte Trumpler den durch interstellaren Staub verursachten galaktischen Verdunkelungseffekt, der es ihm ermöglichte, die Größe der Galaxie und die Entfernung von der Sonne an die heutigen Werte anzupassen. Nach diesen Messungen befindet sich das Sonnensystem etwa zwei Drittel des Weges zum galaktischen Zentrum in einer Entfernung von 7.500 bis 8.500 Parsecs.

Die Sterne der Milchstraße drehen sich alle um das Zentrum, in dem ein schwarzes Loch vermutet wird. Astronomische Messungen an entfernten Galaxien legen nahe, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne um die Galaxie etwa 250 km/s beträgt, wobei ein vollständiger Umlauf etwa 225 Millionen Jahre dauert. Sterne in der Nähe der Sonne haben sehr ähnliche Umlaufbahnen, aber diejenigen, die dem Kern der Galaxie am nächsten sind, drehen sich schneller, ein Phänomen, das als differentielle Rotation bekannt ist.

Das Alter der Milchstraße wird auf etwa 13 Milliarden Jahre geschätzt. Dies geht aus Daten hervor, die bei der Untersuchung von Kugelsternhaufen gewonnen wurden und mit den Erkenntnissen von Geologen übereinstimmen, die den radioaktiven Zerfall bestimmter irdischer Materialien untersucht haben.

Die Überwachung der Sternkarte hat die Rekonstruktion der Spiralarme der Galaxie ermöglicht, Orte mit einer hohen Dichte an Sternhaufen oder Zonen der Sternbildung. Diese sind nach den Sternbildern benannt, die in ihnen zu finden sind. Centaurus, oder Norma-Centaurus, ist der Arm, der dem galaktischen Zentrum am nächsten liegt. Sagittarius ist der nächste äußere Arm. Der Arm des Orion, der auch als Schwanenarm bezeichnet wird, ist unser lokaler Arm, während der Arm, der sich nach außen erstreckt, als Perseusarm bezeichnet wird.

Die Sterne in der Milchstraße werden häufig in zwei Hauptgruppen unterteilt, die als Populationen bezeichnet werden. Die so genannte Populationsgruppe I besteht aus relativ jungen Sternen mit solarer Zusammensetzung, die sich in den Armen der galaktischen Scheibe auf etwa kreisförmigen Bahnen bewegen. Die Sterne der Populationsgruppe II sind älter, befinden sich nicht in der galaktischen Ebene, sind reich an Wasserstoff und Helium und enthalten nur wenige schwere Elemente.

Wie ist das Universum entstanden?

Was gab es vor dem Universum? Wenn wir zugeben, dass die Zeit mit dem Universum zu zählen begann, ist die Frage völlig falsch. Es gab kein „vorher“, wenn es keine Zeit gab.

Die Wissenschaftler verwenden zahlreiche Erklärungen für den Beginn des Universums, die durch Beobachtungen und zuverlässige mathematische Berechnungen gestützt werden. Die Urknall- und die Inflationstheorie sind die am meisten anerkannten Theorien, die sich gegenseitig ergänzen.

Es ist erwiesen, dass sich die Galaxien immer noch voneinander entfernen. Wo werden wir landen, wenn wir den Film rückwärts sehen?

Wir werden einen Punkt oder Zeitpunkt erreichen, an dem das gesamte sichtbare Universum zu einer unendlich kleinen, dichten und heißen Materie komprimiert worden ist. Dieser völlig unerklärliche Zustand dauerte gerade einmal einen Bruchteil der ersten Sekunde.

Die Urknalltheorie

Die Urknalltheorie, die oft auch als große Explosion bezeichnet wird, besagt, dass sich vor 13.700 bis 13.900 Millionen Jahren die gesamte Materie des Universums in einem winzigen Raum, in einem einzigen Punkt, verdichtete und ausbrach. Die Materie wurde durch eine gewaltige Energie in alle Richtungen geschleudert.

Dabei kam es unweigerlich zu Kollisionen, und eine bestimmte Unordnung führte dazu, dass sich die Materie in einigen Regionen des Raums zusammenballte und konzentrierte, was zur Bildung der ersten Sterne und Galaxien führte. Seitdem befindet sich das Universum in ständiger Bewegung und Entwicklung.

Grundlagen des Universums 1
Grundlagen des Universums 3

Diese Hypothese über die Entstehung des Universums beruht auf strengen Messungen. Sie ist mathematisch gültig ab einem Augenblick nach der Explosion, aber es fehlt eine akzeptable Erklärung für die Nullmomente der Entstehung des Universums, die als „Singularität“ bekannt sind.

Da alle Materie, Energie, Raum und Zeit an diesem Punkt konzentriert waren, kann der Urknall nicht als Explosion von Materie in einem Vakuum dargestellt werden. Es gab kein „draußen“ oder „vorher“. Raum und Zeit nehmen mit der Expansion des Universums zu.

Die Inflationstheorie

Die Inflationstheorie von Alan Guth versucht, den Ursprung und die ersten Momente des Universums zu erklären. Sie basiert auf Studien über starke Gravitationsfelder, wie sie in der Nähe eines Schwarzen Lochs auftreten.

Die Inflationstheorie geht davon aus, dass sich eine einzige Kraft in die vier heute bekannten Kräfte aufteilt, die den Ursprung des Universums hervorgebracht haben

Der anfängliche Schub dauerte praktisch nur kurze Zeit, aber die Explosion war so heftig, dass das Universum trotz der Anziehungskraft der Schwerkraft, die die Galaxien verlangsamt, weiter wächst und sich ausdehnt.

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