Wir leben in einem seltsamen und wunderbaren Universum. Um es in seiner Grösse, seiner Kraftentfaltung und seiner Schönheit zu würdigen, bedarf es einer ausserordentlichen Vorstellungskraft.
(Text von Stephen Hawking)
Wer hat nicht schon, in einer schönen Sommernacht, zum Himmel geschaut, und sich seine Gedanken über diese wunderbare Sternenpracht gemacht. Leider ist dieses Erlebnis, in unseren hell beleuchteten Städten, fast unmöglich geworden. Wer aber, zum Beispiel in den Bergen, weitab von den Lichtern der Städte und Dörfer diesen Anblick geniessen darf, der wird staunen über die Pracht und Vielfältigkeit des uns umgebenden Universums.
Schon immer hat sich der Mensch gefragt, was diese Lichter am Himmel zu bedeuten haben. So wurde die Astronomie, wohl eine der ersten Wissenschaften mit denen sich der Mensch auseinandergesetzt hat. Eigentlich hatten alle uns bekannten frühen Hochkulturen eine mehr oder weniger hochstehende Astronomie, die in früheren Zeiten allerdings meistens sehr eng mit der Astrologie, der Sterndeutung, verknüpft war. Heute lieben es die Astronomen nicht mehr wenn man sie mit den Astrologen in einen Topf wirft. Wer sich heute mit der Astronomie auseinander setzt, wird sehr schnell merken dass es sich hier keinesfalls um eine isolierte Wissenschaft handelt. Die Astronomie kommt ohne die anderen Fakultäten nicht aus. Vor allem Physik, Mathematik und Chemie sind untrennbar mit ihr verbunden. Die Mathematik setzt uns in die Lage die vielfältigen Bewegungen der Sterne und Planeten zu berechnen und mit Hilfe der Physik können wir erklären wie Sterne – zum Beispiel unsere Sonne – ihre Energie erzeugen und wie die Bewegungen der Objekte im Universum ablaufen.
Was allerdings einen Laien wohl vor allem anderen an der Astronomie fasziniert sind die Grössenverhältnisse und die Distanzen im Universum, bei denen sich der Mensch wirklich sehr klein vorkommen muss. Schon in unserem eigenen Sonnensystem stossen wir mit dem uns vertrauten Kilometer sehr schnell an unsere Grenzen. Für die Entfernung von der Sonne zur Erde, mag es noch einigermassen fassbar sein wenn wir von 150 Millionen Kilometern sprechen. Aber darüber hinaus wird es schon langsam kritisch. Deshalb haben sich die Astronomen neue Masseinheiten geschaffen. Innerhalb des Sonnensystems misst man mit astronomischen Einheiten, abgekürzt AU (Astronomical Unit). Eine Astronomische Einheit entspricht, der genannten, mittleren Entfernung von der Sonne zur Erde. Festgelegt wurde sie von der IAU (International Astronomical Union) zu genau 149’597’870 km. So sagen wir nicht etwa, der Planet Saturn sei 1’428’659’659 km (~ 1,4 Milliarden) von der Sonne entfernt, sondern einfacher, 9.55 AU. Neptun liegt, als äusserster Planet bereits 30.11 AU von der Sonne entfernt. Das ergibt umgerechnet rund 4.5 Milliarden km. (Pluto wurde ja zum Kleinplaneten zurückgestuft)
Wenn wir aber Distanzen ausserhalb unseres Sonnensystems messen müssen, reicht auch unsere Astronomische Einheit nicht mehr aus. Der uns am nächsten stehende Stern, Proxima-Centauri wäre demgemäss rund 252’288 AU von uns entfernt (~ 38 Billionen km). Das allgemein bekannte Lichtjahr ist hier um einiges praktischer und lässt sich auch sehr einfach erklären. Das Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht – mit der Geschwindigkeit von rund 300‘000 km pro Sekunde – in einem Jahr zurücklegt. Das ergibt ungefähr 9,5 Billionen km. Für uns heisst das nun, der Stern ist 4,26 Lichtjahre entfernt. Das Lichtjahr ist allerdings eine eher Populärwissenschaftliche Masseinheit. Die Astronomen verwenden die Einheit «Parsec», ein Kunstwort aus Parallaxe und Bogensekunde.
Übersicht über das Sonnensystem
| Objekt | Distanz zur Sonne | Durchmesser in km | Anzahl Monde |
| Sonne | – | 1.392.684 km | – |
| Merkur | 0,3 – 0,46 AU | 4.879,4 km | 0 |
| Venus | 0,71 – 0,72 AU | 12.103,6 km | 0 |
| Erde | 0,98 – 1,01 AU | 12.756,27 km | 1 |
| Mars | 1,38 – 1,66 AU | 6.792,4 km | 2 |
| Jupiter | 4,95 – 5,45 AU | 142.984 km | 79 |
| Saturn | 9,04 – 10,1 AU | 108.728 km | 82 |
| Uranus | 18,3 – 20 AU | 49.946 km | 27 |
| Neptun | 29,7 – 30,4 AU | 49.528 km | 14 |
Wenn man mit dem ausgestreckten Arm den Daumen vor einem entfernten Hintergrund, erst mit dem linken und dann mit dem rechten Auge anpeilt, erkennt man wie der Daumen sich vor dem Hintergrund hin und her bewegt. Da sich die Erde um die Sonne bewegt entsteht im Abstand von einem halben Jahr genau so eine Parallaxe wenn wir die Sterne beobachten. Ein «Parsec» ist die Entfernung, in der ein Objekt eine halbjährlich Parallaxe von genau einer Bogensekunde aufweist (3.262 Lichtjahre). Ich möchte aber hier beim weitaus besser verständlichen Lichtjahr bleiben. Sind die Sterne noch im Bereich 4 bis einige Tausend Lichtjahre angesiedelt, erhöhen sich die Distanzen bei den Galaxien auf Millionen von Lichtjahren.
Was sind denn nun eigentlich Sterne? Die Antwort ist im Prinzip einfach. Sterne sind Sonnen, oder andersherum ausgedrückt, die Sonne ist nichts anderes als ein ganz gewöhnlicher Stern, und erst noch ein verhältnismässig kleiner. Sterne entstehen dadurch dass eine riesige interstellare Materiewolke beginnt sich unter der Wirkung der Gravitationskraft zusammen zu ziehen. Sie verdichtet sich immer mehr und infolge des immer höheren Drucks steigt im Zentrum dieser Gaskugel die Temperatur ständig an, bis bei etwa 15 Millionen Kelvin (In dieser Grössenordnung können wir Kelvin mit Celsius gleichsetzen) die Bewegung der Atome so gross wird, dass Wasserstoffatome zu Heliumatomen verschmelzen. Die Sterne und somit auch die Sonne sind also gigantische Fusionsreaktoren. Bei dieser Kernfusion setzt die Sonne die Energie frei, die das Leben auf der Erde ermöglicht. Auf diese Art kann unsere Sonne ungefähr 9 – 10 Milliarden Jahre strahlen. Etwa die Hälfte davon hat sie allerdings bereits hinter sich. Aber Sterne sind eben unterschiedlich gross und je massereicher ein Stern ist um so schneller hat er seinen atomaren Brennstoff aufgebraucht. Und es gibt wahre Giganten von Sternen, gegen die unsere Sonne ein Zwerg ist. Der grösste uns bekannte Stern dürfte Epsilon Aurigae sein (Sterne werden mit einem Griechischen Buchstaben und dem Sternbild in dem sie zu sehen sind benannt, in diesem Falle also Stern Epsilon im Fuhrmann). Der Durchmesser dieses roten Überriesen beträgt ungefähr 3 Milliarden Kilometer. Denken wir noch einmal daran, dass die Entfernung von der Erde zur Sonne « ganze » 150 Millionen Kilometer beträgt. Doch die Sterne sind nicht nur unterschiedlich gross, sondern unterscheiden sich auch in der Temperatur und somit auch in der Farbe. Die kühlsten erscheinen uns rot (~ 3000 Grad Oberflächentemperatur), die heissesten blau ( bis zu 30’000 Grad). Die gelbe Sonne hat eine Oberflächentemperatur von ungefähr 6000 Grad. In etwa 5 Milliarden Jahren wird die Sonne ihren Vorrat an Wasserstoffatomen aufgebraucht haben, und das atomare Feuer in ihrem Zentrum erlischt. Während der Kern in sich zusammenstürzt, blähen sich die äusseren Schichten auf und die Sonne wird zu einem roten Riesen dessen Durchmesser etwa bis zur Erdbahn reichen wird. Massereichere Sterne können aber ihr atomares Feuer noch einmal zünden und es entstehen immer schwerere Atome. Dann kollabiert aber auch der Kern dieser Sterne und die äusseren Schichten werden als gigantische Staubwolke ins Weltall geblasen. Irgendwann kann sich eine solche Wolke erneut zusammenziehen, und alles fängt wieder von vorne an. Mit ein bisschen Glück wird in den äusseren Bereichen etwas Materie übrigbleiben, die nicht ins Zentrum gezogen wird sondern einzelne kleine Klumpen bildet die den neu geborenen Stern als Planeten umkreisen. Stimmen nun Grössenverhältnisse und Abstände kann sich vielleicht auf einem dieser Planeten später Leben entwickeln.
Sterne sind aber im Universum nicht gleichmässig verteilt, sondern bilden eigentliche Sterneninseln, die man Galaxien nennt. Von weitem sehen diese Gebilde wie spiralförmige Nebel aus. Unsere eigene Galaxis nennen wir Milchstrasse, weil der uns benachbarte Spiralarm, in klaren Nächten als milchiger Streifen über den ganzen Himmel sichtbar ist. Gute Studienobjekte sind M51 im Sternbild Jagdhunde und vor allem die als Andromedanebel bekannte Galaxie M31 im Sternbild Andromeda . Bei guten Bedingungen kann man M31 bereits mit blossem Auge als kleinen ovalen Nebelfleck erkennen. Man kann davon ausgehen dass diese Galaxie unserer Milchstrasse sehr ähnlich ist. Ihr Durchmesser beträgt etwa 150’000 Lichtjahre und sie ist 2,2 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Aber auch die Galaxien bilden wieder eigentliche Galaxienhaufen die im Universum verteilt sind. Die erwähnte Andromeda-Galaxie gehört übrigens zu unserem eigenen, sogenannten lokalen Haufen.
Obwohl es natürlich, im Universum noch viel interessantes gibt, möchte ich nur noch, die am weitesten von uns entfernten Objekte erwähnen, weil sie so schön die vierte Dimension, die Zeit widerspiegeln. Es sind die Quasare (Kunstwort aus «quasi stellare» Objekte). Dies sind die wohl eigenartigsten Objekte im Universum und man hat sie erst in den sechziger Jahren entdeckt. Sie sehen aus wie Sterne, aber ihre Leuchtkraft übertrifft weit mehr als das tausendfache einer grossen Galaxie. Was sie so interessant macht ist ihre Entfernung, beträgt diese doch zwischen 12 und 13.5 Milliarden Lichtjahre. Wenn wir uns erinnern dass ein Lichtjahr die Strecke ist die das Licht in einem Jahr zurücklegt, so können wir daraus ableiten, dass wir, wenn wir ein solches Objekt beobachten auch 13.5 Milliarden Jahre in die Vergangenheit blicken. Wir beobachten mit den Quasaren also Objekte die 13.5 Milliarden Jahre in der Vergangenheit liegen. In einer Zeit als das Universum – nach dem heute gültigen Modell – gerade erst durch den Urknall entstanden ist. Es handelt sich um junge Galaxien mit einem sehr hell leuchtenden Kern.
Zum Schluss noch eine interessante kleine Rechnung. Die Sonne ist 150 Millionen Kilometer von uns entfernt. Das Licht legt in einer Sekunde 300‘000 km zurück. Wir sehen also einen Sonnenuntergang bereits mit mehr als 8 Minuten Verspätung.