Universum für alle (eBook)

Prof. Dr. Joachim Wambsganß ist seit 2004 Direktor des Astronomischen Rechen-Instituts am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg. Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehören die Anwendung des Gravitationslinseneffekts auf kosmologische Fragestellungen sowie die Suche nach Planeten um andere Sterne. Neben seiner Lehrtätigkeit an der Universität widmet er sich seit vielen Jahren auf ganz verschiedenartige Weise auch der astronomischen Öffentlichkeitsarbeit. So organisierte er etwa die höchst erfolgreiche Ausstellung „Himmlisches in Büchern“ in der Heidelberger Universitätsbibliothek. Darüber hinaus war er zwei Jahre lang regelmäßiger Gast in der Gut-Nacht-Show des Heidelberger Theaters und hat dabei dem Publikum immer wieder auf überaus unterhaltsame Weise astronomische Begebenheiten nahegebracht. Von ihm stammen Idee und Umsetzung der täglichen Vortragsreihe „Uni(versum) für alle! – Halbe Heidelberger Sternstunden“, die in der Heidelberger Universitätskirche mit 70 astronomischen Kurzvorträgen täglich zur Mittagszeit außerordentlich große Resonanz fand. Dafür wurde er 2014 mit dem Werner und Inge Grüter-Preis für Wissenschaftsvermittlung und 2017 mit dem Georg-Kerschensteiner-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft ausgezeichnet.

Universum für alle: Inhalt 7
Inhalt 8
Universum für alle: Vorwort 19
1 Gibt es eine zweite Erde? 23
Planeten um andere Sterne? 24
Leben auf Exoplaneten? 25
Kommunikation und Reisen? 27
2 Wie alt ist der älteste Stern? 29
Wie misst man das Alter von Sternen? 30
Uran und Europium als Zeitmesser 31
13,2 Milliarden Jahre 32
3 Woher wissen wir, dass es einen Urknall gab? 35
Nützliche Fingerabdrücke im Licht 36
Dynamisches Universum 37
Anfänglicher Zustand höchster Dichte 39
4 Warum beobachten wir die kältesten Objekte im Universum mit Infrarot-Teleskopen? 41
UV-, Infrarot- und sichtbares Licht 42
Die Sonne strahlt im grünen Bereich 42
Sternbild Orion 43
Celsius und Kelvin 44
Gas- und Staubwolken schlucken UV 45
Milchstraßen-Zentrum 45
5 Die turbulente Geburt der Sterne 47
Turbulenzen in den Gaswolken 48
Verschmelzende Klumpen 50
Stern-Kinderstuben 50
Regelbetrieb: Kernfusion 51
Feedback in NGC 602 51
6 Wie scharf können Teleskope sehen? 53
Galileis Teleskop: Dreimal schärfer! 54
Luftunruhe verschmiert 55
Vier Teleskope gemeinsam: VLTI 57
7 Welches sind die größten Objekte im Universum? 59
Unzählige Galaxien 60
Großer Attraktor 61
Universum im Computer 61
Theorie und Beobachtung 63
8 Wie ist der Mond entstanden? 65
Von Kratern übersät 66
Nur wenige Krater auf der Erde 67
Sauerstoff-Isotope im gleichen Verhältnis 68
Überbleibsel eines Zusammenstoßes 69
9 Wann hört die Sonne auf zu scheinen? 71
Kann die Sonne aus Kohle bestehen? 72
Energie durch Meteoriten? 73
Schrumpfende Sonne? 73
Energie aus Fusion 74
Mehr als 10 Mrd. Jahre! 75
10 Die häufigsten Missverständnisse über Schwarze Löcher 77
Mehr Masse, mehr Beschleunigung 78
Kein Entkommen 78
Newton und Einstein 80
Haben Schwarze Löcher hohe Dichte? 80
Kritischer Durchmesser proportional zur Masse 80
Sind Schwarze Löcher kosmische Staubsauger? 81
Helle Schwarze Löcher: Aktive Galaxienkerne 81
11 Wussten Sie, dass die meisten Atome in Ihrem Körper fast 14 Milliarden Jahre alt sind? 83
Älteste Galaxien: 13,2 Milliarden Jahre 84
Minimale Unterschiede werden zu Galaxien 85
Erste Sterne waren sehr massereich 87
12 Weißt Du, wieviel Sternlein stehen? 89
Koordinaten und Helligkeiten 90
6000 Sterne sichtbar 91
Sehr viele Milchstraßen 92
Sterne wie Sand am Meer? 93
13 Auf der Suche nach den kleinsten Galaxien 95
Formen von Galaxien 96
Kleine Galaxien sind die häufigsten 97
Dunkle Materie in Zwergen 98
14 Ist das Universum unendlich? 101
Winkelsumme im Universum 102
Parallelen, die sich kreuzen 103
15 Welche Farbe haben die Sterne? 107
Langzeitbelichtung: Farbige Sternspuren 108
Zäpfchen und Stäbchen 109
Farbe bedeutet Temperatur 111
Rote, gelbe, blaue Sterne 111
16 Was sind Sternschnuppen? 113
Leuchtender Staub aus Kometen 114
„Staubige“ Bahnen 117
Meteor-Schwärme 117
17 Von 3 cm zu 40 m Durchmesser: Teleskope von Galilei bis 2020 119
Sammelfläche vergrößern 120
In Zukunft: 40 m-Teleskop 121
Omnibus auf dem Mond? 123
Teleskop groß wie ein Fussballstadion 123
MICADO und METIS 123
18 Gibt es Schwarze Löcher wirklich? 125
Horizont des Wissens 126
Die Schwarzschild-Lösung 127
Stellare/Galaktische Schwarze Löcher 129
Cygnus X–1 und M33 X–7 129
Zentrum von M87 129
19 Wie groß ist das Universum? 131
Maßeinheit: Lichtjahr 132
Der Mond: 1,3 Lichtsekunden 133
Lokale Gruppe: Millionen Lichtjahre 133
Milliarden Lichtjahre 135
20 Warum ist es nachts dunkel? 137
Mond-Himmel ist schwarz 138
Wie weit kann man in einen Wald sehen? 139
Olberssches Paradoxon 139
Endliches Sternalter 140
Keine „Lichtwand" 141
21 Wie alt ist die Welt? 143
Uran und Blei 144
Die Erde: Über 4 Milliarden Jahre alt 145
Alte Weiße Zwerge 146
Weltalter: 13,7 Milliarden Jahre 147
22 Wieso ist Pluto kein Planet mehr? 149
Schülerin war Namens-Patin 150
Was hat Pluto falsch gemacht? 150
Immer mehr pluto-ähnliche Objekte 151
Änderung im Jahre 2006 151
Pluto ist jetzt Zwergplanet 153
23 Gibt es Leben auf dem Mars? 155
Leben nur auf der Erde? 156
Kanäle auf dem Mars? 156
Mariner und Viking 157
Extreme Lebensformen 158
24 Die ersten Sterne im Universum 161
Hintergrund-Strahlung 162
Fast nur Wasserstoff und Helium 162
Das Dunkle Zeitalter 163
Große Masse – kurzes Leben 164
Erste Sterngeneration? 165
25 Warum brauchen die Astronomen ein 40 m-Teleskop? 167
Fünfmal so scharf wie bisher! 168
Exoplaneten, Schwarze Löcher und Dunkle Materie 170
Zehn Jahre und eine Milliarde Euro 170
26 Wie erhalten Sterne und Planeten ihre Namen? 173
Was ist ein Stern? 174
„Nacken der Schlange“ 174
Alpha bis Omega 175
Die Bonner Durchmusterung 176
Gliese-Sterne: Nachbarn der Sonne 177
27 Kosmische Illusionen: Von Doppel-Quasaren und Einstein-Ringen 179
Schwerkraft lenkt Licht ab! 180
Kosmische Doppelbilder? 181
Hilfreicher Laufzeit-Unterschied 182
Vielseitige Gravitationslinsen 183
28 Wie Heidelberga an den Himmel kam 185
Was sind Kleinplaneten? 186
Max Wolf, Kleinplaneten-Pionier 187
29 Wo kommt die Teilchenstrahlung aus dem Weltall her? 191
Vor 100 Jahren entdeckt 192
Beschleunigt durch Supernova-Explosionen 193
Das H.E.S.S. Teleskop 194
30 Astronomische Zeitskalen: Von Millisekunden zu Gigajahren! 197
Alltägliche Zeitskalen 198
Lebensalter von Sonne und Sternen 199
Kurze Signale 199
Kosmische Leuchttürme 201
31 Was ist eine Sonnenfinsternis – und wann ist die nächste zu sehen? 203
Der Mond zwischen Sonne und Erde 204
Die Sonne: 400-mal so groß wie der Mond und 400-mal so weit weg 205
Zwei Finsternisse im Jahr 206
Reise zur totalen Sonnenfinsternis: Es lohnt sich! 207
32 Unfassbare Entfernungen: Wie wir das Weltall vermessen! 209
Sterne: Lichtjahre entfernt 210
Messmethoden ähnlich wie im Alltag 210
Linkes Auge, rechtes Auge: Parallaxe 211
Standard-Kerzen 212
Standard-Geschwindigkeit 213
Standard-Maßstab 213
33 Die Geburt der Sonne 215
Sterne und Planeten 216
„Dichte" Molekülwolken 216
Planeten aus einer Akkretionsscheibe 218
Magnetfeld lenkt Materiestrom 219
34 Wieso haben Kometen einen Schweif? 221
Hale-Bopp, Hyakutake und Halley 222
Kometen-Name nach Entdecker 223
„Schmutzige Schneebälle“ 224
Schweif: Immer von der Sonne weg 225
35 Überraschendes und Kurioses aus der Planetenwelt 227
Frei schwebend und extrem dünn 228
Überraschende Asteroiden-Formation 229
Mit oder ohne Krater? 230
Io, Telesto, Hyperion 231
36 Astronomie mit unsichtbarem Licht: Radio- und Röntgenteleskope 233
Von Radiowellen bis Gammastrahlen 236
37 Floss einst Wasser auf dem Mars? 239
Mars halb so groß wie Erde 240
Wassereis auf dem Mars 242
Ehemals Mars-Ozeane? 243
38 Ist der Weltraum zwischen den Sternen leer? 245
Nicht nur Wasserstoff und Helium 246
Starke Temperatur- und Dichteschwankungen 248
39 Woher kommen die chemischen Elemente? 251
Alle Elemente beim Urknall? 252
Absorptions- und Emissionslinien 252
HD19445 und HD149283 253
Elemententstehung im Sterninneren? 253
Technetium ist das Schlüssel-Element 254
Nur massereiche Sterne enden als Supernova! 254
Massearme Sterne überleben bis heute 255
40 Sind wir wirklich aus Sternenstaub gemacht? 257
Sterne auf der Hauptreihe 258
Rote Sterne: Kühler als blaue 260
Mensch: Sternenstaub und Urknallgas 260
41 Wenn der Weltraum zittert: Astronomie mit Gravitationswellen 263
Hören und Sehen 264
Massen verzerren Raum und Zeit 264
Physik-Nobelpreis 1993 266
Gravitationswellen durchdringen Materie 266
Geo 600 und Advanced LIGO 267
Gravitationswellen-Astronomie 267
42 Was ist eigentlich „die Milchstraße”? 269
Leuchtendes Band 270
Edwin Hubble klassifiziert Galaxien 270
Milchstraße: Eine von 100 Milliarden Galaxien 271
Milchstraße in Bewegung 271
Sterne, Gas, Staub und Dunkle Materie 272
Supernova-Explosionen reichern an 272
Gaia-Satellit bringt neue Kenntnisse 272
43 Woher wissen wir, wie weit entfernt ein Stern ist? 275
Parallaxe ist einfach 276
Eratosthenes misst den Erdumfang 277
Parallaxe ist schwierig 278
Bessel misst den Sternabstand 279
44 Was sind eigentlich Neutronensterne? 281
Protonen und Neutronen im Atomkern 282
Weiße Zwerge 283
Extrem hohe Dichte 284
Pulsare: Neutronensterne 285
Cassiopeia A 285
45 Arbeiten Astronomen nur nachts? 287
Arbeit am Computer 288
Klassifizierung: Typ 1 und 2, Typ A und B 289
Zwerggalaxien 289
Rund, länglich oder abgeflacht? 290
Tageslicht-Astronomie? 290
„Unsichtbares Licht“ 290
Satelliten-Astronomie 290
46 Warum funkeln die Sterne? 293
„Verwaschene“ Aufnahme 294
Lichtweg ist nicht kerzengerade 295
Ebene Welle trifft Atmosphäre 295
Raus aus der Atmosphäre? 296
Lucky Imaging und Adaptive Optik 297
47 Ebbe und Flut: Was haben die Gezeiten mit dem Mond zu tun? 299
Flutzeitpunkt ändert sich 300
Ursache: Schwerkraft des Mondes 300
Zweimal täglich Ebbe und Flut 302
Springflut bei Neumond und Vollmond 302
Zwei Flutberge! 301
Gezeiten verlängern den Tag 303
48 Wird das Universum ewig leben? 305
Urknall-Ursache: Unbekannt 306
Kosmologische Konstante: Dumme Idee? 306
Entscheidend: Dichteparameter 307
Düstere Zukunft? 307
Dunkle Energie und Dunkle Materie 308
Big Crunch oder Big Chill? 309
49 Was machen Astronomen eigentlich die ganze Nacht? 311
Mehr Teamwork als früher 312
Frühstück gegen 16 Uhr 312
16 Uhr bis 7 Uhr: Arbeitsnacht mit 15 Stunden! 313
Wie wird das Wetter? 313
Mit Flat-Field und Vorspannung ... 314
... kalibrieren 314
50 Der Lebensweg der Sterne 317
Wie man Lebenswege rekonstruiert 318
Schwerkraft und innerer Druck in Gaswolken 319
Bis zur Kernfusion 319
Die Sonne: Glühende Gaskugel 320
Planeten und Asteroiden 320
Sterne entstehen und vergehen 321
51 Das Universum expandiert – aber was heißt das? 323
Kosmische Maßstabsänderung 324
Skalenfaktor 324
Dopplereffekt bei Schall und Licht 326
Die Hubble-Beziehung 326
Urknall-Modelle 327
52 Kann uns der Himmel auf den Kopf fallen? Von Meteoriten und herabstürzenden Satelliten 329
Gefahr von oben? 330
1000 Tonnen Gestein aus dem Weltall pro Tag! 330
Krater = Einschlag 331
Kuh und Chevy Malibu 332
Kokosnuss: 150 – Meteorit: 0 332
Satelliten-Abstürze? 333
Gefahr nicht ausgeschlossen – aber minimal 333
53 Astronomen als Detektive – wie wurden die geheimnisvollen Quasare entlarvt? 335
Der erste Quasar: 3C273 336
Emissions- und Absorptionslinien im Spektrum 336
Entdecker: Maarten Schmidt 337
Linien sind rot-verschoben 337
Was ist ein Quasar? 338
Wie strahlt ein Quasar? 338
Aktive Galaxien(zentren) 339
54 Welche Teleskope nutzen Heidelberger Astronomen? 341
Königstuhl, Heidelberg 342
Calar Alto, Spanien 343
La Silla und Paranal, Chile 343
Mount Graham, Arizona Erdumlaufbahn, Weltraum 344
Gamsberg, Namibia 344
Zukunft der Astronomie: International 345
55 Wie Heidelberger Astronomen das „Large Binocular Telescope” nutzen 347
Zwei Spiegel, ein Teleskop 348
Mount Graham, mit Vatikan- und Hertz-Teleskop 349
Adaptiver Sekundärspiegel 349
Mehr Schärfe durch 672 Aktuatoren 350
Cooles Teleskop 351
56 Warum gibt es den 29. Februar so selten? Über Schalt-Jahre und Schalt-Tage 353
Ab und zu ein Extra-Tag 354
Sonnentag ? Sterntag 354
1 Jahr = 365 Tage + 6 Std + 9 Min + 10 Sek 355
Die Neigung ist schuld 355
Warum der 29. Februar ?!? 356
Julianisch 356
Gregorianisch 357
3000 Jahre Zeit für die nächste Kalenderreform 357
57 Sind die Fixsterne eigentlich fix? 359
Sterne fix auf Kugelschale? 360
Und sie bewegen sich doch! 360
20 Millionen Kilometer pro Tag!?! 361
Tangential und radial 361
Pfeilschnell: Barnards Stern 362
Sternenhimmel verändert sich 362
Aus Sternbewegungen: Es gibt Dunkle Materie! 363
Hipparcos und Gaia 363
58 Welche Farbe hat eigentlich die Sonne? 365
Gelb oder weiß? 366
Farbenlehre 366
Regenbogen 367
Spektralfarben und -linien 368
Alles im grünen Bereich? 368
Licht jenseits des Lichtes 369
59 Warum gibt es Schalt-Sekunden? 371
1 Tag = 86 400 Sekunden? 372
Sind Mond und Planeten zu schnell? 372
Unsere Uhr läuft zu langsam! 373
Die Tage werden länger 373
Sonnenfinsternis ganz woanders? 374
Erdrotation wird langsamer 375
Tag wird länger 375
In 40 Jahren: 26 Schaltsekunden 375
60 Wie entsteht ein Stern? 377
In Konkurrenz um Gas und Staub 378
Gaswolken stürzen in sich zusammen 378
Sterne und Planeten 380
Masse im Stern, 380
Drehimpuls bei den Planeten 380
In nur 100 000 Jahren 380
61 Wann und wie ist unser Mond entstanden? 383
Mond hat niedrigere Dichte als Erde 384
Drei Entstehungs-Modelle 385
Mondbahn stark geneigt 386
Mond entsteht durch Kollision 387
62 Das todsichere Ende der Erde – wieviel Zeit bleibt uns noch? 389
Steht das Ende der Welt bevor? 390
Milliarden Jahre stabile Sonnenstrahlung 391
Roter Riese – Weißer Zwerg 392
Ozeane verdampfen, Steine schmelzen 392
Erdgeschichte im Zeitraffer 392
Gute Aussicht: Viele 100 Millionen Jahre o.k.! 393
Behandeln wir die Erde pfleglich! 393
63 Wie kann man bewohnbare Planeten finden? 395
Habitabel: Angenehm warm 396
Die meisten Sterne: Schwächer als die Sonne 396
Direkte Fotografie? 397
Transit: Bei der Sonne und bei Sternen 397
Kepler–11: Sechs Planeten! 398
Wie ist der Abstand? 398
Kepler-22: Bester Kandidat? 399
Zweite Erde? 399
64 Kometen – Wanderer im Sonnensystem 401
Kometen als Unheilsbringer? 402
Zwei Schweife 403
Komplexe Moleküle 404
65 Wie findet man Planeten um andere Sterne? 407
Indirekte Methoden 408
Groß und Klein auf der Wippe 408
Die Sonne: 300 000-mal langsamer 409
Spektrallinien helfen 409
Doppler-Methode 410
Transit-Technik 410
Gravitationslinsen-Methode 411
Astrometrie 411
Mehr als 700 Exoplaneten! 411
66 Klare Nächte, heiße Drähte – Wie Astronomen heutzutage das Universum erforschen 413
Bilder, Spektren, Zeitserien 414
Seit 400 Jahren: Teleskope 415
Buntstift, Fotoplatte, CCD 416
Logarithmentafel und Supercomputer 417
67 Gibt es Leben anderswo im Weltall? 419
Erdähnliche Planeten? Zu heiss! 420
Spektrum entspricht Fingerabdruck 420
Sauerstoff ist der Schlüssel 421
Erdgeschichte in zwölf Stunden 422
Auch Erde war mal ohne Sauerstoff 422
Guter Kandidat: Gliese 581b 422
68 Drohen Gefahren aus dem Weltall? 425
Sternschnuppen und Meteoriten 426
Nördlinger Ries und Steinheimer Becken 427
Polsprung des Erdmagnetfeldes? 428
Supernova-Explosion? 428
69 Was wissen wir über die ersten Galaxien im Universum? 431
Hubble Ultra Deep Field 432
Galaxientypen ändern sich 432
Gravitationslinseneffekt hilft 432
A1689-zD1 und UDFj-39546284 435
Immer näher an den Urknall 435
70 Das Funkeln der Nacht: Was fasziniert uns so am Sternenhimmel? 437
Universum für alle: Die Autoren 445
Universum für alle: Der Veranstaltungsort Heidelberger Peterskirche – Universitätskirche – 451
Erbaut vor 1196 452
Universitätskirche seit 1896 452
Innenrenovation 2005 452
Schreiter-Fenster 452
Begegnung und Vertreibung 452
Marsilius von Inghen 453
Suche nach Erkenntnis, Wahrheit und Weisheit 454
Sternstunden in der Peterskirche 454