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Universum Größe

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Universum Größe

Es ist eine sternenklare Nacht. Du sitzt mit Deinen Freunden am Lagerfeuer und betrachtest den Sternenhimmel, plötzlich siehst Du eine Sternschnuppe und fragst Dich, woher sie kommt und wie weit sie schon gereist ist. Aber wie weit kann eine Sternschnuppe überhaupt reisen? Was ist eigentlich das Universum und wie groß ist es?

Universum Größe Sternenhimmel StudySmarter
Abbildung 1: Sternenhimmel, Milchstraße
Quelle: pixabay.com4

Um diesen Fragen auf den Grund zu gehen, schaust Du Dir am besten zuerst an, wie das Universum strukturiert und aufgebaut ist.

Weltraum Universum

Das Universum, das Weltall oder der Kosmos beschreiben alle die Gesamtheit aller Materie und Energie sowie Raum und Zeit. Es entspricht allem, was Du in der Realität betrachten und erfahren kannst.

Der Weltraum beschreibt nur den Raum außerhalb der Erdatmosphäre, also den Raum, der alle anderen Galaxien und Sterne enthält.

Aber wie ist das Universum strukturiert und welche Bedeutung hat das Universum für Dich?

Universum Struktur

Alles, was wir bis heute über die Struktur des Universums wissen, ist in der Physik zusammengefasst im Standardmodell der Kosmologie. Aufgrund der allgemeinen Relativitätstheorie und vielen Beobachtungen von Astronomen ist es möglich geworden, das Universum zu katalogisieren und eine Karte vom Kosmos zu erstellen.

Universum Größe Struktur Kosmische Hintergrundstrahlung Struktur StudySmarterAbbildung 2: Karte des Universums mittels kosmischer Hintergrundstrahlung (Quelle: ESA and the Planck Collaboration5)

Allerdings ist diese Karte nicht gewöhnlich, sondern zeigt die kosmische Hintergrundstrahlung.

Die kosmische Hintergrundstrahlung ist das älteste messbare Licht, das den Weg bis zur Erde zurückgelegt hat. Je länger der Weg ist, den das Licht zurücklegt, desto weniger Energie enthält es. Deswegen besteht die kosmische Hintergrundstrahlung hauptsächlich aus Mikrowellen.

Du kannst auf der Abbildung 2 verschiedene Regionen entdecken. Die roten Punkte zeigen Bereiche hoher Temperatur an, die blauen Areale sind kältere Bereiche. Das Licht aus dieser Zeit stammt aus den Anfängen des Universums und ist mit 370.000 Jahren vergleichsweise jung, wenn Du es mit den 13,8 Milliarden Jahren des heutigen Universums vergleichst.

Durch die Gravitation entstehen Strukturen, die sich durch das gesamte Universum ziehen. Mehr dazu erfährst Du in folgender Vertiefung.

Die größten makroskopisch zusammenhängenden Strukturen stellen die großen Quasar Gruppen dar, welche in ihrer Ausdehnung bis zu 4 Milliarden Lichtjahre erreichen können.

Quasare sind schwarze Löcher, welche Materie absorbieren und diese dabei so stark aufheizen, dass dadurch die hellsten uns bekannten Objekte des Kosmos entstehen. Du kannst sie Dir als kosmische Leuchttürme vorstellen, durch die es möglich ist, das Universum zu kartografieren und zu vermessen.


Universum Größe Struktur große Quasar Gruppe StudySmarter

Abbildung 3: Größte Quasar Gruppe
(Fotograf: Pablo Carlos Budassi)6

Was für eine Bedeutung hat das Universum aber für Dich auf der Erde?

Universum Bedeutung

Bei all diesen verrückten Größen fragst Du Dich vielleicht, was das denn mit Dir zu tun hat und die Antwort dazu ist allgemein alles. Das Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff, aber woher kommt dieser Kohlenstoff eigentlich?

Am Anfang des Universums existierten lediglich Wasserstoff und Helium, die zwei leichtesten Elemente im Periodensystem. Erst durch die Kernfusion innerhalb der Sterne, sowie durch Supernovae und auch in den Akkretionsscheiben von schwarzen Löchern wurden alle schweren Elemente erzeugt, die Du heute auf der Erde findest.

Willst Du mehr über Sterne erfahren und wie sie Elemente mittels Kernfusion herstellen können, schau Dir die Erklärungen dazu an.

Der Goldschmuck beim Juwelier ist also nichts anderes als die Überbleibsel einer längst vergangenen Sternenexplosion, welche ihren Weg auf die Erde gefunden haben, verrückt, oder? Aber auch praktisch kannst Du selbst sehen, was im nahen Universum vor sich geht. Mit bloßem Auge kannst Du bei einer klaren Nacht die Milchstraße erkennen.


Universum Größe Bedeutung Milchstraße StudySmarter

Abbildung 4: Nachtaufnahme der Milchstraße
(Quelle: pixabay.com)4

Die Milchstraße ist eine Galaxie wie viele Milliarden andere. Aber was ist überhaupt eine Galaxie und woher wissen wir so viel darüber?

Galaxien

Jede Masse hat eine gravitative Wirkung auf andere Massen. Wusstest Du, dass Du die Erde mit der gleichen Kraft anziehst, wie sie Dich anzieht? Aufgrund der Massenträgheit ist der Effekt, den Du auf die Erde hast, allerdings fast unbedeutend klein, da die Erde eine so große Masse besitzt. Auch Sterne ziehen sich und alle anderen Objekte an, dadurch entstehen Galaxien.

Eine Galaxie beschreibt eine Ansammlung von Sternen, Materiewolken, Planeten und sonst allen Objekten wie Asteroiden und Meteoriten, welche durch die Kraft ihrer Gravitation makroskopisch zu einem zusammenhängenden Gebilde geworden sind. Die Massen von Galaxien bewegen sich zwischen 1 Milliarde und 10 Billionen Sonnenmassen.

Unsere Milchstraße enthält ungefähr 100-400 Milliarden Sterne. Vergleichst Du das mit den 3000-5000 Sternen, welche sichtbar am Nachthimmel scheinen, könntest Du Dich fragen, wie es bekannt geworden ist, dass es so viel mehr Sterne in der Milchstraße oder woanders gibt.

Wenn Du mehr über Galaxien erfahren möchtest, schau Dir dazu die Erklärung an.

Kennst Du schon das Hubble Teleskop? Es hat einen wesentlichen Teil dazu beigetragen, dass wir heute so viel über das Universum wissen.

Hubble Teleskop

Das Hubble-Weltraumteleskop wurde von der NASA und der ESA, also der amerikanischen und europäischen Raumfahrtbehörde 1990 entwickelt. Sein Spiegeldurchmesser beträgt 2,4 Meter und es kann über einen großen Wellenlängenbereich Licht einfangen.

Universum Größe Galaxien Hubble deep field Ausschnitt StudySmarterAbbildung 5: Ausschnitt des Hubble Deep Field (Quelle: NASA)7

Die bekannteste Aufnahme des Teleskops entstand durch ein Experiment, bei dem die maximale Auflösung des Gerätes auf einen winzigen Ausschnitt des Nachthimmels fokussiert wurde. In dem oberen Bild siehst Du den kleinen scheinbar schwarzen Fleck, auf dem mit herkömmlichen Teleskopen nichts zu sehen war.

Universum Größe Galaxien Hubble deep field StudySmarterAbbildung 6: Hubble Deep Field (Quelle: NASA)7

Wissenschaftler aus aller Welt waren verblüfft, dass auf dem ausgewerteten Bild tausende weitere Objekte zu sehen waren. Allerdings siehst Du hier keine einzelnen Sterne, sondern ganze Galaxien, welche wiederum jeweils Milliarden von Sternen enthalten. Das Licht dieser Galaxien ist über 12 Milliarden Lichtjahre entfernt.

Willst Du mehr über das Hubble Teleskop und die Hubble Konstante, welche eine fundamentale Größe der Kosmologie darstellt, damit zu tun hat, erfahren, kannst Du die Erklärungen Hubble-Teleskop und Hubble-Gesetz dazu lesen.

Ganz aktuell ist mit dem James-Webb-Teleskop eine der komplexesten Maschinen der Menschheit im All unterwegs. Es ist das Teleskop mit der besten Auflösung, die ein Teleskop jemals hatte und wird als der Nachfolger des Hubble Teleskops voraussichtlich bahnbrechende Erkenntnisse über die Anfänge des Universums liefern.

Universum Größe Galaxien James Webb Teleskop StudySmarterAbbildung 7: James Webb Teleskop (Quelle: pixabay.com)8

Aber wie alt ist das Universum und wie sah es ganz am Anfang aus?

Geschichte des Universums

Nach heutigen Erkenntnissen ist das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt. Das Alter lässt sich ziemlich genau über die kosmische Hintergrundstrahlung bestimmen. Denn Licht verliert an Energie, je weiter es durch den Raum reist, das nennt sich Rotverschiebung.

Die Rotverschiebung beschreibt die Verschiebung der Spektrallinien von Licht zu größeren Wellenlängen, also energieärmerer Strahlung. Je weiter ein Photon unterwegs ist, desto größer wird die Wellenlänge und das Licht scheint röter.

Wenn Du mehr dazu wissen willst, kannst Du Dir die Erklärungen über das Hertz Russell Diagramm oder über die Geschichte des Universums anschauen.

Die kosmische Hintergrundstrahlung stammt vom ersten Licht, welches nach dem Urknall entstanden ist. Wie kannst Du Dir den Urknall aber vorstellen?

Urknall

Was war am Anfang aller Zeiten? Gab es überhaupt einen Anfang? Die Antwort dazu ist der Urknall.

Der Urknall oder auch „Big Bang“ genannt stellt den Anfang des Universums, also auch von Raum und Zeit dar. Aus einer Singularität heraus expandiert seit knapp 13,8 Milliarden Jahren der Raum und damit alles, was wir erfahren und beobachten können.

Anders als häufig angenommen war der Urknall keine Explosion im klassischen Sinne, sondern vielmehr der Start von Raum und Zeit. Den Großteil der Zeit, die das Universum bereits existiert, expandiert der Raum relativ gleichmäßig in alle Richtungen.

Die Größe des heute beobachtbaren Universums jedoch entstand bereits in den ersten Momenten nach dem Urknall. Diese kurzzeitig plötzliche Expansion wird auch als kosmische Inflation bezeichnet.

Kosmische Inflation

Um die Entwicklung des Universums kurz nach dem Urknall zu visualisieren, kannst Du als grobe Vereinfachung das folgende Bild betrachten.

Ausgehend von der Singularität unten im Bild, wurde innerhalb des Zeitraums von 10-44 - 10-30 s der Raum selbst um den Faktor 1026 größer.

Innerhalb dieses extrem kurzen Zeitraums expandierte das Universum auf die heute beobachtbare Größe. Dieses Phänomen wird als kosmische Inflation bezeichnet. Direkt am Anschluss und bis heute andauernd, folgte die Expansion des Raumes, wie wir sie heute beobachten können.

Die Zeit ab der Planck-Zeit bis zu besagten 10-30s wird auch Grand-Unified-Theory – kurz GUT-Ära genannt.

Die Planck Zeit Universum Größe kosmische Inflation Planck Zeit StudySmarter entspricht der kürzesten möglichen Zeiteinheit, in der überhaupt eine physikalische Wirkung möglich ist. Sie ist definiert durch die Zeit, die das Licht benötigt, um eine Planck-Länge zurückzulegen. Alle planckschen Größen werden abgeleitet durch das plancksche Wirkungsquantum ћ. Mehr dazu kannst Du in der Erklärung über die Heisenbergsche Unschärferelation erfahren.

Das Modell der kosmischen Inflation liefert eine Erklärung dafür, warum das Universum eine derart große Homogenität aufweist. Eigentlich sollte es nicht möglich sein, dass Galaxien, welche Milliarden von Lichtjahren voneinander entfernt sind, die gleichen Eigenschaften haben, da die Entfernung für eine gegenseitige Beeinflussung zu groß ist. Dennoch beobachten Astronomen genau diese Eigenschaft.

Gibt es noch weitere Theorien, welche mathematisch möglich wären?

Big Crunch

Die Big Crunch Theorie oder „Das große Zusammenkrachen“ beschreibt ein theoretisches Szenario des zeitlichen Endes des Universums, innerhalb der mathematischen Modelle.

Die Kernaussage der Theorie besagt, dass die Gravitation der Materie im Universum dessen Expansion abschwächt und zu einem bestimmten Zeitpunkt umkehren wird. Demnach würde das Universum nach einer endlichen Zeit wieder zu einer Singularität zusammenfallen und das Ende von Raum und Zeit bedeuten.

Im folgenden Bild siehst du die einzelnen Entwicklungsschritte der Big Crunch Theorie. Es beschreibt visuell den Kreislauf vom Urknall, zur Bildung der ersten Galaxien, gefolgt vom Maximum der Expansion sowie dem Zusammenfall zurück zu einer Singularität, welche wiederum in einem neuen Urknall mündet.

Mathematisch ist diese Theorie zwar haltbar, jedoch müssten dafür einige Voraussetzungen gelten, welche sich bislang nicht nachweisen lassen. Allerdings zeigen die Auswertungen von Sternexplosionen aus dem Jahr 2008, dass die dunkle Materie, welche maßgeblich für den Expansionseffekt verantwortlich ist, sich in den letzten 2 Milliarden Jahren verringert haben könnte.

Dunkle Materie ist eine theoretische Form von Materie, welche bislang nicht direkt gemessen oder betrachtet werden konnte, da sie nicht wie normale Materie wechselwirkt.

Sie direkt nachzuweisen, ist Stand heute noch nicht gelungen. Ihre Wirkung auf makroskopischer Ebene wie Galaxien ist jedoch unumstritten, da das Verhalten von etwa Sternen am Rande von Galaxien nicht mit der uns bekannten Materie erklärbar ist.

Wie kann man aber die Größe des Universums berechnen?

Größe des Universums berechnen

Wenn die Lichtgeschwindigkeit immer konstant und das älteste Licht etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall entstanden ist und demnach knapp 13,8 Milliarden Jahre zu uns gebraucht hat, könnte der Schluss gezogen werden, das Universum sei auch 13,8 Milliarden Lichtjahre groß, also genau so groß, wie weit das Licht in dieser Zeit reisen kann. Diese Überlegung ist aber nicht richtig, da sich das Universum stetig ausdehnt.

Um die tatsächliche Größe des Universums zu berechnen, solltest Du folglich die Expansion des Universums berücksichtigen. Das geht durch die Hubble-Konstante, welche genau das beschreibt. Durch viele Messungen und mit einer Unsicherheit von nur 3 % entspricht der aktuelle Wert der Hubble Konstante Stand 2012:

Universum Größe berechnen Hubble Konstante StudySmarter

Die Einheiten Lichtjahr (Lj) und Megaparsec (Mpc) beschreiben Entfernungen in Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit. Ein Lichtjahr entspricht der Entfernung, die Licht innerhalb eines Jahres zurücklegt. Ein Megaparsec entspricht der Entfernung von 3,26 Millionen Lichtjahren.

Damit Du Dir die Expansion besser vorstellen kannst, schau Dir das folgende Beispiel an.

Du kannst dir das wie einen Luftballon vorstellen, wobei der Luftballon das Universum ist und auf der Oberfläche alle Galaxien liegen. Pustet man den Ballon auf, entfernen sich auch automatisch die Galaxien voneinander, auch wenn sie sich selbst nicht bewegen. Das Aufpusten entspricht in diesem Fall der vergangenen Zeit.

Galaxien bewegen sich in der Realität relativ zum Universum mit einer eigenen Geschwindigkeit und Richtung. Der Effekt der Expansion ist jedoch unabhängig von dieser Relativbewegung beobachtbar.

Angesichts dieser Informationen ergibt sich für den Durchmesser des Universums ein größerer Wert als 13,8 Milliarden Lichtjahre, da sich innerhalb der Zeitspanne, die das Licht zur Erde benötigt, der Raum selbst vergrößert hat.

Wie groß ist aber das Universum unter Berücksichtigung der Expansion?

Universum Größe in Lichtjahren

Um die Größe des Universums anzugeben, reichen klassische Längenangaben nicht mehr aus. Daher haben Astronomen eine Einheit eingeführt, die mit der größtmöglichen Geschwindigkeit zusammenhängt – dem Lichtjahr.

Ein Lichtjahr entspricht der Entfernung, die Licht innerhalb eines Jahres zurücklegt. Da sich Licht mit Universum Größe in Lichtjahren Lichtgeschwindigkeit StudySmarter ausbreitet, entspricht ein Lichtjahr ca. Universum Größe in Lichtjahren Lichtjahr Strecke StudySmarter. Die Lichtgeschwindigkeit ist die größtmögliche Geschwindigkeit im Universum.

Doch selbst Lichtjahre werden der schieren Größe des Universums nicht gerecht. Unter Berücksichtigung der Expansion ergibt sich für das Universum ein Radius von ca. 46 Milliarden Lichtjahren, folglich ein Durchmesser von 92 Milliarden Lichtjahren.

Wieso kann sich aber nichts schneller als das Licht bewegen und warum ist das Universum dann mit 13,8 Milliarden Jahren Alter nicht auch 13,8 Milliarden Lichtjahre groß, sondern größer?

Dass sie die größtmögliche Geschwindigkeit im Universum darstellt, hat erstmals Albert Einstein in der speziellen Relativitätstheorie beschrieben. Wenn Dich das Thema interessiert, schau Dir die Erklärung über die spezielle Relativitätstheorie an.

Gibt es aber eine Möglichkeit diese Größen in Relation zu setzen?

Universum Größenvergleich

Vergleichst Du das Universum mit unserer Milchstraße, wird Dir schnell bewusst, wie groß es tatsächlich ist. Die Milchstraße hat eine Ausdehnung von ungefähr 100.000 Lichtjahren. Trotz ihrer unvorstellbaren Größe würde sie, direkt aneinander gereiht, 920.000 Mal nebeneinander in das Universum hineinpassen.

Um auf die anfängliche Frage zurückzukommen, wie weit eine Sternschnuppe gereist sein kann, ist die Antwort mit maximal knapp 13,5 Milliarden Jahren sehr lange, da sich in dieser Zeit in den ersten Sternen Eisen gebildet hat.

Aber wenn sich das Universum immer weiter ausdehnt, wie groß war es dann vor dem Urknall?

Größe Universums vor Urknall

Was vor dem Urknall war, kann kein Astronom beantworten, da es unmöglich ist, Daten aus dieser Zeit zu erhalten.

Laut dem aktuellen Wissensstand war das gesamte Universum aber zum Zeitpunkt des Urknalls in einer Singularität komprimiert, also unendlich klein.

Die Urknalltheorie beschreibt nicht den Urknall selbst, sondern die Zeit unmittelbar nach der Entstehung von „Allem“. Da die Physik in den ersten Momenten nicht existierte oder von uns unbekannten Gesetzmäßigkeiten überlagert wurde, bleibt der Anfang aller Zeiten wahrscheinlich für immer ein Rätsel.

Wie groß war aber das Universum unmittelbar nach seiner Entstehung?

Größe Universum nach Inflation

Während des Zeitabschnitts der GUT-Ära expandierte das Universum innerhalb kürzester Zeit auf die heute beobachtbare Größe von ca. 13,8 Milliarden Lichtjahren. Innerhalb dieser Zeit waren sämtliche physikalischen Gesetze außer Kraft gesetzt, weshalb es etwa möglich war, dass dessen Dichte oberhalb der sonst maximal möglichen Planck-Dichte gelegen hat.

Die Planck Dichte gehört wie die anderen Planck'schen Größen zu einem universellen Einheitensystem, welche nur von Naturkonstanten abhängt. Sie beträgt mit Universum Größe nach Inflation Planck Dichte StudySmartereinem Wert jenseits der menschlichen Vorstellungskraft.

In direktem Anschluss an die kosmische Inflation folgte die Expansion des Universums, welche bis heute anhält. Das Universum ist ein sehr umfassendes Thema, zu dem es immer wieder neue Erkenntnisse gibt. Wenn Du durch diese Erklärung Lust auf mehr bekommen hast, kannst Du in der Rubrik Astronomie noch viele weitere interessante Erklärungen entdecken.

Universum Größe - Das Wichtigste

  • Das Universum, das Weltall oder der Kosmos beschreiben alle die Gesamtheit aller Materie, Energie sowie Raum und Zeit.
  • Die kosmische Hintergrundstrahlung ist das älteste messbare Licht, 380.000 Jahre nach dem Urknall entstanden.
  • Alle Elemente schwerer als Wasserstoff und Helium entstanden in Sternen-Kernen, Supernovae oder Akkretionsscheiben von schwarzen Löchern.
  • Galaxien werden durch Gravitation zusammengehalten.
  • Das Hubble-Teleskop war lange Zeit das Teleskop mit der höchsten Auflösung im sichtbaren Lichtspektrum.
  • Der Wert der Hubble Konstante ist Universum Größe berechnen Hubble Konstante StudySmarter und gibt die Expansionsgeschwindigkeit des Universums an.
  • Das Universum ist 13,8 Milliarden Jahre alt.
  • Der Urknall war der Beginn von Raum und Zeit.
  • Die kosmische Inflation dauerte nur einen Bruchteil einer Sekunde an, vergrößerte jedoch den Raum um den Faktor 1026.
  • Der Big Crunch ist eine Theorie, welche eine Verlangsamung der Expansion des Universums beschreibt und am Ende der Zeit in dem Gegenteil eines Urknalls endet.

Nachweise

  1. Daniel Fischer, Hilmar Duerbeck (2000) Das Hubble-Universum: Neue Bilder und Erkenntnisse ISBN 3-8289-3407-2.
  2. Harald Lesch: Astronomie: die kosmische Perspektive. 2010
  3. Andreas Müller 2014: GUT-Ära. In: Astro-Lexikon. spektrum.de
  4. pixabay.com: Milchstraße. (08.07.2022)
  5. ESA and the Planck Collaboration: Kosmische Hintergrundstrahlung. (08.07.2022)
  6. creativecommons.org: Quasar Gruppe. (08.07.2022)
  7. nasa.gov: Hubbles Deep Fields. (08.07.2022)
  8. pixabay.com: James Webb Teleskop. (08.07.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Universum Größe

Nein, das Universum ist nicht unendlich groß, es dehnt sich jedoch stetig aus. Das beobachtbare Universum ist 13,81 Milliarden Lichtjahre groß.

Der Begriff Universum bedeutet "allumfassend", demnach ist hinter dem All kein Raum, folglich Nichts vorhanden.

Das Universum umfasst alles was Materie, Raum und Zeit ausmacht. Es existiert nichts Größeres als das Universum.

Genau genommen ist das Universum nicht unendlich groß. Es expandiert jedoch mit einer immer größer werdenden Geschwindigkeit und ist damit für menschliche Maßstäbe unerreichbar und damit unendlich groß.

Finales Universum Größe Quiz

Frage

Beschreibe kurz die Urknall Theorie.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Urknall oder auch "Big Bang" genannt stellt den Anfang des Universums, also auch von Raum und Zeit dar. Aus einer Singularität expandiert seit knapp 13,8 Milliarden Jahren der Raum und damit alles was wir erfahren und beobachten können.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die größte zusammenhängende Struktur im Universum und deren Größe.

Antwort anzeigen

Antwort

  • Die größten zusammenhängenden Strukturen bilden die großen Quasar-Gruppen mit einer Ausdehnung von bis zu 4 Milliarden Lichtjahren.
Frage anzeigen

Frage

Gib das Alter des Universums an.

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Antwort

Das Universum ist 13,8 Milliarden Jahre alt.

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Frage

Beschreibe durch welche Kraft Galaxien zusammengehalten werden.

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Antwort

Galaxien werden durch die Gravitationskraft der enthaltenen Massen zusammengehalten.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Konstante und das gleichnamige Teleskop, welche die Expansion des Universums beschreibt.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hubble Konstante wurde durch das gleichnamige Hubble Teleskop mit einer Unsicherheit von 3% bestimmt.

Frage anzeigen

Frage

Gib den Namen des aktuell leistungsstärksten Teleskops an.

Antwort anzeigen

Antwort

Das kürzlich ins All gebrachte James Webb Teleskop ist das aktuell Leistungssträkste Teleskop der Welt.

Frage anzeigen

Frage

Gib die tatsächliche Größe des Universums in Lichtjahren an.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Universum hat einen Durchmesser von 92 Milliarden Lichtjahren.

Frage anzeigen

Frage

Bennene den Mechanismus, welcher unmittelbar nach dem Urknall zur beobachtbaren Größe des Universums geführt hat.

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die kosmische Inflation wuchs das Universums im Bruchteil einer Sekunde zu der heute beobachtbaren Größe an. 

Frage anzeigen

Frage

Gib den Namen einer Theorie an, welche ein mögliches Ende des Universums darstellt.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Big Crunch oder "Das große Zusammenkrachen" entspricht dem Gegenteil der Expansion und mündet wieder in einer Singularität, was dem Ende von Raum und Zeit bedeuten würde.

Frage anzeigen

Frage

Nenne den Spiegeldurchmesser des Hubble Teleskops.

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Antwort

Der Hauptspiegel des Hubble Teleskops hat einen Durchmesser von 2,4 Metern.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Eigenschaften, welche zur Klassifizierung von Galaxien herangezogen werden.

Antwort anzeigen

Antwort

Der maßgebliche Faktor, der die Art und Größe einer Galaxie bestimmt, ist die enthaltene Masse und ihre Form.


Frage anzeigen

Frage

Gib die aktuell geschätzte Anzahl aller Galaxien im Universum an.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Universum enthält schätzungsweise über 1 Billion Galaxien.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die treibende Kraft, welche Galaxien zusammenhält.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Gravitationskraft.

Frage anzeigen

Frage

Gib die geschätzte Anzahl der Sterne innerhalb der Milchstraße an.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Milchstraße enthält zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, weshalb der größte Leerraum im Universum nicht wirklich leer ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Der größte je entdeckte Leerraum im Universum ist der Bootes Void, wobei dieser nicht wirklich leer ist, sondern im Vergleich zum Rest des Universums eine unnatürlich geringe Dichte an Galaxien und Sternen aufweist. 

Frage anzeigen

Frage

Gib 3 verschiedene Galaxie-Typen an.

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Antwort

Elliptische Galaxien, Spiralgalaxien und irreguläre Galaxien.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die ungefähre Anzahl der sichtbaren Sterne am Nachthimmel.

Antwort anzeigen

Antwort

Am Nachthimmel sind bis zu 6000 sichtbare Sterne mit bloßen Auge zu erkennen.

Frage anzeigen

Frage

Begründe, weshalb die Galaxie Alcyoneus zur größten bisher bekannten Galaxie im Universum zählt und gib ihre Ausdehnung in Lichtjahren an.

Antwort anzeigen

Antwort

Die größte derzeit bekannte Galaxie trägt den Namen Alcyoneus und hat eine Ausdehnung von über 16,3 Millionen Lichtjahren. Das Schwarze Loch im Inneren der Galaxie ist für deren Größe verantwortlich.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Besonderheit einer Radiogalaxie, welche der Ursprung ihrer Größe ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Quasar im Inneren einer Radiogalaxie, verteilt durch seinen kosmischen Jet deren Materie über eine Ausdehnung von Millionen Lichtjahren.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Art der Galaxie, zu der die Milchstraße zählt.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Milchstraße zählt zu den Spiralgalaxien.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, weshalb der Carina Nebel so hell leuchtet, dass er mit bloßem Auge zu sehen ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Carina Nebel ist ein Sternentstehungsgebiet. Die neu entstehenden Sterne beleuchten das umliegende Gas und heizen es auf, sodass es mit der uns bekannten Helligkeit zu sehen ist.

Frage anzeigen

Frage

Vergleiche die Größe der Andromedagalaxie mit der Milchstraße.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Andromedagalaxie ist doppelt so groß wie die Milchstraße.

Frage anzeigen

Frage

Gib die Größe der Ausdehnung einer lokalen Gruppe an.

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Antwort

Lokale Gruppe ist der Name eines Galaxienhaufens und damit aller enthaltenen Galaxien innerhalb einer Ausdehnung von 5 bis 8 Millionen Lichtjahren.

Frage anzeigen

Frage

Begründe, ob der Urknall eindeutig die Erklärung für den Anfang von allem ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Urknall ist nicht eindeutig der Anfang von allem, weil es sich hier um eine Theorie handelt. Zurzeit ist der Urknall lediglich die plausibelste Erklärung dafür.

Frage anzeigen

Frage

Gebe wieder, was der Urknall beschreibt.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Urknall beschreibt den Anfang der Urknalltheorie. Den Zeitpunkt Null“. Hierbei entsteht das Uratom aus dem Nichts, in welchem Raum, Zeit und Materie vereint sind.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, welches grundlegenden Problem der Urknall mit sich bringt.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Problem hierbei ist, dass „Etwas“, also das Uratom, aus dem „Nichtsentsteht. Die moderne Wissenschaft hat weiterhin keine Erklärung für das „Nichts“.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie groß das Uratom sein sollte.

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Antwort

Das Uratom wird auf eine Größe von 10-35 Meter vermutet. Zum Vergleich ist ein Atom etwa 0,1 bis 0,5 Nanometer groß.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, was die Inflation beschreibt.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Inflation beschreibt die plötzliche, gleichmäßige und exponentielle Ausdehnung des Uratoms. Für diese Expansion wurde bis heute keine Erklärung gefunden.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was kurz nach der Inflation im Universum passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Nach der Inflation breitet sich das Universum langsamer aus. Es ist auf eine Billion Kelvin abgekühlt. Es entstehen die ersten Materieteilchen, die Quarks und Gluonen sowie hochenergetische Photonen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was nach der Entstehung von den Quarks, Gluonen und hochenergetischen Photonen passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Hiernach ist das Universum auf etwa zehn Milliarden Kelvin abgekühlt. Jetzt können sich aus den Quarks Protonen und Neutronen bilden. Außerdem entstehen weitere Elementarteilchen und Elektronen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was nach der Bildung von Protonen und Neutronen passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Hiernach fängt die Kernfusion an. Es bilden sich hauptsächlich Atomkerne von Wasserstoff und Helium. Zu vernachlässigbaren Mengen entstehen Lithium- und Berylliumkerne.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, ob die ersten Atomkerne schon neutrale Atome sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Hierbei handelt es sich noch nicht um neutrale Atome. Zu dieser Zeit ist die Temperatur noch viel zu hoch, sodass sich die Kerne nicht mit den Elektronen verbinden können.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, bis wann die Kernfusion andauert.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Kernfusion hört auf, wenn die Temperatur im Universum auf eine Milliarde Kelvin gesunken ist. Hiernach sind insgesamt drei Minuten nach dem Urknall vergangen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was passiert, nachdem die Kernfusion gestoppt hat.

Antwort anzeigen

Antwort

Nach der Kernfusion herrscht für 380.000 Jahre Ruhe im Universum. In dieser Zeit kühlt es sich auf 3.000 Kelvin ab. Jetzt ist es kalt genug, sodass ich die Atomkerne mit den Elektronen verbinden können. Neutrale Atome entstehen.

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Frage

Erkläre, welchen Effekt die Bildung von neutralen Atomen auf die Sichtbarkeit des Universums hatte.

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Antwort

Durch die Bildung von neutralen Atomen konnte sich das vorhandene Licht im Raum ausbreiten, weil es nicht mehr mit den geladenen Teilchen zusammenstößt. Das Universum wurde durchsichtig. Weiterhin entstand durch die Rekombination die kosmische Hintergrundstrahlung.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was das besondere an der kosmischen Hintergrundstrahlung ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hintergrundstrahlung ist eine wichtige Komponente, die für die Urknalltheorie spricht. Sie kann noch heute im Mikrowellenbereich gefunden werden. Weiterhin kann durch die Rückrechnung der Hintergrundstrahlung anhand der Rotverschiebung auf das Alter des Universums geschlossen werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie alt das Universum ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Universum wird auf ein Alter von 13,8 Billionen Jahren vermutet.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Elementhäufigkeit im frühen Universum.

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Antwort

Die Elementhäufigkeit wurde auf eine Verteilung von 80 % Wasserstoff und 20 % Helium gerechnet. Zu vernachlässigbaren Anteilen entstanden wohl auch Lithium und Beryllium.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was die Hubble-Konstante aussagt.

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Antwort

Die Hubble-Konstante beschreibt die Expansion des Universums. Gleichzeitig kann über ihren Kehrwert auf das Alter des Universums geschlossen werden.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere die Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Hubble-Konstante.

Antwort anzeigen

Antwort

Aufgrund der großen Entfernungen der beobachteten Galaxien sind die Messungen der Spektren sehr aufwendig und somit mit einem großen Fehler behaftet.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was der Wert der Hubble-Konstante bedeutet.

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Antwort

Der Wert der Hubble-Konstante sagt aus, wie schnell sich Himmelskörper in Bezug auf den Betrachter bewegen. Ein Himmelskörper bei einer Entfernung von einem Megaparsec ist somit etwa 73 Kilometer pro Sekunde schnell. Bei der doppelten Entfernung ist dieser Himmelskörper ebenfalls doppelt so schnell.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, welchen Zusammenhang das Hubble-Gesetz für die Hubble-Konstante herstellt.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Hubble-Gesetz stellt einen Zusammenhang zwischen der Hubble-Konstante und der Rotverschiebung her. Die Hubble-Konstante ist somit der Proportionalitätsfaktor zur Rotverschiebung. Mit diesem Zusammenhang ist die Rotverschiebung proportional zur Entfernung der beobachteten Galaxie zum Beobachter.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was die Rotverschiebung aussagt.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Rotverschiebung sagt aus, dass Wellenlängen, je weiter sie sich im Raum ausbreiten, immer länger werden. Sie verschieben sich in Richtung des roten Bereichs des Farbspektrums.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, was ein positiver Wert und was ein negativer Wert bei der Berechnung der Rotverschiebung aussagt.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein positives Ergebnis für die Rotverschiebung sagt aus, dass sich der beobachtete Himmelskörper vom Beobachter entfernt. Ein negativer Wert sagt aus, dass sich der Himmelskörper auf den Beobachter zubewegt. Hierbei wird auch von der Blauverschiebung gesprochen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, womit sich eine Rotverschiebung in einem Spektrum bemerkbar macht.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Rotverschiebung kann dadurch erkannt werden, dass die Absorptionslinien in Spektren der Galaxien nicht bei der gewohnten Wellenlänge zu finden sind.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre das Problem der Konstanz der Hubble-Konstante.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hubble-Konstante kann bis zu einer Rotverschiebung von 0,1 und einer Entfernung von 400 Mpc als konstant angesehen werden. Nach dieser Grenze weichen die Rechenergebnisse von den beobachteten Werten ab.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wodurch die Hubble-Konstante abhängig ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hubble-Konstante ist von der Zeit abhängig.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wodurch die Hubble-Konstante um die Zeit erweitert wurde.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hubble-Konstante wurde durch den Hubble-Parameter um die Zeit erweitert.

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