Eine Reise durch unser Sonnensystem

von Hans-Erich Gillmann

Raumsonden haben uns die Planeten und Monden in unserem Sonnensystem mit phantastischen Bildern näher gebracht und das Weltraumteleskop "Hubble" blickt noch tiefer in die Unendlichkeit des Raums. Es zeigt uns, dass es noch andere Planeten neben unserer Heimat Erde und außerhalb unseres Sonnensystems gibt, vielleicht sogar eine Menge Lebewesen, die irgendwo in den unzähligen Galaxien beheimatet sind. Die Voraussetzungen für Leben außerhalb unseres Sonnensystems sind bestimmt vielerorts gegeben. Und warum sollten wir die einzigen Lebewesen sein? In unserem Sonnensystem ist die Erde der einzige Planet, der Leben hervor gebracht hat, aber was spricht dagegen, dass woanders Leben entstanden ist? Und sei es nur primitives Leben, das sich noch entwickelt. Oder sind sie vielleicht schon intelligent genug, um mit uns eines Tages in Kontakt zu treten, oder haben es schon versucht, weil ihr technischer Fortschritt weit über unserem liegt?

Wir schicken ja auch schon einige Jahre Signale ins All, in der Hoffnung, sie werden von jemandem da draußen empfangen und versuchen mit großen Radioteleskopen, irgend ein Signal aus den Tiefen des Weltalls zu empfangen, bis jetzt aber leider vergeblich. Diese Signale sind so schnell wie das Licht und legen eine Strecke von 300 000 Km/s zurück. Zu große Entfernungen, in Lichtjahre angegeben, müssen diese Signale zurücklegen, die dann Jahre, Jahrhunderte, Jahrtausende und mehr unterwegs sind, bis sie irgendwo empfangen und eventuell verstanden werden, und wir wiederum so lange warten müssten, bis wir eine Antwort aus diesen riesigen Entfernungen empfangen könnten. In ferner Zukunft könnte dies vielleicht der Fall sein. Die nächsten Generationen könnten dies erleben. Wer weiß das heute schon?

Bleiben wir aber in "unserer Nähe", die wir schon relativ gut kennen: Unser Sonnensystem. Um es noch etwas näher kennen zu lernen, stellen wir uns in unseren Gedanken vor, wir chartern ein Raumschiff, das in der Umlaufbahn um die Erde "geparkt" ist, und das, zumindest bei den erdähnlichen Planeten und Monden, auf denen wir landen wollen, oder in den Umlaufbahnen der Gasplaneten, jeder Atmosphäre, jedem Druck und jeden extremen Wettereinflüssen stand halten kann, Hitze oder Kälte trotzt, und mit enormer Geschwindigkeit fliegen kann, um die Distanzen der Planeten zueinander schneller zu überbrücken.

So ausgestattet, können wir dann mühelos in unseren Gedanken unser Sonnensystem durchfliegen und lernen somit die Sonne kennen, die inneren steinigen Planeten, die äußeren Gasriesen, die Monde der einzelnen Planeten, Kometen und Meteore. Es ist eine phantastische Reise, hat aber mit Phantasie nichts zu tun, sondern die Angaben basieren auf wissenschaftlichen Fakten. Die Vorstellungskraft in bezug während des gedanklichen Fluges allerdings können Sie sich am Besten selbst auslegen. Ein Shuttle bringt uns in den Orbit zum Raumschiff und steigen um, nehmen unseren Platz ein und sind reisefertig. Der Flug kann beginnen. Wir wollen mit unserer Sonne beginnen und müssen, um zu ihr zu gelangen, eine Entfernung von 1 Astronomischen Einheit (AE), das sind 149 597 870 Km, die mittlere Entfernung Erde - Sonne, zurücklegen. Schon drängt sich uns die erste Frage auf: Wie ist denn alles entstanden?

Wie ist unser Sonnensystem entstanden? Um dies zu verstehen, müssen wir, wieder gedanklich, eine Zeitreise unternehmen, ca. 4,5 Mrd. Jahre zurück. Der Kurs zur Sonne, unser erstes Ziel, ist in unserem erdachten Raumschiff eingegeben. Es ist zwar ein Paradoxon, wenn wir die Entstehung unseres Sonnensystems selbst beobachten, denn noch ist unsere Sonne nicht geboren und unser Sonnensystem existiert noch nicht und somit selbstverständlich wir auch noch nicht. Macht aber nichts, es soll nur eine gedankliche Vorstellung sein! Schließen Sie ihre Augen und stellen Sie sich folgendes vor: Wir gleiten in einem Meer der Dunkelheit. Um uns herum die riesigen Weiten des Weltalls. Unter uns, in großer Entfernung, sehen wir unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, mit Abermilliarden von Sternen. Es ist eine von vielen unzähligen Galaxien, nichts besonderes, außer, es ist unsere Heimatgalaxie, bzw., wird sie erst werden. Sie ist genau so entstanden, wie alle anderen auch: durch den Urknall, durch den alles seinen Anfang nahm. Nicht nur das Universum als Ganzes hat sich daraus entwickelt, sondern wir selbst bestehen, wie alles irdische Leben, und der vielleicht existierenden Lebensformen außerhalb unserer Galaxie, aus dieser Sternmaterie. Durch die Explosion der ersten Generation anderer Sterne in unserer Galaxie wurde mit schweren Elementen angereicherte Materie ins All geschleudert. Diese Materie war das Baumaterial zur Entstehung unseres Sonnensystems. Mit Ausnahme des Urelements Wasserstoff, das im Feuerball des Urknalls geboren wurde, sind unsere Körper aus Atomen aufgebaut, die im Innern einer frühen Sterngeneration gekocht wurden, lange bevor es die Sonne gab. Damit sind wir nicht nur Beobachter im kosmischen Schauspiel, sondern direkte Beteiligte.

Wir setzen unsere gedankliche Zeitreise fort. Die Abermilliarden von Sternen dieser Galaxie haben sich alle auf einer gigantischen, rotierenden Scheibe versammelt, die 100 000 Lichtjahre Durchmesser hat. Zwei helle Arme drehen sich spiralförmig um das leuchtende Zentrum. Wir bewegen uns auf diese Galaxie zu und bleiben schwebend am Rande der Galaxie über einer wolkigen Masse, aus der eines Tages unsere Sonne und die Planetenfamilie geboren werden. Diese Wolke, 28 000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt, sieht aus wie eine Miniaturausgabe der eigentlichen Galaxie, hat aber immer noch einen Durchmesser von Milliarden von Kilometern. Diese scheibenförmige Ansammlung aus Staub- und Gasteilchen dreht sich um ein Zentrum, das sich immer mehr verdichtet. Mit zunehmender Größe wird auch ihre Schwerkraft immer stärker und zieht immer mehr Materie an. Dann, plötzlich, wie durch ein Streichholz angezündet, ein gleißender Lichtblitz. Durch den ungeheuren Druck im Zentrum hat eine nukleare Reaktion stattgefunden. Ein Stern, unsere Sonne, ist geboren. Staub- und Gasteilchen werden hinausgeschleudert, die sich mit metallischen Verbindungen, durch chemische Reaktionen entstanden, zu Klumpen, sogenannten Planetesimalen, zusammenbacken, und sich durch die Gravitation gegenseitig anziehen und sich glühend vereinen und immer größer werden. Schwere Elemente bilden den Planetenkern, leichtere die Außenschichten, die den Kern umhüllen und die spätere Oberfläche bilden. Anschließend kühlt die Materie ab und erstarrt zu Planeten. Kleine, felsige Planeten haben ihre Umlaufbahnen in der Nähe der Sonne gefunden, während sich überwiegend Gasteilchen um einen Stein- oder metallischen Kern weiter von der Sonne zu Gasriesen zusammenballen. Die meisten Planeten fangen durch deren Gravitation einen oder mehrere größere Brocken ein, die seither nun als Monde um sie kreisen. Andere kleinere Körper bleiben als Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter hängen, wieder andere weit draußen hinter dem äußersten Planeten. So ist, grob umrissen, unser Sonnensystem mit den 9 Planeten, ihren Monden und Asteroiden entstanden.

Gibt es im Universum noch andere Materie, außer der, die wir kennen, aus denen die Galaxien und Planeten und andere durch den Urknall bekannten Formationen entstanden sind? Da wir keine andere Materie zwischen den Planeten optisch sehen können, würde man die Frage mit nein beantworten. Aber ist dieser Freiraum wirklich frei und leer? Die Antwort lautet: Nein! Man sieht sie zwar nicht, aber sie ist vorhanden. Es ist die sogenannte "dunkle Materie". Sie ist überall: Sie erfüllt den Raum zwischen den Galaxien und fernen Welteninseln, sie verdichtet sich in den Milchstraßensystemen und durchsetzt sogar die Umgebung unseres Planetensystems. Die Bezeichnung "dunkle Materie" ist richtig, denn alles an ihr ist dunkel: ihre Herkunft, ihre Eigenschaften, ihre Zusammensetzung. Nur eines ist klar: Sie ist Materie, ist also "schwer". Es muss sie geben, sonst lassen sich Beobachtungen an Galaxien und Sternbewegungen nicht erklären. Möglicherweise durchdringen sogar Myriaden von Teilchen augenblicklich unseren Körper, ohne dass wir das geringste merken. Wie kann man so sicher sein, dass es "dunkle Materie" gibt? Folgendes Beispiel könnte dies erklären:

Unser Sonnensystem rast mit 22 Km/s oder umgerechnet fast 80.000 Km/h, in einem Abstand von ca. 28 000 Lichtjahren vom Mittelpunkt unserer Heimatgalaxie entfernt, um das Zentrums unserer Milchstraße herum. Eine solche Drehgeschwindigkeit würde unser Planetensystem vom Zentrum herausschleudern, genauso wie ein Auto, das mit hoher Geschwindigkeit in einer Straßenkurve, herausgeschleudert werden kann. Es muss also eine ebenso große Kraft dem die Waage halten. Diese Kraft wäre die Massenanziehung der Milchstraße, also all der Massen zwischen uns und dem Zentrum der Milchstraße. Hier aber taucht die erste Schwierigkeit auf und ein indirekter Hinweis auf "dunkle Materie", denn, zählt man alle Massen zusammen, erhält man einfach nicht genug Materie, die dieser gewaltigen Fliehkraft Paroli bieten kann. Es muss also noch eine andere Form von Materie da sein, eben diese "dunkle Materie". Dunkel, weil sie offensichtlich nicht leuchtet und auch kein Gas - Staub ist, und sich allen direkten Beobachtungen bisher entzogen hat. Einen weiteren, direkteren Hinweis erhält man aus einem ununterbrochenen "scannen" unseres Sternenhimmels. So zeigte sich beispielsweise bei einem Stern der Großen Magellanschen Wolke (LMC), einer Begleitergalaxie unserer Milchstraße, ein Helligkeitsausbruch über etwa 50 Tage. Die einzig mögliche Erklärung dafür ist:

Ein "dunkler" Stern der Milchstraße hatte sich vor ihn geschoben und mit seiner Masse wie eine Linse die Helligkeit des Sterns verstärkt. Beobachtungen dieser Art gibt es seit 1992 in Fülle. Unsere Milchstraße muss nach Berechnungen der Astronomen zu fast 90 Prozent aus dieser unbekannten Materie bestehen, sonst flöge sie auseinander. Fremde Galaxienhaufen enthalten - so die neuesten Zahlen - sogar bis zu 99 Prozent "dunkle Materie". Die "normale" Materie, die die Physiker in ihren Laboratorien und Teilchenbeschleunigern bisher kannten, ist also nur die klitzekleine Spitze eines wahrhaft riesigen Eisberges. Woraus kann dieser dunkle Stoff nach Einschätzung der Astronomen denn überhaupt bestehen? Aus den Rechnungen zum Urknall ist bekannt, dass es für die "normale" Materie - die baryonische Materie - einen oberen Grenzwert geben muss. Im Durchschnitt kann das All nicht mehr als ein Wasserstoffatom pro Kubikmeter enthalten, ein wahrhaft "mageres" Gewicht. Die bereits identifizierte "dunkle Materie" macht aber eine höhere Massendichte aus, und demnach, so kann man messerscharf schließen, besteht diese dunkle Materieform zum überwiegenden Teil nicht aus "normalen" Atomen. Für den (kleinen) baryonischen Anteil der "dunklen Materie" gibt es aussichtsreiche Kandidaten: die sogenannten Rote, Braune oder Schwarze Zwerge. Das sind Sterne mit deutlich geringerer Masse als unsere Sonne und mit erheblich geringerer Leuchtkraft. Sie sind also deswegen für die Astronomen und ihre Fernrohre quasi dunkel. Aber welche Kandidaten gibt es für den überwiegenden, den nicht-baryonischen, exotischen Teil der "dunklen Materie"? Möglicherweise handelt es sich um Elementarteilchen, die bis heute noch unbekannt sind.

Hans-Erich Gillmann, im Oktober 2001
Verein der Amateurastronomen des Saarlandes e.V. (VAS)

Literaturangaben

• Das Kosmos Buch vom Weltraum, Pam Spence, Franckh - Kosmos Verlag Stuttgart
• Der Kosmos Atlas vom Weltall, Tim Furniss, Franckh - Kosmos Verlag Stuttgart
• Mondatlas, A. Rükl, Verlag Werner Dausien - Hanau
• Großes Lexikon der Astronomie, Joachim Herrmann, Mosaik Verlag München
• Abenteuer Astronomie, David H. Levy, Verlag Das Beste, Stuttgart, Zürich, Wien
• Wissenschaftliche Sendung Quarks & co, WDR Köln
• CD-ROM, Kosmos 3D Atlas des Sonnensystems, United Soft Media