Was gibts auf dem Mond zu holen?

Schon lange wird darüber diskutiert, bemannte Kolonien auf dem Mond zu errichten, Science Fiction-Autoren erzählen von Mond-Bergbau und Konzerne wittern auf unserem Erdtrabanten das große Geschäft.  Doch was gibt es auf dem Mond zu holen? Lohnt sich Mond-Tagebau wirklich? Widmen wir uns dieser Frage und klären auch gleich, was man mit der Rohstoffsuche auf dem Mond bezwecken könnte.

 

Mond

Unser altbekannter Begleiter. Quelle: wikipedia

 

Der Mond ist von einer mehreren Meter dicken Schicht aus Regolith bedeckt. Die Bezeichnung Regolith setzt sich aus dem altgriechischen „regma„, was soviel wie Bruch bedeutet, und „lithos„, was Stein bedeutet, zusammen. Für jene, die es genau wissen wollen, habe ich hier die Bestandteile aufgeführt.

-Siliziumoxid 45,25%
-Aluminiumoxid 19,45%
-Kalk 13,85%
-Eisenoxid 10%
-Magnesiumoxid 8,35%
-Titanoxid 2,25%
-Natriumoxid 0,6%

Das alles sind Stoffe, die auch auf der Erde vorkommen. Ein Abbau auf dem Mond und ein Transport zur Erde würde also nichts bringen.

Eine weitere Möglichkeit ist das Wasser auf dem Mond. Wasser auf dem Mond? Ja, die NASA hat im Rahmen der LCROSS-Mission von 2008 bekanntgegeben, dass es auf dem Mond bedeutende Mengen an Wassereis gibt. Bei dieser Mission ließen Forscher gezielt eine Sonde in den Cabeus-Krater in der Nähe des Mond-Südpols stürzen und analysierten den aufgewirbelten Staub – mit Erfolg. Es wird vermutet, dass in den Kratern, die tief genug sind das kein Sonnenlicht auf den Grund gelangt, Wassereis-Ablagerungen von nicht geringer Menge vorhanden sind. Das Vorhandensein von Wasser wäre für eine Mondkolonie durchaus von Vorteil, wenn nicht sogar essentiell.

Die nächste Möglichkeit wurde bereits vom deutschen Schriftsteller Frank Schätzing in seinem Roman Limit aufgegriffen. Auf dem Mond sollen rund eine Million Tonnen Helium-3 lagern. Helium-3-Kerne enthalten 2 Protonen, aber nur 1 Neutron, wodurch 2 Fusionsmöglichkeiten gegeben sind: Die Verschmelzung mit Deuterium, oder die Verschmelzung der Helium-3-Kerne untereinander. Somit kann Helium-3 zur Energieerzeugung genutzt werden, ohne den Umweg über verdampftes Wasser. Radioaktivität entsteht fast gar nicht, ebenso wenig gäbe es Strahlenschäden im Reaktor. Helium-3 wäre somit ein sehr sauberer Brennstoff. Viele Fusionsforscher sehen in dem Isotop deshalb die Energiequelle der Zukunft. 40 Tonnen würden ausreichen, um den Energiebedarf der USA ein Jahr lang zu decken. Dass der Stoff tatsächlich im Mondboden ruht, ließ sich anhand von Proben nachweisen, die Apollo-Astronauten 1969 mit zur Erde gebracht hatten.

 

Helium-3
Aufbau eines Helium-3 Kerns. Quelle: superfluidsiiti

 

Auf der Erde kann sich Helium-3 nicht abgelagert haben, da es vom Sonnenwind transportiert wird und unsere Atmosphäre diesen nicht durchlässt. Nachdem der Mond keine Atmosphäre hat, konnte sich das Helium-3 so relativ einfach im Regolith ablagern. Der Nachteil ist, dass er relativ dünn verteilt ist. Eine Tonne Regolith enthält gerade 0,01 Gramm davon. Dies macht es schwierig, das Helium-3 zu extrahieren. Der Staub muss dazu in solar betriebenen Schmelzöfen der Mondbasen bei 700 Grad Celsius ausgekocht werden. Auf diese Art ließen sich pro Jahr zwei bis drei Tonnen des Isotops gewinnen, immerhin genug, um ein kleineres Land ein Jahr lang mit Fusionsstrom zu versorgen.

Eine weitere Möglichkeit ist das Vorhandensein von Titaneisen, aus dem Titan gewonnen werden kann. Titaneisen wird auch Ilmenit genannt und kommt auf dem Mond etwa 10 mal häufiger vor als auf der Erde. Diese Erkenntnis wurde ebenfalls von der NASA im Rahmen der LCROSS-Mission mit der Mondsonde LRO erzielt. Titan kommt unter anderem in Titaneisen und Rutilerz vor. Seine Extraktion aus diesen Gesteinen ist jedoch kompliziert und aufwändig. Reines Titan ist daher bis zu zehn Mal teurer als Stahl. Verwendet wird es vor allem zur Legierung von Stahl, den es besonders hart und widerstandsfähig gegen Rost macht. Allerdings ist in Titaneisen Sauerstoff gebunden, dass bereits in Experimenten mit Hilfe von einfachen Öfen extrahiert wurde und zur Sauerstoffversorgung von Raumstationen oder Mondbasen verwendet werden könnte.

 

Ilmenit
Natürlich vorkommendes Titaneisen oder Ilmenit. Quelle: wikipedia

 

Was für Schlüsse können wir nun also aus dem Ganzen ziehen? Der Einzige Rohstoff, bei dem es sich lohnt, ihn zur Erde zu bringen, ist Helium-3. Der Rest lässt sich nur auf dem Mond selbst nutzen. Das gefrorene Wasser und die Extrahierung von Sauerstoff aus Titaneisen können zur Lebenserhaltung, Helium 3 und die restlichen Bestandteile des Regoliths als Energiequelle und zur Baustoff-Herstellung genutzt werden. Für eine bemannte Mond-Kolonie also gute Voraussetzungen. Wenn man nicht alles von der Erde mitbringen muss, sondern die Möglichkeit hat, vor Ort seine Rohstoffe abzubauen, spart man nicht nur Geld und Kapazität, sondern kann die Basis unter Umständen auch kontinuierlich erweitern, ohne auf Nachschub von der Erde angewiesen zu sein.

Meiner Meinung nach ist es für die Menschen an der Zeit, den Mond zu kolonisieren. Haben wir das einmal geschafft, steht uns der Weg zu den Sternen offen.

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Flight over Mars

Auf der Homepage der ESA (European Space Agency) gibt es eine Rubrik, die sich „Space in Videos“ nennt. Hier bin ich auf ein wirklich faszinierendes Video des Mars gestoßen. Auf Basis der Daten von Mars Express wurde eine die Oberfläche des Mars, oder zumindest einige Gebiete, visualisiert und ein virtueller Flug darüber erstellt. Das Video lässt erahnen wie es aussähe, wenn wir mit einem Raumschiff über das jeweilige Gebiet fliegen würden. Ich finde es sehr gut gelungen und wünsche euch viel Spaß beim ansehen. Die Beschreibung zum Video findet ihr weiter unten.

 

 

Among the most interesting landforms on Mars are features referred to as ‘chaotic terrain’. Dozens or even hundreds of isolated mountains up to 2000 m high are scattered in these extensive regions. Seen from orbit, they form a bizarre, chaotic pattern. Such terrains are found over a large area to both the west and east of Valles Marineris, the largest canyon in the Solar System. Hydraotes Chaos, showcased in this video, is a typical example of this type of landscape.

The data used to generate these images and the simulated flyover were acquired with the High Resolution Stereo Camera on ESA’s Mars Express orbiter.

Quelle: European Space Agency

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Getestet: universe2go – mehr als nur ein Hosentaschen-Planetarium

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Quelle: universe2go

 

Bereits mehrfach stieß ich in letzter Zeit auf Werbung und Hinweise zu „universe2go“. Erst fiel es mir gar nicht weiter auf, doch als ich dann vor kurzem zufällig eine Rezession las, wurde mein Interesse geweckt. Ich fand heraus, dass es sich wohl um ein Planetarium für das Smartphone handeln musste. Nachdem ich bereits einige Apps wie „google sky maps“, „star-tracker“ oder „stellarium mobile“ getestet hatte, war ich skeptisch. Meiner Erfahrung nach sind die Sensoren und der Kompass von Smartphones zu ungenau, um jemandem, der sich am Sternenhimmel nicht oder nur wenig auskennt, eine echte Orientierungshilfe zu sein. Hat man die grundlegenden Kenntnisse und findet zumindest die wichtigsten Orientierungspunkte sind sie zwar trotzdem hilfreich und informativ, ich blieb aber dann doch lieber bei dem Programm „Stellarium“ (und nein, der Name meines Blogs hat nichts mit diesem Programm zu tun :-).

Trotzdem war mein Interesse geweckt und ich klickte mich durch verschiedenste Bewertungen, bis ich schließlich auf der Homepage von „universe2go“ landete. Nach kurzem stöbern auf der äußerst übersichtlich und angenehm gestalteten Webseite wusste ich nun endlich, worum es sich handelte. Ich schrieb also eine Email an „universe2go“ und fragte nach einem Testgerät, da ich schon viel über das Produkt gelesen hatte und gerne in meinem Blog darüber schreiben möchte. Ehrlich gesagt hatte ich überhaupt nicht mit einer Antwort gerechnet, doch bereits am nächsten Tag erhielt ich die Email einer netten Dame, die sich freute, dass ich Interesse zeige und mir gerne ein Testgerät zur Verfügung stellen würde. Es dauerte dann auch nur wenige Tage als mich ein kleines Paket erreichte. Doch bevor ich nun weiter erzähle, möchte ich euch erklären, worum es sich hier überhaupt handelt.

„universe2go“ ist eine AR-Anwendung (Augmented Reality) oder zu deutsch: „erweiterte Realität“. Darunter versteht man die visuelle Darstellung von Informationen, also die Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung/Überlagerung.

In diesem Fall besteht das Produkt aus zwei Teilen. Einer App, die heruntergeladen werden muss, sowie einer Brille. Als ich die App im Play-Store ausgewählt hatte, erschrak ich ein wenig bei der Größe (403 mb inkl. Updates). Also auf jeden Fall für genug Platz auf dem Handy sorgen 😉 Die „Brille“ ist eine Kunststoff-Box, die auf der Vorderseite offen ist und auf der Rückseite zwei Seh-Schlitze aufweist. Auf der Oberseite befindet sich ein Hohlraum, in den das Smartphone eingelegt wird. In der Box befinden sich am Boden zwei konvexe Spiegel, die das Bild des Smartphones beim Durchblicken quasi in die „echte“ Umgebung projizieren.

Jetzt wird getestet

Bereits beim öffnen des Transport-Kartons bemerkte ich die Liebe zum Detail. Die Verpackung der Brille ist zwar schlicht gehalten, macht aber durch die Gestaltung Lust aufs aufmachen. Der Inhalt besteht aus der Brille (was auch sonst), einem Handbuch in 5 Sprachen, einer „like us on facebook and twitter“-Karte, einer schönen Stoff-Aufbewahrungstasche sowie einem Tragegurt. Der erste Eindruck: wertig.

 

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Die Brille

Obwohl sie zur Gänze aus Kunststoff besteht, wirkt sie qualitativ hochwertig. Zwar hätte man statt des klassischen, schwarzen Plastiks auch hochwertigeres Material verwenden können, doch hier steht die Funktionalität im Mittelpunkt und die wäre auch bei Carbon nicht besser oder schlechter. Was die Optik dennoch sehr aufwertet, sind die aufwändig gestalteten Logo-Embleme, die auf der Ober- und der Rückseite angebracht sind. Zwei Schlaufen an den Seiten ermöglichen das Befestigen eines Gurtes, um sich das Gerät um den Hals zu hängen. Die offene Vorderseite lässt sich mit einer Kappe verschließen, wobei über den Spiegeln sowieso eine Plexiglasscheibe sitzt. Manko hier: Die Sehschlitze sind nicht mit Glas-oder ähnlichem Abgedeckt, wodurch Staub, Schmutz oder Wimpern auf die Spiegel fallen können – und diese durch die Sehschlitze zu reinigen kommt einem Geduldsspiel gleich.

Auf der Oberseite lässt sich eine Klappe öffnen. Darunter befindet sich ein kleiner Hohlraum, in den das Smartphone eingelegt wird. Für verschiedene Handygrößen gibt es Schaumstoffrahmen um es zu fixieren.

 

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Die App

Wie gesagt, die Dateigröße hat mich etwas geschockt, doch davon sollte man sich nicht abbringen lassen. Die App hat zweierlei Modi: einmal mit Brille und einmal ohne. Ohne Brille zeigt sich eine detailierte Himmelskarte, die mit einigen Extras wie Beschreibungen, vergrößerten Abbildungen etc. aufwartet. Auch gibt es unterschiedliche Einstellungen und Filter, die angewendet werden können. Die wahre Stärke der App zeigt sie jedoch im Brillen-Modus. Hier einige Fakten:

  • kompletter Hipparcos-Katalog, ein hochpräziser Sternenkatalog mit ca. 120.000 Sternen
  • Messier-Objekte und kompletter NGC-Katalog, also Auflistungen von Galaxien, Nebeln und Sternhaufen
  • Speziell aufgearbeitete Bilder von Planeten, Deep-Sky-Objekten, Kometen und Satelliten
  • zahlreiche Audioguides

Nun wird auch klar, wo die Dateigröße herrührt.

Als nun die App installiert und die Brille ausgepackt war, startete ich die Anwendung und musste den Aktivierungscode, der sich im Karton befand eingeben. Anschließend wurde das Gyroskop kalibriert und es ging los. Leider konnte ich das Gerät vorerst nicht unter klarem Sternenhimmel testen, da es ziemlich bewölkt war, doch auch so fand ich mich beim durchblicken in einem virtuellen Sternenhimmel wieder. Eine angenehme Stimme führte mich durch die ersten Schritte.

In der Mitte des Blickfeldes befindet sich ein grüner Kreis, mit dem ich durch Schwenken des Blickfeldes Sterne, Sternbilder und sonstige Objekte fixieren kann, neben denen dann ein Feld mit Informationen aufgeht. Wenn ich beispielsweise länger auf Saturn verharre, zoomt das Blickfeld auf ihn ein und der Sprecher erklärt mir einige Fakten zu dem Ringplaneten. Ebenso verhält es sich bei Sternbildern und Galaxien. Wenn ich meinen Blick auf den Boden richte, öffnet sich ein Menü.

Es gibt hier verschiedene Modi, die ich auswählen kann:

  • den Starter-Modus: hier werden lediglich Sterne- und Sternbildlinien eingeblendet sowie grundlegende Erklärungen per Audio gegeben.
  • der Entdecker-Modus: hier gibt es zusätzliche, tiefergehende Informationen
  • der Mythologie-Modus: hier gibt es die Geschichten zu den Sternbildern
  • der Deep-Sky-Modus: hier liegt der Schwerpunkt auf Galaxien, Nebeln und Sternhaufen sowie explodierenden Supernovae
  • der 3D-Modus: Der Himmel wird plastisch und gewinnt an Tiefe. Dieser Modus eignet sich meiner Meinung nach für wolkige Nächte, in denen man nicht am richtigen Sternenhimmel gucken kann.
  • der Quiz-Modus: Hat man Grundlegende Kenntnisse gesammelt, kann man hier zeigen, was man schon weiß. Sehr schön geführt und programmiert.
  • der Suche-Modus: hier kann man gezielt nach bestimmten Objekten suchen, die einem dann an dessen richtiger Position am Himmel gezeigt werden.

 

Screenshots aus der App. Quelle: universe2go.com

 

Dieses Produkt ist sowohl für Einsteiger, als auch für Fortgeschrittene eine tolle Möglichkeit, den Himmel zu erkunden sowie sein Wissen weiter auszubauen. Kinder werden von der Schönheit des Universums fasziniert und Erwachsene können ihren Wissensdurst stillen, forschen oder einfach nur entspannen und nach einem stressigen Tag abschalten und virtuell durch das Universum reisen.

Mein persönliches Fazit

Der Preis für die Brille ist recht hoch – er liegt bei 99,-€ inkl. Versandkosten. Sieht man sich jedoch an, was man dafür bekommt, finde ich diesen Preis durchaus gerechtfertigt. In den Bewertungen wird zum Teil der minderwärtige Materialeinsatz bemängelt. Ich bin allerdings der Meinung, wie auch oben bereits erwähnt, dass die Brille, auch wenn sie aus Gold wäre, ihren Zweck auch nicht besser oder schlechter erfüllen würde. Weder wackelt etwas, noch wirkt sie leicht zerstörbar, doch das ist wahrscheinlich Ansichtssache. Die App ist übrigens kostenlos.

Was mir sehr gut gefallen hat ist der Aufbau der App. Die Bedienung ist unkompliziert und intuitiv, wobei man sowieso eine gute Einführung erhält, nach der auch ein 10-jähriger damit umgehen kann. Trotzdem ist sie nicht anspruchslos und man entdeckt immer wieder neue Funktionen (zumindest ich). Die App wird auch permanent gewartet und erweitert und ich bin gespannt, was für Funktionen und features es noch dazu geben wird.

Ich muss für „universe2go“ eine klare Kaufempfehlung aussprechen. Gerade für Sternbegeisterte ein schönes Weihnachtsgeschenk oder auch für einen selbst eine gute Investition, von der man lange etwas hat. Ich trauere meiner Brille bereits nach, da ich sie ja wieder zurückschicken muss, doch bei nächster Gelegenheit werde ich mir wohl eine bestellen.

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Astro-Comic des Tages

Neptun-Pluto

 

-> Mehr gibts auf Astro-Comics.de

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Was passiert mit meinem Körper im Weltall?

Heute möchte ich mich der Frage widmen was passieren würde, wenn man ohne Raumanzug dem Vakuum des Weltalls ausgesetzt wäre. Hollywood stellt ein derartiges Szenario in gewohnter Manier ja ziemlich spektakulär dar: Das Blut beginnt zu kochen, Augen bzw. der Astronaut im Ganzen blähen sich auf oder platzen gleich komplett oder man wird im Bruchteil einer Sekunde schockgefrostet…. Ist so etwas tatsächlich der Fall oder verhält es sich eigentlich ganz anders?

 

Astronaut.jpg

Unsere einzige Chance, im All zu überleben – der Raumanzug. Bild: wikipedia

 

Sucht man dementsprechende Foren und Threads ab, findet man zum Teil die abenteuerlichsten Erläuterungen aus durchweg „zuverlässigen Quellen“. Doch prinzipiell muss man das ganze nur aus der physikalischen Sicht betrachten. Die NASA höchstselbst hat sich dieser Frage bereits gewidmet. Auf der offiziellen Homepage gibt es die Rubrik „Ask an Astrophysicist“, in der sich Wissenschaftler häufig gestellter Fragen annehmen. In einer Selbstbeschreibung heißt es wie folgt:

„We are a small group of volunteers who work on space-based astronomical observations, including cosmic-ray, gamma-ray, and X-ray astrophysics. Our research subjects are often exotic, like black holes, dark matter, and the origin of the universe.”

Klingt sehr kompetent und ist in der Tat auch eine recht umfangreiche Sammlung von zum Teil durchaus interessanten Fragen mit sehr schöne erklärten und schlüssigen Antworten. Es lohnt sich in der Tat, hier mal durchzustöbern und die Eine oder Andere Erkenntnis mitzunehmen. Unter anderem wurde hier eben auch die Frage gestellt: „How would the unprotected human body react to the vacuum of outer space?”

Sehen wir uns die Fakten also mal an:

 

Bringt mich der Druckunterschied zum Platzen?

Der für uns gewohnte Atmosphärendruck (und somit auch der Druck im Raumschiff) beträgt etwa 1 Bar, im Weltall sind es hingegen aufgrund des Vakuums 0 Bar -> Unterschied = 1 Bar.

Zum Vergleich: Gehen wir auf Tauchgang und tauchen im Wasser 10 Meter tief. Dort herrscht ein Druck von 2 Bar, also ebenfalls ein Unterschied von 1 Bar Druck im Vergleich zur normalen Erdatmosphäre. Würden wir nun platzen, wenn wir aus 10 Metern Tiefe rasch auftauchen? Nein. Somit würden wir uns auch im freien Weltraum weder aufblähen noch platzen.

 

Fängt mein Blut an zu kochen?

Der Mythos: „Durch den gewaltigen Druckunterschied würden schlagartig die Gase im Blut entweichen wodurch es zu kochen beginnt“.

Das ist so jedoch nicht ganz richtig. Zwar kann dieser Fall in abgeschwächter Form auch bei Tauchern, die zu schnell auftauchen, eintreten – man spricht dann von der „Taucherkrankheit“, doch dafür muss der Druckunterschied größer sein. Aus 10 Metern tiefe aufzutauchen bzw. einen Druckunterschied von 1 Bar zu überwinden, dürfte nicht ausreichen um diese Reaktion hervorzurufen. Zwar würde bei einem Loch im Raumanzug der Druck schlagartig absinken, doch um das Blut zum kochen zu bringen würde das wahrscheinlich nicht ausreichen.

 

Friere ich Augenblicklich ein?

Zwar herrscht im Weltall eine beeindruckende Kälte, nämlich ca. -270°C, doch man würde bei Weitem nicht sofort zum Eiszapfen erstarren. Grund hierfür sind die fehlenden Moleküle im Weltall, die dem Körper die Wärme entziehen. Es gibt drei Möglichkeiten, im All Wärme zu verlieren. Da wären:

  1. Wärmeverlust durch Wärmestrahlung (das hält sich allerdings in Grenzen)
  2. Wärmeabgabe an Moleküle (praktisch 0)
  3. Wärmeverlust durch Ausatmen

Sollte man also in die Verlegenheit kommen, dem freien Raum ausgesetzt zu sein, sollte man es tunlichst vermeiden, die angehaltene Luft auszuatmen. Befolgt man diesen Rat, wird man innerhalb der nächsten viertel-bis halben Minute zumindest nicht erfrieren. Trotzdem wirkt die Kälte natürlich gewaltig auf den Körper, was unsere Überlebenschancen auf maximal eine Minute begrenzt (von anderen Faktoren abgesehen).

 

Aber was passiert denn dann überhaupt und wie lange überlebe ich?

Gehen wir einmal von den besten Voraussetzungen aus (sofern das in dieser Situation möglich ist) und wir wissen, dass wir gleich schutzlos dem All ausgeliefert sein werden:

Zusammenrollen, damit so wenig wie möglich Körperwärme entweichen kann, Augen schließen und Hände darauf drücken, da das Auge überwiegend aus Wasser besteht, sowie die Luft anhalten. Unter diesen Umständen hätten wir nach Meinung der Wissenschaft etwa 10 Sekunden lang wenig Probleme. Dann jedoch würde dem Gehirn langsam der Sauerstoff ausgehen und wie würden das Bewusstsein verlieren. Solange das Herz noch schlägt und der Körper nicht zu sehr auskühlt könnten wir bis zu einer Minute durchhalten. Kommen wir spätestens dann wieder in eine lebensfreundliche Umgebung, stehen die Chancen nicht schlecht, zu überleben. Zwar hätten wir zugleich Erfrierungen durch die Kälte als auch Verbrennungen durch die kosmische Strahlung, doch mit etwas Glück kämen wir aus der Sache lebendig wieder raus.

So oder so, ich würde mich für ein derartiges Experiment auf keinen Fall freiwillig melden, denn angenehm wird das auch mit größter, wissenschaftlicher Gewissheit nicht werden.

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Wie klein ist ein Atom?

atom

Modell eines Atoms. Bild: maxresdefault

Das Atome verdammt klein sind, ist allseits bekannt. Man kann das Verhältnis zwar bildlich darstellen, doch ebenso wie mit überdurchschnittlichen Größen (bsp. ein Lichtjahr) ist unser Verstand auch für die Vorstellung etwas derartig kleinem nicht ausgelegt. Unser Gehirn ist es gewohnt, Alltagsgrößen zu erfassen. Alles was sehr viel größer oder eben kleiner als unser alltägliches Umfeld ist, wird schwer begreifbar.

Doch versuchen wir trotzdem, das Ganze anhand eines Beispiels zu veranschaulichen: Gehen wir mal von einem Millimeter aus – also etwa der Größe von Reiskörnern. Die kann man noch ohne Mühe mit bloßem Auge sehen. Versuchen wir in unserer Vorstellung jetzt noch einmal, ein solches Reiskorn in 1.000 gleiche Teile aufzuteilen. Jedes dieser Reis-Teilchen misst dann folglich etwa ein Tausendstel Millimeter (auch Mikrometer genannt). Die Winzlinge haben nun etwa die Ausmaße von Bakterien und sind nur grade noch mit dem Lichtmikroskop erkennbar, besser natürlich mit dem Elektronenmikroskop.

Doch Atome sind noch viel kleiner – im Vergleich zu Atomen sind Mikroben Riesen!

Wenn wir einen der Reissplitter im Mikrobenformat noch mal in 1.000 gleiche Teilchen zerlegen könnten, dann stoßen wir zu einer neuen Längeneinheit vor: Dem Nanometer. Größere Moleküle, etwa Eiweiße, haben Durchmesser von rund 50 Nanometern. Um unsere gedankliche Reise zu den Atomen fortzusetzen, müssen wir einen der Nano-Splitter unseres Reiskorns noch mal zerteilen, und zwar in zehn gleiche Teile! Das Ergebnis – 0,1 Nanometer – entspricht dann fast dem Durchmesser eines Wasserstoffatoms.

Wer es lieber mit vielen Nullen mag – Wasserstoff-Atome, also die einfachsten Atome überhaupt, haben entsprechend dem Bohr’schen Atommodell einen Durchmesser von 0,000 000 000 106 Meter. Angenommen, die schier endlose Zerteilung des Reiskorns wäre wirklich möglich: Würden wir dann auf so etwas wie „Reis-Atome” stoßen? Natürlich nicht! Atome sind nur die kleinsten Teile bestimmter Stoffe, nämlich der chemischen Elemente, zu denen später noch etwas gesagt wird.

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Wie kalt ist es im Weltall?

hintergrundstrahlung

Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung Bild: NASA / WMAP Science Team

 

Um die Frage nach der Temperatur des Weltalls zu beantworten, müssen wir zunächst einen Blick darauf werfen, was Temperatur überhaupt ist. In der Physik ist die Temperatur als Maß für die mittlere Energie pro Freiheitsgrad eines Teilchensystems definiert. Für einfache Gase gibt die Temperatur also die Bewegung der Gasmoleküle an: Je schneller sich die Moleküle bewegen, desto höher die Temperatur (Reibung erzeugt Wärme, Wärme ist Energie). Betrachten wir das Weltall nun als absolutes Vakuum, dann hat es gar keine Temperatur. Denn in einem absoluten Vakuum gibt es keine Teilchen, die sich bewegen – folglich ist die Temperatur dort nicht länger definiert. Um es mit den Worten von Peter Lustig zu sagen: Klingt komisch, ist aber so.

Aber ganz so einfach wollen wir es uns nicht machen. Denn im Weltall herrscht zwar vom irdischen Standpunkt aus ein Vakuum, völlig frei von Materie ist es aber nicht. Im erdnahen Weltraum, dort wo die meisten Satelliten kreisen, beträgt die Restdichte der Atmosphäre sogar noch mehrere hundert Billiarden Atome pro Kubikzentimeter. Auf der Oberfläche des Mondes liegt die Dichte immer noch bei etwa einer Milliarde Atomen pro Kubikzentimeter. Und im interstellaren Raum finden wir im Durchschnitt ein Wasserstoffatom pro Kubikzentimeter.

Dieses dünne Gas besitzt natürlich auch eine Temperatur. Die Temperatur der irdischen Hochatmosphäre steigt oberhalb von 100 Kilometern wieder an und erreicht im erdnahen Weltraum einen Wert von rund 1400 Kelvin. In Galaxienhaufen erreicht das intergalaktische Gas oft Temperaturen von mehreren Million Kelvin. Die niedrigsten Temperaturen finden die Astronomen im Inneren von dunklen Molekülwolken: Dort herrschen häufig nur Temperaturen von wenigen zehn Kelvin. Zur Erinnerung: 0 Kelvin entsprechen -273,15°C und stellen den absoluten Nullpunkt dar – bei dieser Temperatur stoppt jegliche Bewegung bekannter Materie.

Aber im Weltall gibt es nicht nur Materie. Der Kosmos wird gleichmäßig von der so genannten Hintergrundstrahlung erfüllt, einem Überbleibsel des Urknalls, der heißen Entstehungsphase des Universums. Die spektrale Energieverteilung der Hintergrundstrahlung entspricht exakt der Strahlung eines Schwarzen Körpers mit der Temperatur von 2,7 Kelvin. Häufig werden diese 2,7 Kelvin als Temperatur des Weltraums fernab von allen Strahlungsquellen bezeichnet.

Das ist allerdings irreführend. Denn zum einen lässt sich dem Raum selbst – siehe oben – keine Temperatur zuordnen. Und zum anderen ist die Temperatur der Materie im heutigen Kosmos unabhängig von der Temperatur der Strahlung. Selbst wenn sich im Kosmos keine Sterne und keine Galaxien gebildet hätten, das Gas also völlig gleichmäßig im Weltall verteilt wäre, würde die Temperatur des Gases also nicht mit der Temperatur der Hintergrundstrahlung übereinstimmen. Tatsächlich wäre das Gas in diesem Fall mit etwa 0,03 Kelvin sogar erheblich kälter als die Hintergrundstrahlung.

Und schließlich sollten wir nicht vergessen, dass Strahlung und gewöhnliche Materie nur einen kleinen Teil der Gesamtmasse im Universum ausmachen: Rund 27 Prozent der Masse besteht aus der mysteriösen Dunklen Materie, einer geheimnisvollen Substanz aus bislang unbekannten Teilchen. Auch der Dunklen Materie lässt sich eine Temperatur zuordnen, die unabhängig von den Temperaturen der normalen Materie und der Strahlung ist. Die meisten Kosmologen favorisieren heute das Modell der kalten Dunklen Materie. „Kalt“ bedeutet dabei, dass sich die Teilchen der Dunklen Materie nicht-relativistisch bewegen, also mit Geschwindigkeiten, die deutlich geringer sind als die Lichtgeschwindigkeit. Welche Geschwindigkeit die Teilchen aber genau haben ist bislang nicht bekannt – und damit kennen wir auch die genaue Temperatur der Dunklen Materie nicht: Sie kann einige hundert oder tausend Kelvin betragen. Aus der Untersuchung von Zwerggalaxien bestimmte ein britisches Forscherteam 2006 die Temperatur der Dunklen Materie mit 10.000 Kelvin, doch dieser Wert ist noch umstritten, denn erstmal muss sie gefunden bzw. entdeckt werden.

Fazit: Die Temperatur im Interstellaren Raum lässt sich mit ca. -270°C angeben, doch wirklich leeren Raum gibt es unseres Wissens nach nicht. Gäbe es ihn, würde dort überhaupt keine Temperatur herrschen, denn wo nichts aneinander reibt oder Strahlung vorhanden ist, kann auch keine Temperatur vorhanden sein.

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