Warum ist der Weltraum immer noch stockfinster, obwohl das Universum voller Sterne ist?

1. Warum wird der Nachthimmel der Erde nie von Sternen erleuchtet?

2. Ein Universum voller heller Sterne vs. ein dunkler Raum

Galaxis

(Bildnachweis: Luke Burton/Getty Images)

Die Menschen haben sich schon immer eine Frage gestellt: Im Universum gibt es überall Sterne, warum ist der Weltraum trotzdem dunkel? Diese Frage besteht schon lange und hat einen besonderen Namen: Olbers-Paradoxon.

Astronomen schätzen, dass es im Universum etwa 200 Billionen Sterne gibt, die der Mensch beobachtet hat. Die meisten Sterne sind so hell wie unsere Sonne, manche sogar heller als unsere Sonne. Aber warum wird der Weltraum nicht durch das Licht der Sterne erleuchtet?

Ich bin ein Astronom, der die Sterne und Planeten in unserem Sonnensystem und darüber hinaus sowie ihre Bahnen durch das Universum erforscht. Das Studium ferner Sterne und Planeten hilft uns Astronomen zu verstehen, warum der Weltraum so dunkel ist.

Sie könnten denken, dass dies daran liegt, dass viele Sterne im Universum sehr weit von der Erde entfernt sind. Tatsächlich ist es so: Je weiter ein Stern von der Erde entfernt ist, desto schwächer erscheint er uns – ein Stern, der zehnmal weiter von der Erde entfernt ist, erscheint uns hundertmal schwächer. Aber das ist nicht die vollständige Antwort.

Stellen Sie sich eine Blase vor

Wir gehen für den Moment davon aus, dass das Universum sehr alt ist und dass es einige Zeit dauert, bis das Licht der entferntesten Sterne die Erde erreicht. In diesem hypothetischen Szenario bewegen sich alle Sterne im Universum nicht mehr.

Stellen Sie sich vor, die Erde befindet sich inmitten einer großen Blase. Wenn die Blase einen Durchmesser von etwa 10 Lichtjahren hätte, würde sie mehr als 10 Sterne enthalten. Offensichtlich ist die Erde mehrere Lichtjahre von diesen Sternen entfernt und die Sterne erscheinen von der Erde aus sehr dunkel.

Wenn Sie den Durchmesser dieser Blase auf 1.000 Lichtjahre, 1 Million Lichtjahre oder 1 Milliarde Lichtjahre vergrößern, erscheinen die am weitesten entfernten Sterne in der Blase schwach. Aber je größer die Blase ist, desto mehr Sterne enthält sie, und die Sterne strahlen ihr eigenes Licht aus. Auch wenn die am weitesten entfernten Sterne schwach erscheinen, gibt es so viele Sterne, dass der Nachthimmel sehr hell erscheinen sollte.

Es scheint, als wäre ich wieder bei der Antwort am Anfang des Artikels, aber tatsächlich bin ich einer vollständigen Antwort näher.

Das Alter des Universums ist wichtig

Im Abschnitt zur Vorstellungsblase habe ich Sie gebeten, sich vorzustellen, dass sich die Sterne nicht mehr bewegen und das Universum sehr alt ist. Doch das Universum ist derzeit erst 13 Milliarden Jahre alt.

Die Galaxie entstand vor etwa 13,1 Milliarden Jahren und das Bild wurde vom James Webb-Weltraumteleskop aufgenommen. (Bildquelle: NASA/Space Agency/Canadian Space Agency/Space Telescope Institute/

(Xinhua News Agency über Getty Images)

In der menschlichen Dimension sind 13 Milliarden Jahre eine sehr lange Zeit, in der astronomischen Dimension sind 13 Milliarden Jahre jedoch eigentlich sehr kurz – das Licht eines Sterns, der etwa 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist, hat die Erde noch nicht erreicht. Die eigentliche Blase, die die Erde umgibt und alle für uns sichtbaren Sterne enthält, hat einen Durchmesser von nur 13 Milliarden Lichtjahren.

Es gibt einfach nicht genug Sterne, um jeden Zentimeter des menschlichen Sichtfelds auszufüllen. Wenn Sie in eine Richtung zum Himmel blicken, können Sie viele Sterne sehen. Wenn Sie jedoch in die andere Richtung schauen, können Sie keine Sterne sehen. Denn in den dunklen, sternenlosen Himmelsrichtungen hat das von unserem Auge erfassbare Licht der Sterne die Erde noch nicht erreicht. Mit der Zeit wird das Licht immer weiter entfernter Sterne die Erde erreichen.

Dopplerverschiebung

Sie fragen sich vielleicht, ob der Nachthimmel irgendwann vollständig erleuchtet sein wird. Denken Sie an das zurück, was ich Ihnen vorhin gesagt habe: Stellen Sie sich vor, alle Sterne würden aufhören, sich zu bewegen. In Wirklichkeit dehnt sich das Universum ständig aus, wobei sich die am weitesten entfernten Galaxien mit einer Geschwindigkeit von fast Lichtjahren von der Erde entfernen.

Da sich Galaxien so schnell bewegen, wird das Licht der Sterne in den Galaxien in Farben gepresst, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Dieses Phänomen wird „Dopplerverschiebung“ genannt. Obwohl das Licht der Sterne uns auf der Erde erreichen kann, können wir das Licht der am weitesten entfernten Galaxien nicht sehen. Daher wird der Nachthimmel nicht vollständig beleuchtet sein.

Wenn man lange genug wartet, brennt der Stern irgendwann aus – Sterne wie unsere Sonne halten nur etwa 10 Milliarden Jahre. Astronomen gehen davon aus, dass in der fernen Zukunft von 100 Milliarden Jahren das Universum dunkel werden wird und nur noch Sternreste wie Weiße Zwerge und Schwarze Löcher übrig bleiben.

Auch wenn der Nachthimmel nicht vollständig mit Sternen gefüllt ist, haben wir das Glück, den Wechsel von Licht und Dunkelheit am Nachthimmel genießen zu können. Wir leben in einer ganz besonderen Zeit im Leben des Universums.

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Ein Stern ist ein Himmelskörper, ein kugelförmiges, leuchtendes Plasma, das durch die Schwerkraft zusammengehalten wird. Die Sonne ist der Stern, der der Erde am nächsten ist. Fast alle anderen Sterne, die nachts auf der Erde sichtbar sind, befinden sich in der Milchstraße. Aufgrund ihrer großen Entfernung erscheinen sie jedoch als bloße feste Lichtpunkte. Historisch gesehen wurden die auffälligeren Sterne in Sternbilder und Asterismen gruppiert und die hellsten Sterne haben ihre eigenen traditionellen Namen. Von Astronomen zusammengestellte Sternenkataloge bieten Standards für die Benennung vieler verschiedener Sterne. In den Kernen von Sternen kommt es zu Kernreaktionen schwerer Elemente, wobei Energie aus dem Inneren des Sterns über einen langen Weg nach außen übertragen wird, bevor sie von der Oberfläche in den Weltraum abgestrahlt wird. Sobald die Kernreaktionen im Kern erschöpft sind, neigt sich das Leben des Sterns dem Ende zu.

Im Kern eines Sterns kommt es während seiner gesamten Lebensdauer zu Kernfusionen, und am Ende seiner Lebensdauer enthält der Stern auch entartete Materie. Astronomen bestimmen die Masse, das Alter, die Metallizität (die Häufigkeit chemischer Elemente) und viele andere Eigenschaften eines Sterns, indem sie seine Bewegung durch den Raum, seine Helligkeit und sein Spektrum beobachten. Die Gesamtmasse eines Sterns ist der wichtigste Faktor für seine Entwicklung und sein endgültiges Schicksal: Im Laufe seines Lebens verändern sich sein Durchmesser, seine Temperatur und andere Eigenschaften in verschiedenen Stadien seines Lebens, und die Umgebung des Sterns beeinflusst seine Rotation und Bewegung. Ein Diagramm, das die Temperatur einer großen Anzahl von Sternen im Verhältnis zu ihrer Helligkeit darstellt, ein sogenanntes Hertzsprung-Russell-Diagramm (HR), ermöglicht es uns, das Alter und den Entwicklungszustand eines Sterns zu messen.

VON: Brian Jackson

FY: Haily Zhu

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