Stammen die Felsbrocken aus dem Weltall? Du bist es aus dem Weltall!

Autor: Ji Yang

Der Artikel stammt vom offiziellen Account der Science Academy (ID: kexuedayuan)

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Ein Stück Stein kann tatsächlich weltweiten Wahnsinn auslösen.

Zuerst besuchte er die Vereinigten Staaten, Großbritannien, Rumänien, dann Russland, Spanien, Australien ... mehrere „Sternen“-Steine ​​unbekannter Herkunft, die von Zeit zu Zeit auftauchten und verschwanden, besuchten nacheinander mehrere Länder. Eine Zeit lang spekulierten viele Menschen, dass dies das Werk von Außerirdischen sei.

Mysteriöser Metallmonolith (Bildquelle: CATERS NEWS)

Wir können nicht feststellen, ob diese mysteriösen Steine ​​aus dem Weltall stammen, aber es ist sehr wahrscheinlich, dass die Felsbrocken nicht von Außerirdischen stammen, sondern Menschen aus dem Weltall kommen müssen. Warum klingt es noch unzuverlässiger? Lassen wir also die Außerirdischen für den Moment beiseite und sprechen wir über Steine.

Die Geschichte des Steins ist sehr lang. Ein kleines Stück Stein lässt sich unter anderem mit allen vier großen Klassikern in Verbindung bringen: „Der Traum der Roten Kammer“ ist auch als „Die Geschichte des Steins“ bekannt; der Affenkönig in „Die Reise nach Westen“ sprang aus einem Felsspalt; General Hong schlug in „Water Margin“ die Steintafel der „Halle der Dämonenbezwingung“ um, woraufhin 108 „Dämonenkönige“ erschienen; Das kaiserliche Siegel, das Sun Jian in „Die Geschichte der Drei Reiche“ aufhob, war natürlich auch ein Stein.

Ganz zu schweigen von der Geschichte von Nuwa, der den Himmel mit fünffarbigen Steinen reparierte, dem „Klassiker der Berge und Meere“, in dem seltsame Steine ​​verzeichnet sind, sowie den ägyptischen Pyramiden, dem britischen Stonehenge, den Steinstatuen auf der Osterinsel usw.

Stonehenge, England (Bildnachweis: veer)

Doch heute möchte ich mit Ihnen nicht über die historische Geschichte des Steins sprechen, sondern über die Verbindungen, aus denen Stein besteht.

Stein besteht im Allgemeinen aus Calciumcarbonat (CaCO₃) und Siliziumdioxid (SiO₂) und enthält vier Elemente: Calcium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Silizium. Der wissenschaftliche Beweis, dass die oben genannten Steine ​​aus dem Weltall stammen, muss beim „Magier“ der Natur beginnen – den Elementen.

Element: Ein Zauberer mit unzähligen Verwandlungsmöglichkeiten

Was sind Elemente?

Ein Atom ist das kleinste Teilchen, das in einer chemischen Reaktion nicht weiter zerlegt werden kann. Atome sind die kleinsten Einheiten der Materie und werden Elemente genannt. Ein Element ist ein allgemeiner Begriff für eine Klasse von Atomen mit der gleichen Kernladungszahl (Anzahl der Protonen).

Periodensystem der Elemente (Bildquelle: Chinese Chemical Society)

Elemente sind die Bausteine ​​von allem auf der Welt. Laut dem 2018 veröffentlichten Periodensystem gibt es derzeit insgesamt 118 Elemente, davon sind 94 natürliche Elemente (das natürliche Element mit der größten Ordnungszahl ist Plutonium). Diese 118 Elemente sind die „Zauberer“, die die Welt erschaffen. Da einzelne Elemente sehr aktiv sind und gerne blitzschnell miteinander „flirten“ und neue Verbindungen bilden, kommt es zu immer neuen Anordnungen und Kombinationen der Elemente. Daraus besteht alles, was Sie sehen, hören und denken – einschließlich Ihnen selbst.

Aufgrund dieser Elemente existieren Sie, Ihr Hund und die Arbeit Ihres Hundes. Sie und Ihr Hund sind beide kohlenstoffbasierte Organismen. Kalzium bildet den Grundstein für Ihre Zähne und Knochen. Sie atmen denselben Sauerstoff. Darüber hinaus verfügt Ihr Körper über genau die gleichen Mengen an Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel, Kalium usw. Und Hunde müssen, genau wie Sie, regelmäßig Spurenelemente ergänzen, um die Ernährung zu verbessern.

Die Elemente sind die wahren Herren dieser Welt. Sie bestimmen wie Zauberer unsere Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Obwohl es noch immer umstritten ist, ob der Mensch vom Land oder vom Meer stammt, können wir zumindest sicher sein, dass wir aus den Elementen „stammen“ – die Frage ist: Woher stammen die Elemente auf der Erde?

Was auf der Erde ist, ist auch im Himmel

Alle chemischen Elemente der Erde sind im Universum zu finden.

Im vergangenen Dezember sammelte Chang'e-5 zwei Kilogramm Bodenproben vom Mond und die sehnsüchtig erwarteten Menschen konnten es kaum erwarten, diese „Expresslieferung“ zu öffnen. Was in der „Expresslieferung“ enthalten ist, lässt sich leicht erfragen: Der Mond ist reich an Helium (He), und die 3He-Speicherkapazität im Regolith der Mondoberfläche beträgt etwa 2,5 Millionen Tonnen. Auf der Erde wird 3He als die ursprüngliche Substanz des Erdmantels angesehen. Die Gesamtmenge an 3He im Erdmantel beträgt zwischen 0,1 und 1 Million Tonnen und ist in ihrer Häufigkeit mit der des Mondes überhaupt nicht vergleichbar.

Die Oberfläche des Mars (Bildquelle: veer)

Die Oberfläche des Mars ist scharlachrot, weil sie große Mengen Eisen enthält. In Kombination mit Sauerstoff sieht der Mars aus, als wäre er mit „Rost“ bedeckt.

Die Atmosphäre der Venus ist voller Schwefel. Russische Wissenschaftler glaubten einst, dass einige Organismen im „Schwefelsäureozean“ überleben könnten, doch amerikanische Wissenschaftler spotteten darüber: „Bei einer Höchsttemperatur von 464 Grad, ist das Ihr Ernst?“

Auch bemannte Raumsonden sind bis an den Rand des Sonnensystems vorgedrungen und haben auf Neptun eine große Zahl organischer Moleküle wie beispielsweise Methan entdeckt. Dies weckte die Neugier der Menschheit noch weiter: Wie sieht es außerhalb des Sonnensystems aus?

Sonnensystem (Bildquelle: veer)

Die Erforschung der chemischen Zusammensetzung anderer Sterne scheint aus einem einfachen Grund eine unmögliche Aufgabe zu sein: Sie sind zu weit entfernt! Sogar der uns so nahe erscheinende „Proxima Centaur“ ist 10.000 Mal weiter entfernt als Neptun, und die Andromedagalaxie, die uns am nächsten gelegene Galaxie, ist 2,5 Millionen Lichtjahre weiter entfernt als Proxima Centaur.

Obwohl weit entfernte Sterne für uns unerreichbar sind, geben sie uns ständig Auskunft über ihre chemische Zusammensetzung. Der Schlüssel dazu ist das Licht, das sie aussenden. Diese Lichtstrahlen reisen durch das weite Universum, um die Erde zu erreichen, und die in den Lichtstrahlen verborgenen Informationen werden zum Schlüssel zum menschlichen Verständnis dieser Planeten.

Jedes chemische Element hat eine einzigartige Flammenfarbe, die die „Flammenfarbreaktion“ des Elements darstellt: Diese beruht auf einer besonderen Eigenschaft des Elements. Wenn sie brennen, geben sie unterschiedliches Licht ab – Lithium ist rot, Kupfer ist grün, Kalium ist violett (die Flammenfarbreaktion von Kalium muss durch kobaltblaues Glas gelangen, um das gelbe Licht von Natrium herauszufiltern, daher sieht die Flammenfarbe von Kalium gelb statt violett aus) … Diese Eigenschaft der Elemente ermöglicht es uns, einen Einblick in die Zusammensetzung von Sternen zu bekommen.

Regenbogen (Bildnachweis: veer)

Ein Regenbogen ist das Lichtspektrum, das die Sonne in den Himmel projiziert. Wenn Sie sich das Sonnenspektrum genau ansehen, werden Sie feststellen, dass es viele verstreute schwarze Linien gibt. Diese schwarzen Linien werden Absorptionslinien genannt. Durch die Betrachtung der Absorptionslinien können wir, ähnlich wie beim Lesen eines Strichcodes, eine Liste chemischer Elemente erstellen und die genaue Elementzusammensetzung der Sonne ablesen: Sie enthält 74,9 % Wasserstoff, 23,8 % Helium und 1,3 % andere Elemente.

Sonnenspektrum (Bildquelle: Extreme Tech)

Diese Methode der Spektralanalyse kann nicht nur zur Analyse der Sonne verwendet werden, sie ist auf jeden Stern im Universum anwendbar. Mit dieser Methode können Wissenschaftler die Bestandteile von Sternen genau messen.

Durch die Beobachtung des Lichts des Polarsterns wissen wir, dass er ebenso reich an schweren Elementen ist wie die Sonne, aber viel weniger Kohlenstoff enthält als die Sonne. Wega hat nur ein Drittel des Metallgehalts der Sonne, Sirius hingegen ist reich an Metallen – er hat mehr als das Dreifache des Eisengehalts der Sonne.

Obwohl der Elementgehalt jedes Sterns unterschiedlich ist, finden wir, egal welchen Himmelsausschnitt wir betrachten, nur die gleichen Elemente wie auf der Erde. Es scheint, dass unser Periodensystem der Elemente auch für die Sterne im Universum geeignet ist. Was auch immer auf der Erde existiert, kann auch im Himmel gefunden werden. Doch es stellt sich eine neue Frage: Woher kommen die Elemente am Himmel?

Zurück vor 13,7 Milliarden Jahren: Der Beginn des Universums

Um die Geschichte des Lebens zu verstehen, müssen wir zu dem Moment zurückgehen, als das Universum geboren wurde: Am Ausgangspunkt des Universums (Singularität) gab es weder Zeit noch Raum, es existierte keine Materie, aber es herrschten hohe Temperaturen und eine Dichte, die wir uns nicht vorstellen konnten. Was war das für ein Staat?

Im Kapitel „Himmel und Erde“ des Zhuangzi heißt es: „Am Anfang war nichts, nichts war ohne Namen. Wenn etwas entsteht, ist es zwar da, hat aber keine Form. Die Fähigkeit, Dinge entstehen zu lassen, wird Tugend genannt.“ Dies bedeutet, dass es am Anfang des Universums nur „Nichts“, keine Existenz und keinen Namen gab. „Chaos und Einheit“ wurde geschaffen, hatte aber keine Form. Aus diesem Grund entstehen alle Dinge, und das nennt man „Selbstzufriedenheit“.

(Devanagari-Manuskript des Rigveda aus dem frühen 19. Jahrhundert)

In der alten indischen Gedichtsammlung „Rig Veda“ gibt es eine Passage, die dem ähnelt, was „Zhuangzi“ sagte, aber sie klingt verwirrender: „Nichts ist nicht Existenz, und Existenz ist nicht Existenz; es gibt keine Luftwelt, keine ferne Himmelswelt … Von der Leere zur Existenz wird die Existenz wieder verborgen; die Kraft der Wärme erzeugt Einheit.“ Dies bedeutet, dass es am Anfang (des Universums) weder sogenannte „Nicht-Existenz“ noch „Existenz“, weder „Raum“ noch „Himmel“ außerhalb des Raumes gab. Aus „Leere“ entstand „Existenz“. Es war dunkel und gab große Mengen Wärme ab, wodurch das heutige Universum entstand.

Ob Zhuangzi oder die alten indischen Philosophen, ihre einfache Sprache ist der Urknalltheorie der 1930er Jahre ziemlich ähnlich. Wenn Lemaître die beiden Absätze gerade gelesen hätte, würde er wahrscheinlich eine Art gegenseitige Bewunderung füreinander empfinden, wie eine verwandte Seele in den Bergen und Flüssen.

Die Urknalltheorie besagt, dass die Temperatur des Universums innerhalb von 1 Sekunde nach dem Urknall von unglaublichen 100 Billionen °C (was ist das für ein Konzept?) auf 10 Milliarden °C sank und nach langen 380.000 Jahren auf 2700 °C sank. Dies ist die erste Phase des Übergangs des Universums von der Inflation zur „Beruhigung“. Diese Etappe ist ziemlich langweilig. Die Schwerkraft wird zuerst abgetrennt, gefolgt von den anderen drei Kräften: elektromagnetische Kraft, starke Kraft, schwache Kraft und die Grundteilchen, aus denen Materie besteht: Quarks, Protonen, Neutronen, Elektronen, Photonen … treten ebenfalls nacheinander auf.

380.000 Jahre später sank die Temperatur des Universums weiter, wodurch die positiv geladenen Protonen die negativ geladenen Elektronen einfangen konnten und die ersten Atome entstanden: hauptsächlich Wasserstoffatome und Heliumatome. Zu dieser Zeit gab es im Universum keine Sterne.

(Das Universum nach dem Urknall, Bildquelle siehe Wasserzeichen)

Dann begann die Schwerkraft zu wirken und zog eine große Zahl widerspenstiger und freiheitsliebender Wasserstoff- und Heliumatome zusammen, und Hunderte Millionen Nebel erschienen. Unter dem Einfluss der Schwerkraft kollabierten sie und erhitzten sich, was schließlich zur Explosion der aggregierten Wasserstoffatome führte (siehe Prinzip der Wasserstoffbombenexplosion). Die freigesetzte Energie durchbrach die Schwerkraftbarriere und ließ die ersten Sterne entstehen. Zu diesem Zeitpunkt waren seit dem Urknall 200 Millionen Jahre vergangen.

Die Entstehung von Sternen ist zweifellos ein großes Ereignis, da dabei neue Materie entstehen und Leben möglich werden kann. Die Geburt, Entwicklung und der endgültige Kollaps von Sternen zu einem Schwarzen Loch hängen eng mit der Schwerkraft zusammen. Das Leben eines Sterns lässt sich treffend so beschreiben: „Die Schwerkraft ist der Schlüssel zu seinem Erfolg und Misserfolg.“ Aber auf dieser heroischen Reise der Wiedergeburt vom Tod haben verschiedene neue Elemente den richtigen Zeitpunkt und Ort ausgenutzt. So sind beispielsweise Kohlenstoff, das grundlegendste Element des Lebens, Kalzium in den Knochen und Eisen im Blut allesamt dem Kollaps von Sternen zu verdanken. Eine Reihe von Zusammenbrüchen erzeugt eine Reihe neuer Elemente: von Lithium bis Eisen und so weiter.

Was kommt nach dem Eisen? Eisen, das 26. Element im Periodensystem, hat 26 Protonen und die Erzeugung von Elementen mit mehr Protonen erfordert höhere Temperaturen, die gewöhnliche Sterne nicht aushalten können. Um schwerere Elemente zu erzeugen, müsste es als „Supernova“ explodieren und dabei so viel Energie freisetzen wie unsere Sonne in ihrer Lebenszeit. So entstanden Kobalt und Uran (mit 92 Protonen).

Die chemischen Elemente, aus denen unsere Welt besteht, entstanden also im Todeskampf der Sterne, indem sie von toten Sternen stammten und im Weltraum verstreut wurden. Ohne den Kollaps von Sternen und die Explosion von Supernovas würden keine neuen Elemente entstehen. Ohne Elemente, die auf vielfältige, komplexe Weise Verbindungen eingehen, würden keine Planeten entstehen und Sie und ich würden nicht existieren.

Das alles klingt so unglaublich, wie ein unglaublicher Schöpfungsmythos: Jedes Element, aus dem unser Körper besteht, stammt aus dem riesigen Weltraum außerhalb der Erde. Aus dieser Perspektive: Jeder wird von einem Stern geboren und „Du, der von den Sternen kam“ ist keine Fantasie, sondern eine Tatsache.

Quellen:

[1] https://www.chemsoc.org.cn/library/a2611.html

[2]https://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Helium-3#Terrestrial_abundance

[4]https://iopscience.iop.org/article/10.1086/375492