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2015 | Buch

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Kosmos xxxtrem!

Eine Reise zu den größten, schnellsten, hellsten, heißesten, schwersten, dichtesten und ältesten Objekten im ganzen Universum

verfasst von: Bryan Gaensler

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Größer, schneller, heißer – das Buch der kosmischen Rekorde

Im Universum herrschen extreme Verhältnisse. Im Weltraum sinkt die Temperatur auf 270 Minusgrade. Sterne verglühen als Supernovae, die milliardenfach heller sind als unsere Sonne. Ein Schwarzes Loch kann eine elektrische Spannung von 10 Trillionen Volt erzeugen. Und es gibt Sterne mit zwei Milliarden Kilometern Durchmesser, in denen die Umlaufbahn des Jupiter Platz hätte.

Kosmos xxxtrem! bietet einen atemberaubenden neuen Blick auf das Universum und seine Erscheinungen. Bryan Gaensler richtet unsere Aufmerksamkeit auf die Extreme: auf die größten, schnellsten, heißesten, schwersten, hellsten, ältesten, dichtesten und sogar lautesten Objekte oder Prozesse des Kosmos. Das ungewöhnliche Astro-Buch präsentiert nicht nur verblüffende Fakten, sondern offenbart auch den bemerkenswerten Facettenreichtum des Universums und die extreme Physik, die dahinter steht.

Dieser Parforceritt in die wildesten und spannendsten Winkel unserer physikalischen Welt begeistert von der ersten bis zur letzten Seite und erzeugt immer wieder ein überwältigendes Gefühl des Staunens. Professor Volker Springel, Heidelberg

Fesselnder als ein Spionagekrimi, wohltuender als eine Gutenachtgeschichte und eine angemessene Erinnerung daran, wie unfassbar glücklich wir uns schätzen dürfen, auf diesem so ausgeglichenen kleinen Felsklumpen inmitten eines extremen Kosmos zu leben. Professor Luciano Rezzolla, Frankfurt und Potsdam

Diese Begeisterung für die Physik des Kosmos, die Bryan Gaensler zu einem der weltweit führenden Forscher gemacht hat, springt unweigerlich auch auf die Leser seines Buches über. Professor Ralf-Jürgen Dettmar, Bochum

Ein ebenso unterhaltsames wie lehrreiches Buch, das Amateure und Profis gleichermaßen faszinieren wird. Professor Michael Kramer, Bonn

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Schon als Kind haben mich naturwissenschaftliche Themen fasziniert. Ob es Beschreibungen bizarrer, längst ausgestorbener Dinosaurier, Erklärungen der zerstörerischen Kraft von Vulkanen oder Darstellungen der verschiedenen Organe des menschlichen Körpers waren: Ich sog alles in mich auf.

Bryan Gaensler

2. Höllenfeuer und Eiseskälte: Extreme der Temperatur

Zusammenfassung

Dank Plancks Gesetz der Schwarzkörperstrahlung kennen wir die Oberflächentemperaturen verschiedener Himmelskörper. Ein Überblick über die im Sterninneren während verschiedener Stadien der Sternentwicklung ablaufenden Kernfusionsprozesse gibt uns Hinweise über die dort herrschenden Temperaturen. Die heißesten Temperaturen gab es jedoch direkt nach dem Urknall, wobei Kosmologen Aussagen über bis zu derart winzige Sekundenbruchteile machen können, die bis an die Grenze physikalischer Bedeutsamkeit reichen.

Anschließend kühlte sich das Universum immer weiter ab und hat nach inzwischen 13.8 Milliarden Jahren nun eine durchschnittliche Temperatur von -270,42°C, die sich in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung manifestiert. Noch tiefere Temperaturen können im Universum durch die rasche Expansion von Gas, wie sie z.B. im Bumerang-Nebel vorkam, entstehen.

Bryan Gaensler

3. Hell und dunkel: Extreme der Helligkeit

Zusammenfassung

Wir beschäftigen uns mit Molekülwolken, den dunkelsten Orten des Universums, da sie alles Licht abblocken, und die als Geburtsort vieler Moleküle auch für die Entstehung von Leben von Bedeutung sind, sowie mit Kugelsternhaufen, deren Ansammlung vieler Sterne gleichen Alters und gleicher Entfernung von der Erde uns viel über die Eigenschaften und die Entstehung von Sternen verstehen lässt. Ihre Verteilung in der Milchstraße sorgte dafür, dass wir 1918 unser heliozentrisches Weltbild aufgeben mussten, ähnlich wie wir 1543 das geozentrische Weltbild aufgegeben hatten.

Besonders helle Objekte sind Supernova-Explosionen, die am Lebensende eines Sterns auftreten, und deren Leuchtkraft vorübergehend das Milliardenfache der Sonne erreichen kann. Noch 1000 Mal leuchtstärker kann ein Gammablitz sein, eine Supernova, die zwei heftige, enge Jets von Strahlung in zwei Richtungen aussendet.

Bryan Gaensler

4. In alle Ewigkeit: Extreme der Zeit

Zusammenfassung

Bevor die ersten Sterne entstanden, gab es im Universum quasi nur die Elemente Wasserstoff, Helium; erst im Inneren von Sternen und gegen Ende ihres Lebens bildeten sich schwerere Elemente. Daher können wir aus der chemischen Zusammensetzung eines Sterns Rückschlüsse auf sein Alter ziehen. Die gesamte Lebensdauer eines Sterns hängt im Wesentlichen von seiner Masse ab, da schwerere Sterne ihren Treibstoff viel schneller verbrennen als leichtere. Die langlebigsten Sterne sind daher Rote Zwerge, deren Masse gerade für eine Kernfusion in ihrem Inneren ausreicht, und deren Lebensdauer bis zu einer Billion Jahre betragen kann – eine enorme Zeitdauer im Vergleich zum bisherigen Alter des Universums von „nur“ 13,8 Milliarden Jahren.

Es gibt jedoch auch ungeheuer schnelle Vorgänge im Universum wie zum Beispiel die Rotation von Pulsaren, die sich Hunderte Male pro Sekunde drehen können.

Bryan Gaensler

5. Zwerge und Riesen: Extreme der Größe

Zusammenfassung

Ausgehend von der nach menschlicher Wahrnehmung bereits riesigen Erde geht die Reise zu den größten Objekten über die Sonne zu besonders großen Sternen wie Roten Riesen oder gar Roten Überriesen. Doch nicht nur sind Sterne winzige Bestandteile von Galaxien, die hunderte Milliarden von Sternen enthalten können, sondern auch Galaxien sind wiederum Bestandteile größerer Strukturen im Universum. Durch aufwändige dreidimensionale Messungen konnte eine Kette von 73 riesigen Galaxien identifziert werden, die sich über 4 Mrd. Lichtjahre ausdehnt.

Nachdem Sterne ihren Brennstoff aufgebraucht haben, enden sie als Weiße Sterne, welche kleiner als die Erde sind, oder als Neutronensterne, die gar einen Durchmesser von nur 25 km haben. Die kleinsten astronomischen Objekte lassen sich jedoch natürlich nicht in großer Entfernung, sondern nur in nächster Umgebung der Erde entdecken. Da kommen Asteroide ins Spiel, deren kleinster mit einem Durchmesser von weniger als 1 m entdeckt wurde.

Bryan Gaensler

6. Eile und Weile: Extreme der Geschwindigkeit

Zusammenfassung

Die Erde und andere Planeten bewegen sich mit Geschwindigkeiten um die Sonne, die im Vergleich zu den Geschwindigkeiten, mit denen wir es auf der Erde zu tun haben, unvorstellbar hoch sind. Mit Hilfe der Transitmethode, können wir Planeten anderer Zentralsterne (sog. Exoplaneten) untersuchen, worunter sich die Klasse der Heißen Jupiter hervortut.

Bei Geschwindigkeitsangaben stellt sich auch immer die Frage des Bezugssystems. Anstatt den Zentralstern kann man natürlich auch das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße als ruhend ansehen. Um dieses bewegt sich die Sonne mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 914.000 km/h! Doch dies ist nichts im Vergleich zu den Geschwindigkeiten der schnellsten Sterne: Hyperschnellläufer und manche Neutronensterne.

Noch viel schneller als alle Sterne sind Teilchen der kosmischen Strahlung, von denen einige unglaublich nah an die höchste physikalisch mögliche Geschwindigkeit, die Lichtgeschwindigkeit, heranreichen.

Bryan Gaensler

7. Dick und dünn: Extreme der Masse

Zusammenfassung

Ausganspunkt für die Bestimmung von Sternmassen ist Newtons Gravitationsgesetz, das wir außerhalb des Sonnensystems insbesondere auf die Umlaufbahnen von Doppelsternsystemen anwenden können. Die Klasse der leichtesten Sterne wird als Rote Zwerge bezeichnet, und der leichteste gefundene Stern ist in der Tat nur wenig schwerer als die theoretisch berechnete Mindestmasse eines Sterns, die bei etwa einem Vierzehntel der Sonnenmasse liegt, da unterhalb dieses Werts keine Kernreaktion im Sterninnern entfacht würde.

Der schwerste entdeckte Stern, ein sog. Wolf-Rayet-Stern liegt bei etwa 116 Sonnenmassen, doch man vermutet, dass es zur Anfangszeit des Universums auch Sterne mit 300-500 Sonnenmassen gegeben habe kann.

Viel schwerer als jeder Stern sind supermassereiche Schwarze Löcher, die sich im Zentrum vieler Galaxien, so auch der Milchstraße befinden. Ein solches Schwarzes Loch wurde auf 40 Milliarden Sonnenmassen geschätzt.

Noch viel schwerer sind ganze Galaxien, welche wiederum Bestandteile von Galaxienhaufen sind. Die Masse eines solchen Galaxienhaufens wurde zu 4000 Billionen Sonnenmassen berechnet.

Bryan Gaensler

8. Sphärenklänge: Extreme des Schalls

Zusammenfassung

Unser Leben ist niemals ruhig.

Ich tippe diese Worte in einem scheinbar stillen Raum, aber wenn ich kurz innehalte, um zu lauschen, kann ich das Ticken einer Uhr hören, den Verkehrslärm einer nahegelegenen Straße, das Brummen einer Klimaanlage nebenan und Fetzen von Unterhaltungen von Passanten.

Bryan Gaensler

9. Dynamos im All: Extreme des Elektromagnetismus

Zusammenfassung

Die moderne Welt ist ganz und gar auf Elektrizität und Magnetismus angewiesen. Wir nutzen Elektrizität, um unsere Häuser zu beleuchten, fernzusehen und unsere Nahrungsmittel zu kühlen. Riesige Industrien widmen sich der Erzeugung von Elektrizität und der Aufgabe, sie an die Steckdosen in unseren Wänden zu liefern. Und Magnete sind wesentliche Bestandteile so alltäglicher Dinge wie Kreditkarten, Festplatten, Mikrophone und Lautsprecher.

Bryan Gaensler

10. Leichtgewichte und Schwergewichte: Extreme der Schwerkraft

Zusammenfassung

Wie Isaac Newton auf so geniale Weise erkannte, fällt ein Apfel aus dem gleichen Grund auf den Boden, aus dem der Mond um die Erde kreist: wegen der Schwerkraft.

Bryan Gaensler

11. Vakuum und Schwarze Löcher: Extreme der Dichte

Zusammenfassung

Wenn Sie jemals beim Bowling waren, werden Sie wissen, dass die Bowlingbahn Ihnen gewöhnlich Hunderte von Bowlingkugeln zur Auswahl bereitstellt. Es gibt Kugeln mit ganz verschiedenen Massen, geeignet für jedermann vom kleinen Kind bis zum stämmigen Erwachsenen. Aber alle Kugeln auf der Rücklaufschiene haben die gleiche Größe: Die schweren Kugeln sehen im Wesentlichen wie die leichten aus. Und so müssen Sie, bevor Sie mit ihrem Spiel beginnen, ein paar Kugeln in die Hand nehmen, um diejenige zu finden, die Ihnen am besten passt.

Bryan Gaensler

12. Epilog

Zusammenfassung

Sie mögen vielleicht denken, dass wir nun am Ende der Geschichte angelangt sind. Aber wir reden hier von Astronomie – es wird wahrscheinlich nie ein letztes Wort der Erzählung des Kosmos geben.

Bryan Gaensler

13. Extreme Erfahrungen

Zusammenfassung

Die folgenden Tabellen fassen die Eigenschaften und Rekorde zusammen, die einige der in diesem Buch beschriebenen Objekte und Phänomene halten.

Bryan Gaensler

Backmatter

Titel: Kosmos xxxtrem!
verfasst von: Bryan Gaensler
Copyright-Jahr: 2015
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-43392-8
Print ISBN: 978-3-662-43391-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-43392-8

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