Archiv der Kategorie: Kosmos

Was nützt uns die Kosmologie?

Haben wir nicht schon genügend Probleme auf Erden? Aktuell bangen wir im Zusammenhang mit der Eurokrise, der Krise in der arabischen Welt und dem Konkurs einer großen Handelskette. Müssen wir uns dann noch um die Vorgänge am Himmel kümmern?
Nein, wir müssen nicht. Aber dennoch gibt es eine große Zahl an Menschen, die nach einer Antwort auf Fragen suchen, warum wir hier auf unserer Erde überhaupt existieren, wie alles anfing und ob sich in der Unendlichkeit des Alls ein Schöpfer manifestiert.
Was sind eigentlich die Motive der Menschen sich mit Fragen der Kosmologie zu befassen. Ist es ganz einfach Neugier, wollen sie sich um mit einem Bibelwort zu reden die Erde untertan machen, ist es die Gier nach Sensationen oder irgendein anderes verstecktes Motiv?
Der Autor Gerhard Josten, den die Unendlichkeit seit seiner Jugend fasziniert, hat sich die Aufgabe gestellt, die Beweggründe der Menschen zu erforschen und die Vielfalt ihrer Meinungen über den Kosmos in dem Buch mit dem Titel »Ein All ohne Knall« zu präsentieren. Eigentlich hätte man dem Buch noch einen Untertitel, etwa »Die Beweggründe von Menschen, sich mit der Kosmologie zu beschäftigen« geben müssen. Der Haupttitel mag sonst dazu verleiten, zu glauben der Urknall würde im Mittelpunkt des Werks stehen. Dem ist aber nicht so, vielmehr steht der Mensch mit seiner ungeheuren Vielfalt an Vorstellungen und seinen Motiven im Zentrum. Wie hat der Autor dieses mehr psychologische Thema angepackt?
Das Buch ist in drei Teile gegliedert. Im ersten Teil werden einige Auszüge aus dem Stand der Weltraumforschung gegeben. Dabei wird die Rotverschiebung als wichtigstes Argument für den Beginn des Universums in einer Singularität (Urknall) näher beleuchtet. Weiter werden die Folgen beschrieben, die auf dem dualen Charakter des Lichts basieren. Bekanntlich hat Licht je nach Art der Messung entweder Wellencharakter oder Teilchencharakter. Diese Eigenschaft ist für den Nichtphysiker äußerst verwirrend und führt deshalb häufig zu Missverständnissen. Ein drittes und letztes Thema im ersten Teil ist die Suche nach einem erdähnlichen Planeten irgendwo in den Fernen des Weltalls, die Unmengen an Forschungsmittel verschlingt.
Im zweiten Teil des Buchs sind Beiträge von Journalisten, Fachleuten und Wissenschaftlern veröffentlicht. Dabei handelt es sich entweder um fundierte Fachbeiträge oder um Meinungen und Bekenntnisse, die teilweise kontrovers gegenüber den angezweifelten Erkenntnissen der Mainstreamwissenschaft sind. Insbesondere wird angezweifelt, ob die Rotverschiebung des Lichts aus fernen Galaxien tatsächlich ein Argument für die permanente Ausdehnung des Universums ist.
Im dritten und letzten Teil hat sich der Autor mit dem Psychlogen Prof. Dr. Erich Kasten und dem Philosophen Dietmar Odilo Paul zu einer Gesprächsrunde getroffen, um das Thema anzugehen, das ihm besonders am Herzen liegt, nämlich die Beweggründe der Menschen aufzudecken, sich mit dem Kosmos und dem Beginn von allem zu beschäftigen. Zu welchen Ergebnissen die Runde kommt, sei hier nicht verraten.
Um ein Resumee zu ziehen, kann ich sagen, dass dieses Werk zunächst einmal der Meinungsvielfalt über das Urknall-Thema ein Forum bietet. Abweichende Meinungen werden nicht ausgegrenzt, sondern genauso dargestellt, wie die Meinungen, die mit der Mainstreamwissenschaft konformgehen. Schließlich wird auch Licht in die verborgenen Beweggründe gebracht, warum sich Menschen überhaupt mit Dingen beschäftigen, die sie nicht beeinflussen können.
Für alle, die an solchen Fragestellungen interessiert sind, ist Jostens »Ein All ohne Knall« eine Perle gegenüber den Büchern, die abweichende Meinungen ausgrenzen und mehr Fragen aufwerfen als beantworten. Hier bekommt man wenigstens Antworten auf die Beweggründe der Menschen.

Buchtipps:

Lebensfreundlicher Mars: Opportunity entdeckt Gipsader

Dieses mit Opportunitys Panoramakamera (Pancam) aufgenommene Farbbild zeigt 'Homestake', eine mit den wissenschaftlichen Instrumenten des Rovers im Detail untersuchte Gipsader. Homestake ist etwa 1 - 1,5 cm breit und 50 cm lang Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Cornell/ASU

Bild: Dieses mit Opportunitys Panoramakamera (Pancam) aufgenommene Farbbild 
zeigt 'Homestake', eine mit den wissenschaftlichen Instrumenten des 
Rovers im Detail untersuchte Gipsader. Homestake ist etwa 1 - 1,5 cm 
breit und 50 cm lang

Der NASA Mars-Rover Opportunity hat Ende 2011 am Rande des Meteoriten-Einschlagskraters Endeavour Gipsadern entdeckt. Gips wird in Wasser mit einer Temperatur unterhalb von 60°C abgeschieden. Der Fund belegt damit zumindest vorübergehend lebensfreundliche Bedingungen auf dem Mars. Das Gestein des Kraterrandes ist Suevit sehr ähnlich, eine für Einschlagskrater typische Gesteinsart. Die Ergebnisse der von Steve Squyres an der Cornell Universität in Ithaca, New York geleiteten Studie werden am 4. Mai 2012 vom Wissenschaftsjournal Science veröffentlicht. An dieser Studie ist der Geowissenschaftler Dr. Christian Schröder von der Universität Tübingen beteiligt

Christian Schröder erforscht am Zentrum für Angewandte Geowissenschaften die Biogeochemie von Eisenmineralen. Seit dem Start der NASA Mars Exploration Rover im Jahr 2003 ist er als Mitglied des Wissenschaftlerteams u.a. für den Einsatz des Röntgenfluoreszenz-Spektrometers des Rovers, dem APXS (Alpha-Particle X-ray Spectrometer) zuständig. Es wurde am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz entwickelt und wird nun unter der Leitung von Ralf Gellert an der Unversität Guelph in Kanada weiter betrieben. Das APXS dient der Elementaranalyse und ermöglichte die entscheidenden Messungen zur Identifizierung der Gipsadern und Charakterisierung des Gesteins.

Opportunity ist seit nunmehr acht Jahren auf der Oberfläche des Mars unterwegs und hat dabei mehr als 33 km zurückgelegt. Endeavour hat einen Durchmesser von 22 Kilometern und ermöglicht den Zugang zu Gestein aus einer geologisch älteren Periode als der schwefelreiche Sandstein, der eine große Fläche um die Landestelle Opportunitys bedeckt. Der Krater war daher ein Fernziel des Rovers. Während der Fahrt zu Endeavour galt Schröders Interesse insbesondere den verstreut am Wegesrand liegenden losen Gesteinsbrocken. Einige dieser Gesteinsbrocken entpuppten sich als Meteorite, andere stammen von entfernten Einschlagskratern, jedoch nicht von Endeavour, wie die APXS-Analysen zeigen.

Gips mit der chemischen Formel CaSO4∙2H2O bildet sich nur im Beisein von Wasser. Es grenzt die Temperatur des Wassers auf maximal 60°C ein. Bei höherer Temperatur hätten sich andere Mine-rale wie z.B. Anhydrit, CaSO4, gebildet. Damit gab es am Rande des Endeavour-Kraters zumindest vorübergehend lebensfreundliche Bedingungen. Das Wasser zirkulierte durch Risse und Spalten im Gestein des Kraterrandes, nachdem dieser entstanden war. Die gleiche Quelle schwefelreichen Wassers hat wahrscheinlich auch zur Ablagerung des schwefelreichen Sandsteins an Opportunitys Landestelle beigetragen.

Endeavour ist sowohl von seiner Größe, als auch von der Gesteinszusammensetzung des Krater-randes dem Nördlinger Ries vergleichbar. Das Nördlinger Ries ist ein weltweit bekanntes Beispiel für einen Meteoriteneinschlagskrater auf der Erde. Suevit, ein sogenannter Impaktit, ist ein typisches Gestein am Rande eines Einschlagskraters. Es setzt sich zusammen aus zermahlenem Grundgestein, eingeschlossen Gesteinsbruchstücken, durch den Einschlag aufgeschmolzenes und zu Glas erstarrtes Material sowie durch Minerale, die nur bei extrem hohen Drucken und Tempera-turen entstehen. Suevit leitet sich vom lateinischen Suevia – Schwaben – ab und wurde am Nörd-linger Ries zum ersten Mal beschrieben. Das Nördlinger Ries entstand vor fast 15 Millionen Jahren durch den Einschlag eines etwa einen Kilometer durchmessenden Asteroiden. Endeavour entstand auf ähnliche Weise vor mehr als 3,7 Milliarden Jahren. (Quelle: idw, Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/Cornell/ASU)

Wie die letzte große Lücke der Physik geschlossen werden kann

Sie ist die letzte große Lücke im Gebäude der Physik: eine Theorie, die Quantenphysik mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vereint. Claus Kiefer von der Universität Köln zeigt in der April-Ausgabe von Spektrum der Wisenschaft, wie Forscher das Problem lösen wollen, die Mikrowelt mit der Schwerkraft zu verschmelzen.

Im Januar 1957 trafen sich Forscher an der University of North Carolina in Chapel Hill zu einer aufregenden Konferenz. Fast alle bedeutenden Gravitationsphysiker jener Zeit hatten sich versammelt. Die eine Hälfte der Tagung befasste sich mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, der modernen Theorie der Gravitation, die darin als Geometrie von Raum und Zeit gedeutet wird. Sie beschreibt das Große und Ganze: von unserer direkten Umgebung über Sonnensystem, Sterne und Galaxien bis hin zum Universum.

Die zweite Hälfte der Tagung befasste sich mit Verallgemeinerungen von Einsteins Theoriegebäude unter Einbezug der Quantentheorie. Eine solche erweiterte Theorie nennen Fachleute Quantengravitation. Sie vereinigt Mikro- und Makrokosmos, da die Quantentheorie hauptsächlich für die Beschreibung von Molekülen, Atomen und Elementarteilchen zuständig ist. Wie der Kölner Physikprofessor Claus Kiefer in der April-Ausgabe von Spektrum der Wissenschaft berichtet, konnte bisher trotz jahrzehntelanger Bemühungen noch keine allgemein anerkannte Theorie der Quantengravitation entwickelt worden. Allerdings existiert dafür eine Reihe mehr oder weniger aussichtsreicher Kandidaten. Wie die letzte große Lücke der Physik geschlossen werden kann weiterlesen

Leben auf dem Jupitermond Europa?

In der eisigen Kruste des Jupitermonds Europa befinden sich in Hohlräumen große Ansammlungen flüssigen Salzwassers. Diese Oasen in der Eiswüste sind auch für die Suche nach möglichem Leben auf dieser fernen Welt von großer Bedeutung, wie die Zeitschrift Sterne und Weltraum in ihrer aktuellen Ausgabe berichtet.

Der Jupitermond Europa gilt aus geologischer und biologischer Sicht nach der Erde als einer der interessantesten Himmelskörper in unserem Sonnensystem. Er besteht wie der Erdmond überwiegend aus Gesteinen und metallischem Eisen, ist aber von einer rund 100 Kilometer dicken Schicht aus Wasser umgeben. Dieses bildet eine 30 Kilometer dicke Eiskruste. Darunter befindet sich ein bis zu 70 Kilometer tiefer Ozean aus flüssigem Wasser. Reibung durch Gezeiteneffekte sorgt im Inneren des Jupitermonds für genügend Wärme, die verhindert, dass die Wasserschicht bis zum Grund gefriert.

Die gleißend helle Eisoberfläche von Europa ist auffallend eben und zeigt kaum größere Einschlagkrater. Sie ist offenbar sehr jung. Die Planetenforscher um Britney Schmidt vom Geophysikalischen Institut an der University of Texas in Austin geben in ihrem kürzlich im Wissenschaftsjournal Nature erschienenen Artikel ein Alter von 30 bis 70 Millionen Jahren an. Dies ist im Vergleich zum Gesamtalter von Europa von 4,5 Milliarden Jahren ein äußerst geringer Wert. Offenbar wird die Eisoberfläche durch geologische Vorgänge stetig erneuert.

Das Forscherteam um Schmidt erkannte als Ursache für die auf Europa weit verbreiteten „chaotischen Terrains” einen der Vorgänge, die zur Verjüngung der Mondoberfläche beitragen. Ihr Anblick erinnerte die Wissenschaftler stark an irdische Packeisregionen und polare Gletscherströme. Die chaotischen Terrains bestehen aus einer Aufwölbung in der Eiskruste, in der große Eisblöcke in einem breiigen See aus feinen Eisbruchstücken schwimmen.

Für die Entstehung der chaotischen Terrains gehen die Wissenschaftler von einem Szenario aus, bei dem Effekte eine Rolle spielen, die sich beim Einsatz von Streusalz auf den Straßen leicht beobachten lassen. Schon eine mäßige Erwärmung der salzhaltigen Eiskruste reicht aus, um dort eine Linse aus flüssigem Salzwasser entstehen zu lassen. Wasser zieht sich aber beim Aufschmelzen zusammen, so dass durch den Volumenverlust oberhalb der Wasserlinse die Oberfläche absinkt und dabei auch in einzelne Blöcke zerbricht. In der Folge bildet sich ein solches chaotisches Terrain.

Manche dieser Salzwasserlinsen befinden sich möglicherweise nur etwa drei Kilometer unterhalb der Eisoberfläche Europas. Somit bestünde die Möglichkeit, diese eines Tages mit einer fortschrittlichen Raumsonde mit Eisbohrtechnik erreichen zu können. Dann könnte eine Messapparatur in einen dieser Salzseen eindringen, um dort nach Spuren eventuellen Lebens zu suchen. Insbesondere der Nachweis von komplexen organischen Molekülen wäre für die Astrobiologen von herausragendem Interesse, sie sind Grundvoraussetzung für Leben, wie wir es kennen. (Quelle: Sterne und Weltraum, Februar 2012)

Warum es von Paralleluniversen nur so wimmelt.

Video: Paralleluniversen

Viele Kosmologen fasziniert die Idee, es gebe unzählige Paralleluniversen mit jeweils eigenen Naturgesetzen.

Seit einigen Jahren debattieren Theoretiker über eine kühne These: Außer dem Universum, das wir wahrnehmen, sollen noch ungezählte weitere Universen existieren. Es gäbe demnach nicht nur einen Kosmos, sondern ein Multiversum. Der amerikanische Physiker Brian Greene bezeichnet diese Vorstellung als “super-kopernikanische Revolution”, da ihr zufolge nicht nur unser Planet einer unter vielen ist, sondern sogar unser gesamtes Universum in kosmischem Maßstab nur eine unbedeutende Spielart möglicher Welten darstellt.

Theoretiker wie Greene oder der russisch-amerikanische Physiker Alexander Vilenkin postulieren völlig unterschiedliche Universen mit einer jeweils anderen Physik, mit einer eigenen Geschichte oder gar mit unterschiedlich vielen Raumdimensionen. Die meisten dieser hypothetischen Welten sind lebensfeindlich, doch einige wimmeln von Organismen. Vilenkin entwirft das dramatische Bild einer unendlichen Menge von Universen, in der unendlich viele Personen Ihren Namen tragen und gerade diese Zeilen lesen.

Wie kommen Kosmologen neuerdings allen Ernstes auf eine Idee, die zunächst wie pure Sciencefiction anmutet? Warum es von Paralleluniversen nur so wimmelt. weiterlesen

Privater Raumgleiter im All

Illustration: Sierra Nevada Corporation

Fünf Firmen arbeiten derzeit daran, für die USA ein neues bemanntes Raumschiff zu entwickeln, das in einigen Jahren in eine niedrige Erdumlaufbahn und zur Internationalen Raumstation fliegen soll. Darüber berichtet Eugen Reichl, Mitarbeiter bei einem großen europäischen Luft- und Raumfahrtkonzern, in der Novemberausgabe von “Sterne und Weltraum”

Kleiner Raumgleiter

Die Arbeiten laufen mit finanzieller Unterstützung der US-Raumfahrtbehörde NASA im Rahmen des Programms CCDev. Das Kürzel steht für „Commercial Crew Development” und dient dazu, die kommerzielle Entwicklung und den Betrieb bemannter Raumfahrzeuge in niedrigen Erdumlaufbahnen in Gang zu bringen. Dazu stellt die NASA nur Startkapital zur Verfügung, um Privatunternehmen freie Hand bei der Umsetzung ihrer Ideen zu geben. Bei den geförderten Firmen wird aber erwartet, dass sie zusätzlich zu diesem staatlichen “Saatgeld” in erheblichem Umfang Eigenmittel einsetzen. Bewusst fördert die NASA hierbei völlig verschiedenartige Lösungsansätze, um die technologische Vielfalt zu erhöhen.

Derzeit stehen den USA und damit der gesamten westlichen Welt für mehrere Jahre kein eigenes Transportsystem zur Verfügung, mit dem sich vom eigenen Territorium aus die Internationale Raumstation erreichen ließe. Stattdessen nutzen die westlichen Raumfahrer hierfür die Raumkapsel Sojus, deren Flüge sich die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos gut bezahlen lässt. Privater Raumgleiter im All weiterlesen

Überraschendes Experiment: Neutrinos schneller als das Licht?



Unter der Leitung des Berner Teilchenphysikers Antonio Ereditato hat eine internationale Forschungskollaboration im OPERA-Experiment am CERN Erstaunliches entdeckt: Neutrinos sind schneller unterwegs als das Licht, welches bisher die höchste existierende Geschwindigkeit war.

«Dieses Resultat ist eine komplette Überraschung», sagt Antonio Ereditato, Professor für Hochenergiephysik an der Universität Bern und Leiter des OPERA-Projekts: Die Teilchenphysiker haben im sogenannten OPERA-Experiment herausgefunden, dass Neutrinos, die unterirdisch vom CERN in Genf losgeschickt werden und nach einer 730 Kilometer langen Reise durch die Erde schliesslich ein Untergrund-Labor in den Bergen bei Rom erreichen, schneller unterwegs sind als das Licht. Dies teilt das CERN, das Europäische Laboratorium für Teilchenphysik, heute Freitag, 23. September 2011, mit. «Die Neutrinos sind signifikante 60 Nanosekunden schneller am Ziel, als man dies mit Lichtgeschwindigkeit erwarten würde», so der OPERA-Leiter. Eine Publikation der Daten folgt, und Antonio Ereditato stellt klar: «Dieses Ergebnis kann grosse Auswirkungen auf die geltende Physik haben – so gross, dass zurzeit eine Interpretation schwierig ist. Weitere Experimente für die Bestätigung dieser Daten müssen unbedingt folgen.»

Die Besonderheiten der Neutrinos

Neutrinos sind winzige Elementarteilchen, die Materie praktisch widerstandslos durchdringen. Ihre Spuren sind schwierig aufzuspüren, da sie nicht geladen sind und kaum mit ihrer Umgebung interagieren. Neutrinos kommen in drei verschiedenen Typen vor: Elektron-, Müon- und Tau-Neutrinos. Sie können sich auf einer langen Flugstrecke von einem Typ in einen anderen verwandeln. In der Elementarteilchenphysik wird diese Umwandlung «Neutrino-Oszillation» genannt.

Das OPERA-Projekt wurde 2006 gestartet, um die Umwandlung von verschiedenen Neutrino-Typen ineinander zu beweisen – was den Forschenden aus der Kollaboration von 13 Ländern auch gelang; letztes Jahr wurde die Verwandlung von Müon-Neutrinos in Tau-Neutrinos nachgewiesen.

Mit Atomuhren auf Nanosekunden genau

Die Daten, die im OPERA-Experiment in den letzten drei Jahren gesammelt wurden, weisen neben der Neutrino-Oszillation nun auch die Abweichung bei der erwarteten Geschwindigkeit der Kleinstteilchen nach: Eine aufwändige und hochpräzise Analyse von über 15’000 Neutrinos weist «die winzige, aber signifikante Differenz zur Lichtgeschwindigkeit nach», wie das CERN mitteilt. Die 60 Nanosekunden Zeitunterschied auf der Strecke CERN-Rom hat die OPERA-Kollaboration mit Expertinnen und Experten vom CERN sowie unter anderem mit Hilfe des nationalen Metrologieinstituts METAS in einer Hochpräzisions-Mess-Serie überprüft: Mit Hilfe von GPS und Atomuhren wurde die Flugdistanz auf 10 Zentimeter genau bestimmt und die Flugzeit auf 10 Milliardstel einer Sekunde – also auf Nanosekunden – genau gemessen. (Quelle: idw)

Buchtipp:
Supervereinigung: Wie aus nichts alles entsteht. Ansatz einer großen einheitlichen Feldtheorie

Schneefall auf dem Saturnmond Enceladus

Dünne Streifen von hellem, eisigem Material erstrecken sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns. Diese Gegenlichtaufnahme im sichtbaren Licht wurde mit der Weitwinkelkamera der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 2,1 Millionen Kilometern gewonnen. NASA/JPL/Space Science Institute
Forscher finden heraus, wie die Eisgeysire auf dem Mond den E-Ring um Saturn speisen und obendrein für leichten Schneefall sorgen

Der Saturnmond Enceladus ist verblüffend aktiv. Vor nicht allzu langer Zeit entdeckte man Hinweise auf einen Ozean unter seiner Kruste. Außerdem schleudern Eisgeysire in der Südpolregion Teilchen ins All. Dabei entkommen die schnellen Partikel der Anziehungskraft des Mondes, landen im E-Ring von Saturn und werden zum Großteil von Enceladus wieder eingesammelt; die langsameren Eisteilchen dagegen sorgen für leichten Schneefall in der Umgebung der Geysire. Das fanden Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik mit ihrem Staubdetektor an Bord der NASA/ESA-Raumsonde Cassini heraus. Dazu verglichen sie Modellrechnungen mit Messungen der Raumsonde (Icarus 206, 446-457, 2010).

Enceladus stößt Fontänen von mikroskopischen Eispartikeln und Wasserdampf aus, die den diffusen äußeren E-Ring um Saturn speisen. Durchflüge von oben nach unten durch diesen Ring ermöglichten Messungen seiner Dicke und Struktur. Das wichtigste Instrument war der Staubdetektor CDA des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik. “Die Daten lieferten unerwartete Details darüber, wie der Ring mit Material versorgt wird”, sagt Sascha Kempf. “Mit unseren Modellrechnungen und Simulationen konnten wir auch den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire ableiten.”

Sowohl die Produktionsraten der Eisgeysire als auch die dynamischen Eigenschaften der Eispartikel variieren erheblich. Die meisten der ausgestoßenen Teilchen werden von Enceladus während der folgenden zwei Umläufe um Saturn wieder eingesammelt, während die restlichen Teilchen vermutlich 50 bis 400 Jahre im Ring bleiben.

Bei ungefähr senkrechten Durchflügen durch den E-Ring fanden die Wissenschaftler auf den ersten Blick die erwartete glatte Glockenkurve für die Verteilung der Teilchen mit dem Maximum in der Mitte und Ausdünnen nach oben und unten. Unerwartete Spitzen in der Verteilung – vor allem in der Nähe von Enceladus – erwiesen sich bei genauerer Untersuchung nicht etwa als statistische Fluktuationen, sondern als echt: Sie spiegeln den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire wider. Die Aktivität jedes einzelnen Geysirs ist in der vertikalen Struktur des Rings abgebildet. Die Stärke der Spitzen zeigt, dass einige Geysire mehr ausstoßen als andere; dadurch verraten sich ihre Auswürfe auch noch in großer Entfernung.

Die Berechnungen der Teilchenflugbahnen ergaben, dass größere Partikel mit Durchmessern über 0,7 Mikrometer (tausendstel Millimeter) nur dauerhaft von Enceladus in den E-Ring entkommen können, wenn sie deutlich schneller sind als 207 Meter pro Sekunde – der Fluchtgeschwindigkeit von der Enceladusoberfläche. Dagegen werden kleinere Teilchen von den elektromagnetischen Kräften im rotierenden Magnetfeld des Saturns mitgerissen und können auf diese Weise leichter von Enceladus entkommen; dort vorhandene Ionen laden die zunächst neutralen Teilchen auf.

Das Modell liefert auch Aussagen darüber, wo und wie viel des Auswurfmaterials der Eisgeysire als “Schneefall” auf der Enceladusoberfläche niedergeht: Unabhängig von ihrer Größe landen die meisten Eispartikel in unmittelbarer Nähe der Schlote in der sogenannten Tigerstreifenregion im Südpolargebiet. Dort wächst die Schneedecke jährlich allerdings nur um einen halben Millimeter.

Frühere optische Messungen der Raumsonde Cassini ergaben, dass die Eiskörnchen auf der Enceladusoberfläche am Südpol erheblich größer sind als die von den Geysiren ausgestoßenen Teilchen. Außerdem nimmt ihre Größe mit zunehmendem Abstand von den Tigerstreifen ab. Das lässt sich durch physikalische Vorgänge auf der Oberfläche erklären: Kleine Körnchen wachsen durch Umkristallisieren oder Zusammenbacken unter dem Einfluss lokaler Wärme; andererseits schlagen Mikrometeoriten Körner aus der Eisoberfläche.

Weitere Messungen bei Durchflügen durch den E-Ring und nahen Vorbeiflügen an Enceladus während der verlängerten Cassini-Mission sollen den Forschern helfen, mögliche Variationen in der Aktivität der Eisgeysire zu entdecken. Sie schlagen vor, mit den Kameras und Spektrometern die Farben der einzelnen Fontänen zu analysieren, um die Größenverteilung der Eispartikel darin zu bestimmen. Quelle: idw, Foto:

Dünne Streifen von hellem, eisigem Material erstrecken sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns. Diese Gegenlichtaufnahme im sichtbaren Licht wurde mit der Weitwinkelkamera der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 2,1 Millionen Kilometern gewonnen. NASA/JPL/Space Science Institute

Uratmosphäre auf Super-Erde entdeckt

Die Super-Erde GJ 1214b (vorne links) zieht vor ihrem Zentralstern vorbei. Foto: Paul A. Kempton

(pug) Ein internationales Team von Wissenschaftlern der Universität Göttingen, des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und der University of California in Santa Cruz hat erstmals bei einer sogenannten Super-Erde die Struktur ihrer Atmosphäre untersuchen können. Die Forscher beobachteten den erst vor knapp einem Jahr entdeckten Planeten GJ 1214b, der außerhalb unseres Sonnensystems liegt und nur wenig größer als unsere Erde ist. „Dies ist die erste Super-Erde, bei der eine Atmosphäre nachgewiesen und untersucht wurde. Wir haben einen echten Meilenstein auf dem Weg zu einer Charakterisierung dieser Welten erreicht“, so der Leiter der Studie Dr. Jacob Bean.

Als Super-Erde bezeichnen Astronomen Planeten, die bis zu dreimal so groß wie die Erde sind und die ein- bis zehnfache Masse haben können. Man nimmt an, dass Super-Erden ein überwiegend festes Inneres haben und womöglich aus einem Gemisch aus Fels und Eis bestehen. Bislang sind erst sehr wenige von ihnen bekannt, besonders im Vergleich zu den sogenannten Gasriesen, die mittlerweile zu hunderten in Umlaufbahnen um ferne Sterne entdeckt worden sind. GJ 1214b ist 2,7-mal so groß und 6,5-mal so massereich wie unsere Erde.

Um seine Atmosphäre nachzuweisen, beobachteten die Astronomen den Planeten, während er vor seinem Zentralstern vorbeizog. Dabei leuchtet das Licht des Sterns aus unserer Perspektive den Planeten „von hinten“ an, wodurch die Atmosphäre, die den Planeten umgibt, sichtbar wird. Das Licht scheint durch die Atmosphäre des Planeten hindurch, die gasförmigen Bestandteile der Atmosphäre absorbieren das Licht bei charakteristischen Wellenlängen und das so beobachtbare Spektrum kann als „chemischer Fingerabdruck“ interpretiert werden. Mit vergleichbaren Beobachtungen konnten zuvor schon Gase wie Wasserstoff, Methan und Natriumdampf in den Atmosphären ferner „heißer Jupiter“ nachgewiesen werden.

Die genaue chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ist bislang noch unklar. Die deutschen und amerikanischen Wissenschaftler beobachteten die Super-Erde mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile im nahinfraroten Spektralbereich. Ob die Atmosphäre des Planeten eher dampf- oder eher gasreich ist, könnten weitere Beobachtungen im langwelligen Infrarotbereich klären. Die neuen Beobachtungen schließen allerdings aus, dass der Planet von einer wolkenlosen wasserstoffreichen Atmosphäre umgeben ist. Bestünde die Atmosphäre von GJ 1214b überwiegend aus Wasserstoff, müsste sie wie auf der Venus von einer dichten Wolkendecke oder wie auf dem Saturnmond Titan von einem hochgelegenen Schleier von Aerosolen verhüllt sein.

Die Daten ließen sich aber auch durch eine weit dichtere Gashülle mit einem hohen Anteil schwerer Gase erklären. „Mit den aktuellen Beobachtungen können wir noch nicht sicher entscheiden, von welcher genauen Beschaffenheit diese Atmosphäre ist. Aber sie zeigen sicher, dass sie sich von allen bisher beobachteten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems unterscheidet“, erläutert Dr. Derek Homeier von der Universität Göttingen. „Sie könnte der Uratmosphäre unserer Erde weit ähnlicher sein, oder auch auf eine wasserreiche Welt mit einer Hülle aus Wasserdampf hinweisen.“ Und Dr. Bean ergänzt: „Eine solche Atmosphäre müsste zu mindestens einem Fünftel aus Wasserdampf bestehen. Damit würde sie sich sehr von unserer Erdatmosphäre unterscheiden, die aus vier Fünfteln Stickstoff und einem Fünftel Sauerstoff besteht, mit nur kleinen Spuren von Wasserdampf. Etwas Vergleichbares existiert in unserem Sonnensystem nicht.“ (Quelle: idw, Foto: Die Super-Erde GJ 1214b (vorne links) zieht vor ihrem Zentralstern vorbei – Paul A. Kempton). Originalveröffentlichung: Jacob Bean et al. A ground-based transmission spectrum of the super-Earth exoplanet GJ 1214b. Nature. DOI: 10-1038/nature09596

Existiert doch keine Dunkle Materie?

ZwerggalaxienDas kosmologische Standardmodell auf dem Prüfstand
Die meisten Astrophysiker und Kosmologen gehen davon aus, dass die so genannte Dunkle Materie den weitaus größten Teil der Materie im Universum stellt. “Normale” Materie, aus der Galaxien ebenso wie Planeten und auch Menschen bestehen, wäre demzufolge relativ selten. Doch es gibt ein Problem: Bislang konnte keines der zahlreichen Experimente, die weltweit nach Dunkle-Materie-Teilchen fahnden, diese auch nachweisen. Existiert die Dunkle Materie vielleicht doch nicht?

In der August-Ausgabe von Spektrum der Wissenschaft berichten die Astrophysiker Pavel Kroupa und Marcel Pawlowski von der Universität Bonn über ihre Forschung an Zwerggalaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft. Solche kleinen Galaxien sollten sich gemäß dem kosmologischen Standardmodell, in dem die Dunkle Materie eine der zentralen Rollen spielt, inmitten großräumiger Ansammlungen von Dunkler Materie bilden.
Doch nun ist Kroupas Team, das seine Arbeit jüngst im angesehenen Wissenschaftsjournal “Astronomy and Astrophysics” publiziert hat, auf eine ganze Reihe von Widersprüchen gestoßen. Das Standardmodell sagt beispielsweise voraus, dass die unsere Milchstraße umkreisenden kleinen Satellitengalaxien rein zufällig in deren Umgebung verteilt sein sollten. Stattdessen bilden sie aber eine Art Scheibe, ihre Anordnung folgt also einer klaren Struktur. Auch sagen Simulationen weit mehr Satellitengalaxien vorher, als tatsächlich gefunden wurden. Und schließlich sollten die Satellitengalaxien dem Modell zufolge umso leuchtkräftiger sein, je mehr Dunkle Materie sie enthalten – dies bestätigen die Beobachtungen aber ebenfalls nicht. Im Rahmen der populären Dunklen-Materie Hypothese scheint es keine Lösungen zu diesen Problemen zu geben.
Für die Existenz der rätselhaften Materieform führen die Astronomen zwar gute Gründe an. Beobachtungen von Scheibengalaxien belegen, dass Sterne in deren Außenbereichen schneller um das Zentrum der Galaxien rotieren, als es das newtonsche Gravitationsgesetz vorhersagt. Infolge der dabei entstehenden Fliehkräfte müssten die Galaxien sogar in kürzester Zeit auseinanderfliegen. Erklären lässt sich dieses Rätsel bislang nur, wenn man annimmt, dass die Sternsysteme über wesentlich mehr Masse verfügen als wir beobachten. Diese Masse soll darum von Teilchen beigesteuert werden, die sich praktisch nur durch ihre Schwerkraftwirkung bemerkbar machen, aber kein Licht aussenden – weshalb sie als “dunkle” Materie bezeichnet werden.
Doch mit der Annahme dunkler Materie gerät man nun offenbar an anderer Stelle in große Widersprüche. Gibt es denn eine Alternative? Kroupa und Pawlowski zufolgen richten immer mehr Forscher ihre Hoffnungen auf die so genannte Modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) und ihre Varianten. Zwar ist das Newtonsche Gravitationsgesetz in gewissen Bereichen hervorragend bestätigt. Doch auf der Skala ganzer Galaxien konnte es noch nicht überprüft werden. Möglicherweise, so die Autoren, ist die Schwerkraft auf einer solchen Skala um ein weniges stärker als bislang gedacht. Denn dann ließe sich auch ohne die Annahme Dunkler Materie erklären, warum sich Sterne in den Außenbezirken von Galaxien so schnell bewegen.
“Der Ursprung dieser winzigen Abweichung könnte nach unserer Sicht möglicherweise in quantenmechanischen Prozessen liegen, die sich in der Raumzeit abspielen”, schreiben die Autoren, “oder in der Existenz zusätzlicher, noch unbekannter Felder.” Diese könnten die von Massen verursachten Störungen der Raumzeit weiter tragen, als dies die herkömmliche Theorie voraussagt. Aber auch andere Erklärungen seien denkbar.
Neue Erkenntnisse über die Satellitengalaxien der Milchstraße und anderer Galaxien in der kosmischen Nachbarschaft erhoffen sich die Forscher nun von der GAIA-Satellitenmission der Europäischen Weltraumagentur und vom australischen “Stromlo Milky Way Satellites Survey”. Sie könnten für spannende Erkenntnisse sorgen, schreiben die Bonner Forscher: “Noch ist nichts entschieden, eins aber ist schon jetzt sicher: Die wahre Geschichte des Universums muss erst noch geschrieben werden.”
Quelle: Spektrum der Wissenschaft, August 2010

Abbildung oben
Zwerggalaxien

In dem langen Gezeitenarm (rechts oben im Bild) der miteinander verschmelzenden Mäusegalaxien bilden sich kleine so genannte Gezeitenzwerggalaxien. Der Mechanismus ihrer Entstehung könnte auch vollständig beschreiben, wie sich Satellitengalaxien um unsere Milchsstraße bildete. Dunkle Materie, einer der Stützpfeiler des kosmologischen Standardmodells, wäre für die Erklärung ihrer Existenz dann überflüssig.

© NASA / ESA, H. Ford (JHU), G. Illingworth (UCSC / LO ), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI) und das ACS Science Team]