Das Raumschiff Erde… etwas zu Geschwindigkeiten !?

Wolfgang Korsus Dipl.-Ing.NT, Astrophysiker
Klingenberg 40
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Website : wolfgang.korsus.net

Lieber Leser meiner Beiträge auf WordPress ! Ich könnte mir leicht vorstellen, das Du so ganz lässig irgendwo sitzt oder liegst und wahrscheinlich ein bestimmtes entspannendes Gefühl hast !? Absolut gar nichts könnte mehr von der augenblicklichen Realität entfernt sein.

Aber Vorsicht, denn tatsächlich wirst Du in diesem Moment im Kreis herumgewirbelt, weil die Erde rotiert, Du rast auf der Erdumlaufbahn um die Sonne, und Du rast mit der Milchstraße durch den Kosmos. Wir Menschen verhalten uns wie Reisende auf einem Raumschiff, das Erde heißt.

Wie bewegt sich die Erde in unserem Sonnensystem?

Die wichtigsten Bewegungen der Erde sind die tägliche Rotation (man sagt auch Spin) und der jährliche Umlauf um die Sonne, jeder sollte diese Bewegungen kennen……..

Die Erdachse weist das ganze Jahr über in dieselbe Richtung (auf Polaris)……

……..es ist der Hauptstern des Systems, Polaris Aa, er ist ein Überriese und etwa 2000-mal heller als unsere Sonne. Er ist rund 430 Lichtjahre von uns entfernt. Polaris Ab ist aber ein Zwergstern, dieser umkreist Polaris Aa in einem Abstand von ca. 20 AE= 3 Milliarden Kilometer, es ist in etwa die Entfernung des Planeten Uranus von der Sonne) innerhalb von etwa 30 Jahren in einem retrograden (zeitlich oder örtlich zurückliegenden) Orbit.

…..und weiter…..die mittlere Entfernung Erde–Sonne beträgt 1 AE oder etwa 150 Millionen Kilometer. In einem Jahr läuft unsere Erde mit einer mittleren Geschwindigkeit von 107,5 Tausend km/h einmal um die Sonne und die Erde rotiert also jeden Tag um ihre Achse = (1 Tag).

Die Achse von der ich spreche, ist eine gedachte Verbindungslinie vom Nordpol durch das Erdzentrum zum Südpol. Sie, die Erde rotiert damit also von Westen nach Osten – wenn ich vom Nordpol schauen würde im Gegenuhrzeigersinn und daraus läßt sich für uns schließen, gehen halt die Sonne und Sterne im Osten auf- und im Westen unter. Ich kann mir vorstellen, das hat wohl jeder von Euch schon erlebt und damit natürlich so erkannt. Aber eine ganz andere Frage : hat jemand schon an diese Geschwindigkeit gedacht mit der sie sich dreht ? Denn diese Erdrotation können wir nicht spüren; sie ist eine beträchtliche Rotations-Geschwindigkeit.

Hält man sich nicht gerade in der Nähe von Nord- oder Südpol auf oder lebt man gerade irgendwo anders, wirbelt man mit mehr als 1000 km/h um die Erdachse – und das ist schneller als die Reisegeschwindigkeit der meisten Flugzeuge die ich kenne. Aber aufgepasst es wird noch besser, während also die Erde mit der vorher genannten Geschwindigkeit rotiert, umläuft sie natürlich gleichzeitig auch die Sonne. Kurz noch zum Abstand der Erde von der Sonne, sie wird als Astronomische Einheit(AE) bezeichnet, habt ihr sicher schon mal gehört, denn dieser beträgt etwa 150 Millionen Kilometer. Wir spüren auch diese Auswirkungen der Bewegung nicht. Aber eins kann ich jetzt schon sagen, diese Geschwindigkeit ist mehr als beeindruckend: Und jetzt kommt’s, wahrlich zu jeder Zeit rasen wir mit mehr als

100 000 km/h um die Sonne.

Das ist 100 Mal schneller als eine Gewehrkugel je sein kann und schneller als jedes jemals gestartete Raumfahrzeug. Man weis, dass die Erdumlaufbahn eine Ebene definiert, die Ebene der Ekliptik.

Die Erdachse ist um 23,5 ° gegen eine Linie geneigt, die senkrecht auf dieser Ebene steht. Somit zeigt diese Achsenneigung der Rotationsachse der Erde fast genau auf den Stern Polaris, den Nordstern.

Beachtet bitte, dass diese Achsenneigung nur in Bezug auf die Ebene der Ekliptik sinnvoll ist. Denn der Begriff „Neigung“ selbst hat im Weltraum keine Bedeutung, denn dort existiert kein absolutes Oben oder Unten. Im Weltraum bedeuten „hinauf“ und „herunter“ lediglich „vom Zentrum der Erde (oder eines anderen Planeten) weg gerichtet“ bzw. „zum Zentrum der Erde hin gerichtet“. Man beachte natürlich, dass die Erde in derselben Richtung um die Sonne läuft, in der sie auch um ihre Achse rotiert: vom Nordpol aus gesehen im Gegenuhrzeigersinn. Hier spreche ich nicht von einem Zufall. Es ist nicht anderes als eine Konsequenz der Art und Weise, auf die unser Planet entstanden ist. Wie ich in einem der nächsten Beiträge berichten werde, entstanden die Erde und die anderen Planeten in einer rotierenden Gaswolke, die unsere noch junge Sonne umgab. Rotations- und Umlaufrichtung verlaufen daher in derselben Richtung, in der diese Wolke damals rotierte.

Wie bewegt sich unser Sonnensystem durch die Milchstraße?

Aber die Rotations- und Bahnbewegung machen nur einen kleinen Teil der Bewegung des auf einer großen Reise befindenden Raumschiffs Erde innerhalb der Milchstraße aus.

Die lokale Nachbarschaft unserer Sonne

Fange ich mal mit der Bewegung unseres Sonnensystems innerhalb der lokalen Sonnenumgebung, also der Region, in der sich die Sonne und die ihr benachbarten Sterne befinden, an.

Laßt mich ruhig mal darauf hinweisen: diese Sonnenumgebung ist halt nur ein winziger Teil (noch winziger geht nicht) der gesamten Milchstraße (und diese Gerade gemachte Bemerkung deutet halt darauf hin, was hat die Milchstraße bloß für eine unglaubliche Größe…..und bitte, laßt das ewig in eurer Erinnerung bleiben.

Jetzt vielleicht etwas leichter erklärt : Stellen Euch den winzigsten Punkt vor, den Ihr in einem DIN A5 Bild der Milchstraße einzeichnen könntet. Selbst wenn dieser Punkt 10 000-mal kleiner wäre als das gesamte Bild, würde er eine, noch immer nur eine Region bedecken, die mehr als 10 Millionen Sterne umfasst! (Denn rechnet ruhig : ein Zehntausendstel von 100 Milliarden Sternen der Milchstraße sind 10 Millionen Sterne.)

Von einer lokale Sonnenumgebung spricht man wenn ein Gebiet, das nur zwischen einigen Tausend bis zu einigen Millionen der nächsten Sterne umfasst, besteht. Die Sterne innerhalb der lokalen Sonnenumgebung (oder die Sterne innerhalb einer beliebigen anderen kleinen Region der Milchstraße) bewegen sich im Wesentlichen zufällig gegeneinander und bewegen sich auch noch ziemlich schnell. Als Beispiel sei bemerkt, wir bewegen uns relativ zu nahegelegenen Sternen mit einer Durchschnittsgeschwindigkeitvon etwa 70 000 Kilometern pro Stunde. Das ist mehr als dreimal so schnell wie die Internationale Raumstation auf ihrem Weg um die Erde benötigt. Eigentlich müssten wir in dem Fall bei dermaßen hohen Geschwindigkeiten die Sterne über den Himmel rasen? Das tun sie aber nicht ! Oder hat das schon mal jemand gesehen ? Der Grund dafür sind ihre riesigen Entfernungen von uns.

Auch habt Ihr sicher schon bemerkt, dass wenn ein weit entferntes Flugzeug sich am Himmel langsamer zu bewegen scheint als eines, das nahe vorbeifliegt.

Deshalb scheinen sich auch die Sternbilder nicht zu verändern. Dennoch werden sich die Sternbilder in 10 000 Jahren deutlich von den heutigen unterscheiden. In 500 000 Jahren werden sie nicht mehr zu erkennen sein. Wenn Sie einen Zeitrafferfilm betrachten könnten, der Jahrmillionen umfasst, könnten Sie wirklich die Sterne über den Himmel rasen sehen.

Auch Sterne sind natürlich so weit weg, dass ihre Bewegungen selbst bei Geschwindigkeiten von 70 000 km/h nur dann mit bloßem Auge zu erkennen wären, wenn man sie einige tausend Jahre lang beobachten würde.

Galaktische Rotation

Betrachtet mal Blätter die in einem Fluss treiben, deren Bewegungen sind relativ zueinander rein zufällig, das Selbe spielt sich bei den Sternen der lokalen Sonnenumgebung ab. Nun schaut mal sehr sorgfältig hin, es zeigt sich dann deutlich, alle Blätter werden durch die Strömung in dieselbe Richtung getrieben. Jetzt schaut mal sorgfältig ebenso in die nähere Umgebung der Sonne, so entpuppt sich die scheinbar zufällige Bewegung der Sterne als eine einfachere und sogar viel schnellere Bewegung: Denn die gesamte Milchstraße rotiert also.

In einer Entfernung von etwa 28 000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum benötigt unser Sonnensystem etwa 230 Millionen Jahre für einen Umlauf um die Milchstraße. Selbst wenn wir von außen zusehen könnten, wäre diese Bewegung für das bloße Auge nicht erkennbar. Berechnen man aber die Geschwindigkeit unseres Sonnensystems auf ihrem Umlauf um das galaktische Zentrum, dann kommt man sage und schreibe, auf einen Wert von 800 000 km/h.

Sehr interessant ist für viele von euch bestimmt die sorgfältig gemachte Untersuchung der galaktischen Rotation, denn sie enthüllt eines der größten Geheimnisse der Wissenschaft. Die Sterne in unterschiedlichen Entfernungen zum galaktischen Zentrum umkreisen das Zentrum mit nicht erwarteten unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Anhand der Messung dieser Geschwindigkeiten können wir folgendes feststellen, nämlich wie die Masse in der Galaxie verteilt ist.

Die erhaltenen Ergebnisse derartiger Untersuchungen waren eine verdammt große große Überraschung: ……..Es scheint, als ob die Sterne in dieser galaktischen Scheibe, verglichen mit der Masse der gesamten Galaxie, nur die Spitze des Eisbergs sind.

Das bedeutet, dass sich der größte Teil der Masse der Milchstraße außerhalb der sichtbaren Scheibe zu befinden scheint, im sogenannten galaktischen Halo ….und wir wissen nicht, woraus diese Materie besteht, sie wird aber Dunkle Materie genannt.Es ist nämlich auch bekannt sie sendet kein Licht aus. Daraus ergaben sich natürlicherweise Untersuchungen auch anderer Galaxien und die haben gezeigt, dass auch sie zum größten Teil aus Dunkler Materie bestehen. Diese mysteriöse Materie muss also die normale Materie, aus der Planeten und Sterne bestehen, um ein Vielfaches übersteigen. Damit sind wir noch nicht am Ende des Staunens.Eine noch geheimnisvollere Dunkle Energie scheint sogar den größten Teil des gesamten Energiegehalts des Universums zu bilden. Ihr Lieben Amateurforscher, ich werde die Geheimnisse der Dunklen Materie und der Dunklen Energie in einem zukünftigen Beitrag auch noch behandeln.

Wie bewegen sich Galaxien durch das Universum?

Auch die Milliarden Galaxien, im für viele übermächtigen Universum bewegen sich relativ zueinander…….Innerhalb der Lokalen Gruppe bewegen sich einige Galaxien sogar auf uns zu, andere bewegen sich von uns fort und zumindest zwei kleine Galaxien (die Kleine und die Große Magellansche Wolke) umkreisen unsere Milchstraße. Und wieder komme ich nicht drum herum die Geschwindigkeiten zu erwähnen. Denn diese Geschwindigkeiten sind nach irdischen Maßstäben mehr als gigantisch.

Beispiel : So bewegt sich beispielsweise die Milchstraße mit etwa 300 000 km/h in Richtung des Andromedanebels. Trotz dieser hohen Geschwindigkeiten brauchen wir uns nicht um eine Kollision in absehbarer Zeit zu sorgen. Selbst wenn sich die Milchstraße und der Andromedanebel direkt aufeinander zubewegten (was nicht der Fall sein muss), dauerte es noch Jahrmilliarden, bevor die Kollision begänne und dann gibt es die Menschheit garantiert nicht mehr !!!

Schauen wir uns jedoch auch mal außerhalb der Lokalen Gruppe um, so gibt es zwei erstaunliche Fakten feststellen, die erstmals in den 1920-er Jahren von Edwin Hubble –nach ihm ist das Hubble-Weltraumteleskop benannt – festgestellt wurden.

Zu 1. Nahezu jede Galaxie außerhalb der Lokalen Gruppe entfernt sich von uns.

Zu 2. Je weiter die Galaxie entfernt ist, umso höher ist ihre Geschwindigkeit.

Dies klingt, fast so als würden wir an einer ansteckenden kosmischen Krankheit leiden, aber es gibt eine viel einfachere Erklärung: Das gesamte Universum dehnt sich aus (es expandiert). Ich werde weitere Details darüber später in weiteren Beiträgen noch von mir geben. Dennoch vorher noch ein erklärendes kleines Beispiel : Folgende Grundidee lässt sich auch anhand einer einfachen Analogie verstehen. Betrachten wir mal einen Rosinenkuchen im Backofen. Stellt euch vor vor, ihr würdet einen Rosinenkuchen backen wollen. Im notwendigen Teig beträgt die Entfernung zwischen benachbarten Rosinen einen Zentimeter. Aber jetzt steckt ihr den Kuchen in einen Ofen, selbstverständlich wird er sich während des Backens aufblähen.

Nach ca. einer Stunde holt ihr den Kuchen, der sich so aufgebläht hat, dass die Entfernung zwischen benachbarten Rosinen auf drei Zentimeter angewachsen ist, aus dem Ofen…….und siehe da, die Ausdehnung des Kuchens ist ziemlich offensichtlich zu sehen. Wie aber würde Euch dieser Prozess vorkommen wenn ihr angenommen im Kuchen leben würdet so wie wir im tatsächlich vorhandenen Universum leben? Greift euch irgendeine Rosine heraus (egal welche); wir nennen sie mal die Lokale Rosine und betrachtet ihr sie in dem Kuchen vor und nach dem Backen. Rosine 1 befindet sich zum Beispiel vor dem Backen in einer Entfernung von 1 cm und nach dem Backen in 3 cm Entfernung. Während des Backens hat sie sich also zwei Zentimeter weit von der Lokalen Rosine entfernt. Daher beträgt ihre Geschwindigkeit, von der Lokalen Rosine aus gemessen, 2 cm/h. Rosine 2 bewegt sich von ihrem anfänglichen Abstand von zwei Zentimetern in eine Entfernung von sechs Zentimetern nach dem Backen, sie hat sich also während einer Stunde 4 cm von der lokalen Rosine weg bewegt. Ihre Geschwindigkeit beträgt daher 4 cm/h, also doppelt so schnell wie Rosine 1. Allgemein führt die Ausdehnung des Kuchens dazu, dass sich alle Rosinen von der Lokalen Rosine entfernen, wobei weiter entfernte Rosinen sich schneller bewegen.

Hubbles hat also entdeckt, dass sich Galaxien in ganz ähnlicher Weise bewegen wie die Rosinen in unserem Kuchen, dass sich also die meisten Galaxien von uns entfernen, und zwar umso schneller, je weiter sie entfernt sind, es bedeutet, dass unser Universum sich auf ähnliche Weise ausdehnt wie der Rosinenkuchen.

Ersetzen Sie nun die Lokale Rosine durch die Lokale Gruppe und die anderen Rosinen durch weiter entfernte Galaxien oder Galaxienhaufen, dann haben Sie eine grundlegende Vorstellung von der Expansion des Universums. So wie sich zwischen den Rosinen der Teig ausdehnt, expandiert zwischen den Galaxien der Raum selbst. Weiter entfernte Galaxien bewegen sich schneller von uns weg, weil sie von der Expansion mitgerissen werden wie die Rosinen im expandierenden Kuchen. In vielen Milliarden Lichtjahren Entfernung sehen wir Galaxien, die sich von uns beinahe mit Lichtgeschwindigkeit entfernen.

Es gibt aber einen wesentlichen Unterschied zwischen dem Rosinenkuchen und dem Universum: Ein Kuchen hat ein Zentrum und Ränder, das Universum unseres Wissens aber nicht. Jedes Wesen in jeder beliebigen Galaxie des expanierenden Universums sieht genau dasselbe, was wir auch sehen: Andere Galaxien entfernen sich und die weiter entfernten Galaxien entfernen sich schneller. Weil dieser Eindruck von jedem Punkt des Universums aus derselbe ist, kann kein Ort „zentraler“ gelegen sein als ein anderer. Dass das Universum kein Zentrum und keinen Rand hat, mag befremdlich anmuten und lässt sich auch nicht einfach veranschaulichen. Wie ihr jedoch in den Beiträgen von mir sehen werdet, entsprechen Raum und Zeit nicht unbedingt Ihrer üblichen Vorstellung.

Einstein hat gezeigt, dass die drei Dimensionen des Raums – Länge, Breite und Höhe – mit einer vierten Dimension verbunden sind, die wir als Zeit wahrnehmen. Sobald ihr gelernt habt, das Universum als vierdimensional zu betrachten, wird seine Zentrums- und Kantenlosigkeit nicht mehr so fremdartig wirken. Wir müssen uns klarmachen, dass – anders als bei einem Rosinenkuchen – Hubble nicht direkt sehen konnte, wie sich die Galaxien mit der Zeit bewegen – die Entfernungen sind zu gewaltig, als dass während eines menschlichen Lebens irgendeine Bewegung erkennbar wäre. Stattdessen bestimmte er die Geschwindigkeit der Galaxien, indem er ihr Licht zu einem Spektrum auffächerte und etwas beobachtete, dass wir die Doppler-Verschiebung nennen. Wir benutzen noch heute dieselbe Technik, was zeigt, wie sehr die moderne Astronomie sowohl von sorgfältigen Beobachtungen als auch dem heutigen Verständnis der Naturgesetze abhängt.

Stehen wir jemals still?

Wie wir gesehen haben, kommen wir niemals zur Ruhe. Wir drehen uns mit mehr als 1000 km/h um die Erdachse, während unser Planet mit mehr als 100 000 km/h um die Sonne läuft. Unser Sonnensystem bewegt sich mit einer typischen Geschwindigkeitvon über 70 000 km/h zwischen den Sternen der lokalen Sonnenumgebung und umkreist gleichzeitig das galaktische Zentrum mit einer Geschwindigkeit von mehr als 800 000 km/h. Unsere Milchstraße bewegt sich zwischen den Galaxien der Lokalen Gruppe, während sich alle anderen Galaxien von uns mit Geschwindigkeiten entfernen, die mit wachsender Distanz in unserem expandierenden Universum immer mehr anwachsen. Das Raumschiff Erde trägt uns also auf eine außergewöhnliche Reise.


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