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Galaxien und Universen

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Galaxie-Motivation
Inhalt:
Einleitung
Unsere Galaxie
Von Haufen und Zahlen
Urknall und Inflation
Das Multiversum
Von Wurmlöchern und anderen Zielen
Zurück zur Förderation

1. Einleitung

Sternenhimmel-Sternwarte

Schaut man nachts in einen Sternenhimmel, dann kann man schon ein paar Stunden einfach nur hinauf schauen ohne auch nur einen Hauch von Langeweile zu spüren. Das Geheimnisvolle, Unbekannte und gleichzeitig leider auch Unerreichbare glitzert einem funkelnd entgegen und erweckt eine unbändige Faszination. Man kommt wahrlich ins träumen, wenn man anfängt sich vorzustellen, dass hinter jedem Funkeln mindestens eine Sonne steckt. Vielleicht erkennt man am Nachthimmel das leicht schemenhafte Flimmern einer endlos weit entfernten Galaxie. Um zu verstehen, wie alles zusammenspielt und überhaupt in welchen Dimensionen, gibt es nun einen kleinen Einblick beginnend mit unserer Galaxie bis hin zum Urknall und weit darüber hinaus.


2. Unsere Galaxie

Sagittarius A

Unsere Milchstraße besteht aus mehr als 100 Milliarden Sonnen, Staub und Gas. Sie ist eine Spiralgalaxie und mehr oder weniger diskusförmig. In ihrem Zentrum befindet sich Sagittarius A, ein supermassives, rotierendes schwarzes Loch, welches gerade mal 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Supermassiv deshalb, weil Sagittarius A in etwa über 4 Millionen Mal mehr Masse wie unsere Sonne verfügt und das mit einem Durchmesser von knapp 22 Millionen Kilometern. Damit hätte Sagittarius A bequem innerhalb der Merkurbahn Platz und ist damit unwesentlich größer als unsere Sonne.



Die Milchstrasse

Die Diskusform unserer Galaxie entsteht durch die Rotation und der Anziehungskraft des schwarzen Loches. Der Durchmesser dieses Gebildes ist so groß, dass das Licht 100.000 Jahre benötigt bis es diese Strecke zurückgelegt hat. Zum Vergleich braucht das Licht nicht einmal einen Tag um unser Sonnensystem zu durchqueren. Dementsprechend befinden sich die Sterne unserer Sternenbilder ein paar bis einigen hundert Lichtjahren von uns entfernt. Da unser Sonnensystem selbst auch Teil der Milchstraße ist, umgibt unsere Galaxie uns als schimmerndes Band, welches besonders nachts von dunklen Orten aus gut zu sehen ist.

Die Sonne


Jeder Blick in den Nachthimmel ist auch ein Blick in die Vergangenheit. Wenn wir von der Erde unsere Sonne betrachten, dann sehen wir die Sonne, wie sie vor etwas über 8 Minuten aussah, als das Licht ihre Oberfläche verließ. Betrachten wir abends den Sternenhimmel, dann sehen wir wie die Sterne vor Jahren bis hin zu Milliarden Jahren aussahen, je nachdem wie weit sie von der Erde entfernt sind. Als Träger der Informationen (z.B. das optische Bild) muss das Licht eben erst einmal diese Entfernung zurücklegen und das kann schon mal etwas länger dauern. Das Licht, d.h. die Photonen haben eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit von knapp 300.000 km/s. Auf der Erde fällt das kaum auf, da das Licht imstande wäre, die Erde in einer Sekunde fast 8 Mal zu umrunden. Der Weltraum ist allerdings um ein unvorstellbar Vielfaches größer. So kommt es, dass wir Sterne sehen können, die heute gar nicht mehr existieren, dass wir Nebel sehen, aus denen schon längst neue Sonnensysteme entstanden sind.


3. Von Haufen und Zahlen

Kleine Magellansche Wolke
Große Magellansche Wolke

Die uns nächstgelegenen Galaxien sind eher Trabanten unserer Milchstraße. Die kleine und die große Magellansche Wolke umkreisen sie in einer Entfernung von etwa 180.000 Lichtjahren und können "zurzeit" stets auf der südlichen Erdhalbkugel beobachtet werden. Dabei handelt es sich allerdings um eher kleine Galaxien.



Die Galaxie M31

Am weitesten mit bloßem Auge erkennbar ist die Galaxie M31 hinter dem Andromedasternenbild mit einer Entfernung von etwa 2,9 Millionen Lichtjahren. Auch sie ist eine Spiralgalaxie. Die spiralförmige Struktur, die vom Rand zum Zentrum läuft, wird deutlich durch neue Sterne, die jung, kurzlebig und sehr leuchtkräftig sind, sichtbar gemacht. Große Anteile der umliegenden Materie im Weltall werden vom Zentrum der Galaxie angezogen und durch die Drehbewegung um eine Achse auf eine spiralförmige Umlaufbahn gebracht. Andere Sonnen wie die unsrige verfügen nicht über eine große Leuchtkraft, sind dafür aber langlebiger. Unser Sonnensystem befindet sich nicht nur ein gutes Stück von Sagittarius A entfernt, sondern auch 68 Lichtjahre über (oder unter) der galaktischen Ebene (der Diskus) in der äußeren Scheibe, die in unserer Umgebung etwa 13.000 Lichtjahre dick ist.

Wie Sterne in Galaxien scheinen auch die Galaxien selbst eher in Haufen vorzukommen. So leben wir in einer so genannten "lokalen Gruppe" mit M31 und einigen kleineren Galaxien zusammen, die nicht mehr als 5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt sind.

Lokale Gruppe
Virgohaufen

Zum Vergleich mit anderen Haufen ist die lokale Gruppe aber eher klein. Der 70 Millionen Lichtjahre entfernte Virgohaufen umfasst dagegen etwa stattliche 2.500 Galaxien. Insgesammt gibt es mindestens 1 Billion von uns beobachtbare Galaxien im unseren Teil des Universums.



4. Urknall und Inflation

Entstehung des Universums - Urknall-Theorie
Blick in die Vergangenheit

Mithilfe modernster Technik kann man tief in unser Universum blicken. So beobachtet man Objekte, die bis zu 13,7 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Das Licht, dass von dem Objekt ausgestrahlt wurde, hat also einen bis zu 13,7 Milliarden Jahre alten Weg zurückgelegt. Eine Galaxie mit solch einer Entfernung könnte also aus einer Zeit knapp 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall stammen, aus einer Zeit, als sich gerade die ersten Galaxien bildeten.

Das Universum entstand nach der heißen-Urknall-Theorie durch eine Singularität. Nach der Theorie der chaotischen Inflation kam es in einigen Regionen des jungen Universums zu Quantenfluktuationen, die genau dort durch einen Abstoßungseffekt die Regionen veranlassten sich inflationär, also immer schneller, auszudehnen. Zudem war die vorhandene Materie zu energiegeladen um sich irgendwelchen gravitativen Kräften zu ergeben. Später ging die inflationäre Aufblähung des Raumes in eine Expansionsbewegung über, wenn die Region zu "groß" für eine derart rasche Ausdehnung geworden ist. Je mehr sich das Universum ausdehnt, umso kälter wird es. In Regionen des Universums, an der keine inflationäre Ausdehnung mehr stattfand, entstanden die Atombauteile, Atome (vorwiegend Helium und Wasserstoff), Materiewolken, Sonnen und schließlich Galaxien. Durch die Kernfusion in den Sonnen wurde zunächst Wasserstoff in Helium umgesetzt. Irgendwann aber waren die Vorräte aufgebraucht und so wurde Helium in schwerere Elemente umgewandelt. Irgendwann kam es dann zu einem Kollaps und der Stern schleuderte seine äußeren Regionen in den Weltraum (Supernovae). Aus den Materiewolken solcher Supernovaen entstehen dann neue Sterne. So war es auch bei unserem Sonnensystem. Unsere Sonne gehört zur zweiten oder dritten Sternengeneration und ist in etwa 5 Milliarden Jahre alt. Aus den schweren Elementen der Wolke entstanden kleine Trabanten, wie unsere Erde und letztendlich sind wir Menschen auch ein Produkt dieser Wolken. Noch heute bewegen sich die meisten Galaxien voneinander Weg, sodass man davon ausgeht, dass sich das Universum weiterhin ausdehnt.


Ausdehnung des Universums

Gegenwärtig gibt es drei Möglichkeiten, wie der weitere Werdegang unseres Universums aussehen könnte. Das Modell des offenen Universums geht davon aus, dass sich das offene Universum immer weiter ausdehnt. Das bedeutet auch, dass die einzelnen Galaxien immer weiter voneinander abdriften. Mit der Zeit werden alle Sonnen ausgebrannt sein und erkalten. Die Gasgemische, die die sterbenden Sonnen in den Weltraum stoßen, werden zunehmend schwerere Elemente enthalten, aus denen keine neue Sonne mehr entstehen kann. Irgendwann wird es endgültig keine Fusionsprozesse mehr geben und das Universum stirbt den Kältetod. Eine kleine Abwandlung ist das marginale offene Universum oder flache Universum. Die Expansionsgeschwindigkeit nähert sich hierbei asymptotisch dem Nullpunkt. Das Universum dehnt sich also immer langsamer aus, wird aber nie zum Stillstand kommen.


Der Niedergang im Endknall

Die andere Theorie des geschlossenen Universums besagt, dass die Masse des Universums groß genug ist, sodass durch die Anziehungskraft zunächst die Expansionsgeschwindigkeit abnimmt. Das so genannte geschlossene Universum wird sogar anfangen zu schrumpfen, bis es zu einem Endknall kommt, an dem alles zu einem Punkt zusammenfällt. Eine geheimnisvolle Rolle dabei spielt auch die dunkle Materie. Welcher der beiden Fälle eintreffen wird, hängt von der mittleren Dichte des Universums ab. Für einen Endknall reicht die sichtbare Materie alleine nicht aus. Die schwer erfassbare dunkle Materie könnte allerdings die mittlere Dichte erheblich erhöhen. In beiden Fällen verbleiben dem Universum noch etliche zig Milliarden Jahre.


5. Multiversum

Singularität

Multiversum

Doch ist alles vorbei, nachdem das Universum wieder in einer Singularität verschwindet bzw. ein endlos leerer Raum wird? Die keine-Grenzen-Theorie gibt da ein wenig Aufschluss. Unser Universum muss begrenzt sein, denn es ist ja auch vor geraumer Zeit entstanden und wird irgendwann enden.

Wenn dazu in einer nicht fassbaren Ebene eine so genannte imaginäre Zeit vergeht (eigentlich sind wir ja nicht mal imstande, die "reale" Zeit irgendwie zu messen, da wir keine Sensoren dafür besitzen), dann dehnt sich der Kosmos in der imaginären Zeit unendlich lange aus. Man kann sich das vorstellen, indem man von einem Punkt der Erde immer in dieselbe Richtung geht. Man wird feststellen, dass man nie eine Grenze erreichen wird, obwohl man ständig denselben Weg zurücklegt. Unser Universum begann nach dieser Theorie durch eine unbestimmte Quantennatur, die dem Urknall gleichzusetzen ist, nur dass es keine Singularitäten gibt. Gleichzeitig könnten neben unser Universum unendlich viele andere Universen entstanden sein. Sie könnten ein Multiversum bilden, in dem sich ständig neue Universen entwickeln und wieder vergehen.

Brücken zwischen Universen

Nur sollen in unserem Kosmos die Bedingungen, wie beispielsweise alle gültigen Naturgesetze, gerade so günstig gewesen sein, dass sich unser All so entwickeln konnte, wie es ist, mit allen Sternen, Galaxien und letztendlich dem Leben. Andere Kosmen dagegen könnten mehr Dimensionen haben oder ohne Materie sein. Jedenfalls kann man aus heutiger Sicht keineswegs die Existenz dieser unzähligen weiteren Kosmen völlig ausschließen.


6. Von Wurmlöchern und anderen Zielen

Quantenwurmloch

Genauso wenig kann man die Existenz von Wurmlöchern vollends verneinen. Geht man erstmal davon aus, dass unser Universum, so unvollstellbar groß es für uns auch sein möge, nur eines von vielen ist, dann fällt einen diese Möglichkeit auch nicht schwer. Aus der Quantenmechanik weiß man, dass ein Vakuum keineswegs leer ist. In jedem Kubikmillimeter bilden sich ständig Verformungen und Minitunnels oder mit anderen Worten winzige Wurmlöcher. Sie könnten theoretisch Millionen von Lichtjahren überbrücken. Einziges Problem an dem Ganzen ist, dass diese Wurmlöcher extrem klein und extrem kurzlebig sind.

Wurmloch - schematisch

Sie eignen sich also überhaupt nicht zum Transport von Materie. Trotzdem gibt es bereits Ausarbeitungen wie man Wurmlöcher künstlich vergrößern und stabilisieren könnte. Allerdings würde man dafür mehr Energie benötigen, als die gesamte Erde zurzeit produzieren könnte. Eine andere Idee geht davon aus, dass es bereits seit dem Urknall immer wieder Wurmlöcher gibt, die um einiges größer sind und auch wesentlich stabiler. Sie wären in der Lage einen Menschen oder sogar ein Raumschiff zu transportieren. Das Problem hierbei ist, dass man dafür wissen muss, wo dieser Tunnel durch die Raumzeit zu finden ist.

Wurmloch
Schwarzes Loch
Tunnel zwischen Universen

Auf eine etwas andere Reise kann man mit einem supermassiven, rotierenden schwarzen Loch gehen. Vorausgesetzt es gelingt uns irgendwann der unglaublich starken Gravitation zu widerstehen, dann könnten wir eine Reise in ein Nachbaruniversum starten. Dieses schwarze Loch wie Sagittarius A muss zudem noch ein bestimmtes Mindestalter haben, dann entsteht ein Tunnel zu einem weißen Loch in einem anderen Universum. Dort wird das, was das schwarze Loch verschluckt hat, ausgestoßen.


Weißes Loch

Einziger Nachteil dieser Reise wäre, außer dass man sich in einer unvorstellbaren Umgebung mit möglicherweise ganz anderen Naturgesetzen und anderem Erscheinungsbild wiederfindet, dass dies im Gegensatz zu den Wurmlöchern eine Reise ohne Wiederkehr wäre.


7. Zurück zur Förderation

Unsere Galaxie ist navigationstechnisch in 4 Quadranten eingeteilt. Sie tragen nach dem griechischen Alphabet die Namen Alpha-, Beta-, Gamma- und Delta-Quadrant. Unser Sonnensystem befindet sich genau an der Grenze zwischen dem Alpha- und Betaquadranten im äußeren Spiralarm. Der Förderationsraum erstreckt sich also am Rande des Alpha- und Betaquadranten. Bislang gilt insgesamt 1/6 unserer Galaxie als erforscht. Dieser Teil liegt ebenfalls vordergründig im Alpha- und Betaquadranten.
Im grössten Teil des Weltraums kann man sich frei bewegen. Grenzen existieren im freien Raum nur dort, wo mehrere benachbarte Machtblöcke oder Sternenreiche miteinander Verträge abgeschlossen haben. Diese Blöcke werden hier farbig hervorgehoben. Man bedenke allerdings, dass es sich hier um eine vereinfachte 2-dimensionale und stark verkleinerte Darstellung handelt.

Star Trek - Erforschter Weltraum
BlauDie Vereinte Förderation der Planeten
GelbDie Cardassianische Union
RotDas Klingonische Imperium
GrünDas Romulanische Sternenimperium
OrangeDie Breen
TürkisTaurus


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