Astronomie-Archiv - Analyse Gegenstrom

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Wissenschaft

Wie ein Schatten vor 2.200 Jahren die Größe der Erde verriet

vor 3 Monaten

Wie bestimmt man den Umfang der Erde, wenn es keine Satelliten, kein GPS, keine Flugzeuge und nicht einmal ein Teleskop gibt?

Man nimmt einen Stock, beobachtet seinen Schatten und benutzt Mathematik.

Genau das gelang dem griechischen Gelehrten Eratosthenes bereits im 3. Jahrhundert vor Christus. Seine Methode gehört zu den genialsten Anwendungen einfacher Geometrie in der Wissenschaftsgeschichte.

Zwei Orte und die Sonne

Eratosthenes wusste, dass die Sonne zur Sommersonnenwende in Syene, dem heutigen Assuan in Ägypten, mittags nahezu senkrecht stand. Überliefert wurde unter anderem die Beobachtung, dass das Sonnenlicht dort bis auf den Grund eines Brunnens gelangen konnte.

Zur gleichen Zeit warf ein senkrechter Gegenstand im weiter nördlich gelegenen Alexandria jedoch einen Schatten.

Aus diesem Schatten ließ sich der Winkel der Sonnenstrahlen bestimmen.

Er betrug ungefähr:

7,2 Grad.

Eine unscheinbare Zahl mit gewaltiger Bedeutung.

Jetzt kommt die Mathematik

Ein vollständiger Kreis besitzt 360 Grad.

Und:

360 ÷ 7,2 = 50

Der gemessene Winkel entsprach also ungefähr einem Fünfzigstel eines vollständigen Kreises.

Wenn die Erde kugelförmig ist und die Sonnenstrahlen aufgrund der enormen Entfernung der Sonne praktisch parallel auf die Erde treffen, musste auch die Strecke zwischen Syene und Alexandria ungefähr einem Fünfzigstel des Erdumfangs entsprechen.

Damit wurde die Rechnung verblüffend einfach:

Entfernung zwischen den Orten × 50 = Erdumfang

Eratosthenes gab die Entfernung mit etwa 5.000 Stadien an.

Also:

5.000 × 50 = 250.000 Stadien

Wie genau war das Ergebnis?

Hier wird es etwas komplizierter, weil wir nicht mit Sicherheit wissen, welche Länge des antiken „Stadions“ seiner Berechnung zugrunde lag.

Je nach angenommener Länge ergeben moderne Umrechnungen unterschiedliche Ergebnisse. Häufig wird eine Größenordnung von ungefähr 39.000 bis 46.000 Kilometern genannt.

Der tatsächliche Erdumfang am Äquator beträgt rund:

40.075 Kilometer.

Selbst wenn man über die genaue Umrechnung seines Ergebnisses streiten kann, bleibt die Methode beeindruckend.

Vor mehr als zwei Jahrtausenden konnte ein Mensch die Größenordnung unseres gesamten Planeten bestimmen, ohne ihn umrunden zu müssen.

Er musste die Erde nicht von außen sehen

Das ist vielleicht das Faszinierendste an der Geschichte.

Eratosthenes brauchte kein Bild der Erde aus dem Weltraum.

Er brauchte lediglich:

zwei Orte, die Sonne, einen Schatten, eine Entfernung und Geometrie.

Aus einem wenige Meter langen Schatten wurde eine Information über einen Planeten mit rund 40.000 Kilometern Umfang.

Und die Geschichte zeigt noch etwas anderes: Die Vorstellung einer kugelförmigen Erde ist keineswegs eine moderne Entdeckung. Griechische Gelehrte diskutierten die Kugelgestalt bereits Jahrhunderte vor Eratosthenes.

Er ging einen entscheidenden Schritt weiter.

Er berechnete, wie groß diese Kugel sein musste.

Ohne Computer.
Ohne Satelliten.
Ohne GPS.

Nur mit Beobachtung und Mathematik.

Manchmal braucht es erstaunlich wenig Technik, um eine erstaunlich große Frage zu beantworten.

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Wissenschaft

Die großen Rätsel der Menschheit: Was ist Zeit?

vor 3 Monaten

Jeder kennt sie.

Jeder lebt in ihr.

Und doch kann niemand genau erklären, was Zeit eigentlich ist.

Wir messen sie in Sekunden, Minuten und Jahren. Sie bestimmt unseren Alltag, unser Leben und letztlich auch unseren Tod. Dennoch gehört die Zeit zu den rätselhaftesten Phänomenen des Universums.

Der Kirchenvater Augustinus brachte das Dilemma bereits vor mehr als 1.600 Jahren auf den Punkt:

„Wenn mich niemand fragt, weiß ich, was Zeit ist. Will ich es einem Fragenden erklären, weiß ich es nicht mehr.“

Bis heute hat sich daran erstaunlich wenig geändert.

Eine Erfindung des Menschen?

Zunächst scheint Zeit etwas völlig Selbstverständliches zu sein.

Die Erde dreht sich um ihre Achse.

Sie umkreist die Sonne.

Aus diesen Bewegungen entstanden Sekunden, Stunden und Jahre.

Doch diese Einheiten sind lediglich Messgrößen.

Sie beantworten nicht die eigentliche Frage:

Was ist das, was wir messen?

Einstein stellte alles auf den Kopf

Bis Anfang des 20. Jahrhunderts glaubte man, Zeit verlaufe überall im Universum gleich.

Dann veröffentlichte Albert Einstein seine Relativitätstheorie.

Sie zeigte etwas Unglaubliches:

Zeit ist nicht überall gleich schnell.

Je schneller sich ein Objekt bewegt oder je stärker die Gravitation ist, desto langsamer vergeht für dieses Objekt die Zeit.

Dieses Phänomen wurde inzwischen unzählige Male experimentell bestätigt.

Selbst die Satelliten unseres GPS-Systems müssen ständig relativistische Zeitunterschiede korrigieren.

Ohne Einsteins Erkenntnisse würde moderne Navigation innerhalb weniger Minuten unbrauchbar werden.

Warum läuft die Zeit nur vorwärts?

Eine der größten offenen Fragen lautet:

Warum erinnern wir uns an gestern, aber nicht an morgen?

Fast alle Naturgesetze funktionieren grundsätzlich auch rückwärts.

Ein Film über die Bewegung eines Planeten wäre kaum als rückwärts abgespielt zu erkennen.

Warum erleben wir dennoch einen eindeutigen Zeitpfeil?

Die wahrscheinlichste Erklärung liefert die Thermodynamik.

Danach nimmt die sogenannte Entropie, also das Maß für Unordnung, im Universum ständig zu.

Ein zerbrochenes Glas setzt sich niemals spontan wieder zusammen.

Diese zunehmende Unordnung scheint eng mit unserer Wahrnehmung der Zeit verbunden zu sein.

Doch warum das Universum überhaupt mit einer so niedrigen Entropie begann, weiß bis heute niemand.

Gibt es Vergangenheit und Zukunft überhaupt?

Manche Physiker vertreten eine erstaunliche Idee.

Nach dem sogenannten Blockuniversum existieren Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gleichzeitig.

Zeit wäre dann keine fließende Größe, sondern eher wie eine Landschaft, durch die sich unser Bewusstsein bewegt.

Für uns entsteht dadurch der Eindruck eines fortlaufenden Augenblicks.

Ob diese Vorstellung zutrifft, ist völlig offen.

Kann man durch die Zeit reisen?

Reisen in die Zukunft sind nach Einsteins Relativitätstheorie grundsätzlich möglich.

Astronauten altern aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit tatsächlich minimal langsamer als Menschen auf der Erde.

Der Effekt ist winzig, aber messbar.

Reisen in die Vergangenheit dagegen werfen gewaltige logische Probleme auf.

Was geschieht, wenn jemand verhindert, dass die eigenen Großeltern sich kennenlernen?

Solche Paradoxien gehören bis heute zu den ungelösten Fragen der theoretischen Physik.

Existiert Zeit überhaupt?

Einige moderne Ansätze der Quantenphysik gehen noch weiter.

Sie vermuten, dass Zeit möglicherweise gar keine fundamentale Eigenschaft des Universums ist.

Vielleicht entsteht sie erst aus tieferliegenden physikalischen Prozessen.

Sollte das stimmen, wäre Zeit nicht Bestandteil der Wirklichkeit, sondern lediglich eine Erscheinung, ähnlich wie Temperatur oder Farbe.

Diese Idee gehört derzeit zu den spannendsten Forschungsgebieten der modernen Physik.

Fazit

Zeit begleitet jeden Augenblick unseres Lebens.

Wir können sie messen, berechnen und sogar durch Gravitation beeinflussen.

Doch was Zeit wirklich ist, wissen wir bis heute nicht.

Vielleicht ist sie eine Dimension.

Vielleicht eine Illusion.

Vielleicht etwas völlig anderes, das wir noch gar nicht verstanden haben.

Gerade deshalb bleibt die Frage „Was ist Zeit?“ eines der größten Rätsel der Menschheit. Denn solange wir die Zeit nicht verstehen, verstehen wir vielleicht auch das Universum selbst noch nicht vollständig.

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Ukraine

Die ukrainische Märchenstunde hebt ab: Jetzt sollen also die Außerirdischen kommen

vor 3 Monaten

Es gibt Nachrichten, bei denen man unwillkürlich prüft, ob der Kalender den 1. April anzeigt. Und dann gibt es Meldungen aus der Ukraine.

Nachdem uns seit Jahren erklärt wird, dass dort praktisch alles das modernste, tapferste, demokratischste und innovativste der Welt sei, folgt nun offenbar der nächste logische Schritt: Die Ukrainer wollen Kontakt zu einer außerirdischen Hochzivilisation aufgenommen haben. Natürlich in Mondnähe. Natürlich mit fliegenden Scheiben. Natürlich mit einer geheimen Mondbasis.

Man muss zugeben: Das Drehbuch wird immer kreativer.

Während deutsche Steuerzahler noch darüber nachdenken dürfen, wie viele weitere Milliarden in den Wiederaufbau, die Infrastruktur oder sonstige Projekte fließen sollen, beschäftigt man sich in Kiew offenbar bereits mit interplanetarer Diplomatie. Warum klein denken? Wenn man schon Fördergelder bekommt, dann vielleicht bald auch für ein deutsch-ukrainisches Raumfahrtprogramm „Mondbasis 2035“.

Die Beschreibung liest sich jedenfalls wie eine Mischung aus Science-Fiction, Netflix-Serie und einer besonders ambitionierten Folge von „Akte X“. Riesige Scheiben zwischen 25 und 40 Kilometern Durchmesser schweben über dem Mond, starten angeblich von einer verborgenen Basis und könnten die Erde innerhalb von zwanzig Minuten erreichen.

Beeindruckend.

Fast ebenso beeindruckend wie manche militärischen Lageberichte der vergangenen Jahre, in denen täglich der unmittelbar bevorstehende totale Sieg angekündigt wurde, obwohl die Frontkarten oft ein deutlich komplizierteres Bild zeichneten. Die Fantasie scheint jedenfalls nicht unter Rohstoffmangel zu leiden.

Besonders bemerkenswert ist dabei die wissenschaftliche Methode. Die Autoren räumen selbst ein, dass es keinerlei Beweise für Außerirdische oder künstliche Strukturen auf dem Mond gibt. Gleichzeitig wird über eine hochentwickelte Zivilisation spekuliert.

Das erinnert an jene Logik, bei der jemand erklärt:

„Ich habe keinen Beweis, aber ich habe ein sehr starkes Gefühl.“

Nun gut. Gefühle haben mittlerweile ohnehin Hochkonjunktur.

Vielleicht erleben wir demnächst die nächste internationale Geberkonferenz:

„Deutschland stellt weitere zehn Milliarden Euro bereit, damit ukrainische Wissenschaftler den intergalaktischen Erstkontakt koordinieren können.“

Natürlich inklusive Nachhaltigkeitskonzept, Diversitätsstrategie und einer EU-Richtlinie zur diskriminierungsfreien Ansprache außerirdischer Lebensformen.

Vielleicht erhalten die Besucher vom Mond auch sofort einen EU-Beitrittskandidatenstatus. Man weiß ja nie.

Selbstverständlich gilt: Die Existenz außerirdischen Lebens ist eine ernsthafte wissenschaftliche Fragestellung. Milliarden Sterne und Milliarden Planeten machen es durchaus plausibel, dass irgendwo intelligentes Leben existiert. Das ist Gegenstand seriöser Forschung.

Was daraus jedoch nicht automatisch folgt, ist die Behauptung, eine ukrainische Forschungsgruppe habe nun praktisch den Schlüssel zur geheimen Mondbasis gefunden.

Bis belastbare Belege vorliegen, bleibt das genau das, was es derzeit ist:

Eine außergewöhnliche Behauptung ohne außergewöhnliche Beweise.

Und genau deshalb sollte man sie mit derselben Skepsis betrachten wie jede andere spektakuläre Sensationsmeldung.

Aber eines muss man den Autoren lassen:

Die Geschichte ist unterhaltsam.

Wenn demnächst tatsächlich ein Raumschiff über Berlin erscheint, wird sich vermutlich sofort eine deutsche Behörde finden, die zunächst prüft, ob die Außerirdischen einen Förderantrag ausgefüllt haben und ob ihre Parkscheibe korrekt ausgelegt wurde.

So funktioniert schließlich Bürokratie. Selbst interstellar.

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Wissenschaft

Die großen Rätsel der Menschheit: Das Fermi-Paradoxon – Wo sind sie alle?

vor 3 Monaten

Es ist eine der faszinierendsten Fragen, die sich die Menschheit jemals gestellt hat. Seit wir wissen, dass unser Sonnensystem nur eines von Milliarden in der Milchstraße ist, drängt sich ein Gedanke geradezu auf: Wenn das Universum so unvorstellbar groß ist, warum haben wir noch nie eine außerirdische Zivilisation gefunden?

Genau diese Frage stellt das sogenannte Fermi-Paradoxon.

Benannt wurde es nach dem italienisch-amerikanischen Physiker Enrico Fermi. Während eines Mittagessens Anfang der 1950er Jahre soll er plötzlich gefragt haben: „Wo sind sie alle?“ Diese einfache Frage entwickelte sich zu einem der größten wissenschaftlichen Rätsel unserer Zeit.

Ein Universum voller Möglichkeiten

Allein unsere Milchstraße enthält schätzungsweise zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne. Heute wissen Astronomen, dass die meisten dieser Sterne von Planetensystemen umgeben sind. Tausende sogenannte Exoplaneten wurden bereits entdeckt, viele davon befinden sich sogar in der sogenannten habitablen Zone, in der flüssiges Wasser möglich wäre.

Und unsere Galaxie ist nur eine von schätzungsweise zwei Billionen Galaxien im beobachtbaren Universum.

Rein statistisch erscheint es daher nahezu unmöglich, dass die Erde der einzige Ort sein soll, an dem intelligentes Leben entstanden ist.

Das eigentliche Rätsel

Nehmen wir an, auch nur ein winziger Bruchteil dieser Planeten hätte intelligente Wesen hervorgebracht.

Selbst wenn nur jede millionste Zivilisation die Raumfahrt entwickelt hätte, müssten einige von ihnen Millionen oder sogar Milliarden Jahre älter sein als wir. In dieser Zeit hätten sie genügend Gelegenheit gehabt, ihre Heimatgalaxie zu erforschen oder sogar zu besiedeln.

Kosmologisch betrachtet wäre dafür erstaunlich wenig Zeit nötig.

Und dennoch:

keine bestätigten Funksignale,
keine außerirdischen Raumsonden,
keine Megastrukturen um Sterne,
keine eindeutig künstlichen Spuren im All.

Die Stille des Universums steht in einem auffälligen Gegensatz zu den mathematischen Wahrscheinlichkeiten.

Mögliche Erklärungen

Wissenschaftler haben im Laufe der Jahrzehnte zahlreiche Hypothesen entwickelt.

Vielleicht ist intelligentes Leben tatsächlich extrem selten. Möglicherweise war die Entstehung komplexen Lebens auf der Erde eine nahezu einmalige Verkettung glücklicher Zufälle.

Eine andere Theorie spricht vom sogenannten Großen Filter. Danach existiert irgendwo in der Entwicklung jeder Zivilisation eine fast unüberwindbare Hürde. Vielleicht schaffen es die meisten Organismen nie bis zur Intelligenz. Oder technologische Kulturen vernichten sich selbst durch Kriege, Umweltzerstörung oder außer Kontrolle geratene Technologien, bevor sie das Weltall erreichen.

Ebenso denkbar ist, dass außerirdische Zivilisationen längst existieren, aber auf eine Weise kommunizieren, die wir überhaupt nicht erkennen können. Unsere Radiosignale breiten sich erst seit gut hundert Jahren aus. Das entspricht im kosmischen Maßstab nicht einmal einem Wimpernschlag.

Eine besonders faszinierende Idee ist die sogenannte Zoo-Hypothese. Sie besagt, dass hochentwickelte Zivilisationen durchaus von unserer Existenz wissen, sich aber bewusst nicht einmischen. Die Menschheit wäre demnach lediglich ein Beobachtungsobjekt, ähnlich einem Naturreservat, dessen Entwicklung nicht beeinflusst werden soll.

Vielleicht stellen wir die falschen Fragen

Das Fermi-Paradoxon erinnert uns daran, wie begrenzt unser Wissen über das Universum noch immer ist.

Vor kaum mehr als 30 Jahren kannten wir keinen einzigen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Heute wissen wir von Tausenden. Was wir in den kommenden Jahrzehnten entdecken werden, könnte unser gesamtes Weltbild verändern.

Vielleicht sind wir tatsächlich allein.

Vielleicht sind wir einfach zu früh.

Oder vielleicht sind wir umgeben von Leben und besitzen lediglich noch nicht die richtigen Instrumente, um es wahrzunehmen.

Fazit

Das Fermi-Paradoxon gehört zu den größten ungelösten Rätseln der Menschheit. Es verbindet Astronomie, Physik, Biologie und Philosophie mit einer einzigen, verblüffend einfachen Frage:

Wenn das Universum voller Möglichkeiten ist – warum herrscht dann eine so überwältigende Stille?

Solange niemand diese Frage beantworten kann, bleibt das Fermi-Paradoxon eine Einladung zum Staunen. Es erinnert uns daran, dass wir trotz aller wissenschaftlichen Fortschritte erst begonnen haben, das Universum zu verstehen. Vielleicht wartet die größte Entdeckung der Menschheitsgeschichte noch irgendwo zwischen den Sternen.

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