Unser Sonnensystem ist nur eine winzige Welteninsel im unendlich großen Kosmos. Die Abstände der Planeten zur Sonne lassen sich gerade noch in Milliarden Kilometern ausdrücken. Zum nächst gelegenen Stern Proxima Centauri aber sind es schon ca. 40678000000000 Kilometer! Kurz gesagt sind das 40 Billionen. Für solch große Entfernungen braucht man ein geeignetes Maß. Hier kann uns die Lichtgeschwindigkeit behilflich sein. Mit ihr lässt sich das Maß Lichtjahr festlegen.

Um Reisen zu anderen Sternen unternehmen zu können und dabei nicht ewig unterwegs zu sein, bräuchten wir sehr schnelle Raumschiffe. Das schnellste bisher ist die Plutosonde New Horizons. Mit ihrer Geschwindigkeit von ca. 83.000 km/h kommt sie dabei noch nicht einmal auf 1% der Lichtgeschwindigkeit. Wir sind also noch weit davon entfernt, wirklich schnelle Raumschiffe zu bauen. Nachbarsterne bleiben für uns leider unerreichbar, außer natürlich in Sciencefictionfilmen, da ist alles möglich...

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Das Lichtjahr

Lichtjahr klingt zwar nach einer Zeitangabe, ist aber in Wirklichkeit eine Entfernungseinheit.

Das Licht legt in einer Sekunde 299792 Kilometer zurück.

In einem Jahr schafft es also eine Strecke von etwa 9,46 Billionen Kilometern!

Diese große Zahl reicht aber noch immer nicht aus, um die Strecke zum nächstgelegenen Stern zu beschreiben, also verwenden wir die Einheit Lichtjahr. Das Sonnenlicht braucht mehr als vier Jahre bis Proxima Centauri, was einer Entfernung von 4,2 Lichtjahren entspricht.

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Die Astronomische Einheit

Innerhalb des Sonnensystems verwenden wir aber eine andere Entfernungseinheit, und zwar die Astronomische Einheit (AE).

Sie entspricht etwa 150 Millionen Kilometern und ist vom mittleren Abstand der Erde von der Sonne abgeleitet.

Merkur ist etwa 1/3 AE von der Sonne entfernt, Pluto dagegen etwa 40 AE.

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Das Parsec

Eine noch größere Einheit als das Lichtjahr ist das Parsec. Es entspricht etwa 3,26 Lichtjahren.

Das Parsec wird hauptsächlich dazu verwendet, sehr große Entfernungen zu beschreiben. Dabei wird oft Megaparsec benutzt, das sind 1 Million Parsec.

Die Entfernungsangabe Lichtjahr drückt aus, wie lange das Licht eines Sterns oder einer Galaxie zu uns unterwegs ist. Unsere Nachbargalaxie Andromeda ist beispielsweise 2,3 Millionen Lichtjahre von uns entfernt, das wären umgerechnet 21 Trillionen Kilometer! Zugleich bedeuten für uns diese 2,3 Millionen Lichtjahre, dass wir die Galaxie jetzt so sehen, wie sie vor 2,3 Millionen Jahren einmal aussah. Nie werden wir sie im aktuellen Zustand wahrnehmen können!

Das gilt auch für alle anderen Objekte im Weltall. Wir können uns keinen aktuellen Anblick des Universums verschaffen, denn das Licht, das uns von den Sternen erreicht, ist schon alt. Damit ist der Himmel zugleich eine Art Zeitmaschine, mit der wir in die Vergangenheit blicken können.

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Entfernungen

Sirius	hellster Stern am Himmel	Großer Hund	8,6 Lichtjahre
Wega	hellster Stern im	Sternbild Leier	25,3 Lichtjahre
Regulus	Hauptstern des	Löwen	79 Lichtjahre
Beteigeuze	linker Schulterstern des	Orion	600 Lichtjahre
Plejaden	Sternhaufen im	Stier	zwischen 330 und 380 Lichtjahren
Rigel	rechtes Knie des	Orion	770 Lichtjahre
Milchstraße		Durchmesser	150.000 Lichtjahre
Andromedagalaxie		Entfernung	2,3 Millionen Lichtjahre
Weitere Entfernungsmaße von Sternen findest du in der Sternentabelle.

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Geschichtliches

Früher ging man davon aus, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich groß sein muss, denn alle Versuche sie zu messen scheiterten. Galileo Galilei dachte sich folgende Versuchsanordnung aus: Er suchte sich zwei Hügel aus, die in Sichtweite voneinander entfernt lagen. Auf jedem Hügel errichtete er einen Posten. Der eine sollte eine Laterne anzünden, und der andere sollte den Zeitpunkt feststellen, an dem er das Licht der Laterne zu sehen bekam.

Aber egal wie weit die Posten voneinander entfernt waren, das Licht schien immer im selben Moment anzukommen, da die Laterne entzündet wurde. Daher nahm auch Galilei an, die Geschwindigkeit des Lichtes sei unendlich groß. Zu seiner Zeit gab es einfach noch keine geeigneten Messinstrumente und Methoden, um der Lichtgeschwindigkeit auf die Spur zu kommen.

Einige Jahrzehnte später, nämlich 1676, machte der dänische Astronom Ole Römer eine sensationelle Entdeckung. Er beobachtete über einen längeren Zeitraum die Bewegungen der vier großen Monde des Jupiter und verfolgte ihre Verfinsterungen.

Dabei stellte er fest, dass die Verfinsterungen ein paar Minuten zu früh eintreten als vorausberechnet, wenn sich Erde und Jupiter gerade sehr nahe kommen. Genauso war auch der umgekehrte Effekt zu beobachten: ist der Abstand zwischen Erde und Jupiter gerade sehr groß, verzögern sich die Verfinsterungen ein klein wenig.

Ole Römer erkannte, dass das mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun haben musste. Immerhin variiert der Abstand Erde - Jupiter zwischen 628 Millionen und 928 Millionen Kilometern! Stehen sie sich nahe, erreicht uns das Licht, das von Jupiter reflektiert wird, nach 35 Minuten. Beim größtmöglichen Abstand zwischen Erde und Jupiter benötigt das Licht schon 51 Minuten, um diese Entfernung zurückzulegen.

Anhand seiner Messungen und Überlegungen kam Ole Römer auf einen Wert der Lichtgeschwindigkeit von 225 000 Kilometern pro Sekunde. Das kam dem tatsächlichen Wert von knapp 300 000 km/s schon recht nahe. Zumindest war jetzt klar, dass auch das Licht eine messbare Geschwindigkeit besitzt, die eben nicht unendlich groß ist.

Ein Lichtjahr ist also die Strecke, die das Licht innerhalb eines Jahres zurücklegt.

Das sind 9,46 Billionen Kilometer. Das Licht bewegt sich dabei mit einer Geschwindigkeit von 299 792 458 Metern je Sekunde. Diese Geschwindigkeit gilt für das Durchqueren von Vakuum, ist konstant und wird Lichtgeschwindigkeit genannt.

Wir und alles andere auf der Erde bestehen aus ehemaligem Sternenstaub.

Genauer gesagt aus Elementen, die entstanden sind, als vor einigen Milliarden Jahren Supernovas in unserer Nähe explodierten und dabei frisch miteinander verschmolzene Atome und Elemente ins All hinausschleuderten.

Aus einer dieser Gas- und Staubwolken formten sich Sonne und Planeten inklusive der Erde mit allem, was hier existiert.

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Ganz am Anfang

Kurz nach dem Urknall war die Materie noch relativ gleichmäßig verteilt. Doch dann begann sie an vielen Stellen zu verklumpen - die ersten Sterne entstanden.

Da sich das Weltall noch nicht sehr ausgedehnt hatte, war alles nahe beisammen. Die Materieklumpen zogen Staub und Gas aus ihrer Umgebung an, und schnell formten sich sich riesige Sterne.

Im frühen Universum ging es sehr turbulent zu, denn große Sterne haben ein heftiges Innenleben und verbrennen ihren Wasserstoffvorrat in kurzer Zeit. Am Ende ihres kurzen Lebens explodieren sie als Nova oder Supernova und schleudern ihre äußeren Hüllen und in der Explosion neu entstandene Elemente mit großer Wucht ins Weltall hinaus.

Zurück bleiben Neutronensterne oder Schwarze Löcher. Aus dem 'Abfall' der ersten Sterne bildeten sich dann Sterne der zweiten Generation. Nun waren außer dem Wasserstoff und Helium, die es von Anfang an im Universum gab, auch noch andere Stoffe vorhanden. Daraus konnten sich jetzt auch Planeten und andere Kleinkörper bilden.

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Explosive Zeiten

Sternexplosionen standen also an der Tagesordnung. Ab und zu kam es auch dazu, dass zwei Sterne miteinander kollidierten, denn es war alles noch nahe beisammen, und große Sterne sind auch gleichzeitig große Gravitationszentren, die sich gegenseitig beeinflussen.

Bei den Zusammenstößen gab es gewaltige Explosionen, aus denen neue Elemente und am Ende Schwarze Löcher hervorgingen.

Die Schwarzen Löcher könnten als Keime für Sternansammlungen gedient haben. Um sie herum versammelten sich immer mehr Sterne. Kamen sie dem Schwarzen Loch zu nahe, wurde ihnen Materie abgesaugt, das Schwarze Loch konnte wachsen. Andere Sterne umkreisten das Schwarze Loch.

Sie alle zusammen bildeten ein Schwerkraftfeld, das weitere Sterne anzog. So entstanden nach und nach kleine, große und riesige Galaxien. Im Inneren der meisten Galaxien finden Forscher heute mit ausgeklügelter Technik Schwarze Löcher.

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Ewige Ausdehnung

Das Weltall dehnte sich immer weiter aus, und auch heute ist dieser Prozess nicht zum Stillstand gekommen. Vermutlich wird das Universum immer weiter expandieren. Die Gefahr, dass alles wieder ineinanderstürzt, und die Sterne nach kurzer Lebensdauer aufhören zu existieren, wurde nach und nach geringer.

Durch die Ausdehnung des Raumes verteilt sich die Materie nun großräumiger. Sterne, die heute neu entstehen, können nicht mehr so groß werden wie früher, weil sich in ihrer Umgebung nicht mehr genug Baumaterial findet.

Kleinere Sterne gehen sparsamer mit ihrem Brennstoffvorrat um, sie haben eine viel größere Lebensdauer als große Sterne. Die meisten der heute beobachtbaren Sterne sind so groß wie unsere Sonne oder kleiner. Riesensterne haben schon längst ihr Leben beendet oder stehen kurz davor.

An unserem Sternenhimmel werden sich in den nächsten paar tausend Jahren so einige bekannte Sterne verabschieden, da sie am Ende ihres Lebenszyklus angekommen sind. Das betrifft beispielsweise Beteigeuze (die Schulter des Orion) oder Antares, den rötlichen Hauptstern im Skorpion. Sie sind Kandidaten für eine Supernovaexplosion.

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So wie sich das Weltall heute präsentiert, ist es sehr vielfältig. Allein die Zahl der Sterne geht in die Trillionen, und es existieren Milliarden von Galaxien. Anfangs gab es (im Vergleich zu heute) nur wenige Sterne und einige Schwarze Löcher. Der restliche Raum war angefüllt mit Staub, Gas und Strahlung (das frühe Universum war heiß).

Aus diesen Ausgangsmaterialien und den neu entstandenen Elementen bei Explosionen bildeten sich wieder neue Körper: kleinere Sterne, Braune Zwerge, Planeten, Monde, Kometen, Asteroiden usw., die wir heute im Universum vorfinden.

Auch die Überreste einstiger Sterne befinden sich noch im Weltall, sie sind als Weiße Zwerge, Neutronensterne oder Schwarze Löcher vorhanden. Solche Objekte strahlen nur wenig sichtbare Energie ab und sind deshalb schwer zu beobachten und nachzuweisen. Wir wissen nicht genau, wieviele von ihnen es gibt. Aktive Sterne sind leicht zu finden, sie leuchten ja. Sie sind zahlreich vorhanden, sie zu zählen ist fast unmöglich.

Aufgrund der Anziehungskräfte zwischen den Körpern entstanden riesige Strukturen im Weltall, die Galaxien. Es gibt sehr viele verschiedene Typen von Galaxien. Ihre Größe nimmt beständig zu, teils durch Sterngeburten, teils durch Zusammenstöße mit anderen Galaxien.

Auch unsere Milchstraße bleibt davon nicht verschont. In einigen Millionen Jahren wird sie mit der Andromedagalaxie zu einer einzigen großen Galaxie verschmelzen.

Aber auch heute noch verleibt sie sich kleinere Galaxien ein, die sich in ihrer Nähe befinden. Davon ist nichts zu spüren, es vollzieht sich unspektakulär. Forscher konnten anhand von Sternbewegungen nachweisen, dass so manche Sternansammlung innerhalb der Milchstraße erst neu dazugekommen ist.

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Nichts bleibt wie es ist

Alles in allem erleben wir heute ein aktives und strukturreiches Universum. Aber nichts bleibt wie es ist, alles verändert sich fortwährend.

Ein einzelnes Menschenleben reicht natürlich nicht aus, um Veränderungen zu bemerken. Aber anhand von langjährigen Messungen und Beobachtungen können Astronomen die Vergangenheit und auch die Zukunft des Weltalls ungefähr abschätzen.

Der Raum dehnt sich auch in Zukunft weiter aus. Dadurch geraten Galaxien, die nicht durch die Schwerkraft aneinander gebunden sind, immer weiter auseinander.

Irgendwann werden fremde Galaxien für uns unsichtbar, weil die Entfernung so groß ist, dass uns ihr Licht nicht mehr erreichen kann.

Galaxien in Galaxienhaufen verschmelzen miteinander und werden zu Megagalaxien oder Supergalaxien wie in der Abbildung dagestellt.

Sternneubildungen finden in einigen Milliarden Jahren immer seltener statt, da nicht mehr genug Staub und Gas vorhanden ist. Sterne verbrauchen ihren Brennstoff und erlöschen, Schwarze Löcher wachsen und saugen alles in sich hinein, was sich in ihrer Umgebung befindet.

Am Ende ist das Weltall kalt, leer und dunkel. Was nun noch existiert (Sternenreste, Schwarze Löcher), sendet kein sichtbares Licht aus. Strukturen, wie wir sie heute kennen und beobachten, zerfallen nach und nach und lösen sich dann ganz auf. Das sind wahrlich düstere Aussichten.

Zum Glück wird das niemand miterleben, denn die Existenz unseres Energiespenders, der Sonne, geht in ein paar Milliarden Jahren zu Ende, und schon lange vorher wird kein Leben mehr auf der Erde möglich sein.

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Jetzt im Universum

Wenden wir uns von den düsteren Zukunftsprognosen für unser Weltall ab und schauen uns lieber um, was sich gerade jetzt abspielt.

Im Weltall ist alles in Bewegung, nichts steht still. Die kleinste Einheit bilden ein Planet und sein Mond, der ihn umkreist, beide rotieren außerdem um sich selbst. Der Planet wiederum umkreist mitsamt dem Mond einen Stern. Der Stern steht auch nicht still, er dreht sich um sich selbst und bewegt sich zugleich mit all den Milliarden Sternen seiner Galaxie um deren Zentrum. Bei unserer Sonne dauert es 211 Millionen Jahre, bis sie eine Runde um die Milchstraße vollendet hat.

Innerhalb eines Menschenlebens bewegt sich die Milchstraße nur ein vergleichsweise winziges Stückchen weiter, sodass wir von dieser Bewegung nichts mitbekommen. Der Sternenhimmel um uns herum verändert sich nicht. Aber die Bewegung der Sterne ist messbar, und auch die Sonne hat eine Geschwindigkeit von 250 Kilometern pro Sekunde.

Alle Sterne der Milchstraße rotieren um das galaktische Zentrum. Und dort befindet sich wahrscheinlich ein Schwarzes Loch, ein ganz exotisches Gebilde, das sich nicht direkt beobachten lässt. Lediglich seine Wirkung auf die nähere Umgebung gibt uns einen Hinweis auf seine Existenz. Dass unsere Galaxie rotiert, haben wir soeben erfahren, aber bewegt sie sich auch? Ja! Sie gehört zu einem Galaxienhaufen, in dem alle Galaxien um das gemeinsame Schwerpunktzentrum kreisen, teilweise auch aufeinander zu fliegen und irgendwann verschmelzen.