Der eigentliche Name unserer Sonne ist Sol, weshalb das Sternsystem, in dem wir leben, im Englischen Solar System heißt. Es ist die Sonne, die jene Energiequelle bereitstellt, von der alles Leben auf der Erde abhängt, und ohne sie gäbe es uns nicht. Gemessen an anderen Sternen ist die Sonne allerdings ein recht durchschnittlicher Stern. Es gibt Sterne mit Massen zwischen dem 0,08-Fachen und dem 80-Fachen der Masse von Sol.

Unsere Sonne hat einen Radius von 697.000 km (zum Vergleich: der Erdradius beträgt 6378 km) und macht etwa 99,8 % der gesamten Masse des Sonnensystems aus.
Im Sonnenkern herrschen Temperaturen von bis zu 15.600.000 °C (über 15 Millionen Grad), doch selbst die kühlere Oberfläche ist noch 5.800 °C heiß. Diese Temperaturen entstehen durch Kernprozesse. Pro Sekunde werden etwa 6 Milliarden Tonnen Wasserstoffkerne im Zentralbereich der Sonne verbraucht und in diesem gewaltigen stellaren Kernreaktor zu Helium verschmolzen. Dabei wird eine enorme Leistung freigesetzt: 386 Milliarden Milliarden Megawatt (3,86x10²⁶ W). Auf die Kernprozesse gehen wir später genauer ein.

Hier sehen Sie eine typische Aufnahme der Sonne. Die dunklen Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche sind kühlere Bereiche mit Temperaturen von etwa 3800 °C. Ein Sonnenfleck kann das 2- bis 3-Fache des Erddurchmessers erreichen (Quelle: Royal Swedish Academy of Science).

Sonnenflecken entstehen, wenn das starke Magnetfeld der Sonne die Sonnenoberfläche gleichsam „aufwühlt“, doch wie genau das geschieht, ist noch nicht vollständig verstanden und ist ein großes Forschungsgebiet der Astronomen.

Das Sonnensystem besteht aus der Sonne in seinem Zentrum und 8 Planeten, die sich auf elliptischen Bahnen um sie bewegen. Die Sonne ist sehr viel größer als die Planeten. Die Planeten selbst machen weniger als 0,15 % der Masse des Sonnensystems aus. Die Planeten sind nur deshalb sichtbar, weil das Licht der Sonne an ihrer Oberfläche reflektiert wird. Sie senden selbst kein Licht aus.
Daneben gibt es viele kleinere Körper wie Monde, die Planeten umkreisen, Asteroiden und Kometen. Die Erde ist der dritte Planet von der Sonne aus. Die übrigen Planeten sind nach griechischen und römischen Göttern und Göttinnen benannt. Es sind (mit zunehmendem Abstand von der Sonne)

Merkur, benannt nach dem römischen Gott des Handels, der Reisenden und der Diebe.
Venus, benannt nach der römischen Göttin der Liebe, weil sie so hell am Himmel steht
Erde, wörtlich nach dem Boden benannt, aus dem sie besteht. Auch unter ihrem lateinischen Namen Terra bekannt.
Mars, benannt nach dem römischen Kriegsgott wegen seiner zornig roten Farbe.
Jupiter, benannt nach dem römischen Gott. Er ist der größte Planet des Sonnensystems.
Saturn, benannt nach dem römischen Gott des Ackerbaus. Bekannt für seine schönen Ringe.
Uranus, benannt nach dem griechischen Himmelsgott. Er war der erste Planet, der mit einem Teleskop entdeckt wurde, und
Neptun, nach dem römischen Meeresgott. Auch „der blaue Riese“ genannt. Er hat 6 Ringe.

Pluto galt bis 2006 als Planet, dann wurde er als Zwergplanet neu eingestuft. Damit ein Körper als Planet gilt, müssen 3 Kriterien erfüllt sein. Das Objekt muss seinen Stern umkreisen, genügend Anziehungskraft besitzen, um kugelförmig zu sein, und genügend Masse haben, um die Umgebung seiner Bahn frei zu räumen. Pluto erfüllte das dritte Kriterium nicht.

Hier sieht man eine Fotomontage der Sonne und der Planeten, die ihre unterschiedlichen Größen zeigt.
Von links nach rechts: Sonnenoberfläche, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter mit einem Mond, Saturn mit seinen Ringen, Uranus und Neptun. Die Planetengrößen sind maßstabsgetreu, die Abstände zwischen den Planeten jedoch nicht! (Quelle: Calvin J. Hamilton, solarviews.com)

Merkur, Venus, Erde und Mars sind allesamt Gesteinsplaneten. Trotz dieser Gemeinsamkeit unterscheiden sich diese Planeten in anderer Hinsicht jedoch gewaltig! Merkur besitzt keine Atmosphäre und sieht deshalb dem Mond sehr ähnlich, übersät mit Kratern, die von unzähligen Meteoriteneinschlägen stammen. Venus, der zweite Planet von der Sonne aus, ist der heißeste. Ihre mittlere Oberflächentemperatur beträgt Tag und Nacht 464 °C. Der höchste Berg im Sonnensystem ist Olympus Mons auf dem Mars. Er ist etwa dreimal so hoch wie der Mount Everest, der höchste Berg der Erde.
Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun hingegen sind Gasriesen. Jupiter ist mit Abstand der größte Planet des Sonnensystems und massereicher als alle anderen Planeten zusammen. Er ist 300-mal so massereich wie die Erde und hat über 60 Monde. Saturn besitzt 9 Planetenringe.

Der Erde am ähnlichsten ist der Mars. Es gibt Hinweise darauf, dass es auf dem Mars in der Vergangenheit Wasser gab. Strukturen, die Küstenlinien, Flussbetten und Inseln stark ähneln, legen nahe, dass einst große Flüsse den Planeten durchzogen. Wohin dieses Wasser verschwunden ist, ist ein ungelöstes Rätsel. Wegen des möglichen Vorhandenseins von Wasser, zumindest in ferner Vergangenheit, gilt der Mars als Kandidat dafür, Leben außerhalb unserer Erde zu beherbergen (oder beherbergt zu haben). ExoMars war eine unter europäischer Führung stehende Robotermission zum Mars, entwickelt von der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und Roskosmos. Sie startete 2016 und hat mehrere verschiedene Instrumente ausgesetzt. Der Trace Gas Orbiter (TGO) wird den Mars umkreisen und nach Methan suchen, was Aufschluss darüber geben könnte, ob es auf dem Planeten Leben gibt oder gab. Ein sechsrädriger, weitgehend autonomer Rover mit einer Kamera für Aufnahmen der Oberfläche und einem 2 m langen Bohrer zur Entnahme von Bodenproben zerschellte leider bei der Landung.

In der Vergangenheit hatten die meisten alten Kulturen eine Vorstellung vom Universum, in der die Erde unbewegt genau im Zentrum ruhte. Die Ägypter sahen den Himmel als den Körper der Göttin Nut, die Hindus sahen ihn auf den Stoßzähnen eines riesigen Elefanten ruhen, die Babylonier betrachteten den Himmel als das Innere einer gewaltigen Glasglocke, und die Araber sahen ihn als ein unermessliches Zelt.

Ptolemäus (etwa 100 – 170 n. Chr.), ein im zweiten Jahrhundert n. Chr. in Ägypten lebender römischer Bürger, war Astronom, Mathematiker und Geograph. Er sammelte und ordnete eine riesige Menge astronomischer Daten und entwickelte ein Modell zur Beschreibung der Planetenpositionen, das er in seinem Buch „Große mathematische Abhandlung“ zusammenfasste.

Sein Modell wird geozentrisches System genannt. In diesem System nahm man an, dass die Erde das Zentrum des Universums sei und dass Mond, Planeten und Sterne sie auf konzentrischen Sphären umkreisten. Das Universum war eine endliche Kugel, und außerhalb dieser Kugel gab es nichts. Dieses Modell wurde über 1300 Jahre lang allgemein anerkannt.

Die zentralen Aussagen seiner Theorie lauten:

1. Die Erde ist unbeweglich und befindet sich im Zentrum des Systems.
2. Sonne und Mond bewegen sich auf Kreisbahnen. Die Erde ist der Mittelpunkt dieser Bewegungen.
3. Jeder der übrigen Planeten bewegt sich auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt die Erde umkreist.

Früher war die Vorstellung, die Erde sei der Mittelpunkt von allem, tief in den Köpfen aller verwurzelt, und es war schwierig, die Menschen von etwas anderem zu überzeugen. Es gab jedoch einige radikale Denker, schon im 3. Jahrhundert v. Chr., die anderer Meinung waren. Aristarch von Samos (etwa 310 – 230 v. Chr.) war überzeugt, dass in Wirklichkeit die Sonne das wahre Zentrum des Universums sei. Seine Theorie wurde damals nicht anerkannt, und es dauerte über tausend Jahre, bis man begann, sie in Betracht zu ziehen.

Auch der polnische Astronom Nikolaus Kopernikus (1473 – 1543) glaubte nicht an das geozentrische Weltbild. Kopernikus entwickelte eine neue Theorie, das heliozentrische System. Kopernikus’ Theorie, dass die Sonne das Zentrum des Universums sei, war die radikalste wissenschaftliche Erkenntnis der ersten Hälfte des 16. Jahrhunderts und gilt oft als Ausgangspunkt der gesamten modernen Wissenschaft. Die Entdeckung des Kopernikus führte zu einer vollständigen Revision des Weltwissens, das auf der Überzeugung aufgebaut war, die Erde sei das Zentrum des Universums. Nun musste man akzeptieren, dass die Erde nichts weiter war als ein Planet unter anderen.

Im heliozentrischen System steht die Sonne im Zentrum, und die Planeten bewegen sich auf Bahnen um die Sonne. Das war damals außerordentlich schwer zu akzeptieren, weil es der scheinbar einleuchtenden Ansicht zu widersprechen schien, die Erde müsse der Mittelpunkt von allem sein.

Kopernikus nahm Manuskripte, die seine Theorie beschrieben, in sein Werk mit dem Titel „De revolutionibus orbium coelestium libri vi“ („Sechs Bücher über die Umschwünge der himmlischen Kreise“) auf, doch sie wurden jahrelang nicht veröffentlicht — erst 1543, in seinem Todesjahr.
Anfangs hatte er nur wenige treue Anhänger. Giordano Bruno (1548 – 1600) war ein italienischer Philosoph und Dichter. Er war zudem ein leidenschaftlicher Verfechter der Theorie des Kopernikus. Er wurde von der Inquisition wegen Ketzerei und Freidenkertums verurteilt, 8 Jahre lang eingekerkert und schließlich wegen seiner Überzeugungen auf dem Scheiterhaufen verbrannt.
Nach und nach übernahmen die Wissenschaftler dieses neue System. Es dauerte allerdings bis 100 Jahre nach dem Tod des Kopernikus, bis die Theorie vollständig anerkannt war. Seither ist sie natürlich als richtig erwiesen worden. Galilei und Kepler waren zwei der ersten Wissenschaftler, die Belege für das heliozentrische System fanden.

Kepler entdeckte die mathematische Beschreibung der Bewegung der Planeten um die Sonne. Die sogenannten Keplerschen Gesetze ergaben sich aus der gründlichen Auswertung der astronomischen Beobachtungen der Planeten, die Tycho Brahe durchgeführt und aufgezeichnet hatte. Diese Gesetze beschreiben sie präzise in mathematischer Sprache.

Sie lassen sich folgendermaßen formulieren:

1. Die Bahnen der Planeten sind Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.
2. Die Verbindungslinie zwischen Planet und Sonne überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen, während der Planet die Ellipse durchläuft.
3. Das Quadrat der Umlaufzeit eines Planeten um die Sonne ist proportional zur dritten Potenz der großen Halbachse seiner elliptischen Bahn.

Die Abbildung veranschaulicht die Keplerschen Gesetze: Sie zeigt, dass die Bahn eines Planeten eine Ellipse ist und dass der Planet in gleichen Zeiten gleiche Flächen überstreicht (orange Flächen). Dargestellt sind außerdem die große und die kleine Achse sowie die Brennpunkte der Ellipse und der Bahnpunkt, der der Sonne am nächsten liegt (Perihel), und derjenige, der am weitesten von ihr entfernt ist (Aphel).

Extrasolare Planeten sind Planeten, die andere Sterne umkreisen. Astronomen werden immer geschickter darin, sie aufzuspüren, und mit Stand Januar 2017 sind etwa 3447 bestätigt. Das zeigt, dass es recht häufig vorkommt, dass Sterne von Planeten begleitet werden. Wir sind bereits auf mehrere gestoßen, die der Erde ähnliche Eigenschaften haben könnten. Fänden wir einen Planeten mit ähnlicher Größe, ähnlichen Temperaturbedingungen und ähnlicher Atmosphäre wie die Erde, dann wäre es möglich, dass dieser Planet außerirdisches Leben beherbergt.

Planeten geben kein eigenes Licht ab, und genau das macht sie so schwer auffindbar. Zudem sind extrasolare Planeten so weit entfernt, dass sie selbst dann kaum zu sehen wären, wenn wir genau wüssten, wo wir hinschauen müssten. Um dem zu begegnen, haben Astronomen raffinierte Methoden entwickelt, um Planeten indirekt über ihren Mutterstern nachzuweisen.

Misst man beispielsweise das Licht eines Sterns und stellt fest, dass es sich in regelmäßigen Abständen abschwächt, dann kann das daran liegen, dass ein Planet vor ihm vorbeizieht. Diese Methode funktioniert allerdings nur, wenn die Bahn des Planeten durch die Sichtlinie der Erde verläuft, was in vielen Fällen nicht der Fall ist. Man kann Planeten auch über ihre Gravitationswirkung finden. Die Gravitationswirkung des Sterns zwingt die Planeten auf eine Bahn um ihn, doch die Schwerkraft wirkt in beide Richtungen, und die Gravitationswirkung des Planeten zieht auch am Stern. Das ist nicht so offensichtlich, weil die Sterne so viel größer sind und daher eine viel größere Gravitationskraft besitzen; misst man die Position eines Sterns jedoch genau genug, kann man sehen, wie er am Himmel „taumelt“, während der Planet an ihm zieht. Die von Astronomen verwendeten Methoden sind am wirksamsten, wenn die Planeten groß sind, weshalb die meisten der bisher gefundenen Planeten große Gasplaneten wie Jupiter sind. Mit immer ausgefeilteren Verfahren haben Astronomen jedoch bereits mehrere Dutzend solcher Planeten gefunden, die erdähnlich sind und in der habitablen Zone ihrer Sterne liegen.

Nicht alle Planeten haben Monde. Merkur und Venus etwa ziehen allein um die Sonne. Manche Planeten haben jedoch reichlich davon. Jupiter besitzt über 60 Monde. Unser Planet hat nur einen einzigen Mond, und er ist der einzige Ort außerhalb der Erde, den die Menschheit besucht hat. Astronomen nehmen an, dass ein Objekt von etwa der Größe des Mars mit der Erde zusammenstieß und der Mond aus den Trümmern entstand.

Diese Fotomontage zeigt Jupiter mit seinem Roten Fleck, einem gigantischen komplexen Sturm, etwa dreimal so groß wie die Erde, mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 450 km/h. Auf der rechten Seite des Bildes sind die Galileischen Monde zu sehen (Io, Europa, Ganymed und Kallisto — von oben nach unten). In Wirklichkeit sind Jupiter und die Monde natürlich viel weiter voneinander entfernt, als hier dargestellt.

Neil Armstrong betrat am 21. Juli 1969 als erster Mensch den Mond — eine beeindruckende Leistung, wenn man bedenkt, dass der Mond im Mittel 384.400 km entfernt ist. Der Mond wird, wie die meisten Planeten, von einem stetigen Regen aus Meteoroiden, Asteroiden und Kometen bombardiert. Während auf der Erde herabfallende Weltraumobjekte in der Regel in der Atmosphäre verglühen, ist der Mond von Kratern übersät, weil er keine Atmosphäre besitzt.

Der zerfurchte Mond hat große Auswirkungen auf die Erde. Er steuert nicht nur die Gezeiten, sondern stabilisiert die Erde auch und verringert das Taumeln ihrer Achse. Ohne den Mond als unseren Anker wäre unser Klima äußerst instabil, und das würde die Fähigkeit der Erde verringern, Leben zu beherbergen.

Warum sind Io, Europa, Ganymed und Kallisto als die „Galileischen Monde“ bekannt?

Galileo Galilei (1594 – 1642) war ein italienischer Physiker, Mathematiker, Astronom und Philosoph und gilt als überaus bedeutende Gestalt der wissenschaftlichen Revolution. Er wird oft als „Vater der modernen Wissenschaft“ gefeiert, da er als Erster die „experimentelle wissenschaftliche Methode“ anwandte. Zu seinen vielen Leistungen zählt der Bau des ersten Teleskops. Mit diesem Teleskop beobachtete er den hellsten „Stern“ am Himmel und fand 4 kleine „Sterne“, die ihn umkreisten und mit bloßem Auge nicht sichtbar waren. Bald erkannte er, dass diese hellen Objekte in Wirklichkeit gar keine Sterne waren. Er beobachtete tatsächlich Jupiter und hatte dessen 4 größte Monde entdeckt. Er nannte die Monde Ganymed, Io, Kallisto und Europa, zusammen sind sie jedoch als die „Galileischen Monde“ des Jupiter bekannt.

Trotz dieses gewaltigen Beitrags zur Wissenschaft billigte die römisch-katholische Kirche Galileis Arbeit nicht. 1633 verurteilte ihn die Inquisition wegen Ketzerei. Sie zwang ihn, seine Unterstützung für Kopernikus und das heliozentrische System öffentlich zu widerrufen, und verurteilte ihn zu lebenslanger Haft. Wegen seines hohen Alters und schlechten Gesundheitszustands wurde das Urteil am folgenden Tag dahingehend abgeändert, dass er die Strafe stattdessen unter Hausarrest verbüßen durfte.

Europa ist der kleinste, aber interessanteste Mond des Jupiter, denn er gilt als Kandidat für die Beherbergung außerirdischen Lebens. Er hat etwa ein Viertel der Größe der Erde. Er ist von einer Eiskruste bedeckt, unter der sich der größte Ozean des gesamten Sonnensystems befindet. Man schätzt, dass dieser Ozean bis zu 20 km tief sein könnte (auf der Erde beträgt der tiefste Punkt aller Ozeane nur etwa 11 km).

Obwohl die Oberflächentemperatur Europas im Mittel -160 °C beträgt, könnten Vulkane, die heiße hydrothermale Schlote am Grund des Ozeans von Europa erzeugen, Zufluchtsorte für Leben schaffen. Die dafür nötige Energie stammt entweder aus natürlichem radioaktivem Zerfall (wie auf der Erde) im Gesteinsinneren Europas oder aus Gezeiteneffekten, die der nahe Jupiter hervorruft.

Diese Aufnahme der Galileo-Mission zeigt die eisige Oberfläche Europas (Quelle: NASA/JPL/University of Arizona/University of Colorado, solarviews.com).

Schwimmen wirklich winzige Algen (oder Riesenkalmare!) in Europas Ozean? Wir wissen es noch nicht. Die Antwort hängt von den unbekannten Mechanismen der Entstehung des Lebens selbst ebenso ab wie von den Bedingungen auf Europa. Eine Raumfahrtmission zum Jupitermond könnte weitere Hinweise liefern. So könnte etwa eine Raumsonde, die auf der eisigen Oberfläche Europas landet, nach organischen Molekülen suchen, die von Leben im Ozean erzeugt wurden. Das Eis auf Europa ist für Bohrungen zu dick, doch geologische Prozesse könnten Bestandteile des Ozeans an die Oberfläche befördern, wo sie von einer Raumsonde gefunden werden könnten.

Europa besitzt nicht nur etwas, das flüssiges Wasser zu sein scheint, sondern auch eine dünne Sauerstoffatmosphäre. Trotz Wasser und Sauerstoff wäre das Leben auf Europa dennoch äußerst schwierig. Die Oberfläche empfängt etwa 5400 mSv (die Einheit für die Strahlendosis, Sievert, wird im Kapitel Nutzen und Risiken definiert) an Strahlung, die von Jupiter ausgeht — eine für Menschen tödliche Dosis. Man müsste unterhalb der Oberfläche leben, wo es wärmer ist. Doch dort kommt noch die viel geringere Schwerkraft hinzu, ein weiteres Gesundheitsrisiko für den Menschen.

Rund um die Begriffe für die kleineren Objekte, die von Zeit zu Zeit über unseren Himmel ziehen, herrscht oft große Verwirrung. Hier daher einige Definitionen:

Meteoroide sind kleine Gesteinsbrocken in unserem Sonnensystem mit einer Ausdehnung von weniger als 10 m. Erreichen sie unsere Atmosphäre, verglühen sie häufig durch die Reibungshitze. Dabei entsteht eine leuchtende Spur am Himmel. Diese Erscheinung heißt Meteor, doch Sie kennen sie vermutlich als „Sternschnuppe“. Verglüht der Meteoroid jedoch nicht vollständig und übersteht den Aufprall auf die Erde, so nennt man das übrig gebliebene Gesteinsstück Meteorit. Meteorite findet man überall auf der Erde, besonders aber in der Antarktis, da sie auf dem Eis leicht zu erkennen sind und die Kälte sie vor geologischer Umwandlung schützt.

Asteroiden sind größer. Sie können viele Kilometer messen. Die meisten von ihnen finden sich im Hauptgürtel der Asteroiden, der zwischen Mars und Jupiter um die Sonne läuft.

Kometen sind zwischen 1 km und 20 km groß und bestehen hauptsächlich aus Eis und Staub. Deshalb werden sie manchmal „schmutzige Schneebälle“ genannt. Sie haben extrem elliptische Bahnen und halten sich deshalb die meiste Zeit weit draußen im Sonnensystem auf, jenseits von Pluto. Kommen sie jedoch der Sonne nahe, werden sie erhitzt, das Eis schmilzt und verdampft und hinterlässt einen Gasschweif. Bei einem Kometen sieht man oft zwei Schweife. Einer besteht aus Staub und zeigt die Bewegungsrichtung an, der andere weist stets von der Sonne weg, da er aus Gas besteht, das der Sonnenwind von der Kometenoberfläche losreißt.

Das obere Bild zeigt einen Meteoriten namens EETA 79001, gefunden im Eis der Antarktis. Er stammt sehr wahrscheinlich vom Mars. Der abgebildete Würfel hat 1 cm Kantenlänge. (Quelle: LPI/NASA). Das mittlere Bild zeigt einen Teil des Asteroiden Mathilde mit etwa 59 mal 47 km Ausdehnung. Die Oberfläche weist viele große Krater auf (Quelle: JHU/APL/NASA). Das dritte Bild zeigt den Kometen West. Der dünne blaue Schweif besteht aus Gasen, der breite weiße Schweif aus mikroskopisch kleinen Staubteilchen (Quelle: John Laborde).

Diese kleinen Gesteins- oder Eisobjekte stoßen ziemlich regelmäßig mit anderen Objekten im Sonnensystem zusammen. Das erkennen Sie wahrscheinlich, wenn Sie ein Bild all der Krater auf unserem Mond oder auf dem Planeten Merkur betrachten. Glücklicherweise besitzen wir etwas, das sie nicht haben: Die Erde hat eine Atmosphäre.

Meist sind die Objekte, die mit der Erde zusammenstoßen, klein. Beim Durchgang durch die Atmosphäre erzeugt die Reibung sehr viel Hitze, und das Objekt verglüht und zerfällt. Manchmal schafft es ein kleines Bruchstück hindurch, doch es wird wohl auf den Boden oder in die Ozeane fallen, ohne jemanden zu verletzen.

Sehr selten trifft jedoch ein großer Asteroid oder Komet den Planeten, und die Atmosphäre kann uns nicht schützen. So nimmt man etwa an, dass vor 56 Millionen Jahren ein rund 10 km großer Asteroid in Mittelamerika auf die Erde traf und Erdbeben, gewaltige Brände und riesige Tsunamis auslöste. Der Einschlag schleuderte Asche und Trümmer in die Luft, die die Sonne monatelang verdunkelten und die globalen Temperaturen unter den Gefrierpunkt drückten. Man geht davon aus, dass über zwei Drittel der Arten auf der Erde durch dieses Ereignis ausgelöscht wurden, darunter die Dinosaurier. Zwar wissen die Wissenschaftler sicher, dass dieser Asteroid mit der Erde zusammenstieß, doch es gibt auch Hinweise darauf, dass er nur einer von vielen Gründen für das Aussterben der Dinosaurier war. Fossilfunde zeigen, dass die Zahl der Dinosaurier bereits vor dem Einschlag deutlich zurückging und der Asteroid ihnen vielleicht nur den Rest gab.

Aber was ist mit uns? Was würde geschehen, wenn heute ein Asteroid die Erde träfe?

Das hinge vor allem von seiner Größe ab. Hätte er die Größe eines Hauses, könnte er Betongebäude noch in einer halben Meile Entfernung vom Einschlagsort dem Erdboden gleichmachen. Ein Asteroid von einer Meile Durchmesser würde weit größeren Schaden anrichten — wie jener, der womöglich die Dinosaurier auslöschte. So beängstigend all das klingen mag: Die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit einem Asteroiden dieser Größenordnung ist sehr gering, vielleicht ein großer Asteroid etwa alle 100 Millionen Jahre.

Sterne treten in der Regel nicht völlig allein auf. Eine Galaxie ist eine Ansammlung einer enormen Zahl von Sternen, die alle gravitativ aneinander gebunden sind. Es gibt unzählige Galaxien. Manche heißen Zwerggalaxien und enthalten etwa zehn Millionen Sterne, 500-mal kleiner als unsere eigene Galaxie. Andere sind unvorstellbar groß, 20-mal größer als unsere Galaxie und enthalten buchstäblich Billionen von Sternen.

Trotz dieser enormen Bandbreite bilden die meisten Galaxien ähnliche Muster aus, sodass man Galaxien recht leicht einordnen kann. Das gebräuchlichste Klassifikationsschema entwickelte der amerikanische Astronom Edwin Hubble im Jahr 1936. Hubble unterschied anhand ihres sichtbaren Erscheinungsbildes drei Haupttypen von Galaxien.

Elliptische Galaxien haben eine annähernd elliptische Form und bestehen meist aus älteren, massearmen Sternen; in ihnen entstehen nur sehr wenige neue Sterne.

Spiralgalaxien sind weit häufiger als elliptische. Sie bestehen aus einer ziemlich flachen, rotierenden Scheibe von Sternen, die meist Spiralstrukturen ausbilden, und einer zentralen Sternanhäufung, dem sogenannten Bulge. Die Arme enthalten eher jüngere, heißere Sterne mit hoher Sternentstehungsrate, während der zentrale Bulge etwas ältere Sterne beherbergt. Viele dieser Galaxien besitzen einen zentralen Balken aus Sternen im Zentrum

Linsenförmige Galaxien liegen irgendwo dazwischen. Sie besitzen meist Scheiben wie die Spiralgalaxien, doch diese sind viel schwächer ausgeprägt, und es entstehen weniger neue Sterne. Es ist, als wäre das Material in der Scheibe schlicht aufgebraucht und nur noch Staub übrig geblieben. Sie haben zudem meist viel größere Bulges und enthalten viel ältere Sterne, ähnlich wie die elliptischen Galaxien.

Hubble unterschied noch eine vierte Kategorie: die irregulären Galaxien. Das sind Galaxien, die nicht in die anderen Kategorien passen, da sie keine klar definierte Form haben. Man nimmt an, dass es sich um Galaxien handelt, die einst eine bestimmte Form besaßen, aber durch die Schwerkraft eines anderen großen Objekts verzerrt wurden.

Wir befinden uns in einer Galaxie namens Milchstraße. Sie ist eine Spiralgalaxie mit etwa 200 bis 400 Milliarden Sternen und erstreckt sich über 100 000 Lichtjahre. Unsere Sonne ist nur ein einziger solcher Stern in unserer Milchstraße. Unsere Sonne ist nur einer der Sterne unserer Galaxie und liegt etwa zwei Drittel des Weges vom Zentrum entfernt in einem ihrer Spiralarme.

Als die Astronomen dies entdeckten, musste das heliozentrische System angepasst werden. Die Sonne ist offensichtlich nicht mehr das Zentrum des Universums. Man glaubte, die Milchstraße sei unser gesamtes Universum, bis Edwin Hubble Tausende weiterer Galaxien entdeckte.

Zeichnung der Milchstraße mit ihrer Spiralform und der ungefähren Lage unserer Sonne (Quelle: HEASARC/NASA)

Der Ausdruck Milchstraße hat zwei Bedeutungen. Zum einen ist es der Name unserer Heimatgalaxie, wie zuvor beschrieben. Zum anderen bezeichnet er das schwache Band, das man am Nachthimmel sehen kann. In der griechischen Mythologie entstand die Milchstraße aus der Milch, die Hera verschüttete, als sie Herakles stillte.

Fast alle Sterne, die man nachts mit bloßem Auge am Himmel sehen kann, gehören zu unserer Galaxie. Das schwache Band namens Milchstraße entsteht, weil wir zum Zentrum unserer Galaxie hin blicken, auf den Bulge. Die höhere Sternkonzentration macht diese Region so viel heller.

Die Milchstraße und einige bekannte Sternbilder (Quelle: Fred Bruenjes)

Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer. Es finden sich riesige Wolken aus Staub und Gas. Das nennt man interstellares Medium, also den Stoff zwischen den Sternen.

Das interstellare Medium ist nach irdischen Maßstäben äußerst dünn: selbst an seiner dichtesten Stelle ist es noch leerer als das beste Vakuum, das wir auf der Erde erzeugen können. Dennoch beträgt die Gesamtmasse des interstellaren Mediums etwa das 10-Fache der Masse aller Sterne unserer Milchstraße — schlicht deshalb, weil der Raum zwischen den Sternen so gewaltig ist.

Am 25. August 2012 erreichte Voyager 1 das interstellare Medium und wurde damit das erste von Menschen geschaffene Objekt, dem dies gelang. Voyager 1 wird interstellares Plasma und interstellaren Staub bis zum Missionsende 2025 untersuchen.

Das Bild zeigt eine riesige interstellare Gas- und Staubwolke im Trifidnebel (Quelle: Arizona State University)

Wie Sterne können auch Galaxien gravitativ aneinander gebunden sein. Sind es weniger als 50 Galaxien, so sagt man, die Galaxien seien Teil einer Galaxiengruppe. Unsere Galaxie, die Milchstraße, gehört zur Lokalen Gruppe, die über 30 Galaxien umfasst. Die größte Galaxie der Gruppe (wir sind die zweitgrößte) ist Andromeda, die groß genug ist, um mit bloßem Auge als verwaschener Fleck am Nordhimmel gesehen zu werden.

Andromeda ist unserer Galaxie recht ähnlich — dieselbe Spiralform — hat aber weit mehr Sterne. Man schätzt, dass sie rund eine Billion Sterne enthält. Neuere Untersuchungen legen nahe, dass Andromeda vor Milliarden Jahren durch die Kollision von 2 kleineren Galaxien entstand, was sich wahrscheinlich wiederholen wird, da sich Milchstraße und Andromeda mit 500.000 km/h aufeinander zubewegen. Man geht davon aus, dass wir in etwa 4,5 Milliarden Jahren zusammenstoßen werden.

Nicht alle Galaxien der Gruppe sind wie unsere. Zwei der viel kleineren Galaxien sind Satellitengalaxien, die die Milchstraße umkreisen, und sind bekannt als Große und Kleine Magellansche Wolke.

Sind mehr als 50 Galaxien zusammengruppiert, spricht man von einem Galaxienhaufen. Haufen können Tausende von Galaxien enthalten, die sich gemeinsam bewegen. Manchmal können sich Haufen zu Superhaufen zusammenschließen. Superhaufen sind so groß, dass sie nicht mehr gravitativ gebunden sind. Sie können riesige „Mauern“ aus Galaxien bilden, die sich über Hunderte von Millionen Lichtjahren erstrecken. Eine dieser außergewöhnlichen Mauern heißt Große Mauer oder Coma-Mauer. Ihre Ausdehnung beträgt 300 Millionen mal 500 Millionen Lichtjahre bei einer Dicke von 15 Millionen Lichtjahren.

In der Astronomie sind die benötigten Größenordnungen oft extrem groß, weshalb manchmal neue Einheiten erforderlich sind. Ein Lichtjahr gibt an, wie weit Licht in einem Jahr zurücklegen kann:

1 Lichtjahr (ly) = 9,461 x 10¹⁵ m

Eine weitere Einheit ist das Parsec:

1 Parsec (pc) = 3,26 Lichtjahre (ly)

Für sehr große Entfernungen sind Kiloparsec und Megaparsec gebräuchlich:

1 Kiloparsec (kpc) = 1 000 pc

1 Megaparsec (Mpc) = 1 000 000 pc

Ihnen können auch Astronomische Einheiten (AE) begegnen. 1 AE ist der mittlere Abstand zwischen Erde und Sonne:

1 AE = 149,6 x 10⁹ m
1 AE = 4,8481 x 10^-6 pc
1 AE = 15,813 x 10^-6 ly

Der Weltraum ist groß und voller faszinierender Objekte, die für uns schlicht zu weit entfernt sind, um sie zu erreichen. Deshalb stammt das meiste, was wir über das Universum wissen, aus der Messung der Strahlung, die die Objekte aussenden, etwa Photonen oder Röntgenstrahlen.

Anhand dieser Emissionen lässt sich unter anderem die Stärke der Gravitationskraft berechnen, die das betreffende Objekt erzeugt. In den 1930er Jahren stellte der Astronom Fritz Zwicky fest, dass der Coma-Galaxienhaufen offenbar „fehlende Masse“ besaß. Der Haufen hatte weit mehr Schwerkraft, als sich erklären ließ. Wir können die Sterne mit optischen Teleskopen sehen, und wir können das heiße Gas im Haufen mit Röntgenteleskopen sehen und so ihre Masse berechnen. Die Gravitationswirkungen des Haufens waren jedoch weit größer als erwartet, was darauf hindeutete, dass mehr Masse vorhanden war — Masse, die wir weder sehen noch nachweisen können. Das nannte man fortan „Dunkle Materie“.

Seither ist die Dunkle Materie ausgiebig untersucht worden. Es zeigt sich, dass die gewöhnliche Materie — die Atome, aus denen unsere Erde, die Planeten, die Sterne und das interstellare Medium bestehen — nur 4 % der Masse im Universum ausmachen kann. Der Rest ist ungeklärt.

Da wir die Dunkle Materie selbst nicht nachweisen können, finden wir sie indirekt über die Bewegung der Sterne in Galaxien sowie der Galaxien und des Staubs in Haufen. Wir wissen nicht, woraus Dunkle Materie besteht, doch es gibt viele Theorien und Experimente, die dies herauszufinden versuchen. So glauben manche Wissenschaftler, Dunkle Materie bestehe aus Schwarzen Löchern, die beim Urknall entstanden, oder aus Braunen Zwergen, kleinen kalten Sternen, die zu klein sind, um Wasserstoff zu Helium zu verbrennen. Die am weitesten verbreitete Theorie besagt jedoch, dass Dunkle Materie aus noch unentdeckten Elementarteilchen besteht, den sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, schwach wechselwirkende massereiche Teilchen). Eines der Experimente, die nach WIMPs suchen sollen, heißt DRIFT und befindet sich 1100 m unter der Erde in der Boulby-Mine in North Yorkshire, Großbritannien.