„Mit dem gleichen klaren und kritischen Blick, mit dem [der aufgeklärte moderne wissenschaftliche Mensch] die Fakten prüft und beurteilt, erblickt und erkennt er das Werk der schöpferischen Allmacht, deren Tugend, angeregt durch das mächtige ‚Fiat‘, das vor Milliarden von Jahren vom Schöpfergeist ausgesprochen wurde, sich im Universum entfaltete, der mit einer großzügigen Geste der Liebe die überbordende Energiematerie ins Leben ruft. Es scheint wirklich, dass es der heutigen Wissenschaft, die plötzlich Millionen von Jahrhunderten zurückgreift, gelungen ist, Zeuge dieses ursprünglichen ‚Fiat Lux‘ zu werden, als aus dem Nichts ein Meer aus Licht und Strahlung mit Materie hervorbrach, während die Teilchen chemischer Elemente sich spalteten und wieder vereinten in Millionen von Galaxien.“

Das hat Papst Pius XII im Jahr 1951 bei einer Tagung der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften über die Frage der Entstehung des Universums gesagt. Das, was da der "Wissenschaft gelungen" ist, war die Arbeit eines belgischen Forschers, der gleichzeitig auch Priester war und dieser Priester war gar nicht erfreut darüber, dass seine Arbeit auf diese Weise in den Dienst der Religion gestellt worden ist. Es geht in dieser Folge um Georges Lemaître, der als erster eine Idee formuliert hat, die wir heute als "Urknall" bezeichnen und maßgeblich dazu beigetragen hat, unser modernes Bild von der Entstehung und Entwicklung des Universums zu formen. Meistens hört man über ihn nur, dass er sich mit der Arbeit von Albert Einstein beschäftigt hat, dass er behauptet hat, dass das Universum nicht immer schon existiert sondern einen Anfang in der Zeit hat und man weist natürlich darauf hin, dass er Priester war und dass es schon ein wenig seltsam ist, wenn gerade ein Priester mit so einem "Schöpfungsakt" daher kommt. Und es stimmt, dass Georges Lemaître ein Priester war. Er war aber vor allem auch ein ausgebildeter und seriöser Wissenschaftler und seine Idee vom Anfang des Universums hat so gar nichts mit Religion zu tun.

Lemaître ist am 17. Juli 1894 geboren worden, in der belgischen Stadt Charleroi. Er hat sich schon als Jugendlicher sowohl für die Wissenschaft, als auch für Religion interessiert. Er wurde in einer Schule der Jesuiten ausgebildet und wollte eigentlich direkt danach Priester werden. Sein Vater konnte ihn aber überzeugen, zuerst noch ein Studium der Ingenieurswissenschaft zu absolvieren; etwas, das man im Belgien der damaligen Zeit und dem dort intensiv betriebenen Bergbau gut brauchen konnte. Dieses Studium wurde aber vom Ausbruch des ersten Weltkriegs unterbrochen und Lemaître hat sich freiwillig zur Armee gemeldet, um Belgien gegen den Angriff von Deutschland zu verteidigen. Nach dem Krieg hat Lemaître sein Studium wieder aufgenommen, ist aber von den Ingenieurswissenschaften zu Physik und Mathematik gewechselt. 1920 hat er sein Doktorat an der Universität Löwen bekommen; zwischenzeitlich hat sich Lemaître auch im Priesterseminar eingeschrieben und wurde 1923 zum Priester geweiht. Und im Priesterseminar ist er auch das erste Mal mit der Relativitätstheorie von Albert Einstein in Kontakt gekommen. Die war damals noch recht frisch; vor allem die Allgemeine Relativitätstheorie, die sich mit dem Zusammenhang zwischen Raum, Zeit und Gravitation beschäftigt. Albert Einstein hat sie 1915 veröffentlicht, aber so richtig prominent ist die Theorie erst 1919 geworden, als der britische Astronom Arthur Eddington den Effekt der Raumkrümmung durch Massen bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis auch einwandfrei nachweisen konnte.

Ich habe in diversen anderen Folgen der Sternengeschichten schon davon erzählt, aber Einsteins Theorie kann man ja nicht nur dazu verwenden, das Verhalten von Massen zu beschreiben, die den Raum krümmen und sich dann durch diesen gekrümmten Raum bewegen. Sondern auch dazu, dass Universum in seiner Gesamtheit zu beschreiben. Einstein und die meisten anderen Wissenschaftler sind damals davon ausgegangen, dass das Universum statisch und unendlich ist. Das soll heißen: Es hat keinen Anfang und kein Ende; es war immer schon da und wird auch immer da sein und es verändert sich nicht. Das Problem: Einsteins eigene Gleichungen waren nicht in der Lage, dieses Verhalten auch zu beschreiben. Wenn man sie entsprechend gelöst hat, war das Ergebnis immer ein Universum, dass sich verändert; ein Universum, dass sich ausdehnt oder kollabiert. Deswegen hat Einstein seine berühmte kosmologische Konstante eingeführt, von der ich in Folge 249 ausführlich erzählt habe. Nur mit dieser Korrektur konnte er ein Universum so beschreiben, wie er sich das vorgestellt hat. Lemaître hat die Gleichungen von Einstein ebenfalls ausführlich untersucht und konnte schon 1922 zeigen, dass die kosmologische Konstante keine reine Korrektur ist, sondern tatsächlich direkt aus Einsteins Gleichungen folgt. Das war aber erst der Anfang. Lemaître hat weiter geforscht, ist auch in die USA gereist um dort mit Leuten wie Vesto Slipher zu sprechen, die die fernen "Nebel" beobachtet haben, von denen man damals noch nicht wusste, dass es noch viel weiter entfernte Galaxien sind. Das konnte erst Edwin Hubble mit seinen heute berühmten Beobachtungen nachweisen, die er 1925 bei einer Konferenz vorgestellt hat; im Publikum saß auch Lemaître. Die Frage nach dem Universum selbst war aber immer noch offen. Einstein selbst hat seine Lösung favorisiert, bei der das Universum statisch ist, beziehungsweise dass durch die Kraft der von ihm eingeführten kosmologischen Konstante statisch gehalten wird. Vereinfacht gesagt: Das Universum will eigentlich in sich zusammenfallen. Aber weil da eben diese abstoßende Kraft ist, die die Konstante beschreibt, gleicht sich alles aus und alles bleibt wie es ist. Es gab aber auch noch eine andere Lösung, nämlich die des niederländischen Astronomen Willem de Sitter. Er hat ein Universum beschrieben, das ebenfalls statisch ist, aber bei dem Lichtwellen, die aus großer Entfernung zu uns kommen, in Richtung der Farbe Rot verschoben sind. Das war auch genau das, was Edwin Hubble und seine Kollegen beobachtet haben: Das Licht ferner Galaxien ist tatsächlich rotverschoben. Das Universum von de Sitter war allerdings nur ein mathematisches Konstrukt; seine Lösung funktioniert nur, wenn es sich um ein Universum handelt, das keine Materie enthält.

Georges Lemaître hat über all das nachgedacht. Er hat sich mit all diesen Lösungen beschäftigt; hat die Beobachtungsdaten von Slipher, Hubble & Co gesammelt und dann 1927 eine Arbeit geschrieben, mit dem Titel "Über ein homogenes, expandierendes Universum mit konstanter Masse". Darin beschreibt er, basierend auf Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, einen Kosmos, der sich ausdehnt und in dem das Licht der fernen Galaxien deswegen rotverschoben ist, um so stärker, je weiter sie entfernt sind. Diese Lösung der Einsteinschen Gleichungen war nicht neu; der russische Physiker Alexander Friedman hat sie schon 1922 gefunden. Aber davon wusste Lemaître nichts; die Arbeit von Friedmann ist generell ziemlich ignoriert wurden und das selbe Schicksal hat auch die Arbeit von Lemaître ereilt. Die Wissenschaft war offensichtlich noch nicht bereit für ein expandierendes Universum. Im Oktober 1927 fand eine große wissenschaftliche Konferenz in Belgien statt, bei der auch Einstein eingeladen war. Lemaître nicht, aber er konnte die Gelegenheit trotzdem nutzen, um mit ihm über seine Arbeit zu besprechen. Einstein war durchaus beeindruckt von der Mathematik. Aber nicht von der Physik. Er wollte nur ein Universum, in dem die kosmologische Konstante den Wert hat, den sie braucht, damit das Universum statisch bleibt und keinen Wert, mit dem es expandiert. "Ihre Mathematik ist korrekt, aber ihre Physik ist grauenhaft", soll Einstein zu Lemaître gesagt haben. Sowohl von der Mathematik als auch der Physik höchst beeindruckt war Arthur Eddington, der sich auch dafür eingesetzt hat, dass die Arbeit von Lemaître auf englisch übersetzt und in einer englischen Fachzeitschrift veröffentlicht wird. Diese Version wurde dann 1931 veröffentlicht; Lemaître hat davor aber noch die Berechnungen gestrichen, die eine Expansion des Universums beschreiben. Später hat er gesagt, er habe das deswegen getan, weil mittlerweile die beeindruckenden Beobachtungsdaten von Edwin Hubble vorhanden waren, die ja gezeigt haben, dass das Universum expandiert.

Auf jeden Fall war die Idee des expandierenden Universums nun in der Welt, auch wenn viele Forschende immer noch nicht überzeugt waren, dass sich das Universum wirklich ausdehnt. Denn wenn es immer größer wird, muss es in der Vergangenheit ja kleiner gewesen sein und irgendwann muss es dann doch einen Anfang gehabt haben? Arthur Eddington hat das so formuliert: "Philosophisch gesehen ist mir der Gedanke an einen Anfang der gegenwärtigen Weltordnung zuwider". Und genau mit diesem Satz beginnt auch ein wissenschaftlicher Aufsatz, den Georges Lemaître am 9. Mai 1931 veröffentlicht hat. Er trägt den Titel "Der Anfang der Welt aus dem Blickwinkel der Quantenmechanik" und obwohl er nur sehr kurz ist, finden sich darin ein paar sehr beeindruckende Gedanken. Der erste davon steckt schon im Wort "Quantenmechanik". Heute ist es für uns ganz normal, dass Kosmologie und Quantenmechanik zusammenhängen. Ok, vermutlich ist das für die meisten nicht normal, aber für die, die auf diesem Gebiet arbeiten, ist es das. Wir müssen auch über das allerkleinste Bescheid wissen, wenn wir verstehen wollen, wie das Universum funktioniert. Wir müssen die subatomaren Kräfte verstehen, wenn wir wissen wollen, wie sich das Universum entwickelt hat, und so weiter. Aber damals war das definitiv kein normaler Gedanke. Die Quantenmechanik war in den 1930er Jahren selbst noch jung, gerade in der Entstehung begriffen und noch längst nicht fertig entwickelt. Trotzdem hat Lemaître vermutet, dass die Entstehung des Universums mit der Quantenmechanik zu tun hat. Nachdem er den Satz von Eddington in der Einleitung zitiert, stellt er fest, dass die - laut Quantenmechanik - die Energie konstant und in diskreten Quanten verteilt ist. Genau das ist ja die Grundidee der Quantenmechanik: Energie kann es nur in bestimmten, kleinstmöglichen Energiepaketen geben. Er stellt außerdem fest, dass die Anzahl dieser Energiepakete im Laufe der Zeit immer größer wird. Am Anfang des Universums muss die gesamte Energie des Universums in einem einzigen Energiepaket gesammelt gewesen sein, quasi einem enormen riesigen Universumsquant oder, wie es später bezeichnet worden ist, einem "Uratom". Auch damals wusste man schon, dass es instabile Atome gibt, die im Laufe der Zeit in leichtere Atome zerfallen. Das ist das, was wir als Radioaktivität kennen und Lemaître hat sich gedacht, dass genau das passiert ist, als das Universum entstanden ist. Am Anfang war dieses Uratom, mit aller Energie, die es gibt und das ist zerfallen, in immer leichtere Atome, bis so die Materie entstanden ist, die wir heute sehen. Er stellt außerdem noch fest, dass Begriffe wie "Raum" und "Zeit" auf Quantenebene keine Bedeutung haben und erst relevant geworden sind, nachdem das Uratom mit seinem Zerfall begonnen hat. Das Uratom selbst war quasi zeitlos und es macht keinen Sinn, sich zu fragen, was davor war. Lemaître hat später auch postuliert, dass beim Zerfall des Uratoms Strahlung freigeworden sein muss, so wie es auch jetzt beim radioaktiven Zerfall passiert. Diese Strahlung könnte man vielleicht heute noch nachweisen und Lemaître hat vermutet, dass die - damals ebenfalls noch quasi frisch entdeckte - kosmische Strahlung über die ich in Folge 317 mehr erzählt habe, genau diese Strahlung des Zerfalls vom Anfang des Universums ist.

In seiner kurzen Notiz schreibt er auch noch, dass es schwierig ist, das alles konkret mathematisch zu formulieren, weil man noch zu wenig über die Quantenmechanik weiß, aber dass er hofft, dass das in Zukunft anders sein wird.

Mittlerweile wissen wir, dass es mit dem Urknall ein bisschen anders war, als Lemaître sich das vorgestellt hat. Aber im Prinzip hat er recht gehabt. Am Anfang war die gesamte Energie des Universums in einer unvorstellbar kleinen Region konzentriert und daraus hat sich alles andere entwickelt. Lemaître war der erste, der so eine konkrete Idee vom Anfang entwickelt hat; er war der erste, der sich einen "Urknall" im modernen Sinn vorgestellt hat.

Was er nicht im Sinn gehabt hat, war die Rechtfertigung der biblischen Schöpfung durch wissenschaftliche Mittel. Er war zwar Priester, aber er hat auch darauf hingewiesen, dass man die Bibel nicht wörtlich verstehen kann; dass man sowohl an einen Gott glauben, als auch Wissenschaft betreiben kann, die beiden Themen aber nicht vermischen sollte. Deswegen war er auch so konsterniert, als der Papst seine Arbeit als Rechtfertigung der göttlichen Schöpfung erwähnt hat und er hat ihn danach extra in einem persönlichen Gespräch gebeten, in Zukunft so etwas zu unterlassen.

Lemaître hat noch weitere wichtige Arbeiten auf dem Gebiet der Kosmologie geleistet und er hat, kurz vor seinem Tod im Juni 1966 noch miterlebt, wie die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt wurde. Das war nicht die Art von Strahlung, die aus dem Zerfall seines "Uratoms" stammt - aber es war der erste konkrete Beobachtungshinweis darauf, dass das Univerums tatsächlich bei einem Urknall in der Vergangenheit entstanden sein muss. Ich möchte diese Folge mit den Worten beenden, mit denen Lemaître auch seine Arbeit über die Entstehung des Universums beendet hat:

"Wir verstehen unsere Welt heute als eine Welt, in der die Dinge wirklich passieren; die ganze Geschichte des Universums muss im ersten Quantum nicht so aufgeschrieben gewesen sein, wie Musik auf einem Phonographen. Die ganze Materie der Welt muss am Anfang vorhanden gewesen sein, aber die Geschichte, die sie zu erzählen hat, ist Schritt für Schritt geschrieben worden."

Nordamerika, vor circa 13.000 Jahren. Die Menschen, die zu dieser Zeit hier leben sind die Nachfahren derjenigen, die am Ende der Altsteinzeit von Sibirien aus nach Alaska und damit nach Nordamerika eingewandert sind. Das war damals noch zu Fuß möglich; die Erde befand sich in einer Kaltzeit und viel Wasser war in Form gewaltiger Gletscher auf den Kontinenten gefroren. Der Meeresspiegel lag tiefer und Eurasien und Amerika waren durch eine Landbrücke verbunden. Die Menschen, die so nach Nordamerika eingewandert sind, nennen wir heute die Clovis-Kultur. Sie lebten von der Jagd, auf Mammuts und Bisons und auch auf kleinere Tiere. In den Steppen und Wälder waren damals noch Tiere unterwegs, die heute längst ausgestorben sind; nicht nur die Mammuts sondern zum Beispiel auch das Mastodon, Riesenfaultiere, Säbelzahntiger und andere große Tiere, die man als "Megafauna" bezeichnet. Die Menschen der Clovis-Kultur lebten in einfachen Hütten oder Höhlen; sie verwendeten Waffen und Werkzeuge aus Feuerstein. Sie beerdigten ihre Toten und ritzten Kunstwerke in Steine. Sie lebten ein normales, steinzeitliches Leben. Aber eines Tages ist etwas außergewöhnliches passiert. Schon in den Nächten der Wochen zuvor war ein helles Objekt am Himmel zu sehen. Kein Stern, sondern ein großes, neblig aussehendes Ding mit einem hellen Schweif. Später war es dann auch tagsüber sichtbar und es wurde von Tag zu Tag, von Nacht zu Nacht größer. Bis es dann in einer gewaltigen Explosion am Himmel auseinandergebrochen ist. Bruchstücke sind überall auf der Erde niedergegangen und haben gewaltige Brände ausgelöst. Und aus dem Norden kam eine ebenso gewaltige Flutwelle aus Wasser. Es war das Ende der Clovis-Kultur; das Ende der nordamerikanischen Megafauna und das Ende der jüngeren Dryaszeit, also der erdgeschichtlichen Epoche, die unmittelbar vor dem Holozän liegt, unserer gegenwärtigen Epoche.

Es ist eine dramatische Geschichte, die wir in der Form bis jetzt zum Glück eigentlich nur aus der Science Fiction kennen. Ein Asteroid oder Komet droht mit der Erde zu kollidieren und die Zivilisation auszulöschen. In der Science Fiction sind wir dann dank unserer Technik in der Lage, die Katastrophe zu verhindern. Aber die Menschen der Steinzeit konnten nur hilflos bei ihrem Untergang zusehen, ohne zu wissen, was da passiert. Wir wissen, dass die Erde im Laufe ihrer Geschichte immer wieder von anderen Himmelskörpern aus dem Weltall getroffen wurde und wir wissen auch, dass solche Ereignisse gewaltige und katastrophale Folgen haben. Es ist also prinzipiell nicht unwahrscheinlich, dass so etwas auch vor 13.000 Jahren passiert ist und, wenn auch nicht die gesamte damalige Menschheit, aber zumindest die Clovis-Kultur ausgelöscht hat. Aber diese Geschichte ist höchstwahrscheinlich falsch. Die Hypothese eines Einschlags am Ende des Pleistozäns ist spektakulär und taucht immer wieder in den Medien auf. Die Belege dafür sind aber bestenfalls dürftig.

Schauen wir zuerst einmal auf die Fakten. Wir wissen, dass irgendwann vor circa 12.000 Jahren die Jüngere Dryaszeit zu Ende gegangen ist. So bezeichnet man eine Phase, in der die Erde nach einer Erwärmung gegen Ende der letzten Kaltzeit noch einmal schnell und für circa 1000 Jahre abgekühlt ist. Erst als diese Phase vorüber war, war die Kaltzeit wirklich vorbei und es hat die Phase begonnen, die wir "Holozän" nennen, also die wärmere Phase die bis heute andauert. Wir wissen auch, dass die Clovis-Kultur in Nordamerika tatsächlich vor circa 13.000 Jahren existiert hat und dass die nordamerikanische Megafauna am Ende der jüngeren Dryaszeit verschwunden ist.

Was wir nicht wissen, zumindest nicht mit absoluter Sicherheit: Warum ist das damals alles passiert? Aber der amerikanische Chemiker Richard Firestone hatte dazu im Jahr 2007 eine Idee. Ein großes Objekt ist damals mit der Erde kollidiert. Ein Komet, circa 4.5 Kilometer groß, aber mit geringer Dichte. Deswegen ist das Objekt auch nicht als ganzes am Erdboden eingeschlagen, sondern noch in der Atmosphäre auseinandergebrochen. Das ist irgendwo über Kanada passiert und die Trümmer sind überall heruntergekommen. Sie haben einerseits großflächige Waldbrände ausgelöst und andererseits das Eis destabilisiert, dass im Norden das Wasser des Agassizsee zurückgehalten hat. Gegen Ende der letzten Kaltzeit sind die gewaltigen Eisschilde langsam geschmolzen, die den Norden Amerikans bedeckt haben. Das Schmelzwasser hat sich unter anderem in Form eines enormen Sees gestaut, der größer war, als alle der heutigen Großen Seen zwischen Kanada und den USA. Zurückgehalten wurde es durch die Reste des Eisschildes, aber als das Objekt aus dem All einschlug, wurde diese Staumauer zerstört und riesige Wassermassen freigesetzt. Das war schon katastrophal genug, aber das ganze Frischwasser floss in die Ozeane, veränderte dadurch die Meeresströmungen, was, zusammen mit dem Staub, der durch Einschlag und Waldbrände in die Atmosphäre gelangt ist, zu einer neuerlichen Abkühlung und Vergletscherung der Erde geführt hat. Und natürlich zum Aussterben der Clovis-Kultur und der nordamerikanischen Megafauna. Erst als sich die Erde von diesem Einschlag wieder erholt hat, war die Kaltzeit dann wirklich vorbei und das Holozän konnte beginnen.

Wie gesagt: Prinzipiell ist das eine plausible Hypothese. Nichts davon ist unmöglich; so etwas kann passieren. Wenn man aber behaupten will, dass es auch wirklich passiert ist, braucht man dafür Belege. Und die, so Richard Firestone, gibt es. Wenn man sich archäologische und geologische Grabungen ansieht, dann findet man überall in Nordamerika eine dunkle, kohlenstoffreiche Schicht. Unterhalb davon gibt es Fundstücke aus der Clovis-Kultur, darüber aber nicht. Diese schwarze Grenzschicht, so Firestone, markiert genau den Einschlag des Kometen und besteht aus Russ und Asche der dabei ausgelösten Waldbrände. In und der Nähe dieser Schicht findet man außerdem magnetische Körnchen und erhöhte Werte des chemischen Elements Iridium, beides Hinweise auf Material, dass außerhalb der Erde entstanden ist. Was man auch finden kann, sind glasartige Kügelchen aus Kohlenstoff, ebenfalls ein Hinweis auf einen Einschlag, dessen gewaltige Kräfte das Material entsprechend verformt haben. Gleiches gilt für Nanodiamanten, also winzige Kristalle aus Kohlenstoff, die so auch nur beim Einschlag eines Asteroiden oder Kometen entstehen können. Firestone hatte noch mehr Belege und wenn man die Sache so betrachtet, dann scheint alles klar: Da war wirklich ein Impakt vor circa 13.000 Jahren, der für das Ende der Clovis-Menschen und die jüngere Dryaszeit verantwortlich war.

Aber so betrachtet man Sachen in der Wissenschaft nicht. Eine Hypothese ist gut; Belege dafür sind besser und am besten ist es, wenn andere Leute die Belege prüfen und bestätigen. Nur dass das hier nicht passiert ist. Denn selbstverständlich wurde geprüft, was Firestone da behauptet hat. Und es war übrigens nicht Firestone allein; er hatte noch diverse Kolleginnen und Kollegen die mit ihm gearbeitet haben. Die Ergebnisse der Prüfung waren aber eher schlecht für die Hypothese. Die angeblich so eindeutige schwarze Grenzschicht hat sich bei genauerer Untersuchung nicht als einheitliche geologische Schicht herausgestellt, sondern eher als Sammelsurium an Dingen. Die meisten waren einfach ganz normale Erdschichten, die durch diverese ebenso normale Vorgänge dunkel gefärbt waren. Verwitterung, biologische Abläufe, und so weiter können Sand und Erde dunkel färben; dafür braucht es nicht unbedingt Waldbrände. Tatsächlich fand man in vielen der Schichten bei genauerer Analyse auch keine Spuren von Russ, Asche oder Kohle. Auch was die magnetischen Körnchen angeht, scheint Firestone die Daten zu sehr in eine Richtung interpretiert zu haben. Man kann so etwas zwar tatsächlich als Folge eines Einschlags finden. Aber es gibt so ein Material auch ganz natürlich; wenn man nicht sehr viel davon sehr konzentriert in einer bestimmten Schicht entdeckt, bedeutet das gar nichts. Und diese große Konzentration konnte in späteren Untersuchungen der entsprechenden Schichten nicht nachgewiesen werden. Das selbe gilt für die Kohlenstoffkügelchen und ebenso für die Nanodiamanten. Hier scheint Firestone die Daten falsch interpretiert zu haben; der Nachweis der Existenz der Nanodiamanten ist schwach bis schlecht; es scheint sich viel mehr um normale, andere kristalline Formen von Kohlenstoff zu handeln, die man auch ohne Einschlag überall in den Sedimentschichten finden kann. Es gab noch jede Menge andere methodische Probleme mit Firestones Hypothese; bei der Datierung der Schichten zum Beispiel und vor allem bei der Interpretation der Daten.

Es braucht auch nicht unbedingt einen Einschlag, um das Ende der Clovis-Kultur zu erklären. Man braucht keinen Einschlag, um zu erklären, warum es mit der Jüngeren Dryaszeit noch einmal so kalt wurde. Mit der Erwärmung gegen Ende der letzten Kaltzeit sind die Gletscher und Eisschilde zurückgegangen; es ist jede Menge Frischwasser ins Meer geflossen und der Agassizsee ist ausgebrochen, was aber auch passieren kann, ohne dass ein Asteroid einschlägt. Die Erde ist durch die Veränderung in den Ozeanströmungen kälter geworden und das hat Auswirkungen auf die Megfauna (und natürlich auch darüber hinaus) gehabt. Das Aussterben der Megafauna, bei dem auch die Jagd und der Kontakt mit Menschen eine Rolle gespielt hat, hat sich dann selbstverständlich auch auf die Clovis-Kultur ausgewirkt. Die Lebensweise der Menschen hat sich dadurch zwangsläufig geändert. Aber sie sind nicht ausgestorben. Es gibt keine Hinweise auf einen dramatischen Rückgang der damaligen Bevölkerung und dass die Clovis-Kultur verschwunden ist, ist viel mehr das Ergebnis eines normalen kulturellen Wandels.

Asteroideneinschläge sind, erdgeschichtlich gesehen, völlig normal. Und sie können dramatische Folgen haben. Aber man sollte diese Katastrophen nicht unnötig ins Spiel bringen, um Dinge zu erklären, die auch anders erklärt werden können oder, wie in diesem Fall, gar keine andere Erklärung benötigen.

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Das ist die zweite Spezialfolge, in der ich über aktuelle Themen spreche, Fragen beantworte und ein bisschen "Backstage" vom Podcast erzähle. Diesmal gibt es ein kleines Update zur Artemis-Mondmission und dann habe ich ein paar coole Forschungsthemen aus der Asteroidenforschung zusammengesucht. Es geht um den Nachweis von Nukleinbasen auf Ryugu, um die Bahnänderung von Didymos und Doppelasteroiden. Danach habe ich die Fragen zur Unterstützung des Podcasts beantwortet und die Frage von Bertram, der wissen wollte, ob das Webb-Teleskop wirklich "unmögliche" Asteroiden beobachtet hat.

Mehr zu den Asteroiden findet ihr hier, hier und hier.

Die Folge von "Das Universum" über die Galaxien ist diese hier.

Mein neues Buch heißt “Die Farben des Universums” und ist ab jetzt überall erhältlich wo es Bücher gibt, so wie das Sternengeschichten-Hörbuch.

Meine anderen Podcast sind "Das Universum" und "Das Klima".

Termine der Sciencebusters gibt es hier und die von "Das Universum" sind hier.

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Die Astronomie ist in der einzigartigen Situation, dass sie nicht nur direkt beobachten kann, was da draußen im Universum passiert, sondern auch sehen kann, was weit in der Vergangenheit passiert ist. Wir können das frühe Universum beobachten und so verstehen, wie es sich zu dem Kosmos entwickelt hat, in dem wir heute leben. Aber manchmal können wir auch heute noch Überbleibsel aus diesem frühen Universum finden; Objekte, die die Jahrmilliarden quasi unverändert überdauert haben. Die "Red Nuggets" sind ein Beispiel dafür. Das erste Mal gesehen hat man sie in der Vergangenheit. Oder besser gesagt: Das erste mal gesehen hat man sie im "Hubble Ultra Deep Field". Von diesem Projekt habe ich schon in Folge 194 der Sternengeschichten ausführlich erzählt. Das Hubble-Weltraumteleskop hat in den Jahren 2003 und 2004 einen kleinen Bereich des Himmels extrem lange und genau beobachtet und dabei unzählige Galaxien sichtbar gemacht, deren Licht Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht hat. Oder anders gesagt: Es hat uns einen Blick in das frühe Universum erlaubt und seitdem sind diese Daten immer wieder neu untersucht worden. Zum Beispiel vom französischen Astronom Emanuele Daddi und seinem Team im Jahr 2005. Sie haben dabei sieben ganz besondere Galaxien entdeckt. Sie waren sehr massereich, sie waren circa eine Millarde Jahre alt, sie waren sehr kompakt und quasi tot. Was bedeutet das und warum war das eine überraschende Entdeckung? Gehen wir die Dinge der Reihe nach durch.

Massereich bedeutet, dass die Galaxien ungefähr so viel Masse haben wie die Milchstraße heute oder sogar noch bis zu zehnmal mehr. Gleichzeitig sind sie aber sehr viel kleiner, teilweise nur ein Hundertstel so groß wie die Milchstraße - deswegen sind sie "kompakt". Und "tot" sind sie, weil die Sterne dort alle sehr alt sind und dort auch offensichtlich keine neuen Sterne mehr entstehen. Und wir dürfen nicht vergessen: Das, was Daddi und sein Team auf diesen Bildern gesehen haben, sind Galaxien aus dem frühen Universum. Wir sehen sie zu einem Zeitpunkt, der ungefähr drei bis vier Milliarden Jahre nach dem Urknall liegt, also von uns aus gesehen circa 10 Milliarden Jahre in der Vergangenheit. Das bedeutet: Diese kleinen, kompakten Galaxien müssen sehr schnell entstanden sein; sie müssen sehr schnell sehr viel Masse angesammelt haben und dann muss - ebenfalls sehr schnell - etwas passiert sein, dass dazu geführt hat, dass dort keine neuen Sterne mehr entstanden sind.

Aus damaliger Sicht war diese Entdeckung überraschend. Die Galaxien müssen sich früher und schneller entwickelt haben, als man gedacht hat. Die Sternentstehung in den ersten Galaxien muss sehr effizient gelaufen sein, sonst hätte es nicht so schnell nach dem Urknall so massereiche Galaxien mit so vielen Sternen geben können. Gleichzeitig muss die Entstehung der Sterne dann auch schnell wieder abgewürgt worden sein, denn ansonsten würden wir in diesen frühen Galaxien nicht nur alte Sterne sehen, sondern auch junge. Und, auch das habe ich schon oft in den Sternengeschichten erzählt: Alte Sterne leuchten eher rötlich; junge Sterne dagegen sind tendenziell heiß und leuchten blau. Die kleinen, kompakten, massereichen Galaxien mit ihrem rötlichen Licht hat man deswegen "red nuggets" genannt, aber nicht nur deswegen, wie wir später noch sehen werden.

Die roten Nuggets waren also eine Überraschung, weil sie uns gezeigt haben, dass Galaxien schneller entstehen können und die Sternentstehung schneller beendet sein kann, als man damals dachte. Mittlerweile wissen wir besser Bescheid, was da abläuft. Ich werde jetzt nicht die gesamte Geschichte der Galaxienentstehung erklären; das würde zu weit führen. Aber es geht alles los mit riesigen Gaswolken. In und aus diesen Wolken entstehen Sterne und am Ende haben wir eine große Ansammlung von Sternen, eine Galaxie. Das ist, wie gesagt, extrem verkürzt, aber wichtig für diese Folge ist die Tatsache, dass die Sternentstehung in Galaxien mit großer Masse schneller aufhört als in denen mit kleinere Masse. Das klingt zuerst einmal seltsam, ist aber plausibel, wenn man ein wenig genauer darüber nachdenkt. Wenn eine Galaxie eine große Gesamtmasse hat, kann sie mit ihrer Gravitationskraft auch früher und schneller sehr große Mengen an Gas in ihr Zentrum ziehen. Sie entwickeln einen kompakten Kern und in diesem Kern können in kurzer Zeit sehr viele Sterne entstehen. Je dichter das Gas ist, desto leichter kann es in sich zusammenfallen und das ist ja genau das, was Gas tun muss, damit daraus ein Stern entsteht. Was aber passiert, wenn wir da auf einmal einen ganzen Haufen junger, heißer, frisch entstandender Sterne haben? Junge Sterne sind sehr aktiv, das heißt sie haben starke Sternwinde. Oder anders gesagt: Sie schleudern jede Menge Material aus ihren äußeren Atmosphärenschichten durch die Gegend. Dieses Material kann das restliche Gas quasi davon pusten. Das selbe passiert, wenn die Sterne am Ende ihres Lebens in einer Supernova explodieren. Und, auch das habe ich schon oft erzählt, je massereicher ein Stern ist, desto schneller entwickelt er sich zu einer Supernova. Wenn wir also sehr viele Sterne auf einmal haben und viele davon auch noch massereich sind, dann führt das dazu, dass das restliche Gas einer Galaxie davon gepustet wird und keine neuen Sterne mehr entstehen können. Gleichzeitig befinden sich in den Zentren der Galaxien ja auch die supermassereichen schwarzen Löcher. Die können mit ihrer Anziehungskraft ebenfalls Material beschleunigen und wild durch die Gegend schleudern, also ihren eigenen "Wind" produzieren, der das Gas einer Galaxie davon bläst. Und auch das geht um so besser, je massereicher eine Galaxie ist, denn je dichter das Material in ihrer Zentralregion ist, desto mehr davon kann sich in die Nähe des schwarzen Lochs bewegen. Ein Teil davon wird hinein fallen und das schwarze Loch anwachsen lassen. Und ein Teil wird davon geschleudert. Und selbst wenn das Gas einer Galaxien nicht komplett davon geblasen wird, wird es von der Strahlung der jungen Sterne und der Strahlung, die in der Umgebung eines schwarzen Lochs freigesetzt wird, aufgeheizt. Heißes Gas bewegt sich schneller und kann nicht so gut kollabieren wie kühleres Material. Kurz gesagt: In massereichen Galaxien laufen die Prozesse, die die Entstehung neuer Sterne verhindern sehr viel effizienter ab.

In den red nugget Galaxien ist genau das passiert; sie sind schnell entstanden, mit sehr viel Masse, haben schnell jede Menge Sterne entwickelt und ein massereiches schwarzes Loch und dadurch die weitere Sternentstehung zum Erliegen gebracht. Das heißt aber nicht, dass das immer so bleiben muss. Wenn sich die red nuggets nicht mehr verändern würden, wo kommen dann die ganzen frischen Sterne her, die wir in den Galaxien heute beobachten? Die roten Nuggets sind nur der erste Schritt auf dem Weg zu einer "modernen" Galaxie. Wenn zwei red nuggets miteinander oder mit anderen Galaxien verschmelzen, dann können die gravitativen Wechselwirkungen dafür sorgen, dass wieder frisches Gas nachgeliefert wird; die gravitative Wechselwirkung bei so einer Kollision kann dann das Gas dann wieder kollabieren lassen, und so weiter. Und solche galaktischen Zusammenstöße kommen nicht nur einmal vor, sondern immer wieder. Es bilden sich riesige Ansammlungen von Sternen, die wir heute als "elliptische Galaxien" bezeichnen. Oder anders gesagt: Die red nuggets sind die Vorläufer der riesigen elliptischen Galaxien, die wir heute beobachten. Die Arbeit von Daddi und seinen Kollegen hat außerdem auch gezeigt, dass sie damals ziemlich häufig waren; sie sind also keine exotischen Einzelfälle sondern ein relevanter Teil der damaligen Galaxienpopulation.

Aber natürlich hat man sich auch gefragt, ob die red nuggets wirklich nur ein Phänomen des frühen Universums sind. Man hat im lokalen Universum nach ihnen gesucht, also unter den Galaxien, die mehr oder weniger "jetzt" existieren und von denen aus das Licht bis zu uns nur ein paar hundert Millionen Jahre unterwegs war. Lange Zeit war diese Suche erfolglos, aber 2013 hat die Astronomin Ivana Damjanov mit ihrem Team neun Stück davon gefunden, die sich in mittlerer Entfernung befinden. Das bedeutet: Es sind keine Galaxien, die wir so sehen, wie sie "jetzt" sind; ihr Licht hat immer noch ein paar Milliarden Jahre bis zu uns gebraucht. Aber Damjanov hat immerhin bestätigt, dass die red nuggets sehr viel länger existiert haben als nur im frühen Universum. Und noch ein paar Jahre später haben wir dann auch red nuggets gefunden, deren Licht wirklich nur ein paar hundert Millionen Jahren bis zu uns braucht.

Das macht die roten Nuggets zu einem Studienobjekt, das für die Astronomie so wertvoll ist, wie ein Nugget aus Gold. Wir können in der Gegenwart, im lokalen Universum, Objekte beobachten, die immer noch so sind, wie sie vor Milliarden von Jahren waren. Wir sehen heute noch das, was damals der Ausgangspunkt für die Entstehung von Galaxien war. Die red nuggets sind mehr als nur tote Fossilien. Sie haben die Jahrmilliarden ungestört überdauert und können uns heute dabei helfen, zu verstehen, wie damals alles angefangen hat.

Wenn wir die Erde vom Weltall aus betrachten, können wir das Wetter sehen. Oder besser gesagt: Wir sehen die großräumigen Wolkenstrukturen; die Wirbel der Hoch- und Tiefdruckgebiete über den Meeren und Kontinenten. Wenn wir auf andere Planeten schauen, dann sehen wir dort aber nur die Wolken, weil es dort keine Meere und Kontinente gibt. Zum Beispiel auf den Gasriesen Jupiter und Saturn. Da gibt es keinen festen Boden unter den Wolken; dort gibt es keine Geografie, nur Meteorologie. Und die Wolkenstrukturen können überraschend anders sein. Und auf dem Saturn finden wir ein ganz besonders überraschendes Beispiel. Der Nordpol des Planeten ist von einem riesigen Sechseck aus Wolken umgeben.

Jede der sechs Seiten ist circa 14.500 Kilometer lang, also um gut 2000 Kilometer länger als der Durchmesser der Erde. Entdeckt wurde es im Jahr 1981, als die beiden Voyager-Raumsonden am zweitgrößten Planeten des Sonnensystems vorbei geflogen sind. Genauer gesagt: Es wurde erst 1987 entdeckt, als der amerikanische Astronom David Godfrey die Bilder der Raumsonden zusammengesetzt hat. Davor hat man sich bei der Analyse der Daten vor allem auf die mittleren Breiten und die Äquatorregion des Saturn konzentriert. Godfrey wollte aber auch wissen, wie die Polarregionen des Gasriesen aussehen. Da die Aufnahmen der Voyager-Sonden durch den Blickwinkel auf die Pole verzerrt waren, musste Godfrey sie erst entsprechend bearbeiten und zusammensetzen. Aber dann hat er um den Nordpol herum eine klar erkennbar sechseckige Struktur aus Wolken gesehen. 2004 ist dann die Raumsonde Cassini im Saturnsystem angekommen und hat 2006 auch das Sechseck beobachtet. Es war immer noch da und es ist geblieben, solange Cassini in der Lage war, es zu beobachten.

Dass Wolken komische Formen haben, ist erstmal nicht weiter außergewöhnlich. Aber ein Sechseck, das fast 30.000 Kilometer breit ist: Das IST außergewöhnlich. Was geht da ab? Die Details sind komplex und noch nicht letztgültig verstanden. Aber wir können auf jeden Fall einmal festhalten, dass der Saturn sehr schnell um seine eigene Achse rotiert. Die Erde braucht dafür bekanntlich einen Tag; der Saturn schafft eine Umdrehung in nur 10,5 Stunden. Dadurch bilden sich dort auch sehr schnelle Winde aus; ein wenig so wie die Jetstreams auf der Erde. Dieses Phänomen wäre eine eigene Folge wert, aber kurz gesagt, sind das enorm starke Winde, die zwischen 40 und 60 Grad nördlicher Breite (und entsprechend auf der Südhalbkugel) einmal um die Erde wehen. Sie tun das mit bis zu 650 Kilometer pro Stunde und in circa 10 Kilometer Höhe, was gut ist, denn in der Nähe des Erdbodens wäre so ein starker Wind etwas unangenehm. Sie entstehen, weil die Erde ungleichmäßig stark erwärmt wird. Am Äquator ist es wärmer als an den Polen und die Temperatur der Luftschichten dort ist ebenfalls unterschiedlich. Dadurch ist auch die Dichte der kälteren Luft an den Polen geringer als die der warmen Luftmassen am Äquator. Vereinfacht gesagt bedeutet das: Am Äquator reicht die relevante Luftschicht weit nach oben, am Pol nicht so weit und die Atmosphäre will diesen Druckunterschied ausgleichen. Die Luft strömt vom Äquator in Richtung Pol, und wird dabei durch die Rotation der Erde abgelenkt. So wird aus einer Nord-Süd-Strömung eine in Richtung Ost-West. Wie gesagt, das ist alles sehr stark vereinfacht dargestellt; auf der Erde muss man außerdem noch berücksichtigen, dass da jede Menge Berge und andere geografische Phänomene existieren, die die Bewegung der Luftmassen beeinflussen. Auf dem Saturn gibt es so etwas aber nicht. Und seine Rotation ist viel schneller. Die Luft kann sich ungehindert bewegen und tut das sehr schnell. So bilden sich die starken Jetstreams aus, die wir in Form von Wolkenbändern sehen können, die sich um den Planeten legen.

Aber auch wenn der Saturn keine Berge hat, ist so ein Jetstream nicht völlig stabil. Zum Beispiel, wenn die Windgeschwindigkeit an der Innenseite eines Windbandes größer oder kleiner ist als an der Außenseite. Und wenn das Windband breit genug ist, dann wird genau das passieren. Wir haben es hier wieder mit der Rotation des Planeten zu tun. Bleiben wir dafür zuerst wieder auf der Erde. Ein Mensch, der am Äquator steht, legt dort durch die Erdrotation in 24 Stunden knapp 40.000 Kilometer zurück, denn das ist der Umfang der Erde am Äquator. Der Mensch wird davon nichts spüren, aber er dreht sich mit der Erde mit und zwar mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1700 Kilometer pro Stunde. Ein anderer Mensch, der exakt am Nordpol steht, dreht sich in 24 Stunden ebenfalls, aber nur einmal um seine Achse. Im Vergleich zu der Person am Äquator bewegt er sich aber nicht; er steht quasi still. Und wer sich irgendwo zwischen Pol und Äquator befindet, wird von der Erde mit einer anderen Geschwindigkeit herumgetragen, die um so größer ist, je näher man sich am Äquator befindet. Das ist alles noch nicht weiter bemerkenswert, aber es wird relevant, wenn wir uns Luftmassen anschauen, die sich in Nord-Süd-Richtung bewegen. Luft am Äquator startet dort mit den vorhin erwähnten 1700 km/h. Wenn sie dann nach Norden strömt, bewegt sich die Erde unter der Luft aber langsamer. Oder anders gesagt: Luft die sich bewegt, wird immer in Richtung Osten abgelenkt, weil die Erde nach Osten rotiert. Das führt einerseits zu den bekannten Wirbeln der Hoch- und Tiefdruckgebiete, die genau aus diesem Grund Wirbel sind. Es führt aber auch dazu, dass der Jetstream instabil werden kann. Er kann quasi ein wenig zu wackeln anfangen. Auch hier sind die Details komplex, aber anstatt in einer perfekten Kreisbahn einmal um den Planeten herum kann ein Jetstream dadurch ein wenig mäandern, sich also in Wellen rundherum schlängeln. Solche Windstrukturen können instabil sein, oder aber nicht. Es kann sich - wieder vereinfacht ausgedrückt - so etwas wie eine stehende Welle bilden. Wenn der Jetstream gerade richtig hin und her schwingt, dann bildet sich ein Muster heraus, das quasi statisch ist. Wie genau so ein Muster aussieht, hängt von jeder Menge äußeren Bedingungen ab. Aber auf dem Saturn scheint es gerade so zu passen, dass das Windband sechs Ausbeulungen haben muss. Wir haben also immer noch eine atmosphärische Strömung, die sich einmal um den Nordpol des Planeten herum windet, das aber nicht entlang einer gerade Linie tut, sondern mal weiter nach außen läuft, dann wieder nach innen, dann wieder nach außen, und so weiter, bis sie am Ende wieder genau auf sich selbst trifft. Wir haben also eine wellenförmige Strömung, mit sechs Wellenbergen und -tälern und wenn sich so eine Welle einmal im Kreis um einen Planeten herum legt, dann sieht das aus wie ein Sechseck.

Natürlich ist es kein exaktes Sechseck. Dann müsste die Strömung ja alle 14.500 Kilometer in einem Winkel von 60 Grad abknicken, und das macht sie nicht. Der Jetstream um den Saturn-Nordpol ist eine ringförmige Strömung, die sechsmal regelmäßig ausgelenkt wird. Es sieht einem Sechseck nur sehr, sehr ähnlich und unser Gehirn ist sehr gut darin, Muster zu erkennen und zu ergänzen und gibt dem Wolkenmuster dort vermutlich auch noch eine Perfektion, die in echt nicht existiert.

So oder so: Die fast sechseckige Luftströmung auf dem Saturn ist beeindruckend. Die Cassini-Sonde hat zum Beispiel beobachtet, dass es zwischen 2013 und 2017 die Farbe geändert hat. 2013 war es noch deutlich bläulich; danach ist es gelb-bräunlich geworden. Der Grund hat vermutlich mit den Jahreszeiten auf dem Saturn zu tun. Die sind zwar nicht vergleichbar mit denen auf der Erde, aber auch hier kommt es darauf an, wie die Achse des Saturn gerade in Bezug auf die Sonne geneigt ist. Mal trifft Sonnenlicht auf den Nordpol und mal nicht, und wenn die Sonne auf die Gase der Atmosphäre dort scheint, kann das chemische Reaktionen und eine Art von Dunst erzeugen, der die Farbänderung verursacht. Und weil der Saturn für eine Runde um die Sonne gut 30 Jahre braucht, ist so eine Jahreszeit dort auch 7,5 Jahre lang. Zeit genug also, um sich ordentlich in der Atmosphäre auszuwirken.

Die Jahreszeiten sind also in der Lage, die Farbe des Sechsecks zu verändern. Das Sechseck selbst aber ist stabil und warum es schon so lange so stabil ist, ist immer noch unklar. Wir wissen auch nicht, was in den tieferen Schichten der Saturnatmosphäre los ist; wir sehen ja nur die äußeren Bereiche. Vielleicht gibt es weiter unten auch noch Sechsecke, die man von außen nicht sehen kann. Wir wissen auch nicht, warum es gerade ein Sechseck ist, das wir dort sehen. Im Prinzip können sich auch andere stehende Wellen ausbilden, die dann wie ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck aussehen würden.

Wir haben zwar viel Erfahrung mit der Atmosphäre der Erde, aber die ist quasi nichts im Vergleich zu den gewaltigen Atmosphären von Planeten wie Jupiter und Saturn. Die können wir nur von außen beobachten und wir wissen nicht, was in den tausenden Kilometer dicken Schichten aus Gas wirklich passiert. Bis jetzt haben wir noch keine Raumsonde dorthinein geschickt. Beziehungsweise nicht so, dass wir wissenschaftlich viel daraus gelernt hätten. Als der Cassini-Sonde im Jahr 2017 der Treibstoff ausgegangen ist, hat man sie in die Atmosphäre gesteuert. Aber dort ist sie schon in den äußersten Schichten ziemlich schnell zerstört worden. Aber vielleicht bauen wir irgendwann eine Raumsonde, die in der Lage ist, die extremen Bedingungen dort zu überleben. Die den enormen Druck und die hohen Temperaturen aushalten und die gewaltigen Winde überstehen kann. Dann können wir in die Gaswirbel von Jupiter und Saturn hineinfliegen und verstehen, wie so etwas faszinierendes wie das Saturn-Sechseck entstehen kann.