2019
März
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Wie es im Inneren von Neptun oder Uranus aussieht

Das Innere von Riesenplaneten zu erforschen, ist keine leichte Aufgabe. Bis auf Weiteres werden wir es nicht schaffen, mit Sonden an Ort und Stelle zu messen, deshalb sind die Forscher auf Modelle angewiesen. Diese Modelle basieren auf dem, was sie über die Stoffe wissen, aus denen Eisriesen wie Neptun und Uranus bestehen.

Dabei sind Irrtümer allerdings nicht ausgeschlossen. Bisher nahm man zum Beispiel an, dass Kohlenstoff unter dem hohen Druck stets die Gestalt von Diamant annimmt. Kohlenstoff und Wasserstoff sind unter den häufigsten Elementen im Universum, und Neptun besteht wie Uranus zu großen Teilen daraus, etwa in Form von Methan. Je tiefer man in den Planeten vordringt, desto extremer werden die Verhältnisse. Zunächst entstehen komplexere Strukturen aus Kohlenstoff und Wasserstoff, und ganz innen trifft man dann auf einen festen Kern.

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Wie man ein Raumschiff mit Lasern zum nächsten Stern schickt

Das StarShot-Programm will Mini-Raumschiffe durch Laserbeschuss so beschleunigen, dass sie mit einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit in absehbarer Zeit unseren Nachbarstern Proxima Centauri erreichen. Die Technik klingt realisierbar, hat aber noch ein paar Hürden zu überwinden.

Stellen Sie sich vor, Sie müssten einen Ball mit einem Haartrockner in der Luft schweben lassen. Sie denken dabei sicher automatisch an einen Tischtennisball, der ein paar Zentimeter über dem Gebläse schwebt. Könnten Sie das Kunststück auch mit einen Fußball vollbringen, der sich zehn Meter über Ihnen befindet? Der Föhn müsste dann um einiges größer und stärker sein.

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Kann man auf dem Mars fliegen?

Natürlich kann man auf den Mars fliegen – aber auf dem Mars? Die Atmosphäre des Roten Planeten ist weitaus dünner als die der Erde. Der Druck an der Marsoberfläche liegt bei 0,00636 bar, was einem Hundertfünfzigstel des Drucks an der Erdoberfläche entspricht. Damit ein Flugzeug, das schwerer als Luft ist, starten kann, braucht es Auftrieb. In einer so dünnen Stmosphäre genügend Auftrieb zu erzeugen, ist schwierig – aber den Ingenieuren des JPL der NASA scheint es gelungen zu sein.

Sie wollen jedenfalls der Mars-2020-Rovermission der NASA einen kleinen Helikopter mitgeben, der dort in einer Höhe von bis zu fünf Metern autonom fliegen kann. Zum Vergleich: auf der Erde ist dieses Problem bisher nicht gelöst. Der Luftdruck entspricht dem Druck in der Erdatmosphäre in 35 Kilometern Höhe – und dorthin hat es noch kein Hubschrauber geschafft.

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Physiker drehen die Zeit zurück – ein bisschen

„Ach, könnte ich doch die Zeit zurückdrehen!“ Physikern scheint das gerade gelungen zu sein – zumindest im Quantenreich und mit kleinsten Teilchen. Das berichten sie im Wissenschaftsmagazin Scientific Reports. Eigentlich ist es unmöglich, das Rad der Zeit zu manipulieren. Das liegt daran, dass der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik zwischen Vergangenheit und Zukunft unterscheidet.

Die meisten anderen physikalischen Gesetze sind reversibel. Aber wenn der Zweite Hauptsatz ins Spiel kommt, verhält sich die Natur bockig, dann entwickelt sich alles immer nur in eine Richtung. Das Kartenhaus bricht von selbst zusammen, baut sich aber nicht von selbst wieder auf. Wärme fließt von selbst vom warmen zum kalten Körper, aber nicht in die andere Richtung (daraus leitet man schließlich auch ab, dass ein Perpetuum Mobile zweiter Art unmöglich ist).

Im Quantenreich, wenn die Objekte nur klein genug und die Zeitabstände nur kurz genug sind, gelten viele der alten Regeln jedoch nicht mehr. Hier kann etwas aus dem Nichts entstehen, hier ist es möglich, dass sich zwei Körper gleichzeitig am selben Ort aufhalten und dass zwei um Lichtjahre voneinander entfernte Teilchen gleichzeitig ihren Zustand ändern, ohne miteinander in Austausch zu stehen. Wenn Ihnen das komisch vorkommt, sind Sie in guter Gesellschaft, Einstein konnte sich Zeit seines Lebens nicht damit anfreunden.

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Wo findet man am leichtesten Zeichen für außerirdisches Leben?

Die Astronomen wissen heute, dass die meisten Sterne im Lauf ihres Lebens ein Planetensystem entwickeln. Insgesamt schätzt man, dass die Zahl der Planeten die der Sterne übertrifft. Im Mittel besitzt jeder Stern zwischen einem und zwei Planeten. Die Milchstraße mit ihren 200 Milliarden Sternen könnte demnach etwa 300 Milliarden Planeten aufweisen.

Dabei existiert eine große Variabilität. Es gibt Gasriesen, die sich in enger Umlaufbahn um ihren Mutterstern drehen und fast so heiß wie dieser sind. Es gibt Eisplaneten weit draußen, wie etwa Neptun im Sonnensystem, es gibt Planeten, die mit der Erde vergleichbar sind, und es gibt sogar eine große Zahl kosmischer Einzelgänger, die ganz ohne Stern durch die Einsamkeit des Alls rasen. Wie all diese Systeme konkret aussehen und ob dort dann auch Leben entstehen kann, das hängt von den näheren Umständen ab.

Diese zu erforschen, fällt den Astronomen gar nicht so leicht – vor allem, weil es um sehr große Entfernungen und um lichtschwache Objekte geht. Anders als Sterne leuchten ja Planeten nicht selbst! Wenn wir uns auf die Suche nach einem Exemplar machen, das Leben beherbergt, wäre es also hilfreich zu wissen, wo wir noch am ehesten darauf treffen. Natürlich in der habitablen Zone, wo flüssiges Wasser auf der Oberfläche existieren kann.

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Wie schwer ist die Milchstraße?

Wie viel wiegt unsere Heimatgalaxis, die Milchstraße? Es ist nicht einfach, die wahren Dimensionen eines Objekts zu bestimmen, in dem wir uns aufhalten. Oder können Sie vom Küchentisch aus die Größe eines Hauses bestimmen? Hinzu kommt, dass man einen großen Teil der Masse ja nicht einmal sieht, weil er zur Dunklen Materie gehört. So schätzt man zwar etwa 100 bis 300 Milliarden Sterne. Das ergibt eine sichtbare Masse von etwa 900 Milliarden Sonnen bei einem Durchmesser von 170.000 bis 200.000 Lichtjahren. Aber die sichtbare Masse genügt eben nicht, die Rotation der Sterne in unserer Galaxis zu erklären.

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Wie kann man in ein Schwarzes Loch hineinsehen?

Wenn Masse so stark konzentriert ist, dass der von ihr ausgehenden Gravitation nicht einmal mehr Licht entkommen kann, dann sprechen Physiker von einem Schwarzen Loch. Der Name trifft die physikalische Natur des Phänomens eigentlich nur unzureichend. Denn auch von einem Schwarzen Loch geht Strahlung aus, die so genannte Hawking-Strahlung. Außerdem versetzen Schwarze Löcher ihre Umgebung dermaßen in Aufruhr, dass sie auf keinen Fall unsichtbar bleiben: Da gibt es eine Akkretionsscheibe von Materie, die gerade in das Loch einströmt, es gibt jede Menge wirbelnder Magnetfelder – Sie brauchen kaum zu befürchten, aus Versehen in ein Schwarzes Loch zu fallen.

Aber was Sie sehen, kommt immer aus der Umgebung des Phänomens, nicht aus seiner Mitte. Das führt zu einem echten Problem. Wenn nämlich Materie in das Schwarze Loch fällt, geht sämtliche Information verloren, die damit verbunden ist. Das Schwarze Loch gibt sie ja nicht wieder her! Aber Information darf nicht einfach so verschwinden, glaubt man der Quantenmechanik. Das Problem bezeichnen Physiker als das Informations-Paradox des Schwarzen Lochs.

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Warum verhält sich Dunkle Materie in kleinen Galaxien anders als in großen?

Das wichtigste Kennzeichen Dunkler Materie besteht darin, dass sie nur über die Gravitation wechselwirkt. Und Gravitation ist als einzige der vier Grundkräfte immer anziehend. Dunkle Materie müsste sich deshalb eigentlich, egal wo man sie trifft, immer im Massenzentrum der jeweiligen Struktur ballen, ob es sich nun um eine kleine Galaxie oder einen riesigen Galaxienhaufen handelt.

Aber in der Realität sieht es anders aus: In Galaxienhaufen zeigt Dunkle Materie das erwartete Verhalten, in kleineren Galaxien jedoch verteilt sie sich deutlich stärker, als es der Fall sein dürfte. Das ließe sich damit erklären, dass die Dunkle-Materie-Teilchen wie Billard-Kugeln voneinander abprallen, also gestreut werden. Die Folge des Streuprozesses ist eine weitläufigere Verteilung.

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