2020
September
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Panspermie: Bakterienkolonien überleben im interplanetaren Raum

Deinococcus radiodurans ist ein besonders taffes Bakterium. Es lässt sich weder von Atombombenabwürfen noch vom Terror des leeren Raums irritieren. Könnte es als blinder Passagier von Planet zu Planet reisen? Stellen Sie sich mikroskopisch kleine Lebensformen vor, die durch den Weltraum transportiert werden und auf einem anderen Planeten landen. Die Bakterien, die geeignete Bedingungen für ihr Überleben finden, könnten sich dann wieder vermehren und auf der anderen Seite des Universums Leben hervorbringen. Diese als „Panspermie“ bezeichnete Theorie geht von der Möglichkeit aus, dass Mikroben zwischen Planeten wandern und das Leben im Universum verteilen könnten. Die Panspermie war lange Zeit umstritten, weil sie natürlich voraussetzt, dass Bakterien die lange Reise im Weltraum überleben und dabei dem Vakuum, den Temperaturschwankungen und der Strahlung widerstehen.

„Der Ursprung des Lebens auf der Erde ist das größte Rätsel des Menschen. Wissenschaftler können zu diesem Thema völlig unterschiedliche Standpunkte vertreten. Einige denken, dass Leben sehr selten ist und nur einmal im Universum vorkam, während andere meinen, dass Leben auf jedem geeigneten Planeten geschehen kann. Wenn Panspermie möglich ist, muss Leben viel öfter existieren, als wir bisher dachten“, sagt Dr. Akihiko Yamagishi, Professor an der Universität für Pharmazie und Biowissenschaften in Tokio und Hauptforscher der Weltraummission Tanpopo.

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Milchstraße vs. Andromeda: Die Kollision hat schon begonnen

Dass Milchstraße und Andromeda-Galaxie dereinst kollidieren und verschmelzen werden, ist unvermeidbar, obwohl heute noch 2,5 Millionen Lichtjahre zwischen ihnen liegen. Das Licht, das wir heute von Andromeda sehen, ist also vor 2,5 Millionen Jahren von dort ausgestrahlt worden. Die beiden mit Abstand schwersten Mitglieder der Lokalen Gruppe bewegen sich allerdings mit 120 Kilometern pro Sekunde aufeinander zu. In drei bis vier Milliarden Jahren (also noch zu Lebzeiten unserer Sonne) werden sich ihre bis zu 1,3 Billionen Sterne deshalb treffen. Nach weiteren etwa drei Milliarden Jahren wird sich daraus eine gigantische Elliptische Galaxie entwickelt haben, die „Milkomeda“ heißen könnte.

Doch der Zusammenstoß hat längst begonnen, wie Forscher mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops herausgefunden haben. In einer im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie beschreiben sie, wie sie im Rahmen eines Programms namens AMIGA (Absorption Map of Ionized Gas in Andromeda) den Bereich rund um die eigentliche Galaxie untersuchten, das sogenannte Halo. Dazu betrachteten sie das Licht von 43 Quasaren – den sehr weit entfernten, hellen Kernen aktiver Galaxien, die von Schwarzen Löchern angetrieben werden und sich weit hinter Andromeda befinden. Die Quasare sind hinter dem Halo verstreut, so dass die Wissenschaftler mehrere Regionen untersuchen konnten. Beim Blick durch das Halo auf das Licht der Quasare beobachtete das Team, wie dieses Licht durch das Andromeda-Halo absorbiert wird und wie sich diese Absorption in verschiedenen Regionen verändert. Das immense Andromeda-Halo besteht offenbar aus dünnem, ionisiertem Gas, das keine leicht nachweisbare Strahlung abgibt. Daher ist die Verfolgung der Absorption von Licht, das von einer Hintergrundquelle kommt, ein besserer Weg, um diese Region zu untersuchen.

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Mehr Einzelplaneten als Sterne in der Milchstraße?

Wenn Sterne geboren werden, geht es in ihrer Umgebung nicht eben zimperlich zu. Planeten wandern durch das junge System, das sein Gleichgewicht noch nicht gefunden hat. Wenn sie Pech haben, werden sie von größeren geschluckt – oder auch ganz aus dem System geworfen. Dann werden sie zu einsamen Wanderern, die das Universum als eiskalte Klumpen durchqueren, die nur sehr schwer zu entdecken sind.

Wie groß der Anteil solcher Einzelplaneten (englisch „Rogue Planets“) ist, weiß niemand. Denn kein normales Teleskop kann ihre überaus geringe Abstrahlung entdecken. Und durch Transits, wie bei normalen Exoplaneten, lässt sich ihre Existenz auch nicht herleiten, denn es gibt ja keinen Stern, den sie orbitieren.

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Wenn auf dem Mars der Himmel grün erglüht

Wenn auf dem Roten Planeten die Sonne untergegangen ist und die Temperaturen unter -62 Grad Celsius sinken, fängt ein Teil der Atmosphäre an zu leuchten. Es beginnt in etwa 70 Kilometern Höhe kurz nach Sonnenuntergang. Die so hell wie die Polarlichter der Erde leuchtenden, bis zu 1000 Kilometer großen Flecken ziehen dann mit etwa 300 Kilometern pro Stunde über den Nachthimmel. Künftige Astronauten werden sie allerdings leider nicht bewundern können – denn das Schauspiel erfolgt leider nur im Bereich des für uns unsichtbaren ultravioletten Lichts.

Den grünen Farbton auf den Fotos des Effekts, die zuerst die ESA-Sonde Mars Express anfertigte, haben die Forscher für eine Falschfarben-Darstellung der Intensität des UV-Lichts gewählt. Ganz neu ist, dass dank Aufnahmen der Maven-Sonde der NASA nun mehr über den Ablauf und die Quelle des Leuchtens bekannt ist.

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Der letzte seiner Art?

Sternströme bestehen aus Gruppen von Sternen, die sich gemeinsam auf einer Bahn bewegen. Meist handelt es sich um Überbleibsel kleiner Galaxien, die von einer größeren aufgenommen wurden, oder um ehemalige Sternhaufen. Beim vor vier Jahren entdeckten Phoenixstrom ist letzteres der Fall. Er war, wie Forscher jetzt in einem Artikel in Nature zeigen, einst ein Kugelsternhaufen, und zwar ein ganz besonderer.

Kugelsternhaufen sind an sich schon ganz spezielle Objekte. Stellen Sie sich den Nachhimmel voller gleißend heller Sterne vor, die alle noch deutlich heller leuchten als die hellsten Planeten des Sonnensystems. Der mittlere Abstand zwischen zwei Sternen eines Kugelsternhaufens liegt bei nur 0,1 Lichtjahren, während der nächste Stern von der Sonne 4,5 Lichtjahre entfernt ist. Pro Kubikparsec rechnet man mit 1000 bis 10.000 Sternen (in Sonnennähe liegt die Dichte bei 0,14 Sternen pro Kubikparsec).

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Zeitreisen im Quantenland: Wie man eine selbstheilende Realität erzeugt

„Schmetterlingseffekt“ heißt ein Begriff aus der nichtlinearen Dynamik, einem Teilbereich der Physik. Er tritt in Systemen auf, die drei Anforderungen erfüllen: Der Output ist nicht immer proportional zum Input („nichtlinear“), der Verlauf ist zeitabhängig, hängt aber nur vom Ausgangszustand ab („dynamisch“) und der Zufall spielt keine Rolle („deterministisch“, wenn A, dann B). Wenn diese drei Bedingungen erfüllt sind, kann eine geringe Änderung der Anfangsbedingungen zu großen Änderungen des Ergebnisses führen. Geprägt wurde er von dem Meteorologen Edward Lorenz, der sich dabei auf den Flügelschlag eines Schmetterlings im Amazonasbecken bezieht, der das Wetter in Texas beeinflussen könnte.

Verallgemeinert wird der Begriff heute immer dann verwendet, wenn eine kleine Ursache eine große Wirkung hat. Die Quantenwelt verhält sich nicht deterministisch, also kann man vom Schmetterlingseffekt hier eigentlich gar nicht sprechen. Es gibt allerdings Parallelen. Forscher untersuchen, wie schnell sich bestimmte Effekte in bestimmten Quantensystemen ausbreiten. Der wichtigste ist hier die Dekohärenz, also das unausweichliche, aber unerwünschte Verschwinden eines fragilen Quantenzustands zugunsten der normalen Welt. Dazu muss man wissen, dass Quantenzustände leider die Tendenz haben, sich wieder aufzulösen, und zwar durch Interaktion. Das erschwert es, nützliche Dinge wie etwa Quantencomputer zu bauen. Der Quanzenzustand ist geordnet, Dekohärenz verbreitet das Chaos, also nennt man auch diesen Prozess „Schmetterlingseffekt“.

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Wie viele Planeten passen in die habitable Zone eines Sterns?

Die bewohnbare Zone unseres Sonnensystems ist relativ eng. Mars, auf der äußeren Seite, liegt schon knapp außerhalb, Venus, der Sonne näher als die Erde, kreist noch nicht innerhalb. Von acht Planeten befindet sich nur die Erde in einem gerade richtigen Abstand zu ihrem Heimatstern. Auf das ganze Universum bezogen, würde eine solche Quote natürlich die Chancen verringern, bewohnbare Welten zu finden. Aber ist das Sonnensystem Ausnahme oder Regel?

Tatsächlich haben Astronomen andere Sternsysteme gefunden, in denen es besser aussieht. Um den Roten Zwerg Trappist-1 etwa kreisen gleich drei Planeten in der habitablen Zone. In einer Studie im Astronomical Journal hat sich der Astrobiologe Stephen Kane von der University of Colorado nun damit beschäftigt, was wohl die maximal mögliche Anzahl bewohnbarer Planeten wäre. Mit seinem Team hat er Modelle verschiedenster Planetensysteme getestet, um herauszufinden, wie ihre Mitglieder über die Jahrmilliarden miteinander interagieren.

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