{"id":49,"date":"2008-03-02T22:54:02","date_gmt":"2008-03-02T20:54:02","guid":{"rendered":"http:\/\/www.astrodicticum-simplex.de\/wordpress\/2008\/03\/02\/faszinierende-astronomie-warum-ist-es-nachts-dunkel\/"},"modified":"2008-03-03T11:44:11","modified_gmt":"2008-03-03T09:44:11","slug":"faszinierende-astronomie-warum-ist-es-nachts-dunkel","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.astrodicticum-simplex.de\/wordpress\/2008\/03\/02\/faszinierende-astronomie-warum-ist-es-nachts-dunkel\/","title":{"rendered":"Faszinierende Astronomie: Warum ist es nachts dunkel?"},"content":{"rendered":"

Es ist wohl die einfachste astronomische Beobachtung, die man machen kann: Tags\u00fcber ist es hell,\"Sternenhimmel\" nachts ist es dunkel! Diese Tatsache ist so fundamental das kaum jemand wirklich dar\u00fcber nachdenkt. Dabei lassen sich allein aus dieser simplen Beobachtung grundlegende Eigenschaften unseres Universums ableiten!<\/p>\n

Die Frage, warum es nachts dunkel ist, wird heute im Allgemeinen als „Olberssches Paradoxon“<\/em> bezeichnet. Es geht zur\u00fcck auf Heinrich Wilhelm Olbers<\/a> der sich 1826 \u00fcber genau dieses Problem Gedanken machte. Aber warum sollte man sich \u00fcber dieses Thema \u00fcberhaupt Gedanken machen? Eigentlich ist doch klar, warum es nachts dunkel ist: dann geht die Sonne unter (bzw. genauer: es dreht sich die Erde soweit, das der eigene Standort nicht mehr von der Sonne beschienen wird). Warum sollte es nachts nicht<\/em> dunkel sein?<\/p>\n

Die \u00dcberlegungen lauteten damals in etwa so: Im Universum gibt es \u00fcberall Sterne (unendlich viele) die mehr oder weniger gleichm\u00e4\u00dfig verteilt sind. Egal an welche Stelle des Himmels man blickt, man m\u00fcsste eigentlich immer einen Stern sehen! Das Licht eines Sterns erlischt nicht irgendwo unterwegs – auch wenn der Stern sehr weit weg ist, kommt etwas davon auf der Erde an. Der Himmel d\u00fcrfte also nicht dunkel sein – sondern vielmehr taghell! Was ist also der Grund daf\u00fcr, das es nachts trotzdem dunkel ist?<\/p>\n

Betrachten wir dazu die obigen \u00dcberlegen etwas genauer. (Jetzt kommt ein kleines bisschen Mathematik – aber keine Angst; es wird nicht schlimm! \ud83d\ude09 Wer trotzdem gleich zur Konklusio der Rechnungen springen will, kann das HIER<\/a> tun.)<\/em> Es wird davon ausgegangen, dass die Sterne das Universum gleichm\u00e4\u00dfig ausf\u00fcllen. Wenn jeder Stern nun eine bestimmte Leuchtkraft<\/a> L<\/em> hat, dann h\u00e4ngt die Energie f<\/em> die uns auf der Erde von einem Stern erreicht von dessen Entfernung d<\/em> ab. Und zwar quadratisch: je weiter der Stern entfernt ist, desto geringer ist auch die Energie, die ankommt – es gilt also<\/p>\n

f = L\/(4\u03c0d\u00b2) <\/strong><\/p>\n

Der Faktor 4\u03c0 kommt daher, das ein Stern seine Energie nicht nur in Richtung der Erde abstrahlt sondern kugelf\u00f6rmig in alle Richtungen.<\/font><\/p>\n

Denken wir uns nun eine Kugelschale voller Sterne, die die Erde in Abstand r<\/em> umgibt. Nennen wir die Dicke der Schale h<\/em> und gehen davon aus, das sich in einem Einheitsvolumen dieser Schale n<\/em> Sterne befinden, dann ist die Gesamtzahl N<\/em> der Sterne, die sich in der Kugelschale befinden n-mal das Kugelschalenvolumen. Also<\/p>\n

N= 4 \u03c0 r\u00b2 h n<\/strong><\/p>\n

Die gesamte Strahlungsenergie F<\/em>, die uns auf der Erde aus dieser Kugelschale voller Sterne erreicht ist also gleich f<\/em> mal N<\/em> oder<\/p>\n

F=L n h<\/strong><\/p>\n

<\/a>Das wichtige an diesem Ergebnis ist nun, das die gesamte Strahlungsenergie, die uns auf der Erde erreicht nicht von der Entfernung abh\u00e4ngt! <\/em>Je weiter weg die Sterne sind, desto schw\u00e4cher ist auch die Energie die uns erreicht; gleichzeitig steigt aber auch die Anzahl der Sterne, je weiter wir uns von der Erde entfernen. Diese beiden Effekte gleichen sich gegenseitig aus. Von den nahen Kugelschalen voller Sterne erhalten wir also genausoviel Licht wie von den weit entfernten! Wenn es also wirklich unendlich viel, gleich verteilte Sterne im Universum gibt, dann m\u00fcsste der Himmel tats\u00e4chlich taghell sein!<\/p>\n

Die Rechnung ist richtig – wir wissen aber, das der Nachthimmel nicht<\/em> dunkel ist. Irgendetwas muss also mit den urspr\u00fcnglichen Annahmen nicht stimmen. Aus heutiger Sicht ist die L\u00f6sung relativ leicht – aber 1826 (bzw. fr\u00fcher – denn dieses Paradoxon war auch schon vor Olbers bekannt) war die ganze Angelegenheit etwas komplizierter. Ich habe schon an anderer Stelle<\/a> erkl\u00e4rt, das es relativ lange gedauert hatte, bis man sich \u00fcber die generelle Struktur unseres Universums im Klaren war. Erst um 1920 herum fand man langsam heraus, das sich die Sterne in Galaxien anordnen. Und erst Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts konnte man vern\u00fcnftige Theorien \u00fcber die Entstehung und die Entwicklung unseres Universums aufstellen.<\/p>\n

Was sind also aus heutiger Sicht die Gr\u00fcnde daf\u00fcr, das der Nachthimmel dunkel ist? Einer der wichtigsten Gr\u00fcnde ist die endliche Lebensdauer der Sterne<\/strong>. Fr\u00fcher dachte man, Sterne w\u00e4ren wie das Universum ewig und unver\u00e4nderlich. Heute wissen wir das Sterne – wie alles andere – entstehen und vergehen. Die allerersten Sternen, die in unserem Universum entstanden sind, sind heute l\u00e4ngst schon wieder verloschen – die Annahme das unser Blick immer irgendwo am Himmel auf einen Stern trifft ist also nicht haltbar! Ausserdem wissen wir heute, dass auch das Universum nicht unendlich alt ist<\/strong> sondern irgendwann in der Vergangenheit entstanden ist. Licht bewegt sich schnell – aber mit endlicher Geschwindigkeit. Es kann also sein, das es Lichtquellen im Universum gibt, die so weit entfernt sind das uns ihr Licht bis heute noch nicht erreicht hat. Schlie\u00dflich wei\u00df man heute auch, dass sich das Universum ausdehnt<\/strong>. Die elektromagnetische Strahlung, die uns von bewegten Quellen erreicht, ist zu h\u00f6heren oder niedrigeren Frequenzen verschoben<\/a>. Wir k\u00f6nnen nur einen bestimmten Teil des elektromagnetischen Spektrums sehen. Verschiebt sich die Frequenz der Strahlung eines Sterns so weit, das sie ausserhalb des sichtbaren Bereichs f\u00e4llt, dann kann sie vom menschlichen Auge auch nicht mehr gesehen werden. Die Tatsache, das sich unser Universum ausdehnt f\u00fchrt also einerseits dazu, dass das Licht weit entfernter Sterne so stark verschoben ist, das wir es nicht mehr sehen k\u00f6nnen. Andererseits begrenzt die Ausdehnung des Universums auch die gr\u00f6\u00dfe des von uns beobachtbaren Bereichs (und damit die Anzahl der Sterne, die wir sehen k\u00f6nnen).<\/p>\n

Allein die Beobachtung, das es in der Nacht dunkel und am Tag hell ist, erm\u00f6glicht es uns also folgenden Aussagen \u00fcber unser Universum zu treffen:<\/p>\n