Gravitation - Schwerkraft - Erdanziehungskraft

Gravitation, Erdanziehungskraft und Schwerkraft sind alle Begriffe, die sich auf die Kraft beziehen, die Objekte aufgrund ihrer Masse aufeinander ausüben. Die Erde hat eine bestimmte Masse und zieht deshalb alles in ihrer Nähe an, einschließlich uns. Diese Kraft wird als Erdanziehungskraft bezeichnet.Schwerkraft und Gravitation bedeuten dasselbe und beziehen sich auf die Kraft, die zwischen allen Objekten mit Masse im Universum wirkt. Die Schwerkraft hält uns auf der Erde und sorgt dafür, dass wir nicht ins All abdriften. Es ist auch die Kraft, die Planeten auf ihren Umlaufbahnen um die Sonne hält. Insgesamt beziehen sich Gravitation, Erdanziehungskraft und Schwerkraft alle auf dieselbe Kraft, die zwischen Objekten mit Masse wirkt. Die Unterschiede zwischen den Begriffen haben mehr mit der Art und Weise zu tun, wie die Kraft beschrieben wird, als mit der Kraft selbst.

Allerdings hat sich in der modernen Physik das Verständnis der Gravitation durch die Einstein'sche Relativitätstheorie geändert.  In dieser Theorie wird die Gravitation nicht als eigentliche Kraft, sonders als eine Krümmung der Raumzeit beschrieben, die durch die Anwesenheit von Masse und Energie in der Nähe verursacht wird. Die Krümmung der Raumzeit verursacht eine Beschleunigung, die die Bewegung von Objekten beeinflusst. Gravitation ist daher ein Resultat der Raumzeitkrümmung, die von der Anwesenheit von Masse und Energie verursacht wird. 

 

Der Erde entfliehen - in andere Galaxien reisen

Ein Pfeil, den du in den Himmel schießt, kommt dank der Erdanziehungskraft wieder zurück. Es ist eine Frage der Geschwindigkeit die Erde zu verlassen. Wenn eine Rakete von der Erdoberfläche startet, muss sie eine Geschwindigkeit von mindestens 7,9 Kilometern pro Sekunde (28 440 km/h) erreichen, um in eine Erdumlaufbahn (vgl. Satelliten) zu gelangen. Das ist die erste kosmische Geschwindigkeit.

Die zweite kosmische Geschwindigkeit ist die sogenannte Fluchtgeschwindigkeit von der Erde mit etwa 11,2 Kilometern pro Sekunde (40 320 km/h). So schnell muss ein Raumschiff sein, um das Gravitationsfeld der Erde zu verlassen bzw. um den Mond oder einen anderen Planeten in unserem Sonnensystem zu erreichen.

Die dritte kosmische Geschwindigkeit (42 km/s = 151 200 km/h) benötigt man, um unser Sonnensystem verlassen zu können. 

Die vierte kosmische Geschwindigkeit ist die Fluchtgeschwindigkeit aus unserer Galaxie, der Milchstraße. Sie liegt bei rund 320 km/s, das entsprechen unglaublichen 1 152 000 km/h . Alle diese Geschwindigkeiten sind deutlich schneller als die  Schallgeschwindigkeit (330 m/s = 1 080 km/h), jedoch deutlich langsamer als das Licht (300 000 km/s = 1 08 0 000 000km/h). Moderne Raketen erreichen heutzutage eine Geschwindigkeit, um beispielsweise zum Mars fliegen zu können. Die dritte und vierte kosmische Geschwindigkeit erreichen sie aber bei weitem nicht. Es gibt theoretische Konzepte für Raumschiffe, die eine viel höhere Geschwindigkeit erreichen könnten, wie zum Beispiel das Konzept des "Warp-Antriebs", aber diese Technologien sind derzeit noch nicht praktisch umsetzbar.

 

 

Wenn Sterne geboren werden - wenn Sterne sterben

Die Sonne ist kein Planet, sie ist ein Stern. Die Sonne leuchtet durch den Prozess der Kernfusion, bei dem Wasserstoffatome zu Helium verschmelzen. Dabei wird eine große Menge Energie in Form von Strahlung freigesetzt, die in alle Richtungen abgestrahlt wird, auch zu uns auf die Erde. Die Strahlung der Sonne besteht aus sichtbarem Licht und anderen Formen elektromagnetischer Strahlung wie Infrarot- und Ultraviolettstrahlung. Die Sonne ist ein riesiger Stern, der aus einer Masse von heißem, leuchtendem Gas, Plasma genannt, besteht. In der Sonne herrschen extrem hohe Temperaturen, die die Kernfusion ermöglichen und die Strahlung erzeugen, die wir als Sonnenlicht sehen.

Obwohl die Sonne sehr langlebig ist, wird sie nicht ewig leben. Gemäß wissenschaftlicher Modelle wird die Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren in eine neue Phase eintreten, die als "Roter Riese" bezeichnet wird. In dieser Phase wird sich die Sonne ausdehnen und ihre äußeren Schichten werden sich abstoßen, was zu einem erheblichen Verlust an Masse führen wird. Nach dieser Phase wird die Sonne zu einem weißen Zwergstern zusammenbrechen, der sehr heiß und dicht sein wird, aber keine Kernfusion mehr durchführen wird und allmählich abkühlt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sonne bereits etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist und daher noch etwa 5 Milliarden Jahre vor sich hat, bevor sie in die nächste Phase übergeht. Die Sonne wird also in absehbarer Zukunft immer noch genug Licht und Energie liefern, um das Leben auf der Erde zu unterstützen.

Die meisten Sterne haben einen Lebenszyklus ähnlich wie die Sonne. Der genaue Verlauf hängt von der Masse des Sterns ab. Kleine Sterne mit einer Masse von weniger als 0,5 Sonnenmassen werden nach vielen Milliarden Jahren zu weißen Zwergen, ohne eine Phase als Roter Riese zu durchlaufen. Sterne mit einer Masse zwischen 0,5 und 10 Sonnenmassen werden ebenfalls zu Roten Riesen, bevor sie zu Weißen Zwergen kollabieren. Größere Sterne mit einer Masse von mehr als 10 Sonnenmassen haben eine sehr kurze Lebensdauer und explodieren am Ende ihres Lebens als Supernova, bevor sie entweder als Neutronenstern oder als Schwarzes Loch enden. Jeder Stern hat also einen Lebenszyklus, der durch seine Masse bestimmt wird.

Die meisten der Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, gehören zur Milchstraße, unserer eigenen Galaxie. Die Milchstraße ist eine riesige, flache Scheibe aus Sternen, Gas und Staub, die sich spiralförmig um einen zentralen Bereich dreht. Wir leben in einem Arm der Milchstraße, der Orion-Arm genannt wird, und viele der Sterne, die wir sehen, sind in diesem Arm oder anderen Teilen der Milchstraße zu finden.

Das Sternbild Cassiopeia ist sehr auffällig und leicht am Abendhimmel zu finden. Ihre fünf hellsten Sterne bilden am Himmel den Buchstaben W (oder M, je nachdem, wie sie gerade stehen). Im Frühling steht das Sternenbild knapp über dem Horizont, Mitte im Herbst ist es dagegen hoch am Himmel zu finden. Cassiopeia rotiert um den Polarstern (Nordstern).  Das glitzernde Band der Milchstraße geht mitten durch Cassiopeia. Hinter den fünf hellen Sternen breitet sich ein dicht gewebter Sternenteppich aus. 

Es gibt auch andere Galaxien am Nachthimmel, die wir sehen können, wie beispielsweise den Andromeda-Nebel, aber diese sind viel weiter entfernt als die Sterne in unserer eigenen Galaxie. Die Entfernung zu diesen anderen Galaxien ist so groß, dass sie normalerweise nur mit Teleskopen betrachtet werden können. Der Stern, der  der Erde am nähersten steht,  ist Proxima Centauri, der wiederum Teil des Alpha Centauri-Sternsystems ist. Proxima Centauri ist etwa 4,24 Lichtjahre von der Erde entfernt, was etwa 40 Billionen Kilometern entspricht.

Neue Sterne werden ständig geboren. Sterne entstehen aus riesigen Wolken aus Gas und Staub, die als "Molekülwolken" bezeichnet werden. Wenn diese Wolken zusammenstürzen, erhöht sich der Druck und die Temperatur im Inneren, was schließlich zur Entstehung eines neuen Sterns führt. Dieser Prozess wird als Sternentstehung bezeichnet.

Die meisten Sterne, die in der Milchstraße und anderen Galaxien beobachtet werden, sind tatsächlich jung und wurden in den letzten paar Milliarden Jahren geboren. In einigen Regionen der Galaxie, wo es besonders viele Molekülwolken gibt, können Sterne sehr schnell entstehen, und es bilden sich Sternhaufen und junge Sternsysteme.

Die Entdeckung neuer Sterne und Sternsysteme ist ein wichtiger Bestandteil der modernen Astronomie, da uns dies hilft, mehr über die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Galaxien zu verstehen.

 

Schwarze Löcher kann man nicht sehen

Ein Schwarzes Loch ist ein astronomisches Objekt mit einer so großen Masse, dass es eine so starke Gravitationskraft erzeugt, dass nichts aus seinem Einflussbereich entkommen kann. Sogar Licht wird von der Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs angezogen und kann nicht entkommen, wodurch das Loch selbst schwarz erscheint und nicht direkt beobachtet werden kann.

Das Konzept des Schwarzen Lochs wurde erstmals Ende des 18. Jahrhunderts von dem britischen Astronomen John Michell vorgeschlagen. Die moderne Theorie der Schwarzen Löcher wurde in den 1960er Jahren von Wissenschaftlern wie Stephen Hawking und Roger Penrose entwickelt.

Schwarze Löcher entstehen, wenn sehr massereiche Sterne am Ende ihres Lebens kollabieren und ihre Masse auf einen winzigen Raum komprimiert wird. Man geht davon aus, dass sich im Zentrum fast jeder Galaxie ein supermassives Schwarzes Loch befindet, das Milliarden Sonnenmassen haben kann.

Die Eigenschaften von Schwarzen Löchern, einschließlich ihrer Größe und Masse, können durch die Untersuchung der Bewegungen der sie umgebenden Sterne und Gaswolken bestimmt werden. Schwarze Löcher sind ein wichtiges Forschungsgebiet der modernen Astronomie, da sie unser Verständnis grundlegender physikalischer Gesetze erweitern und uns helfen können, mehr über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien und des Universums im Allgemeinen zu erfahren.

 

Wurmlöcher - Zeitfenster in die Vergangenheit

Wurmlöcher sind mögliche (hypothetische) Strukturen in der Raumzeit, die als mögliche Verbindungen zwischen zwei verschiedenen Orten im Raum-Zeit-Kontinuum betrachtet werden. Sie wurden erstmals in Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie diskutiert. Nach dieser Theorie kann die Zeit nicht unabhängig vom Raum betrachtet werden, sondern ist Teil eines vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums. Bewegt sich ein Objekt in diesem Raum-Zeit-Kontinuum, so beeinflussen seine Geschwindigkeit und sein Einfluss auf die Raum-Zeit die Zeitwahrnehmung des Objekts.

Die Idee hinter einem Wurmloch ist, dass es eine Abkürzung im Raum-Zeit-Kontinuum darstellt. Wenn zum Beispiel ein Wurmloch zwischen der Erde und einem Stern existiert, könnte man durch das Wurmloch reisen, um den Stern viel schneller zu erreichen, als wenn man die konventionelle Raumfahrt nutzen würde. Mit anderen Worten, wenn ein Wurmloch zwischen zwei Orten existiert, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, könnte eine Person, die durch das Wurmloch reist, ihre eigene Zeitwahrnehmung verändern und in die Vergangenheit oder Zukunft reisen.

Trotz intensiver Suche und Forschung ist es Astronomen und Physikern bisher nicht gelungen, ein Wurmloch zu beobachten oder nachzuweisen.

Wurmlöcher sind eine faszinierende Vorstellung der modernen Physik und der Science Fiction. Obwohl es noch viele Fragen und Herausforderungen gibt, könnte die Forschung auf diesem Gebiet dazu beitragen, unser Verständnis des Universums und unsere Möglichkeiten für Raum- und Zeitreisen zu erweitern.

Es gibt jedoch einige theoretische Probleme und Herausforderungen, die mit der Idee von Zeitreisen durch Wurmlöcher verbunden sind. Eines der größten Probleme ist das sogenannte Großvater-Paradoxon, bei dem ein Reisender in der Zeit zurückreist und Ereignisse verändert, die dazu führen, dass er selbst nie geboren wird.

 

Kometen, Asterioden, Meteriodien, Metore und Meterioten im Vergleich

Kometen, Asteroiden, Meteoroiden, Meteore und Meteoriten sind allesamt Objekte im Sonnensystem, aber es gibt wichtige Unterschiede zwischen ihnen.

Kometen sind kosmische Schneebälle aus gefrorenem Wasser, Staub und Gestein. Sie bewegen sich auf elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne und sind oft von einer leuchtenden Koma (Gashülle) und einem Schweif aus Staub und Gas umgeben.

Asteroiden sind kleine, felsige oder metallhaltige Objekte, die sich hauptsächlich zwischen den Planetenbahnen aufhalten. Sie können von nur wenigen Metern bis hin zu Hunderten von Kilometern groß sein und bewegen sich auf einer Vielzahl von Umlaufbahnen um die Sonne.

Meteoroiden sind kleine, stückige Objekte, die durchs Sonnensystem fliegen. Sie können von Staubpartikeln bis hin zu größeren Brocken reichen. Meteoroiden, die in die Erdatmosphäre eintreten, werden als Meteore bezeichnet.

Meteore sind leuchtende Phänomene, die auftreten, wenn Meteoroiden in die Erdatmosphäre eindringen und dabei aufgrund der Reibung mit der Luft aufgeheizt werden. Dies verursacht eine leuchtende Spur am Himmel, die als Sternschnuppe bezeichnet wird.

Meteoriten sind die Überreste von Meteoroiden, die die Erdoberfläche erreicht  haben. Sie können aus Gestein, Eisen oder einer Kombination von beidem bestehen. Das Aussterben der Dinosaurier, das Rätsel um Tunguska 1908, oder die Autobeschädigung in den USA sind Beispiele vom Einschlag solcher Gesteine.

Zusammenfassend kann man sagen, dass Kometen und Asteroiden größere Objekte im Sonnensystem sind, während Meteoroiden, Meteore und Meteoriten kleinere Objekte sind, die von ihnen stammen können. 

Tipp: Die Tage um den 12. und 13. August sind bekannt für ein alljährliches Meteorereignis, das als "Perseiden" oder "Perseidenschauer" bezeichnet wird. Diese Sternschnuppen sind Teil eines Meteorstroms, der von den Überresten des Kometen 109P/Swift-Tuttle verursacht wird. Wenn Staub- und Trümmerpartikel, die der Komet auf seiner Bahn hinterlassen hat, die Umlaufbahn der Erde kreuzen, dringen diese Partikel in die Erdatmosphäre ein und erzeugen beim Verglühen die charakteristischen hellen Streifen am Himmel, die als Sternschnuppen oder Meteore bezeichnet werden. Die Perseiden sind besonders bemerkenswert, weil sie in der Regel eine hohe Anzahl von Sternschnuppen pro Stunde erzeugen können, in Spitzenjahren manchmal bis zu 60 oder mehr. Der Grund dafür ist, dass die Erde während dieser Zeit durch eine besonders dichte Region von Kometenstaub fliegt. Um dieses Ereignis optimal genießen zu können, sollte man sich an einem Ort mit möglichst wenig Umgebungslicht aufhalten, die Nacht dort verbringen und den Himmel beobachten.

 

Stringtheorie - die Physik der Zukunft

Die Stringtheorie ist eine Theorie, die versucht, alle Teilchen und Kräfte im Universum durch winzige eindimensionale Fäden (Strings) zu erklären, anstatt sie als einzelne Punktteilchen zu betrachten. Diese Strings können unterschiedliche Schwingungen haben, ähnlich wie Saiten eines Musikinstruments, und jede Schwingung erzeugt ein anderes Teilchen. Auf diese Weise kann die Stringtheorie die Existenz aller Teilchen und Kräfte im Universum erklären.

Die Stringtheorie besagt auch, dass das Universum mehr als nur die vier uns bekannten Dimensionen haben könnte. In unserer Alltagserfahrung haben wir drei räumliche Dimensionen und eine Zeitdimension. Die Stringtheorie erfordert jedoch mindestens sechs zusätzliche Dimensionen, die so winzig sind, dass wir sie nicht direkt beobachten können.

Obwohl die Stringtheorie noch nicht vollständig verifiziert ist, haben Forscher auf diesem Gebiet wichtige Erkenntnisse gewonnen, wie zum Beispiel die Entdeckung von Dualitäten, die besagen, dass scheinbar unterschiedliche Theorien tatsächlich gleichwertig sind. Die Stringtheorie bleibt jedoch eine der anspruchsvollsten und faszinierendsten Theorien in der Physik, die weiterhin erforscht wird.

Die Stringtheorie ist eng mit der Quantenphysik verbunden. In der Tat ist die Stringtheorie eine quantentheoretische Theorie, die versucht, die Kräfte der Natur auf eine Weise zu vereinheitlichen, die mit der Quantenphysik einher geht.

Ein zentraler Aspekt der Quantenphysik ist das Konzept von Teilchen und Wellen. Teilchenverhalten und Wellenverhalten scheinen in der klassischen Physik gegensätzliche Konzepte zu sein. In der Quantenphysik jedoch können Teilchen Wellencharakteristiken zeigen und umgekehrt.

In der Stringtheorie haben die Strings auch wellenartige Eigenschaften, was zu neuen quantenmechanischen Effekten führt. Zum Beispiel kann die Stringtheorie dazu beitragen, die sogenannte Quantengravitation zu erklären, die auf klassische Weise nicht zu erklären ist. Die Quantengravitation beschreibt die Art und Weise, wie die Gravitation auf einer quantenmechanischen Ebene wirkt, insbesondere bei sehr hohen Energien oder bei extremen Gravitationsbedingungen wie in der Nähe von schwarzen Löchern.

Daher ist die Stringtheorie eine der führenden Kandidaten für eine Theorie, die die Quantenphysik und die Gravitation vereinheitlicht. 2022 erhielt der österreichische Quantenphysiker Anton Zeilinger einen Nobelpreis für seine wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Bereich.