Wenn Sie jemals in den Nachthimmel geschaut und darüber nachgedacht haben, warum er nicht vollständig mit der nahezu unendlichen Anzahl von Sternen da draußen gefüllt ist, wären Sie nicht allein. Tatsächlich ist es eines der ältesten Rätsel der Astronomie, aber die Antwort ist nicht nur relativ einfach, sondern auch ziemlich aufschlussreich.
In diesem Auszug aus ihrem Buch Space:10 Things You Should Know , Astronom und YouTuber Dr. Becky erklärt die Wissenschaft hinter diesem kosmologischen Rätsel.
Warum der Nachthimmel dunkel ist
Die Frage, warum der Nachthimmel dunkel ist, wurde im Laufe der Jahrtausende von vielen Physikern und Philosophen gestellt, von den alten Griechen bis zu den Astronomen des 20. Jahrhunderts.
Es wurde im neunzehnten Jahrhundert von einem Deutschen namens Heinrich Olbers populär gemacht; ein Arzt bei Tag und ein Astronom bei Nacht. Während viele andere dieses Problem zuvor beschrieben hatten, formulierte Olbers eine Erklärung, die nach ihm benannt wurde:Olbers’ Paradox, manchmal auch als Dark-Sky-Paradox bekannt.
Sie denken vielleicht, dass es auf diese Frage eine einfache Antwort gibt:Sicherlich ist der Nachthimmel dunkel, weil die Sonne untergegangen ist? Aber während sich die Erde um ihre Achse dreht, um uns von dieser großen, lebensspendenden Lichtkugel abzuwenden, die immer an unserem Tageshimmel präsent ist, dreht sie sich zu unzähligen anderen Sternen.
Obwohl diese Sterne weiter entfernt sein mögen, gibt es noch viel mehr von ihnen – genug, um unseren Heimatstern eher unbedeutend erscheinen zu lassen. Die Antwort ist daher etwas tiefgründiger und gibt uns einen Einblick in die Natur des Universums, in dem wir leben.
Denken Sie zurück an das, was frühere Generationen über das Universum für wahr gehalten haben. Am Himmel sind die Sonne, der Mond, die Planeten und die Sterne, die nach dem Untergang immer wieder aufgehen würden. Diese Dinge waren bekannt und sie waren eine Konstante.
Basierend auf diesen Beobachtungen zogen unsere Vorfahren die folgenden Schlussfolgerungen über das Universum:
- dass es in alle Richtungen gleich war, weil man in jede Richtung, in die man blickt, Sterne sieht (wir nennen das ein homogenes Universum)
- dass es unveränderlich war und für immer gleich blieb, weil sich mit jedem Jahr nichts änderte (ein statisches Universum)
- dass das Universum unendlich war, denn als die Teleskope im Laufe der Jahrhunderte wuchsen, wurden immer mehr schwächere Sterne in jedem Teil des Himmels gefunden.
Wenn all diese Dinge über das Universum wahr sind, dann sollte jede Sichtlinie, jeder einzelne Ort, den Sie im Weltraum betrachten, schließlich auf einen Stern treffen.
Stellen Sie sich vor, Sie nehmen einen kleinen Fleck Himmel, vielleicht so groß wie Ihr Daumennagel, der auf Armeslänge gehalten etwa die Größe des Vollmonds hat. Probieren Sie es aus, wenn Sie das nächste Mal in den Nachthimmel schauen, und Sie werden feststellen, dass Sie den Mond mit Ihrem Daumen ausblenden können.
Wir sind uns beide bewusst, dass der Mond in Wirklichkeit viel größer ist als Ihr Daumen. Wenn ich annehme, dass mein Daumennagel ungefähr kreisförmig ist und einen Durchmesser von etwa 1,5 Zentimetern hat, könnte ich sogar 50.000.000.000.000.000 meiner Daumennagel auf der Mondoberfläche anbringen.
Der Grund, warum mein einziges Miniaturbild den ganzen Mond eine Armlänge von mir entfernt auf der Erde blockieren kann, liegt ganz an der Perspektive. Wenn wir uns vorstellen, dass mein Arm doppelt so lang werden könnte, dann bräuchte es bei doppelter Entfernung vier meiner Daumennagel, um den ganzen Vollmond auszublenden. Nochmals die doppelte Distanz und es würde sechzehn Thumbnails brauchen.
Wenn das Ausstrecken der Arme für Sie nicht genug Dehnung war, stellen Sie sich vor, dass mein Daumennagel auch leuchtet. Je näher es an mir ist, desto heller wird es erscheinen. Je weiter weg es ist, desto schwächer wird es sein. Das kennen wir alle vom nächtlichen Überqueren der Straße – die Entfernung eines Autos anhand der Helligkeit seiner Scheinwerfer zu beurteilen. Astronomen wissen seit langem, wie viel schwächer die Dinge mit der Entfernung werden, und wie bei der Perspektive hängt es vom Quadrat der Entfernung ab.
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Wenn wir also doppelt so weit weggehen, werden die Dinge viermal schwächer, denn 2² =2 x 2 =4. Dreimal weiter weg werden die Dinge neunmal schwächer. Zehnmal weiter weg, hundertmal schwächer. Wenn wir also zu meinem leuchtenden Daumennagel an meinem ausfahrbaren Arm zurückkehren – bei der doppelten Länge meines Arms brauche ich vier leuchtende Daumennagel, um den Mond auszublenden, aber sie werden viermal schwächer sein. Die beiden Effekte heben sich also auf, um Ihnen vier Miniaturansichten zu geben, die so hell sind wie die Miniaturansicht, die nur eine Armlänge von Ihnen entfernt ist.
Stellen Sie sich nun vor, dies auf das 100-fache meiner Armlänge zu bringen, wo wir 10.000 Miniaturbilder hätten, die 10.000-mal schwächer und dennoch so hell wären wie ein einzelnes Miniaturbild auf einer Armlänge – und so weiter bis ins Unendliche.
Leuchtende Thumbnails mögen eine etwas schwache Analogie sein, aber ich mag sie eher. Denn stell dir vor, dass wir statt eines leuchtenden Miniaturbildes einen Stern und statt einer Armeslänge ein Lichtjahr haben.
Selbst bei diesen viel größeren Objekten und Entfernungen gelten die gleichen Wahrheiten wie beim leuchtenden Daumennagel. Wenn ich einen Stern in einem Himmelsfeld in einem Lichtjahr Entfernung habe, hätte ich vier in demselben Feld in doppelter Entfernung, was viermal schwächer wäre.
Stellen Sie sich dies nun über den ganzen Himmel vor. Ein Himmel, der homogen, in alle Richtungen gleich und unendlich ist. Bei jedem einzelnen Lichtjahrschritt, in jede Richtung, in die wir schauen, hätten wir die gleiche Helligkeit wie ein einzelner Stern, der nur ein Lichtjahr entfernt ist. Und mit unendlich vielen Lichtjahrschritten wäre der Nachthimmel blendend hell! Warum ist der Himmel dunkel?
Ausgerechnet Edgar Allan Poe hat dies einmal in einem seiner vielen Essays angesprochen:
Wäre die Abfolge von Sternen endlos, dann würde uns der Hintergrund des Himmels eine gleichmäßige Leuchtkraft präsentieren, wie sie von der Galaxie angezeigt wird – da das alles absolut keinen Sinn haben könnte Hintergrund, an dem kein Stern existieren würde. Die einzige Weise, wie wir unter solchen Umständen die Leerstellen begreifen könnten, die unsere Teleskope in unzähligen Richtungen finden, wäre daher die Annahme, dass die Entfernung des unsichtbaren Hintergrunds so unermesslich ist, dass noch kein Strahl von ihm dazu in der Lage war uns überhaupt zu erreichen.
Edgar konzentrierte sich auf nur einen Grund, warum der Himmel dunkel sein könnte:weil das Universum nicht unendlich alt ist. Es hat ein bestimmtes Alter in Jahren seit seiner Entstehung.
Wenn wir diese Annahme zu unseren drei von oben hinzufügen – und unter Berücksichtigung, dass es Lichtzeit braucht, um zu uns zu gelangen, wenn wir mit der festgelegten Geschwindigkeitsbegrenzung reisen – folgt, dass wir nur das Licht der Sterne sehen können, das genug Zeit hatte, um dorthin zu gelangen uns seit Anbeginn der Schöpfung.
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Wir wissen jetzt, dass das Universum im Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren entstanden ist. Da das Licht also Zeit braucht, um uns zu erreichen, wird es ein „beobachtbares Universum“ geben, jenseits dessen wir blind sind und keine Sterne sehen können.
Aber das andere, was wir aus der Theorie des Urknalls wissen, ist, dass das Universum nicht unendlich ist. Es hat eine endliche Größe. Das Licht wird also nicht nur Zeit brauchen, um uns zu erreichen, wir werden auch nicht unendlich viele Lichtjahrschritte entlang einer einzigen Sichtlinie haben. Infolgedessen haben wir nicht die unendliche Anzahl von Sternen, die erforderlich sind, um den Nachthimmel hell zu machen.
Gleichzeitig müssen wir uns daran erinnern, dass das Universum ständig wächst, weil sich der Raum selbst ausdehnt. Diese Ausdehnung des Raums dehnt die Lichtwellen aus, die ihn durchqueren. Je weiter Licht im Universum wandert, desto stärker wird es rotverschoben.
Aber der Weltraum hat sich so stark ausgedehnt, dass das gesamte sichtbare Licht von den entferntesten Dingen im Universum über das sichtbare rote Licht hinaus in Infrarot und sogar Mikrowellen gedehnt wurde. Diese Wellen sind für unser schwaches menschliches Auge nicht mehr sichtbar, und so ist uns die wahre Brillanz des Nachthimmels in Wirklichkeit völlig verborgen.