Arnold Benz - Das geschenkte Universum

In einer mondlosen Nacht sind Planeten und nahe Sterne die augenfälligsten Erscheinungen am Himmel. Mit etwas Übung und besonders am Himmel in der südlichen Hemisphäre sind auch Sternhaufen und interstellare Dunkelwolken leicht auszumachen. Sie alle sind miteinander direkt verbunden, denn genau in solchen Wolken entstehen Sternhaufen, also auch Sterne und Planeten wie Sonne und Erde. Es ist eine spannende Geschichte, wie es zu dieser Erkenntnis kam. Dass sich Sterne in interstellaren Gaswolken bilden, wurde zwar schon lange vermutet, aber selbst die größten Teleskope konnten dies nicht enthüllen.

Kleinste Staubkörner schweben an vielen Orten im All und vermindern das Licht, je dichter die Staubkörnchen und je länger die verstaubte Strecke. Die Körnchen sind lose Gebilde aus Kohlenstoff und Silikaten, weniger als ein tausendstel Millimeter groß. In Dunkelwolken ist der Staub im Verhältnis zum gewöhnlichen interstellaren Raum millionenfach konzentriert. Trotzdem findet man darin nur etwa ein Stäubchen im Volumen eines Wohnzimmers. Man soll sich daher Dunkelwolken nicht als schmutzige Hinterzimmer vorstellen. In den besten Reinräumen der Produk­tionshallen von Computerchips schwebt der Staub hundertmal dichter. Nun sind aber diese Wolken derart groß, dass selbst die wenigen Staubkörnchen sich über die lange Distanz aufaddieren und das Licht vollständig absorbieren. Kein noch so schwacher Glanz von Sternen dringt nach außen. Sobald sich das interstellare Gas und die darin enthaltenen Staubkörner zu einer Wolke zusammenballen, geht der Vorhang diskret zu. Die Geburt der Sterne entzieht sich unseren Blicken.

Aber nicht ganz: Die moderne Technik macht es möglich, Licht in anderen Wellenlängen zu beobachten, als unsere Augen sehen können. Für Wellenlängen, welche die Größe der Staubkörner übertreffen, sind die Dunkelwolken durchlässig. Als es in den 1960er Jahren möglich wurde, Wellen mit Längen von Millimetern zu empfangen, stellten die Astronomen erstaunt fest, dass aus diesen Wolken Signale von Molekülen entweichen. Bis zu dieser Zeit dachten die Astronomen bei Molekülen vor allem an die Atmosphären von Planeten. Es war völlig unerklärlich, wie Moleküle im interstellaren Raum entstehen können. Mit den Jahren wurde es klar, dass die Moleküle nicht nur existieren, sondern sogar die Hauptrolle in Dunkelwolken spielen. Diese bestehen vor allem aus einem Gas von Molekülen, und der Staub hat nur einen Anteil von etwa einem Prozent an der Masse einer Wolke. Daher spricht man heute von Molekülwolken. Nicht nur der Staub ist darin angereichert, auch das molekulare Gas ist millionenfach dichter als in der Umgebung. Das weitaus häufigste Molekül, das Wasserstoffmolekül, besteht aus zwei Wasserstoffatomen und hat die Form einer kleinen Hantel der Größe von drei Atomradien. Das Molekül bewegt sich infolge seiner thermischen Energie mit einigen hundert Metern pro Sekunde durch den Raum.

Handelt es sich wirklich um Wolken zwischen den Sternen? Sind es auch nicht einfach große Gewitterwolken, so gibt es aber durchaus einige äußerliche Ähnlichkeiten zwischen interstellaren und irdischen Wolken. Wolken in der Erdatmosphäre enthalten ebenfalls Gas sowie kleine Partikel, fest gefroren oder flüssig, welche das Licht absorbieren. Irdische Wolken sind weiß, wenn sie das Sonnenlicht anstrahlt. Nachts hingegen, wenn auch der Mond nicht scheint, wirken sie dunkel gegen das Sternenlicht. Natürlich, es gibt den Größenunterschied von etwa einer Billiarde (eine Eins gefolgt von fünfzehn Nullen, 1015) zwischen irdischen und interstellaren Wolken. Kosmische Wolken haben Durchmesser von einigen hundert Lichtjahren. Mit Lichtgeschwindigkeit (300 000 Kilometer pro Sekunde) würde es demnach einige hundert Jahre brauchen, um eine Wolke zu durchfliegen. Die Temperatur ist tiefer als minus 200 Grad Celsius, und das Gas ist weniger dicht als das beste Vakuum in irdischen Laboratorien. Dennoch würde die Masse ausreichen, um Tausende, wenn nicht Millionen von Sonnen zu bilden.

Der größte Unterschied zu Erdwolken ist die Unregelmäßigkeit. In den interstellaren Wolken fliegen die Fetzen. Wolkenteile bewegen sich mit Überschallgeschwindigkeit und bilden Schockwellen, wenn sie aufeinanderstoßen. Es gibt Dichteunterschiede von mehreren Zehnerpotenzen. Ultraviolett-Strahlung von Nachbarsternen heizt die Wolke und lässt an der Oberfläche den Staub verdampfen. Ausgebrannte, massereiche Sterne in der Wolke explodieren als Supernova und bilden blasenförmige Hohlräume. Magnetfelder übertragen Wellen von einem Ende ans andere. Aber das Wichtigste: Molekülwolken bergen ein Geheimnis. Sterne und Planeten entstehen in ihnen, und es ist bei weitem nicht klar, wie das vor sich geht.

Am Anfang schien alles sehr einfach. Als sich Isaac Newton (1643–1727) Gedanken darüber machte, wie die Sonne und andere Sterne entstehen konnten, ging er von der kosmischen Wirkung der Schwerkraft aus. So wie die Erde einen Apfel anzieht, bis er schließlich vom Baum fällt, so ziehen sich auch die Himmelskörper und Gaswolken an. Wäre nun die Materie im unendlichen Raum ursprünglich gasförmig gewesen, hätten zufällige Schwankungen in der Dichte lokale Unterschiede in der Schwerkraft gebildet. An Orten mit leicht erhöhter Schwerkraft hätte sich, so Newton, das Gas zusammenziehen und einzelne Sterne bilden können.1 Typisch für Newton und die Physik nach ihm ist die Abfolge von Ursache und Wirkung. Ursache ist eine Kraft, hier die Gravitation, und ihre Wirkung ist eine beschleunigte Bewegung. Natur ist nicht Anarchie, sondern folgt einer Ordnung, die sich mit mathematischen Gleichungen beschreiben lässt. Newtons revolutionäre Erkenntnis war, dass im Kosmos die gleichen Regeln gelten wie auf der Erde.

Newtons Spekulation stand in einem größeren Zusammenhang.2 Er ging noch ganz von der Vorstellung aus, dass Sterne unbeweglich im Raum stehen. Der Name »Fixstern« ist zwar heute selten geworden, kündet aber von jenem Weltbild aus der Antike und dem Mittelalter, das noch nicht von den unglaublich großen Geschwindigkeiten der Sterne wusste. Die Bewegungen waren damals wegen ihrer großen Entfernung noch nicht beobachtbar. Für Newton waren Sterne zwar unbeweglich, aber bereits nicht mehr an einer Himmelssphäre fixiert, sondern im Raum verteilt. Er wurde von einem jungen Theologen, Richard Bentley, angefragt, warum die Sterne, die sich gegenseitig infolge der Schwerkraft anziehen, nicht zu einem größeren Objekt zusammenfallen. Galt in der Entfernung der Sterne das Gesetz der Gravitation nicht mehr? Newton war die Universalität seiner Theorie betreffend nicht zum Nachgeben bereit und spekulierte, dass die Sterne in einem unendlichen Raum so gleichmäßig verteilt seien, dass sich die Anziehung zwischen den Massen gegenseitig aufhebe. Allerdings musste Newton zugeben, dass dies eine enorme Präzision verlange. Die kleinste Abweichung würde zur Katastrophe führen.

In der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts bezogen solche Diskussionen weitere Hintergründe ein. Eigentlich war es Bentleys Frage, ob Gott eine so perfekte Welt erschaffen habe, dass er ihr den Rücken kehren und sie sich selber überlassen konnte. Durch Bentleys Fragen herausgefordert, suchte Newton nach Antworten, um seine Gravitationstheorie zu verteidigen. Typisch für ihn: Er suchte die Antwort in der Natur selbst. Mit Daten aus Sternkatalogen wies er nach, dass die Sterne in der Umgebung der Sonne in der Tat ungefähr gleichmäßig verteilt sind. Doch für die Stabilität der Sterne bezüglich der gegenseitigen Anziehung konnte er keine physikalische Lösung finden. Er postulierte – ebenfalls typisch für ihn und seine Zeit – dass Gott von Zeit zu Zeit eingreife und den Kollaps verhindere, indem er die Sterne wieder an ihren angestammten Platz zurückschiebe. Gott hatte in Newtons Weltbild nicht nur die Aufgabe des Uhrmachers, der am Anfang das kosmische Wunderwerk schuf, sondern auch des dringend notwendigen Servicemonteurs, der es am Laufen hielt. Newton vermutete Gott nicht in der Gravitation, aber im unergründlichen Geheimnis hinter der Gravitation und anderen Kräften. »In Ihm sind alle Dinge enthalten und in Ihm bewegen sie sich.«3 Er erweiterte die Idee der göttlichen Fürsorge von der Ebene menschlicher Lebenserfahrung in kosmische Dimensionen. Somit revidierte er das damals verbreitete Paradigma des Universums als eines von Gott für immer und ewig erschaffenen Uhrwerks um ein entscheidendes Element: Gott als Erhalter der Welt.