Entfernungen im Universum


Für uns Menschen, die sich nicht täglich mit der Astronomie beschäftigen – und auch für viele, die dies täglich tun – sind die Entfernungen in unserem Universum schlicht unvorstellbar. Sie sind so immens, dass wir dazu übergegangen sind, Entfernungen in Zeit zu messen. Zeit, die das Licht benötigt, um von einem Punkt im Universum zu einem anderen zu gelangen. Allerdings ist auch die Geschwindigkeit des Lichts für uns unbegreiflich und damit erschließt sich die wirkliche Größe des Universums für uns immer noch nicht.
Ich möchte Euch daher auf eine Reise durch unser Universum mitnehmen und wir werden uns dabei eine Vorstellung von der Größe des Universum erarbeiten. Wir beginnen unsere Reise ganz gemächlich und mit Entfernungen, die wir einordnen können. Dann arbeiten wir uns nach und nach zu höheren Geschwindigkeiten hoch. Während der Reise werde ich immer wieder Vergleiche mit Geschwindigkeiten anstellen, die ihr kennt und einordnen könnt, so dass sich am Ende das wahre Ausmaß des Universums erschließt.


Aber bevor wir starten, bitte ich Euch eine Seite des DLR zu besuchen. Dort gibt es eine maßstabsgerechte Darstellung unseres inneren Sonnensystems, in der man sich von der Sonne zur Erde scrollen kann und so eine Vorstellung von den Distanzen im inneren Sonnensystem erhält. Eine noch eindrucksvollere Version von Josh Worth zeigt das gesamte Sonnensystem auf einer Webseite. Allerdings braucht man hier beim Scrollen sehr, sehr viel Zeit, um von der Sonne bis zum Pluto zu gelangen. Wir werden weiter unten sehen, warum.

Entfernungen in unserem Sonnensystem

Beginnen wir mit dem Abstand der Erde zum Mond, der im Mittel ungefähr 400.000 Kilometer von der Erde entfernt ist.
Zum Vergleich: Der Erdumfang beträgt nur 40.000 Kilometer, also 1/10 der Entfernung Erde – Mond. Unser schnellstes terrestrisches Reisemittel, ein Passagierflugzeug, benötigt für die Umrundung der Erde gute 2 Tage. Ein Flug zum Mond würde mit dem Flugzeug daher knappe 3 Wochen dauern, allerdings ist ein Flugzeug nicht schnell genug, um der Anziehungskraft der Erde zu entkommen.
Wir brauchen also ein Raumschiff mit einer höheren Geschwindigkeit. Die Apollo der amerikanischen Mondmissionen schaffte bereits 40.000 km/h, war also 40 mal so schnell wie ein Passagierflugzeug. Die Apollo bräuchte für die Erdumrundung gerade mal eine Stunde und wenn man die Startphase und die Annäherung an den Mond mit einberechnet, gelang mit ihr der Flug zum Mond in wenigen Tagen.

Nehmen wir für die erste Etappe unserer Reise daher die Geschwindigkeit der Apollo als Referenz, um uns die Entfernungen in unserem Sonnensystem zu verdeutlichen. Wenn wir auf der Sonne starten würden, kämen wir mit unserem kleinen Raumschiff nach 60 Tagen am Merkur an. Der Abstand Sonne – Merkur ist damit fast hundertzwanzig mal größer als die Entfernung Erde – Mond. Die Venus umkreist die Sonne in einem knapp doppelt so großen Abstand wie der Merkur und wäre in 112 Tagen erreicht, aber bis zur Erde bräuchte die Apollo bereits 5 Monate. Wenn wir für diese Strecke in ein Flugzeug steigen würden, wären wir 200 Monate oder knapp 17 Jahre unterwegs. Unvorstellbar, nicht?

Fliegen wir weiter. Zum Mars benötigen wir mit der Apollo von der Erde aus weitere 3 Monate. Bis zum Jupiter würde die Reise von der Sonne aus 2 Jahre dauern und bis zum Saturn bereits 6 Jahre. Der Uranus ist 10 Jahre entfernt und der Neptun 13 Jahre.

Reisedauer mit einer Apollo von der Sonne zu den Planeten

Merkur60 Tage
Venus112 Tage
Erde5 Monate
Mars8 Monate
Jupiter2 Jahre
Saturn4 Jahre
Uranus8 Jahre
Neptun13 Jahre

 
13 Jahre bis zum Neptun? Und das, obwohl die Apollo mit 40.000 km/h schon recht schnell unterwegs ist und den Mond in weniger als einen Tag erreichen kann? Der Neptun ist also wirklich weit entfernt. Auch hier hilft wieder ein Vergleich: Bis zum Neptun wären wir mit einem Flugzeug bereits 520 Jahre unterwegs.

Unser Sonnensystem ist also riesig und das ist erst der Anfang. So erfolgreich die Apollo bei den Mondmissionen war, aber für einen Besuch der äußeren Planeten ist sie nicht zu gebrauchen. Und wenn wir unser Sonnensystem verlassen wollen, bekommen wir es mit ganz anderen Entfernungen zu tun. Eine Reise in realistischer Zeit zu den äußeren Planeten oder gar zu unseren direkten Nachbarsternen erfordert einfach eine viel höhere Geschwindigkeit. Bevor wir aber mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten, stellen wir zuerst den Bezug her, denn wir verstehen Größenordnungen am besten im Vergleich.
Wir erinnern uns: Für die Entfernung zum Mond benötigen wir mit einem Flugzeug etwas mehr als 18 Tage und mit der Apollo gute 10 Stunden. Das Licht braucht für die Strecke Erde – Mond nur 1,3 Sekunden. Das ist schnell, damit können wir arbeiten. Schauen wir uns daher ein paar Entfernungen in unserem Sonnensystem bei Lichtgeschwindigkeit an.

Reisedauer des Sonnenlichts zu den Planeten

Erde8 Minuten
Mars13 Minuten
Jupiter43 Minuten
Saturn1 Stunde 10 Minuten
Neptun4 Stunden 15 Minuten
Pluto5 Stunden 30 Minuten

 
Pluto, mittlerweile kein offizieller Planet mehr, liegt bereits im Kuipergürtel, einem Bereich außerhalb der Umlaufbahn des Neptuns, der von unzähligen kleinen und kleinsten Objekten und Protoplaneten bevölkert ist. Dort ist es schon sehr kalt und unsere Sonne ist nur noch als winziger Lichtpunkt zu sehen, aber mit Lichtgeschwindigkeit ist dieser weit entlegene Bereich unseres Sonnensystems nur eine Tagesreise entfernt.
Zum Vergleich: Mit der Apollo wären wir bis zum Pluto ca. 17 Jahre und mit einem Flugzeug gute 680 Jahre unterwegs. Für diese Reise wird sich kein Astronaut freiwillig melden. Könnten wir jedoch ein Raumschiff bauen, das so schnell wie das Licht flöge, würden die Entfernungen in unserem Sonnensystem ihren Schrecken verlieren. Leider lässt die Relativitätstheorie dies für massebehaftete Objekte nicht zu. Und selbst wenn es möglich wäre, würde es uns für interstellare Reisen nicht viel weiterhelfen, denn außerhalb unseres Sonnensystems steigen die Entfernungen noch einmal deutlich an.

Entfernungen zu den benachbarten Sternen

Bis Proxima Centauri, dem zu unserer Sonne nächstgelegenen Stern, ist das Licht bereits 4,3 Jahre lang unterwegs. Erinnern wir uns, bis Pluto benötigt das Licht nur etwas mehr als 5 Stunden. Nutzen wir noch einen weiteren Vergleich, um uns die Entfernung zu Proxima Centauri vorzustellen: Vor 40 Jahren hat die NASA die Voyager Sonden auf den Weg gebracht. Nach einigen Swing-By Manövern sind diese jetzt eineinhalb mal so schnell wie die Apollo und haben unser Sonnensystem bereits verlassen. Bei ihrer derzeitigen Geschwindigkeit benötigen die Sonden bis Proxima Centauri dennoch mehr als 38.000 Jahre. Und sollten wir die Reise nach Proxima Centauri mit dem Flugzeug antreten wollen, müssten wir gar 2,3 Millionen Jahre Reisezeit einplanen.
Es scheint also so, dass die Entfernungen im Universum exponentiell zunehmen. Wenn es noch technisch möglich erschien, Pluto mit einer Apollo zu erreichen, für eine Reise nach Proxima Centauri ist bereits eine völlig neue Raumschiffgeneration erforderlich. Wissenschaftler der NASA gehen zurzeit davon aus, dass mit hinreichend fortschrittlicher Antriebstechnologie 10% der Lichtgeschwindigkeit in der Zukunft im Bereich unserer Möglichkeiten liegen. Bis Proxima Centauri wären wir mit einem solchen interstellaren Raumschiff also 43 Jahre unterwegs – nicht gerade ein Katzensprung, aber vielleicht machbar.
Dummerweise hat Proxima Centauri offenbar nur einen planetarischen Begleiter, so dass diese Reise nicht sonderlich lohnenswert erscheint. Da sieht es bei Gliese 581 im Sternbild Waage schon bedeutend besser aus. Allerdings ist dieser Stern mit seinen Planeten bereits 20 Lichtjahre weit entfernt und unser fortschrittliches Raumschiff würde demnach 200 Jahre unterwegs sein. Wir bräuchten also schon ein sogenanntes Generationenschiff – für alle Besatzungsmitglieder eine Reise ohne Wiederkehr. Gar nicht auszudenken, wenn sich die Planeten von Gliese 581 bei der Ankunft als karge Felsen entpuppen würden.

Diese beiden Beispiele machen deutlich, wie weit allein schon unsere nächsten Nachbarsterne entfernt sind. Wenn wir uns gar aufmachen wollten, unsere eigene Heimatgalaxie, die Milchstraße, zu erkunden, ist selbst das Reisen mit Lichtgeschwindigkeit quälend langsam, denn unsere Milchstraße hat einen Durchmesser von gut 100.000 Lichtjahren. Unser interstellares Raumschiff würde für eine Durchquerung der Milchstraße also ca. eine Million Jahre benötigen. Und eine Apollo oder gar ein Flugzeug? Nun – rechnet einmal selbst.

Entfernung zu anderen Galaxien

Die Milchstraße ist wiederum nur ein winziger Fleck im Universum. Die nächste, größere Nachbargalaxie, der Andromedanebel, ist bereits 2,5 Millionen Lichtjahre weit entfernt. Eine Reise zum Andromedanebel mit unserem Raumschiff, das die Strecke Erde – Mond in 13 Sekunden zurücklegen kann, würde 25 Millionen Jahre dauern und damit wären wir erst bei unserer direkten Nachbargalaxie angelangt. Und das ist nur ein winziger Schritt im Vergleich zur Größe des Universums. Unser Universum hat nach aktuellem Stand der Wissenschaft eine sichtbare Ausdehnung von 14 Milliarden Lichtjahren, das ist 5600 mal so groß wie der Abstand zwischen dem Andromedanebel und unserer Heimat-Galaxie. An dieser Stelle endet unsere Reise und unsere Vorstellungskraft, denn unser Raumschiff ist einfach zu langsam, um das Universum zu durchqueren. Die Reise würde länger dauern, als das Universum bereits besteht und unser Raumschiff wäre langsamer, als die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum zurzeit ausdehnt. Eine Reise ans andere Ende des Universums ist unter diesen Umständen offensichtlich unmöglich und auch Reisen mit der physikalisch maximal möglich Geschwindigkeit, der Lichtgeschwindigkeit, würde es nicht besser machen.

Unser Universum ist also richtig, richtig groß und es gibt unendlich viel Platz. Und dieser Platz ist gefüllt mit hunderten Milliarden Galaxien. Das Hubble-Teleskop hat dies eindrucksvoll mit der Aufnahme des Hubble Deep Field gezeigt, denn auf einem mit dem bloßen Auge dunkel erscheinenden, nur stecknadelkopfgroßen Ausschnitt des Himmels wurden mit dem Teleskop 10.000 weit entfernt liegende Galaxien entdeckt.

Die Position der Erde im Universum (zur Vergrößerung klicken)

Angesichts der Größe des Universums erscheint es einfach unvorstellbar, dass wir die einzigen Lebewesen sein sollten, die die Evolution hervorgebracht hat. Aber es scheint ebenso unvorstellbar, dass wir anderen Mitbewohnern unseres Universums jemals begegnen könnten, denn zumindest mit konventionellen Antriebstechnologien ist dies aufgrund der Entfernungen im Universum einfach nicht möglich. Allerdings hält die theoretische Physik und erst recht die Science-Fiction alternative Antriebe und Technologien bereit. Und vor hundert Jahren erschien allein die Reise zum Mond wie pure Science-Fiction. Geben wir also die Hoffnung nicht auf.

Im nächsten Teil der Reihe geht es um große Sterne, Riesen und Überriesen. Nicht verpassen…


7 Antworten auf „Entfernungen im Universum“

  1. Gefällt mir mal wieder. Was für Astrophysiker olle Kamellen sind, schilderst du so, dass auch ein Laie eine ungefähre Vorstellung von der Größe unseres Universums bekommt, wenn er bereit ist, sich auf deinen Text einzulassen.

    1. Vielen Dank! 🙂

      Mit „bereit, sich auf den Text einzulassen“ meinst Du sicher die Länge des Beitrags, oder? Ja, es ist aktuell der umfangreichste Beitrag auf meiner Seite, aber ich habe genau diese vielen Beispiele und Vergleiche gebraucht, damit auch ein Neuling in der Materie an die Vorstellung herangeführt wird.

  2. Was aber irgendwie immer vergessen wird: Wenn wir uns auf eine von der Erde aus zB 25.000 Lichtjahre entfernte Galaxy bewegen, ist das eben der Zustand von vor 25.000 Jahren wenn wir also dahin reisen, sehen wir die Veränderung dieses Ortes bis zur aktuellen Zeit und Veränderung die dann eben wäre wenn wir dort ankämen. Je weiter weg der Ort also ist… . Und sollte es ihn bis dahin plötzlich nicht mehr geben… .

    1. Da hast Du natürlich recht. Wir sehen mit unseren Teleskopen gleichzeitig in den Raum, wie auch in die Vergangenheit. Die Navigation dürfte also ein ziemliches Problem werden, wenn wir wirklich mal überlichtschnelles Reisen beherrschen sollten.

  3. Vor allem würden wir bei überlichtschnellem Reisen vergangene Ereignis auf der Erde überholen und die Vergangenheit der Erde sehen, wenn wir auf sie zurückblicken. Also derartiges Reisen führt zu so vielen Paradoxien, dass man als SF-Autor schon einiges an Fantasie aufbringen muss, um ein halbwegs glaubwürdiges überlichtschnelles Reisen zu ermöglich. Und das braucht man, sonst käme man im Universum nicht wirklich voran, wie Oliver in seinem Artikel aufgezeigt hat.

    1. Überlichtschnell natürlich nur in Bezug auf die Strecke, nicht auf die Zeit. Das ist physikalisch nur mit einem Wurmloch korrekt möglich. Damit würde man in der Zeit des Bezugssystems bleiben und solche Paradoxa treten nicht auf.

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