Blindnerd – Wissenschaft und Technik blind erleben

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Meine lieben,
eines der größten Wunder, das Leben überhaupt möglich macht, ist die Flüssigkeit, die ungefähr drei Fünftel unserer Erde bedeckt, das Wasser.
Völlig zurecht gibt es so viele Sprichwörter, die Wasser beinhalten. Ich bin sicher, dass jedem gleich einige einfallen.

Neben seiner Eigenschaft, dass es flüssig ist, hat es weitere, die es eben zum Wunder werden lässt. Lasst uns heute mal über Wasser staunen.

1. Die Form des Wassers

Wasser (H2O)besteht aus zwei Wasserstoff-Atomen und einem Sauerstoff-Atom.
das verleiht ihm eine ganz besondere Form, woraus sich viele seiner einzigartigen Eigenschaften ergeben.
An einer Blindenschule, an der ich war, verwendeten wir zur Veranschaulichung von Molekülen eine Tafel auf welcher man diese mittels verschiedener Bausteine legen konnte.
Der Sauerstoff war eine Art Halbmond, an dessen Spitzen man weitere Bausteine anlegen konnte.
Der Wasserstoff war ungefähr eiförmik, wobei die Spitze des Eis sehr scharf ausgepräkt war.
Legte man nun Wasser, so entstand ein offenes Dreieck. Zwei Ecken bildeten die Wasserstoffe, und dad dritte rundliche Eck der Baustein des halbmondförmigen Sauerstoff-bausteins.
Das trifft die Veranschauung auch ganz gut, wenn sehende Chemiker das zeichnen.

2. Brückenbildung

Ein Wassermolekül wirkt wie ein kleiner Stabmagnet. Am Sauerstoff-Ende ist es etwas negativ- und an den gegenüberliegenden Wasserstoffen etwas positiv geladen. Das liegt daran, weil der Sauerstoff die Bindungselektronen des Wasserstoffes etwas näher zu sich hin ziehen kann.
Durch diesen Dipol-Charakter bilden die Wasserstoffmoleküle untereinander Brücken aus, indem sich ein Wasserstoff eines Wassermoleküls an den Sauerstoff eines weiteren quasi anlehnt und etwas festhält.
Das verleiht Wasser seinen tiefen Schmelzpunkt bei 0 Grad, und seinen hohen Siedepunkt bei 100 Grad und Normaldruck.
Ein so leichtes Molekül wäre ohne diese Eigenschaft bei Raumtemperatur gasförmig.

3. Dichteanomalie

Seine größte Dichte nimmt Wasser bei 4 Grad C ein. Dort ist es aber noch flüssig. Zu Eis wird es erst bei 0 Grad. Merkwürdigerweise steigt aber dann sein Volumen. Deshalb schwimmen Eiswürfel. Für das Leben im Wasser ist diese wunderbare Eigenschaft ganz wichtig, denn nähme Wasser seine größte Dichte als Eis ein, dann frören Sehen und Flüsse von unten her zu und würden die darin lebenden Lebewesen erdrücken.
Und weihnachtliches Eislaufen wäre natürlich auch nicht möglich.
Eine Eisdecke hält aber darunterliegendes Wasser warm und seine Bewohner schützend am Leben.
Auftauen benötigt verblüffend viel Energie. Ich staune immer wieder, wie lange sich Schnee in den Bergen halten kann, bis er sich nicht mehr gegen die Sonne wehren kann.

4. Wärmekapazität

Wasser kann sehr viel Wärme aufnehmen, ohne selbst wesentlich wärmer zu werden. Das stabilisiert und reguliert unser Klima.
Man merkt diese Eigenschaft sehr, wenn man im Sommer darauf wartet, bis die Sonne endlich den Pool aufgeheizt hat.
Bergseen bleiben auch im Sommer oft sehr kalt.

5. Hohe Verdampfungswärme

Wasser in Dampf umzuwandeln braucht viel Energie. Das kennt jeder vom Wasserkocher her.
Diese Eigenschaft macht es zu einem hervorragenden Kühlmittel. Und das ist in der Biologie z. B. bei der Kühlung durch Schwitzen sehr wichtig.
Aber auch unsere gute alte Dampflock funktionierte nicht, hätte Wasser nicht diese tolle Eigenschaft.

6. Lösungsmittel

Wasser ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel für viele Substanzen (Salze, Gase, organische Moleküle), da es polare Moleküle und Ionen umhüllen kann. Dadurch ist es essenziell für chemische Reaktionen in biologischen Systemen.
Erst gestern habe ich eine Entdeckung gemacht, die mich mal wieder an diese verblüffende Eigenschaft erinnerte.
Kennt ihr das? Ihr lauft mit eurem Blindenstock mit Rollspitze durch Laub, oder was vor allem in Herbst und Winter so herrum liegt. Plötzlich merkt ihr, dass eure Spitze sich nicht mehr dreht, und der Stock nur noch schwer zu steuern ist. Daheim angekommen, versucht ihr das Problem unter fließendem Wasser und Drehen der Spitze zu lösen. Meistens klappt das nicht. Geht ihr dann aber mit so einem bockigen Stock durch Regen, dann funktioniert er plötzlich wieder. Das habe ich jetzt mal mit destilliertem Bügeleisen-Wasser nachgestellt. Und siehe da, es klappte.
Weiches Regenwasser und auch das destillierte haben einfach noch mehr von dieser tollen Eigenschaft, als Leitungswasser mit seinem Kalk, Rost und was sonst eben noch so drin ist.

7. Kohäsion und Adhäsion

Die starke Kohäsion zwischen Wassermolekülen sorgt für Oberflächenspannung, wodurch z. B. Insekten auf Wasser laufen können. Die Adhäsion ermöglicht Kapillareffekte, z. B. das Aufsteigen von Wasser in Bäumen bis in ihre Kronen hinauf.
Wer schon mal einen Putzlappen versehentlich mit einer Ecke in das Putzwasser hängen ließ, bemerkt, dass nach einigen Stunden plötzlich auch der außen hängende Teil des Lappens klatschnass ist, vielleicht sogar noch drum herum. Dieses verdanken wir dann genau dieser Eigenschaft des Wassers.

8. Transparenz

Wasser ist durchsichtig. Das ermöglicht die Photosynthese in aquatischen Pflanzen und sorgt für die Lebensfähigkeit von Ökosystemen in Gewässern.

9. Chemische Flexibilität (Amphoterie)

Wasser kann sowohl als Säure als auch als Base reagieren, was es zu einem Schlüsselmedium für chemische Reaktionen macht, insbesondere in biologischen Systemen.
Wir erleben diese Eigenschaft häufig dann, wenn Früchte, z. Tomaten oder Kirschen, aufplatzen, weil es zu regnerisch war.
Innen sind die Früchte chemisch gesehen eher sauer, und außen ist der nasse Regen eher eine Lauge.
Der Versuch der Natur, das chemische Gleichgewicht herzustellen, zerreißt die Fruchthaut.
Diese Kraft, Osmose genannt, ist so stark, dass man schon Versuche unternommen hat, Kraftwerke mit Süß. und Salzwasser damit zu betreiben.
Und Vorsicht. Diese Kraft ist auch dafür verantwortlich, dass es äußerst gefährlich ist, destilliertes Wasser zu trinken. Es ist zu rein und chemisch agressiv für uns.

10. Elektrische Eigenschaften

Wasser ist kein guter Leiter für Strom, was die Bildung und Stabilität von Ionen in chemischen Lösungen erleichtert. Dies ist entscheidend für viele biochemische Prozesse.
Die älteren unter uns wissen noch, dass man früher immer danach schauen musste, ob noch genügend Wasser in der Autobatterie war.

Fazit

Wasser vereint Eigenschaften, die für das Leben und die Erde essenziell sind, wie die Dichteanomalie, die hohe Wärmekapazität und seine Rolle als Lösungsmittel. Diese einzigartigen Merkmale machen es zu einer unverzichtbaren Grundlage für alle bekannten Lebensformen.
Es ist ganz wichtig, dass wir diesen Lebenssaft hüten und bewahren. Wir müssen ihn schützen und sauber halten. Bedenkt, dass das meiste Wasser hier auf Erden Salzwasser ist. Man kann es nur unter sehr hohem Energieaufwand bekömmlich machen. Es war für mich wirklich eine ganz verblüffende Erfahrung, als mir auf Mallorka erklärt wurde, dass wir nicht so oft duschen sollen, um Wasser zu sparen. Das ganze Wasser um die Insel herum ist eben nicht brauchbar…
Seien wir uns gerade in dieser besinnlichen Zeit dessen bewusst, was Wasser als ganzes für ein unsagbares Wunder ist.

Und jetzt, zum Schluss, wie immer, die heutige weihnachtliche Geschichte aus dem BLAutor-Land.
https://www.blautor.de/der-blautor-adventskalender/

10. Lebensfreundlichkeit

Flüssiger Zustand in habitabler Zone: Wasser bleibt in einem breiten Temperaturbereich flüssig (0–100 °C bei Standarddruck), was es ideal für biochemische Prozesse macht.

Brückenbildung

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Meine lieben,
im gestrigen Türchen schauten wir uns das Wunder und Geheimnis des Lebens an.
Das ganze wird noch wunderbarer, seit wir die Möglichkeit haben, unsere Erde aus dem All zu betrachten. Leider haben diese Möglichkeit bisher noch nicht viele Menschen gehabt.
Bis heute, 19.12.2024, hatten insgesamt 673 Menschen die Gelegenheit, die Erde aus dem All zu betrachten.
Diese Zahl umfasst alle Personen, die einen Flug in mehr als 100 km Höhe über der Erdoberfläche absolviert haben, entsprechend der Definition der Fédération Aéronautique Internationale (FAI), die die Kármán-Linie in 100 km Höhe als Grenze zum Weltraum betrachtet.
Angesichts der Tatsache, dass schätzungsweise über 100 Milliarden Menschen jemals auf der Erde gelebt haben, ist der Anteil derjenigen, die unseren Planeten aus dem All sehen konnten, verschwindend gering.
Aber viele derjenigen, welchen dieser Anblick vergönnt war, kamen verändert zurück.

Wenn wir die Erde aus dem All betrachten, offenbart sich uns eine faszinierende Perspektive, die uns Demut lehrt und uns gleichzeitig staunen lässt. Die Erde, ein strahlender blauer Edelstein, schwebt in der tiefen Schwärze des Weltalls. Diese Ansicht, von Astronauten oft als „Overview Effect“ bezeichnet, hat die Kraft, unsere Wahrnehmung von unserem Planeten und unserer Rolle darauf tiefgreifend zu verändern.
Von oben gesehen wird sichtbar, wie zerbrechlich unser Planet ist. Die hauchdünne Atmosphäre, die wie ein zarter Schleier die Erde umhüllt, ist alles, was uns vor den lebensfeindlichen Bedingungen des Weltalls schützt. In dieser Perspektive wird deutlich, dass die Grenzen, die wir Menschen auf der Erdoberfläche gezogen haben, vollkommen bedeutungslos sind. Keine Staatsgrenzen, keine politischen Konflikte, nur eine vereinte Welt, das geeinte Terra, mit uns Terranern darauf.
Doch nicht nur die Zerbrechlichkeit fällt ins Auge, sondern auch die unglaubliche Schönheit. Die Wolkenwirbel über den Ozeanen, die leuchtenden Grünflächen der Regenwälder, die majestätischen Konturen der Gebirgsketten – all das verschmilzt zu einem Kunstwerk, das seinesgleichen sucht. Besonders beeindruckend ist der Anblick der Erde bei Nacht: Die Lichter der Städte zeichnen ein glitzerndes Muster, das die Menschheit auf dem Planeten sichtbar macht. Es ist eine stille Botschaft unserer Kreativität und unseres Strebens nach Gemeinschaft.
Gerade in der Weihnachtszeit bekommt diese Perspektive eine besondere Bedeutung. Die glitzernden Lichter, die wir in den Städten und Häusern entzünden, spiegeln das Licht der Hoffnung und der Freude wider, das wir in dieser festlichen Zeit teilen. Es ist, als ob unser Planet selbst ein Teil des Weihnachtswunders wäre, das uns alle verbindet und daran erinnert, wie wichtig Frieden, Liebe und Gemeinschaft sind.
Astronauten berichten oft von einem tiefen Gefühl der Verbundenheit, wenn sie die Erde aus dem All sehen. Juri Gagarin, der erste Mensch im All, beschrieb diesen Moment so: „Von hier oben ist die Erde wunderschön, ohne Grenzen oder Begrenzungen.“ Auch der deutsche Astronaut Reinhard Furrer fasste seine Eindrücke mit poetischen Worten zusammen: „Das Blau ist das Mittelmeer. Wir sind darüber hinweg. Wir sind gar nicht mehr da!“ Diese Aussagen spiegeln die Ehrfurcht wider, die der Anblick der Erde auslöst. Jessica Meir, eine Astronautin und Meeresbiologin, erinnerte daran: „Aus unserer Sicht von der Raumstation ist es klar, dass unser Planet wirklich ein blauer Planet ist. Erinnern wir uns daran und tun wir unser Bestes, um uns um die Ozeane unseres Planeten zu kümmern.“
Ein weiteres Beispiel für den besonderen Blick auf die Erde ist das berühmte Bild „Pale Blue Dot“, das von der Raumsonde Voyager 1 im Jahr 1990 aufgenommen wurde. Aus einer Entfernung von etwa 6 Milliarden Kilometern erscheint die Erde darauf nur noch als winziges, bläuliches Pixel im unendlichen Schwarz des Weltalls. Der Astronom Carl Sagan beschrieb dieses Bild mit den Worten: „Betrachtet diesen Punkt. Das ist hier. Das ist unser Zuhause. Das sind wir. Auf ihm hat jeder, den ihr liebt, jeder, den ihr kennt, jeder, von dem ihr jemals gehört habt, jedes menschliche Wesen, das je existiert hat, sein Leben gelebt… Die Erde ist nur eine winzige Bühne in einer riesigen kosmischen Arena.“ Dieses Bild ist eine eindringliche Erinnerung daran, wie klein und verletzlich unser Planet ist und wie wichtig es ist, ihn zu schützen.
Der Anblick lässt uns begreifen, wie kostbar und einzigartig unser Heimatplanet ist – ein Ort, der inmitten eines scheinbar endlosen Universums Leben beherbergt. Der Blick aus dem All konfrontiert uns auch mit der Verantwortung, die wir für diesen Planeten tragen. Klimawandel, Umweltverschmutzung und Übernutzung der Ressourcen sind Herausforderungen, die wir nur gemeinsam bewältigen können. Der Anblick der Erde aus dem All erinnert uns daran, dass wir nicht die Besitzer, sondern die Hüter dieses wundervollen Planeten sind.
Vielleicht können wir uns von dieser Perspektive inspirieren lassen. Lasst uns mit offenen Augen und Herzen auf unsere Welt blicken, als würden wir sie zum ersten Mal sehen – mit Staunen, Dankbarkeit und einem tiefen Gefühl der Verantwortung. Die Erde ist unser Zuhause, und ihre Schönheit und Zerbrechlichkeit verdienen unseren Schutz. Möge uns die Weihnachtszeit daran erinnern, dass wir durch Liebe und Mitgefühl das Licht und die Hoffnung auf unserem wundervollen Planeten lebendig halten können.

Und damit, wie alle Tage wieder:
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Meine lieben,
eines der größten, vielleicht das größte Wunder ist es, dass es auf dem Raumschiff Erde Leben gibt. Dieses Wunder und Geschenk ist es durchaus mal wert, in der Weihnachtszeit betrachtet zu werden.

Das Leben, wie wir es kennen, ist das Resultat eines schier unglaublichen Zusammenspiels von Bedingungen, die in unserem Sonnensystem herrschen. Wenn wir einen Moment innehalten und uns diese Tatsache bewusst machen, fühlt man sich von Ehrfurcht erfüllt: Wie klein ist doch die Wahrscheinlichkeit, dass all diese Faktoren zusammenkommen – und doch geschah es.
Eine der grundlegendsten Voraussetzungen für Leben ist die Energiequelle unserer Sonne. Diese riesige leuchtende Kugel aus Plasma liefert mit ihrer stabilen Strahlung die Energie, die auf der Erde für die Fotosynthese der Pflanzen, das Wachstum von Organismen und das Erwärmen der Ozeane notwendig ist. Doch wäre die Erde nur ein wenig näher an der Sonne, würden die Temperaturen die Ozeane verdampfen lassen. Und wäre sie ein wenig weiter entfernt, wäre unser Planet eine gefrorene Eiswüste. Es ist die perfekte Balance im sogenannten „habitablen Bereich“, die das Wunder des Lebens möglich macht.
Doch das ist nur der Anfang. Unsere Erde hat noch eine ganze Liste von „Zutaten“ zu bieten, die Leben ermöglichen. Da ist zum Beispiel die Atmosphäre: eine Mischung aus Stickstoff, Sauerstoff und Spurengasen, die wie ein unsichtbarer Schutzschild wirkt. Sie blockt schädliche Strahlung ab, lässt gleichzeitig das lebensnotwendige Sonnenlicht durch und speichert wärme, um extreme Temperaturschwankungen zu verhindern.
Ein weiterer wundersamer Faktor ist das Wasser, das flüssig, fest und gasförmig auf der Erde existieren kann. Diese Vielseitigkeit ist in hohem Maße der Atmosphäre und dem Druck auf der Erde zu verdanken. Wasser ist das Lösungsmittel des Lebens, in dem chemische Reaktionen stattfinden und Biomoleküle wie Proteine und DNA entstehen können.
Auch unser Mond spielt eine entscheidende Rolle. Seine Gravitation stabilisiert die Erdachse und sorgt für ein relativ stabiles Klima über Jahrmillionen. Ohne diese Stabilität wären extreme Schwankungen zwischen Eiszeiten und Wüstenklima die Norm, was das Leben stark erschwert hätte.
Dann gibt es noch den gigantischen Gasriesen Jupiter. Seine immense Masse wirkt wie ein kosmischer Staubsauger, der viele Asteroiden und Kometen von der Erde fernhält. Ohne ihn wäre unser Planet weit häufiger von katastrophalen Einschlägen betroffen, die die Entwicklung des Lebens stören oder gar zerstören könnten.
Vergessen wir nicht die tektonischen Platten, die das Gesicht der Erde formen und gleichzeitig lebenswichtige Nährstoffe durch Vulkanismus und Plattentektonik zirkulieren. Diese Prozesse sorgen dafür, dass der Planet über lange Zeiträume „lebendig“ bleibt und sich selbst erneuert.
Wenn man all diese Faktoren bedenkt, wird klar: Unsere Erde ist ein wahrhaft kosmisches Juwel. Doch noch erstaunlicher ist die Tatsache, dass all diese Bedingungen – jede für sich genommen schon ein kleines Wunder – zusammenwirken und dabei eine perfekte Umgebung für Leben schaffen. Ist das nicht Grund genug, in Ehrfurcht und Staunen innezuhalten?
Das Universum ist riesig, und bisher wissen wir nicht, ob es irgendwo da draußen noch ein solches „Zusammenspiel der Wunder“ gibt. Doch allein die Existenz unserer Erde zeigt uns, wie wertvoll und einzigartig unser Heimatplanet ist. Es liegt an uns, ihn zu schützen und zu bewahren – nicht nur für uns, sondern auch für all die Lebewesen, die mit uns das Wunder des Lebens teilen.

Und natürlich darf auch heute eine weihnachtliche Geschichte nicht fehlen.
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meine lieben,
Weihnachten ist das Fest des Schenkens und Teilens. Dies führt uns zu einer weiteren Geschichte des Staunens und Wunderns.
Ausgangspunkt ist die weihnachtliche Frage, ob es denn auf der Welt etwas unteilbares gibt.
Das hätte ich mir als Kind gerade zu Weihnacht für so manche Süßigkeit gewünscht, dass sie unteilbar wäre. Wir waren drei Schwestern, mit mir drei Brüder, eine Mama und ein Papa. Alles musste gerecht unter allen immer möglichst gerecht geteilt werden. Ihr könnt euch vorstellen, wie viel einem dann noch z. B. von einer Tafel Schokolade selbst blieb. Fangen wir also mit der Entdeckung und der Suche nach dem Unteilbaren an.

Der Traum der Griechen: Die unteilbare Substanz

Die ersten Gedanken über den Aufbau unserer Welt reichen weit zurück. Bereits im antiken Griechenland, um das 5. Jahrhundert vor Christus, wagten Philosophen wie Demokrit und Leukipp die kühne Behauptung: Alles besteht aus winzigsten, unteilbaren Teilchen, die sie Atome nannten (übersetzt: „Unteilbare“).
Während Demokrit und Leukipp mit ihrer Atomtheorie versuchten, die Materie als kleinste, unteilbare Teilchen zu erklären, die sich zu allem zusammensetzen, vertrat der Philosoph Empedokles (5. Jahrhundert v. Chr.) die Idee, dass alles aus den vier Ur-Elementen besteht. Diese vier Elemente waren nicht nur Bausteine der Natur, sondern symbolisierten auch grundlegende Eigenschaften der Welt:
• Erde stand für das Feste und Dauerhafte,
• Wasser für das Fließende und Veränderliche,
• Luft für das Leichte und Unsichtbare,
• Feuer für das Energetische und Transformierende.
Diese Theorie wurde später von Aristoteles weiterentwickelt und erhielt großen Einfluss auf die Naturphilosophie des Mittelalters. Die Atomtheorie von Demokrit und Leukipp hingegen blieb in der Antike eher eine Randerscheinung, da sie von Aristoteles nicht favorisiert wurde.
Aber neueste Entdeckungen und Erkenntnisse der Wissenschaft zwangen zum Umdenken und die alte griechische Idee der unteilbaren Bausteine von allem, erwachte zu neuem Leben.

Die Wiedergeburt

Erst im 19. Jahrhundert lebte der Traum der Griechen wieder auf. Der britische Naturforscher John Dalton stellte im Jahr 1803 seine Atomtheorie vor: Alle Materie besteht aus winzigen Teilchen, die sich zu chemischen Verbindungen zusammenfügen.
Dalton kam zu seiner Erkenntnis durch Experimente und Beobachtungen bei chemischen Reaktionen. Er stellte fest, dass sich Gase immer in bestimmten Mengenverhältnissen miteinander verbinden. Diese Beobachtung ließ ihn schließen, dass Materie aus diskreten, kleinsten Teilchen bestehen muss.
Seine Theorie umfasste die Annahmen,
dass Atome unteilbar seien,
dass Atome eines Elements gleich sind
und dass chemische Reaktionen eine Neuordnung dieser Atome darstellen.
Von da an wurden also Atome nicht nur mehr als Idee, sondern als reelle Tatsache verstanden.
Doch die Reise war noch lange nicht zu Ende. Niemand wusste, was innerhalb eines Atoms vor sich ging. War es wirklich unteilbar? Oder verbargen sich in seinem Inneren weitere Geheimnisse?

Rosinenkuchen und Goldfolie

Der nächste Paukenschlag kam Ende des 19. Jahrhunderts. J.J. Thomson entdeckte 1897 das Elektron: ein winziges, negativ geladenes Teilchen.
Thomson arbeitete mit einer Kathodenstrahlröhre – einem Glaszylinder, aus dem Luft fast vollständig herausgepumpt wurde. An beiden Enden der Röhre befanden sich Elektroden. Wurde eine elektrische Spannung angelegt, trat ein geheimnisvoller Strahl von der negativen Elektrode (Kathode) zur positiven Elektrode (Anode).
Thomson untersuchte diesen Strahl und stellte fest:
1. Der Strahl wurde von elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt, was bedeutete, dass er aus geladenen Teilchen bestehen musste.
2. Die Ablenkung war immer gleich, unabhängig vom Material der Elektroden oder des Gases in der Röhre.
Daraus schloss Thomson, dass diese Teilchen kleiner als Atome und negativ geladen sein mussten,
und wenn Atome Elektronen enthalten, können sie nicht unteilbar sein! Thomson stellte sich das Atom wie einen Rosinenkuchen vor: Die Elektronen waren wie Rosinen in einer positiven Masse eingebettet.
Aber dann kam Ernest Rutherford ins Spiel. Mit seinem berühmten Goldfolien-Experiment im Jahr 1911 erschütterte er Thomsons Modell. Er schoss winzige, geladene Teilchen (α-Teilchen) auf eine dünne Goldfolie. Die meisten Teilchen durchdrangen die Folie ungehindert, doch einige prallten zurück. Ein verblüffendes Ergebnis! Es war, als hätte man eine Kanonenkugel durch Nebel geschossen und sie wäre plötzlich an einer unsichtbaren Wand abgeprallt.
Rutherford schloss: Atome bestehen aus einem winzigen, dichten Kern, der positiv geladen ist, umgeben von Elektronen, die um diesen Kern kreisen. Das Atommodell nahm Gestalt an!

Bohrs Quantensprünge und Schrödingers Wellen

Doch wie kreisen die Elektronen? Warum fallen sie nicht einfach in den Kern? Hier betrat die Quantenphysik die Bühne. Niels Bohr erklärte 1913, dass Elektronen sich nur auf bestimmten Energieniveaus bewegen können – sie vollziehen Quantensprünge, wenn sie Energie aufnehmen oder abgeben. Abgegeben wird die Energie in Form von Licht, das auch sichtbar sein kann.
Später zeigte Erwin Schrödinger: Elektronen sind keine winzigen Kugeln, die auf festen Bahnen kreisen. Stattdessen verhalten sie sich wie Wellen und bilden mysteriöse Elektronenwolken, in denen ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeit beschrieben wird.

Der Kern des Wunders

James Chadwick entdeckte 1932 das Neutron, ein neutrales Teilchen, das neben den positiven Protonen den Kern bildet. Mit dieser Erkenntnis war das Standardmodell des Atoms geboren: Ein Atom besteht aus einem dichten Kern, der von einer Wolke aus Elektronen umgeben ist.

Doch je tiefer wir blicken, desto mehr Geheimnisse offenbaren sich: Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks, noch kleineren Teilchen. Und im Reich der Quantenmechanik verschwimmen die Grenzen zwischen Materie und Energie.
Ein Staunen ohne Ende
Die Entdeckung des Atombaus ist mehr als eine Geschichte der Wissenschaft – sie ist eine Geschichte unseres menschlichen Drangs, die Welt zu verstehen. Von den ersten philosophischen Ideen der Griechen bis zu den Quantenwundern der modernen Physik zeigt sie uns: Das Universum ist in seiner Kleinheit genauso faszinierend wie in seiner Unendlichkeit.
Und während wir staunend auf das blicken, was bisher entdeckt wurde, ahnen wir: Dies ist nur der Anfang. Neue Geheimnisse warten darauf, von uns erforscht zu werden.

Man kann auch sagen:
Die Geschenke der Natur liegen schon unter unseren Weihnachtsbäumen. Lasst sie uns auspacken und erforschen, was drin ist.

Drin ist auch heute natürlich unsere obligatorische literarische Geschichte.
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Meine lieben,
da haben wir uns in den vorigen Türchen ausführlich darüber unterhalten, woraus unser Universum so besteht. Da gab es neben der normalen Materie noch die Dunkle, und auch über die mysteriöse dunkle Energie haben wir gesprochen.
Oft wird in Zahlen angegeben, dass das Universum aus diesen drei Teilen zu 100 % besteht.
Das stimmt so aber nicht ganz. Es gibt noch ein großes Wunder zu behandeln, in welches das ganze Universum eingebettet ist.
Es geht um das vermeindliche Nichts, um das Vakuum.
Lasst uns also dieses Wunder betrachten und ehrfurchtsvoll darüber staunen.
Im Kosmos ist das Vakuum eine Bühne der Extreme. Der interstellare Raum zwischen den Sternen, der intergalaktische Raum zwischen den Galaxien – all das sind Regionen, in denen das Vakuum dominiert. Und doch ist es nicht nur der Ort des „Nichts“, sondern auch der Geburtsort von Allem
Das Universum besteht zum größten Teil aus Vakuum; die wenigen Materieklümpchen, die in dieser ungeheuren Leere schweben, sind kaum der Rede wert. In den ungeheuren Regionen des Alls zwischen den Galaxien konnten die Astronomen nicht die geringste Materie entdecken. Sie räumen ein, dass es welche geben könnte, die ihrer Aufmerksamkeit entgangen ist, vermuten aber, dass man, suchte man in einem Volumen so groß wie ein Riesenstadion, nicht mehr fände als ein einziges Atom.

In unserer unmittelbaren Umgebung, die mit festen, flüssigen und gasförmigen Körpern angefüllt ist, herrscht kein wesentlich größeres Gedränge. Die Großaufnahme eines Atoms würde zeigen, dass der Kern, der 99,9 Prozent des Atomgewichts ausmacht, im Mittelpunkt schwebt wie eine Schrotkugel, die man in einem Fußballstadion aufgehängt hat. Der Rest ist leerer Raum, abgesehen von ein paar Elektronen, die wie geisterhafte Wolken aus dünnem Dampf durch das Stadion wehen. Unsere Welt und wir sind aus ziemlich immateriellem Stoff gemacht. So gesehen ist es überraschend, wieviel Gedanken und Energie, von Geld ganz zu schweigen, Wissenschaftler in den Versuch investieren, das Geheimnis der Materie zu enträtseln.
Sollten sie sich nicht vielmehr mit der Beschaffenheit des Vakuums beschäftigen, das mit Abstand der Hauptbestandteil des Universums ist?
Sollten sie nicht besser über das Nichts nachdenken?

Einige haben tatsächlich genau dies getan und sind dabei zu verblüffenden Ergebnissen gelangt. Im Vakuum geht es weit lebhafter zu, als es den Anschein hat. Die moderne Physik hat gezeigt, dass das Vakuum nicht nur ein passives Stadium ist, sondern ein aktiver Teilnehmer an den Prozessen der materiellen Welt. So paradox es klingt, das Vakuum steht in Wechselwirkung mit Atomen und ist mittlerweile sogar zu einem funktionalen Teil von High-tech-Geräten, wie zum Beispiel Lasern geworden. Es enthält keine Materie, steckt aber voller Überraschungen.

Im Gegensatz zur Existenz der Materie, die nicht in Frage gestellt werden kann, ist die Existenz des Vakuums seit dem klassischen Altertum ein Gegenstand von Kontroversen gewesen. Ursprünglich war das Vakuum als wesentlicher Teil der Atomtheorie eingeführt worden:
„Der gebräuchlichen Redeweise nach gibt es Farbe, Süßes, Bitteres, in Wahrheit aber nur Atome und Leeres;“ erklärte Demokrit vor mehr als zweitausend Jahren.
Das Vakuum des Demokrit war ein hypothetisches Konzept, das erforderlich war, um der Welt, wie wir sie wahrnehmen, Sinn zu verleihen. Wenn Materie wirklich das ungebrochene Kontinuum wäre, das wir wahrzunehmen scheinen, wie könnte dann beispielsweise ein Fisch Raum finden, um vorwärts zu schwimmen? Oder warum scheint ein Tropfen Milch, der sich im Wasser auflöst, im Nichts zu verschwinden?
Beide Rätsel lassen sich überzeugend lösen, wenn es ein Vakuum zwischen Atomen gibt – im ersten Falle, um sich dem Kopfende des Fisches anzupassen, im zweiten, um die Milchteilchen zu verbergen.

Aristoteles verwarf aus einigen Gründen die Idee der Atome und des leeren Raumes.
Dass hier auf Erden leichte Gegenstände langsamer als schwere fallen, schrieb er der Tatsache zu, dass es keinen leeren Raum gäbe, ansonsten müssten in ihm alle Gegenstände gleich schnell fallen. Der hätte Augen gemacht, wenn er 1971 hätte sehen Können, wie ein Astronaut gleichzeitig eine Feder und einen Hammer aus Hüfthöhe auf den Mond fallen ließ. Beide Teile, Hammer und Feder erreichten gemeinsam die Mondoberfläche…

Aristoteles erfüllte das Vakuum mit Äther. Diesen Äther, nicht zu verwechseln mit der stark riechenden chemischen Verbindung gleichen Namens, hielt man für eine dünne, universelle Substanz, die den gesamten Raum und auch alle materiellen Körper durchdringen die sich aber nicht messen lasse. Als Idee hielt sich der Äther bemerkenswert lange und lebte auch dann noch weiter, als der Grund entfallen war, der Aristoteles ursprünglich dazu veranlasst hatte, ihn zu postulieren.

Noch heute senden wir Radiowellen über den Äther. Die Sprache kennt das Wort noch. Die Vorstellung eines Äthers passt auch deutlich besser in das, was wir täglich in unserem Alltag erleben. So braucht Schall ein Medium, sich darin fortzupflanzen. Dann ist es doch eigentlich naheliegend, dass es einen derartigen Stoff, den Äther, auch für das Licht geben sollte.
Nunja. Es gibt ihn nicht.
Licht genügt das Vakuum als Medium. Es benötigt keinen weiteren Stoff hierzu, wie der Schall die Luft.
Diese Entdeckung und Tatsache stürzte die Physik gewissermaßen in eine Krise.
Das somit bereinigte Vakuum blieb ein Vierteljahrhundert hindurch leer, begann sich dann aber wieder aufzufüllen. Diesmal waren weder die Materie noch der Äther daran schuld, sondern Folgerungen der Quantentheorie, was wir hier aber nur kurz so weit anreißen, dass wir darüber staunen können.

In den 30er und 40er Jahren des 20. Jahrhundert arbeiteten Wissenschafftler, wie Richard Feynman ein Konzept eines dynamischen Vakuums aus.
Ein Grundpfeiler dieses Konzeptes ist die Annahme, dass das Vakuum obwohl es scheinbar keine Materie enthält, voller Energie und verborgener Aktivität ist.
im Grunde genommen, ist das moderne Bild vom Vakuum ein Kompromiss zwischen der Auffassung des
Demokrit und der des Aristoteles:
Der erste hatte insofern recht, als die
Welt aus Atomen und dem Leeren besteht, und der zweite insofern, als
er behauptete, daß es keinen wirklich und absolut leeren Raum gäbe.
Eine Folge, eines Phänomens, der Unschärferelation ist die sogenannte Nullpunktenergie mechanischer Systeme. Wenn sich beispielsweise zwei Atome so zusammenfügen, dass sie ein Molekül bilden, welches einer straff gespannten Feder mit einem Gewicht an jedem Ende ähnelt, werden sie
von sich aus entlang ihrer gemeinsamen Achse schwingen. Die Schwingung lässt sich nie ganz eliminieren. Stets bleibt ein letztes nicht zu unterdrückendes Zittern, die sogenannte Nullpunktbewegung, ein Beben
Nach der Theorie der Elektrizität und des Elektromagnetismus, ist Licht nichts anderes, als schwingende magnetische Felder. Diese unterliegen dann natürlich auch diesem Nullpunkt-Zittern und werden davon beeinflusst.
Die Quantentheorie besagt also, dass es nirgends, noch nicht einmal in einem
vollständig dunklen Vakuum, eine gänzliche Abwesenheit des elektromagnetischen Feldes gibt.
Das nächste seltsame Ding, das die Quantentheorie voraussagt, ist die Vakuumpolarisation.
Es kommt gelegentlich vor, das so eine elektromagnetische Fluktuation über genügend Energie verfügt, um spontan ein Teilchenpaar auszubilden. Ohne eine sonstige Außenwirkung verwandelt sich somit Energie in Masse, genauer gesagt in ein Elektron und sein Gegenteil, ein Positron. Der Prozess kann auch umgekehrt ablaufen. Dann werden die beiden kleinen Massen wieder zur Fluktuationsenergie. Diese Tatsache, dass sich Energie in Masse und umgekehrt verwandeln können, ist die Grundlage von Einsteins Relativitätstheorie. Die Formel E=MC^2 hat sicher jeder schon mal gehört.
Das dynamische Vakuum ist wie ein stiller See in einer Sommernacht. Seine Oberfläche wellt sich unter dem Einfluß schwacher Fluktuationen, während überall Elektron-Positron-Paare aufleuchten und
verlöschen wie Glühwürmchen. Der Ort ist lebendiger und freundlicher als die lebensfeindliche Leere des Demokrit und der eisige Äther des Aristoteles. Seine ruhelose Aktivität ist höchst faszinierend für Physiker und verführt zu Spekulationen über seine Beschaffenheit und sogar seinen potentiellen Nutzen.
Es gäbe hier noch weitere Seltsamkeiten des Vakuums aufzuzählen, die hier aber zu viel Verwirrung stiften würden. Viele Eigenschaften des theoretischen Konzeptes des dynamischen Vakuums sind längst in Laboren bewiesen worden und haben schon in unseren Alltag Einzug gehalten.
Ein faszinierendes Beispiel dafür ist der sogenannte Casimir-Effekt, der zeigt, dass das Vakuum physische Auswirkungen hat. Wenn zwei Metallplatten extrem nah zueinander gebracht werden, ohne dass etwas zwischen ihnen ist, werden sie aufgrund der Quantenfluktuationen zueinander hingezogen.
Dieses Experiment verdeutlicht, dass das Vakuum nicht nur eine abstrakte Idee ist, sondern reale Kräfte hervorruft.
Lasst es uns also so stehen, darüber staunen und erfreuen.
Das Vakuum zeigt uns, wie wenig wir noch über die Tiefen der Realität verstehen. Was wir als leeren Raum betrachten, ist in Wirklichkeit ein schier endloser Ozean voller Energie, Potenzial und Geheimnisse. Es lädt uns ein, tiefer zu blicken, über die Grenzen unseres Verstandes hinauszugehen und zu erkennen, dass das, was wir nicht sehen können, oft das Fundament für alles ist.
Und nun, lasst uns mit einer weihnachtlichen Geschichte vom seltsamen Vakuum erholen.
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Seid herzlich und weihnachtlich zu diesem dritten Advent gegrüßt,
Wenn wir an Weihnachten denken, haben wir oft das Bild von glänzenden Kerzen, funkelnden Sternen und einer warmen, leuchtenden Atmosphäre vor Augen. In der Astronomie gibt es ein ähnlich poetisches Konzept: die sogenannten Standardkerzen. Doch diese Kerzen stehen nicht auf dem Tisch oder im Adventskranz – sie leuchten im Kosmos und helfen uns, die gigantischen Entfernungen im Universum zu messen.
Wenn wir an Weihnachten denken, haben wir oft das Bild von glänzenden Kerzen, funkelnden Sternen und einer warmen, leuchtenden Atmosphäre vor Augen. In der Astronomie gibt es ein ähnlich poetisches Konzept: die sogenannten Standardkerzen. Doch diese Kerzen stehen nicht auf dem Tisch oder im Adventskranz – sie leuchten im Kosmos und helfen uns, die gigantischen Entfernungen im Universum zu messen.

Was sind Standardkerzen?

Standardkerzen sind Objekte im Universum, deren absolute Helligkeit Astronomen sehr genau kennen. Das Besondere daran: Wenn wir wissen, wie hell ein Objekt wirklich ist, können wir aus seiner beobachteten Helligkeit (der scheinbaren Helligkeit) und dem physikalischen Gesetz der Lichtabnahme seine Entfernung berechnen. Es ist ähnlich wie bei Kerzen auf einer Weihnachtsfeier – je weiter weg die Kerze, desto schwächer erscheint ihr Licht.

Die bekanntesten Standardkerzen

Eine der wichtigsten Klassen von Standardkerzen sind die Cepheiden, pulsierende Sterne, deren Helligkeitsänderungen in einer festen Beziehung zu ihrer Leuchtkraft stehen. Bereits im frühen 20. Jahrhundert entdeckte die Astronomin Henrietta Swan Leavitt, die wir im letzten Jahr in unserem Adventskalender würdigten, dieses Gesetz

diese Entdeckung ermöglichte es erstmals, Entfernungen zu nahen Galaxien zu bestimmen.

Eine weitere Art von Standardkerzen sind Typ-Ia-Supernovae.

Da Sterne meist in räumlich relativ begrenzten Umgebungen entstehen, finden sie sich oft zu Doppelsternsystemen zusammen.
Die beiden Partner können aber durchaus unterschiedlich sein.
Sie unterscheiden sich vor allem durch ihre Masse.
Es ist so, dass massereiche Sterne mehr futtern und ihren Brennstoff somit verschwenderischer verbrauchen. Somit leben massereiche Sterne deutlich kürzer, als leichtere.
Es kann nun sein, dass bei einem Doppelsternsystem der eine schon zu einem weißen Zwerg geworden ist, während sich der andere noch seiner Jugend erfreut oder zu einem roten Riesen aufgebläht hat.
Stehen sich die beiden nahe, kann der weiße Zwerg Masse von seinem Partner zu sich herüber ziehen. Dieses geschieht, wi wir schon gehört haben, gerade in der nördlichen Krone.
Das bedeutet, dass er im Grunde nochmal schwerer wird und sein Leben etwas verlängern kann.
Nimmt er an Masse zu, ist irgendwann der Punkt erreicht, bei dem die Temperatur so hoch wird, dass die Wasserstoff-Kernfusion zünden kann.
Das führt dazu, dass der geklaute Wasserstoff in der Hülle des Zwerges mit einem Schlag so viel Energie erzeugt, dass der Zwerg aufblitzt und die Hülle weggesprengt wird.
Dieses Szenario kann sich innerhalb eines Doppelsternsystems durchaus wiederholen, wenn danach noch was übrig ist.

Zur Standardkerze wird das Szenario deshalb, weil ganz genau bekannt ist, bei welcher Masse der Druck ausreicht, den Wasserstoff zu zünden. Außerdem ist genau bekannt, wieviel Energie und Licht dieser Prozess liefert.

Die Verbindung zur Weihnachtszeit

Die Vorstellung von Licht als Botschafter der Entfernung ist gerade zur Weihnachtszeit besonders passend. Licht spielt in vielen weihnachtlichen Traditionen eine zentrale Rolle: Es symbolisiert Hoffnung, Orientierung und Verbundenheit – und genau das tun auch die Standardkerzen im Kosmos. Sie geben uns Orientierung in der unvorstellbaren Weite des Universums und helfen uns, die kosmischen Entfernungen zu verstehen.

Ein Lichtblick in der Dunkelheit
So wie eine kleine Kerze in der Dunkelheit eine große Wirkung hat, so helfen uns die kosmischen Standardkerzen, die Dimensionen des Universums zu erleuchten. Vielleicht denken wir bei der nächsten Kerze, die wir anzünden, daran, dass auch im Kosmos leuchtende „Kerzen“ uns den Weg weisen – und uns an die unfassbare Weite und Schönheit des Alls erinnern.

Und jetzt wünsche ich euch mit unseren heutigen Geschichte einen schönen dritten Advent.

Der BLAutor-Adventskalender

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Die kalte Winternacht liegt still und klar über uns, der Atem gefriert in der Luft, und der Himmel scheint wie ein glitzernder Teppich aus tausenden funkelnden Diamanten. Inmitten dieses Sternenmeeres gibt es einen, der besonders heraussticht: der Nordstern, auch Polaris genannt. Zur Weihnachtszeit, wenn die Nächte länger und die Herzen voller Besinnlichkeit sind, hat dieser Stern etwas Magisches an sich – als ob er uns an das Licht erinnert, das uns in dunklen Zeiten den Weg weist.

Ein Fixpunkt im Universum

Der Nordstern hat seit Jahrhunderten die Menschen fasziniert und inspiriert. Als fixer Punkt am Himmelszelt zeigt er stets die Richtung nach Norden und hat Generationen von Reisenden, Seefahrern und Abenteurern geholfen, ihren Weg zu finden. Doch wie kommt es, dass ausgerechnet dieser Stern so besonders ist?

Der Nordstern befindet sich in der Nähe des Himmelsnordpols – jener imaginären Achse, um die sich die Erde dreht. Dadurch scheint Polaris nahezu unverändert an derselben Stelle am Himmel zu stehen, während alle anderen Sterne im Laufe der Nacht ihre Bahnen ziehen. Er gehört zum Sternbild Kleiner Bär (Ursa Minor) und markiert das Ende der Kette, die wir als „Kleinen Wagen“ kennen.

Das Licht der Hoffnung

Gerade zu Weihnachten bekommt der Nordstern eine besondere symbolische Bedeutung. In vielen Geschichten wird er als ein Stern der Hoffnung dargestellt, der den Weg weist – sei es für die Weisen aus dem Morgenland, die dem Weihnachtsstern folgten, oder für all jene, die auf der Suche nach Orientierung und Licht in ihrem Leben sind.

Auch wenn der Stern von Bethlehem, von dem die Bibel berichtet, mit Polaris astronomisch nichts zu tun hat, verbindet uns diese Vorstellung: Ein heller Stern, der in dunkler Nacht leuchtet und Hoffnung bringt. Zu wissen, dass es da oben einen Fixpunkt gibt, der uns Halt gibt, fühlt sich in der oft hektischen Weihnachtszeit wie ein kleiner Trost an.

Polaris und die Astronomie

Aus astronomischer Sicht ist Polaris selbst ebenfalls bemerkenswert. Er ist kein einzelner Stern, sondern ein Dreifachsternsystem. Der Hauptstern, Polaris A, ist ein Überriesenstern, etwa 2.500 Mal heller als unsere Sonne. Seine Begleiter, Polaris B und Polaris Ab, sind kleinere Sterne, die ihn umkreisen.

Spannend ist, dass Polaris in der Vergangenheit nicht immer unser Nordstern war. Wegen der langsamen Taumelbewegung der Erdachse – der sogenannten Präzession – wandert der Himmelsnordpol im Laufe von etwa 26.000 Jahren durch den Himmel. Vor etwa 4.000 Jahren war beispielsweise Thuban im Sternbild Drache unser Nordstern, und in etwa 12.000 Jahren wird es Wega im Sternbild Leier sein. Aber für uns bleibt Polaris in dieser Epoche der Leuchtfeuerpunkt des Nordens.

Ein Stern für die Seele

Zur Weihnachtszeit, wenn die Nächte am längsten sind und die Welt oft hektisch erscheint, lädt der Nordstern uns ein, innezuhalten. Egal, wo auf der Nordhalbkugel wir uns befinden, er ist da, zuverlässig und strahlend. Vielleicht können wir uns einen Moment nehmen, den Blick gen Himmel zu richten und über die Beständigkeit und Schönheit des Kosmos nachzudenken.

Inmitten von Geschenketrubel und Weihnachtsstress erinnert uns Polaris daran, dass es auch einfache Dinge gibt, die uns glücklich machen: ein stiller Moment, ein Blick auf den Sternenhimmel, das Gefühl, mit etwas Größerem verbunden zu sein.

Also, wenn Du in einer klaren Winternacht nach draußen gehst, suche den Nordstern. Lass Dich von seinem Licht leiten – sei es für Deine Gedanken, Deine Träume oder einfach für einen Moment der Ruhe. Vielleicht flüstert er Dir zu, was Weihnachten wirklich bedeutet: Hoffnung, Orientierung und das Licht, das auch in der tiefsten Dunkelheit leuchtet.
Und mehr Weihnacht, gibt es wie immer auf

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Sterne, die „bald“ explodieren – Die Supernova-Kandidaten

Meine lieben, ich hoffe ja noch immer, dass wir bald das wunderbare Lichtspiel in der nördlichen Krone zu sehen bekommen. Das wäre wirklich ein schöner Weihnachtsstern. Aber der Reihe nach.

Stell dir vor, irgendwo am Himmel schlummert ein Stern, der jeden Moment – oder vielleicht auch erst in tausenden Jahren – mit einem grandiosen Lichtspiel endet. Ein finales Aufbäumen, das den Kosmos erleuchtet: eine Supernova! Doch welche Sterne kommen dafür in Frage? Und was bedeutet „bald“ in kosmischen Maßstäben?

Wenn Sterne sterben – Das Leben eines Giganten

Nicht jeder Stern hat das Zeug dazu, in einer Supernova zu enden. Nur massereiche Sterne – mindestens achtmal so schwer wie unsere Sonne – gelangen am Ende ihres Lebens an einen Punkt, an dem ihre Existenz spektakulär endet. Doch bevor das passiert, gehen sie durch eine turbulente Entwicklung, brennen ihren Treibstoff bis zum Letzten und kollabieren schließlich unter ihrem eigenen Gewicht.

Die Top-Kandidaten am Himmel

Es gibt einige prominente Sterne, die Astronomen als mögliche „Bald-Knaller“ beobachten:

Betelgeuse: Der rote Überriese im Sternbild Orion hat in den letzten Jahren durch ungewöhnliches Verhalten für Aufsehen gesorgt. 2019 verdunkelte er sich stark, was Spekulationen über eine bevorstehende Supernova befeuerte. Doch Betelgeuse hat uns wieder einmal gezeigt, dass „bald“ in der Astronomie sehr relativ ist – sein Ende könnte morgen oder erst in 100.000 Jahren kommen.

Eta Carinae: Ein wahres Monster von Stern im Sternbild Carina, etwa 7.500 Lichtjahre entfernt. Eta Carinae hat eine bewegte Vergangenheit, mit einer gewaltigen Eruption im 19. Jahrhundert. Er gilt als einer der heißesten Anwärter für eine Supernova in „naher Zukunft“.

VY Canis Majoris: Ein weiterer roter Überriese und einer der größten Sterne, die wir kennen. Mit seinem instabilen Verhalten und seiner Masse steht auch er auf der Liste der Supernova-Kandidaten.

T Coronae Borealis: Auch bekannt als die „Wundersame Sternexplosion in der nördlichen Krone“, ist dieser Doppelstern einer der faszinierendsten Kandidaten am Himmel. Es handelt sich um ein kataklysmisches System, bestehend aus einem roten Riesen und einem Weißen Zwerg. Die beiden Sterne umkreisen sich in einem engen Tanz, und der Weiße Zwerg „saugt“ kontinuierlich Materie vom roten Riesen ab. Wenn genug Material angesammelt ist, könnte es zu einer thermonuklearen Explosion kommen – einer sogenannten Nova. Astronomen vermuten, dass es jederzeit wieder passieren könnte, wie es bereits in den Jahren 1866 und 1946 geschah.

Wie würde eine Supernova aussehen?

Wenn einer dieser Sterne explodiert, wäre das ein Ereignis von unvorstellbarer Pracht. Für einige Wochen oder Monate würde der Stern so hell strahlen, dass er mit bloßem Auge sichtbar wäre – selbst am Tag! Die letzte gut dokumentierte Supernova war SN 1987A in der Großen Magellanschen Wolke. Sie war mit bloßem Auge sichtbar, obwohl sie über 160.000 Lichtjahre entfernt war. Stell dir vor, wie hell eine Supernova in unserer eigenen Milchstraße erscheinen würde!

Warum Supernovae (und Novae) wichtig sind

Supernovae und Novae sind nicht nur spektakulär anzusehen, sondern auch essenziell für das Leben im Universum. Supernovae schleudern schwere Elemente wie Eisen und Sauerstoff ins All – die Bausteine von Planeten und Leben selbst. Und Novae, wie T Coronae Borealis, helfen uns, die Prozesse in Doppelsternsystemen besser zu verstehen. Ohne diese explosiven Ereignisse gäbe es uns nicht!

Geduld ist gefragt

Leider – oder glücklicherweise – sind Supernovae und Novae schwer vorherzusagen. Astronomen beobachten Kandidaten wie Betelgeuse und T Coronae Borealis mit Spannung, doch die genaue „Zündung“ bleibt ein kosmisches Geheimnis. Vielleicht erleben wir in unserer Lebenszeit eine, vielleicht aber auch nicht.

Bis dahin bleibt uns nur, zu den Sternen zu blicken und zu staunen, wie der Kosmos immer wieder seinen Tanz der Schöpfung und Zerstörung aufführt.

Und damit kommen wir zur literarischen Geschichte.

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meine lieben,
Stellt euch vor, ihr haltet eine glänzende Christbaumkugel aus Gold in den Händen.
Diese mag derjenigen ähneln, die der Prinzessin in den Brunnen gefallen ist, und vom Frosch geborgen werden musste, der sich dann glücklicherweise doch noch in einen Prinzen verwandelt hat.
Ihr warmer Glanz erinnert an ein kleines Stück vom Licht der Sterne, eingefangen und für die Ewigkeit bewahrt. Warum funkelt Gold so magisch? Es ist, als ob die Natur uns hier ein ganz besonderes Geschenk gemacht hat
Metalle glänzen aufgrund ihrer besonderen elektronischen Struktur. Der Glanz, den wir sehen, entsteht durch die Art und Weise, wie Metalle Licht reflektieren.
Ich versuche es mal zu erklären.

Freie Elektronen:

Metalle haben ein sogenanntes Elektronengas, also eine Wolke aus frei beweglichen Elektronen, die nicht an einzelne Atome gebunden sind. Das ist auch der Grund, weshalb Metalle Strom leiten.
Diese freien Elektronen können sehr leicht auf Licht reagieren. Wenn Licht auf die Metalloberfläche trifft, werden die Elektronen angeregt und beginnen, das Licht nahezu vollständig zu reflektieren. Dadurch entsteht der typische metallische Glanz.

Reflexion

Die reflektierten Lichtwellen bleiben weitgehend in ihrer ursprünglichen Energie (Farbe) erhalten, weshalb Metalle im sichtbaren Licht so schön glänzen. Diese Eigenschaft nennt man hohe „Reflexionsfähigkeit“.

Glattheit der Oberfläche:

Metalle haben oft eine sehr glatte Oberfläche, wenn sie poliert werden. Diese Glattheit trägt dazu bei, dass das reflektierte Licht nicht gestreut wird, sondern einen klaren Glanz erzeugt.

Warum Gold besonders schön glänzt:

Gold hat eine besondere Farbe und einen warmen Glanz, der sich von anderen Metallen unterscheidet. Das liegt an relativistischen Effekten.
Seine Atome sind so schwer, dass ihre Elektronen so stark an den Atomkern gebunden sind, dass relativistische Effekte ins Spiel kommen (die Elektronen bewegen sich extrem schnell, nahe der Lichtgeschwindigkeit).
Diese Effekte verschieben die Energielevel der Elektronen und beeinflussen, wie Gold Licht absorbiert und reflektiert. Dadurch wird blaues Licht fast verschluckt, während das warme Gelb und Rot stärker zurückgestrahlt werden, was dem Metall seinen charakteristischen warmen Glanz verleiht.

und so strahlt es uns gülden an, wie die Glut eines Sonnenuntergangs eingefangen in einem Metall.
Es ist, als hätte das Universum selbst ein bisschen von seinem Geheimnis in diese glänzenden Schätze gesteckt. Und in der Weihnachtszeit, wenn das Licht der Kerzen tanzt und die Sterne über uns funkeln, erinnern uns diese glänzenden Metalle daran, wie wunderbar und staunenswert unsere Welt ist. Gold ist ein Geschenk der Natur, das uns daran erinnert, dass auch im Kleinsten der Glanz des Kosmos verborgen liegen kann – und dass es sich lohnt, innezuhalten und zu staunen.

Und nun dürfen wir gespannt darüber sein, was sich hinter unserem heutigen literarischen Türchen verbirgt.
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Meine lieben,

Wenn wir in die Weiten des Universums blicken, sind wir oft mit einem Gefühl der Ehrfurcht konfrontiert. Galaxien, die wie funkelnde Juwelen im tiefschwarzen Kosmos schweben, Sterne, die in ihrem letzten Atemzug in atemberaubenden Supernovae explodieren, und Planeten, die möglicherweise Leben beherbergen – all das lässt uns staunen. Doch eines der faszinierendsten und gleichzeitig geheimnisvollsten Phänomene des Universums ist etwas, das wir nicht sehen, nicht greifen und nur schwer verstehen können.
es ist verrückt und kann einen in den Wahnsinn treiben. Ausgerechnet vom Meisten wissen wir am wenigsten.
Es handelt sich heute um das, was alles auseinander zu treiben scheint. Es geht um die sog. dunkle Energie.

Was ist dunkle Energie?

Unsere besten Theorien besagen, dass das Universum zu etwa 68 % aus dunkler Energie besteht. Sie ist die treibende Kraft hinter der beschleunigten Expansion des Universums. Aber was genau ist sie? Ehrlich gesagt, wissen wir es nicht. Die dunkle Energie ist eine Hypothese, ein Versuch, die beobachtete Expansion des Universums zu erklären. Ohne sie würden unsere mathematischen Modelle zusammenbrechen.

Die Entdeckung

Die Entdeckung, dass sich unser Universum beschleunigt ausdehnt, war eine der bahnbrechendsten Erkenntnisse der modernen Astronomie und wurde in den späten 1990er Jahren gemacht. Die entscheidenden Arbeiten wurden von zwei unabhängigen Forschergruppen durchgeführt:

1. Supernova Cosmology Project
2. High-Z Supernova Search Team

Die Astronomen untersuchten weit entfernte Supernovae vom Typ Ia, die als „Standardkerzen“ dienen. Diese Supernovae haben eine bekannte Helligkeit, sodass ihre gemessene Helligkeit auf der Erde verwendet werden kann, um ihre Entfernung zu bestimmen. Gleichzeitig konnte die Rotverschiebung des Lichts dieser Supernovae verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu messen, mit der sich das Lichtobjekt von uns entfernt.

Die Forscher erwarteten, dass sich die Expansion des Universums durch die Gravitation verlangsamt – entweder, um irgendwann zu stoppen, oder in einem ewigen, aber abgebremsten Zustand fortzufahren. Stattdessen stellten sie fest, dass die weit entfernten Supernovae weniger hell erschienen, als sie es bei einer gleichmäßigen oder abnehmenden Expansion des Universums sein sollten. Dies bedeutet, dass das Universum in der Vergangenheit langsamer expandierte und die Expansion heute beschleunigt.
Die Entdeckung führte 2011 zur Verleihung des Nobelpreises für Physik an Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt und Adam G. Riess, die maßgeblich an der Forschung beteiligt waren.

Erklärungsversuche

Die beschleunigte Expansion wurde schließlich auf eine mysteriöse Form von Energie zurückgeführt, die als dunkle Energie bezeichnet wird. Sie macht etwa 68 % der gesamten Energiedichte des Universums aus, bleibt aber bis heute eine der größten Rätsel der Kosmologie.

Ein oft genanntes Modell ist die sogenannte kosmologische Konstante, die bereits von Albert Einstein in seine Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie eingeführt wurde. Einstein selbst bezeichnete sie später als seinen „größten Fehler“, da er glaubte, sie sei unnötig. Doch mit der Entdeckung der beschleunigten Expansion scheint diese Konstante ein Schlüssel zu sein. Sie beschreibt eine Art Energie, die im Vakuum des Raums selbst eingebettet ist.

Andere Theorien sprechen von einer dynamischen Form der dunklen Energie, die als Quintessenz bezeichnet wird. Diese Idee suggeriert, dass die dunkle Energie keine konstante Größe ist, sondern sich im Laufe der Zeit verändern könnte.

Und ja, es wird noch verrückter. Diese Ausdehnung erfolgt eigentlich nicht in dem Sinne, dass sich das Universum in das Vakuum hinein aufbläht. Es ist der Raum selbst, der größer wird. Und da hört die Vorstellungskraft für uns dann auf.

Das Beispiel mit dem Luftballon, auf dessen Haut das Universum gemalt ist, und der aufgeblasen wird, zeigt zwar, dass die Geschwindigkeit, mit welcher sich Objekte voneinander entfernen zunimmt, aber das mit dem Raum, der sich dehnt, erklärt dieses „Gleichnis“ nicht.
Auch der aufgehende Hefeteig mit Rosinen funktioniert als Beispiel auch nur so-lala.

Konsequenzen

Dieses unerwartete Ergebnis – eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts – hat uns dazu gezwungen, unsere Vorstellungen vom Kosmos zu überdenken.

Warum wir darüber staunen sollten

Die dunkle Energie stellt fundamentale Fragen: Was ist die Natur des Raums und der Zeit? Warum existiert überhaupt etwas anstatt nichts? Diese Fragen überschreiten die Grenzen der Wissenschaft und berühren philosophische und sogar spirituelle Bereiche. Sie laden uns ein, mit Ehrfurcht und Neugierde auf den Kosmos zu blicken und unsere eigenen Positionen darin zu überdenken.

Die Existenz der dunklen Energie erinnert uns daran, wie wenig wir über das Universum wissen. Sie zeigt, dass selbst unsere fortschrittlichsten Technologien und brillanten Theorien uns nur einen kleinen Einblick in die wahre Natur der Wirklichkeit geben. Wir wissen nicht, warum das Universum so ist, wie es ist, oder welche Rolle die dunkle Energie in seinem endgültigen Schicksal spielen wird. Doch gerade diese Unwissenheit ist ein Grund zum Staunen.

Das Universum ist ein Ort voller Wunder. Die dunkle Energie mag uns verwirren, aber sie ruft uns auch dazu auf, weiterzuforschen, weiterzufragen und niemals aufzuhören, uns zu wundern. In dieser Dunkelheit liegt eine unendliche Quelle des Staunens – eine Einladung, das Unbekannte zu umarmen.

Und jetzt, nach dieser schweren Kost, etwas Literatur:
https://www.blautor.de/der-blautor-adventskalender/