Warum ist der Weltraum eigentlich schwarz?

Dieter Schütz / pixelio.de

Frage: Warum ist der Weltraum eigentlich schwarz?

Antwort
„Hinter dieser scheinbar einfachen Frage, die ein Kind stellen könnte, verbirgt sich das so genannte Olberssche Paradoxon, benannt nach dem Arzt und Amateurastronomen Wilhelm Olbers (1758 – 1840). Er stellte sich die Frage, warum der Nachthimmel eigentlich dunkel ist, wenn doch das unendlich große Universum angefüllt ist mit Abertausenden kosmischen Lichtquellen. Denn wenn hinter einer Lichtquelle eine weitere auftritt und daneben noch eine und so weiter, müsste der Nachthimmel doch eigentlich gleißend hell sein – zumindest aber nicht schwarz, so wie wir es beobachten.

Der Strahlungsstrom einer Quelle am Himmel nimmt mit dem Entfernungsquadrat ab; allerdings nimmt ebenso die Zahl der Sterne (bei vorausgesetztem unendlichen, homogenen Universum) mit dem Entfernungsquadrat zu. Somit würde der Nettostrahlungsstrom gemessen auf der Erde konstant bleiben. Dieses Argument erklärt somit nicht die Dunkelheit. Der Weltraum ist jedoch nicht leer, sondern angefüllt mit Staub und Gas. Das Licht der Sterne und Galaxien wird an diesem Material gestreut, abgeschwächt und gerötet (Extinktion). Dieser Effekt reicht als Erklärung des dunklen Nachthimmels nicht aus, weil es nur eine Verschiebung des Lichts im Spektrum darstellt, vom optischen in den infraroten Bereich. Die Strahlung ist also noch da und Extinktion löst nicht das Olberssche Paradoxon.

Die Lösung des Rätsels besteht darin, dass die Ausbreitung des Sternenlichts mit extrem hoher, aber dennoch mit endlicher Geschwindigkeit, nämlich der Vakuumlichtgeschwindigkeit c von fast 300 000 Kilometern pro Sekunde geschieht.

Die Konsequenz: Nicht das Licht aller kosmischen Quellen hat die Erde bereits erreicht, seitdem sie entstanden sind oder seitdem sie emittieren. Die Strahlung ist noch unterwegs in den Weiten des Alls. Es gibt also einen Beobachtungshorizont: Nicht alle Objekte des Universums können auf einmal erfasst werden. Die beobachtete Expansion des Universums (Hubble-Effekt), getrieben durch die Dunkle Energie, schränkt die Beobachtung weiter ein. Denn durch die anhaltende Expansion entfernen sich entfernte Objekte von der Erde noch mehr, dadurch dass sie mit der expandierenden Raumzeit von uns weg ’schwimmen‘. Das Paradoxon verschwindet bei der Berücksichtigung der Endlichkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht. Der Kern der Lösung ist also in Einsteins Spezieller Relativitätstheorie zu finden – die kannte Wilhelm Olbers freilich nicht.“

Heutiger Spezialist: Dr. Andreas Müller, Astrophysiker und wissenschaftlicher Manager am Exzellenzcluster Universe der TU München. Vielen Dank!

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Stand: Dezember 2011
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