Warum ist es nachts dunkel?

‚Was für eine dumme Frage!‘ Könnte man meinen. Die Sonne ist untergegangen, das war’s. Nun, die Antwort klingt wirklich vernünftig, aber ist das schon alles?

Nächte auf der Erde sind von Natur aus dunkel. Das ist gut so. Wir können schlafen oder andere Dinge tun, die man im Dunkeln tun kann. Der dunkle Himmel erlaubt es uns auch, einen guten Blick auf das große Universum zu werfen und uns zu fragen, wie alles zustande gekommen ist. Die Antwort auf die Frage „Warum ist die Nacht dunkel?“ ist nicht so einfach wie „Weil die Sonne untergegangen ist“. Sie hängt mit dem Ursprung des Universums zusammen, wie wir es kennen. Nicht einfach, aber schön.

Das Paradox

Wenn das Universum statisch, unendlich groß, ewig und mit einer unendlichen Anzahl von Sternen gefüllt wäre, müsste der Himmel immer leuchten, wenn alle Sterne leuchten. Das Sternenlicht würde sich in alle Richtungen ausbreiten und schließlich jeden Winkel des Universums berühren. Jeder Fleck auf der Oberfläche eines jeden Planeten, einschließlich unserer Erde, wäre schließlich ständig vom Sternenlicht durchflutet. Die Nacht sollte dann nicht mehr dunkel sein. Das Wort „Nacht“ müsste dann etwas ganz anderes bedeuten. All das wäre wahr, wenn nur die Realität nicht so wäre, wie sie ist und immer war: Der Himmel ist nachts dunkel. Und warum? Ein deutscher Arzt und Astronom stellte diese Frage bereits 1823, und das Problem wurde nach seinem Namen als ‚Olbers-Paradoxon‘ bekannt.‘

Das Modell des statischen Universums schlug ebenfalls vor, dass das Universum homogen ist. In einem riesigen Maßstab würde die gleiche Anzahl von Sternen von jedem Ort aus ein gleiches Volumen des Universums ausfüllen. Stellen Sie sich vor, dass nach diesem Modell, wenn wir das Universum in Abschnitte oder Schalen unterteilen, die jeweils ein Lichtjahr dick und durch eine Entfernung von 1 Milliarde Lichtjahren (astronomisch weit) voneinander getrennt sind, die Anzahl der Sterne in den Schalen, die weiter vom Beobachter entfernt sind, zunimmt.

Das Licht aus den weiter entfernten Schalen wäre natürlich schwächer als das Licht aus der Schale, die dem Beobachter am nächsten ist, aber es gäbe mehr Sterne in den weiter entfernten Schalen. Der Beobachter würde also die gleiche Lichtmenge von Schale 2 sehen wie von Schale 1. Jede Schale würde zu einer Lichteinheit beitragen, die sich zu allem summiert, was der Beobachter sehen kann. Bei einer unendlichen Anzahl von Schalen wäre alles blendend hell.

In der Tat wären die Nächte auf der Erde nur dann so hell wie die Tage, wenn die Annahme, dass das Universum räumlich und zeitlich unendlich und statisch ist, richtig wäre. Nach diesem Modell gäbe es weder einen Anfang noch ein Ende des Universums.

Das Universum mag unendlich groß sein, aber es ist nicht unendlich alt. Es gab einen Zeitpunkt, an dem alles ins Leben gerufen wurde. Dieser Gedanke erklärt schließlich, warum die Nacht dunkel ist.

Licht bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1080 Millionen Kilometern pro Stunde. Nichts im Universum kann sich schneller bewegen als das Licht. Aber das Licht braucht trotzdem Zeit, um große Entfernungen zu überwinden. Einer der Gründe, warum der Himmel nachts dunkel ist, besteht darin, dass einige Lichter von fernen Sternen ihren Weg zu uns noch nicht gefunden haben, wie Edgar Allan Poe in seinem Essay Eureka aus dem Jahr 1848 feststellte.

Wäre die Abfolge der Sterne endlos, dann würde uns der Hintergrund des Himmels eine gleichmäßige Leuchtkraft präsentieren, wie sie die Galaxie aufweist – denn es könnte absolut keinen Punkt in diesem Hintergrund geben, an dem nicht ein Stern existieren würde. Die einzige Art und Weise, wie wir unter diesen Umständen die Leere verstehen könnten, die unsere Teleskope in unzähligen Richtungen entdecken, wäre daher, wenn wir die Entfernung des unsichtbaren Hintergrunds als so groß annehmen würden, dass uns noch kein Strahl von ihm erreichen konnte. – Edgar Allan Poe, Eureka

Die Urknalltheorie und die Expansion des Universums

Es gibt Dinge, die das statische Universumsmodell nicht erklären kann. Mit Hilfe neuer Technologien haben Wissenschaftler und Astronomen immer mehr Beweise dafür gefunden, dass das Universum nicht statisch ist. Beobachtungen haben ergeben, dass sich das Universum ausdehnt. Und zwar mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Irgendetwas muss diese Expansion vor langer Zeit verursacht haben. Vielleicht eine große Explosion? Poes intuitive Sichtweise des Universums mit einem endlichen Alter unterstützt diese Spekulation ebenfalls, denn sie impliziert, dass es einen Anfang gibt. Hier kommt die Urknalltheorie ins Spiel.

Die Urknalltheorie besagt, dass das Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt ein sehr heißer Ort war. Der heißeste Ort im Universum (duh!) Es war auch sehr dicht. Dann kam der Knall. Die gesamte Materie in der „kosmischen Ursuppe“, die kurz nach dem Knall entstand, begann abzukühlen. Die Materie kondensierte dann zu subatomaren Teilchen, dann zu Atomen – den Bausteinen der Sterne – und zu allem anderen.

Anfangs war das Universum vermutlich sehr hell, aber undurchsichtig, weil die freien Elektronen das Licht nicht so weit reisen ließen. Mit der Abkühlung wurde das Universum immer durchsichtiger. Zugleich dehnte sich das Universum aus. Alles darin begann sich voneinander zu entfernen. Die Expansion war so schnell, dass die Lichter der Sterne und Galaxien, die sich früher im Universum gebildet hatten, in die Länge gezogen wurden. Dieses Phänomen wird als „kosmologische Rotverschiebung“ bezeichnet. Der Begriff „Rotverschiebung“ rührt daher, dass die Wellenlänge des Lichts bei der Ausdehnung und Abkühlung des Universums gestreckt wird und die Farbe des Lichts röter wird, da seine Wellenlänge länger wird und in den Infrarotbereich fällt, wodurch seine Energie infolge der Abkühlung des Universums abnimmt.

Wenn wir Sterne oder Galaxien betrachten, schauen wir in ihre Vergangenheit. Das liegt daran, dass das Licht Jahre braucht, um von diesen Objekten zu uns zu gelangen. Anhand der kosmologischen Rotverschiebung haben Wissenschaftler auch herausgefunden, dass sich ein Stern oder eine Galaxie umso schneller entfernt, je weiter er/sie von uns entfernt ist. Das am weitesten entfernte beobachtbare Himmelsobjekt ist nur im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums sichtbar. Als das Hubble-Teleskop das eXtreme Deep Field (XDF)-Bild aufnahm, tat es dies mit Infrarotsensoren, um Sterne und Galaxien in den entferntesten Bereichen des Universums zu zeigen, soweit wir sie mit unserer heutigen Technologie beobachten können.

Ein weiterer Beweis für die Urknalltheorie ist die kosmische Hintergrundstrahlung, die 1965 von Wissenschaftlern versehentlich entdeckt wurde. Es handelt sich dabei um die Reststrahlung in Form von Mikrowellen und Radiowellen, die sich im gesamten Universum ausbreitet. Diese Strahlung ist viel ausgedehnter als das Licht der am weitesten entfernten beobachtbaren Sterne und Galaxien. Ihre Wellenlängen sind länger als die der infraroten Bereiche. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist, mit anderen Worten, die abgekühlte Version der Strahlung, die zur Zeit des Urknalls freigesetzt wurde. Sie ist die älteste beobachtbare Strahlung. Man kann sich diese Strahlung auch als Momentaufnahme des Universums zum Zeitpunkt des Urknalls vorstellen, der vor etwa 14 Milliarden Jahren stattfand.

Die kurze Antwort auf die Frage „Warum ist es nachts dunkel?“

Die Kernaussage ist, dass unser Nachthimmel dunkel ist, weil wir die Lichter von fernen Sternen und Galaxien nicht sehen können, da sie sich so schnell von uns entfernen, dass ihr Licht gestreckt und zu Infrarotlicht wird. Auch die Lichter aller Sterne im Universum werden uns zu unseren Lebzeiten nicht erreichen, weil sie einfach zu weit entfernt sind. Aber in Wirklichkeit wird das gesamte „beobachtbare Universum“ gleichzeitig von allen möglichen Strahlungen beleuchtet, die für unsere Augen unsichtbar sind und noch voller Wunder sind, die darauf warten, entdeckt zu werden.