Aufgaben: Der Ursprung des Universums

Erkläre, worin die Urknalltheorie besteht, und gib an, wie lange der Ursprung des Universums ungefähr zurückliegt.

Nenne zwei Belege, die die Urknalltheorie stützen, und erkläre jeden kurz.

Betrachte den Zeitstrahl des Universums (nicht maßstabsgetreu): Die Buchstaben A, B, C und D stehen für vier Ereignisse – Urknall, Entstehung der Sonne, Entstehung der Erde und Entstehung des Lebens –, ohne anzugeben, welches welches ist. Ordne jedem Buchstaben das passende Ereignis zu, bringe die Ereignisse vom ältesten zum jüngsten in eine Reihenfolge und gib an, wie lange jedes ungefähr zurückliegt.

Hubble beobachtete, dass das Licht ferner Galaxien zum roten Bereich hin verschoben ist. Erkläre, was die Rotverschiebung ist und welche Schlussfolgerung über das Universum sich aus dieser Beobachtung ergibt.

Beschreibe die wichtigsten Phasen der Entstehung des Sonnensystems aus einem Nebel: Kollaps der Gas- und Staubwolke, Entstehung der Sonne im Zentrum und protoplanetare Scheibe.

Was ist die kosmische Hintergrundstrahlung (Mikrowellenhintergrund)? Erkläre, warum ihr Nachweis als entscheidender Beleg für den Urknall gilt.

Ein Mitschüler behauptet: „Da wir von der Erde aus beobachten, dass sich fast alle Galaxien in jeder Richtung von uns entfernen, muss die Milchstraße im genauen physikalischen Zentrum des Universums liegen, wo der Urknall stattgefunden hat.“

1. a) Stütze dich auf die Analogie der Oberfläche eines Luftballons mit aufgemalten Punkten, der aufgeblasen wird, um seine Aussage zu widerlegen: Leite ab, was ein Astronom in einer beliebigen anderen Galaxie beobachten würde.
2. b) Nenne eine wichtige Grenze dieser Analogie: Erkläre, warum es ein begrifflicher Fehler über die Expansion des Raums ist, den Urknall in den „hohlen Innenraum“ des Ballons zu verlegen.

Der Wissenschaftsvermittler Carl Sagan machte den Satz „Wir sind Sternenstaub“ bekannt. Analysiere anhand dieser Angaben, woher die Atome deines Körpers stammen: Wasserstoff macht etwa $62\,\%$ aller Atome aus, Sauerstoff $24\,\%$, Kohlenstoff $12\,\%$ und Eisen $0,001\,\%$ (wesentlich im Hämoglobin für den Sauerstofftransport).

1. a) Begründe, warum Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen im Inneren oder beim Tod früherer Sterne entstanden sein müssen und nicht beim Urknall.
2. b) Leite ab, warum es um Sterne der ersten Generation (Population III, kurz nach dem Urknall ausschließlich aus Wasserstoff und Helium entstanden) unmöglich war, dass felsige Planeten mit Leben wie dem unseren existierten.

Im „kosmischen Kalender“ werden die $13\,800$ Millionen Jahre des Universums auf ein einziges Jahr mit 365 Tagen verdichtet (der 1. Januar um 00:00 Uhr ist der Urknall und der 31. Dezember um 24:00 Uhr der gegenwärtige Augenblick).

1. a) Berechne, an welchem ungefähren Datum (Monat und Tag) die Erde entstand (vor $4\,600$ Millionen Jahren) und an welchem ungefähren Datum und zu welcher Uhrzeit die Gattung Mensch (Homo, vor etwa $2,8$ Millionen Jahren) auftrat. Zeige deine Rechnungen.
2. b) Widerlege angesichts dieser Ergebnisse das anthropozentrische Argument, das Universum existiere vor allem zu dem Zweck, die menschliche Art zu beherbergen, indem du den zeitlichen Anteil unserer Existenz mit dem des Kosmos vergleichst.