Das Geheimnis der Finsternis

Was steckt hinter der sichtbaren Welt?

Nachthimmel mit Milchstraße

Dokumentation | Terra X - Das Geheimnis der Finsternis

Faszination Universum mit Harald Lesch: Nur mithilfe der Dunkelheit können wir das Wunder des Lichts erfassen. Und gerade in der tiefsten Finsternis verbergen sich die größten Rätsel des Universums.

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Dunkelheit ist mehr als nur fehlendes Licht: Mit ihrer Hilfe können wir so manches klarer sehen. Und gerade in der Dunkelheit des Universums entdecken wir seine größten Geheimnisse. Harald Lesch enthüllt auf seiner Reise in die Finsternis, dass der größte Teil unserer Welt unsichtbar ist, sich in der Dunkelheit versteckt: die sogenannte dunkle Materie. Sie zu ergründen ist eine der spannendsten Fragen der Astronomie unserer Zeit.

Viele Kinder haben Angst vor der Dunkelheit, und auch Erwachsenen bereitet sie oft noch Unbehagen. Kein Wunder, ist es doch gar nicht lange her, da war der Mensch ihr ausgeliefert und musste jede Nacht erneut darauf vertrauen, dass die Sonne wiederkehrt. Mit dieser Urangst des Menschen haben die Pharaonen im alten Ägypten so geschickt gespielt, bis sie zu einer wichtigen Säule Ihrer Macht wurde. Die selbsternannten Söhne des Sonnengottes regierten mithilfe der Nacht. Für andere wirkte die Abwesenheit von Licht erkenntnisfördernd: Newton entschlüsselte in einem dunklen Zimmer die Natur des Lichts und die Farben des Regenbogens. Einsteins wichtigste Theorie konnte nur in der Dunkelheit einer Sonnenfinsternis bewiesen werden. Heutige Astronomen rätseln über eine der größten wissenschaftlichen Fragen: Was ist dunkle Materie und welche Rolle spielt sie im Universum?

Die Natur des Lichts

Roger Bacon betrachtet Regenbogen (Spielszene
Roger Bacon will die Natur des Regenbogens ergründen (Spielszene).

Der Regenbogen galt noch im 13. Jahrhundert als göttliches Zeichen. Dem Dominikanermönch und Gelehrten Roger Bacon genügte diese Erklärung nicht. Er wollte herausfinden, wie die Farben zustande kommen und warum der Bogen nur erscheint, wenn es regnet und gleichzeitig die Sonne scheint. Bacon war ein Experte auf dem Gebiet der Optik. Er glaubte, dass nur wahr sei, was sich auch im Experiment beweisen lasse. Im Regenbogen sah er eine Lichterscheinung, die durch feinste Wassertropfen hervorgerufen wird. Doch solche Lehren passten nicht zur kirchlichen Auffassung der Wahrheitsfindung, und Bacon musste fast 15 Jahre seines Lebens im kirchlichen Arrest verbringen. Das Rätsel der Farben sollte erst 400 Jahre später gelöst werden. Isaac Newton, den viele für den größten Physiker der Neuzeit halten, erforschte im Schutz der Dunkelheit die Eigenschaften des Lichts.

Erst neuere Forschungen brachten eine verborgene Seite Newtons ans Licht, die zunächst gar nicht zu dem Bild des genialen Physikers und Mathematikers passen sollte: Zeitlebens wandte er sich der okkulten Wissenschaft der Alchemie zu. Er war überzeugt, Materie sei mit besonderen Kräften versehen. Newton war sich des Widerspruchs zur exakten, rationalen Mathematik durchaus bewusst und betrieb die Alchimie deshalb im Verborgenen. Seine Schriften ließ er wegschließen; niemand sollte ihn damit in Verbindung bringen. Und doch wäre Newton ohne die Alchemie vielleicht nie zu der größten Erkenntnis seines Lebens gelangt. Mit seinem messerscharfen Verstand gelang es ihm, die Physik der Bewegung in mathematische Formeln zu fassen – Formeln, die nicht nur auf Erden, sondern auch im Weltall Gültigkeit haben sollten. Eine Revolution, denn damals galt: Himmel und Erde folgen verschiedenen Gesetzen.

Was hält die Himmelskörper auf ihren Bahnen?

Newton beobachtet einen Apfel am Baum (Spielszene)
Newton hat die entscheidende Idee unter einem Apfelbaum (Spielszene).

Im damals vorherrschenden Weltbild ist das gesamte Universum von Materie erfüllt, dem Äther. Der Äther setzt die Himmelskörper in Bewegung und treibt sie an. Newton konnte sich mit dieser Theorie nicht anfreunden. In einer von ihm selbst gepflegten Legende soll er den entscheidenden Gedanken unter einem Apfelbaum gefasst haben: Warum fällt der Apfel stets zur Erde und nicht nach oben? Newtons Einsicht: Körper ziehen einander an. Er entwickelt das Konzept der Schwerkraft: Die Himmelskörper selbst beeinflussen sich durch eine geheimnisvolle Fernwirkung, der Äther ist keine treibende Kraft mehr. Je schwerer ein Körper ist, umso stärker seine Anziehungskraft. Auch der Mond wird durch die Schwerkraft der Erde auf seiner Bahn gehalten. Die „spukhafte“ Schwerkraft wirkt immer und überall und lässt sich genau berechnen. Inspiriert durch seine Erfahrungen mit der Alchemie war Newton in der Lage, eine Kraft anzunehmen, die andere Wissenschaftler für undenkbar hielten.

Dank Newton konnte man nun die Schwerkraft berechnen, die die Erde um die Sonne laufen lässt. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts gelang es Albert Einstein, diese Kraft auch zu erklären. Die Ursache der Gravitation muss eine Eigenschaft des Weltraums selbst sein, vermutete er. Die Masse der Sonne krümmt den Raum. Die Planeten surfen entlang der schrägen Wand. Selbst das Licht der Sterne muss sich der Krümmung des Raums beugen. Aber wie sollte er zeigen, dass diese geniale Theorie stimmt?

Das Beweisfoto

Einstein schilderte seine neue Vorstellung vom Raum in einem Brief an seinen Wissenschaftskollegen, den britischen Astronomen Sir Arthur Eddington. Dieser begeisterte sich sofort und hatte eine Idee, wie man Einsteins Theorie beweisen könne. Denn der Effekt der Lichtbeugung lässt sich nur bei Sternen beobachten, deren Licht ganz nah an der Sonne vorbeiläuft. Eddingtons Plan: Er bestimmte zunächst die Position einiger Sterne, während sie am Nachthimmel genau gegenüber der Sonne stehen, und fotografierte diese. Exakt ein halbes Jahr später erscheinen diese Sterne am Taghimmel, dicht bei der Sonne. Sollte Einstein recht haben, müssten die Sterne nun weiter außen erscheinen, denn die Sonne als Massezentrum lenkt die Lichtstrahlen ab.

Weil die Sterne tagsüber nicht zu sehen sind, musste man einen Moment der Dunkelheit abpassen: Am 29. Mai 1919 machten sich Eddington und sein Assistent auf, um auf der Insel Principe vor Westafrika bei einer totalen Sonnenfinsternis das entscheidende Foto einzufangen. Eddingtons Berechnungen nach war dies der ideale Ort, um das Ereignis zu fotografieren. Allerdings erschwerte dichte Bewölkung die Sicht, erst im letzten Moment gaben die Wolken den Blick frei. Von Dutzenden belichteten Fotoplatten überstanden nur wenige die Schiffsreise. Zurück in England verglich Eddington die Sonnenfinsternisbilder mit den alten Aufnahmen der gleichen Himmelsstelle ohne Sonne. Und tatsächlich unterschieden sich die Positionen der Sterne voneinander! Einsteins Theorie war bewiesen, und über Nacht wurde er zum Superstar. Eddingtons Name wurde dabei nur selten in der Presse erwähnt. Aber ohne dessen Forschergeist und ein wenig Dunkelheit zur rechten Zeit hätte die Revolution in der Physik vielleicht noch lange auf sich warten lassen.

Blick zum Anfang

Einer der tiefsten Blicke ins All: Hubble-Aufnahme weit entfernter Galaxien
Einer der tiefsten Blicke ins All: Hubble-Aufnahme weit entfernter Galaxien

Galileo Galiei hatte sich lange mit der Frage beschäftigt, was sich dort verbirgt, wo der Himmel schwarz ist. 1609 baute er in Padua das erste Teleskop. Das Fernrohr offenbarte Galilei: Auch in der Dunkelheit gibt es Sterne, sie leuchten nur für das bloße Auge zu schwach.Er folgert daraus: Es muss unendlich viele Sterne geben – und keine echte Dunkelheit im Weltall. Im Lauf der Zeit schafften es immer leistungsfähigere Teleskope, immer weiter in das Weltall zu blicken. Sie bestätigten Galileos Vermutung: Ein Ende des Weltalls ist nirgendwo in Sicht – endgültige Dunkelheit scheint es nicht zu geben.

Das Weltraumteleskop Hubble kann weiter blicken als jedes noch so große Observatorium auf der Erde. Denn es gibt keine Atmosphäre mehr, die den Blick trübt. 2003 spähte Hubble tiefer als jemals zuvor ins Weltall, in einen besonders dunklen Fleck am Himmel. Insgesamt 16 Tage lang fotografierte Hubble den gleichen Ort. Das Bild, das entstand, zeigt tatsächlich dunkle Flecken, hinter denen sich keine weiteren Himmelskörper mehr verbergen. Doch dies ist nicht das Ende des Weltraums, es ist der Blick auf den Anfang von allem: Hinter der schwarzen Wand verbirgt sich das Zeitalter kurz nach dem Urknall, als die Welt unvorstellbar heiß und unvorstellbar dicht war – zu dicht, um Licht herauszulassen.

Dunkle Materie

Das vielleicht größte Rätsel der heutigen Astronomie: Es muss im Universum viel mehr Materie geben, als mit den modernsten Teleskopen zu sehen und zu messen ist. Wissenschaftler gehen davon aus, dass für alles Sichtbare noch einmal das Fünffache an dunkler Materie im Universum vorhanden ist. Eines der Indizien: Andromeda, unsere große Nachbargalaxie, rast mit rund 400.000 Kilometern pro Stunde auf die Milchstraße zu. Kein Problem für uns, denn noch ist sie Millionen Lichtjahre entfernt, aber ein Problem für die Astronomen: Nach den Gesetzen der Physik dürfte es das gar nicht geben.

Modell des Universums mit dem "dunklen Zeitalter" kurz nach dem Urknall (Grafik)
Kurz nach dem Urknall gab es ein "dunkles Zeitalter".

Computermodelle zeigen übereinstimmend, dass das Universum seit dem Urknall expandiert und auch alle Galaxien auseinanderdriften. Um sich gegenseitig derart anzuziehen wie die Milchstraße und Andromeda, bräuchten diese Galaxien viel mehr Masse, als Astronomen beobachten. Die einzige Erklärung: Eine gewaltige Menge an versteckter Materie bringt die Galaxien dazu, im Weltall große Haufen und Strukturen zu bilden. Was ist das für eine merkwürdige Masse, die eine solche Macht hat?

Die Astronomen nennen sie „dunkle Materie“. Sie muss aus einem ganz anderen Stoff bestehen als alles, was wir kennen, und zudem extrem fein wie in Wolken im Weltraum verteilt sein. Auch wenn sich die dunkle Materie unserer Beobachtung bis jetzt entzieht, haben Astronomen eine Möglichkeit, sie indirekt sichtbar zu machen: In Bildern des Hubble-Teleskops erkennen sie manchmal Galaxien, die verzerrt wirken. Irgendetwas auf dem Weg des Lichts muss wie eine ungenaue Linse wirken. Im Computermodell wird das Licht einer Galaxie durch Wolken dunkler Materie abgelenkt. Die verwischten und verzerrten Bilder zeigen, dass man der dunklen Materie auf den Fersen ist.

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