Das Rätsel der Nacht: Warum ist es nachts dunkel?

Dezember und Januar sind auf der Nordhalbkugel der Erde die Monate mit den längsten Nächten. In Berlin geht die Sonne von Mitte Dezember bis Mitte Januar jeden Abend schon etwa um 16 Uhr unter und morgens erst nach acht Uhr wieder auf. Rund 16 Stunden lang dreht die Erde uns also durch die Finsternis des Kosmos. Und wenn wir dabei den Blick nach oben richten, sehen wir ein Himmelsrätsel, bei dessen Anblick sich schon viele Generationen von Astronomen verwundert die Augen gerieben haben: Warum ist die Nacht schwarz?

Eine der überraschenden Antworten auf diese überraschende Frage lautet: Die Nacht muss zwangsläufig schwarz sein, weil es uns Menschen gibt. Denn ein gleißend heller Kosmos hätte erst gar keine Bewunderer wie uns hervorbringen können. Er wäre viel zu heiß für irgendwelche Lebewesen.

Dieser Zirkelschluss taugt nicht viel als Erklärung. Aber er zeigt uns immerhin, dass ein Weltall voller Licht beileibe nicht die beste aller Welten wäre. Doch wie wir in der biblischen Schöpfungsgeschichte bei Moses nachlesen können, war Gott zunächst anderer Meinung. Kaum hatte er Himmel und Erde erschaffen, fielen auch schon seine berühmten Worte: „Es werde Licht!“

Schon Kepler wunderte es, warum die Nacht schwarz blieb

Die helle Welt gefiel ihm offenbar. „Und Gott sah, dass das Licht gut war.“ Doch schnell erkannte er seinen Fehler. „Gott schied das Licht von der Finsternis und nannte das Licht Tag und die Finsternis Nacht.“ Da ihm offenbar aber die nächtliche Finsternis doch etwas zu finster war, hängte Gott am vierten Schöpfungstag den Mond in die Nacht. Und zusätzlich weitere Lichter, die Sterne.

Ob er wohl ahnte, welche naturwissenschaftliche Nuss er den Astronomen damit zu knacken gegeben hatte? Schon Johannes Kepler wunderte sich, wie Gott es hingekriegt hatte, dass die Nacht trotz der vielen unablässig ihr Licht verströmenden Sterne schwarz bleiben konnte.

Die Verwunderung Keplers ist ganz einfach zu verstehen. Zwar sehen wir einen einzelnen Stern natürlich umso schwächer leuchten, je weiter er von uns entfernt ist. Im Gegenzug wächst aber die Anzahl der Sterne an, je größer die Entfernung wird, in der wir sie zählen. In einem gleichmäßig mit Sternen gefüllten Weltall ergibt sich eine überraschende Helligkeitsbilanz: Aus jeder beliebig großen Entfernung erreicht uns aus den Sternen, die rings um uns herum in dieser Entfernung leuchten, zusammengenommen immer gleich viel Licht.

Man glaubte, Gas und Staub würden das Licht verschlucken

In einem unermesslich großen Weltall müssten folgerichtig „alle diese anderen Sonnen insgesamt unsere eigene Sonne an Helligkeit sogar noch übertreffen“, wie schon Kepler erstaunt erkannte. Die Sterne müssten am Nachthimmel zusammenfließen zu einer vollkommen geschlossenen Lichtwand. Vor lauter Sternen dürften wir eigentlich gar keine einzelnen Sterne mehr sehen!

Warum ist dann aber die Nacht unbestreitbar trotzdem so schwarz wie die Nacht? An diesem Rätsel knobelten nach Kepler noch viele Astronomen jahrhundertelang herum. Am bekanntesten von ihnen wurde der Bremer Arzt und Astronom Heinrich Olbers, der im Astronomischen Jahrbuch 1826 folgende Lösung vorschlug: Die Nacht sei schwarz, weil das Licht entfernter Sterne verschluckt werde von Gas- und Staubnebeln, die zwischen den Sternen dahintreiben.

Erst mithilfe der einige Zeit später entdeckten Gesetze der Thermodynamik konnte Olbers Irrtum widerlegt werden. Das von Gas oder Staub verschluckte Sternenlicht würde die Materiewolken zunehmend aufheizen, bis sie selber so hell strahlen würden wie die Sterne.

Edgar Allen Poe löste das Rätsel der dunklen Nacht

Als „Olbersches Paradoxon“ geistert das Staunen über die Schwärze der Nacht aber trotzdem auch heute noch durch zahlreiche Bücher. Und dies, obwohl eine erste Auflösung des Paradoxons bereits 1842, nur zwei Jahre nach Olbers Tod, gefunden wurde. Nur wenige Astronomen wissen heute aber noch von wem. Kein Wunder, denn es war keiner der ihren, sondern der Schriftsteller Edgar Allan Poe. Der Fachmann für die Finsternis der menschlichen Seele erwies sich auch als Fachmann für die Finsternis des Himmels. Die meisten Sterne, schrieb Poe, seien einfach so weit entfernt von uns, dass „noch kein Strahl von ihnen imstande war, uns zu erreichen“.

Wie hellsichtig Poes Vision über den schwarzen Himmel tatsächlich war, konnten aber erst die Erkenntnisse der modernen Astronomie des 20. Jahrhunderts über den Aufbau und die Geschichte des Weltalls zeigen. Wie viele Sterne sind denn überhaupt nötig, damit sie den Himmel vollständig mit einem lückenlosen Lichtvorhang überdecken können, lautet die entscheidende Frage. Bei der Antwort verflüchtigt sich das Olbersche Paradoxon in den Weiten des Weltalls.

Heutzutage wissen wir ungefähr, wie viele Sternlein stehen. Nicht in so ganz großer Zahl, wie uns das Kinderlied einsingen will. Im Durchschnitt, über das ganze bekannte Weltall gerechnet, leuchten die Sterne jeweils Hunderte von Lichtjahren voneinander entfernt gegen die Finsternis an. Damit diese einsam vor sich hin strahlenden Sterne eine lückenlose Lichtwand aufbauen könnten, müssten deshalb Sterne auch aus sehr weit entfernten Himmelsregionen noch ihren Lichtbeitrag leisten, und sei er noch so winzig.

Für einen lückenlos hellen Himmel müssten auch Sterne noch ihr schwaches Licht beisteuern, die viele Trilliarden Lichtjahre von uns entfernt sind! Dies aber ist nicht möglich. Denn das Weltall ist ja nicht unendlich alt. Es entstand vielmehr vor 13,7 Milliarden Jahren. In der Zeit seitdem konnte Licht aber nur eine bestimmte Entfernung durchfliegen. Und deshalb kann uns bis jetzt nur Licht aus Sternen erreicht haben, die innerhalb dieser Entfernung leuchten. In diesem Umkreis um uns herum leuchten bei weitem nicht genügend Sterne, um den Himmel mit ihrem Licht füllen zu können.

Im Weltall gibt es 70 Trilliarden Sterne

Nach einer Hochrechnung des australischen Astronomen Simon Driver enthält das für uns heute überschaubare Weltall bis zu 70 Trilliarden Sterne, eine Zahl mit 22 Nullen. Zugegeben nicht gerade wenig. Aber halt doch viel zu wenig für strahlende Nächte. Seit viel zu kurzen Zeiten leuchten einfach nicht genügend viele Sterne im Weltall, um seine riesigen Räume mit Licht zu füllen. Und dieses Weltall mit seinen weit voneinander entfernten Sternen wird auch bei Weitem nicht alt genug werden für vollständige Erleuchtung. In etwa 100 Billionen Jahren wird das Zeitalter der strahlenden Sterne zu Ende gehen. Lange bevor sich die kosmische Finsternis allmählich aufhellen würde, werden die Sternlichter auch schon wieder ausgehen. Der Kosmos wird kalt und dunkel bleiben auf immer und ewig, oder besser gesagt so lange es ihn geben wird.

Man kann das Olbersche Paradoxon mithilfe von E = mc2 auflösen, Albert Einsteins berühmter Gleichung. Die Formel besagt nicht nur, dass Materie viel Energie (E) enthält. Man kann mit ihr sogar berechnen, wie viel Energie in der Materie steckt. Man muss dafür nur die Masse m der Materie malnehmen mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit c.

Jeder Stern ist ein Kraftwerk

Die schönste Anwendung dieser Formel finden wir in den Sternen. Jeder Stern ist ein Kraftwerk, das einen Teil der Energie in seiner Materie freisetzt und als Licht abstrahlt. Der Urknall hat nun aber offenbar vergleichsweise wenig Materie erschaffen. Die gesamte Lichtmenge, welche alle Sternkraftwerke zusammengenommen aus der Gesamtmaterie des Kosmos erzeugen können, ist viel zu klein, um seine riesigen Räume erhellen zu können, heute nicht, und in aller Zukunft nicht.

Die Lösung des jahrhundertealten Rätsels der Schwärze der Nacht lautet also: Das Weltall besitzt einfach zu wenig Materie für helle Nächte. Oder umgerechnet nach Einstein: Es hat zu wenig Energie, um die Nacht zum Tag zu machen. Wir Menschen auf unserer kleinen Erde dagegen offenbar schon. Man muss sich ja nur einmal den auch nachts hellen Himmel über Berlin anschauen.