Gesundheit: Astronomie: Kosmische Kindheitserinnerungen

Wie ein Netz durchzieht die Materie heute unseren 13 Milliarden Jahre alten Kosmos. In den Strängen, aber noch mehr an den Knoten dieses Netzes tummeln sich die Galaxien und bilden riesige Haufen. Wissenschaftler fragen sich seit langem: Wann sind die Galaxien entstanden? Wie waren sie im noch jungen Kosmos verteilt? Gab es zuerst ein großes Netz und entwickelten sich dann immer feinere Strukturen? Oder war die Masse im Kosmos zunächst gleichmäßig verteilt?

Viele Wissenschaftler glauben inzwischen, dass sich kleinere Materiezusammenballungen im frühen Universum zu immer größeren Gebilden zusammengeschlossen haben. Aber um ein exaktes Bild des jungen Weltalls zu erhalten, wird der Satellit "Map" der amerikanischen Weltraumbehörde Nasa diesen Sonnabend seine Reise beginnen.

Vier Mal weiter entfernt als der Mond wird der Forschungssatellit die Erde umschweben. Er soll die bisher genaueste Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung erstellen. Denn nicht zuletzt dieser Strahlung verdanken Wissenschaftler ihr Wissen um die Frühzeit des Universums.

Die kosmische Hintergrundstrahlung zeigt ein Bild des Kosmos 300 000 Jahre nach seinem explosiven Anfang. Zu diesem Zeitpunkt wurde der glühende Feuerball des Alls erstmals durchsichtig. Die Hintergrundstrahlung durchquert seitdem ungehindert den Raum. Bemerkenswert gleichförmig erfüllt sie den gesamten Himmel.

In den winzigen Abweichungen von der Einheitlichkeit erkennen Astronomen jedoch die Keimzellen von Galaxien. Die Hintergrundstrahlung birgt nicht nur das Geheimnis vom Ursprung der Galaxien. Aus ihr lässt sich auch erkennen, ob der Kosmos in ferner Zukunft wieder zu einem Punkt zusammenfallen oder ob er sich sich auf ewig ausdehnen wird, bis auch der letzte Stern erloschen ist. Aber was ist diese Hintergrundstrahlung, von der sich Kosmologen so viel Erleuchtung versprechen?

Unvorstellbar heiß und dicht war das Universum anfangs. Mit einem Urknall begann es sich auszudehnen und abzukühlen. In seiner Frühzeit war der Weltraum jedoch noch so warm, dass Elektronen und Atomkerne sich nicht verbinden konnten. Frei durch den Kosmos fliegende Elektronen lenkten die allgegenwärtige Strahlung um, fingen sie ein und sendeten sie wieder aus.

Das Licht konnte sich erst später ungehindert ausbreiten. Nach 300 000 Jahren war der Weltraum nur noch 3000 Grad Celsius heiß. Atomkerne und Elektronen vereinigten sich nun zu Wasserstoff. Da Strahlung kaum mit Wasserstoff reagiert, klarte das Universum in diesem Moment auf.

Die Hintergrundstrahlung ist für Wissenschaftler eine Art Momentaufnahme des Weltraums zum Zeitpunkt seiner Aufklarung. Die Strahlung hat seitdem durch die Ausdehnung des Alls viel Energie verloren. Physiker können ihre Restwärme auf nur knapp drei Grad Celsius über dem absoluten Kältepunkt bestimmen, das sind minus 270 Grad.

Minimale Abweichungen von dieser Temperatur von nur einigen zehntausendstel Grad zeigen, wie die Materie 300 000 Jahre nach dem Urknall im Universum verteilt war. Der 145 Millionen Dollar teure Satellit Map wird diese winzigen Schwankungen am gesamten Himmel mit feinster Auflösung aufzeichnen. Um seinen Orbit zu erreichen, wird er am Mond Schwung holen. Außerdem treibt ihn eine Rakete an.

In seiner Flugbahn kann er dann Sonne, Erde und Mond immer seinen mit einem Schutzschild bewehrten Rücken zuwenden. So werden diese Himmelskörper nicht die Messungen verwirren. Da Map fünf unterschiedliche Wellenlängen misst, lässt sich andere störende Strahlung - etwa die von Galaxien - von der Hintergrundstrahlung unterscheiden und herausfiltern. Map registriert dabei nur Temperaturunterschiede und keine absoluten Temperaturen. Schon der Satellit Cobe hatte damit Erfolg.

Die mit Hilfe von Cobe sowie zweier Forschungs-Ballons bisher erstellten Karten zeigen wärmere und kältere Flecken in der Hintergrundstrahlung. Diesen Temperaturschwankungen entsprechen Dichteunterschiede der Materie im Weltraum zur Zeit der Aufklarung. Regionen größerer Dichte waren die Keimzellen von Galaxien gewesen.

Der Zusammenhang zwischen Größe der Keimzellen und Größe der Temperaturschwankung ist nicht zufällig. Bei bestimmten Temperaturabweichungen häufen sich gewisse Fleckengrößen. In dieser besonderen Verteilung erkennen Kosmologen die Grund- und Obertöne des Urknalls, so wie wir Grund- und Obertöne eines Geigentons hören. Wissenschaftler interpretieren das Klangspektrum des Urknalls und können daraus auf das frühe Universum und auf seine weitere Entwicklung schließen.

Die Theoretiker gehen momentan davon aus, dass sich das Universum immer weiter ausdehnt und dass es "flach" ist. Denn der Raum kann wie eine Fläche verschiedene Krümmungen aufweisen. Eine Ebene ist flach. Auf einer Kuppe oder in einer Mulde wölbt sich der Boden unter den Füßen des auf ihnen stehenden Menschen.

Ein Großteil der im All vorhandenen Energie scheint durch eine "dunkle Energie" gegeben zu sein. Diese zieht den Raum auseinander und wirkt damit der Schwerkraft entgegen. Daher dehnt sich das All immer schneller aus. Die sichtbare Materie stellt dagegen nur einen winzigen Bruchteil der Energie. Über die Natur der dunklen Materie tappen die Wissenschaftler noch im Dunkeln. Sie lässt sich nicht beobachten. Mit Maps Daten wollen Kosmologen ihr Modell verfeinern.

Swantje Meier