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Inzwischen hat man sich fast an den Gedanken gewöhnt, dass unser Universum voll Dunkler Materie ist. Die können wir zwar nicht sehen, aber sie sorgt dafür, dass unsere Galaxienhaufen und auch unsere eigene Galaxie nicht auseinanderfliegen. Tatsächlich ist die Dunkle Materie für uns überlebenswichtig. Da verzeiht man ihr es gerne, dass sie wohl 84 Prozent aller Materie im Universum ausmacht.

Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fieberhaft nach der Dunklen Materie – was gar so einfach ist, wenn man bedenkt, dass niemand sie sehen kann und sie auch nicht mit sichtbarer Materie wechselwirkt, aus der wir und alles um uns herum besteht. Aber, da sind Forschende fast sicher: Es muss sie einfach geben, die Dunkle Materie.

Aber warum muss es Dunkle Materie in unserem Universum geben? In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi den Anfang einer Geschichte: die der Entdeckung der Dunklen Materie. Sie fängt mit dem Coma-Galaxienhaufen an, dessen Galaxien zu schnell unterwegs sind, hin zu Galaxien, die zu schnell rotieren und eigentlich auseinanderfliegen sollten. Doch schließlich war es die Kosmologie und der Wunsch nach einem ganz bestimmten Universum, welche der Dunklen Materie zu ihrem Durchbruch auf der wissenschaftlichen „Most-Wanted“-Liste verhalfen.

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„Im Weltall hört niemand dich schreien.“ Das stimmt natürlich nur, wenn entweder das Mikrofon im Helm kaputt ist oder man den Helm gleich ganz vergessen hat. Allerdings gibt es außer der Erde auch keinen anderen Himmelskörper im Sonnensystem, den Menschen ohne Helm betreten sollten. Schall gibt es trotzdem längst nicht nur bei uns. Definitiv nicht.

In dieser Folge von AstroGeo erklingen extraterrestrische Klänge. Karl erzählt von all den Versuchen, überhaupt Mikrofone auf fernen Welten zum Einsatz zu bringen. Die Venus und der Saturnmond Titan waren die ersten, auf denen dies gelang. Der häufig von Sonden besuchte Mars blieb überraschend lange unbelauscht. Das klappte erst mit dem neusten NASA-Rover Perseverance, dessen Mikrofone sogleich fantastische Geräusche aufnahmen. Die Marsforschung ist um einen Sinn reicher geworden.

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Es gibt Menschen, die fürchten sich vor dem Vakuumzerfall unseres Universums. Doch die gute Nachricht ist: Es spricht nicht viel für diese Art des Weltuntergangs. Und selbst wenn, könnten wir sowieso nichts dagegen unternehmen.

Franzi erzählt Karl in dieser Ausgabe des AstroGeo Podcasts die Geschichte des ultimativen apokalyptischen Szenarios: dem Vakuumzerfall. Tritt dieser ein, würde sich im Universum mit Lichtgeschwindigkeit eine Blase der Zerstörung ausbreiten und alles zerstören, was ihr in den Weg kommt. Was so schön schaurig klingt und leider nach hochkomplexer Quantenfeldtheorie und einer Menge Teilchenphysik müffelt, ist tatsächlich gar nicht komplett abwegig: Manche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind tatsächlich der Meinung, dass unser Universum nur „metastabil“ sei. Das soll heißen: Es ist zwar nicht sehr wahrscheinlich, dass unser Universum übermorgen ausgelöscht wird, aber irgendwann in einer paar Myriaden Jahren könnte es unweigerlich soweit sein.

Wem jetzt angst und bange wird, für die gibt es eine noch bessere Nachricht: Die Wissenschaft ist sich überhaupt nicht einig, ob es überhaupt irgendwann soweit sein wird. Denn was uns das Szenario des Vakuumzerfalls eigentlich erzählt, ist eine Geschichte darüber, dass wir noch lange nicht verstanden haben, was die Welt im Innersten zusammenhält.

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Lange war der Boden der Ozeane in weiten Teilen unerforscht: Forscherinnen und Forscher glaubten an eine flache und wenig interessante Wüste tief unter dem Meer, während Geologen sich komplett auf die Gesteine an Land konzentrierten. Denn die Kontinente galten den meisten ohnehin als unbeweglich.

Das änderte sich erst in den 1950er Jahren, als sich Reihe geophysikalischer Messmethoden durchsetzte. Echoortung mittels Sonar und seismische Messungen erlaubten eine Abtastung des Meeresbodens und der Gesteine darunter. In dieser Zeit begann die US-Geologin und Kartografin Marie Tharp am Lamont-Doherty Earth Observatory in New York City, die gewaltigen Datenberge der neuen Messgeräte auszuwerten. Ihre Tätigkeit war trotz ihrer Qualifikation die einer Assistentin. Doch Tharp schuf nicht nur die erste Karte des Atlantikbodens; sie entdeckte dabei ein 65.000 Kilometer langes Grabenbruchsystem, das den gesamten Planeten umspannt. Tharp gab mit dieser gewaltigen Entdeckung den Anstoß zur Entwicklung der modernen Plattentektonik.

Karl zeichnet in dieser Podcast-Folge das Wirken von Marie Tharp und ihrer Kollegen in Lamont nach, die zunächst gewaltige Widerstände unter den Geologen hervorrief. Als sich wenige Jahre später die Plattentektonik als akzeptierte Hypothese durchsetzte, geriet Maries Rolle in Vergessenheit.

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Mit einem Happs ist alles im Schlund: Wenn zwei Schwarze Löcher miteinander verschmelzen, ist das ein gewaltiges kosmisches Ereignis, das die ganze Raumzeit erbeben lässt. Physikerinnen und Physiker freuen sich dann über die dabei entstehen Gravitationswellen, jenes Zittern der Raumzeit, das erstmals 2015 mit dem Gravitationswellendetektor LIGO gemessen wurde. Inzwischen ist die Entdeckung von solchen Verschmelzungen fast Routine geworden, über 90 Ereignisse zählt der dritte Gravitationswellenkatalog.

Doch schon das erste entdeckte Gravitationswellensignal namens GW150904 gab Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern mehrere Rätsel auf: Die beiden Schwarzen Löcher, die da miteinander verschmolzen, waren eigentlich viel zu massereich, um existieren zu dürfen. Und kaum hatte man sich darüber Gedanken gemacht, gab es schon das nächste Problem: Wie schafft es dieses kompakte Doppelsystem, sich überhaupt nahe genug zu kommen, um miteinander zu verschmelzen, ohne sich vorher schon zu zerstören? Und dazu müsste dieser kosmische Annäherungsversuch eigentlich länger brauchen, als das Universum alt ist.

Franzi erzählt Karl in dieser Podcast-Folge die Geschichte dieser kompakten Binärsysteme: Denn Forschende wissen inzwischen dank der Gravitationswellen, dass es sie gibt. Warum es sie gibt, ist hingegen weniger klar.

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William Aspdin war kein einfacher Zeitgenosse: Der Baustoff-Unternehmer im England des 19. Jahrhunderts trieb schon mal Geschäftspartner in den Ruin oder entwendete Straßenbelag als Rohstoff für seine Fabrik. Und doch ebnete Aspdin den Weg in die Moderne: Er entwickelte im Jahr 1843 den Portland-Zement, der bis heute das wichtigste Bindemittel für Beton ist. Aspdins Erfindung machte das moderne Bauen erst möglich – mit allen damit verbundenen Glanz- und Schattenseiten.

In dieser Folge erzählt Karl vom beliebtesten Baustoff der Menschheit und seinen Folgen: Derzeit baut der Mensch so viele Häuser, Brücken und Dämme wie nie zuvor, mit steigender Tendenz und wachsenden globalen Problemen. Sand und Kies werden knapp, wichtige Rohstoffe für den Beton. Und die Zementindustrie ist für rund jede zehnte Tonne CO2 verantwortlich, die der Mensch in die Atmosphäre ausstößt. Architekten, Bauingenieure und Chemiker tüfteln an Lösungen. Sie wollen einen Zement, der das Klima schont. Andere wollen den Beton sparsamer einsetzen oder fordern, den Schutt abgerissener Gebäude häufiger zu recyceln. Und dann wäre da noch die Idee, einen betonartiges Gestein auch für eine Basis auf dem Mond herzustellen.

Karl erzählt in dieser Folge, wie viel Beton die Menschheit pro Jahr herstellt. Sie entspricht einer 30 Zentimeter dicken Mauer, die einmal den Äquator umspannt und die über 1000 Meter hoch ist.

Globales Betonvolumen: \(V = 14 \cdot 10^9 m^3\) (Quelle, für 2020)

Erdumfang: \(l = 40.000 km\)

Breite der Mauer: \(b = 0,3 m\)

Höhe der Mauer: \(h = \frac{V}{l \cdot b} = 1167 m\)

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Sterne gibt es entweder im Miniaturformat: Von Roten Zwergen über die uns vertrauten sonnenähnlichen Sterne bis zu den geradezu überdimensionierten Gesellen: Blaue Riesen. Sie können einige hundert Mal so groß wie die Sonne sein. Zu einem Besuch wird abgeraten: In ihrer Umgebung geht es hoch her. Und doch haben wir den Blauen Riesen eine ganze Menge zu verdanken: den Kohlenstoff, aus dem das Leben besteht oder den Sauerstoff, den wir in jedem Moment atmen. Ohne Blaue Riesen gäbe es uns wahrscheinlich nicht.

Doch Blaue Riesen sind nicht nur recht selten, sondern es gibt sie auch nur für relativ kurze Zeit: Die Kernfusion in ihrem Innern hält nur wenige Millionen Jahre durch, bevor Blaue Riesen als Supernova explodieren. Und dann ist da auch noch die Tatsache, dass gerade diese riesigen Sterne üblicherweise nicht allein vorkommen, sondern fast immer einen Begleitstern haben. Und wenn der auch ein Blauer Riese ist, dann wird es richtig spannend!

In dieser Folge von AstroGeo erzählt Franzi die Geschichte der massereichsten Sterne im Universum: wie sie aussehen, warum ihre Entwicklung so spannend ist und was wir ihnen zu verdanken haben – vor allem, wenn sie im Doppelpack vorkommen. Plus Beobachtungstipps, wo und wie ihr selbst Blaue Riesen sehen könnt.

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Die Geschichte der Tiere auf der Erde umfasst über eine halbe Milliarde Jahre, doch verlief sie nicht geradlinig. Insgesamt mindestens fünfmal stand das Leben am Abgrund. Längst noch nicht jedes Massensterben der Erdgeschichte ist aufgeklärt. Zwischen den Zeitaltern Perm und Trias war es besonders schlimm: Der blaue Planet erlebte vor 251 Millionen Jahre das bis heute größte Massensterben seiner Tierwelt, bei dem über 70 Prozent der Landtiere und sogar 95 Prozent aller Tierarten in den Meeren ausstarben.

Karl hat für diese des AstroGeo Podcast viele Studien gesichtet: Was wissen Geologinnen und Geologen über die Ursache der permotriassischen Katastrophe? Über die letzten Jahrzehnte wurden etliche Thesen formuliert, allen voran brodelnde Vulkane im heutigen Sibirien und der Einschlag eines gewaltigen Meteoriten. Mittlerweile ist klar: Das größte Massensterben sollte uns Menschen interessieren. Denn Vieles, was damals auf der Erde passierte, scheint sich nun durch unser Handeln zu wiederholen, wenn wir nichts dagegen unternehmen.

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Wie heiß ist es im Inneren der Sonne? Wie groß ist der Rote Zwerg von Nebenan? Und wie lange hat Beteigeuze ungefähr noch, bevor er als Supernova explodieren wird? Das alles lässt sich einfach ausrechnen – und zwar mit nur vier scheinbar einfachen Gleichungen. Das Innere eines Sterns ist berechenbar, und das weit in die Vergangenheit und genauso in die Zukunft.

Aber natürlich ist im Universum nichts so einfach, wie es auf den ersten Blick scheinen mag, auch Sterne nicht. Denn um die Struktur und die Entwicklung von Sternen zu berechnen, kommt man mit Papier, Bleistift und Gehirnschmalz alleine nicht weiter. Deswegen waren schon die ersten Computer von großer Hilfe, selbst wenn die am Anfang noch einen ganzen Raum ausgefüllt haben und mit Lochkarten gefüttert wurden.

In dieser Folge des AstroGeo-Podcasts erzählt Franzi die Geschichte eines solchen „Rechenmaschinenprogramms“, das seit den 1960er-Jahren bis heute weiterentwickelt wird: einem Code, der Physikerinnen und Physikern verrät, wie es im Inneren eines Sterns aussieht und wie er sich entwickeln wird. Keine Sorge: Für den Genuss dieser Folge sind weder mathematische Fähigkeiten noch Programmierkenntnisse nötig.

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Pluto ist eine beliebte Welt. Spätestens seit am 14. Juli 2015 die NASA-Raumsonde New Horizons an dem Zwergplaneten vorbeigerauscht war, flogen ihm die Herzen vieler Menschen zu. Es zeigte sich auch, dass auf seiner Oberfläche selbst ein Herz sitzt, wenn auch ein sehr kaltes. Denn die mittlere Temperatur auf Plutos Oberfläche mit seinem gewaltigen herzförmigen Gletscher aus Stickstoffeis liegt bei gerade einmal minus 229 °C.

Karl taucht in dieser Folge des Podcasts in die Geologie des Plutos ein. Schon lange vor dem Vorbeiflug von New Horizons gab es einige Kenntnisse über die ferne Welt. Doch erst die Daten der Sonde zeigten, wie dynamisch sich der Zwergplanet im Laufe eines 248 Erdjahre langen Sonnenumlaufs verändert. Gleich vier Eissorten spielen dabei eine wesentliche Rolle: Sie gleiten als Gletscher über die Oberfläche, sublimieren in eine dünne Atmsphäre, bilden steile Berghänge oder brechen aus Kryovulkanen als eisige Lava empor.