Galaxien

Elektronen sich auch mit Kernen binden

Der Wasserstoff die Reihe beginnt

Erste Elemente endlich sich finden

Molekülen das Wasser entspringt

Kosmische Nebel zu Sternen verdichtet

Im Spiel der Gravitonen Scharen

Galaxien Drehung aus Zentren gerichtet

Planeten mit Sternen sich paaren

Aus dem elekromagnetischen Spiel der Elektronen und Kerne gehen die Atome hervor. Nach den Atomarten werden die Elemente eingeteilt, von denen es über 100 gibt. Sie werden bestimmt durch die Protonenzahl im Kern, die im periodischen System der Elemente auch Ordnungszahl genannt wird. Noch in den 1930er Jahren galten die Atome als kleinste und unteilbare Bestandteile der Stoffe (daher ihr griechischer Name). Nach der Entdeckung der Kernspaltung konnte die Radioaktivität aber schon bald als Zerfall der Atomkerne verstanden werden. Im Kernzerfall kommen drei Strahlungsarten vor: Alpha-, Beta-, Gamma-Strahlung. Letztere besteht aus energiereichen Photonen, die auch Gamma-Quanten genannt werden. Die Beta-Strahlung wird aus Elektronen gebildet, die dem Zerfall eines Neutrons entstammen. Das aufgrund schwacher Wechselwirkung dabei wiederentstandene Proton verbleibt im Kern und verwandelt so das Element in ein anderes! Die Alpha-Teilchen entspringen der starken Wechselwirkung und bilden die Kerne des Heliums.

Den einfachsten Atomkern stellt das Proton dar. Mit einem Elektron formt es das Wasserstoffatom. Die Kraftkopplung erfolgt über die elektrischen Ladungen im Austausch mit den Photonen. Die räumliche Ausdehnung des Wasserstoffatoms von etwa 10^-10 m wird durch die Wolke des Elektrons bestimmt, das unvorstellbar schnell den Kern umringt. Um vier Zehnerpotenzen übersteigt die Ausdehnung der Atome die Kernabmessungen! Der Energie verdankt die Materie mithin ihre Festigkeit. Die Größenverhältnisse im Wasserstoffatom sind mit dem System Sonne-Pluto vergleichbar! Das Heliumatom ist vier mal schwerer als das Wasserstoffatom. Es besteht aus einer Wolke von zwei Elektronen, die einen Kern umhüllen, den zwei Protonen und zwei Neutronen bilden (Alpha-Teilchen). Wasserstoff mit 77% und Helium mit 22% bilden bis heute die Hauptanteile der Elemente im Weltall. Die schwereren Elemente bis hin zum Uran machen mithin nur 1% der Materie aus! Kennst du einige weitere Elemente?

Unter der Wirkung der Gravitation ballen sich riesige Atomwolken zusammen. Mit dem Druck zunehmender Dichte steigt die Temperatur auf mehr als 10 Mega Kelvin und löst Kernverschmelzungen (Fusionsreaktionen) im leuchtenden Plasma aus. Dadurch wird im Zentrum des entstehenden Sterns aus Wasserstoff Helium gebildet und durch die starke Wechselwirkung der Schwerkraft ein Gegendruck erzeugt. Die fortwährende Umwandlung von Protonen in Helium erfogt in Kreislaufreaktionen. Beim Kohlenstoff-Stickstoff-Zyklus entstehen in ständiger Folge aus Protonen und Kohlenstoff über Stickstoff und Sauerstoff Helium und wieder Protonen. Im Proton-Proton-Zyklus sind zwei Protonen-Zyklen zu einem Hyperzyklus (Überkreislauf) verbunden: aus zwei Protonen entstehen jeweils über Deuterium und (leichtem) Helium ein Heliumkern und wiederum zwei Protonen, die erneut den Kreislauf beginnen.

Das Unentschieden zwischen den Spielen der Massen (mit den Gravitonen) und der Farbladungen (mit den Gluonen) kann die Sterne über Jahrmilliarden im Gleichgewicht halten. Das Gleichgewicht zwischen Fusion und Gravitation ist aber nur dann stabil, wenn die bei den Kernverschmelzungen freiwerdende Energie in den Weltraum abgestrahlt werden kann (im Licht der Sterne). Nicht alle Sterne sind so lange lebensfähig wie die seit etwa 5 Gigajahren strahlende Sonne. Je nach Anfangsmasse der Atomwolke können sie implodieren oder explodieren, d. h. in sich zusammenstürzen, wenn die Masse zu groß war, oder auseinanderfliegen, wenn die Masse zu gering war. Explodierende Sterne oder Sternhaufen (Nova oder Supernova) schleudern neben der intensiven Strahlung eine Vielzahl von Elementen und Molekülen in den Kosmos. Moleküle stellen Verbindungen von Atomen dar, die aus elektromagnetischer Wechselwirkung (Photonenaustausch) von Elektronenwolken mit fremden Kernen entstehen. Hierbei geraten die Spielbälle sozusagen auf fremde Spielplätze. Die Moleküle des Wassers beispielsweise werden aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatomen gebildet: H2O. In dieser chemischen Formel steht das H für Wasserstoff (Hydrogenium) und das O bedeutet Sauerstoff (Oxygenium). Kohlenstoff (Carboneum) wird durch C, Stickstoff (Nitrogenium) mit N und Schwefel (Sulfur) durch S abgekürzt. Die Formeln von Ammoniak, Methan und Schwefelwasserstoff lauten: NH3, CH4 und H2S.

Beim Entstehen der Sterne führen Dichteschwankungen in der sich zusammenballenden Kugelwolke häufig zu Drehungen (Rotationen), die ein Verflachen der Kugelgestalt bewirken. Vom rotierenden Zentralgestirn werden spiralförmig Atom- und Molekülwolken in die Umgebung geschleudert. Bleibt der Stern stabil, können sie auf Umlaufbahnen gehalten werden und sich unter dem Einfluß der Schwerkraft zu Planeten formen. Aus den Spiralarmen der Sonne bildeten sich neun Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto. Der innerste (Merkur) im Abstand von minimal 80 Giga Metern (Gm), der äußerste (Pluto) in einer maximalen Entfernung von über 7 Tera Metern (Tm). Die Erde ist 8 Lichtminuten oder 150 Gm von der Sonne entfernt und umrundet sie mit 30 km/s! Wieviele Stundenkilometer sind das und warum merken wir nichts davon? In 380 Mega Metern (Mm) Entfernung werden wir auf der Erde vom Mond begleitet. Weißt du, welche anderen Planeten auch Trabanten (Begleiter) haben? Neben den (großen) Planeten existieren im Sonnensystem noch viele Kleinplaneten, Meteoriten und Kometen. Meteoriten sind Gesteinsbrocken mit unbekannten Flugbahnen. Treten sie in die Erdatmosphäre ein, verbrennen sie im Lichtschein einer Sternschnuppe (Meteor). Kometen dagegen bewegen sich auf großräumigen Bahnen, die über das Sonnensystem hinausreichen. Geraten sie in die Nähe der Sonne, ziehen sie auf ihrer Bahn einen langen Feuerschweif hinter sich her, der nachts gespenstisch leuchtet.

Auch stabilen Sternen droht irgendwann der Tod. Ist der Wasserstoff der Sonne aufgebraucht, wird sie zum weißen Zwerg implodieren (zusammenstürzen). Vorher könnte sie sich über die Umlaufbahn der Erde hinaus zum roten Riesen ausdehnen. Dieser kosmische Untergang unserer Welt ist aber erst in 5 Gigajahren zu erwarten. Darüber müssen wir uns keine Sorgen machen! Das Universum vollzieht seine Lebenszyklen nicht nur im Ganzen, sondern auch in seinen Teilen, den Galaxien, Planetensystemen und Sternen. Wie die Atomwolken sich zu Sternen formieren, gruppieren sich die Sterne zu Galaxien. Um ihre im hellen Lichtschein versteckten Zentren bilden sie häufig gigantische Spiralnebel oder Kugelwolken aus Hundertmilliarden von Sternen. Die Erde bewegt sich um die Sonne, die Sonne fliegt mit dem Spiralarm der Milchstraße und unsere Heimatgalaxie folgt mit Milliarden weiterer Galaxien dem Puls des letzten Urknalls.

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