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Expandierendes Universum: Lichtwege in der Kosmologie. Raum-Zeit-Diagramme und Lichtbirne

Was sehen wir eigentlich von unserem Universum? Die endliche Lichtgeschwindigkeit und die Ausdehnung des Kosmos bewirken, dass wir zu jedem Zeitpunkt nur ausgewählte Lichtteilchen empfangen können. Wir überblicken insgesamt nur einen kleinen Ausschnitt des Universums, der eine eigenartige, zeitlich veränderliche Form hat. Welche Wege nimmt das Licht von kosmischen Objekten zu uns, und wie weit sind sie entfernt?
Galaxienzoo, Herkules, Welteninseln

An Weihnachten 2021 ist der Nachfolger des Weltraumteleskops Hubble, benannt nach James Webb, erfolgreich gestartet und hat im vergangenen Jahr die ersten Bilder an uns übermittelt. Schon jetzt ist klar, dass die neuen Messungen uns bei der Beantwortung einiger Fragen über unser Universum helfen können. Sie werden jedoch auch das ein oder andere Kopfkratzen hervorrufen. Zum einen, weil kosmologische Beobachtungen hin und wieder an sich für Verwirrung sorgen, zum anderen aber auch, weil sie unsere bisherigen Erkenntnisse tatsächlich in Frage stellen könnten: Noch nie zuvor war ein Teleskop in der Lage, kosmisch derart junge, aus heutiger Sicht alte, Galaxien zu beobachten. Aber warum alt? Müsste es nicht »weit entfernt« heißen? Tatsächlich geht in der Kosmologie beides eng miteinander einher. Warum und wie genau, werden wir etwas später besprechen.

Auf den Sensoren des James-Webb-Teleskops (JWST) kommen in jedem Moment unzählige Lichtteilchen (Photonen) an, deren Ursprungsrichtung wir über die Orientierung des Teleskops und die Position des entsprechend helleren Pixels in der Kamera feststellen können. Außerdem können wir über die Farbe der ankommenden Strahlung Auskunft erhalten, denn das JWST ist zusätzlich mit Instrumenten ausgestattet, die eintreffende Lichtstrahlen in ihre farblichen Bestandteile zerlegen können – in ein Spektrum.

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Sterne und Weltraum – Ursprung des Lebens

Ist unsere Erde der einzige Planet, der Leben hervorbrachte? Ist das Entstehen von Leben tatsächlich so selten und ist es nicht eine zwingende Konsequenz, sobald die Voraussetzungen dafür gegeben sind? Wir beleuchten die Entstehung des Lebens auf der Erde und ob sich dieser Vorgang anderswo im Weltraum wiederholen kann. Darüber hinaus informieren wir Sie über das Debakel um Boeings Starliner, das in einem unbemannten Rückflug von der ISS gipfelte. Sie erfahren von einem an der Gaia-Mission beteiligten Insider Details über das bevorstehende Ende der Mission und wir zeigen die erste hochaufgelöste Galaxienkarte des ESA-Teleskops Euclid. Weiter präsentieren wir Ihnen jede Menge astronomische Himmelsereignisse des Jahres 2025 und Sie erhalten den »Astro-Planer 2025«, mit dem Sie keines dieser Beobachtungs-Highlights verpassen.

Spektrum der Wissenschaft – Vielfältige Quanten

Wir tauchen ein in die Welt der Quanten, die uns noch immer zahlreiche Rätsel aufgibt. Forscher entwickeln ständig neue Modelle und hinterfragen Grundlegendes, wie beispielsweise das Konzept der Zeit. Gleichzeitig macht die Entwicklung neuer Quantencomputer große Fortschritte und könnte unsere Verschlüsselungssysteme bedrohen. Experten arbeiten an neuen Methoden, um unsere Daten zu schützen. Erfahren Sie, wie diese Herausforderungen gemeistert werden und ob Kryptografen den Wettlauf gegen die Zeit gewinnen können.

Spektrum Kompakt – Rätsel der Teilchenphysik

Das Standardmodell sollte das Universum erklären, doch manche Fragen bleiben offen. Um Antworten zu erhalten, werden aufwändige Untersuchungen durchgeführt: zu der Masse von Neutrinos, dem Rätsel der Dunklen Materie und warum sich Materie über Antimaterie durchsetzte.

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