Sternengeschichten   /     Sternengeschichten Folge 601: Wasser im Universum

Description

Wasser ist wichtig. Und es gibt im Universum ├╝berraschend viel Wasser. Aber nicht unbedingt so, wie wir uns das vorstellen. Wo es feucht ist im Kosmos, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten. Wer den Podcast finanziell unterst├╝tzen m├Âchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)

Subtitle
Wie feucht ist der Kosmos?
Duration
634
Publishing date
2024-05-31 05:00
Link
https://sternengeschichten.podigee.io/601-sternengeschichten-folge-601-wasser-im-universum
Contributors
  Florian Freistetter
author  
Enclosures
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Shownotes

Wie feucht ist der Kosmos?

Sternengeschichten Folge 601: Wasser im Universum

Wasser! Ohne Wasser w├╝rde es auf der Erde kein Leben geben. Wasser ist absolut notwendig f├╝r uns. Die Wissenschaft diskutiert seit Jahrzehnten, ob auf dem Mars Wasser nachgewiesen werden konnte, oder nicht oder ob es heute noch dort zu finden ist. Oder ob es Wasser auf dem Mond gibt. Wasser ist wichtig. Und man k├Ânnte auf die Idee kommen, Wasser w├Ąre selten. Wieso w├╝rden wir sonst so ein Theater darum machen? Tats├Ąchlich ist Wasser im Universum enorm h├Ąufig. Und deswegen schauen wir uns heute mal an, wo man das Wasser ├╝berall finden kann.

Fangen wir mit den Grundlagen an. Wasser geh├Ârt zu den wenigen Stoffen, bei dem so gut wie alle Menschen auch die zugeh├Ârige chemische Formel kennen: H2O. Und dieses "H2O" sagt uns auch gleich, warum Wasser alles andere als selten ist. "H2O", das bedeutet, dass ein Wassermolek├╝l aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff besteht. Und wenn es etwas im Universum in wirklich gro├čen Mengen gibt, dann Wasserstoff! Wasserstoff ist das h├Ąufigste Element; ungef├Ąhrt zwei Drittel aller Atome im Universum sind Wasserstoffatome. Wasserstoff ist direkt nach dem Urknall entstanden; es ist das einfachste Atom das es gibt. Aber wir brauchen ja auch noch Sauerstoff. Den gab es nach dem Urknall noch nicht. Damals hat es nur f├╝r Wasserstoff und Helium gereicht. Alle anderen Elemente, all die vielen anderen Arten von Atomen, die gab es noch nicht. Die wurden erst sp├Ąter, durch Kernfusion im Inneren der ersten Sterne produziert. Und Sauerstoff ist durch Kernfusion relativ einfach zu bekommen. Dazu muss man nur Helium-Atome miteinander fusionieren. Ok, das "nur" ist auch ein wenig ├╝bertrieben. Normalerweise fusionieren Sterne in ihrem Inneren Wasserstoff zu Helium. Erst in den letzten Phasen ihres Leben finden auch andere Kernreaktionen in nennenswerter Menge statt. Aber die Produktion von Sauerstoff ist da einer der wichtigsten Prozesse und deswegen ist Sauerstoff auch das dritth├Ąufigste Elemente im Universum.

Jetzt m├╝ssen nur noch zwei Wasserstoffatome ein Sauerstoffatom finden, sich miteinander verbinden und fertig ist das Wasser. Netterweise verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff aber sehr gerne und leicht miteinander und im Weltall haben sie oft genug Gelegenheit dazu, das zu tun. Zum Beispiel in den gro├čen Molek├╝lwolken, die sich ├╝berall zwischen den Sternen finden. Die bestehen nat├╝rlich haupts├Ąchlich aus Wasserstoff, aber sterbende Sterne in der Umgebung haben durch ihren Sternwind und ihre Supernova-Explosionen jede Menge andere Atome und nat├╝rlich auch Sauerstoff durch die Gegend verteilt. In diesen Wolken k├Ânnen sich also Wassermolek├╝le bilden und wenn da auch noch ein paar Staubteilchen rumfliegen, geht es noch einfacher. Dann k├Ânnen sich verschiedenste Atome an der Oberfl├Ąche des Staubs anlagern und dort miteinander reagieren.

Wir halten also fest: Wasser gibt es im Universum jede Menge. Aber bei diesem "Wasser" ist eben erstmal nur das Molek├╝l selbst gemeint. Damit ist noch nichts ├╝ber den Aggregatzustand des Wassers gesagt, also ob das Wasser fest, fl├╝ssig oder gasf├Ârmig ist. Als ich zu Beginn ├╝ber die Bedeutung des Wassers f├╝r das Leben gesprochen habe, ging es nat├╝rlich um fl├╝ssiges Wasser. Mit Eis oder Wasserdampf k├Ânnen wir Lebewesen nicht viel anfangen; wir brauchen es als Fl├╝ssigkeit. Aber lassen wir diese Unterscheidung vorerst mal beiseite und schauen wir uns an, wo wir ├╝berall Wasser finden k├Ânnen. Und es ist klar, dass das nur ein grober ├ťberblick sein kann, immerhin ist das Universum ziemlich gro├č.

Fangen wir mit dem Sonnensystem an. Hier gibt es jede Menge Wasser und zwar fast ausschlie├člich in fester Form. Wassereis ist h├Ąufig, zum Beispiel in Asteroiden und Kometen. All die Himmelsk├Ârper, die sich ausreichend weit von der Sonne entfernt gebildet haben, enthalten jede Menge Eis. "Ausreichend weit" ist so circa 2 bis 3 Mal weiter von der Sonne weg als die Erde. Dort sind aber noch jede Menge Asteroiden. Dort sind die Billionen von Kometen. Dort sind Planeten wie Uranus und Neptun, die nicht umsonst "Eisriesen" genannt werden. Dort sind ihre Monde und die Monde von Jupiter und Saturn. Wir wissen, das die Jupitermonde Europa, Ganymed und Kallisto von dicken Eispanzern umgeben sind, ebenso der Saturnmond Enceladus, der Neptunmond Triton, und viele andere Monde. Die Ringe des Saturns bestehen aus Wassereisbrocken; die Kometen auch zu einem gro├čen Teil. Wir finden Wassereis an den Polkappen des Mars und vermutlich auch unter seiner Oberfl├Ąche. Auf dem Mond der Erde d├╝rfte es auch Eis geben und selbst auf dem sonnennahen Merkur hat man Eis in einigen tiefen Kratern gefunden, in deren Inneres das Sonnenlicht nie f├Ąllt.

Auf der Erde gibt es nat├╝rlich auch Eis, aber auch jede Menge fl├╝ssiges Wasser. Wir wissen, das es auf dem Mars fr├╝her jede Menge fl├╝ssiges Wasser gegeben hat. Ob heute noch etwas davon ├╝brig ist, ist nicht ganz klar. Wenn, dann ist es irgendwo unter der Oberfl├Ąche gefroren und kann nur unter speziellen Umst├Ąnden kurzfristig an der Oberfl├Ąche austreten. Fl├╝ssiges Wasser befindet sich mit Sicherheit unter der dicken Eiskruste des Jupitermonds Europa und auch beim Saturnmond Enceladus. Wahrscheinlich auch bei anderen Monden wie Ganymed, Titan, Kallisto, Dione, Titania oder Triton.

Wo kommt das Wasser des Sonnensystems her? Es stammt aus den gro├čen Wolken, aus denen Sterne und Planetensysteme entstehen; den Wolken, von denen ich vorhin gesprochen habe, als ich erkl├Ąrt habe, wo und wie sich Wassermolek├╝le bilden. Und diese Wolken gibt es heute nat├╝rlich auch noch. ├ťberall in der Milchstra├če finden wir solche Regionen und wir finden auch protoplanetare Scheiben. Das ist das, was sich um einen frisch entstandenen Stern herum bildet und aus dem sp├Ąter Planeten entstehen. Weit genug vom Stern entfernt k├Ânnen sich dort Wassereispartikel bilden und mit dem ganzen Staub herumwirbeln. Und genau deswegen entstehen in den ├Ąu├čeren Regionen von Planetensystemen auch Himmelsk├Ârper, die viel Eis enthalten. Aus den Eispartikeln kann das Wasser auch in Form von Wasserdampf aussublimieren. Schmelzen kann Eis im Vakuum des Weltalls nat├╝rlich nicht, dazu braucht es einen ausreichend hohen Luftdruck. Aber das Eis kann direkt gasf├Ârmig werden und genau das tut es. Deswegen gibt es dort ├╝berall Wasserdampf und den k├Ânnen wir nachweisen, wenn wir das Licht untersuchen, das von diesen Scheiben und Wolken zu uns reflektiert wird. Mit der selben Technik haben wir Wasserdampf auch schon in der Atmosph├Ąre von Planeten anderer Sterne nachgewiesen; allerdings in Planeten die eher dem Jupiter oder dem Saturn ├Ąhnlich sind. Auch dort verteilen sich ├╝berall Wassermolek├╝le.

Aber all das Wasser der gesamten Milchstra├če ist nichts gegen das, was wir noch weiter entfernt gefunden haben. Im Jahr 2008 haben Forscherinnen und Forscher den Quasar mit der Bezeichnung APM 08279+5255 beobachtet, den ich im Folgenden nur noch APM nennen werde. Ein Quasar ist das helle Zentrum einer fernen Galaxie und es ist deswegen hell, weil dort ein supermassereiches schwarzes Loch sitzt. Seine Gravitationskraft l├Ąsst die ganze Materie in seiner Umgebung wild umherwirbeln, dabei heizt es sich auf und gibt Strahlung ab. Dieses Licht kann man analysieren und je nachdem, aus welchen Atomen oder Molek├╝len diese Materie besteht, wird man mehr oder weniger Licht bei ganz charakteristischen Wellenl├Ąngen sehen. Auch H2O hat so einen Fingerabdruck und den hat man im Jahr 2008 im Licht gesehen, das von APM bis zu uns gekommen ist. Dieses Licht war ├╝brigens ├╝ber 12 Milliarden Jahre unterwegs. Das bedeutet: Wir sehen den Quasar so, wie er knapp 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall ausgesehen hat; wir schauen also tief in die Vergangenheit. Im Jahr 2011 konnte man dann auch die Menge an Wasserdampf messen, die dort existiert. 100.000 Sonnenmassen, ein paar Billionen Mal mehr Wasser als auf der Erde; circa 4000 mal mehr als in der gesamten Milchstra├če. Dort befindet sich die gr├Â├čte Ansammlung an Wasser, die man bis dahin beobachtet hat.

Die Strahlung aus der Umgebung des schwarzen Lochs heizt das Wasser auf, seine Temperatur betr├Ągt circa -50 Grad Celsius. Immer noch viel zu wenig nat├╝rlich f├╝r fl├╝ssiges Wasser. Aber doch deutlich mehr, als man ├╝blicherweise in solchen Wolken findet. Diese viele hunderte Lichtjahre gro├če Wolke besteht nat├╝rlich auch nicht rein aus Wasserdampf. Aber aus dem Nachweis von Wassermolek├╝len kann man - mit noch ein bisschen mehr komplexer Wissenschaft - auch auf das Vorhandensein anderer Molek├╝le schlie├čen und damit auf die gesamte Masse, die da um das schwarze Loch wabert. Abgesehen davon hat der Nachweis von Wasser beim Quasar APM auch gezeigt, dass Wasser schon wirklich fr├╝h im Universum vorhanden war. Wenn schon zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall so gewaltige Menge existiert haben, dann best├Ątigt das nur, dass Wasser leicht zu erzeugen und schwer kaputt zu kriegen ist.

Aber eben nicht fl├╝ssiges Wasser. Au├čerhalb des Sonnensystems haben wir noch nirgendwo fl├╝ssiges Wasser gefunden und unsere Erde ist der einzige Ort, den wir kennen, auf dem es einen Wasserkreislauf gibt und wo Wasser sowohl fest, fl├╝ssig als auch gasf├Ârmig auftreten kann. Wasser ist im Universum v├Âllig normal. Aber die Orte, wo dank Wasser auch Leben entstehen kann, sind es vermutlich nicht.