Warum ist es nachts dunkel?

Warum ist der Nachthimmel dunkel? Dieser scheinbar einfachen Frage war das Dezember-Thema der Vortragsreihe am Astronomiemuseum der Sternwarte Sonneberg gewidmet. Erstaunlicherweise führt sie zu ziemlich grundsätzlichen Betrachtungen des Weltalls als Ganzem, zur sogenannten Kosmologie. Als Experten auf diesem Gebiet hatte der Astrononomiemuseum-Verein deshalb Karl-Heinz Lotze aus Suhl eingeladen, der bis zu seiner Pensionierung Professor für Physik-Didaktik an der Universität Jena war.

Lassen wir die kindliche Antwort „weil die Sonne untergegangen ist“ beiseite, so kann man sich bei genauerem Nachdenken schon wundern, wieso der klare nächtliche Himmel mit seinen tausenden Sternen immer noch Platz lässt für einen wirklich schwarzen Hintergrund zwischen den Sternen. Man kann sich nämlich fragen, wieso es diese „Lücken“ eigentlich gibt, wenn wir annehmen, dass das Universum unendlich groß und mit unendlich vielen Sternen erfüllt ist. Dann müsste nämlich jeder gedachte „Seh-Strahl“ irgendwann auf eine Sternoberfläche treffen, ähnlich wie man in einem Wald stehend in jede Richtung blicken kann um festzustellen, dass man nur noch Baumstämme sieht. Der Nachthimmel müsste also komplett mit Sternen ausgefüllt sein und uns so gleißend hell wie die Sonnenoberfläche erscheinen. Offenkundig ist das nicht der Fall, aber warum ist das so?

Eine Zeitreise durch das Universum

Neben dem Magdeburger Bürgermeister Otto von Guericke, berühmt für seinen Vakuum-Versuch mit den Halbkugeln, oder dem Schriftsteller Edgar Allen Poe und anderen Gelehrten ihrer Zeit hat sich vor allem der Bremer Arzt und Astronom Heinrich Wilhelm Olbers 1823 mit diesem Gedankengang ausführlich befasst, weswegen später der Begriff „Olbersches Paradoxon“ geprägt wurde.

Als erfahrener Didaktiker wusste Professor Lotze die systematischen Beantwortung dieser Frage und damit die Auflösung dieses Paradoxons in einen spannenden und unterhaltsamen Vortrag zu gießen. Fast ohne Mathematik und mit nachvollziehbare Überlegungen garniert, konnte er Schritt für Schritt zeigen, dass unbegrenzte Größe und unendlich Anzahl von Sternen zwar schon die richtige Fährte sind, aber, und das wissen wir erst seit etwa einhundert Jahren, das Weltall mit etwa 14 Milliarden Jahren einfach zu jung ist und in dem von uns überblickbaren Volumen schlicht zu wenig Sterne enthält, um den Himmel vollkommen zu füllen. Weiterhin wissen wir heute ganz selbstverständlich, dass Sterne nicht ewig leuchten können, da ihr Energievorrat durch Kernfusion zwar riesig aber eben auch nicht unerschöpflich ist. Sterne wie unsere Sonne leuchten etwa zehn Milliarden Jahre lang, bevor sie gewissermaßen verlöschen.

Die Entstehung des Lichts

Interessanterweise ist die Frage damit noch nicht vollständig beantwortet, denn der Nachthimmel würde uns tatsächlich hell erscheinen, wenn wir Radiowellen sehen könnten. Diese viel langwelligere Form von Licht dringt nämlich als Hintergrundstrahlung gleichmäßig aus jeder Himmelsrichtung zu uns. Diese Strahlung ist ein Relikt des Urknalls, in dessen Folge nach etwa 400 000 Jahren der „Plasmaball“ des Urknalls so weit abgekühlt war, dass sich zum ersten Mal Atome bilden konnten, im dem sich Protonen und Elektronen zu Wasserstoffatomen verbanden. Durch diesen Prozess konnten sich plötzlich alle Lichtquanten frei im Raum bewegen. Die Strahlung war fast so intensiv wie die leuchtende Sonnenoberfläche, und wir hätten sie sehen können, wenn es damals Menschen schon gegeben hätte. Im Laufe der Zeit hat sich das Weltall aber extrem ausgedehnt und die Lichtquanten wurden im langwelliger, das heißt, immer weiter in das rote, infrarote Lichtspektrum und schließlich in den Radiobereich verschoben.

Abschließend noch ein Hinweis für alle, die den Vortrag verpasst haben: Wie die meisten dieser populärwissenschaftlichen Vorträge der vergangenen Jahre wurde auch dieser aufgezeichnet für den Youtube-Kanal „Urknall, Weltall und das Leben“ von Harald Lesch und Josef Gaßner. Dort kann er in wenigen Wochen abgerufen werden.