Wie kann Sternenlicht das Universum "ausfüllen"?

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Hallo,

Ich les gerade ein Buch, in dems um die Frage geht "Was verrät uns die Schwärze des Nachthimmels". Praktisch jeder würde aus ihr eine endliche Größe des Universums ableiten (laut Autor - Muss zugeben, hätte ich mir auch gedacht). Denn wärs Uni unendlich groß, gäbs unendlich Sterne, gäbs keinen freien Fleck am Himmel ohne Stern.

Nun behauptet der Autor, dass das eine falsche Annahme ist. Er nennt als Grund für die Schwärze des Nachthimmels folgendes (man muss sagen, es ist nicht seine Behauptung, er fasst im Prinzip nur einen Teil der Geschichte zu diesem Thema zusammen):

Das Sternenlicht reicht einfach nicht aus, um den Raum zwischen den Sternen mit Licht zu erfüllen.

Wie soll ich mir das bitte vorstellen? Ich kann doch zB mein Zimmer auch nicht mit Licht füllen, da es trotzdem wieder dunkel wird, wenn ich das Licht abmache - also das Licht verschwindet bzw "umgewandelt" wird. Und wieso muss das gesamte Universum mit Licht erfüllt sein?

Und wäre dieser "erhellte" Nachthimmel nicht auch einfach nur blau, wie tagsüber?

Ich häng grad etwas^^ helfts ma pls smile

Greetings!

/edit: Nochwas. Beim Urknall entstand ja Strahlung, nur wie kann man die heute noch messen? Entstand damals soviel, dass sie bis heute noch nicht iwo aufgetroffen worden ist bzw von Atomen absorbiert worden ist? Und angenommen ich bin jetzt außerhalb des Universums und beobachte der Urknall auf der Koordinate (0|0). Die Strahlung fliegt ja vom Punkt weg, oder? Und wenn ich mich heute beispielsweise auf der Koordinate (0|1) befindet, also relativ nahe am ursprünglichen Urknall, dann müsste die Strahlung doch schon längst abgehaut sein? Sprich eher am Rand der Universums sein? Oder hat das wieder iwas mit Wahrscheinlichkeit zu tun?

Merci!

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wie hell so ein Nachthimmel wäre, würde natürlich auch davon abhängen, wieviele Sterne da strahlen und wie nah die jeweils dran sind, ... Bei ganz vielen nahen, hellen Sternen und damit ganz viel Licht wäre der Himmel sicher gleißend weiß.

Einen weiteren Punkt hast du auch schon genannt: Wenn so ein Stern sein Licht an- und ausschaltet (zum Beispiel weil er entsteht und dann nur eine endliche Zeitlang lebt und leuchtet), ist es natürlich auch weniger hell, als wenn der Stern immer weiterleuchten würde.

Genauer ins Detail gehen kannst du zu solchen Fragen übrigens auch mit der Suche nach Stichwörtern wie dem Olbersschen Paradoxon, siehe zum Beispiel
http://de.wikipedia.org/wiki/Olberssches_Paradoxon

// edit: Die Strahlung vom Urknall, die uns heute erreicht, wurde entsprechend an Stellen ausgesandt, die so weit von uns entfernt sind und die sich so schnell von uns wegbewegen, dass die Strahlung so lange bis zu uns gebraucht hat, dass sie gerade heute bei uns eintrifft. smile

Was meinst du übrigens mit "außerhalb des Universums"? Im wörtlichen Sinn ist das ja nicht möglich, denn einen "Rand" des Universums gibt es ja gar nicht.

Die Ausdehnung seit dem Urknall betrifft ja nicht nur die Materie darin, sondern auch den Raum selbst. Also dehnt sich auch der Massstab deines Koordinatensystems mit aus ...

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Hm ok.

Der Autor nannte allerdings (laut Berechnungen von jemandem um 1950), dass die heutigen Sterne rund 10^23 Jahre strahlen müssten um den Raum mit Licht zu füllen (wenn man die Expansion des Unis außer Acht lässt, und dass Sterne irgendwann sterben).

Ich frage mich jetzt nur, wie kann denn da immer mehr Licht sein, wenn der Stern immer gleich stark strahlt?

Beispiel: Ich sitz im dunklen Keller und schalte das Licht ein - hell. Dann wieder aus - dunkel. Würde ich das jetzt Milliarden Jahre lang machen, deswegen würde doch der Raum nicht immer mehr mit Licht voll sein? Oder einfach, wenn ich das Licht dauerhaft brennen lassen würde? Oder steigt der "Lichtgehalt" im Raum immer etwas mehr?

Ein Photon regt ein Elektron an, versetzt es in ein höheres Energieniveau und beim zurückfallen strahlt dieses ein Photon geringerer Energie aus. Hab ich da die "Lösung"?^^ Somit habe ich immer eine gewisse Restmenge an "altem Licht" und es wird immer mehr Licht im Raum?

Zur kosmischen Hintergrundstrahlung:
Ok, die Koordinaten dehnen sich mit aus. Also was heute zig Milliarden Lichtjahre breit ist (unser Universum), war kurz nach dem Anfang zB nur 1cm breit. War dann auch die Lichtgeschwindigkeit dementsprechend kleiner? Also keine 300 000 km/s, sondern nur ein Bruchteil eines mm/s?

Und "flieht" die kosmische Hintergrundstrahlung immer Richtung "Rand" des Universums (dens ja nicht gibt^^), sprich vom Urknallpunkt weg? Oder kreuz und quer im Raum und in alle Richtungen? Wenn ja, wie werden die da umgelenkt - Gravitation?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Ja, der Vergleich mit dem Keller leuchtet mir schon ein. Nur warum nennt der Autor dann eine Zeit (diese 10^23 Jahre) bis der gesamte Raum mit Licht ausgefüllt wäre? Er vergleicht hier den Raum mit einer Badewann die langsam mit Wasser gefüllt wird. Wenn ich jetzt sagen wir 100 Sterne habe, die praktisch dauernd gleich hell leuchten (wie gesagt, hier wird nicht mit einbezogen, dass Sterne verlöschen), wie kann ich dann sagen sie benötigen zig Milliarden Jahre bis sie den Raum um sich herum mit Licht erfüllen? Außer der Raum ist dementsprechen groß, dass das Licht solange braucht bis es überall ist (was ja nicht stimmen kann, da die Sterne nicht Milliarden Lichtjahre voneinander getrennt sind)? Mir leuchtet nur dieser Vergleich nicht ein. Es macht schon Sinn, wenn ich sage das Universum braucht 10^23 Jahre bis genügend Sterne entstanden sind um den Raum mit Licht zuerfüllen. Nur so beschreibt der Autor das ganze nicht^^ Ich kann ja die Stelle mal raussuchen. Vl hab ichs auch nur falsch verstanden.

Zum Luftballon: Die Ameise krabbelt mit 1cm/s vom Startpunkt los. Anfangs sind die beiden Punkte (Start und Ziel) 10cm voneinander getrennt. Die Ameise krabbelt los und gleichzeitig blas ich den Luftballon auf - und zwar pro Sekunde aufs doppelte Volumen.
Nach 1Sekunde befindet sich die Ameise 1cm weiter und die Gesamtstrecke ist auf 20cm angewachsen. Richtig? Das heißt die Ameise läuft zwar mit einer Geschwindigkeit von 1cm/s, kommt aber nicht soweit wie, wenn ich den Ballon nicht aufblase.

Annahme der Ballon wird nicht aufgeblasen: die Ameise hat nach 10s die Strecke gemeistert.

Blas ich nun den Ballon so auf, dass er immer das Doppelte Volumen pro s hat, dann kommt die Ameise doch auch nie an am Zielpunkt.

nach 2s ist sie 2cm von 40cm gegangen.
nach 3s ist sie 3cm von 80cm gegangen. etc..

Hab ich das so richtig verstanden? grübelnd

Hier drängt sich mir noch eine weitere Frage auf: Wenn das Koordinatenststem unseres Universums langezogen wird, dann ist ja ein Meter heute länger, als ein Meter vor 5milliarden Jahren. Oder? Dann waren die Atome im Urknall auch wesentlich kleiner als heute? Oder hab ich da einen Denkfehler?

zum dritten: Achja, unser Punklt existierte ja schon im frühen Universum, gell? smile

Ah ok, jetzt machts Sinn Augenzwinkern

Merci! Greetings!

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Ah genau! Das Licht von den weiter entfernten Sternen kommt ja auch noch iwann dazu. Das hab ich vergessen.

Nur: Wenn ich 10^23 Jahre brauche, das Universum aber nichtmal 10^10 LJ groß ist, dann wäre das gesamte Licht von jedem Stern nach einem Bruchteil der 10^23 Jahre schon so weit wie möglich gewandert. Also kanns dann doch nicht mehr weiter gehen? (Es wird ja vorausgesetzt, dass das Universum nicht expandiert). Wie kann es also nach diesen 10^10 Jahren noch heller werden? Spätestens nach diesem Zeitpunkt ist das Licht schon durch das gesamte Universum gereist.

PS: ja, ich meinte doppelter Umfang Big Laugh

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Klar, wenn du die untere Grenze für die Ausdehnung des Universums aufgrund der bis heute möglichen Beobachtungen nimmst, dann wäre das mit "nur" rund 10^10 Lichtjahren viel zu klein im Vergleich zu dieser Rechnung.

Da hat also der Autor deines Buches beziehungsweise der, den er zitiert, sicher was anderes gerechnet bei seiner Abschätzung. Vielleicht hat er ja zum Beispiel die heutige Sternendichte reingesteckt und sich damit überlegt, wie ausgedehnt ein Feld von solchen Sternen sein müsste, damit sich überall eine bestimmte Helligkeit (zum Beispiel Erdentaghell, oder zum Beispiel so hell wie wir von uns aus die Sonne sehen, ...) ergibt.

Was da im Detail angenommen und gerechnet wurde, lässt sich sicher leichter erraten, wenn du nicht nur die genaue Formulierung aus deinem Buch dazu, sondern auch die dabei zitierte Quelle ausgräbst und mal genauer anschaust. Denn die Details dieser Abschätzung hätten den Rahmen des anschaulich gehaltenen Buches, das du da gelesen hast, sicher gesprengt.

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Ok, super tipp, hab das besagte Buch gegoogelt und eine bessere, ausführlichere Erklärung erhalten. Es geht nur zum Teil darum, dass das Licht von weit entfernten Sternen länger braucht zu uns. Und die 10^23 treffen schon auf unser Universum zu.

Es funktioniert folgendermaßen (soweit ich das verstanden habe):

Man kann sich das Universum vereinfachen, indem ich einen durchschnittlichen Stern (stellvertretend für alle Sterne im Universum) hernehme und ihn in eine Box sperre die aus 100prozent-reflektierenden Wänden besteht. Die Größe der Box entspricht hier wohl dem mittleren Abstand zwischen Sternen.

Nun strahlt der Stern unentwegt Licht/Energie in die Box ab, welche von den Wänden reflektiert wird und irgendwann treffen sie wieder auf den Stern und werden von ihm wieder absorbiert. Zu Beginn habe ich viele losgeschickte Lichtstrahlen, die durch die Box wandern und nur sehr wenige, die wieder von Stern zurück absorbiert werden. Mit der Zeit, wenn der Stern lange Licht in die Box pumt stellt sich ein Gleichgewicht zwischen emittiertem Licht und absorbiertem Licht ein. Und laut Autor hat genau dann der Raum die gleiche Temperatur wie der Stern und strahlt gleich hell wie er selbst. Sprich, der Raum in der Box enthält gleichviel Strahlung wie die Oberfläche eines Sterns.

Nun kann man das ganze komplett gleich auf das Universum auslegen. Es muss nur dieses Gleichgewicht zwischen abgestrahltem und absorbiertem Licht entstehen.

Wobei mir noch nicht ganz klar ist, wie der Raum um einen Stern mit seinen wenigen Atomen pro m³ gleich heiß sein kann wie die Sternoberfläche? Oder wird hier einfach nur die Energie im Raum mit der Energie auf dem Stern verglichen?

Ich hoff ich habs richtig verstanden^^
Hier wär der Ausschnitt
http://books.google.com/books?id=-8PJbcA2lLoC&printsec=frontcover&dq=edward+harrison+cosmology&hl=de&cd=1#v=onepage&q=fill%20the%20universe%20space%20with%20light&f=false
Das Kästchen mit Seite 504 klicken.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Prima, mit diesen Details, die du nun gefunden hast, macht das ganze Sinn smile

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Hmm.. Aber wie kann die Strahlungsenergie einen Raum ohne Atome zum leuchten bringen? Vorallem: ein Großteil der Strahlen wandert ja nicht Richtung Erde / zu uns.

Also müssten doch, auch wenn das Universum 10^23 Jahre so bleiben würde mit seinen Sternen, doch immer noch " schwarze Flecken" geben.

Denn es gibt sicherlich genug Stellen, an denen kein Stern zu sehen ist (auch ganz weit weg nicht)?

Wenn ich eine Box habe, dann leuchtets mir schon ein, dass die Wände hell erscheinen, weil sich das Licht reflektiert daran. Nur bei einem Universum? Oder wandert das Licht bis ans Ende des (angenommen) statischen Universums, wird dort refklektiert und fällt so auf die Erde?

Mir fällt gerade auf: Wenn ich den Mond betrachte, dann hat er auch einen hellen Schein. Nur ist die Frage, ob es wirklich die Strahlung um ihn ist, die den Raum zum leuchten bringt, oder es mit der Atmosphräe der Erde zu tun hat. Das gleiche bei der Sonne.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Na, wenn du im Weltraum bist und guckst Richtung Sonne, dann ist das hell, weil viel Strahlung in dein Auge trifft. Nicht, weil der "Raum strahlt", sondern weil Strahlung durch den Raum von der Sonne zu dir wandert.

Und wenn genügend Strahlung durch den Raum mit vielen Sternen unterwegs ist (= "wenn der Raum in der genannten "Box mit reflektierenden Wänden" genügend mit Strahlung angefüllt ist), dann kommt genügend Strahlung von allen Seiten, und es ist dementsprechend hell, egal in welche Richtung du schaust.

Danip159 · Anmeldungsdatum: 03.01.2010 Beiträge: 91

Alright. Danke für deinen Aufwand! Augenzwinkern