Weltraumforschung von der Erde aus

[RTW112]

Hallo liebe Gemeinde

Ich wollte mal Fragen, kann man in Echtzeit eigentlich den Weltraum erforschen von der Erde aus, den was wir sehen ist ja Licht was aber so vor Millionen Jahren oder Milliarden Jahren je weiter man in der Ferne forscht.
Sprich wenn ich mit ein Laser in 100.000 Lichtjahren an der andren Seite der Milchstraße was erforsche, kann ja nicht möglich sein, da ich zwar das Licht sehe, aber wenn ich zu den Punkt hingehen mit ein Instrument, dann muss man ja eine Zeitreise machen, den aktuell ist ja diese Masse nicht mehr dort wo wir aber aktuell das Licht sehen.
Oder denk ich falsch?

[Wolf4310]

Nein, du denkst da schon richtig, je weiter etwas weg ist, desto weiter schauen "wir" in die Vergangenheit.

Aus dem Grund verstehe ich auch nicht wie man aufgrund der Rotverschiebung darauf kommt das sich das Universum immer schneller expandiert.
Je weiter die Glaxien von uns entfernt sind, desto stärker die Rotverschiebung.
Aber das könnte doch auch genauso gut bedeuten, früher hat sich das Universum schneller als heute ausgedehnt und die Expansion verlangsamt sich, oder der "Rand" des Universums ist schon wieder auf dem Rückweg, wir sehen ja nur was in der Vergangenheit war und nicht was ist.

[pollux83]

Hallo liebe Gemeinde

Ich wollte mal Fragen, kann man in Echtzeit eigentlich den Weltraum erforschen von der Erde aus, den was wir sehen ist ja Licht was aber so vor Millionen Jahren oder Milliarden Jahren je weiter man in der Ferne forscht.
Sprich wenn ich mit ein Laser in 100.000 Lichtjahren an der andren Seite der Milchstraße was erforsche, kann ja nicht möglich sein, da ich zwar das Licht sehe, aber wenn ich zu den Punkt hingehen mit ein Instrument, dann muss man ja eine Zeitreise machen, den aktuell ist ja diese Masse nicht mehr dort wo wir aber aktuell das Licht sehen.
Oder denk ich falsch?

Wenn du die Sterne ansiehst kann du dir das folgendermaßen vorstellen. Du machst vom Stern ein Foto und schickst es mit Lichtgeschwindigkeit zur Erde. Dort kommt es dann nach einigen 100 oder mehr Jahren an. Wir sehen die Sterne also wie sie damals aussahen.

Aktuelle Daten über die Sterne haben wir also gar nicht. Bei einigen weiß man noch nicht einmal, ob sie noch existieren oder bereits zur Supernova geworden sind.

Nein, du denkst da schon richtig, je weiter etwas weg ist, desto weiter schauen "wir" in die Vergangenheit.

Aus dem Grund verstehe ich auch nicht wie man aufgrund der Rotverschiebung darauf kommt das sich das Universum immer schneller expandiert.
Je weiter die Glaxien von uns entfernt sind, desto stärker die Rotverschiebung.
Aber das könnte doch auch genauso gut bedeuten, früher hat sich das Universum schneller als heute ausgedehnt und die Expansion verlangsamt sich, oder der "Rand" des Universums ist schon wieder auf dem Rückweg, wir sehen ja nur was in der Vergangenheit war und nicht was ist.

1. Das sind komplizierte Rechnungen.

2. Ob sich das Universum langsamer oder schneller ausdehn müsste man noch recht einfach herausfinden. Es gibt Methoden zur Entfernungsbestimmung. Damit kannst du die Entfernung zweier Galaxien bestimmen. Nun siehst du dir die dazugehörige Rotverschiebung an. Bei einer gleichmäßigen Ausdehnung würdest du eine relativ steile Gerade für die nahe Galaxie bekommen (schnelle Expansion). Die weiter entfernte hat aber einen weniger steilen Anstieg. Das bedeutet, dass die Ausdehnungsgeschwindigkeit in jüngerer Zeit größer gewesen sein muss, weil die entfernte Galaxie nicht so stark rotverschoben ist wie erwartet. Das Universum dehn sich also beschleunigt aus.

[Thomas W. Riker]

Wenn du die Sterne ansiehst kann du dir das folgendermaßen vorstellen. Du machst vom Stern ein Foto und schickst es mit Lichtgeschwindigkeit zur Erde. Dort kommt es dann nach einigen 100 oder mehr Jahren an. Wir sehen die Sterne also wie sie damals aussahen.

Aktuelle Daten über die Sterne haben wir also gar nicht. Bei einigen weiß man noch nicht einmal, ob sie noch existieren oder bereits zur Supernova geworden sind.

1. Das sind komplizierte Rechnungen.

2. Ob sich das Universum langsamer oder schneller ausdehn müsste man noch recht einfach herausfinden. Es gibt Methoden zur Entfernungsbestimmung. Damit kannst du die Entfernung zweier Galaxien bestimmen. Nun siehst du dir die dazugehörige Rotverschiebung an. Bei einer gleichmäßigen Ausdehnung würdest du eine relativ steile Gerade für die nahe Galaxie bekommen (schnelle Expansion). Die weiter entfernte hat aber einen weniger steilen Anstieg. Das bedeutet, dass die Ausdehnungsgeschwindigkeit in jüngerer Zeit größer gewesen sein muss, weil die entfernte Galaxie nicht so stark rotverschoben ist wie erwartet. Das Universum dehn sich also

(im Durchschnitt und großen Maßstab (TWR))
beschleunigt aus.
(Lokal nähern sich ja sogar Galaxien wie unser Milchstraße und die Andromedagalaxie einander an und kollidieren, TWR)

Die Ergebnisse von Satelliten- wie z.B. Planck - zu deuten übersteigt natürlich meine Physik-Kenntnisse so sehr, dass ich den Wissenschaftlern "blind" vertrauen muss.

[Agent Scullie]

Nein, du denkst da schon richtig, je weiter etwas weg ist, desto weiter schauen "wir" in die Vergangenheit.

Aus dem Grund verstehe ich auch nicht wie man aufgrund der Rotverschiebung darauf kommt das sich das Universum immer schneller expandiert.
Je weiter die Glaxien von uns entfernt sind, desto stärker die Rotverschiebung.
Aber das könnte doch auch genauso gut bedeuten, früher hat sich das Universum schneller als heute ausgedehnt und die Expansion verlangsamt sich

Durch die Rotverschiebung alleine kommt man ja auch überhaupt nicht darauf, dass die Expansion des Universums beschleunigt ist. Um darauf zu kommen, dass die Expansion beschleunigt ist, waren zwei weitere Schritte erforderlich. Der erste war, dass man überhaupt erst einmal ein Modell für das expandierende Universum entwickelte. Dies wurde in den 1920er Jahren durch Friedmann und Lemaitre geleistet, indem sie die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) auf das Universum als Ganzes anwandten, wobei die sog. Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker(FLRW)-Metrik herauskam. Ebenfalls in den 1920er Jahren entdeckte Hubble dann die nach ihm benannte Hubble-Beziehung zwischen der Entfernung einer Galaxie und der bei ihr beobachteten Rotverschiebung. Da Hubbles Beobachtung sehr gut mit den Vorhersagen der FLRW-Metrik übereinstimmt, geht man seither allgemein davon aus, dass die FLRW-Metrik das Universum korrekt beschreibt.

Sowohl die Hubble-Beziehung als auch die FLRW-Metrik lassen aber zunächst offen, ob die Expansion verlangsamt oder beschleunigt ist. Jahrzehntelang ging man davon aus, dass die Expansion verlangsamt wäre, da das die naheliegendere Annahme zu sein schien. Dann gelang es in den 1990er Jahren, und das war der zweite Schritt, Typ-I-Supernovae in sehr fernen Galaxien auszumachen. Bei Typ-I-Supernovae kann man leicht die absolute Helligkeit bestimmen, und unter Zugrundelegung der FLRW-Metrik kann man dann durch Vergleich mit der relativen Helligkeit die Entfernung bestimmen, die die Galaxie, in der die jeweilige Supernova beheimatet ist, im heutigen Universum hat. Die so ermittelte Entfernung kann man dann mit derjenigen Entfernung vergleichen, die sich für die betreffende Galaxie aus ihrer Rotverschiebung ergibt, wenn man - abermals unter Zugrundelegung der FLRW-Metrik - annimmt, dass die Expansion verlangsamt oder beschleunigt ist.

Es zeigte sich: unter der Annahme einer verlangsamten Expansion passten die beiden Entfernungen - also die über die Helligkeit der Supernovae ermittelte und die aus der Rotverschiebung ermittelte - in vielen Fällen nicht zusammen, unter der Annahme einer beschleunigten Expansion aber sehr wohl. Ende der 1990er Jahre setzte sich daher die Überzeugung durch, dass die Expansion des Universums beschleunigt ist.

oder der "Rand" des Universums ist schon wieder auf dem Rückweg, wir sehen ja nur was in der Vergangenheit war und nicht was ist.

Wie gesagt, ist ein wesentlicher Eckpfeiler der modernen Kosmologie die FLRW-Metrik. Aus der folgt zum einen, dass es einen "Rand" gar nicht gibt. Nach der FLRW-Metrik gibt es kein Zentrum des Universums, und keine Entfernung von einem solcher Zentrum, bei der Universum aufhören würde. Eine nützliche Hilfsvorstellung ist die, sich den 3-dimensionalen Raum als hypersphärisch gekrümmt, also als 3-dimensionale Oberfläche einer 4-dimensionalen Hyperkugel vorzustellen, und diese Oberfläche als homogen mit Galaxien gefüllt. Ungefähr so:

https://download.e-bookshelf.de/download/0000/4922/32/L-X-0000492232-0001029800.XHTML/images/Universum_Grundversion_fmt.jpeg

Diese Hilfsvorstellung trifft allerdings nur auf eine der drei möglichen Varianten der FLRW-Metrik zu, nämlich den Fall k = +1. In den Fällen k = 0 und k = -1 ist das Universum dagegen zu allen Zeiten unendlich groß, und das unendlich große Raumvolumen ist ähnlich wie das endliche Universum des Falls k = +1 homogen mit Galaxien angefüllt. Expansion heißt dann nicht, dass das Gesamtvolumen des Universums anwächst (es ist ja schon unendlich groß), sondern dass die Abstände zwischen den Galaxien größer werden.

Einen Rand hat lediglich der beobachtbare Ausschnitt des Universums.

Auch folgt aus der FLRW-Metrik, dass wenn wir bei relativ nahen Galaxien eine Fluchtbewegung von uns fort beobachten, dass dann auch das Universum als Ganzes expandieren muss, also auch ferne Galaxien, auch solche, die außerhalb des beobachtbaren Ausschnitts liegen, sich von uns entfernen. Das hängt damit zusammen, dass sich die FLRW-Metrik auf die Annahme gründet, dass das Universum auf großräumigen Skalen homogen ist.

Man kann nun natürlich anzweifeln, dass das Universum in jeder Hinsicht korrekt durch die FLRW-Metrik beschrieben wird, aber alle bisherigen Beobachtungen passen gut mit ihr zusammen, dass die Annahme vernünftig erscheint, dass sie das Universum korrekt beschreibt.

[Wolf4310]

Durch die Rotverschiebung alleine kommt man ja auch überhaupt nicht darauf, dass die Expansion des Universums beschleunigt ist.

So wird es in den meisten Dokus aber erklärt, da es meistens nur um die Rotverschiebung geht, bzw die Rotverschiebung nicht in Zusammenhang mit der Enternungsmessung über die Helligkeit gebracht wird und deswegen hatte ich es nicht verstanden.

Aus der folgt zum einen, dass es einen "Rand" gar nicht gibt.

Deswegen auch die ""

[RTW112]

Wenn du die Sterne ansiehst kann du dir das folgendermaßen vorstellen. Du machst vom Stern ein Foto und schickst es mit Lichtgeschwindigkeit zur Erde. Dort kommt es dann nach einigen 100 oder mehr Jahren an. Wir sehen die Sterne also wie sie damals aussahen.

Genau darum geht es mir Wenn ich jetzt auf ein Bild XY Stern nehme und mit ein Lasersensor diesen untersuche, land ich ja irgendwann in nichts, den dieser Stern gibt es ja nicht mehr dort.Deswegen frag ich mich wie man immer so Sterne und Galaxien erforschen kann, wenn es doch diese nicht mehr gibt.

[pollux83]

Genau darum geht es mir Wenn ich jetzt auf ein Bild XY Stern nehme und mit ein Lasersensor diesen untersuche, land ich ja irgendwann in nichts, den dieser Stern gibt es ja nicht mehr dort.Deswegen frag ich mich wie man immer so Sterne und Galaxien erforschen kann, wenn es doch diese nicht mehr gibt.

Zur Erforschung nimmst du auch keine Laser, sondern du fängst das Licht (damit sind alls Wellenlängen gemeint) mit großen Kameras oder Antennen ein. Mit Laser kann man höchstens den Mond oder die Erde abtasten und für andere Experimente werden auch Laser verwendet.

Ein Großteil der Astronomie läuft also völlig passiv ab. Der Stern strahlt Licht aus, du wartest, wenn das Licht angekommen ist nimmst du dein Hubble-Teleskop und schaust ihn dir an. Die Bilder sind dann zwar völlig veraltet, aber das ist egal, denn eigentlich geht es dir nicht um den einzelnen Stern, sondern du willst insgesamt mehr über Sterne erfahren. Wenn du dann mehrere Aufnahmen von verschieden alten/alt aussehenden Sternen kombinierst, erhältst du die komplette Lebensgeschichte eines Durchschnittssterns.

Das Gleiche kannst du auch mit sich entwickelnden Sternensystemen oder Galaxien machen. Wie z.B. die extrem entfernten Galaxien heute aussehen ist dir egal, du interessierst dich nur dafür wie sie damals aussahen, damit du eine komplette Galaxieentwicklungsgeschichte bis heute zusammenstellen kannst.