Abell-Haufen

Warum ist es nachts dunkel?

Unsere Sonne beleuchtet nur die ihr zugewandte Seite der Erde. Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst, dadurch scheint die Sonne im Tageslauf über den Himmel zu ziehen. Und steht die Sonne unter dem Horizont, so ist es dunkle Nacht. Doch damit ist die Frage, warum es nachts dunkel ist, keineswegs beantwortet. Denn nachts stehen die Sterne am Himmel – und diese Sterne sind glühende Gasbälle wie unsere Sonne, nur viel weiter entfernt. Deshalb erscheinen sie im Vergleich zur Sonne so klein und unscheinbar. Wenn nun aber das ganze unendliche Universum gleichmäßig mit Sternen angefüllt wäre und Sterne unendlich lange leben, sollte dann nicht unser Blick, egal in welche Richtung wir schauen, irgendwo stets auf einen Stern treffen?

Dunkelheit und Unendlichkeit

Egal, wohin wir schauen: Irgendwann trifft unser Sehstrahl auf die Oberfläche eines fernen Sterns. Die Himmelskugel müsste also an jeder Stelle so hell strahlen, wie die Oberfläche der Sterne. Der Weg, den das Licht von dort zurücklegen muss, ist allerdings lang: Im Mittel trifft der Sehstrahl erst nach 10 hoch 23 Lichtjahren auf die Oberfläche eines Sterns.
Das Olbers-Paradoxon

Es war Johannes Kepler, der 1610 auf dieses Problem hinwies: als Argument gegen die damals heiß diskutierte Möglichkeit eines unendlichen Universums. Denn wenn unser Blick überall auf Sterne träfe, so Kepler, dann müsste der gesamte Himmel an jeder Stelle so hell leuchten wie ein Stern oder wie unsere Sonne. Es wäre also auch nachts taghell. Für Kepler war dies ein klarer Beweis dafür, dass unser Kosmos endlich sein müsse. Heute wird dieses Problem zumeist als „Olbers-Paradoxon“ bezeichnet, nach dem Bremer Astronomen Heinrich Olbers, der es 1823 erneut in die Debatte warf. Olbers vermutete, dass Gas zwischen den Sternen das Licht absorbierte und so die Dunkelheit auch in einem unendlichen Kosmos erklärbar mache. Doch er irrte: Das Sternenlicht würde das Gas aufheizen, bis es ebenso hell strahlen würde wie die Sterne selbst. So überzeugend war Keplers Argument gegen ein unendliches, gleichmäßig mit Sternen angefülltes Universum, dass die Astronomen bis Anfang des 20. Jahrhunderts glaubten, unsere Milchstraße sei ein „Insel-Universum“, umgeben von unendlicher Leere. Erst in den 1920er Jahren zeigte sich, dass die unscheinbaren „Nebelflecken“ keine Gaswolken in der Milchstraße, sondern ferne Galaxien aus Milliarden von Sternen ganz ähnlich der Milchstraße sind. Der Kosmos ist also jenseits der Milchstraße alles andere als leer – und auf die Frage, warum es nachts dunkel ist, muss es folglich eine andere Antwort geben.

Dunkelheit und das Alter des Kosmos

Blick in einen Galaxienhaufen. Viele kleine Strudel aus Licht, wie Nebelfetzen. Davor hunderte von Sternen. Im linken oberen Bereich ein großes, elliptisches, nach außen hin schwächer werdendes Lichtwölkchen.
Blick in einen Galaxienhaufen

Zwar ist das Universum nicht - wie im ursprünglichen Argument von Kepler – gleichmäßig mit Sternen angefüllt. Vielmehr sammeln sich die Sterne in Galaxien und diese wiederum in Galaxienhaufen. Doch da über große Entfernungen gemittelt die Verteilung der Materie im Kosmos gleichmäßig ist, bleibt das grundlegende Prinzip erhalten: Unser Blick trifft in einem unendlichen Universum stets irgendwann auf die Oberfläche eines Sterns. Allerdings, und damit nähern wir uns der korrekten Antwort, ist der mittlere Weg von uns zu einem Stern durch die großen Abstände zwischen den Galaxien ziemlich lang: etwa 1023 Lichtjahre (hunderttausend Milliarden Milliarden Lichtjahre).

Das bedeutet nun auch, dass das Licht eines solchen Sterns 1023 Jahre zu uns benötigen würde. Das Universum ist aber nach heutigen Erkenntnissen erst 14 Milliarden Jahre alt - wir können also auch maximal Strahlung aus einer Entfernung von 14 Milliarden Lichtjahren empfangen. Wir überblicken also erst einen Bereich des Kosmos, der um das Zehnbillionenfache zu klein ist, um für einen hellen Nachthimmel zu sorgen. Wird also in ferner Zukunft irgendwann der Nachthimmel taghell sein, weil wir dann einen ausreichend großen Teil des Universums überblicken? Nein, denn schon viel früher wird sämtlicher nuklearer Brennstoff im Kosmos verbraucht sein. Die Sterne leuchten insgesamt nicht lange genug.

Zusammengefasst: Es ist nachts dunkel, weil Licht sich mit endlicher Geschwindigkeit, der Lichtgeschwindigkeit, ausbreitet, unser Kosmos ein endliches Alter besitzt und auch langfristig insgesamt nicht genug Materie enthält, um das ganze Weltall zu erhellen.

Expansion und Dunkelheit

Streng genommen ist der Nachthimmel gar nicht dunkel – jedenfalls nicht in allen Spektralbereichen. Gleichmäßig aus allen Richtungen kommend fällt eine schwache Strahlung auf die Erde, die ihr Maximum bei einer Wellenlänge von etwa einem Millimeter im Mikrowellenbereich hat. Bei dieser kosmischen Hintergrundstrahlung handelt es sich um ein Überbleibsel aus der Frühzeit des Universums. Rund 380.000 Jahre nach dem Urknall war die Temperatur im Universum auf etwa 3000 Kelvin abgesunken. Protonen und Elektronen konnten nun stabile Wasserstoffatome bilden. Damit wurde das Universum für elektromagnetische Strahlung durchsichtig - und die damals freigesetzten Photonen empfangen wir noch heute als Hintergrundstrahlung. Durch die Expansion des Weltalls ist die Strahlung allerdings von ihrer ursprünglichen Temperatur (3000 Kelvin) auf 2,7 Kelvin abgekühlt und zudem in ihrer Intensität auf ein Milliardstel abgeschwächt worden.

Deshalb die Expansion für die Dunkelheit des Himmels verantwortlich zu machen, hieße allerdings die Dinge auf den Kopf zu stellen: Denn wenn unser Weltall nicht expandieren würde, dann gäbe es auch keinen Urknall und damit keine Hintergrundstrahlung, die den Himmel aufhellen könnte.