Warum gibt es so viele Objekte in der Universumsrunde?

Über die Form von Seifenblasen und das beobachtbare Universum

Dieses Bild aus blauem Marmor von der NASA zeigt, wie perfekt eine Kugel ist, die die Erde tatsächlich ist. Aufgrund ihrer Rotation hat die Erde jedoch eine leichte Ausbuchtung von 41 km an ihrem Äquator, was sie zu einem abgeflachten Sphäroid macht.

In einer der schönsten Darstellungen des Nachthimmels stellt Vincent Van Gogh die Sterne nicht als bloße Lichtpunkte auf dem geschmeidigen dunklen Hintergrund des leeren Raums dar, sondern als turbulente und lyrische Farbkreise, deren warmes Zentrum mit der Schale von Muscheln umrahmt ist liebevolle, unerschütterliche Farbe. Die Sterne sind jedoch nicht die einzigen, die von Natur aus kugelförmig sind, ebenso wie der Halbmond in der oberen rechten Ecke und die strahlend beleuchtete Venus rechts neben dem reichen und öligen Zypressenbaum. Obwohl in diesem Gemälde nicht sichtbar, ist selbst die Erde im Vordergrund rund. Es scheint, dass Objekte in der Natur zu dieser runden Form tendieren. Auch unser Bild vom beobachtbaren Universum ist rund. Aber wieso?

Die sternenklare Nacht von Vincent Van Gogh, 1889.

Es hat mit einigen Grundgesetzen der Physik zu tun. Die Kugel ist eine Form, die das meiste Volumen mit der geringsten Oberfläche ermöglicht. Es ist eine sehr effiziente Methode zum Einschließen von Objekten und ermöglicht es, dass jeder Punkt auf seiner Oberfläche genauso weit vom Zentrum entfernt ist wie jeder andere Punkt. Dies ist anders als bei einem Würfel, bei dem die Ecken weiter vom Zentrum entfernt sind und einige Bereiche der Oberfläche schwächer sind als andere. Die Naturkräfte mögen niedrige Energiezustände und sie mögen es, die Oberfläche von Objekten so weit wie möglich zu minimieren. Dies trifft zu, wenn Sie etwas beobachten, das so klein ist wie ein Regentropfen oder ein flüssiges Metall, oder wenn Sie etwas auf der Skala von Monden und Sternen beobachten.

Die Schwerkraft ist einer der größten Einflüsse auf die Kugelform von Objekten. Mit der Schwerkraft gibt es ein Zentrum, zu dem alle Objekte gezogen werden. Dies ist der Grund, warum die bröckelnden Berggipfel auf der Erde Schutt produzieren, der herunterfällt und die Täler füllt und weit unten absinkt. Durch die Schwerkraft wird der Planet geglättet und damit die Energie, die der Planet ausdrückt, verringert. Der Planet möchte den niedrigstmöglichen Energiezustand haben. Für uns hier als Entdecker auf der Erde scheint es alles andere als glatt zu sein. Es gibt die stürzenden Tiefen des Ozeans und die unterirdischen Höhlen, die rauschenden Bergketten und die drückenden Baumkronen. Aber wenn wir viel größer wären - wenn der Planet in unsere Handfläche passen könnte - könnten wir es niemals sagen. Wenn wir mit den Fingern über den Globus fahren, fühlt es sich tadellos glatt und nass an. Zwischen den höchsten und tiefsten Punkten (Everest bzw. Marianengraben) besteht nur ein Unterschied von 20 km. Ein Unterschied von 13 Meilen auf einem Planeten mit einem Durchmesser von 8000 Meilen.

Wie wichtig die Schwerkraft für die Form eines Objekts ist, hängt jedoch von der Größe des Objekts ab. Deshalb bemerken wir möglicherweise Dinge um uns herum, die nicht kugelförmig sind: Blumen, Fisch, Zuckerrohr, Menschen. Bei einem Durchmesser von weniger als 2.574 km ist die Schwerkraft nicht immer einflussreich genug, um eine Rundung zu erreichen. Ein perfektes Beispiel dafür sind die merkwürdigen und unförmigen Körper von Asteroiden im Vergleich zur Kugel des Monddurchmessers von 3.380 km.

Wenn wir Objekte bemerken, die nicht rund sind, kann dies darauf hindeuten, was in der Umgebung dieses Objekts geschieht. Häufige Störungen sind Gezeitenkräfte wie die, die der Mond auf unsere Ozeane ausübt, kosmische Einflüsse und die Rotationsgeschwindigkeit. Die Milchstraßengalaxie mag jetzt flach und trüb sein, aber sie begann als rotierende Gaskugel. Als es zusammenbrach und sich schneller zu drehen begann, breiteten die zentripetalen Kräfte die Galaxie nach links und rechts aus, während die Milchstraße von oben nach unten papierartig flach wurde. Dies ist auf die Erhaltung des Drehimpulses zurückzuführen, der große Objekte dazu veranlasst, schneller zu werden, wenn sie kleiner werden, um die Größenverringerung auszugleichen. Aber es gibt Sterne außerhalb der Milchstraßenstruktur, die daran erinnern, dass die Galaxie als volle und wolkige Kugel begann.

Ein Bild der Sonne, aufgenommen von der NASA.

Unsere Sonne ist noch runder als die Erde. Dies ist der Zusammensetzung der heißen Gase zu verdanken, die von der Schwerkraft leichter manipuliert werden können als die felsige Oberfläche unseres Planeten. Das rundeste natürliche Objekt im Universum ist jedoch ein anderer Stern namens KIC 11145123. Er ist doppelt so groß wie die Sonne und dreht sich dreimal langsamer, sodass er seine Form beibehält und sich beim Drehen nicht abflacht. Wissenschaftler glauben, dass dies auf eine Trennung zwischen der inneren und der äußeren Schicht des Sterns zurückzuführen ist, die den Anschein erweckt, dass er sich viel schneller dreht, als er tatsächlich ist. Der Grund für die Unterbrechung ist noch nicht bekannt, könnte aber an einem Magnetfeld um das Objekt liegen.

In kosmischen Körpern wie dem Ringnebel wirkt leichter Druck der Schwerkraft entgegen und verleiht dem Nebel seine charakteristische Form. Wenn sich Sterne zu formen beginnen und wunderschön strahlen, zieht jeder von ihnen Gas und Staub an und erzeugt im Raum um sich herum einen ständigen Wettbewerb, der den gesamten Nebel ausdehnt und beeinflusst. In einigen Fällen können Regionen mit höherer Dichte ein Kettenereignis auslösen, bei dem die Gravitationskräfte wieder zu dominieren beginnen. Diese dichten Gebiete verschmelzen und können planetengroß werden, was ihnen mehr Gravitationsfeld verleiht und wieder die deutlich erkennbare Form der Kugel ergibt.

Der Ring-Nebel. Bild von AURA / STScI / NASA.

Wir verweilen im Zentrum des gesamten beobachtbaren Universums, das sich über 13 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen ausdehnt. Das ist alles Licht, das genug Zeit hatte, um unser Sonnensystem zu erreichen. Wir haben noch nicht die Technologie, um zu erkennen, was jenseits dieser Grenze liegt, aber wir können einen Marmor sehen, eine Kugel, die alles umfasst, was wir wissen, um zu existieren. Die Kugel ist dann wie die Punkte in einem Pointillismusbild. Zuerst bescheiden, dann zu einem Bild voller Details und Leben zusammengefügt, das auf den ersten Blick nur einen einzigen Farbball darstellt und doch in einer glatten, eleganten Form ein perfektes Beispiel für unsere physikalischen Gesetze darstellt.