Warum gibt es so viele Objekte in der Universumsrunde?

Über die Form von Seifenblasen und das beobachtbare Universum selbst

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

In einer der schönsten Darstellungen des Nachthimmels zeigt Vincent Van Gogh die Sterne nicht als bloße Nadelstiche des Lichts auf dem geschmeidigen dunklen Hintergrund des leeren Raums, sondern als turbulente und lyrische Farbkreise, von denen jedes warme Zentrum mit der Schale von umhüllt ist liebevolle, unerschütterliche Farbe. Die Sterne sind jedoch nicht die einzigen, die kugelförmig sind - ebenso wie der Halbmond in der oberen rechten Ecke und die hell beleuchtete Venus rechts neben dem reichen und öligen Zypressenbaum. Obwohl in diesem Gemälde nicht sichtbar, ist sogar die Erde im Vordergrund selbst rund. Es scheint, dass Objekte in der Natur zu dieser runden Form tendieren. Sogar unser Bild vom beobachtbaren Universum ist rund. Aber warum?

Die Sternennacht von Vincent Van Gogh, 1889.

Es hat mit einigen Grundgesetzen der Physik zu tun. Die Kugel ist eine Form, die das größte Volumen bei geringster Oberfläche zulässt. 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 von seiner Mitte entfernt sind und einige Bereiche seiner Oberfläche schwächer sind als andere. Die Naturkräfte mögen Zustände mit niedriger Energie und sie mögen es, die Oberfläche von Objekten so weit wie möglich zu minimieren. Dies gilt, 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. Aus diesem Grund produzieren die bröckelnden Berggipfel der Erde Trümmer, die herunterfallen und die Täler füllen und weit darunter eintauchen. Die Schwerkraft glättet den Planeten und reduziert dabei die Energie, die der Planet ausdrückt. 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 aufgewühlten Bergketten und die drückenden Baumkronen. Aber wenn wir viel größer wären - wenn der Planet in unsere Handfläche passen könnte - würden wir es niemals sagen können. Mit den Fingern über den Globus zu fahren, würde sich makellos glatt und nass anfühlen. 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 8.000 Meilen.

Wie wichtig die Schwerkraft für die Form eines Objekts ist, hängt jedoch von der Größe des Objekts ab. Deshalb können wir Dinge um uns herum bemerken, 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 ihn rund zu machen. Ein perfektes Beispiel dafür sind die seltsamen und unförmigen Körper von Asteroiden im Vergleich zur Kugel des Mondes mit einem Durchmesser von 3.380 km.

Wenn wir Objekte bemerken, die nicht rund sind, kann dies darauf hinweisen, was in der Umgebung dieses Objekts geschieht. Häufige Störungen sind Gezeitenkräfte wie die vom Mond auf unsere Ozeane ausgeübten, kosmische Einflüsse und die Rotationsgeschwindigkeit. Die Milchstraßengalaxie mag jetzt flach und dunstig sein, aber sie begann als Kugel aus rotierendem Gas. Als es zusammenbrach und sich schneller zu drehen begann, breiteten die Zentripetalkräfte 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 anregt, 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 von der NASA.

Unsere Sonne ist noch runder als die Erde. Dies ist der Zusammensetzung heißer Gase zu verdanken, die für die Schwerkraft leichter zu manipulieren sind 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, wodurch er den Anschein erweckt, dass er sich viel schneller dreht als er tatsächlich ist. Der Grund für die Trennung 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. Während sich Sterne zu formen beginnen und wunderschön ausstrahlen, zieht jeder Gas und Staub an sich und schafft im Raum um sie 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 die Größe von Planeten annehmen, was ihnen mehr Gravitationsfeld verleiht und wieder die durchaus erkennbare Form der Kugel erzeugt.

Der Ringnebel. Bild von AURA / STScI / NASA.

Wir verweilen im Zentrum des gesamten beobachtbaren Universums, das sich 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 was wir sehen können, ist ein Marmor, eine Kugel, die alles umfasst, was wir wissen, um zu existieren. Die Kugel ist dann wie die Punkte in einem Pointillismus-Gemälde. Zuerst bescheiden, dann zusammenkommen, um ein Bild voller Details und Leben zu bilden, das auf den ersten Blick nur einen einzigen Farbball darstellt und dennoch ein perfektes Beispiel für unsere Gesetze der Physik in einer glatten, eleganten Form ist.