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Physik

Urknall und Aufbau des Universums

Das Universum dehnt sich aus und hat einen Anfang. Du lernst, welche Beobachtungen für das Urknallmodell sprechen und wie das Universum aufgebaut ist.

  • ca. 13 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann die Grundaussagen des Urknallmodells beschreiben.
  • Ich kann drei Belege für das Modell nennen.
  • Ich kann den Aufbau des Universums grob beschreiben.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Galaxien, Lichtjahre und der Urknall

Die Urknalltheorie beschreibt, wie das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren entstand. Damals war alles sehr heiß und dicht. Seitdem dehnt sich der Raum aus. Der Urknall war keine Explosion in einem leeren Raum. Der Raum selbst entstand und dehnt sich weiter. Drei Beobachtungen stützen das Modell. Erstens: Fast alle Galaxien entfernen sich von uns. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto schneller entfernt sie sich. Das entdeckte Edwin Hubble 1929. Zweitens: Es gibt eine schwache Strahlung, die aus allen Richtungen kommt, die kosmische Hintergrundstrahlung. Sie wurde 1965 gefunden und entspricht einer Temperatur von etwa 2,7 K. Sie ist das abgekühlte Licht aus der Frühzeit. Drittens: Das Modell sagt voraus, dass im jungen Universum etwa drei Viertel Wasserstoff und ein Viertel Helium entstanden sind, bezogen auf die Masse. Die Messungen stimmen damit überein. Das Universum ist in Ebenen aufgebaut. Planeten umkreisen Sterne, Sterne bilden Galaxien, Galaxien bilden Haufen. Die Galaxienhaufen bilden ein Netz mit riesigen leeren Räumen dazwischen. Das Bild des Rosinenteigs hilft: Beim Aufgehen entfernen sich alle Rosinen voneinander, aber keine liegt im Mittelpunkt.

Belege für das Urknallmodell.
BeobachtungWas sie zeigt
Galaxien entfernen sichDer Raum dehnt sich aus.
Hintergrundstrahlung (etwa 2,7 K)Das Universum war einmal sehr heiß und kühlte ab.
Wasserstoff und Helium im Massenverhältnis 3 zu 1passt zur Vorhersage des Modells

Entfernung und Geschwindigkeit

  1. Gegeben: Galaxie A hat Abstand 10 Einheiten und entfernt sich mit 700 km/s.
  2. Galaxie B hat den dreifachen Abstand: 30 Einheiten.
  3. Die Geschwindigkeit wächst im gleichen Verhältnis: 700 · 3 = 2100 km/s.
  4. Ergebnis: Die Geschwindigkeit wächst im gleichen Verhältnis wie der Abstand. Dreifacher Abstand bedeutet dreifache Geschwindigkeit.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Das Universum wird immer größer.

Es hatte einen Anfang.

Drei Beobachtungen stützen das Modell.

Ein Beispiel

Beispiel

Zeichne Punkte auf einen Luftballon und blase ihn auf. Alle Punkte entfernen sich voneinander. Keiner ist der Mittelpunkt. So dehnt sich der Raum aus.

Schritt für Schritt

Du erklärst das Modell in vier Schritten.

  1. Das Universum war heiß und dicht.
  2. Der Raum dehnt sich seitdem aus.
  3. Galaxien entfernen sich voneinander.
  4. Die Strahlung von damals ist abgekühlt.

Mit einem Bild erklärt

Alter des Universumsetwa 13,8 Milliarden Jahre
Alter der Erdeetwa 4,6 Milliarden Jahre
Unterschiedetwa 9,2 Milliarden Jahre

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Galaxie A hat Abstand 10 Einheiten und fliegt mit 700 km/s weg. Wie schnell ist Galaxie B bei Abstand 30 Einheiten?

Zeig mir den ersten Schritt

Der Abstand ist dreimal so groß. Die Geschwindigkeit auch.

Lösung ansehen

Lösung: 2100

700 · 3 = 2100 km/s.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Wie alt ist das Universum nach dem Urknallmodell?
Zeig mir den ersten Schritt

Welche Zahl gilt für das Universum, welche für die Erde?

Lösung ansehen

Lösung: etwa 13,8 Milliarden Jahre

Tipp: Das Urknallmodell ist ein Modell. Es erklärt Beobachtungen, und neue Messungen können es verfeinern.

Merksatz: Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren. Raum dehnt sich aus. Belege: Fluchtbewegung der Galaxien, Hintergrundstrahlung, Wasserstoff und Helium.

Typischer Fehler: Viele denken, der Urknall sei ein Knall an einem Ort. Der Raum selbst dehnt sich aus. Es gibt kein Zentrum, von dem alles wegfliegt.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Was zeigt die Fluchtbewegung der Galaxien?
Lösung ansehen

Lösung: Der Raum dehnt sich aus.

Frage 2 Der Urknall fand an einem Ort im Raum statt, und alles flog von dort weg.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 3 Wofür steht die kosmische Hintergrundstrahlung?
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Lösung: für das abgekühlte Licht aus der Frühzeit

Frage 4 Wie ist das Verhältnis von Wasserstoff zu Helium im jungen Universum, bezogen auf die Masse?
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Lösung: etwa 3 zu 1

Geschafft

Das Universum entstand vor etwa 13,8 Milliarden Jahren und dehnt sich aus. Fluchtbewegung, Hintergrundstrahlung und die Häufigkeit leichter Elemente stützen das Modell.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Das Universum erforschen

Kurz erklärt, 48 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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