Die Leere des Universums

Längst sind die Vorteile der Vakuumverpackung von Lebensmitteln, des luftleeren Raumes bei Isolierkannen, der Vakuumröhren in der Technik und der luftleeren Beschleunigerröhren in Kernforschungszentren bekannt. Die teils gefährlichen Auswirkungen eines Vakuums rücken in Zeiten der Raumfahrt ins Bewusstsein. 1961 war Juri Gagarin der erste Mensch im All. Flüge in den Erdorbit, zur ISS und Außeneinsätze im Weltall sind heute fast zur Routine geworden. Fast perfekte Raumanzüge schützen die Astronauten nicht nur vor extremen Temperaturen und gefährlicher Teilchenstrahlung, sondern auch vor den unwirtlichen Bedingungen des Vakuums. Ohne spezielle Schutzanzüge würde das menschliche Blut zu sieden beginnen und die Lungen würden platzen. Als erster Mensch verließ im Jahre 1965 der sowjetische Kosmonaut Alexei Leonow im Erdorbit ein Raumfahrzeug. Sein Raumanzug hatte sich während des Außeneinsatzes ausgedehnt und versteift, sodass er nicht mehr durch die enge Luke zurück ins Raumschiff zurückkonnte. Mit einem Notfallventil wurde Sauerstoff abgelassen, wodurch Leonow gerettet war. In Vakuum-Kammern, wie sie das DLR (Deutsches Zentrum für Raum- und Luftfahrt) in Göttingen betreibt, werden die Bedingungen im Weltall nachgestellt und die Materialien einem Härtetest unterzogen. Ganze Satelliten finden in solchen Kammern Platz.

Eigenschaften des Vakuums

Ein perfektes Vakuum lässt sich nicht erzeugen und kommt auch nirgends im Weltall vor. Immer, wenn der Normaldruck deutlich unterschritten wird, herrscht ein Vakuum. Die Vakuumbereiche lassen sich über den Druck (zirka ein bar auf der Erde), der Anzahl der Moleküle pro Volumen oder der durchschnittlichen Weglänge, die ein Teilchen zurücklegt, bis es mit einem anderen zusammenstößt, definieren. Im Grobvakuum beträgt der Druck ein Tausendstel bar, im Feinvakuum ein Millionstel. Im Hochvakuum, im Ultrahochvakuum und im extrem hohen Vakuum ist der Druck bei jeder Stufe um den Faktor 1000 kleiner. Bei einem Ultrahochvakuum bewegt sich ein Teilchen über 100 bis 1000 Kilometer, ohne mit einem anderen zusammenzustoßen. Zu den besonderen Eigenschaften der Vakua gehören die Wärmeisolation, dass Flüssigkeiten wie Wasser bei viel niedrigen Temperaturen sieden und dass es keine Schallausbreitung gibt. Die Fortbewegung mittels Hubschrauber oder Flugzeugen ist im Vakuum nicht möglich. Die Navigation im Weltraum geschieht ausschließlich über das Rückstoßprinzip.

Vakuum im Universum

Im Sonnensystem gibt es Staub und Gas, das einerseits vom Sonnenwind, andererseits von den Kometen stammt. Als typische Dichte-Werte werden fünf bis 50 Atome pro Kubikzentimeter angegeben. Im interstellaren Raum ist die Dichte nochmals 10.000-mal niedriger. Die schönen Nebel und Wolken wie z.B. der Orionnebel sind deshalb sichtbar, weil die Objekte viele Lichtjahre groß sind und sich entlang des Sehstrahls eine erhebliche Zahl an Molekülen aneinanderreihen.

Zur technischen Erzeugung eines Vakuums auf der Erde wurden mechanische Pumpen und speziellere Verfahren entwickelt. Die Resultate sind beeindruckend. Beim berühmten Versuch von Otto von Guericke, der 1654 die Luft aus zwei Halbkugeln pumpte, reichte die Kraft von 16 Pferden nicht aus, die evakuierte Kugel zu öffnen. Das beste technisch erzeugte Vakuum verfehlt die Weltraumbedingungen um Größenklassen. Trotzdem sind leere Räume im Universum bei weitem kein perfektes Vakuum, denn Staub, Gas und Lichtteilchen (Photonen) durchdringen es.