Basaltische Magmen, entstanden bei der Dekompression des konvektiv aufsteigenden kristallinen Erdmantels, dominieren nicht nur auf dem Mond, Mars usw. sondern auch die – überwiegend basaltische (Meeresboden) – Erdkruste. Im Laufe der Erdgeschichte (4,6 Milliarden Jahre) entstand die Kruste durch Differentiation der abkühlenden Basaltmagmen in Magmakammern bei niedrigen Drücken, später verändert und überprägt durch Bildung von Sedimenten, Metamorphose und Tektonik.

Die Vulkane der Erde und ihre eruptiven Prozesse und Gesteine lassen sich heute klar durch ihre plattentektonische Position voneinander unterscheiden: (a) die gasarmen basaltischen Magmen der mittelozeanischen Ozeankruste; (b) die H2O-reichen und daher hochexplosiven Magmen, die über den Subduktionszonen wie dem pazifischen Feuerring entstehen (z.B. Mt. St. Helens (1980), Pinatubo (1991) usw.); und (c) die alkalischen CO2-reichen ozeanischen (Hawaii, Kanaren) und kontinentalen Intraplattenvulkansysteme (z.B. Eifel).

Vulkane kommen in den Medien eigentlich nur vor, wenn sie gefährlich werden oder zu sogenannten Naturkatastrophen führen (die aber rein gesellschaftlich beding sind, weil es örtlich an der ungenügenden Desastervorsorge fehlt). Vulkane haben dem Menschen immer mehr genutzt als geschadet (fruchtbare Böden, Erzlagerstätten, Erdwärme, Tourismus).

Der Referent, Leibnizpreisträger der Deutschen Forschungsgemeinschaft, war Gründer und Direktor der Abteilung Vulkanologie und Petrologie am GEOMAR Forschungszentrum Kiel (1990-2003). Er war Generalsekretär der International Association of Volcanology (1983-1991) und ist durch seine wissenschaftlichen und populärwissenschaftlichen Bücher, Fernsehauftritte usw. einem breiteren Publikum bekannt. Schmincke arbeitet mit seinen Studenten und Mitarbeitern weltweit (Nordkorea, Japan, Zypern, Sizilien, Mittelamerika und den jahrzehntelangen Schwerpunkten Eifel und Kanarische Inseln). Die Themen reichen von Vorgängen in den Wurzelzonen der Magmen (Erdmantel) anhand von in Vulkanen an die Erdoberfläche transportierten Bruchstücken, über Vorgänge in Magmakammern bis zu insbesondere explosiven Vulkaneruptionen, der Wechselwirkung von Magma und Grundwasser sowie den klimatischen Auswirkungen von hochexplosiven Eruptionen. Die Wechselwirkungen von internen und externen Faktoren bei der Auslösung von Vulkaneruptionen stehen derzeit im Mittelpunkt der Forschungen. Die Ergebnisse sind in etwa 270 Einzelveröffentlichungen und mehreren Büchern veröffentlicht worden. Eine Zusammenfassung neuer Forschungsergebnisse findet sich z.B. in Schmincke H-U (2000) Vulkanismus. Wissenschaftl. Buchgesellschaft Darmstadt, 1-264, erweitert in Schmincke H-U Volcanism Springer 2004, 1-334

Die Oberflächen aller festen Körper des Sonnensystems weisen Spuren interplanetarer Kollisionen auf. Die Größe der Impaktkrater reicht von Mikrometern bis weit über 2000 km. Für die geologische Entwicklungsgeschichte der planetaren Körper ist die Häufigkeit von Einschlägen in Abhängigkeit von der Zeit und von der Größe der Einschlagskörper von zentraler Bedeutung. Diese für den Mond genau bekannte Kollisionshäufigkeit lässt den fundamentalen Schluss zu, dass die Impaktrate in den ersten 600 – 700 Millionen Jahren nach der Akkretion der terrestrischen Planeten vor 4,6 Milliarden Jahren um einen Faktor 100 bis 1000 höher war als danach („frühes meteoritisches Bombardement”). Seit etwa 3,7 Milliarden Jahren ist die Impaktrate konstant und stimmt recht gut mit den astronomischen Daten für planetenbahnkreuzende Asteroiden und Kometen überein. In dieses Impaktszenario fügt sich auch die Theorie nahtlos ein, nach der der Mond vor etwa 4,52 Milliarden Jahren durch die Kollision der Urerde mit einem etwa marsgroßen Körper entstanden ist.

Einen entscheidenden Einfluss hatte das Impaktgeschehen auf die Entstehung und Entwicklung des Lebens auf der Erde. Das frühe meteoritische Bombardement ist vermutlich dafür verantwortlich, dass sich die ersten primitiven Lebensformen erst vor ungefähr 3,8 Milliarden Jahren entwickeln konnten. In den letzten 600 Millionen Jahren der Erdgeschichte spielten Mega-Impakte (Kraterdurchmesser > ca. 150 km) eine wesentliche Rolle bei den Massenextinktionen des Lebens, wie z.B. im Falle des Massensterbens an der Kreide/Tertiärgrenze vor 65 Millionen Jahren. Dieses Ereignis wird heute von der Mehrzahl der Fachwissenschaftler auf die Auswirkungen eines Mega-Impakts auf der Halbinsel Yucatan, Mexico (Chicxulub-Krater mit 200 km Durchmesser), zurückgeführt.

Prof. Dr. Dieter Stöffler ist Direktor des Instituts für Mineralogie am Museum für Naturkunde der Humboldt-Universität zu Berlin. Er promovierte (1963) und habilitierte sich (1970) im Fach Mineralogie an der Universität Tübingen, war von 1974 bis 1993 an der Universität Münster tätig, wo er 1986 das Institut für Planetologie gründete und von 1987 bis 1993 eine Professur für Kosmische Mineralogie innehatte. Von 1993 bis 1999 war er Direktor des Museums für Naturkunde in Berlin. Er beteiligte sich von 1969 bis 1995 als Co- und Principal Investigator am Apollo- und Post-Apollo-Programm der NASA und war von 1980 bis 1990 als wissenschaftlicher Berater der ESA tätig. Der Referent ist Leibnizpreisträger (1989) und Träger der Barringer-Medaille der Meteoritical Society. Der Asteroid 4283(1988) wurde nach ihm benannt. Er ist Mitglied der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften und der Leopoldina.

Galaxien kommen in zwei Varianten vor: Scheibengalaxien mit viel kaltem Gas und elliptische Galaxien mit viel heißem Gas. Neue Sterne entstehen in großer Zahl praktisch nur in den Scheibengalaxien, so wie in unserer Milchstraße. Fast alle Galaxien haben im Zentrum ein großes schwarzes Loch, dessen Größe manchmal unserer Sonne gleichkommt, manchmal so ausgedehnt ist wie die Erdbahn oder auch in seltenen Fällen so groß wie das ganze Sonnensystem ist. Galaxien scheinen förmlich zu explodieren, wenn eine extrem hohe Sternentstehungsrate durch zahlreiche Supernovaexplosionen das interstellare Gas auseinander treibt. Dann kann eine Galaxie von der Seite gesehen wie ein Kreuz aussehen in Röntgenstrahlung, weil das senkrecht zur Scheibe fliegende Gas ebenso wie die Scheibe Röntgenstrahlung aussendet.

Unter den Sternexplosionen gibt es eine extreme Variante, die Gammablitze, bei denen der Stern bei der Explosion in zwei Richtungen zerlegt wird, wobei zwei unglaublich starke und schnelle Gasstrahlen auseinanderfliegen; die Emissionen aus diesen Gasstrahlen sind noch von der anderen Seite des Universums ganz hell zu sehen. Noch mehr Energie wird frei, wenn das zentrale schwarze Loch in Galaxien gefüttert wird, wie bei einer Verschmelzung zweier Galaxien. Dann entsteht eine heiße, strudelartige Akkretionsscheibe, die man wiederum quer durch das gesamte Universum beobachten kann; dabei fliegt entlang der Rotations- und Symmetrieachse der inneren Scheibe ein Gasstrahl nach beiden Seiten, in dem das Gas mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fliegt – das heißt, man kann diese Bewegung noch quer durch das Universum echt beobachten. Solche Gasstrahlen können im Extremfall bis 10 Millionen Lichtjahre weit fliegen, bevor sie zerspritzen.

Der extremste Fall könnte eintreten, wenn bei der Verschmelzung zweier Galaxien auch die beiden schwarzen Löcher miteinander verschmelzen, denn dann kann sich die Rotationsachse des massereicheren schwarzen Lochs ändern. Da aber die Richtung des Gasstrahls durch die Rotationsachse des schwarzen Lochs bestimmt wird, bedeutet das, dass die Gasstrahlen ihre Richtung ändern, so dass für kurze Zeit so eine Galaxie plötzlich vier Gasstrahlen hat. Die Energien, die bei solchen Superexplosionen frei werden, können das Dreißigfache der gesamten Sonnenabstrahlung über ihr ganzes Leben erreichen und vielleicht übersteigen.

Professor Dr. Peter L. Biermann ist außerplanmäßiger Professor für Astronomie und Astrophysik an der Universität Bonn, zugleich Ehrendoktor der Universität Bukarest und Gastprofessor in Toronto, Tuscon, Paris und Wuppertal. Seine Hauptarbeitsgebiete sind Galaxien, Haufen von Galaxien, Magnetfelder, Supernovae, Schwarze Löcher und die Kosmische Strahlung. Darüber hinaus leitet er seit vielen Jahren immer wieder neue internationale Forschungsgruppen, deren Mitglieder den verschiedensten Nationalitäten angehören.

Supernovaexplosionen sind die bei weitem energiereichsten Erscheinungen in unserer kosmischen Nachbarschaft. Ihre außergewöhnliche Leuchtkraft macht sie im Prinzip zu idealen Maßstäben für die Bestimmung unseres Abstandes zu den fernsten Galaxien. Damit könnten dann auch globale Eigenschaften des Kosmos bestimmt werden, wie seine Expansionsrate und die mittlere Materiedichte. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass alle Supernovae in etwa gleich hell sind und wir sie deshalb als „Standardkerzen” verwenden können.

Inzwischen hat man sehr viele weit entfernte Supernovae identifiziert und die derzeit wohl zuverlässigsten Werte für das Alter des Universums und seine geometrische Struktur bestimmt. Doch die Ergebnisse waren sehr überraschend. Wir scheinen in einem Euklidischen Universum zu leben, das wegen einer neuen unbekannten Energieform beschleunigt expandiert!

Die neuesten Ergebnisse der Vermessung des Mikrowellenhintergrundes bestätigen dieses Bild: Unser Universum besteht zu etwa 70 % aus einer unbekannten neuen Energieform, die auch „dunkle Energie” genannt wird, zu 26 % aus unbekannten massiven Teilchen, der „dunklen” Materie, und nur zu 4 % aus bekannter Materie. Die dunkle Energie ist wahrscheinlich die „kosmologische Konstante” (oder Vakuumenergie), die Einstein bereits eingeführt hatte, damit die Allgemeinen Relativitätstheorie statische kosmologische Modelle erlaubt.

Professor Dr. Wolfgang Hillebrandt ist Direktor am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching und Honorarprofessor an der Technischen Universität München. Sein Hauptarbeitsgebiet sind die Endstadien der Sternentwicklung, aber auch nukleare Astrophysik und die Kosmologie.

Lange Zeit galt die Sonne als ein langweiliger Himmelskörper. Sie hat ihre stürmische Jugend längst hinter sich, und die spektakulären Alterskrankheiten, das Aufbäumen vor dem nahenden Tod, liegen noch in der fernen Zukunft. Mit ihrer Planetenschar führt sie ein scheinbar geordnetes, ruhiges Leben. Heute wissen wir aber, dieser Schein trügt. Moderne Instrumente zeigen das wahre Gesicht der Sonne: da brodelt und kocht es und kleinere wie auch größere Eruptionen sind an der Tagesordnung. Dabei wird immer wieder mit großer Wucht heißes Gas in den Weltraum geschleudert. Trifft solches Gas auf die Erde, so beeinflusst es sowohl unsere Umwelt wie auch exponierte oder empfindliche technische Systeme.

Der Vortrag gibt einen Überblick über die Phänomene der Sonne, insbesondere die eruptiven. Der Einfluss der Sonne auf unsere Umwelt, unsere technischen Systeme und unser Leben wird anhand von Beispielen gezeigt.

Professor Dr. Sami K. Solanki ist Sonnenphysiker und geschäftsführender Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (bis 30. Juni 2004 Max-Planck-Institut für Aeronomie). Er hat an der ETH in Zürich diplomiert und promoviert. Unterbrochen von einem Forschungsaufenthalt in Schottland, einer Gastprofessur in Holland und einer Professur in Finnland blieb er bis zu seiner Berufung durch die Max-Planck-Gesellschaft an der ETH. Neben der Physik der Sonne, wo er sich hauptsächlich mit dem solaren Magnetismus und dem Einfluss der Sonne auf die Erde befasst, gilt sein wissenschaftliches Interesse dem stellaren Magnetismus und astronomischen Tests von Gravitationstheorien. Er hat insgesamt über 360 wissenschaftliche Publikationen verfasst. Zudem hat er zu einer Reihe von Weltraummissionen beigetragen und ist Principal Investigator der „Sunrise”-Mission des DLR und der NASA. Er ist Editor in Chief der elektronischen Fachzeitschrift „Living Reviews in Solar Physics” und Sprecher der International Max Planck Research School on Physical Processes in the Solar System and Beyond.

Die beobachtete Fluchtbewegung der Galaxien, die Expansion des Universums, darf man sich nicht vorstellen wie das Auseinanderfliegen von Splittern nach einer Explosion. Daher gibt es auch nichts Vergleichbares zu Druckwellen, die irdische Explosionen lautstark begleiten. Der Versuch, die Expansion ohne Heranziehung der Allgemeinen Relativitätstheorie als Ergebnis einer „Urstern-Explosion” in einem euklidischen Raum zu deuten, ist weder mit der Theorie noch mit der Beobachtung im Einklang.

Verfolgt man die Expansion rückwärts in der Zeit, findet man, dass sich das Universum anfangs in einem extrem dichten und heißen Zustand befunden haben muss. Sterne und Galaxien konnten noch nicht existieren. Auch Atome oder Atomkerne waren aufgelöst in ihre Bestandteile. Die kosmische Materie war ein sich rasant, isotrop und nahezu homogen ausdehnendes Gemisch von Elementarteilchen unterschiedlichster Art – durchflutet von hochenergetischen Photonen. Diese Anfangssituation wird als heißer „Urknall” bezeichnet. Während das Universum in der klassischen Theorie mit einem „Big Bang” beginnt, startet die Entwicklung des Universums bei Berücksichtigung der Quantentheorie aus einem Anfangszustand extrem hoher Energiekonzentration, den man sich wegen Heisenbergs Unschärferelation nicht als ausdehnungslosen Punkt vorstellen darf.

Der Vortrag behandelt im Überblick die heutigen Hypothesen zum Anfang der Welt (Quantentunneleffekt, Big Bounce usw.), die frühe Phase exponentieller Expansion (Inflation) und die heutige Spätphase beschleunigter Expansion (Kosmologische Konstante und/oder Dunkle Energie).

Der Nachhall des „Urknalls” ist lautlos: Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und Gravitationswellen vom Anfang durchfluten den Kosmos und werden mit Hilfe von Raumsonden aufgespürt.

Dr. Hans-Joachim Blome war langjähriger wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Astrophysik der Universität Bonn und beim DLR. Seit 1999 lehrt und forscht er als Professor an der Fachhochschule Aachen im Fachbereich der Raumfahrttechnik. Seine Arbeitsgebiete sind die Gravitationsphysik, Raumflugdynamik und Kosmologie. Professor Blome hat zahlreiche wissenschaftliche und populäre Veröffentlichungen auf diesem Gebiet verfasst wie „Der Urknall” von Blome / Zaun, erschienen im C.H. Beck-Verlag.