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Das Weltall, auch der Kosmos oder Universum genannt, ist die Gesamtheit von Raum, Zeit und aller Materie und Energie darin.

Das Universum (von lateinisch universus ‚gesamt‘) im kosmologischen Sinne ist die Gesamtheit alles Existierenden, die durch wissenschaftliche Beobachtungen beschrieben und durch physikalische Gesetze geregelt wird.
Die Kosmologie versucht, das Universum aus wissenschaftlicher Sicht als die Gesamtheit der in derRaumzeit verteilten Materie und Energie zu begreifen.
Die Kosmogonie ihrerseits zielt darauf ab, eine Theorie der Schöpfung des Universums auf philosophischer oder religiöser Grundlage aufzustellen.
Der Unterschied zwischen diesen beiden Definitionen hindert viele Physiker nicht daran, eine finalistische Vorstellung vom Universum zu haben (siehe hierzu das anthropische Prinzip).

Synonyme

Während Universum bzw. Weltall alles umfasst, ist mit dem Begriff Weltraum der Raum zwischen den Himmelskörpern gemeint (z.B. außerhalb der Erdatmosphäre) gemeint, in dem nahezu ein Vakuum herrscht. Das Wort „Universum“ wurde im 17. Jahrhundert von Philipp von Zesen durch das Wort „Weltall“ verdeutscht.

Umgangssprachlich wird „Weltall“ oder „All“ aber auch mit der Bedeutung von „Weltraum“ verwendet.

Bei den antiken griechischen Philosophen seit Pythagoras war τὸ πᾶν (tò pân) „das Ganze“, definiert als die gesamte Materie und der gesamte Raum, und τὸ ὅλον (tò hólon) „alle Dinge“, was nicht unbedingt die Leere einschloss. Ein weiteres Synonym war ὁ κόσμος (ho kósmos), was „die Welt, der Kosmos“ bedeutet.

Die Bezeichnung „Kosmos“ ist aus altgriechisch κόσμος ‚Ordnung‘ entlehnt. Sie geht auf den Philosophen Anaximenes (6. Jahrhundert v. Chr.) zurück, der sie im Rahmen der Pneumalehre verwendete. Über die Bedeutung der Bezeichnung „Universum“ hinausgehend, bringt sie zum Ausdruck, dass sich das Universum in einem „geordneten“ Zustand befinde – „Kosmos“ bildete demnach einen Gegenbegriff zum Chaos.

Entstehung

Seit dem frühen 20. Jahrhundert ist die Kosmologie davon überzeugt, dass Raum und Zeit beim Urknall vor kanpp 14 Milliarden Jahren zusammen entstanden sind und dass sich das Universum in der Folge ausdehnte. Heute hat sich das Universum auf ein Alter und eine Größe ausgedehnt, die von der Erde aus nur teilweise beobachtet werden können.
Die räumliche Ausdehnung des gesamten Universums ist zwar unbekannt, aber das kleinere beobachtbare Universum hat derzeit einen Durchmesser von etwa 93 Milliarden Lichtjahren.

Zum Vergleich: Der Durchmesser einer typischen Galaxie beträgt 30.000 Lichtjahre (9.198 Parsec), und der typische Abstand zwischen zwei benachbarten Galaxien beträgt 3 Millionen Lichtjahre (919,8 Kiloparsec), die Milchstraße hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 100.000-180.000 Lichtjahren, und die nächstgelegene Schwestergalaxie, die Andromedagalaxie, ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt.

Die Temperatur der Hintergrundstrahlung beträgt 2,7 Kelvin (also etwa −270 °C). Sie entstand 380.000 Jahre nach dem Urknall.

Nach der Urknalltheorie haben die ursprünglich vorhandene Energie und Materie mit der Ausdehnung des Universums an Dichte verloren. Nach einer anfänglichen beschleunigten Ausdehnung, der so genannten Inflationsepoche von etwa 10-32 Sekunden, und der Trennung der 4 bekannten Grundkräfte kühlte sich das Universum allmählich ab und dehnte sich weiter aus, wodurch sich die ersten subatomaren Teilchen und einfachen Atome bilden konnten. Riesige Wolken aus Wasserstoff und Helium wurden allmählich an die Orte gezogen, an denen die Materie am dichtesten war, und bildeten die ersten Galaxien, Sterne und alles andere, was wir heute sehen.

Bestandteile

Unsere Sonne ist einer von einigen hundert Milliarden Sternen in der Milchstraße, die wiederum eine von einigen hundert Milliarden Galaxien im beobachtbaren Universum ist. Viele der Sterne in einer Galaxie haben Planeten.

Im größten Maßstab sind die Galaxien gleichmäßig und in alle Richtungen gleich verteilt, was bedeutet, dass das Universum weder einen Rand noch ein Zentrum hat. In kleineren Maßstäben sind die Galaxien in Haufen und Superhaufen verteilt, die riesige Filamente und Hohlräume im Weltraum bilden und so eine gewaltige schaumartige Struktur schaffen.

Bei der Untersuchung der Auswirkungen der Schwerkraft auf Materie und Licht hat man entdeckt, dass das Universum viel mehr Materie enthält als die sichtbaren Objekte - Sterne, Galaxien, Nebel und interstellares Gas - ausmachen. Diese unsichtbare Materie wird hypothetisch als "dunkle Materie" bezeichnet - sie interagiert nicht mit Licht oder anderer elektromagnetischer Strahlung.

Das Universum besteht nur zu einem kleinen Teil aus der bekannten Materie und Energie (5 %), von denen wiederum nur 10 % Licht aussenden und dadurch sichtbar sind. Einen größeren Teil (27 %) macht Dunkle Materie aus. Der größte Teil ist die hypothetische Dunkle Energie (68 %), mit der die beschleunigte Expansion erklärt werden soll.

Raumfahrt

Die ersten Raumflüge begannen in den 1950er Jahren mit den Starts der sowjetischen Sputnik-Satelliten und der amerikanischen Explorer- und Vanguard-Missionen. Zu den Programmen für die bemannte Raumfahrt gehören Sojus, Shenzhou, die frühere Apollo-Mondlandung und das Space-Shuttle-Programm. Weitere aktuelle Raumflüge werden zur Internationalen Raumstation (ISS) und zur chinesischen Raumstation Tiangong durchgeführt.

Meilensteine der bemannten Raumfahrt (Astronautik) waren unter anderem Wostok 1 mit Juri Gagarin 1961 als erster Mensch im Weltall, 1969 die erste bemannte Mondlandung mit Apollo 11, mit Saljut 1 die erste bemannte Raumstation 1971 oder der erste wiederverwendbare Raumflugkörper mit der Raumfähre Space Shuttle 1981.

Es wird in orbitale und suborbitale (wenn die Bahnenergie des Flugkörpers nicht für eine Umlaufbahn ausreicht) Raumfahrt unterschieden.
Zur Erreichung eines Orbits muss ein Raumfahrzeug neben der Mindesthöhe auch noch die erste kosmische Geschwindigkeit von rund 7,9 km/s in horizontaler Richtung erreichen, um zu einem Erdsatelliten zu werden. Liegt die Geschwindigkeit darunter, entspricht die Flugbahn einer ballistischen Kurve. Um diese hohe Geschwindigkeit zu erreichen, werden Träger-Raketen mit mehreren Stufen eingesetzt, die durch Rückstoß beschleunigen.

Sonnensegel sind eine alternative Methode zum Antrieb von Raumfahrzeugen. Dabei wird der Strahlungsdruck des Sonnenlichts auf große Flächen genutzt.
Der Sonnendruck wirkt sich auf alle Raumfahrzeuge aus, sei es im interplanetaren Raum oder in der Umlaufbahn um einen Planeten. Ein typisches Raumfahrzeug, das zum Beispiel zum Mars fliegt, wird durch den Sonnendruck um Tausende von Kilometern verschoben, so dass die Auswirkungen bei der Flugbahnplanung berücksichtigt werden müssen.

Sogenannte Rover (englisch für Vagabund, Wanderer) sind als ferngesteuerte Fahrzeuge für die Weltraumforschung essentiell. Sie werden entwickelt, um Informationen über das Terrain zu sammeln und Krustenproben wie Staub, Erde, Gestein oder Flüssigkeiten zu entnehmen.
Die dauerhafte Energieversorgung der Fahrzeuge erfolgt entweder über Solarzellen (z.B. bei Lunochod und Spirit/Opportunity) oder über Radionuklidbatterien wie im Mars Science Laboratory.