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Wie entsteht Wasser im Weltraum?

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Gábor Paál
Gábor Paál (Foto: SWR, Gábor Paál)

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Wasser gab es bereits in der Frühzeit des Universums

Die Erde ist zwar ein ausgesprochener Wasser-Planet – trotzdem ist Wasser kein Privileg der Erde. Das Wasser gab es schon lange, bevor sich die Erde aus Staub zusammengeballt hat. Vor ein paar Jahren haben Forscher auch nachgewiesen, dass es Wasser schon in der Frühzeit des Universums gab. Man darf sich das aber nicht als geschlossene Masse vorstellen, also als Tröpfchen oder Eis, sondern es handelt sich um einzelne Wassermoleküle, die sich isoliert voneinander im Weltall befinden.

Wie ist dieses Wasser entstanden?

Bisher sind nur die groben Zusammenhänge klar: Wasser besteht bekanntlich aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff ist das einfachste, primitivste aller Elemente, das erste, was überhaupt im Universum entstanden ist. Es besteht aus einem Proton und einem Elektron. Alle anderen Elemente wurden unter viel Druck aus diesem Wasserstoff "zusammengebacken". Das ist das, was Physiker Kernfusion nennen. Da ist als erstes Helium – Helium entsteht auch in der Sonne: Jeweils vier Wasserstoffatome fusionieren unter hohem Druck und enormer Hitze zu einem Heliumatom. Wenn die Sterne noch größer sind – wesentlich größer als die Sonne – ist der Druck so groß, dass auch die Heliumatome zusammengebacken werden. Da wird aus drei Heliumatomen ein Kohlenstoffatom oder, wenn es vier sind, ein Sauerstoffatom.

Damit hätten wir also schon mal die Elemente, die wir für Wasser brauchen: Wasserstoff und Sauerstoff. Die müssen sich nun verbinden – das tun sie aber erst, wenn sie aus den Sternen, in denen sie entstanden sind, in die Weiten des Weltalls geschleudert wurden. Und selbst da ist es schwierig. Denn solange die einzelnen Atome im Weltall herumschwirren, verbinden sie sich nicht. Sondern es braucht dazu offenbar größere Teilchen – also konkret: Staubpartikel.

Es sieht also so aus, als haben sich Wasserstoff und Sauerstoff schon im jungen Universum an Staubpartikeln zusammengefunden. Die erste Verbindung war dabei aber offenbar noch nicht Wasser, sondern Wasserstoffperoxid – H2O2, also das Zeug, das man zum Blondieren der Haare verwenden kann. Erst in einer weiteren Reaktion entsteht aus H2O2 das normale Wasser H2O.

Das sind aber im Moment wirklich mehr Vermutungen, denn die Forscher haben ja nicht viel: Sie haben ihre Teleskope, mit denen sie in den Tiefen des Weltalls nach den typischen Wellenspektren dieser Moleküle gucken können, und ein paar chemische Experimente, mit denen sie zeigen können, wie es abgelaufen sein könnte; aber das war’s dann auch schon.

Das Wasser auf der Erde ist also ein Überrest aus den Frühzeiten des Universums?

Ja, wobei noch nicht geklärt ist, wie es auf die Erde kam. Es gibt zwei Modelle: Entweder die Erde ist nass entstanden, das heißt, als sie sich aus Staub geformt hat, war das Wasser schon mit drin. Und im Lauf der Zeit haben dann Vulkane das im Erdinneren vorhandene Wasser nach außen an die Erdoberfläche transportiert. Die andere Möglichkeit: Die Erde ist trocken entstanden oder "halbnass", während der Großteil des heutigen Wassers erst später durch Kometen in Form von Eis auf die Erde gebracht wurde. Für beide Theorien gibt es Hinweise – vielleicht war es auch eine Kombination aus beidem – insofern ist das noch nicht geklärt.

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