“[Um einen] Apfelkuchen von Grund auf selber zu machen, müssten wir erst das Universum erfinden.” Das hat der Astronom Carl Sagan gesagt und er hat damit völlig Recht. So ein Apfelkuchen ist schnell gegessen, aber es hat ein paar Milliarden Jahre gebraucht, bis er fertig war. Und zwar nicht, weil es sich um ein wirklich kompliziertes Rezept handelt. Oder eigentlich genau deswegen, weil es sich um ein kompliziertes Rezept handelt! Was braucht man für Apfelkuchen? Äpfel, Eier, Zucker, Milch, Öl, Backpulver und Mehl, wenn man dieser Anleitung folgt. Aber was braucht man wirklich? Zucker besteht aus 12 Kohlenstoffatomen, 22 Wasserstoffatomen und 11 Sauerstoffatomen (bzw. besteht die Grundstruktur eines Zuckers aus diesen 45 Atomen; zum Backen braucht man natürlich ein paar mehr). Backpulver ist eine Mischung aus Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3), Weinsäure (C4H6O6) und ein bisschen anderem Kram. Im Apfel findet man Zeug, das Ethyl-2-methylbutyrat, Ethylbutyrat, 2-Methylbutylacetat, Butylacetat oder Hexylacetat heißt. Und mit Eiern und Milch fang ich gar nicht erst an. Kurz gesagt: Es braucht jede Menge verschiedene Atome die sich zu jeder Menge komplexer Moleküle zusammenschließen müssen, wenn man einen Apfelkuchen machen will.

Apfelkuchen ist kompliziert. Und nein, ich weiß nicht was der Baseballschläger da zu suchen hat (Bild: Scott Bauer, US-DoA, public domain)

Apfelkuchen ist kompliziert. Und nein, ich weiß nicht was der Baseballschläger da zu suchen hat (Bild: Scott Bauer, US-DoA, public domain)

Das “Rezept” dafür will ich jetzt allerdings nicht in voller Länge aufschreiben. Wir müssten, wie Carl Sagen so richtig gesagt hat, mit dem Universum anfangen. Mit der Entstehung der ersten Elemente (Wasserstoff und Helium) und den komplexen Prozessen im Inneren der ersten Sterne, die daraus die weiteren Elemente erzeugt haben. Mit dem Tod dieser Sterne, bei dem diese Elemente im Universum verteilt wurden. Der Geburt neuer Sterne und neuer Planeten, die aus diesen neuen Elementen bestehen und der Entstehung von Leben aus diesen Elementen, das irgendwann Lust auf Apfelkuchen bekommt. Oder herausfinden will, wie das mit dieser ganzen komplexen Chemie eigentlich funktioniert.

Das wollten auf jeden Fall Marta Sewiło vom Goddard Space Flight Center der NASA und ihre Kollegen. Sie haben kürzlich sogenannte “Komplexe Organische Moleküle” in der großen Magellanschen Wolke nachgewiesen (“The Detection of Hot Cores and Complex Organic Molecules in the Large Magellanic Cloud”. Komplexe Organische Moleküle oder kurz COMs wird alles genannt, was aus mindestens sechs Atomen besteht und Kohlenstoff enthält. Wir wissen schon länger, dass man solche COMs an vielen Orten im Universum finden kann. Zum Beispiel auf Kometen oder in den Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne in denen Planeten entstehen.

Man ging aber bisher davon aus, dass man die COMs nur in großen, ausgewachsenen Galaxien wie unserer Milchstraße finden kann. Nur hier gibt es genug junge Sterne, die ausreichend viele Metalle herstellen. Und wenn ich “Metalle” sage, dann meine ich damit das, was Astronomen mit diesem Begriff meinen: Alle chemischen Elemente außer Wasserstoff und Helium. Wasserstoff und Helium gab es direkt nach dem Urknall, aber sonst nichts. Der ganze Rest musste erst durch die Kernfusion im Inneren der ersten Generation der Sterne entstehen. Die zweite Generation an Sternen enthielt dann schon ein wenig der neu geschaffenen Elemente und die dritte Generation noch mehr (die Menge an Metallen und damit die Generation wird in der Astronomie mit der “Metallizität” gemessen; dem prozentualen Anteil an Elementen in einem Stern, die kein Wasserstoff und kein Helium sind). Unsere Sonne gehört zur dritten Generation der Sterne und in der Milchstraße gibt es jede Menge solcher Sterne.

Es gibt daher auch jede Menge Möglichkeiten für die Elemente, sich zu komplexen Molekülen zu verbinden. In den großen Staubscheiben können sie sich an Staubkörner anlagern und verbinden. Gleiches gilt für die Brocken aus gefrorenem Gas, die man um junge Sterne herum findet. Oder in den äußeren Atmosphärenschichten großer, sich am Ende ihres Lebens aufblähenden Riesensterne. In Zwerggalaxien ist das dagegen anders. Hier gibt es viel weniger Sterne; viel weniger Dynamik und auch viel weniger neue Sterne der jüngeren Generation. Zu wenig, um große Mengen an COMs zu erzeugen jedenfalls. Dachte man.

Die große Magellansche Wolken und die Bausteine des Lebens (Bild: NRAO/AUI/NSF; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Herschel/ESA; NASA/JPL-Caltech; NOAO)

Die große Magellansche Wolken und die Bausteine des Lebens (Bild: NRAO/AUI/NSF; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Herschel/ESA; NASA/JPL-Caltech; NOAO)

Sewiło und ihre Kollegen haben nun aber das ALMA-Teleskop benutzt und sich ein paar spezielle Regionen in der großen Magellanschen Wolke angesehen. Das ist eine Zwerggalaxie in der unmittelbaren Nachbarschaft der Milchstraße und ALMA ist ein Teleskop mit dem man Radio- und Mikrowellenstrahlung detektieren kann. Das ist praktisch, denn genau diese Strahlung geben komplexe organische Moleküle ab (und warum sie das tun, habe ich hier ausführlich erklärt). Mit ALMA haben sie in Richtung N113 geschaut, eine Sternentstehungsregion in der großen Magellanschen Wolke und dort Ameisensäuremethylester (C2H4O2) und Dimethylether (C2H6O) entdeckt!

Es war das erste Mal, dass man so komplexe Moleküle so weit entfernt von der Erde nachweisen konnte. Und in der großen Magellanschen Wolke hat man nicht unbedingt damit gerechnet. Die Zwerggalaxie ähnelt mit ihren wenigen Sternen geringer Metallizität eher den ganz frühen Galaxien, die kurz nach dem Urknall selbst entstanden sind. Galaxien, die man zu jung für so komplexe Chemie hielt. Aber anscheinend gibt es auch hier ausreichend Möglichkeiten für Atome, sich zu komplexen Molekülen zu verbinden (auch wenn Sewiło und ihre Kollegen in ihrer Arbeit schreiben, dass sie noch nicht wissen, welchen Weg die Moleküle hier genau gefunden haben). Das ist interessant. Denn wenn man aus der großen Magellanschen Wolke wirklich Rückschlüsse auf die Vorgänge in den ersten Galaxien ziehen kann, dann heißt das, dass auch die chemisch viel komplexer waren als man bisher dachte. Mit potentiell weitreichenden Folgen!

Bei Artikeln über COMs muss man nämlich immer irgendwo erwähnen, dass es sich dabei um die Bausteine des Lebens handelt! Also keine Lebewesen an sich, aber genau die ganzen Chemikalien die man braucht, wenn irgendwo Leben entstehen soll. Und wenn es dieses Zeug auch schon in den frühen Galaxien gab, könnte sich dort auch schon sehr früh Leben gebildet haben. Mit Ameisensäuremethylester und Dimethylether wird man zwar eher keinen Apfelkuchen backen können – das eine wird u.a. als Insektizid eingesetzt und das andere als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren. Aber erstens weiß ja niemand, was kulinarisch in der großen Magellanschen Wolke gerade angesagt ist. Und zweitens ist es immer noch ein weiter Weg und ein kompliziertes Rezept, um von C2H4O2 und C2H6O zu einem fertigen Apfelkuchen zu kommen!

Kommentare (19)

  1. #1 Folke Kelm
    6. Februar 2018

    Da sitze ich hier, heute am frühen Morgen und lese Apfelkuchen. Meine Güte. Der Gedanke drängt sich auf, dass wir erstens bessere Teleskope brauchen, und zweitens bitte auch das Emissionsspektrum von Apfelkuchen einmal genau studieren sollten.
    Falls Apfelkuchen ein Indikator für höheres Leben sein sollte (was ich hier einfach einmal in den Raum stelle) hätte wir dann die Chance, nicht nur entfernte Zivilisationen zu finden, sondern auch die fortschrittlichkeit dieser Zivilisationen zu bestimmen. Ich gehe einfach einmal davon aus, dass die Qualität des Apfelkuchens direkt proportional zur zivilisatorischen Entwicklung ist.
    Aber nicht nur das, wir könnten sogar, wenn wir uns richtig Mühe geben, das Restaurant am Ende des Universums lokalisieren.

    Den besten Apfelkuchen der Welt (in diesem Falle unserer kleinen blauen Murmel) gibt es übrigens am Holmenkollen oberhalb von Oslo, im Gasthaus Frognseteren. Die meisten Touristen fahren nur bis hinaus zur Skianlage, aber es lohnt sich absolut, noch ein paar Höhenmeter weiter zu fahren, auf der Terrasse zu sitzen, und mit einer Aussicht auf den Oslofjord den allerbesten Apfelkuchen zu geniessen, den man sich diesseits des galaktischen Zentrums vorstellen kann.

  2. #2 Folke Kelm
    6. Februar 2018

    Ha, geschafft! Ich wollte immer schon mal als erster kommentieren.

  3. #3 pane
    6. Februar 2018

    Die Sonne gilt als Stern mit einer hohen Metallizität. Es werden dann immer gerne Sterne mit weit geringere Metallizität aufgelistet. Aber es gibt ja auch Sterne, die eine noch höhere haben. Welche sind das?

    Weiße Zwerge muss man wohl ausnehmen, weil sie ja fast ausschließlich aus Metallen bestehen. Und Neutronensterne.

  4. #4 pane
    6. Februar 2018

    Noch etwas: Du schriebst etwas von gefrorenem Gas um junge Sterne. Ich frage mich so wie so, müsste Wasserstoff in der Kälte des Weltalls (2,725 K) nicht längst gefroren sein? Aber gerade in der Nähe von jungen Sterne dürfte es doch wärmer sein.

    Und kann man diesen gefrorenen Wasserstoff, wenn es ihm dann gibt, überhaupt sehen? Er ist doch sehr dünn und erzeugt im gefrorenen Zustand keine Absorptionslinien.

  5. #5 Bullet
    6. Februar 2018

    @pane: “sehr dünn” ist die Antwort. Sehr dünn heißt: “einzelne Atome / Moleküle”. Die können natürlich nicht gefrieren, weil das Wort “gefroren” ein Kristallgitter aus vielen Molekülen beschreibt. Abgesehen davon haben auch feste Substanzen ein Absorptionsspektrum. Aber wegen der Belegung der Orbitale durch eine Atombindung ein anderes als einzelne Atome.

  6. #6 pane
    6. Februar 2018

    Das einzelne Atome kein Kristallgitter bilden können leuchtet ein. Aber “sehr dünn” heißt doch nicht, dass es alles gleichmäßig verteilt sein muss. Es könnten doch Kristallkeime entstehen, die dann wachsen. Natürlich sehr langsam, aber es ist ja auch sehr viel Zeit da.

  7. #7 Dampier
    6. Februar 2018

    Hallo Florian,

    anstatt des Werbe- und Trackerverseuchten chefkoch.de (Rewe-Konzern) möchte ich dir unbedingt das Kochwiki ans Herz legen – werbefrei und ehrenamtlich. Wiki eben :]

    http://www.kochwiki.org/wiki/Kategorie:Apfelkuchen

  8. #8 Dampier
    6. Februar 2018

    Der Baseballschläger ist übrigens mit auf dem Bild, weil es sich bei ihm wie beim Apple Pie um etwas uramerikanisches handelt. Das US-Gegenstück zu Zuckerbrot und Peitsche sozusagen …

  9. #9 Dampier
    6. Februar 2018

    Korrektur zu #7: Chefkoch.de gehört Gruner&Jahr. Zu Rewe zeigen nur einige der Skripte dort …

  10. #10 Florian Freistetter
    6. Februar 2018

    @Dampier: ich hab einfach das erste Rezept genommen, das bei der Suche nach “Apfelkuchen simpel” raus kam. Ich vermute, man kann wesentlich besseren Kuchen machen als den, der dort angeführt ist…

  11. #11 bruno
    6. Februar 2018

    @FF

    Und nein, ich weiß nicht was der Baseballschläger da zu suchen hat

    Naja – da das Ganze auf einer amerikanischen Flagge drapiert ist, denke ich, das soll “American Pie” symolisieren -> was einen auf der Wiki auch zu “gedecktem Apfelkuchen” führt (und entsprechendem Foto 😉 )

  12. #12 bruno
    6. Februar 2018

    @#8 damn! da war wer schneller…

  13. #13 tomtoo
    6. Februar 2018

    Spannend was man mit so einem Apfelkuchen alles erklären kann.
    Nächstes Buch: The Universe in a Apple Pie : )

  14. #14 rolak
    6. Februar 2018

    Baseballschläger

    Im Land der ubiquitären Waffen wohl das Mittel der Wahl, um zu frühes Naschen am verführerisch riechenden Kuchen zu unterbinden.

    kochwiki

    *un*ver*schämt*!!! Da rückt der erst nach gefühlten 20.000 Meilen unter Kommentaren mit dieser wesentlichen Info raus^^ Schönen Dank, es wird Dein nick als Referenz in die Benennung der nächsten nächsten Eigenschöpfungen einfließen, die auch nur einen Hauch von kochwiki erahnt haben. Und nein, do jeit et nit um die Jedämpte vun jleich. Dein Auslösekommentar ist als feedbackAnker verlesezeichent worden.
    Übrigens erinnert mich das ‘chef’-Bildchen des wikis ungemein an den ollen Wilmenrod :·)

    Und bevor ichs vergesse: Wieder mal ein schickes ArtikelKonstrukt -äh- appetitanregend umgesetzt, Florian! Und, so nah am Kulminationspunkt der 5.Jahreszeit sei angemerkt: die Terminologie der Astronomen für gewisse Dinge ist mir dank eines gewissen F.F. ein wenig geläufig, doch trotzdem muß ich bei ‘Metalle’ jedesmal grinsen. Und jetzt auch noch COM mit ≥6^^ Jaja, schon das 3KörperProblem ist komplex, aber trotzdem, dat is ja nittens komplezeert…

  15. #15 PDP10
    6. Februar 2018

    Baseballschläger

    As american as mom, apple pie, baseball and the flag …

    … und irgendein Zyniker hat mal angefügt: “and the electric chair”

  16. #16 tomtoo
    6. Februar 2018

    @Rolak
    Ist ja klar. Glaubst denn im Ernst, ein irgentwie dahergelaufener Astronom rafft Chemie ???

  17. #17 Folke Kelm
    7. Februar 2018

    @Pane #6&4

    Alle Stoffe die in 3 Aggregatszuständen vorkommen können, nehmen diese Zustände unter gewissen Gesetzmässigkeiten an. Fest, flüssig und gasförmig kannst Du Dir anhand von Wasser sehr gut vor Augen führen. Bei spezifischen Druck- und Temperaturverhältnissen bekommst Du ganz genau definierte Verhältnisse, wieviel von Deinem Wasser eben fest, flüssig oder gasförmig ist. Je niedriger der Druck ist, desto mehr Wasser ist gasförmig, je höher die Temperatur ist, desto mehr ist gasförmig.
    Bei Flüssigkeiten oder Gasen mit niedrigem Molekulargewicht kannst du generell davon ausgehen, dass der Dampfdruck, der Anteil des Stoffes, der bei einer bestimmten Temperatur gasförmig ist, auch bei sehr niedrigen Temperaturen nicht null ist. Das ist auch bei Wasser so. Auch wenn es gefroren ist, wird es doch verdampfen, wenn die relative Luftfeuchte es zulässt (will sagen, dass die Luft nicht schon gesättigt ist mit Wasserdampf).
    Beim Wasserstoff ist das jetzt so, dass der Dampfdruck auch bei extrem niedrigen Temperaturen recht hoch ist. Da der Druck im Vakuum des Raumes aber extrem gering ist, übersteigt der Dampfdruck des Wasserstoffes aber den Umgebungsdruck. Deshalb wird auch bei extrem niedrigen Temperaturen nahe absoluter Nullpunkt, der Wasserstoff bei Weltraumdruck darauf pfeifen sich zusammenzukristallisieren oder zu kondensieren. Wasserstoff ist deshalb bei Weltraumbedingungen IMMER gasförmig.
    Um Wasserstoff in den festen Aggregatszustand zu bekommen musst Du schon ganz schön extrem werden mit Druck und niedrigen Temperaturen.
    Quintessenz: Der Aggregatszustand hängt immer von Temperatur UND Druck ab.

  18. #18 Dampier
    7. Februar 2018

    *un*ver*schämt*!!! Da rückt der erst nach gefühlten 20.000 Meilen unter Kommentaren mit dieser wesentlichen Info raus^^

    Ich war mir sicher, dass eh jeder coole Nerd das Kochwiki kennt ;]

  19. #19 Dampier
    7. Februar 2018

    @rolak (s.o.)