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Die größten Rätsel der Astronomie, Teil 1: Kosmische Stürme,Explosionen, Teilchenströme

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APRIL 2013

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PHYSIKWas kommtnach dem Higgs?

MEDIZINAlternde Zellenverursachen Krebs

HÖHLENM ALEREIDas Kino der frühen Menschen

Die neuenSintfl utenÜberschwem-mungen durch Wasserdampf-ströme

TEI L I :

Kosmische Stürme,Explosionen,Teilchenströme

Die größten Rätselder Astronomie

N EU E SERI E

Tel.: 06221 9126-743Fax: 06221 9126-751E-Mail: service@spektrum.comSpektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH Slevogtstraße 3–5 | 69126 Heidelberg WISSENSCH A F T AUS ER S T ER H A ND

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SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · APRIl 2013 3

Autoren in diesem Heft

der ur- und frühgeschichtler und filmemacher Marc Azéma von der université de toulouse untersucht, wie die prähisto-rischen Höhlenmaler in ihren tierbildern Bewegungen dar-stellten. er sieht darin sogar eine Vorahnung des Kinofilms (s. 66).

der nachweis des Higgs-Bosons ist ein erfolg für die theoretische Physik, sagt Dieter Lüst. für ihn ist klar, dass auch die string-theorie eigenschaften der Welt voraussagen kann (s. 54).

der Hydrologe Michael D. Dettinger (links) und die Geowis-senschaftlerin B. Lynn Ingram beschreiben ab s. 74, wie riesige Bänder aus Wasserdampf in der Atmosphäre zu katastropha-len Überflutungen führen können.

A n der Spitze der Lieblingsthemen unserer Leserinnen und Leser steht seit Jahr und Tag die Astronomie. Schon immer faszinierten die Geheimnisse des Himmels die Men-

schen, wie auch den Dichter Rainer Maria Rilke. Wir können uns quasi gar nicht von diesem kosmischen »Übermaß an Welt« abkehren, so lese ich die Zeilen seines Gedichts. Zum Glück fällt es uns Redakteuren leicht, auf diesem Forschungsgebiet regelmäßig Nahrung für Wis-senshungrige zu liefern. Denn die international stark vernetzte Wissenschaft macht dank im-mer besserer Instrumente auf der Erde wie im All ständig neue – und oft überraschende – Be-obachtungen. Weil sich die empirischen Befunde mitunter nicht ohne Weiteres erklären las-sen, fordern die Messdaten regelmäßig die Theoretiker heraus. Neue Modelle müssen her und durch weitere Versuche überprüft werden. Dieses mustergültige Wechselspiel von expe-rimenteller und theoretischer Forschung ist es, was auch mich persönlich an der Astrophysik fasziniert.

Beginnend mit diesem Heft stellen wir Ihnen ausgewählte Probleme der aktuellen Astro-nomie in einer neuen Serie vor. Konzipiert hat die sechsteilige Reihe mein Kollege Reinhard Breuer, selbst habilitierter Astrophysiker und ein langjähriger Beobachter der Szene. Die Au-torinnen und Autoren, die er für »Spektrum« gewinnen konnte, gehören zu den internatio-nalen Topexperten auf ihren Gebieten. Zum Start der Serie berichtet Gerhard Börner vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching ab S. 40 über die rätselhafte kosmische Strahlung: Welche verborgenen Prozesse in den Tiefen des Universums sind in der Lage, Par-tikel auf unvorstellbar hohe Energien von bis zu 1020 Elektronenvolt zu beschleunigen und durch das All zu schießen? Was sind die Quellen für derlei Extremphänomene – innerhalb und außerhalb der Galaxis? Mit gleich mehreren hochmodernen Messinstrumenten wie dem Pierre-Auger-Teleskop in Argentinien, dem H.E.S.S.-Observatorium in Namibia oder dem Fermi-Satelliten spüren Wissenschaftler diesen »Ultrateilchen« nach.

Auch auf die nachfolgenden »größten Rätsel der Astronomie« dürfen wir gespannt sein: Es geht um Schwarze Löcher, Galaxien- und Planetenentstehung, Exoplaneten, Sternent-wicklung sowie Dunkle Energie und Dunkle Materie. Eine Übersicht über die Serie finden Sie im Kasten auf S. 40.

Viel Spaß bei der Lektüre wünscht IhnenIhr

Editorial

Das große Ganze

Carsten KönnekerChefredakteur

koenneker@spektrum.com

der Himmel, groß, voll herrlicher Verhaltung,ein Vorrat raum, ein Übermaß von Welt.und wir, zu ferne für die Angestaltung,zu nahe für die Abkehr hingestellt.

Rainer Maria Rilke (1875 – 1926)

4� SPEKTRUM�DER�WISSENSCHAFT�·�APRIl�2013

inhalt

............................................................................................................... biologie & medizin

24 Wege zum MinigehirnWilliam G. Eberhard, William T. Wcislo und Adelheid StahnkeViele nur millimetergroße Tiere zeigen ein überraschend komplexes, vielfältiges Verhalten. Die Leistungsfähigkeit ihrer winzigen Gehirne ist das Produkt einer langen evolu­tionären Optimierung.

32 Unheil durch nicht mehr teilungsfähige ZellenDavid StippAlternde Zellen hören auf sich zu teilen. Zudem scheiden sie Stoffe aus, die ihre Nachbarn schädigen und Entzün­dungsreaktionen auslösen. So fördern sie Alterskrankhei­ten und tragen zum Verfall des Organismus bei.

........................................................................................................ Physik & astronomie

Schlichting 52 Das Geheimnis der Waschbrettpisten

H. Joachim SchlichtingKaum eine Schotterpiste, die kein wellenförmiges Profil aufweist. Wie kommt es zu dem unerwünschten Effekt?

54 Vom Higgs-Teilchen zur WeltformelDieter LüstNoch fehlen den Stringtheoretikern experimentelle Erfol­ge. Doch der geglückte Nachweis des »Higgs« belegt ein­drucksvoll, dass theoretische Berechnungen Eigenschaften der Natur vorhersagen können.

.................................................................................................................... mensch & kultur

66 Höhlenkino in der EiszeitMarc AzémaSchon Höhlenmaler versuchten, Bewegung in Bildern einzufangen. Vor über 30 000 Jahren nutzten sie Licht­effekte und Eigenheiten unseres Sehsinns, um wilde Tiere darzustellen: wie sie jagen, flüchten oder angreifen.

3 Editorial

6 Leserbriefe/Impressum

8 SpektrogrammGrönlands Gletscher erstaunlich stabil • Größe des Protons umstritten • Letzte Tage eines Sterns • Maulwürfe riechen stereo • Tuberkulosekeime im Knochenmark • Faser verfärbt sich unter Belastung

11 Bild des MonatsScharfe Zähne

12 Forschung aktuell

Holzbein anno 300 v. Chr.Die älteste Prothese

Gewaltiges Schwarzes LochKeine Laune der Natur?

Zeitpunkt der GeburtEnergiemangel entscheidet

DNA als SpeichermediumDaten für die Ewigkeit

Innere Uhr und AppetitFressen zur falschen Zeit macht Mäuse dick Strom erzeugende VirenPiezoeffekt einmal anders

SpringerS einwürfeEin unnachahmlicher WurmWie selbst primitive Gehir­ ne Computer ausstechen

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............................................................................................................................ erde & umwelt

74 Die nächste SinflutMichael D. Dettinger und B. Lynn IngramGewaltige Ströme feuchter Luft ziehen über die Weltmeere und haben an Land in regelmäßigen Abständen große Flutkatastrophen ausgelöst. Der Klimawandel verstärkt solche »atmosphärischen Flüsse« und erhöht damit das Risiko weiträumiger Überschwemmungen.

chemiSche unterhaltungen 82 Moleküle aus dem mentalen Modellbaukasten

Roald HoffmannSich ausgefallene neue Molekülstrukturen auszudenken ist ein Vergnügen an sich. Es bringt aber auch manchen Erkenntnisgewinn und Stoff für technische Innovationen.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . technik & comPuter

88 Elektrischer Anschluss ans NervensystemD. Kacy Cullen und Douglas H. SmithEin neues Verfahren, Nervenimpulse in elektrische Signale umzusetzen, verspricht eine Revolution: Ein Mensch könn­te damit eine Handprothese so präzise bewegen und so lebhaft spüren, als wäre es eine gesunde, natürliche Hand.

96 RezensionenE. Coen: Die Formel des Lebens • L. Frenz: Lone­some George • T. Sedlácek: Die Ökonomie von Gut und Böse • M. Esfeld (Hg.): Philosophie der Phy­sik • R. Béliveau, D. Gingras: Der Tod • H. K. Biesals­ki: Der verborgene Hunger • K. Lasn: No More Bull Shit • J. Echenoz: Blitze • H. U. Seitz: Sahara

105 Wissenschaft im RückblickVom Eisenbeton zum Navigationssystem

106 Vorschautitelmotiv: nasa, JPl / caltech / stsci /

cXc / university of arizona / esa / aura / Jhu die auf der titelseite angekündigten themen sind mit r gekennzeichnet.

TITELThEma

40 heiße Stürme im KosmosGerhard BörnerDas Universum ist kein gemütlicher Ort. Stürme toben, Sterne explodieren, Teilchen und Strahlen rasen mit sonst unerreich­ten Energien durchs All. Ihre Ursachen erforschen Astronomen mit den größten Tele skopen – auf der Erde und im Weltraum.

88

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6� SPEKTRUM�DER�WISSENSCHAFT�·�APRIl�2013

leserbriefe

Der Fälscher des Piltdown-MenschenDen zitierten Text von 1913 ergänzte die Redaktion mit dem Hinweis, dass der Urheber des Betrugs noch unbekannt sei (»Der erste Engländer?«, Wissen-schaft im Rückblick, März 2013, S. 97).

Elisabeth Kuster-Wendenburg, Gras-berg: Laut Jürgen G. Meyers Buch »Dar-win, Mendel, Lamarck & Co« von Ende 2012 ist der Präparator Martin Hinton, der 1910 am Naturhistorischen Mu-seum London als Lehrling in die Sek-tion Biologie aufgenommen wurde, der Schuldige. Er avancierte er zum Abtei-lungsleiter für Zoologie und wollte in die Paläonto logie wechseln, was Sir Arthur Woodward aber verhindert hat.

Aus Rache hat Hinton den »Pilt-down«-Schädel aus verschiedenen Kno-chen zusammengesetzt, mit Chrom-säure behandelt und schließlich mit Eisensalzen braun gefärbt und eines Nachts bei Mondschein in der Kies-grube, wo Charles Dawson wiederholt nach fossilen Knochen gesucht hatte, vergraben. Dawson fand ihn später und legte ihn Sir Arthur vor, der die Fäl-

schung nicht erkannte. Vielmehr ver-öffentlichte er die Beschreibung des Schädels im »Quarterly Journal of the Geological Society« und erklärte ihn als »Bindeglied zwischen Affen und mo-dernem Menschen« und somit England zur Wiege der Menschheit.

Anmerkung der Redaktion: Hinton gehört tatsächlich zu den Hauptver-dächtigen, aber der Fall ist noch keines-wegs eindeutig gelöst. Auch für Dawson finden sich Argumente, immerhin be-

deutete der Fund des Piltdown-Men-schen für ihn einen Karrieresprung. Eine Übersicht über den Stand der Er-mittlungen finden Sie in Nature 492, S. 177 – 179, 13. 12. 2012 doi:10.1038/492177a.

Ausgeblendete ProblemeZusammen mit Caroline Möhring er- läuterte Christian Jung, Professor für Pflanzenzüchtung, wie schwierig es ist, Pflanzen per Gentransfer zu opti-mieren (»Pflanzen nach Maß«, Februar 2013, Spektrum extra, S. 10).

Edith Sachse, Burggrumbach: Die Ur-sachen und Auswirkungen von unbe-absichtigten Veränderungen in Trans-genen sind wenig untersucht, aber es gibt sie! Bereits 1999 wurde nachgewie-sen, dass Round-up-ready-Soja hitze- und stressempfindlicher ist, außerdem kleiner, verzweigter und mit einem niedrigerem Frischgewicht und Chlo-rophyllgehalt ausgestattet. Der Lignin-gehalt und der Hormonhaushalt der Pflanze verändern sich durch die Gen-manipulation.

Die Autoren schreiben selbst vom »Zufallsprinzip«, nach dem bis vor Kur-

Chefredakteur: Prof. Dr. phil. Dipl.-Phys. Carsten Könneker M.A. (v.i.S.d.P.)Redaktionsleiter: Dr. Hartwig Hanser (Monatshefte), Dr. Gerhard Trageser (Sonderhefte)Redaktion: Thilo Körkel, Dr. Klaus-Dieter Linsmeier, Dr. Christoph Pöppe (Online-Koordinator), Dr. Frank Schubert, Dr. Adelheid Stahnke, Antje Findeklee (Bild des Monats); E-Mail: redaktion@spektrum.comStändiger Mitarbeiter: Dr. Michael SpringerEditor-at-Large: Dr. rer. nat. habil. Reinhard BreuerArt Direction: Karsten KramarczikLayout: Sibylle Franz, Oliver Gabriel, Anke Heinzelmann, Claus Schäfer, Natalie SchäferSchlussredaktion: Christina Meyberg (Ltg.), Sigrid Spies, Katharina WerleBildredaktion: Alice Krüßmann (Ltg.), Anke Lingg, Gabriela RabeReferentin des Chefredakteurs: Kirsten Baumbusch Redaktionsassistenz: Erika Eschwei Redaktionsanschrift: Postfach 10 48 40, 69038 Heidelberg, Tel. 06221 9126-711, Fax 06221 9126-729Verlag: Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Postfach 10 48 40, 69038 Heidelberg; Hausanschrift: Slevogtstraße 3 – 5, 69126 Heidelberg, Tel. 06221 9126-600, Fax -751; Amtsgericht Mannheim, HRB 338114Verlagsleiter: Richard ZinkenGeschäftsleitung: Markus Bossle, Thomas BleckHerstellung: Natalie Schäfer, Tel. 06221 9126-733Marketing: Annette Baumbusch (Ltg.), Tel. 06221 9126-741, E-Mail: service@spektrum.comEinzelverkauf: Anke Walter (Ltg.), Tel. 06221 9126-744Übersetzer: An diesem Heft wirkten mit: Harald Floss, Dr. Werner Gans, Dr. Claudia Hecker, Dr. Ingrid Horn, Dr. Sven Titz, Dr. Ilse Tutter. Leser- und Bestellservice: Helga Emmerich, Sabine Häusser, Ute Park, Tel. 06221 9126-743, E-Mail: service@spektrum.com

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ISSN 0170-2971

SCIENTIFIC AMERICAN75 Varick Street, New York, NY 10013-1917Editor in Chief: Mariette DiChristina, President: Steven Inchcoombe, Vice President, Operations and Administration: Frances Newburg, Vice President, Finance, and Business Development: Michael Florek, Managing Director, Consumer Marketing: Christian Dorbandt, Vice President and Publisher: Bruce Brandfon

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Erfundener Vorfahr: der Sussex-Mensch

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