Helium - Der Atem der Sterne

0:00 Herzlich Willkommen zu einer ganz besonderen Folge. Dies ist eine Koproduktion mit unserem neuen Podcast Schlafreise durch das Periodensystem der Elemente. Wir gehen jedes Element im Periodensystem durch und erzählen über die Besonderheiten, schließlich sind die Elemente die Bausteine von allem im Universum.

0:25 Also Suche direkt schlafreise durch das Periodensystem der Elemente in deinem Podcast Player und Folge uns, um keine Folge zu verpassen. Nun geht's los, heute reisen wir zum zweiten Element im Periodensystem, zu einem Gas, das so leicht ist, dass es von der Erde entweicht, so selten, dass wir es jahrzehntelang übersahen und so wichtig, dass ohne es die Sterne nicht leuchten würden.

0:55 Willkommen bei Helium, dem Atem der Sterne. Schließe die Augen und stell dir vor, du könntest die Sonne berühren, nicht ihre brennende Oberfläche, sondern ihr Herz. Dort, wo die Temperatur 15000000 Grad erreicht. In diesem unvorstellbar heißen Kern geschieht ein Wunder, dass seit viereinhalb Milliarden Jahren andauert.

1:23 Wasserstoffatome unter extremem Druck und bei gewaltigen Temperaturen verschmelzen zu einem neuen Element zu Helium. Jede Sekunde verwandelt die Sonne etwa 600000000 Tonnen Wasserstoff in Helium. Bei diesem Prozess wird Masse in reine Energie umgewandelt, nach Einsteins berühmter Gleichung e gleich MC Quadrat das Licht, das auf deiner Haut tanzt, ist die Wärme eines Sommertages. Das ist Helium im werden.

1:58 Helium trägt die Ordnungszahl 22 Protonen im Kern 2 Elektronen in der Hülle es ist das zweite Element, das nach dem Urknall entstand. In den ersten 3 Minuten des Universums, als alles noch heiß und dicht genug war, verschmolzen Protonen nicht nur zu Wasserstoff, sondern auch zu Helium, etwa 24% der gewöhnlichen Materie.

2:27 Im Universum ist Helium nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Kosmos, und doch ist es auf der Erde erstaunlich selten der Name Helium. Kommt vom griechischen Wort Helios, der Sonne. Und tatsächlich wurde Helium zuerst auf der Sonne entdeckt, lange bevor es auf der Erde gefunden wurde. Das ist außergewöhnlich, normalerweise entdecken wir Elemente hier, analysieren sie in Laboren, verstehen ihre Eigenschaften, aber Helium offenbarte sich uns zuerst durch Sternenlicht, das.

3:05 Es war im Jahr 1866 während einer totalen Sonnenfinsternis in Indien. Der französische Astronom Pierre Jansen beobachtete das Spektrum der Sonnenchromosphäre jene dünne Schicht glühenden Gases, die normalerweise vom hellen Licht der Photosphäre überstrahlt wird. Im Spektrum, diesem Regenbogen aus Farben, den das Sonnenlicht bildet, wenn man es durch ein Prisma schickt, sah Jansen eine gelbe Linie, die zu keinem bekannten Element passte.

3:37 Eine mysteriöse Signatur wenige Monate später untersuchte der englische Astronom Norman Locia dasselbe Phänomen und kam zu dem Schluss, dass diese Linie von einem bis dahin unbekannten Element stammen musste. Er nannte es Helium, nach der Sonne selbst die wissenschaftliche Gemeinschaft war skeptisch, ein Element, das nur auf der Sonne existiert, das schien zu fantastisch, doch locia sollte Recht behalten, es dauerte 27 Jahre, bis Helium auf der Erde nachgewiesen wurde.

4:14 Der schottische Chemiker William Ramsey experimentierte im Jahr 1895 mit einem Mineral namens Kleveit, einem Uranerz, als er das Mineral mit Säure behandelte, entwich ein Gas. Ramsey analysierte das Spektrum dieses Gases und fand exakt die gelbe Linie, die man von der Sonne kannte. Helium war auf der Erde angekommen, oder besser gesagt, Wir hatten endlich gelernt, es zu erkennen.

4:43 Aber woher kam das Helium im Kleveit? Die Antwort führt uns zur Radioaktivität Uran, ein schweres instabiles Element, zerfällt über lange Zeiträume. Bei diesem Zerfall sendet es Alphastrahlung aus Heliumkerne über Millionen von Jahren hatte das Uran im Kleveit Helium produziert, das im Kristallgitter des Minerals eingeschlossen blieb. Als Ramsey die Säure hinzufügte, wurde das Gas freigesetzt. Das Helium, das wir heute aus der Erde gewinnen, ist fast ausschließlich das Produkt radioaktiven Zerfalls, ein Echo uralter atomarer Prozesse im Erdinneren. Helium ist ein Edelgas, es steht in der achten Hauptgruppe des Periodensystems zusammen mit Neon, Argon, Krypton, Xenon. Und Radon Edelgase sind

5:44 bemerkenswert für ihre reaktionsträgheit Helium geht praktisch keine chemischen Verbindungen ein, seine äußere Elektronenschale ist vollständig gefüllt, ein perfekt stabiler Zustand, es braucht nichts, will nichts bleibt für sich. Diese chemische Gleichgültigkeit macht Helium zu einem der sichersten Gase, die wir kennen. Bei Raumtemperatur ist Helium ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Gas.

6:14 Es ist das zweitleichteste Element nach Wasserstoff, etwa viermal schwerer als Wasserstoff, aber immer noch siebenmal leichter als Luft. Diese Leichtigkeit verleiht Helium, seine bekannteste Eigenschaft im Alltag, Heliumballons steigen auf. Die Dichte von Helium ist so gering, dass es vom Auftrieb in der Luft nach oben getragen wird. Wenn du jemals Helium eingeatmet hast und mit hoher, Quietschender Stimme gesprochen hast, dann hast du eine faszinierende physikalische Eigenschaft erlebt, die Tonhöhe deiner Stimme wird nicht dadurch verändert, wie schnell deine Stimmbänder schwingen, das bleibt gleich. Was sich ändert, ist die Schallgeschwindigkeit. In Helium breitet sich Schall etwa dreimal so schnell aus wie in Luft.

7:08 Die Resonanzfrequenzen deines Stimmtrakts verschieben sich und höhere Frequenzen werden verstärkt. Deine Stimme klingt wie die von Donald Duck, ein harmloser Spaß, obwohl man vorsichtig sein sollte, zu viel Helium zu atmen, verdrängt Sauerstoff und kann gefährlich werden Helium hat außergewöhnliche Eigenschaften bei tiefen Temperaturen.

7:33 Es ist das einzige Element, das bei normalem Druck niemals fest wird, egal wie stark man es abkühlt. Selbst am absoluten Nullpunkt bei -273 Komma 15 Grad Celsius bleibt Helium flüssig, nur unter erhöhtem Druck kann man es zum Erstarren bringen. Diese Eigenschaft beruht auf der Quantenmechanik, auf der Nullpunktenergie der Heliumatome, die selbst bei tiefsten Temperaturen noch in Bewegung sind. Helium wird flüssig bei -266 Grad Celsius flüssiges Helium ist klar wie Wasser, aber es verhält sich auf eine Weise, die alle Intuition übersteigt, die.

8:19 Unterhalb von etwa -271 Grad Celsius wird es zu Helium 2, einem Superfluid. Superfluide haben keine Viskosität, keinen inneren reibungswiderstand, sie fließen ohne jeden Widerstand, wenn du flüssiges Helium 2 in einen Becher gibst, kriecht es die Wände hoch, fließt über den Rand und tropft außen herunter, bis der Becher leer ist.

8:45 Es kann durch winzigste Spalten fließen, die für jede andere Flüssigkeit undurchdringlich wären. Diese bizarren Eigenschaften machen Helium unverzichtbar für die moderne Wissenschaft und Technologie flüssiges Helium ist das Kühlmittel für supraleitende Magnete Supraleiter sind Materialien, die bei sehr tiefen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand komplett verlieren. Mit supraleitenden Magneten können extrem starke Magnetfelder erzeugt werden, die für viele Anwendungen notwendig sind.

9:19 Der Large Hadron Collider am CERN in der Schweiz, der größte Teilchenbeschleuniger der Welt, verwendet über 100 Tonnen flüssiges Helium, um seine supraleitenden Magnete auf -271 Grad Celsius zu kühlen. Diese Magnete lenken Teilchen auf ihrer Reise durch den 27 Kilometer langen Ring mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Ohne Helium wären die Entdeckungen am CERN einschließlich des Higgs Bosons nicht möglich gewesen, auch in der Medizin ist Helium unverzichtbar magnetresonanztomographen die MRT Geräte, die dreidimensionale Bilder des Körperinneren erzeugen. Nutzen supraleitende Magnete gekühlt mit flüssigem Helium? Jedes Jahr werden Millionen von MRT Untersuchungen durchgeführt, die Leben retten, Krankheiten

10:14 diagnostizieren, Leiden lindern. All das wäre ohne Helium nicht möglich. Helium hat noch eine weitere wichtige medizinische Anwendung gemischt mit Sauerstoff wird es als Atemgas für Menschen mit Atembeschwerden verwendet Heliox. Eine Mischung aus Helium und Sauerstoff ist leichter als normale Luft und fließt leichter durch verengte Atemwege. Bei schweren Asthmaanfällen oder nach bestimmten Operationen kann Heliox das Atmen erleichtern und Leben retten. In der Tiefseetaucherei wird Helium eingesetzt, um die Gefahren der Stickstoffnarkose zu vermeiden, wenn Taucher in große Tiefen Hinabsteigen, steigt der Druck enorm an. Unter diesen Bedingungen löst sich Stickstoff aus normaler Luft vermehrt im Blut und im

11:06 Gewebe, was zu einem berauschenden, manchmal tödlichen Zustand führen kann, der Tiefenrausch genannt wird. Helium ist chemisch in Erd und verursacht diesen Effekt nicht, Taucher atmen daher Tremix oder heliox Mischungen aus Helium, Sauerstoff und manchmal etwas Stickstoff. Um sicher in Tiefen von 100 Metern oder mehr zu arbeiten.

11:32 In der Raumfahrt spielt Helium eine wichtige Rolle. Es wird verwendet, um die Treibstofftanks von Raketen unter Druck zu setzen, wenn Raketentreibstoff verbrannt wird, entsteht ein Hohlraum im Tank, ohne Druckausgleich würde der Tank implodieren oder die Treibstoffzufuhr würde unterbrochen. Helium, das Inert und nicht brennbar ist, wird in die Tanks gepumpt, um den Druck aufrecht zu erhalten. Bei jedem Raketenstart, bei jedem Flug ins All ist Helium an Bord, aber trotz all dieser wichtigen Anwendungen steht die Menschheit vor einem Problem.

12:12 Helium ist auf der Erde eine begrenzte Ressource, es entsteht zwar kontinuierlich durch radioaktiven Zerfall im Erdinneren. Aber dieser Prozess ist extrem langsam. Das Helium, das wir heute nutzen, hat sich über hunderte von Millionen Jahren angesammelt, eingeschlossen in unterirdischen Erdgas und Erdölvorkommen. Wenn wir es an die Oberfläche holen, ist es leicht genug, um der Erdanziehung zu entkommen, es steigt durch die Atmosphäre auf und entweicht ins Weltall, für immer verloren. Wir gewinnen Helium hauptsächlich aus Erdgasfeldern, besonders in den USA, Katar, Algerien und Russland. Das Erdgas enthält manchmal bis zu 7% Helium, aber nicht alle Erdgasfelder enthalten Helium und mit der Zeit werden diese Vorkommen erschöpft sein.

13:11 Wissenschaftler warnen seit Jahren, dass wir verschwenderisch mit Helium umgehen. Partyballons Werbeballons jedes Gramm Helium, das in einen Ballon gefüllt wird, ist innerhalb von Stunden oder Tagen für immer verloren. Die Heliumknappheit ist nicht nur ein theoretisches Problem, in den letzten Jahrzehnten gab es mehrfach Engpässe. Preise stiegen dramatisch, Forschungseinrichtungen mussten Experimente verschieben, Krankenhäuser waren besorgt über die Versorgung ihrer MRT Geräte.

13:46 Einige Experten schätzen, dass die bekannten Heliumreserven in wenigen Jahrzehnten erschöpft sein könnten, wenn der Verbrauch nicht drastisch reduziert wird. Es gibt Bemühungen, Helium zu recyceln. Moderne MRT Geräte und wissenschaftliche Einrichtungen versuchen zunehmend, das verdampfende Helium aufzufangen und wiederzuverwenden.

14:10 Aber das ist technisch aufwendig und teuer. Die einfachste Lösung wäre, Helium nur noch für wirklich wichtige Anwendungen zu nutzen, für Medizin, Wissenschaft, Technologie und verschwenderische Verwendungen zu vermeiden. Helium hat auch eine Rolle in der Weltraumforschung gespielt. Das Hubble Weltraumteleskop, das seit mehr als 3 Jahrzehnten atemberaubende Bilder des Universums zur Erde schickt, nutzt Helium zur Kühlung seiner Instrumente. Die Beobachtungen von Hubble haben unser Verständnis des Kosmos revolutioniert, von der Expansion des Universums bis zur Entdeckung tausender Exoplaneten. In den Weiten des Weltraums selbst ist Helium überall in Nebeln, den Geburtsstätten von Sternen finden wir heliumneben Wasserstoff, der Orionnebel,

15:08 sichtbar mit bloßem Auge als verschwommener Fleck im Sternbild Orion, ist eine gigantische Wolke aus Gas und Staub, in der gerade neue Sterne entstehen. Ein bedeutender Teil dieses Gases ist Helium, das Erbe des Urknalls und der Generationen von Sternen, die vor uns gelebt und gestorben sind. Wenn massereiche Sterne am Ende ihres Lebens als Supernovae explodieren, schleudern sie ihre äußeren Schichten ins All. Diese Schichten enthalten Helium, das im Inneren des Sterns durch Fusion entstanden ist, sowie schwerere Elemente. Das Material verteilt sich im interstellaren Raum, vermischt sich mit anderen Gaswolken und irgendwann wird es Teil neuer Sterne.

15:58 Neuer Planeten der Kreislauf des Kosmos Helium, das einst im Herzen eines längst vergangenen Sterns geboren wurde, könnte heute Teil unserer Atmosphäre sein, wenngleich nur in winzigen Spuren in der Erdatmosphäre macht Helium nur etwa 5 Teile pro 1000000 aus. Es ist so leicht, dass es kontinuierlich in die höchsten Schichten der Atmosphäre aufsteigt und dann ins Weltall entweicht.

16:28 Die Erde verliert ständig Helium, jedes Jahr entweichen etwa 2000 Tonnen Helium in den Weltraum, gleichzeitig produziert der radioaktive Zerfall im Erdinneren etwa 3000 Tonnen pro Jahr, sodass ein gewisses Gleichgewicht besteht. Aber das meiste dieses neu entstandenen Heliums ist tief im Gestein eingeschlossen und unerreichbar.

16:53 Es gibt verschiedene Isotope von Helium, das häufigste ist Helium 4 mit 2 Protonen und 2 Neutronen im Kern, dies ist das stabile Helium, das den größten Teil des Heliums im Universum ausmacht, dann gibt es Helium 3 mit 2 Protonen, aber nur einem Neutron. Helium 3 ist sehr selten auf der Erde, aber es kommt im Weltraum vor, besonders im Sonnenwind, jenem Strom geladener Teilchen, den die Sonne kontinuierlich ins All bläst. Der Mond hat keine Atmosphäre und so trifft der Sonnenwind direkt auf seine Oberfläche über Milliarden von Jahren hat sich Helium 3 im Mondstaub angesammelt. Schätzungen zufolge könnten 100 Tausende oder sogar Millionen Tonnen Helium 3 im Regolith des Mondes stecken. Das ist faszinierend, denn

17:51 Helium 3 könnte theoretisch als Brennstoff für zukünftige Kernfusionsreaktoren verwendet werden. Fusion mit Helium 3 produziert weniger Neutronenstrahlung als Fusion mit Deuterium und Tritium, was sie potenziell sauberer und sicherer macht. Der Traum, Helium 3 vom Mond zur Erde zu bringen und damit saubere, nahezu unerschöpfliche Energie zu erzeugen, beschäftigt Visionäre und Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Ob das jemals wirtschaftlich machbar sein wird, bleibt abzuwarten.

18:30 Zurück auf der Erde in unserem Alltag begegnen wir Helium häufiger als wir denken Glasfaserkabel. Die das Internet um die Welt tragen, werden in einer Heliumatmosphäre hergestellt, um Verunreinigungen zu vermeiden. Airbags in Autos werden manchmal mit Helium getestet, die Halbleiterindustrie nutzt Helium in verschiedenen Produktionsschritten, sogar in der Lebensmittelindustrie wird Helium manchmal verwendet, etwa zum Aufblasen von Verpackungen, um Produkte frisch zu halten. Doch bei all diesen Anwendungen bleibt die Tatsache bestehen, Helium ist endlich auf unserem Planeten. Wir haben keine Möglichkeit, neues Helium in nennenswerten Mengen zu produzieren, wir sind abhängig von den Vorräten, die sich über geologische Zeiträume

19:26 angesammelt haben, und diese Vorräte schwinden. Vielleicht ist Helium ein Symbol für etwas Größeres. Ein Symbol für die Ressourcen unseres Planeten, die wir so oft als selbstverständlich ansehen. Wir leben in einer Zeit des Überflusses, in der es einfach erscheint, alles zu bekommen, was wir wollen, aber die Erde ist endlich, ihre Schätze sind begrenzt, was über Jahrmillionen entstanden ist, können wir in wenigen Generationen verbrauchen, während du jetzt hier Entliegst, umgeben von der Stille der Nacht.

20:02 Denk an die Heliumatome in einem Krankenhaus, die es möglich machen, dass ein MRT gerät funktioniert, das gerade vielleicht ein Leben rettet. Denk an die Wissenschaftler, die mit Helium die tiefsten Geheimnisse der Materie erforschen, Denk an die Taucher in der Tiefe, die Helium atmen um sicher zu arbeiten. All das ist möglich durch ein Element, das so klein, so leicht, so unsichtbar ist und doch so unverzichtbar. Helium lehrt uns Demut, es erinnert uns daran, dass nicht alles ersetzbar ist, dass nicht alles nachwächst oder reproduziert werden kann, dass wir verantwortungsvoll mit dem umgehen müssen, was uns gegeben ist. Ein Ballon, der in den Himmel steigt, mag ein schönes Bild sein, ein Moment der Freude aber

20:57 ist dieser kurze Moment die Verschwendung einer unwiederbringlichen Ressource wert, die vielleicht eines Tages ein Leben retten könnte? Die Entscheidungen, die wir heute treffen, wirken sich auf die Zukunft aus, auf die Generationen, die nach uns kommen, sie werden vielleicht fragen, warum wir so verschwenderisch waren, warum wir nicht vorausschauend genug handelten, oder?

21:21 Sie werden dankbar sein, dass wir die Weisheit hatten, die Schätze der Erde zu bewahren. Helium ist der Atem der Sterne, geboren im Feuer nuklearer Fusion, getragen durch das Universum, gestrandet auf unserem kleinen blauen Planeten. Es ist ein Geschenk des Kosmos, ein Echo der Geburt des Universums selbst, und es liegt an uns.

21:50 Dieses Geschenk zu Ehren in dieser Nacht, während die Sterne über dir leuchten, getragen von der Fusion von Wasserstoff zu Helium, während irgendwo ein Teleskop ins All blickt, gekühlt von Helium, während ein MRT gerät arbeitet und Hoffnung schenkt. Erinnere dich daran, alles ist verbunden, die Sterne und wir das Universum und dieser Planet, die Vergangenheit und die Zukunft.

22:20 Unsere Erde ist ein kostbares Juwel im endlosen Schwarz des Weltraums. Sie ist reich an Wundern, an Ressourcen, an Leben, aber sie ist auch verletzlich. Was wir heute verschwenden, ist morgen vielleicht für immer verloren, was wir heute beschützen, kann für Generationen ein Segen sein. Helium wird weiterhin aufsteigen, wird der Schwerkraft entkommen, wird ins All zurückkehren, dorthin, wo es herkam.

22:53 Das ist die Natur dieses Elements, es möchte frei sein, möchte zu den Sternen zurück, wir können es nicht festhalten, nicht für immer, aber wir können Weise sein in der Zeit, die uns bleibt, wir können es nutzen für das, was wirklich zählt, für Heilung, für Wissen. Für Fortschritt und vielleicht in dieser Weisheit, in dieser Achtsamkeit gegenüber den Gaben der Erde finden wir einen Weg, der uns und diesem Planeten eine Zukunft gibt, eine Zukunft, in der wir im Einklang mit der Natur leben, in der wir verstehen, dass wir Teil eines größeren Ganzen sind, nicht dessen Herrscher, sondern dessen Hüter. Schlaf gut.

23:42 In dem Wissen, dass das Universum voller Wunder ist und dass das größte Wunder von allen dieser Planet ist. Unsere Heimat, die es zu schützen gilt, für uns, für die, die nach uns kommen und für all das Leben, das diese Erde trägt. Gute Nacht.