Babyboom im Weltall

Das Hubble Space Telescope stellt Bilder und Informationen zum Thema "Sternentstehung" zur Verfügung

Eine Presseinformation vom 17.12.1996 (Hubble Space Telescope News: PRESS RELEASE NO.: STScI-PRC96-37: HUBBLE CENSUS TRACKS A STELLAR "BABY BOOM") berichtet, das das Hubble Space Telescope einen wahren Babyboom im Weltall zu verzeichnen wüsste.

Hubble zählt einen stellaren Babyboom, so lautet die Überschrift der Pressemitteilung übersetzt.

In dieser Presseinformation geht es um die Entdeckung eines Astronomenteams, das die Bilder und Farben einiger der entferntesten Galaxien analysierte, die erstmalig ein Jahr zuvor, als das Hubble Space Telescope seinen tiefsten Einblick ins Universum nehmen konnte (das sogenannte Hubble Deep Field) beobachtet werden konnte. Die Astronomen fanden faszinierende Beweise für die Tatsache, dass dem Urknall ein stellarer "Babyboom" folgte.

Hubbles nie dagewesene Messun der Sternengeburtsrate in entfernten Galaxien, die existierten, als das Universum weniger als 10% seines gegenwärtigen Alters hatte, unterstützt die aufkommende Sichtweise, dass das frühe Universum eine aktive, dynamische Jugend hatte, in der sich in einer heftigen Geschwindigkeit Sterne aus Staub und Gas gebildet hatten.

Hieraus ergibt sich, dass die meisten Sterne des Universums immer schon gebildet gewesen sein konnten, und jetzt enthält das Universum große in der mittleren Lebensspanne befindliche Sterne.

Die Hubble-Ergebnisse helfen, die Lücken in unserem Verständnis die Zeit zwischen dem frühen Abkühlen des Universums zum Zweck des Bildens von Materie (die in Form kosmischer Mikrowellen-Hintergrund-Strahlung entdeckt wurde) und dem Auftauchen von Sternen und Galaxien zu schließen.

"Die Hubble-Befunde bieten zusammen mit Daten aus bodenstationierten Teleskopen einen ersten Blick zurück in der Geschichte kosmischen Geschichte der Sternbildung und offerieren direkte visuellen Beweise dafür, dass Sterngeburten ungefähr drei Milliarden Jahren nach dem Urknall den Höchststand erreichten," sagte Pioro Madau vom Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland. "Dies bedeutet, dass wir Zeugen der Geburt der meisten Sterne, die heute existieren, sind." Unsere Sonne ist ein "Spät-Zünder", weil sie vor ungefähr 5 Mia. Jahren geboren worden war - gegen das Ende der stellaren Bevölkerungsexplosion hin.

Die Resultate, die auf die Arbeit von Madau, Henry Ferguson, Mark Dickinson, Andrew Fruchter (Space Telescope Science Institute) , Mauro Giavalisco (Carnegie Observatories) und Charles Streidel (Palomar Observatories, California Institute of Technologie) zurückgehen, erschienen in den monatlichen Notizen der Royal Astronomical Society vom 15. Dezember 1996.

Die Untersucher bestimmten zunächst durch das Vergleichen von HST-Belichtungen, die durch verschiedene Farbfilter aufgenommen worden waren, die ungefähre Entfernung. Zahlreiche Galaxien, die im sichtbaren Licht gesehen werden können, verschwinden abrupt, wenn sie im ultravioletten Licht beobachtet werden. Das resultiert aus der Tatsache, dass Wasserstoff, der innerhalb der entfernten Galaxien vorkommt und das große Volumen von intergalaktischen Weltraumlicht durchquert, das ultraviolette Licht von entfernten Objekten absorbiert. Der gesamte Effekt dieser Absorption ist der, dass diese Galaxien essentiell im Ultravioletten verschwinden - wie entfernte Straßenlaternen, die im Morgendunst untergehen. Dies bietet eine einzigartige Möglichkeit, um weit entfernte Galaxien von nahen Objekten zu unterscheiden. Die Technik wurde bereits  getestet und durch mit dem Keck Teleskop in Hawaii aufgenommene spektroskopische Rotverschiebungen nachgewiesen.

Unter Verwendung dieser Technik identifizierten die Untersucher mindestens 15 Galaxien, die existierten, als das Universum zwischen 8 und 10% seines gegenwärtigen Alters (Rotverschiebung 3.5 bis 4.5)  und als mehr als 70 Galaxien, die existierten, als das Universum zwischen 10% und 20% ihres gegenwärtigen Alters hatte. "Es könnte mehr von diesen lichtschwachen Objekten unter den 3.000 in dem HDF (Hubble Deep Field) geben," sagte Madau, "aber unsere Technik ist lediglich auf etwa 500 helle Galaxien anwendbar."

Nach dem genauen Festlegen der Galaxien berechneten die Untersucher die Geschwindigkeit der Sterngeburten durch die Messung des vollständigen Betrags an ausgestrahltem ultraviolettem Licht, von dem bekannt ist, dass es durch heiße, massive Sterne in ihrem Inneren produziert wird. Da solche Sterne kurzlebig sind, legt ihre akkurate Anwesenheit nahe, dass sie am Ort einer jüngeren Sternen-Formation liegen und daher eine exzellente Suchhilfe für Sterngeburt-Aktivitäten sind. (Gemäß der Ausdehnung des Universums ist das ultraviolette Licht zu sichtbaren Wellenlängen in den HDF-Bildern, die mit der Wide Field and Planetary Camera 2 aufgenommen worden waren, verschoben).

Die Astronomen fanden heraus, dass Sterne einst um einiges schneller als in der gegenwärtigen Epoche gebildet wurden. Die Untersucher weisen jedoch ausdrücklich darauf hin, dass ihre Schätzung nur als eine untere Grenze betrachtet werden kann, da ihre Suchttechnik keine staubigen Galaxien finden kann, die einen maßgeblichen Betrag an durch vom interstellaren Staub herrührendes streuendes Sternenlicht erbringen könnten.

Die Hubble-Ergebnisse ergänzen Schlüsse, zu denen man aufgrund der ausgedehnten boden-stationierten Canada-France-Redshift-Survey (CFRS) - einem Projekt, das durch den Astronomen Simon Lilly (University of Toronto) geleitet wird - gelangte, die die Sternen-Bildungs-Geschwindigkeit für Hunderte von Galaxien, bis zu einer Distanz von ungefähr 9 Milliarden Lichtjahren maß. Die CFRS-Ergebnisse zeigten, dass stellare Geburtsgeschwindigkeiten im Universum in ihrer Gesamtheit heute relativ niedrig sind, in der Vergangenheit jedoch bedeutend höher waren.

Wie Buchenden bieten die bodenstationierten und die Hubble-Daten Winkeldaten, die den Zeitraum eingrenzen, an dem Sterngeburten - wahrscheinlich mit einer Geschwindigkeit, die 10x höher liegt als - ihren Höhepunkt erreichten. Interessanterweise erschien der Höhepunkt von Sternbildungen nahe der wohlbekannten Höhepunkte in der Fülle von Quasaren (extrem energetischen Ecken von Galaxien) im frühen Universum.

Die HDF-Ergebnisse stützen also die theoretische Arbeit von Michael Fall (STsCI) und Yichuan Pei (John Hopkins University), die zuvor angenommen hatten, dass die Stern-Bildungs-Geschichte des Universums auf die Evolution des Gases und des Metallgehalts der Galaxien basiert, wie aus Quasar-Absorptionen-Linien-Messungen gefolgert werden kann.

"Die Übereinstimmungen zwischen den Hubble-Beobachtungen und der Absorptionslinien-Beobachtungen ist erfreulich. Dies versetzt uns in die Lage, das HST-Ergebnis zu einer Beziehung zu anderen Phänomenen mit höheren Rotverschiebungen zu setzen," sagte Michael Fall von der STsCI.

Die ultraviolette Fähigkeiten des STIS (es wurde während der Service-Mission im Februar 1997 in das Hubble-Teleskop eingebaut) werden die Suche nach entfernten Galaxien, die fünf mal lichtschwächer sind, ausdehnen und so genauere Resultae liefern, als wir sie von den existierenden HDF-Angaben her kennen.

Das Hubble Space Teleskop verbrachte im Dezember 1995 10 Tage damit, einen kleinen Fleck des Himmels nahe des Großen Wagens zu beobachten. Diese Beobachtungen stellten den tiefsten Einblick in den Himmel dar. Sie enthüllten Galaxien, die lichtschwächer waren, als dies jemals zuvor beobachtet wurde. Das Bild wurde bei dem Treffen der American Astronomical Society im Januar 1996 veröffentlicht, und es war Gegenstand von intensiven weltweiten Studien.

Die nachfolgend beschriebene Grafik können sie hier einsehen.

 

Beschreibung der Grafik # STsCI-PRC 96-37a

Diese Grafiken basieren auf Beobachtungen entfernter Galaxien, die durch das Hubble Space Telescope und bodenstationierte Teleskope gemacht wurden. Hubble zeigt einen steilen Anstieg in der Stern-Bildungs-Geschwindigkeit, die kurz nach dem Urknall stattfand. Die aus bodenstationierten Teleskopen gewonnenen Daten zeigen die den steilen Verfall in einer Sternen-Formations-Geschwindigkeit, die ungefähr 9 Milliarden Jahren vor unserer Zeit begann. Bis jetzt gibt es noch keine Beobachtung, die die Lücken zwischen diesen beiden Datensätzen füllen könnte, an der die Neigung, einen Höhepunkt von Sterngeburt-Aktivitäten zu bilden, gemeinschaftlich wurde.  Das wird ein Gebiet für Untersuchungen durch Hubble in der Zukunft sein.

Die vertikale Achse gibt Werte für die Durchschnittsgeschwindigkeit als Mehrfaches von der heutigen Rate an (Einheitswert 1): Die Daten legen nahe, dass diese Geschwindigkeiten so hoch  wie das 15fache des heutigen Wertes gewesen sein könnten. Die horizontalen Achsen zeigen die Zeit in  Milliarden Jahren vom Urknall bis in die Zukunft.

Herausgeber: J. Gitlin (STsCI/Aura) und NASA

 

Die nachfolgend beschriebene Grafik können Sie hier einsehen.

 

Beschreibung der Grafik STsCI-PRC96-37b

Die Grafik zeichnet die Geschichte der Rate von Sternformationen über die vergangenen 12 Mio. Jahren auf, von der Zeit kurz nach der Geburt des Universums an bis hin zur Gegenwart.
Die Grafik basiert auf Beobachtungen von entfernten Galaxien, die durch das Hubble Space Telescope und bodenstationierte Beobachtungen gemacht wurden. Hubble zeigt einen starken Rückgang in der Stern-Bildungs-Geschwindigkeit, die vor ungefähr 9 Mia. Jahren begann und bis zur Gegenwart hin andauert. Bisher gibt es noch keine Beobachtung , die die Lücken zwischen den beiden Datensätzen füllen könnten, an der die Neigungen um den Höhepunkt der Sternengeburt zu formen, gemeinschaftlich wurden. Dies wird ein Untersuchungsareal für Hubble in der Zukunft sein.
Die vertikalen Achsen geben Werte für die Durchschnittsgeschwindigkeit von Sternbildungen als ein Vielfaches von der heutigen Rate an. (Einheitswert 1). Die Daten legen einer Geschwindigkeit von mehr als das 15fache des heutigen Wertes nahe. Die horizontalen Achsen zeigen die Zeit in Milliarden Jahren, vom Urknall bis zur Zukunft.

Herausgeber: P. Madau (STsCI/AURA) und NASA
 
 

Embryonische Stern tauchen aus interstellaren "Eiern" auf!


"Unheimlich dramatische neue Bilder vom Hubble Space Teleskop der NASA zeigen neugeborene Sterne, die aus "EGGS" auftauchten, wobei nicht die Bauernhofversion (eggs=Eier d. Verf.), sondern ungewöhnlich dichte Taschen interstellaren Gases, genannt "sich verflüchtigende gasförmige Globulen (EGGS= Evaporating Gaseous Globules) gemeint sind. Hubble hat die "EGGS" bezeichnenderweise im Adler-Nebel gefunden, einer nahen sternbildenden Region, die 700 Lj. entfernt im Sternbild Schlange liegt."

Geradezu Sensationelles wird uns in diesem Absatz vermeldet, der in der  Pressemitteilung (Hubble Space Telescope News: PRESS RELEASE NO.: STScI-PR95-44) zu finden ist. Dort wird Jeff Hester von der Arizona State University, Tempe, Arizona mit den folgendenWorten zitiert: "Eine lange Zeit haben die Astronomen darüber spekuliert, über welchen Prozess die Größe der Sterne kontrolliert wird, warum Sterne die Größe haben, die sie eben haben. Nun in M 16 scheinen wir wenigstens einen solchen Prozess bei der Arbeit zu beobachten - direkt vor unseren Augen.

Bemerkenswerte Bilder, die von Hester und Co-Untersuchern mit der Hubble Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) aufgenommen worden waren, lösten die EGGS an der Spitze von fingerähnlichen Features auf, die aus monströsen Gas- und Staubsäulen im Adler-Nebel (auch M16 genannt - das 16. Objekte im Messier-Katalog) hervorstehen. Die Säulen, "Elefantenrüssel" genannt, ragen aus der Wand einer gewaltigen Wolke aus molekularem Wasserstoff wie Stalagmiten hervor, die über den Boden der Höhle emporsteigen. Innerhalb der gasförmigen Türme, die Lichtjahre lang sind, ist das interstellare Gas dicht genug, um unter seinem eigenen Gewicht zu kollabieren. Dabei bildet es neue Sterne, die fortgesetzt wachsen und mehr und mehr Masse in ihrer Umgebung anhäufen.

Hubble gewährt eine klare Sicht darauf, was geschieht, wenn ein reißender Strom von ultraviolettem Licht aus nahen jungen heißen Sternen, die das Gas entlang der Oberfläche der Wassersäule erhitzt, es in den interstellaren Raum hinaus "verdampft" - ein Prozess der "Photoevaporating" (Lichtverdampfen) genannt wird. Die Hubble-Bilder zeigen das lichtverdampfende Gas als geisterhafte Fahnen, die von den Säulen wegfliegen. Aber nicht jedes der Gase verflüchtigt sich mit der gleichen Geschwindigkeit. Die EGGS, die dichter als ihre Umgebung sind, bleiben zurück, nachdem das Gas um sie herum verschwunden ist.

"Es ist ein wenig wie ein Sturm in der Wüste", sagte Hester. "Wenn der Wind den leichteren Sand hinwegbläst, werden schwere Felsen, die im Sand begraben sind, entblößt. In M 16 jedoch enthüllt das ultraviolette Licht keine Felsen, sondern die dichteren EGGartigen Gas-Globulen, die die Sterne umrunden, die innerhalb der gigantischen Gassäulen gebildet werden."

Einige EGGs erscheinen als nichts weiter als kleine Stöße auf der Oberfläche der Säulen. Andere sind kompletter entdeckt worden, und diese erinnerten nun an "Fingertips" aus Gas, das aus einer großen Wolke hervorragt. (Die Finger sind Gas, das vor der Lichtverdampfung durch die Schatten der EGGs geschützt worden war.) Einige EGGs wurden von den großen Säulen, aus denen sie auftauchten, komplett zusammengedrückt, und nun sehen sie aus wie Tränen im Weltall.

Durch Aneinanderreihen dieser Bilder der EGGS, die in verschiedenen Stadien ihres Daseins ihrer Entblößung gemacht wurden, erhielten Hester und seine Kollegen vom Wide Field and Planetary Investigation Definition Team einen nie dagewesenen Einblick darauf, wie Sterne und ihre Umgebung aussahen, bevor sie wirklich Sterne wurden.

"Dies ist das erste Mal, dass wir tatsächlich den Prozess der Sternbildung beobachtet haben, der durch die Lichtverdampfung entdeckt worden sind", betonte Hester. "Auf irgendeine Weise scheint es mehr wie Archäologie als Astronomie zu sein. Das ultraviolette Licht von nahen Sternen übernimmt das Graben für uns, und wir studieren das, was unterirdisch ist".

Sollte der Begriff Astro-Archäologie plötzlich eine ganz neue Bedeutung bekommen?, frage ich mich da spontan; doch übergeben wir Jeff Hester wieder das Wort:

"In ein paar Fällen können wir die Sterne in den EGGs direkt in den WFPC2-Bildern sehen. Sobald der Stern in einem EGG ungeschützt ist, sieht das Objekt irgendwie aus wie eine Eiscremetüte, mit einem neuen enthüllten Stern, der die Rolle der Kirsche auf der Spitze spielt."

Letzten Endes hemmt die Lichtverdampfung das weitere Wachstum der embryonischen Sterne durch das Auflösen der Gaswolke, die davon "gespeist" wird. "Wir glauben, dass die Sterne in M 16 damit fortfahren, weiter zu wachsen, und mehr und mehr Gas schlägt sich auf ihnen nieder, bis zu dem Moment, in dem sie von ihrem umgebenden Material durch Lichtverdampfung abgeschnitten sind," sagte Hester.

Dieser Prozess unterscheidet sich deutlich von jenem Vorgang, der die Größe von Sternen bestimmt, die in der Isolation gebildet wurden. Einige Astronomen glauben, dass sie hierdurch sich selbst überlassen waren: ein Stern wird mit seinem Wachstum fortfahren, bis nahe an den Punkt, in dem die Kernfusion in seinem Inneren beginnt. Wenn dies geschieht, beginnt der Stern einen strengen "Wind" zu blasen, der das restliche Material wegklärt. Hubble hat diesen Prozess in den sog. Herbig-Haro-Objekten abgebildet.

Hester spekulierte auch dahingehend, dass Lichtverdampfung tatsächlich die Bildung von Planeten um solche Sterne herum hemmen könnte. "Es ist auch mit den neuen Daten überhaupt noch nicht klar, ob die Sterne in M 16 den Punkt erreicht haben, an dem sie die Scheiben gebildet haben, die begannen, unser Sonnensystem zu werden," sagte Hester, "und wenn diese Disks sich dann noch nicht gebildet haben, dann werden sie es auch nie tun."

Hester plant, die hohe Auflösung des Hubble Telescope zu verwenden, um andere nahe sternenbildende Regionen zu untersuchen, um nach ähnlichen Strukturen zu fahnden. "Entdeckungen bezüglich der Natur der M16 EGGs könnten Astronomen dazu bringen, eigene Ideen über die Umgebungen, die in den anderen Regionen gebildet werden, wie beispielsweise den Orion-Nebel zu überdenken, präzisierte er.

Die nachfolgend besprochenen Bilder  können sie hier einsehen.

 

Beschreibung des Bildes Star-Birth-Clouds PRC 95-44a

Säulen der Schöpfung in einer sternenbildenden Region

Untersee-Koralle? Entzückende Schlösser? Weltraumschlangen? Diese unheimliche dunklen säulenartigen Strukturen sind tatsächlich Säulen aus kaltem interstellaren wasserstoffhaltigem Gas und Staub, die auch Inkubatoren für neue Sterne sind. Die Säulen treten aus der inneren Wand einer dunklen molekularen Wolke hervor wie Stalagmiten aus dem Boden einer Höhle. Sie sind Teil des "Adler-Nebels" (auch M 16 genannt - das 16. Objekt in Charles Messiers Katalog aus dem 18. Jahrhundert von "verschwommenen" Objekten, die keine Kometen sind), eine nahe sternenbildende Region, 7000 Lj. entfernt im Sternbild Schlange.

Die Säulen ähneln auf irgendeine Art verwandt mit Kippen in der Wüste, wo Basalt und andere dicke Felsen eine Region vor Erosion geschützt hat, während die umliegenden im Verlauf von Jahrhunderten abgetragen worden sind. In diesem kosmischen Fall sind es besonders dicke Wolken aus molekularem wasserstoffhaltigem Gas (zwei Wasserstoffatome in jedem Molekül) und Staub, die länger als ihre Umgebung in der Oberfläche von Flut aus ultraviolettem Licht aus heißen, massiven, neugeborenen Sternen überlebt haben (oben auf dem Bild). Dieser Prozess wird "Lichtverdampfung" genannt. Dieses ultraviolette Licht ist auch verantwortlich für das Aufleuchten der verschlungenen Oberflächen der Säulen und die von ihren Oberflächen weggerichteten geisterhaften Gas-Fahnen, die die dramatischen visuellen Effekte, das Highlight der dreidimensionalen Natur dieser Wolken, produzieren. Die kleinste Säule (links) ist von der Basis bis zur Spitze ungefähr ein Lichtjahr lang.

Wenn die Säulen durch das ultraviolette Licht selbst langsam wegerodiert sind, sind kleine Globulen aus noch dichterem Gas innerhalb der Säule unverhüllt. Diese Globulen wurden "EGGs" genannt. ""EGG ist ein Akronym für "Evaporating Gaseous Globules" (verdampfende Gas-Globulen), aber es ist auch ein Wort, das beschreibt, was diese Objekte sind. Von den im Inneren  gebildeten EGGs sind wenigstens einige embryonale Sterne - Sterne, die abrupt ihr Wachstum beendeten, sobald die EGGs unverhüllt waren und von einem größeren Gasreservoir getrennt wurden, aus dem sie ihre Masse gezogen haben. Eventuell tauchen die Sterne selbst in den EGGs auf, wenn die EGGs selbst der Lichtverdampfung erliegen.

Das Bild wurde am 1. April 1995 mit Hubbles Wide Field and Planetary Camera 2 aufgenommen. Das Farbbild wurde aus drei verschiedenen Bildern erstellt, die im Lichte der Strahlung aus verschiedenen Atomtypen aufgenommen worden waren. Rot zeigt Emissionen von einfach-ionisierten Schwefelatomen. Grün zeigt Emissionen aus Wasserstoff. Blau zeigt Licht, das durch doppelt-ionisierte Wasserstoffatome abgestrahlt wird.

Herausgeber: Jeff Hester und Paul Scowen (Arizona State University), und NASA.

 

Beschreibung des Bildes Star-Birth-Clouds PRC 95-44b

Stellare "EGGs" tauchen aus molekularen Wolken auf

(Sternengeburtswolken in M 16)

Diese unheimliche dunkle Struktur, die an die Köpfe imaginärer Seeschlangen erinnert, ist eine Säule aus kühlem molekularem wasserstoffhaltigen Gas (zwei Wasserstoffatome in jedem Molekül) und Staub, der ein Inkubator für neue Sterne ist. Die Sterne sind innerhalb fingerähnlicher Vorsprünge eingelassen, die sich bis zur Spitze des Nebels hin ausdehnen. Jede "Fingerspitze" ist ein wenig größer als unser eigenes Sonnensystem.

Die Säule erodiert langsam durch das ultraviolette Licht aus nahen heißen Sternen - ein Prozess, der "Lichtverdampfung" genannt wird. Wenn diese im Gange ist, werden kleinere Globuli in besonders dichtem Gas, die im Inneren der Wolke verborgen sind, enthüllt. Diese Globulen wurden "EGGs" genannt, ein Akronym für "Evaporating Gaseous Globules". Die Schatten der EGGs schützten das Gas hinter ihnen, was die fingerähnlichen Strukturen auf der Spitze der Wolke ergibt.

Im Inneren bilden sich wenigstens einige embryonische Sterne aus den EGGS – Sterne, die plötzlich ihr Wachstum beendeten, als die EGGS enthüllt wurden und sie von dem größeren Gas-Reservoir getrennt wurden, aus der sie sich Masse zogen. Möglicherweise tauchen die Sterne auf, wenn die EGGS selbst der Lichtverdampfung  erliegen.

Die stellaren EGGS wurden nahe genug im "Adler-Nebel" , der auch M16 genannt wird - dem 16. Objekt in Charles Messiers Katalog aus "verschwommenen" Objekten am Himmel, den er im 18. Jahrhundert aufstellte - einer nahegelegenen sternenbildenden Region, die 7000 Lj. entfernt im Sternbild Schlange liegt, aufgefunden.

Das Bild wurde am 1. April 1995 mit Hubbles Wide Field and Planetary Camera 2 aufgenommen. Das Farbbild wurde aus drei verschiedenen Bildern erstellt, die im Licht der Strahlung aus verschiedenen Atomtypen aufgenommen worden waren. Rot zeigt Emissionen von einfach-ionisierten Schwefelatomen. Grün zeigt Emissionen aus Wasserstoff. Blau zeigt Licht, das durch doppelt-ionisierte Wasserstoffatome abgestrahlt wird.

Herausgeber: Jeff Hester und Paul Scowen (Arizona State University), und NASA.

(Übersetzung: Roland M. Horn)

(Buch zum Thema: Roland M. Horn: Leben im Weltraum, Rastatt 1997)

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