Der Sonne entgegen – Das Abenteuer der Reparatur des Sonnenobservatoriums SMM im All


Liebe Leserinnen und Leser,

auch heute befassen wir uns nochmal mit der Historie der Sonnenforschung. Diesmal geht es um ein großes Abenteuer; genauer um die Reparatur der Raumsonde SMM (Solar Maximum Mission). Ich finde diese Geschichte so aufregend, dass ich hoffe, dass auch ihr sie spannend findet.

Also los:
Was Skylab während der neun Monate 1973 – 1974 im All auf der Sonne sah, beschrieb ich im letzten Artikel. Zu dieser Zeit befand sich die Sonne gerade in einem Flecken-Minimum. Es liegt nun nahe, dass man sich mittels einer Raumsonde, SMM, auch mal betrachten wollte, was sich so auf der Sonne während eines Flecken-Maximums tut.

Das nächste Maximum erwartete man in den Jahren 1979 – 1980.
Am 14. Februar 1980 wurde SMM gestartet, welche die Sonne während der Zeit ihrer größten Aktivität überwachen sollte. Die unbemannte Sonde hatte sieben Instrumente an Bord, die vor allem Flares auf der Sonne untersuchen sollten. Auch die Stärke der Sonnenstrahlung wurde von Smm überwacht.
Flares sind Strahlenausbrüche auf der Sonne, die dadurch hervorgerufen werden, dass sich entgegengesetzte Magnetfelder gegenseitig auslöschen, und deren Stärke dann in Energie umgewandelt wird.
Die Sonde arbeitete nach ihrem Start zwei Monate einwandfrei. Dann
versagte ihr Orientierungssystem, das die Instrumente genau auf die
gewünschte Stelle der Sonne richten sollte, die man gerade untersuchen wollte. Viele unbemannte Sonden
sind seither in den Raum geschossen worden, die nach einiger Zeit
fehlerhaft arbeiteten und aufgegeben werden mussten. Das war bei
SMM anders. Mit ihrer Flughöhe von 600 Kilometern lag die Station in
der Reichweite des SPACE-SHUTTLES. Deswegen war das Gerät
bereits so gebaut worden, dass Einzelteile leicht ausgewechselt werden konnten. Für die Vorbereitungen zur Reparatur benötigte man nahezu drei Jahre. Werkzeuge wurden neu entwickelt und jeder Handgriff im Wassertank unter weltraumähnlichen Bedingungen geübt. Schließlich war es soweit.

Die Space Shuttle trug im April 1984 fünf Astronauten nach oben.
Nachdem sie einen anderen Satelliten in eine Umlaufbahn gebracht hatten, steuerte Kapitän Crippen mit der Raumfähre CHALLENGER, unterstützt von Astronaut Scobie, der 21 Monate später im gleichen
Raumschiff den Tod finden sollte, das Sonnenobservatorium SMM an.
Die NASA hat Einzelheiten des Manövers mit Kameras an Bord per Video festgehalten. Das sollte sich im Internet leicht finden lassen. Mir wurde es vor langer Zeit folgendermaßen beschrieben:

Wie ein riesiges, von der Sonne beleuchtetes Fass hebt sich die schadhafte Sonde hell vor dem schwarzen Himmelshintergrund ab. Die beiden Sonnenpaddel, welche die Station mit Energie versorgen, hängen wie zwei große Flügel an beiden Seiten. Der Astronaut Crippen bringt die Fähre bis auf 90 Meter an die Station heran. Die beiden Körper fliegen nun parallel nebeneinander um die Erde. Aber noch dreht sich die Station um ihre eigene Achse. Am nächsten Tag verlassen zwei Astronauten in Raumanzügen die Fähre. Sie haben sich auf das Arbeiten außerhalb des sie schützenden Raumschiffs vorbereitet. Seit vier Stunden atmen sie eine reine Sauerstoffatmosphäre. Auch während ihrer Arbeiten draußen werden sie in ihren Raumanzügen reinen Sauerstoff atmen.

Reinen Sauerstoff atmen die Astronauten deshalb, weil man dadurch Gasvolumen sparen kann. Wenn man bedenkt, dass 78 % der Luft hier auf der Erde aus Stickstoff besteht, mit welchem unser Körper nichts anfängt, dann ist das absolut nachvollziehbar, wenn man die Atemluft auf das Gas beschränkt, das man wirklich zum überleben benötigt, den Sauerstoff. Aus diesem Grunde haben beispielsweise auch die Apollo-Astronauten während ihrer ganzen Mission reinen Sauerstoff geatmet.

Zurück zur Geschichte.
Dann legt sich einer von ihnen die Antriebseinheit an, mit der er sich im Raum frei bewegen wird. Wie ein riesiger Tornister, fast wie ein umgeschnallter Großvaterstuhl sieht das Gerät aus, mit Armstützen, welche die Schalthebel für die zwölf Antriebsdüsen tragen, mit denen der Astronaut Stickstoff in den Raum blasen kann, der ihn mit seinem Rückstoß in jede beliebige Richtung bewegt und dreht. Das Gerät, das auf der
Erde nahezu 150 Kilogramm wiegt, bereitet den Astronauten in der Schwerelosigkeit keine Probleme. es geht nur alles entsprechend langsamer.

Langsam ist hier ganz wichtig, denn, wenn z. B. dieser Düsenantrieb im All auch nichts wiegt, so besitzt er ob seiner Masse Trägheit. Einmal beschleunigt und verloren, könnte kein Astronaut ihn wieder aufhalten, bzw. ihm im All “hinter her schwimmen”, um den Stuhl wieder einzufangen. Selbiges gilt auch für Werkzeuge und Ersatzteile. Irgendwo fliegt beispielsweise noch eine Werkzeugtasche herum, die bei einem Außeneinsatz einem Astronauten entglitten war.

Nun beginnt die Reise im stickstoffgetriebenen Lehnstuhl.
In Zeitlupen-Tempo verlässt der Astronaut den offenen Laderaum des Shuttles in Richtung SMM.
Nach zehn Minuten hat er die Station erreicht. Er soll die Drehbewegung der Sonde mit Hilfe seines Düsenantriebes abstoppen. Dazu befestigt er sich an einer Seite der Station und erzeugt mit seinem Stickstoffgebläse die nötige Gegenbewegung. Schwindelig dürfte ihm dabei wahrscheinlich nicht geworden sein, denn ohne Schwerkraft gibt es im All kein oben und unten, und wenn er unbeirrt auf die Sonde blickt, so steht sie nahezu ruhig zu ihm, weil er mit ihr ja fest verbunden ist. Mit Blick auf die wartende Raumfähre dürfte er festgestellt haben, dass die Sonde und auch er nun die Drehung gestoppt haben. Ich weiß nicht, ob der Astronaut während dieser Aktion über eine Leine mit dem Shuttle verbunden war. Kann ich mir eigentlich nicht vorstellen. Er könnte sich durch die Drehung von SMM doch darin verfangen… Sicher stand in der Fähre ein weiterer Astronaut mit Düsenantrieb bereit, um ihm zur Seite zu schweben, sollte es Probleme geben. Verraten sei an dieser Stelle, dass es keine gab.

Als die Sonde sich nicht mehr drehte, konnte man sie in den Laderaum bringen, ohne die sperrigen Sonnenpaddel zu beschädigen.
Zur bergung der Sonde nähert sich die Fähre der Station auf neun Meter. Ein speziell dafür konstruierter Greifarm, gesteuert von Astronaut Nelson, ergreift das Sonnenobservatorium, um es vorsichtig in eine dafür vorbereitete Halterung in der offenen Ladeluke zu bringen. SMM wird befestigt, und die Reparatur kann beginnen.
Die Umlaufzeit von Sonde und Fähre um die Erde beträgt 100 Minuten. Für jeweils 60 Minuten hat man Tageslicht, während der restlichen Zeit bewegt man sich im Erdschatten.

Huch, wieso nicht 45 Minuten Tag und 45 Minuten Nacht? Genau. Die Sonde bewegt sich nicht in der Ekliptik, sondern hat eine zu ihr gekippte bahn. Das ist sinnvoll, denn man wollte ja nicht nur die Äquator-Region der Sonne betrachten, sondern auch etwas näher bei den Polen forschen.

Scheinwerfer erhellen bei Nacht die provisorische Werkstatt. Einzelteile werden von den beiden Astronauten ausgetauscht. Dabei müssen die Männer vorsichtig arbeiten, obwohl das Gewicht der auszuwechselnden Teile in der Umlaufbahn keine Rolle spielt. Schließlich müssen Massen bewegt werden, deren Gewicht auf der Erde Hunderte von Kilogramm betragen würden. Oben schrieb ich schon, dass Einmal bewegt, sind sie nicht leicht wieder
zu stoppen. Die Sonnenpaddel, die zu beiden Seiten aus der Raumfähre herausragen, dürfen nicht beschädigt werden.

Während einer Arbeitspause sind alle fünf Astronauten wieder im Inneren der Fähre. Der Präsident der Vereinigten Staaten ist am Telefon. Der NASA-Film zeigt Präsident Reagan an seinem Arbeitstisch im Weißen Haus. Man sieht auch die fünf Astronauten im Schiff frei schwebend, ohne Schuhe, nur in Strümpfen, während sie vom Präsidenten den Dank der Nation entgegennehmen. Ich glaube, dass nur selten in der Geschichte der Vereinigten Staaten Amerikaner in
Strümpfen mit ihrem Präsidenten gesprochen haben.

Danach gehen die Arbeiten draußen weiter. Zwei Astronauten wechseln Teile aus. Während der Arbeiten haben sie, jetzt zur Sicherheit an langen Leinen hängend, dicke Spezialhandschuhe an, die ihre Hände
vor der luftleeren Umgebung schützen. Damit müssen sie Kabel ergreifen und Schrauben drehen. Bei der Reparatur werden auch noch zwei Meßgeräte an Bord von SMM überholt. Die Station ist wieder betriebsbereit.
Vorsichtig hebt der Greifarm das Gerät aus dem Laderaum heraus und das Observatorium wird abgekoppelt. Solar Maximum Mission ist wieder auf einer eigenen Umlaufbahn um die Erde.

Im Jahre 1988 machte SMM wieder von sich reden, als bekannt
wurde, dass die Messungen von aus dem Weltraum kommenden Gammastrahlen durch sowjetische Spionagesatelliten ernstlich gestört werden. Verursacher dafür waren die Kernreaktoren, welche die Agenten im Orbit mit Energie versorgen. Dabei treten nämlich aus den Reaktoren positiv geladene Teilchen aus, Positronen.

Positronen sind quasi das Gegenstück aus der Antimaterie zu den Elektronen. Stößt so ein Antiteilchen auf normale Materie, z. B. auf die Wand von SMM oder gar ein Messinstrument, dann verstrahlt es in einem Lichtblitz, der im Gamma-Bereich liegt, mit einem Teilchen der getroffenen Materie.

Das störte die Messungen der Gamma-Detektoren an Bord von SMM.
Von diesem Problem abgesehen, war SMM eine der erfolgreichsten wissenschaftlichen Missionen zur Erforschung der Sonne. Langsam drang die Sonde inzwischen während der vergangenen Jahre immer tiefer in die Erdatmosphäre ein. Aber noch im November 1989 lieferte sie wichtige Daten.
Am 2. Dezember 1989 trat die 2268 Kilogramm schwere Messstation
zu ihrem letzten Umlauf an. Kurz danach verglühte sie über dem Indischen Ozean in der Erdatmosphäre.

Während ihrer nahezu zehnjährigen Betriebszeit hat die Sonnensonde SMM 12 500 Flares auf der Sonne
registriert. Doch neben ihrer eigentlichen Aufgabe hat sie mehrere
Kometen entdeckt, die berühmte Supernova vom Februar 1987 in der
Großen Magellanschen Wolke am Südhimmel vermessen und die
Ozonschicht der Erdatmosphäre untersucht.

Eine weitere Frage, die SMM erforschen sollte war, ob die Strahlung der Sonne schwankt. Es gab Wissenschaftler, die in Erwägung zogen, dass beispielsweise die sog. kleine Eiszeit während des Mounder-Minimums von einer geringeren Sonnenstrahlung her gerührt haben könnte. Manchmal hält sich die Sonne mit ihrem Fleckenzyklus leider nicht an ihre elf Jahre. Von 1645 – 1715 blieben jegliche Sonnenflecken aus. Dieses verlängerte Minimum ist nach ihrem Entdecker Edward Walter Maunder benannt. Von der Erde aus ist es nicht leicht, die Variation der Sonnenstrahlung zu beobachten, da Wolken und sonstige atmosphärische Bewegungen derartige Messungen unbrauchbar machen können. Deshalb misst man Die Intensität der Sonnenstrahlung besser vom Weltall aus. Die Ergebnisse von SMM war,dass die Sonnenstrahlung um weniger ein Promille schwankt. Diese Schwankung hängt z. B. auch damit zusammen, dass es in Zeiten eines Flecken-Maximums mehr dunklere Stellen auf der Sonne gibt, als bei einer blank geputzten Sonne ohne Flecken. Da die Flecken mit der Sonnenoberfläche rotieren, ist der Schwankung der Sonnenstrahlung auch diese Periode aufgeprägt.

So, meine lieben, das war das große Abenteuer der Reparatur von SMM.
Wenn es euch gefallen hat, dann freut es mich. Wer mag, darf das gerne verteilen, liken oder noch besser, einen Kommentar auf dem Blog hinterlassen.

Gehabt euch wohl, passt gut auf euch auf und bleibt gesund.
Es grüßt euch ganz herzlich
euer Blindnerd.

Was Skylab sah


Liebe Leserinnen und Leser,

irgendwie bin ich von dem Thema der Sonnenforschung ganz angefressen.
1987 stieg ich quasi über dieses Thema in die Astronomie ein. In “Blind zu den Sternen” schrieb ich im Kapitel “Mittlere Reife” über dieses Schlüsselerlebnis.
Das Wetter ist super, der Frühling ist da, und wir dürfen trotzdem alle nicht so richtig raus…
Damit aufhören kann ich jetzt einfach nicht. Durch die Erwartungen an den Solar Orbiter, ist dieses Thema wieder neu in mir erwacht und meine Begeisterung darüber neu entflammt.
Sie ist ja auch noch so unvollständig, meine Serie zu “Der Sonne entgegen”.

Also, gehen wir heute ein Stück weiter.
Wie angekündigt geht es heute um das erste richtige bemannte Sonnenobservatorium der Welt, um Skylab, die 1973 ins All startete.
Heute werde ich speziell darauf eingehen, was Skylab sah. Wer mehr über den Aufbau dieser Station wissen möchte, dem darf ich wärmstens meinen Artikel “Gedenken an die erste Raumstation der Welt” empfehlen.
Es wird auch in diesem Beitrag viel um die Röntgensonne gehen, die man wegen der Atmosphäre vom Boden aus nicht beobachten kann. Es macht aber viel Sinn, die Sonne nicht nur im weißen Lichte zu betrachten, sondern sie sich auch mal im Licht, einzelner Wellenlängen, z. B. eben auch die Ultraviolett- und Röntgenstrahlung, anzusehen.
Im einfarbigen Licht treten Dinge zu Tage, die normalerweise entweder von unserer Atmosphäre verschluckt, bzw. vom vom weißen Licht überstrahlt werden.
Also, es war nun so weit und Skylab begann seine Beobachtungen.
Man fand im ultravioletten Licht beispielsweise Spektrallinien von Helium, die von der Erde nicht beobachtbar waren. Hierfür war ein sehr empfindlicher Spektro-Heliograph an Bord. Das ist ein Instrument, mit welchem Beobachtungen in sehr kurzwelligen, dem Auge unsichtbaren Sonnenlicht möglich wurden. Helio in Helio-Spektrograph bezieht sich hier nicht auf das Helium, das damit beobachtet wurde. Mit einem Spektroheliographen kann man die Sonne im Lichte verschiedener Wellenlängen beobachten.

Man fand auch die sechseckige Struktur der Granulen im ultravioletten Bereich wieder, die man schon von einer Spektrallinie des Kalcium von der Erde her kannte. Auch in Linien des Elementes Sauerstoff ließ sich dies nachweisen. Auffallend war das Bild der Sonne in einer Linie von Magnesium. Dieses Licht entsteht über der Sonnenoberfläche, quasi erst in der Korona.

Da diese Linie die Feinstruktur der Sonnenoberfläche nicht mehr zeigte, war klar, dass die hierfür verantwortlichen Magnetfelder nicht bis in die Korona reichten.
Dafür konnte man aber viele andere magnetische Strukturen im kurzwelligen Sonnenlicht erkennen.

In “Die Röntgensonne” erwähnte ich, dass es nicht ganz einfach ist, eine Kamera zu bauen, die auch bei Röntgenlicht funktioniert.
Vor Skylab standen den Forschern z. B. für ihre Ballon-Flüge meist nur Lochkameras zur Verfügung.
Es gibt aber einen Trick, bei dem man ausnutzt, dass Röntgenlicht von Metalloberflächen
gespiegelt wird, wenn es schräg, nur streifend, auf eine Metalloberfläche
trifft. Der Physiker Hans Wolter (1911-1978)
hatte diesen Fernrohrtyp 1952 erfunden. Seither spricht man vom
Wolter-Teleskop, mit dem man Röntgenbilder von Himmelskörpern
aufnehmen kann. Die Röntgen-Reihenuntersuchung der Sonne durch
SkyLAB zeigte nun, dass sich magnetische Felder der Sonnenoberfläche hinaus in die Korona fortsetzen.

Man sah den Zusammenhang, dass wo man stärkere Magnetfelder in der Korona fand, auch die Röntgenstrahlung intensiver war.
Man erkennt im Röntgenlicht große magnetische Bögen, die mit beiden Beinen in der Sonnenoberfläche verankert sind und offene Feldlinien, die nur mit einem Bein in der Sonne stehen und weit in den Raum hinausragen. Einige der magnetischen Bögen leuchten stärker
als andere, obwohl die magnetische Stärke dieselbe ist. Es scheint, als ob die Teile der Korona besonders heiß sind und stärker leuchten, in denen die Feldlinien vorher stark verbogen worden sind.

Das bringt die Frage wieder auf, warum die Sonnen-korona eine Temperatur von zwei Millionen Grad besitzt, wogegen die unter ihr liegende Sonnenoberfläche mit ihren einigen tausend Grad eigentlich kalt ist.

Durch die heißen Bögen in der Sonnenkorona ist wieder eine alte Idee ins Zentrum des Interesses gerückt, die auf den Astronomen Ludwig Biermann (1907-1986) zurückgeht. Nach Biermann wandern von der Zone, in der
die Granulation die Materie in ständiger Bewegung hält, Schallwellen
nach außen, die Energie in die Korona transportieren und so für die
heiße Korona verantwortlich sind.

Und da ist er wieder, der Schall, der Klang der Sonne. Ich schrieb darüber in “Klingel oder Orgelpfeife”. Die von SKYLAB aus aufgenommenen Röntgenbilder zeigen koronale Löcher und die
hellen Röntgenflecken, in denen die Energie sich gegenseitig vernichtender entgegengesetzter Magnetfelder in Wärme verwandelt wird.

Die im weißen Licht gewonnenen Bilder der Sonnenkorona zeigten rasche Veränderungen. Da steigen gelegentlich riesige Blasen in der Korona auf, Materie, die mit Geschwindigkeiten von tausend Kilometern pro Sekunde die Sonne verlassen.

Koronale Löcher, aus welchen bereits Materie ins All entwichen ist, sah man als dunkle Streifen auf der Sonnenscheibe. Dort war keine Materie mehr vorhanden, die im Röntgenlicht strahlte.

Durch SKYLAB sah man erstmals Vorgänge auf der Sonne, die der Koronaforschung ganz neue Wendungen gaben. Eigentlich ist das nicht verwunderlich. Von der Erde aus kann man die Sonnenkorona nur während einer totalen Sonnenfinsternis ungestört beobachten. Koronographen lassen die Korona nur in unmittelbarer Nähe der Sonnenscheibe
erkennen. In einem Abstand von mehr als einem Fünftel des Sonnenradius vom Scheibenrand kann man sie nicht mehr untersuchen.
Mit einem Konorographen kann man die Sonne bei normalem Taghimmel in gewissen Grenzen beobachten, als herrsche eine totale Sonnenfinsternis.
Zählt man alle Sonnenfinsternisse der jüngeren Menschheitsgeschichte
zusammen, so kommt man auf eine Gesamtdauer von einigen Stunden,
während derer sich die Korona dem irdischen Beobachter in voller Pracht darbot. Da man von SKYLAB aus die Sonnenkorona nahezu ununterbrochen beobachten konnte, sind durch diese Mission einige tausend Stunden Beobachtungszeit hinzugekommen.
Und das alles ganz unabhängig von Wind und Wetter…

Mich fasziniert es sehr, was Wissenschaftler aus dem Sonnenlicht lesen. Die Sonnenobservation aus dem All ging natürlich nach Skylab noch weiter, aber dies ist eine neue Folge wert.

Gehabt euch wohl, passt auf euch auf und bleibt gesund.

Euer Blindnerd.

Der Sonne entgegen, Teil 2 – Die Röntgensonne


Liebe Leserinnen und Leser,

und hier erscheint ein weiterer Blindnerd, der euch die lange Zeit in der Krise verkürzen und verschönen soll.

In Der Sonne entgegen- Der Aufbruch erzählte ich von den Anfängen der Sonnenforschung aus Ballonen.

Heute kommt Teil 2. Es geht um die Erforschung einer Strahlungsart der Sonne, der Röntgenstrahlung, die glücklicherweise von der Erdatmosphäre verschluckt wird. Sie wäre höchst gefährlich für unser Leben.

Dass die Sonne im Röntgenlicht strahlt, war schon durch Ballonflüge klar, aber diese bewegten sich eben doch noch weit in der schützenden Atmosphäre. Somit war deren Erforschung von Ballonen aus noch eher schwierig und ungenau.
Es war auch klar, dass etwas, das mehrere Millionen Grad heiß ist, wie die Corona, einfach auch im Röntgen und UV-Licht strahlen muss.
Zu den Problemen mit der störenden Atmosphäre kommt noch, dass es gar nicht so einfach ist, eine Kamera für Röntgenlicht zu bauen, denn normale optische Kameras mit Linsen funktionieren hier nicht.
Die Röntgenbilder in der Medizin entstehen auch nicht in einer Kamera, sondern sind Schattenbilder des Körpers, Gewebe, Knochen etc., die dadurch entstehen, dass eine punktförmige Röntgenquelle den Körper durchleuchtet und die Schatten auf eine Fotoplatte wirft. Diese schwärzen sich nämlich auch bei Röntgenlicht. So wurden diese Strahlen auch entdeckt, indem Herr Röntgen einen radioaktiven Strahler in der Nähe von Fotoplatten aufbewahrte, die dann dadurch unbrauchbar wurden.

Das einfachste Instrument, das einer Kamera schon recht nahe kommt, ist eine Lochkamera, auch Camera obscura genannt.
Sie besteht im wesentlichen aus einer Blende mit einem kleinen Loch, hinter dem dann die Fotoplatte sich befindet. Der Durchmesser des Lochs muss auf die Wellenlänge des Lichtes angepasst sein, welches man beobachten möchte, für Röntgenstrahlung also sehr klein. Linsen etc. gibt es nicht. Diese Art von Kamera funktioniert auch für Röntgenlicht. Wir alle tragen im Grunde zwei derartige Kameras mit uns herum, unsere Augen. Die Pupille, das Loch in der Iris, ist das Loch in der Blende. Von der Linse dahinter mal abgesehen, fällt das Bild dann punktgespiegelt auf unsere Netzhaut. Was rechts ist, kommt links, und was oben ist kommt unten auf ihr an. Das ist übrigens auch bei den meisten Teleskopen so, dass die Optik das Bild dreht. Um nicht noch mehr Licht durch Optik zu verlieren, spart man sich meist das zusätzliche optische Element, das das Bild wieder richtig herum drehen könnte. Im All gibt es sowieso quasi kein oben und unten.
Heute hat man natürlich modernere Kameras für Röntgenlicht, aber die erkläre ich in einer der nächsten Artikel in dieser Serie. Zu der Zeit, in welcher die heutige Geschichte spielt, hatte man einfach nichts besseres.
Wieso die Röntgensonne so interessant ist, wird auch näher in der nächsten Folge beleuchtet.

Aber zurück zur Röntgensonne:
Eine totale Sonnenfinsternis, die am 12. Oktober 1958 im südlichen
Pazifik zu beobachten war, half, etwas mehr über die Quellen der Röntgenstrahlung von der Sonnenscheibe zu erfahren. Dazu standen zu Beginn der totalen Finsternis am Hubschrauberdeck der USS Point-Defiance sechs Raketen vom Typ Nike-Asp bereit, um Röntgenempfänger über die Erdatmosphäre zu schießen. Die erste Rakete wurde so gestartet, dass sie die Röntgenstrahlen der Sonne gerade in dem Augenblick registrierte, als kurz vor Beginn der Totalität der Mond nur noch eine schmale Sonnensichel frei ließ. Dort fand man zwei starke Aktivitätsgebiete mit viel Röntgenstrahlung. Beim zweiten Schuss empfing man Röntgenstrahlen nur von einem noch schmaleren Streifen am Ostrand der Sonne und bei Schuss drei war die Sonnenscheibe vollständig vom Mond verdeckt, während
bei Nummer vier bereits wieder ein schmaler Streifen am Westrand
hinter dem Mond hervorgetreten war. Dort standen an diesem Tage
zwei Filamente. Die entscheidendste Entdeckung bei diesem Experiment
war wohl, dass von der Sonne selbst dann noch Röntgenstrahlen
kommen, wenn ihre Scheibe vollständig vom Mond verdeckt ist. Das liegt daran, dass die Corona auch ein starker Röntgenstrahler ist. Man muss die Sonnenscheibe nicht unbedingt vom Mond abtasten lassen, um herauszufinden, woher die Röntgenstrahlen der Sonne stammen.
Mit einem Raketenschuss ohne Sonnenfinsternis, kann man diese Strahlung, wie oben schon erwähnt, mit besagter Lochkamera beobachten, bzw. Fotografieren.
Sie arbeitet für Röntgenlicht genausogut wie für sichtbares Licht.
Genauer gesagt: Die Lochkamera arbeitet im Röntgengebiet genauso
schlecht wie im sichtbaren Licht.

Am 19. April 1960 gelang Herbert Friedman und seinen Mitarbeitern
vom Naval Research Laboratorium in Washington, DC, mit einer Lochkamera in einer Rakete ein Schnappschuss von der Sonne im Röntgenlicht.
Diese historische Aufnahme kann man im Internet finden. Da die Rakete währent ihres Fluges sich um sich selbst drehte, sind die aufgenommenen Flecken und Gebiete kreisförmig verschmiert. Zumindest wurde mir das so berichtet.
Man erkennt deutlich, dass es auf der Sonnenscheibe hellere Flecken und dunklere gibt. Die Röntgenstrahlung ist also nicht überall gleich stark.
Interessant ist, dass sie Unterschiede der Sonnenoberfläche und der Corona darstellt, die im sichtbaren weißen Sonnenlicht nicht erkennbar sind.
Erst 13 Jahre später erfuhr man genauer, welche Bewandtnis es damit hat.

Das oben beschriebene Raketenexperiment während einer Sonnenfinsternis fand ein Jahr nach dem Start von SPUTNIK I, dem ersten künstlichen Erdsatelliten, statt. Die Ära rückte näher, in der man Messinstrumente praktisch beliebig lange im Raum halten und nach Belieben ein-
und ausschalten konnte. Für die Sonne baute man die OSO-Satelliten.
Das war die Abkürzung für Orbiting Solar Observatory, also für das
Sonnenobservatorium im Orbit. Acht Messstationen dieses Typs wurden insgesamt in Umlaufbahnen gebracht, die ersten in den frühen sechziger Jahren. Ihre Teleskope waren verhältnismäßig klein, und ihre
Leistungen wurden durch das in den Schatten gestellt, was in der Mitte
der siebziger Jahre folgte. Die eigentliche Erforschung der Sonne vom
Weltraum aus begann am 14. Mai 1973 mit SkyLAB, einer bemannten
Station auf einer Umlaufbahn.
Über diese Raumstation schrieb ich im einzelnen bereits in Gedenken an die erste Raumstation der Welt
Was Skylab sah, und welche Missionen aus dem Weltraum zur Erforschung der Sonne darauf noch folgten, wird Inhalt von “Der Sonne entgegen, Teil 3”.

Bis da hin
Passt auf euch auf und haltet durch

Euer Blindnerd.

Wie das Virus zu seinem astronomischen Namen kam


Liebe Leserinnen und Leser,

wir alle sind in den Maßnahmen wegen der Pandemie gefangen und müssen damit klar kommen.
Dies wird kein Artikel werden, der über weitere Möglichkeiten, sich zu schützen etc. berichten wird. Dafür gibt es andere Profis.
Ich möchte aber es trotz aller Widrigkeiten nicht unterlassen, weiterhin hier auf Blindnerd.de zu veröffentlichen. Gerade jetzt, kann die Astronomie eine Möglichkeit sein, mal etwas aus der Bedrücktheit der Situation zu fliehen.
Es wird nur einen Artikel von mir geben, in welchem das Wort Coronavirus vorkommen wird.

Heute geht es darum, wie das Ding zu seinem astronomischen Namen kam.

Wie ich mir das Virus vorstellte

Es ist ja offensichtlich, dass in Corona irgendwie die Krone steckt. Und so stellte ich mir das Virus auch vor, wie ein kleines Krönchen.
Kurz vor der Verbannung in das Homeoffice wegen Corona, druckte mir mein Arbeitskollege im Labor ein 3D-Modell des Virus aus. Ich war beeindruckt, wie schön es sich anfühlte, obwohl es solchen Schaden bringt.
Leider habe ich davon momentan kein Foto, weil uns dann die Maßnahmen zur Eindämmung der Pandemie überraschten, und keine Zeit mehr blieb, eines zu schießen. Das wird nachgereicht, wenn alles überstanden ist. Dann muss das Teil sich auch nicht mehr in der Öffentlichkeit schämen, sich zu zeigen.

Und so fühlt es sich an:

Viele von euch kennen diese Igel-Bälle zur Hand-Massage etc. So ähnlich fühlt sich das Modell an. Nur, dass die Stacheln zu ihrem Ende hin dicker und nicht dünner werden.
OK, Igelball also, aber wo bleibt die Krone? Ich konnte keine ertasten, und da war auch keine.
Also fragte ich auf Twitter nach, wieso man das Virus Corona nennt. Schaut man von oben mit dem Elektronenmikroskop auf das Virus, dann ähnelt es am Rand etwas, das man durchaus mit einer Krone vergleichen kann, und das heute Gegenstand dieses Artikels sein wird.
Tja, was soll ich sagen. Auch ein Ding, mit derart schlimmen Eigenschaften, kann uns zur Astronomie führen.

Nun zu dem, was dem Virus seinen Namen gab:

Wenn die Sonne sich am Tage verfinstert, weil sich unser Mond vor die Sonnenscheibe schiebt, bekommen wir etwas von der Sonne zu sehen, was den Augen normalerweise verborgen bleibt, weil dieses etwas von der Sonne immer völlig überstrahlt wird.
Nur Astronomen mit speziellen Filtern, Spektrographen und Teleskopen bleibt dieses wunderschöne Geheimnis auch am Tage nicht verborgen.
Wenn sich also bei einer totalen Sonnenfinsternis der Mond zur totalen Verfinsterung vor die Sonne geschoben hat, erscheint plötzlich um die verdeckte Sonne herum ein schöner fahler Strahlenkranz, durchsetzt von roten Flammenzungen.
Dieser Strahlenkranz erinnert an eine Krone. Deshalb nennt man sie die Korona.
In Deutsch schreibt man sie mit K, aber ursprünglich schon mit C.
Die Korona besteht aus sehr heißem Sonnenpplasma. Die Oberfläche der Sonne hat eine Temperatur von etwa 6000 Grad. Die Korona hingegen ist deutlich heißer. Ihre ionisierten Teilchen sind um zwei Millionen Grad heiß. Allerdings ist die Korona sehr dünn, will sagen, sie hat eine deutlich geringere Dichte, als die Sonne und ihre sonstige Atmosphäre.
Nach außen hin geht die Korona in den Sonnenwind über. Außerdem ist die Korona von starken Magnetfeldern durchzogen. Die roten Flammenzungen bestehen aus empor gerissenen kühlerem Sonnenplasma. Diese Prodtuberanzen und Filamente stehen quasi wie Blätter senkrecht auf der Oberfläche der Sonne und können bei Tage ohne Hilfsmittel nicht beobachtet werden.
Diese Plasma-Blätter hängen quasi in ihren Magnetfeldlinien, wie Wäsche auf der Leine. Sie entstehen und vergehen. Auch die Korona verändert sich stetig. In Zeiten hoher Sonnenaktivität mit vielen Sonnenflecken, dehnt sie sich mit unter über mehrere Sonnenradien aus.

Die Energie der Korona

Woher die Korona die Energie erhält, dass ihre Teilchen derart heiß sein können, ist bis heute noch nicht restlos erforscht. Ein Grund ist, wie schon erwähnt, dass sich hier die Energie auf wenige Teilchen pro Volumeneinheit verteilt. Da bekommt dann eben jedes einzelne Teilchen etwas mehr davon ab. Beobachtet man die Sonne durch gewisse Filter, so sieht man Materieströme nach oben in Richtung der Korona schießen. Das sieht aus, als wäre die Sonne mit Hecken oder Gras überzogen. Auch diese Halme schießen nach oben und vergehen und entstehen neu. Der italienische Astronom, der sie entdeckte, nannte sie daher Spiculen.
Aber auch dieser Energietransport dürfte nicht ausreichen, um die Korona mit Materie und Energie immer wieder neu aufzufüllen. Stoßwellen, also quasi Schall, der Klang der Sonne, könnte auch einen Teil dazu beitragen. Es gibt da noch weitere Vermutungen, die ich aber selbst nicht richtig verstehe, und bevor ich hier etwas falsches sage…

Woraus besteht sie?

Natürlich interessierte die Astronomen brennend, woraus die Korona besteht. In anderen Artikeln beschrieb ich schon kurz, dass eines der wichtigsten Werkzeuge der Astronomen die Spektralanalyse darstellt. Fächert man das Licht einer Flamme mittels eines Prissmas auf, kann man an den farbigen Linien genau erkennen, was da gerade leuchtet oder verbrennt. Jedes chemische Element erzeugt sein charakteristisches eigenes Licht. Wie ein eindeutiger Fingerabdruck erscheinen je nach Element andere farbige Linien des Regenbogens und andere Linien bleiben dunkel.
Als man nun das Spektrum der Korona betrachtete, fiel eine grüne Linie auf, die keinem Element auf der Erde zuzuordnen war. Die naheliegendste Annahme war, dass es sich eben um ein Element handele, das es definitiv vielleicht nur auf der Sonne geben könnte. Schließlich war zu dieser Zeit sowieso noch nicht klar, wie das Sonnenfeuer wirklich funktioniert. Somit gab man dem Element den Namen Coronium.

Mittlerweile, zwei Jahrhunderte später wissen wir, dass es leider dieses Element Coronium nicht gibt.
Ich sprach oben schon öffters von Plasma. Das ist neben fest, flüssig und gasförmig ein vierter Zustand, in welchem Materie geraten kann, wenn man sie stark erhitzt. Dabei gehen die Atome kaputt. Sie verlieren einige Elektronen und sind somit ionisiert. Die Elektronen bewegen sich frei durch das Plasma und finden nicht mehr zurück zu ihren Atomkernen.

Dieser vierte Aggregatzustand, das Plasma, ist auf jeden Fall mal ein eigener Artikel wert, weil sich 99 % der sichtbaren oder auch barionisch genannten Materie im Universum in diesem Zustand befindet.

Nun fand man also heraus, dass das Coronium durchaus auf Erden zu finden ist, allerdings nicht als Plasma, sondern meistens fest.
Es handelt sich um Eisenatome, die so stark aufgeheizt sind, dass deren Atomkerne dreizehn Elektronen fehlen. Normalerweise sollte es 26 Elektronen besitzen. Davon fehlen ihm nun die Hälfte. Ganz schön kaputt, möchte ich sagen. Nur so kaputt oder entartet, kann Eisen diese grüne Linie erzeugen, von der man glaubte, dass sie nicht zu einem irdischen Element gehört.

Und noch ein Sonnenstoff

Das ist übrigens nicht das erste mal, dass man einen speziellen Sonnenstoff vermutete. Sicherlich ließ ich im ein oder anderen Artikel schon fallen, dass die Sonne ihre wesentliche Energie so erzeugt, indem sie aus vier Wasserstoff-Atomen in ihrem Kern ein Atom des Edelgases Helium verschmilzt. Aber auch dem Kraftwerk der Sonne müssen wir uns durchaus nochmal extra zuwenden. Die Lateiner*in oder Altgriechler*in erkennt, dass im Wort Helium die Sonne, der Sonnengott, Helios, steckt. Auch dieses Element konnte man zunächst auf Erden nicht finden. Es ist sehr selten und entfleucht ob seines geringen Gewichtes direkt durch unsere Atmosphäre ins All. Außerdem reagiert es als Edelgas chemisch quasi mit nichts, was zur damaligen Zeit den Nachweis deutlich erschwerte. Das Helium, was wir hier auf Erden finden, und womit wir unsere Ballone mit den Glückwunschkarten füllen, oder, womit wir sprechen können, wie die Micky Maus, wenn wir es einatmen, stammt nicht von der Sonne. Es entsteht in der Erde durch den radioaktiven Zerfall von anderen Elementen.

Es ist schon erstaunlich. Das Helium ist neben dem Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum, denn es entsteht in allen Sternen, und dennoch ist es hier auf erden so selten, dass es relativ teuer ist. Es könnte sogar ernstlich knapp werden, denn wir kühlen immer mehr komplexe Dinge mit Helium.

So, nun wisst ihr, wie das Virus zu seinem schönen Namen kam.

Jetzt wünsche ich uns allen, dass wir gut durch die Krise kommen. Ich denke, dass es momentan sehr vernünftig ist, dass wir diese ganzen Einschränkungen akzeptieren und einhalten

Passt gut auf euch auf.
Euer Blindnerd.

Der Sonne entgegen – Der Aufbruch


Liebe Leserinnen und Leser,
wie die meisten von euch wissen, wurde am 10.02.2020 die Sonde Solar Orbiter gestartet. Sie wird in wenigen Jahren mit zehn verschiedenen Instrumenten die Sonne erforschen.
Die Riffreporter und @Astrozwerge berichteten ganz wunderbar darüber.
Somit kann ich mir den Solar Orbiter für den Moment sparen und mich anderen Sonnenthemen widmen.
“Der Sonne entgegen” soll eine kleine Serie werden, mit welcher ich euch das Warten, bis der Solar Orbiter an seinem Ziel ist, etwas versüßen möchte.

Der Anfang

Aus physikalischen und theoretischen Überlegungen heraus war schon klar, dass die Sonne auch Strahlung in Wellenlängen senden sollte, die wegen der Atmosphäre den Erdboden nicht erreichen können. Das ist auch gut so, denn ihre Röntgenstrahlung wäre äußerst Gefährlich für jegliches Leben.
Die Ozonschicht die vor allem durch ihr wachsendes Loch in den 80ern des letzten Jahrhunderts von sich reden machte, schützt uns vor Krebs erregender UV-Strahlung.
Diese Entschlossenheit, mit der man es schaffte, in verhältnismäßig kurzer Zeit die FCKWs, die für dieses Ozonloch verantwortlich zeigten, aus unseren Kühlschränken und Sprüh-Dosen zu verbannen, könnten wir z. B. für die Bremsung des Klimawandels heutzutage mal wieder gebrauchen; aber zurück zum Thema.

Den Tag, als man sich anschickte, zur Sonne aufzubrechen, wissen wir genau. Am 10. Oktober 1946 trug in den USA eine V-2-Rakete aus dem erbeuteten deutschen Kriegsarsenal in der Wüste White Sands in New Mexico Messinstrumente in eine Höhe von 90 Kilometern. Während der kurzen Zeit, welche die Rakete über der Atmosphäre blieb, wurde der extrem kurzwellige Ultraviolettbereich des Sonnenspektrums aufgenommen.
Diese Strahlung wird von den obersten Luftschichten verschluckt.
In neunzig Kilometern über dem Meeresspiegel ist zwar
unsere Atmosphäre noch nicht zu Ende, doch liegt nur ein Millionstel
der Luftmassen der Erde darüber. Es gelang damals tatsächlich, die
Strahlung zu messen, die die Erdoberfläche nie erreicht.
Später verwendete man für derlei Messungen dann andere modernere Raketen.

Trotzdem stand bei jedem Schuss nur die
kurze Zeit zur Verfügung, die die Rakete in der Nähe des Gipfels ihrer
Bahn fliegen konnte.

Man brauchte mehr Zeit, um nicht nur in Form von Schnappschüssen, beobachten zu können.

Das Observatorium in der Ballon-Gondel

Der Sonnenforscher mag seine Fernrohre auf Inseln, auf hohe Berge
setzen, er mag von weiß gestrichenen Türmen beobachten, die aus den
Schichten der Bodenturbulenz herausragen, ganz wird er den Ärger
mit der Erdatmosphäre nie los. Das merkte auch Martin Schwarzschild (31. Mai 1912 in Potsdam; † 10. April 1997 in Langhorne, Pennsylvania) Professor an der Universität von Princeton an der Ostküste der USA,
der 1953 begonnen hatte, auf dem Mount Wilson in Kalifornien die
Granulation der Sonne zu studieren, jene sich ständig ändernde Feinstruktur, die von der Bewegung der äußeren Schichten der Sonne herrührt.
Teure Raketen wollte man für die Erforschung der Granulen nicht opfern, da man diese auch im sichtbaren Teil der Sonnenstrahlung beobachten kann. Schon dem Mönch und Astronomen Christoph Scheiner viel vor etwa 500 Jahren die scheinbar gekörnte Oberfläche der Sonne auf.
Bis dato konnte man nur schlecht Beobachtungen in der Zeit machen. Meistens wurde ein Foto von der gerade herrschenden Situation auf der Sonnenoberfläche geschossen und danach wieder eines…

So entstand in Princeton der Plan, der Sonne entgegen zu gehen, Messinstrumente im Ballon in die obersten Schichten der Atmosphäre zu bringen, und von dort aus die Granulation der Sonne zu
untersuchen.

Die beste Fotografie der Granulation war selbst im Jahre 1957
noch eine aus dem letzten Jahrhundert.
Am 1. April 1894 hatte ein französischer Pionier der Sonnenbeobachtung, Jules Janssen
mit einem Spiegelteleskop von nur
13 cm Durchmesser ein Bild der Sonne gewonnen, das bis Mitte des vorigen Jahrhunderts an Schärfe von keiner anderen Aufnahme übertroffen
worden ist. janssen hatte damals noch eine nasse Kollodiumplatte
benutzt. Seine Belichtungszeit lag bei 1/3000 Sekunde. Erst später, als
man von möglichst hohen Bergen aus die Sonne fotografierte und
unter Tausenden von Aufnahmen suchte, um eine zu finden, bei der
zufällig die Luft während der Belichtungszeit nahezu in Ruhe war,
konnte man sich mit den janssenschen Aufnahmen messen. Somit wollte Martin
Schwarzschild die Luftunruhe überlisten und vom Ballon aus
fotografieren.

Der Vorteil eines Ballons ist auch, dass man stundenlang beobachten kann. Die Überlegungen zum Projekt STRATOSCOPE, wie man es nannte, stammten
von den beiden Princetoner Astronomen Martin Schwarzschild und
Lyman Spitzer. Schwarzschild übernahm das Ballonprojekt, Spitzer begann damals bereits mit anderen Plänen, die schließlich 15 Jahre
später im Forschungssatelliten KOPERNIKUS gipfeln sollten, einem
der ersten astronomischen Observatorien in einer Umlaufbahn. Ein aktuelles Weltraumteleskop ist nach zweiterem benannt.
Mitte der fünfziger Jahre flossen überall in der Welt die Mittel für
astronomische Programme nur spärlich, selbst in den USA. Trotzdem
gelang es Schwarzschild im September 1957 im US-Bundesstaat Minnesota, den ersten Ballon aufsteigen zu lassen. Er erreichte eine Höhe von
25 Kilometern. Die Gondel trug Geräte zur Fotografie der Sonnenoberfläche. Da die STRATOSCOPE-Flüge unbemannt waren, musste der
gesamte Ablauf der Beobachtung, wie das Ausrichten des Teleskops
nach der Sonne und die Belichtungszeit, im voraus programmiert werden.
Einmal gestartet, waren die Instrumente sich selbst überlassen.

Das ist in der Raumfahrt an sich bis heute Normalität. Sonden sind zu weit entfernt, als dass man sie in Echtzeit steuern könnte.
Schwarzschilds Team konnte nur noch vom Boden aus den Ballon mit
dem Feldstecher verfolgen,
ihm mit dem jeep nachfahren und hoffen,
dass die Instrumente, wo immer der Wind den Ballon auch blasen würde, die Landung
unbeschadet überstünden. Als im Oktober 1957 der sowjetische SPUTNIK pipsend um den
Erdball flog und die USA sich danach langsam von dem “Sputnik-Schock” erholten, flossen die Mittel für das Projekt STRATOSCOPE wieder reichlicher.
Mehr Gelder waren für das Projekt nötig, denn ein einfacher Ballonflug in der
notwendigen Höhe kostete damals an die 20000 US-Dollar, bei einem
aufwendigeren Flug musste man mit einer Million Dollar rechnen.
Wesentlich teurer jedoch als der Ballonflug war die Reparatur der
Geräte nach jeder Landung, die man nicht kontrollieren konnte.

Schwarzschild rüstete seinen Ballon mit einer Fernsehkamera aus,
deren Bilder zum Erdboden übertragen wurden. So konnte er am Fernsehschirm durch das Teleskop im Ballon zur Sonne blikken und die ferngesteuerten Apparate an Bord bedienen.

Ergebnisse der Stratoscope-Mission

Zum Team waren inzwischen mehrere Wissenschaftler gestoßen. Man beschränkte sich nicht nur auf das Studium der Granulation.
Robert Danielson (1931-1976) beobachtete Sonnenflecken, vor allem
die Penumbra,
john B. Rogerson untersuchte Erscheinungen am Sonnenrand.
Diese Sonden lieferten die bis dahin besten Bilder der Sonnengranulation. Zeigte janssens Fotografie Granulationselemente mit Durchmessern von 800 bis 1600 Kilometern, so bewiesen die STRATOSCOPE-Aufnahmen, dass es auch viel kleinere gibt. Man konnte sogar solche
mit Durchmessern von nur 160 Kilometern erkennen.
Man sah auch, dass die auf- und absteigenden Gasballen eine eckige Umrandung hatten. Das ist bei Blasen kochender Flüssigkeiten zumindest im Laborversuch auf erden auch so. Meist sind sie sechseckig.

Fazit

Die Beobachtungen vom Ballon aus waren eine ideale Vorübung für
die Arbeiten mit Raumsonden. Allerdings lernte man zur Zeit von
STRATOSCOPE 1 und 2gerade erst langsam, den Weltraum von Raketen aus zu untersuchen. Dabei erhielt man u. A. die ersten Bilder der Sonne im Röntgenlicht.
Die Röntgen-Sonne ist aber ein weiteres so spannendes Thema, dass ich mir diese für einen weiteren Beitrag aufhebe.

Pluto wird neunzig


Liebe Leserinnen und Leser,
Ein guter Freund machte mich darauf aufmerksam, dass Pluto am 18.02.1930 entdeckt worden war. Dabei stellte er mir die Frage, wieso er heute kein Planet mehr sein darf.
Zum Glück schrieb ich zu anderer Gelegenheit mal darüber, so dass ich Recyceln konnte.
Hier nun, wieso Pluto kein Planet mehr ist:

Die Entdeckung vor 90 Jahren

Pluto ist mit bloßem Auge nicht sichtbar. Man braucht ein gutes Teleskop, um ihn zu sehen. Entdeckt wurde er vor 90 Jahren aber ganz anders.
Der Deutschlandfunk widmete in seiner heutigen Sternzeit-folge sich der Entdeckung des Pluto.

Was wir noch in der Schule lernten

Ins Gerede ist die IAU im August 2006 gekommen, als sie auf ihrem Kongress in Prag den Entschluss fasste, dass Pluto künftig kein Planet mehr sein darf, sondern nur noch ein Zwergplanet ist.
Ach, wie mühsam haben wir noch in der Schule die Namen der neun Planeten uns eingepaukt. Eine große Hilfe hierbei war der Satz:
“Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten”.
Die Anfangsbuchstaben der Planetnamen entsprechen denen, der Wörter dieses Satzes:
“Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto”.
Und Pluto darf jetzt nicht mehr mitmachen? Dann wissen wir ja gar nicht mehr, was für neun Objekte unser Vater all sonntäglich erklärt.
Naja, jetzt musste man den Satz auf die verbleibenden acht Planeten reduzieren.
Er heißt nun:
“Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.”
Auch schön, denn dort gibt es noch deutlich mehr erklärenswertes, als nur unsere acht Planeten, von denen höchstens sechse, einschließlich der Erde  mit bloßem Auge zu sehen sind.

Wie es früher war

Eine berechtigte Frage in diesem Zusammenhang ist die, wie so denn plötzlich Zweifel hochkochen, was denn nun ein Planet sein soll, und was nicht.
Das hat sich doch schon seit den alten Griechen und noch davor nicht mehr geändert. Es kam halt lediglich immer mal wieder ein neuer Planet hinzu. Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn sind mit bloßem Auge sichtbar. Zu alter Zeit sowieso, als es noch keine Lichtverschmutzung gab. Für die Entdeckung des Uranus, der am 13. März 1781 von William Herschel und vermutlich mit Unterstützung seiner Schwester Lucrezia, entdeckt worden war, brauchte man schon ein starkes Spiegelteleskop. Sterne sind so weit weg, dass sie selbst im Teleskop zwar heller, aber letztlich doch nur als nadelstichartige Punkte zu sehen sind. Ein Planet hingegen präsentiert sich als Scheibchen, das über einige Beobachtungsnächte hinweg, seine Position am Sternenhimmel verändert. Außerdem bildet das Scheibchen keinen Schweif aus, so dass mit der Zeit ein Komet ausgeschlossen werden kann.
Planeten funkeln auch nicht.
Durch die Veränderung der Position stellte Herschel sehr bald fest, dass es sich hier um einen bis dato unsichtbaren Planeten handeln muss, der unsere Sonne umkreist.
Die beiden letzten Planeten, Neptun und damals noch Pluto, wurden nicht durch Sicht entdeckt. Sie verrieten sich, indem sie durch ihre Schwerkraft die anderen sichtbaren Planeten in ihren Bahnen leicht störten.
Heutzutage sind die Teleskope natürlich so stark, dass man auch diese beiden letzten  bei guten Bedingungen als Scheibchen wahrnehmen kann. Heutige Teleskope lösen sogar ferne Galaxien, Nebel und Sternhaufen in ihre einzelnen Sterne auf, und es gibt weitere Verfahren, mehr über ihre Beschaffenheit und Oberflächen zu erfahren.
Trotzdem. Wieso plötzlich diese Aufregung um den Planetenstatus des Pluto?

Wer ist jetzt Planet, und wer nicht

Außer Kometen, die plötzlich mit ihren prächtigen Schweifen scheinbar aus dem Nichts auftauchten, nahezu geradlinig durch die Sternbilder zogen und wieder verschwanden, gab es nichts weiter außer den Planeten mit ihren Monden in unserem Sonnensystem. Das änderte sich jedoch mit der Entwicklung immer stärkerer Messinstrumente. Da waren plötzlich unzählige Asteroiden zwischen Mars und Jupiter zu sehen. Diese bilden den Asteroidengürtel und stellen quasi die Schneegrenze in unserem Sonnensystem dar, weil es jenseits von ihnen eisige Planeten gibt, wobei weiter innen die Steinplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars ihre Bahnen um die Sonne ziehen. Und damit nicht genug. Es wurde auch ein weiterer Asteroidengürtel jenseits des Neptun entdeckt, der Kuiper-Gürtel, benannt nach dem Astronomen Gerard Peter Kuiper (1905–1973). Bei so vielen neu gefundenen Objekten, musste man sich ernsthaft überlegen, was denn nun ein Planet, was ein Zwergplanet und was schließlich nur einer unter vielen Asteroiden sein soll.
Auslöser für diese Diskussion war die Tatsache, dass man zunehmend Himmelskörper im oder am Rand unseres Sonnensystems fand, die Pluto durchaus ebenbürdig in Form und Größe sind. Da gibt es beispielsweise das Kuiper-Objekt Xena, das größer als Pluto ist.
Außerdem war Pluto sowieso etwas seltsam.
Da haben wir von innen nach außen vier Steinplaneten, Merkur, Venus, Erde und Mars. Dann kommen die vier Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Und jetzt kommt noch so ein Winzling, kleiner als unser Mond, bestehend aus Eis und Stein, der sich zudem noch auf einer sehr exzentrischen Bahn bewegt, dessen Bahn zudem noch gegen die Ekliptik ziemlich gekippt ist und der quasi auf seiner Bahn entlang rollt, weil seine Achse derart gegen  seine Umlaufbahn geneigt ist.
Und so traf sich 2006 im August die IAU zu ihrem Kongress in Prag, um diese Frage ein für allemal zu klären.

Die Entscheidungsfindung

Zunächst einmal wurde von einer ausgewählten Expertenrunde ein erster Entwurf zur Abstimmung vorgelegt. Doch der wurde sehr kritisiert.
Nach diesem Entwurf sind Planeten Himmelskörper, die folgendes erfüllen müssen:
1. so viel Masse haben, dass sie durch Eigengravitation in eine runde Form gezwungen wurden. Was leichter ist, hat eher eine Kartoffelform und ist auf jeden Fall nicht rund.
2. einen Stern umkreisen, ohne selbst Sterne oder Monde, also Trabanten anderer Planeten zu sein. Ohne Monde haben wir Merkur und Venus. Auf diese beiden trifft aber Teil eins der Definition zu. Sie sind schwer genug, um Rund zu sein.

Nach dieser Definition hätte Pluto seinen Status als Planet behalten, es wären aber noch zahlreiche andere Himmelskörper in Frage gekommen, zum Beispiel Ceres und Xena.  Es wäre äußerst unpraktisch, müssten wir vielleicht gar dutzende oder mehr Planetennamen auswendig lernen. Wie lang wäre dann die Eselsbrücke, der Merksatz?
Innerhalb der vollwertigen Planeten sollte in zwei Gruppen aufgeteilt werden: die klassischen Planeten von Merkur bis Uranus und die Zwergplaneten wie Pluto, Ceres oder Xena.
Für diesen Entwurf einer Definition, ließ sich keine Mehrheit finden.
Stattdessen einigte man sich auf folgende neue Definition von Planeten:
1. Diese Planetendefinition gilt nur für unser Sonnensystem.
Das ist schade, dass man nichts fand, was für alle Sternsysteme gelten könnte. Vielleicht wird das im Zuge der Neuentdeckung von Planeten, die um andere Sterne kreisen, nochmal irgendwann neu aufgerollt werden müssen.
Das ist halt Astro-Politik.
2. Ein Planet soll ab jetzt nur noch ein Körper sein, dessen Masse der Gesamtmasse aller anderen Körper in seinem Bahnbereich übertrifft. Will sagen, der auf seiner Bahn zumindest einigermaßen aufgeräumt hat.
Gerade letzteres trifft auf den Pluto nicht zu. Er bewegt sich im Kuiper-Gürtel mit zahlreichen anderen Himmelskörpern.
In unserem Sonnensystem gibt es also nur noch die acht klassischen Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, sowie Zwergplaneten, Monde und Kleinkörper. Pluto, Ceres und Himmelsobjekt Xena sind Zwergplaneten und damit keine Planeten.
Als Kleinkörper gelten Asteroiden, Kometen und andere Objekte geringer Größe, die keine Monde sind und die Sonne umkreisen.
Bis heute entfacht die Diskussion um diese Definition immer mal wieder. Die Degradierung Plutos zum Zwergplaneten dürfte vor allem die Amerikaner tief getroffen haben, denn Pluto war der einzige Planet, der von einem Amerikaner entdeckt worden war.
Es standen noch andere Definitionen zur Auswahl, die bis heute immer mal wieder in Erwägung gezogen werden.

Fazit

Ich denke, es ist schade, dass Pluto nicht mehr dabei sein kann, aber die Zeiten ändern sich und durch die verbesserten Instrumente auch die Grundvoraussetzungen, die eventuell alte lieb gewonnene Definitionen in Frage stellen.
Wie oft wurde, was für uns viel folgenschwerer war, der Mensch von seinem Platz im Universum vertrieben.
Vom Mittelpunkt des Sonnensystems an den Rand, Dann war unsere Sonne nur noch ein Stern unter vielen, Wir waren kein Mittelpunkt im Universum mehr, und fristen unser Dasein am Rand einer Galaxie unter milliarden anderer.
Im Zusammenhang der Mission New Horizons schrieb ich einen weiteren Artikel darüber, wie spannend unser Zwergplanet ist.

Die Herkunft des Goldes auf Erden


Die Herkunft des Goldes

Seid weihnachtlich gegrüßt,

Einleitung

Weihnachtszeit bedeutet Lichtertzeit.
Da gibt es Goldengel,
in goldenes Stanniol eingepackte Schokoladentaler,
goldenes Lametta,
Goldstaub,
goldene Sterne und vieles goldene mehr.
Nicht zuletzt beschenkt man sich gerne auch mal zu Weihnachten mit Goldschmuck.
Gold steht für Glanz, für Licht, für Reinheit und für hohen Wert.
Letzteres deshalb, weil Gold so selten hier auf Erden ist. Es macht viel Mühe, es zu finden und aus der Erde zu holen.
Astro-Geologisch betrachtet, gehört das Gold eigentlich gar nicht hier auf die Erde, und dennoch haben wir, wenn auch nicht viel, genug davon, um uns daran zu erfreuen.
Zumindest gehört es deshalb nicht hier her, weil es definitiv nicht in unserem Sonnensystem entstanden ist, was wir noch sehen werden.
Aber alles der Reihe nach.

Der Anfang

Kurz nach dem Urknall, als das Universum entstand, gab es im Wesentlichen nur das Element Wasserstoff, einen kleinen Anteil Helium und etwas Lithium.
Das dem so war, verrät uns das Sternenlicht sehr alter und zumindest teilweise bereits längst vergangener Sterne und gute Simulationen am Computer.

Da das Universum am Anfang noch deutlich kleiner war, als heute, standen die Sterne viel näher beieinander. Außerdem bildeten sich aus diesem Wasserstoff und Helium oft sehr große Sterne, die das zehnfache oder hundertfache unserer Sonne wiegen.
Somit waren die ersten Sterne aus der ersten Generation, die Astronomen nennen sie die dritte, sehr rein und bestanden fast nur aus reinem Wasserstoff, den sie langsam in ihren Kernen zu Helium verschmolzen.

So rechnen die Astronomen von der Gegenwart in die Vergangenheit und summieren die Generationen auf. Aus der Sicht des Universums und seines Lebens, ist die dritte Generation die älteste und erste, und die erste ist die neueste und jüngste im Jetzt.
Welcher Generation ein Stern angehört,
das verrät uns sein Licht. Älteres Licht als das, der Sterne der vom Universum aus gesehenen, aber aus unserer Sicht gesehenen dritten oder ersten Generation, gibt es quasi im Universum nicht.

was unser Sonnenfeuer schürt

Die Kernverschmelzung von Wasserstoff zu Helium, ist der Prozess, aus welchem wir unsere Sonnenwärme, ihr Licht etc. empfangen.
Vier Wasserstoff-Atome bestehend aus jeweils einem Proton im Kern und einem das Proton “umkreisenden” Elektron werden zu einem Helium-Aton mit zwei Protonen und zwei Neutronen im Kern, und zwei Elektronen, die diesen “umkreisen” verschmolzen.
Das Helium-Atom wiegt etwas weniger, als vier Wasserstoffatome,
Diese kleine Massendifferenz wird als Energie in Form von Neutrinos und dem, was wir letztlich als Sonnenwärme empfangen, davon getragen.
Alle Sterne funktionieren in derselben Weise.
Deshalb ist für Astronomen häufig der Rest der Chemie gar nicht so wichtig. Sie sagen, es gibt Wasserstoff und Helium, und der Rest ist Metall. Ein Astronom soll einmal gesagt haben, dass ein Stern einfacher funktioniere, als eine Eintagsfliege. Damit hat er vermutlich sogar recht.
Das ist aber genau die Genialität des Aufbaus und der Funktion von Sternen. Wären sie komplizierter, könnten sie nicht Milliarden von Jahren alt werden…
Wir gehen aber hier einen Schritt weiter, und spüren am Beispiel der Goldsuche dem Rest der Chemie nach, die letztlich unser Leben auf Erden ermöglichte.

Viel Brennstoff und nur ein kurzes Leben

Den ersten alten Riesigen Wasserstoff-Gasbällen der für Astronomen der dritten Generation angehörenden Riesensterne, war kein langes Leben beschieden. Desto größer ein Stern ist, desto schneller verbraucht er seinen Wasserstoff-Vorrat, weil er durch seine enorme Masse die Atome in seinem Inneren näher zueinander bringt, so dass es öfter passiert, dass welche miteinander zu schwereren Elementen verschmelzen können.
Wie er allerdings endet, hängt ganz davon ab, wie schwer er war.
Das hat jetzt aber nichts damit zu tun, wie die Menschheit mit Übergewicht und den damit verbundenen Risiken zu kämpfen hat.

Als unsere Sonne vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren ihren Wasserstoff “zündete”, in Anführungszeichen, weil es sich hierbei um kein Feuer handelt, sondern um eine Kernfusion, waren die riesigen Wasserstoff-Sterne schon vergangen und haben ihre Asche, die chemischen Elemente ins Weltall geblasen.
Jedes chemische Element, das eine Vorläufer-Gaswolke, die ein Kandidat für einen Stern sein könnte, eingefangen hat, und das nun in ihm enthalten ist, verrät sich durch sein ganz charakteristisches Licht, sobald er seine Lampe, die Kernfusion in seinem Inneren, eingeschaltet hat. Somit hat jeder Stern, zumindest derselben Generation oder Entstehungsortes, einen quasi eigenen Fingerabdruck, denn Sterne entstehen oft gemeinsam in Gebieten mit den selben chemischen Eigenschaften.
Viele dürften noch aus der Schule wissen, dass verschiedene chemische Elemente Flammen unterschiedlich färben. Deshalb sind Feuerwerke so bunt und schön.

Die Elemente entstehen so:

Hat nun beispielsweise ein Stern, der Masse unserer Sonne etwa nach 10 Miliarden Jahren ihren Wasserstoff zu Helium verbacken, dann setzen andere Kernverschmelzungen in diesem Backofen ein.
Hier entsteht dann beispielsweise der Kohlenstoff(C12), der Sauerstoff(O16), Stickstoff(N14), Phosphor und weitere Elemente, die für uns lebensnotwendig sind.
In einem Stern, der mit unserer Sonne vergleichbar ist, kann aber kein schwereres Element, als Eisen entstehen, weil man Energie zuführen müsste, um schwerere Elemente, wie Blei, Wissmut und auch Gold zu erzeugen. Bisher hatten wir immer Glück. Aus Wasserstoff wird Helium und Energie. Daraus wird dann bis zum Eisen hin immer etwas und dazu noch Energie. Ab Eisen wirds dann nicht mehr kostenlos. Will man mehr, muss man Energie hinzu fügen, um schwereres zu bekommen. Die hat unsere Sonne nicht und kann sie sich auch nirgendwo pumpen.

Woher kommt dann das viel schwerere Gold? Wer spendete die Energie dafür?

Dazu müssen wir die alten Riesensterne betrachten, die zwar schon längst vergangen sind, aber deren Licht Milliarden Von Jahren uns von ihrer ehemaligen Existenz kündet.

Ein Riesenstern beendet sein Leben deutlich fulminanter, als es unsere kleine Sonne tun wird. Hat so ein Monster seinen Wasserstoff je nach Größe schon nach einigen Millionen von Jahren verbraten, dann endet er in einer riesigen Explosion, einer Nova oder Supernova. Es gibt verschiedene Szenarien und Typen von Novae, die hier jetzt nicht näher behandelt werden können.
Unsere Sonne ist klüger und geht ob ihres wenigeren Gewichtes gewissenhafter mit ihrem Wasserstoff-Brennstoff um. Sie wird noch mindestens fünf Milliarden Jahre für uns leuchten. Stimmt zeitlich zwar, aber, naja… Ein andermal davon.

Also bei Novae-Explosionen wird so viel Energie frei, dass auch schwerere Elemente über das Eisen hinaus entstehen können.
Es ist allerdings fraglich, ob wirklich alle Elemente so gebacken werden, ob die hier frei werdende Energie dafür ausreicht. Vermutlich nicht. Es sollte also noch einen anderen Mechanismus mit mehr frei werdender Energie geben, der dann das Periodensystem noch mit den schweren fehlenden Elementen, wie Gold anfüllt.
Stets werden alle Elemente, egal wo sie entstehen, mit den Explosionen und somit dem Tot von großen Sternen in den Weltraum verteilt. Das bedeutet, dass die Gaswolken der nächsten Sterngeneration, die zunächst nur aus Helium und Wasserstoff bestanden, nun leicht mit dem Staub, der Asche, der anderen toten Sterne, der schwereren chemischen Elemente, “verunreinigt” wurden.
Jüngere Sterne sind quasi “schmutzig”, auch unsere Sonne trägt quasi ein Erbe ihrer Vorfahren, das wir heute in unseren Spektrometer an deren Licht erkennen können.
Dazu sei noch angemerkt, dass sich niemals aller Wasserstoff zu schwereren Elementen verbinden wird. Es blieb bisher immer genügend übrig, um die zweite und die dritte Generation zu zünden.

Jezt sag uns doch endlich, Du geschwätziger Astronom, wo es her kommt!!!

Die Steinplaneten, wie Merkur, Venus, Erde und Mars enthalten nun alle Elemente, also auch Gold.
Auch unsere Sonne hat etwas Gold mit bekommen. Man hat es inzwischen in ihrem Licht nachgewiesen. Im Verhältnis zu Wasserstoff und Helium ist das wirklich nur in Spuren dort enthalten, aber würde man das Gold der Sonne auf die Erde bringen, dann purzelten die Goldpreise ins Bodenlose und wir würden unsere Pausenbrote vielleicht in Goldfolie verpacken…

Seit vielleicht zwei Jahren ist uns noch eine andere Weihnachtsbäckerei bekannt, in welcher vermutlich noch viel effektiver Gold, Platin und andere wertvolle schwere Elemente gebacken werden.

Sehr häufig entstehen Sterne, welcher Größe auch immer, nicht alleine, sondern in Paaren.
Unsere Sonne ist alleine. Es gibt durchaus die Vermutung, dass sie ihre Schwester verloren hat. Man sucht tatsächlich nach Sternen, die den gleichen chemischen Fingerabdruck haben, wie unsere Sonne.
Ist nun ein ausgebrannter Sternrest nach seiner Nova noch etwa das anderthalb fache bis zu etwa dem vier fachen der Sonne schwer, endet er nicht wie sie, als weißer Zwerg, der dann langsam auskühlt und verblasst.
Ein Szenario, wie so ein schwerer Stern enden kann, ist ein Neutronenstern. Er ist so dicht, dass die Elektronen der Atome in die Protonen der Kerne gedrückt werden.
Er besteht nun aus entarteter Materie, die es auf Erden nicht gibt.
Dieser Sternenrest hat vielleicht einen Durchmesser von 30 – 40 Kilometern und ist das anderthalb bis das dreifache unserer Sonne schwer, die einen Durchmesser von 1,4 Mio Kilometer besitzt.
Nur am Rande: Noch schwerere Sternreste enden als schwarze Löcher.
Die Neutronensterne sind als Pulsare so interessante Objekte, dass wir uns ihnen unbedingt mal in einem extra Beitrag widmen müssen.
Ich sagte schon, dass Sterne oft zu zweit vorkommen.Somit kann es natürlich auch sein, dass beide, wenn sie ähnlich schwer sind, ihr Leben als Neutronensterne beenden.

Kreisen nun zwei Neutronensterne umeinander, so verliert das System langsam Energie, die in Form von Gravitationswellen davon getragen wird. Diese Wellen sind sehr schwach, aber man kann sie mittlerweile mit riesigen Detektoren messen.
Albert Einstein, der sie postulierte, hätte seine Freude daran, denn er dachte nicht im Traum daran, dass wir sie einst nachweisen können werden.
Über den Nachweis von Gravitationswellen schrieb ich vor einigen Artikeln.

Es ist nun gelungen, die Gravitationswellen eines Zusammenstoßes zweier Neutronensterne zu messen und gleichzeitig mit optischen Teleskopen in diese richtung zu schauen.
Dort fand man, im Lichte des Crashs, , dass diese Bäckerei noch viel effektiver alle chemischen Elemente backen kann, als irgendwelche Novae, seien sie auch noch so heftig.

Die hier frei werdende Energie reicht aus, alle Bausteine des Lebens und des Universums zu erzeugen.
Aus so einem Inferno, wo zwei Neutronensterne zusammenkrachen, entstehen ungefähr drei Erdmassen reinen Goldes. Das scheint viel, ist es aber nicht. Bedenken wir, dass jeder am Crash beteiligter Neutronensterne deutlich mehr, als unsere Sonne wiegt. Und bedenken wir dann auch, dass es sich hier nicht um einen Goldklumpen handelt, der jetzt am Stück durch das Weltall vagabundiert, sondern um Gold-Ionen, oder ganz feinen Goldstaub, der in alle Richtungen kugelförmig um die Unfallstelle herum fast mit Lichtgeschwindigkeit ins All geblasen wird. Nimmt man jetzt noch die riesigen Entfernungen von vielleicht Milliarden Lichtjahren zu uns an, dann dürften die Erwartungen von Spekulanten, Börsenmäklern und Schmuckherstellern bald schwinden, dass wir auf einen “Goldregen” hoffen dürfen. Wie oben schon angedeutet, wäre das Gold schließlich wertlos, wenn es plötzlich in rauen Mengen verfügbar wäre.

Es scheint nun so zu sein, dass der Teil vieler schwerer chemischen Elemente in Zusammenstößen zweier Neutronensternen entsteht, und der Rest durch Supernova-Explosionen.
Es gibt keine unentdeckten chemischen Elemente mehr. Das Periodensystem ist lückenlos voll.
Alles, was jetzt momentan noch künstlich gebacken wird, zerfällt gleich wieder.
Es kann aber sein, dass man sich künstlich in der Element-Bäckerei einem Punkt annähert, den das Universum nicht erreicht, wo nochmal stabile künstliche Elemente entstehen könnten. Man wird sehen und erleben, ob es uns nützt.

Fazit

Gold ist so selten, weil wir alle Kinder des Feuers sind.

Damit Leben hier auf Erden chemisch überhaupt möglich wurde, dafür mussten bereits einige Sterne der ersten Generation ihr Leben lassen, um das Universum mit ihrer Asche, den chemischen Elementen, zu füllen. Denken wir immer daran, wenn wir uns an Gold erfreuen, das Leben den Tot bringt und umgekehrt.
Ist das nicht auch ein Paradox unserer Christenheit?

Gold könnte vom Anfang des Universums stammen.

Es ist sehr alt, und hat einen weiten Weg bis zu uns hinter sich.

Die sicherste Methode es vor Raub zu schützen ist, es einfach in einem Stern zu verstecken, wie es unsere Sonne tut. Ihr Licht bringt uns die Botschaft: “Ätsch, schaut mal. Ich hab viel davon, aber hole es Dir doch, wenn Du kannst…”

Wieso Gold golden glänzt, liegt an seinem einzigartigen Atomaufbau, der ebenfalls eine ganz seltene Eigenschaft des Goldes ist.

Die Geschichte der Herkunft des Goldes ließe sich sicher auch noch für andere Elemente ganz ähnlich erzählen, die ebenfalls nur im Crash zweier Neutronensterne entstehen können. Und seine Seltenheit im Universum erklärt sich mit dieser Tatsache auch. So, und nur so, kann es entstehen. Die leichteren Elemente, wie Kohlenstoff, Stickstoff etc. entstehen im Laufe des Lebens eines Sternes vermutlich in allen, also viel häufiger.

So, das war jetzt meine Gold-Geschichte. Über Kommentare etc. freut sich, wie immer
Ihr und euer Blindnerd Gerhard.
Ich wünsche Ihnen und euch eine schöne und geruhsame Vorweihnachtszeit.

Mein Merkurtransit im Nachgang


Liebe Leserinnen und Leser,

Am Montag, 11.11.2019 hatten wir einen Merkurtransit.
Die sind zwar nicht so selten, wie z. B. die Rückkehr des Halleyschen Kometen, aber würdigen sollte man Transits dennoch, denn sie trugen in vielfältiger Weise viel zum Verständnis des Universums bei.
So konnte der Abstand Sonne-Erde im Jahre 1639 während eines Venustransits, der von Verschiedenen Punkten aus beobachtet wurde, erheblich genauer bestimmt werden.

Merkurtransit bedeutet, dass der Merkur, unser kleinster und innerste Planet über die Sonnenscheibe zieht. Alle Planeten, die weiter innen als die Erde sind, also Merkur und Venus, ziehen aus unserer Erdsicht dann und wann über die Sonnenscheibe, überholen die Erde auf ihren Innenbahnen und machen so einen Transit. Besonders bei der Venus, die mal als Morgenstern, dann gar nicht und schließlich am anderen Horizont als Abendstern erscheint, ist das offensichtlich. Sie ist so groß und uns so nahe, dass wir bei ihr Phasen, ähnlich des Mondes beobachten können, denn sie wird in ihrem Jahreslauf auch unterschiedlich aus Erdsicht von der Sonne beleuchtet.

Beim Merkur ist die Beobachtung eines Transits sehr schwierig, weil er so klein ist, und weil die helle Sonne alles überstrahlt. Aus diesem Grund sehen wir ja auch unseren Mond bei Neumond nicht.
Er ist schwer zu erkennen, und ohne besonderes Teleskop mit Sonnenfilter sollte man niemals in die Sonne schauen, wenn man verhindern möchte, dass man der oder demjenigen den Rest dieses Artikels vorlesen muss…
Kopernikus soll auf seinem Sterbebett bedauert haben, seiner Lebzeit den Merkur nie gesehen zu haben.

Wenn überhaupt, dann ist Merkur nur morgens oder abends in der Nähe der Sonne zu sehen. Und dann natürlich deutlich kürzer und lichtschwächer, als unsere in ihre weißen Wolken gehüllte und viel größere Venus.
Aber auch das Venus-Scheibchen reicht nicht für eine Finsternis aus.

Merkur umrundet in 88 Tagen die Sonne. Dabei überholt er die Erde regelmäßig
und läuft uns quasi durch unser Sonnenbild.
Wieso es so selten Merkurtransits gibt, liegt daran, dass seine Bahn gegenüber der Ekliptik um 7 Grad gekippt ist. Nur an den Knoten, den Schnittpunkten von Ekliptik und Merkurbahn, kann es einen Transit geben. Klingelt es da nicht bei jemandem? Ja, genau. Das sind ganz ähnliche Voraussetzungen, die zu einer Sonnenfinsternis zwischen Ekliptik und Mondbahn herrschen müssen, damit es bei Neumond zu einer Finsternis kommen kann. So ein Merkurtransit ist in der Tat eine mini Sonnenfinsternis.
Er ist leider zu klein, um mit seinem Scheibchen die ganze Sonnenscheibe abdecken zu können. Leider reicht es nicht mal für eine gut sichtbare ringförmige Finsternis. Das Löchlein, das sein Schatten in die Sonnenscheibe “bohrt”,
ist einfach zu klein, um mit bloßem auge gesehen werden zu können.

Von der Erde aus gesehen stehen die Merkurbahnknoten am 9. Mai und am 11. November vor der Sonne, und so finden Merkurtransits stets um diese Termine herum statt. Da die Merkurbahn stark elliptisch ist, treten Transits im November häufiger auf als im Mai. Der letzte ereignete sich am 9. Mai 2016 , der nächste wird erst wieder am 11. November 2032 stattfinden.

Da Merkur keine Atmosphäre hat, ist er mit Teleskop und geschütztem Auge klar und scharf als Punkt zu erkennen, der über die Sonnenscheibe wandert.

Bei Venustransits entstehen durch den Schatten der Atmosphäre tropfenförmige perspektivisch bedingte Effekte.
Das ganze Spektakel dauert schon einige zeit.

Nur mal am Rande bemerkt: Viele gefundene Exo-Planeten wurden und werden bis heute dadurch entdeckt, dass sie vor ihren Muttersternen vorbei ziehen, deren licht vorübergehend etwas verdunkeln und einen Transit vollführen.

In diesem Jahr konnte ich den Merkurtransit nicht verfolgen, weil ich im Zug nach Dresden saß, das Wetter schlecht war und das Internet im Zug, naja, lassen wir das…
Auch für sehende wäre sowieso nix zu sehen gewesen und nur mit Finsternisbrille ohne Teleskop wohl auch nicht.
Und nochmal. Niemals ohne Finsternisbrille oder Sonnenfilter in die Sonne schauen und durch ein Teleskop oder Fernglas schon gar nicht.
Galileo erblindete vermutlich im alter deshalb und es ist ein absolutes Wunder, dass Vater Pfarrer Fabricius mit sohn bei der Beobachtung von Sonnenflecken nicht erblindeten. Sie müssen wahrlich ein sehr lichtschwaches Instrument benutzt haben.

Ich könnte mir vorstellen, dass der Transit bei Sonnenschein vielleicht ganz ordentlich auf einem weißen Schirm auf den man mit einem Fernglas die Sonnenscheibe projezierte, beobachtbar war. Vielleicht hat ja jemand so etwas gemacht und kann in den Kommentaren darüber berichten. Ich denke halt, wenn sich diese Methode zur Beobachtung von Sonnenflecken eignet, dann hierfür doch vielleicht auch.

Es gab im Mai 2016 schon mal einen Merkurtransit. Den habe ich akustisch auf meine Art beobachten können.
Ich habe das Ereignis damals mit Universe to Go, der Astrobrille, von der ich hier schon mehrfach berichtete, verfolgen können.

Diese Brille arbeitet mit Augmented Reality. Für Sehende Himmelsbeobachter werden passend zur Blickrichtung Zusatzinformationen und Sternkonstellationen eingespielt, so dass man sich am Himmel besser zurecht finden kann.

Für Blinde werden die Himmelsobjekte akustisch angesagt. Es gibt sogar einen Suchmodus, der einen per Richtungsangaben zum gewünschten Objekt führt, wenn es denn sichtbar ist.

Und so habe ich beobachtet:
Zunächst suchte ich im Planeten-Suchmodus die Sonne. Die hätte ich auch so gefunden, aber ich wollte es vollständig mit U2G machen.
Das funktionierte prima, denn sie ist so groß und auch so nah.

Im nächsten Schritt drehte ich mich wieder aus der Sonne und stellte die Suche auf den Merkur ein.
Und siehe da. Als ich ihn fand, knallte mir die Sonne voll ins Gesicht.
Natürlich wusste ich das, dass dem so sein würde, aber es mit einem Instrument nach zu empfinden und zu erleben, ist etwas anderes, als es einfach nur zu wissen.
Ich wiederholte den Versuch zu Beginn gegen 14:00 Uhr, zur Mitte, gegen etwa 17:30 und zum Ende gegen 20:15 Uhr.
Mein Ziel war, die Wanderung des Merkur über die Sonnenscheibe zu erleben.
Ich bilde mir ein, den Unterschied von einem zum anderen Rand, erlebt zu haben, bin mir aber wirklich nicht sicher.
Die Erde hat sich ja auch beträchtlich in der zwischenzeit gedreht, Das habe ich natürlich in Richtung und Winkel zur Ekliptik durchaus mit U2G erlebt.
Die Wanderung des Merkurs kann ich aber wirklich aus rein wissenschaftlicher Sicht nicht ganz sicher belegen, aber gefühlt ist gefühlt und das ist auch OK so.

Hätte mich im Jahr 2015, als ich den Entwickler von U2G kennen lernte, jemand gefragt, ob ich mir vorstellen kann, dass eine Astro-App je für Blinde zugänglich sein würde, hätte ich das sicher verneint.

Ich habe es quasi verneint, als Martin mich auf einem Vortrag, den ich in Hannover hielt fragte, ob ich es mir vorstellen könne, dass wir so eine Art Audioguide für blinde Menschen entwickeln könnten. Ich sagte ungefähr, dass ich es nicht glaube und mir nicht vorstellen kann. Aus diesen Grunde sollten wir es probieren.
Und jetzt ist es so, dass es funktioniert.
Ich habe gleichberechtigt mein Instrument und kann teilhaben.
Einfach großartig, wie inklusiv so ein bissel Technik und Software sind.

Saturn und seine Mission


Seid herzlich gegrüßt,

Und wer sich jetzt wundert, wieso der Blindnerd mit dieser alten längst beendeten Cassini-Huygens-Mission daher kommt, der oder sie hat natürlich Recht.
Beim Stöbern in alten Mails habe ich den Text aus der Zeit vor dem Blog gefunden.
Die Mission und mein Text dazu ist mir zu wertvoll, als dass er eventuell verloren geht, und außerdem möchte ich ihn gerne auch hier auf dem Blog teilen.

Viele können sich noch erinnern, dass am 15.09.2017 die Mission Cassini-Huygens final beendet wurde, indem diese kontrolliert in den Saturn stürzte und in dessen Atmosphäre dann verglühte.
Da kommt mir so ne Frage. Hat ein Gasplanet überhaupt ne Atmosphäre in dem sinne, wenn er doch, bis auf einen kleinen Kern selbst aus Gas besteht?
Ja, und diese Frage hat mir damals mein Freund, der @modellansatz, beantwortet, der schon in der Vorgänger-Mailingliste vor dem Blog mit gelesen hatte.
Er schrieb:
die angegebene “Größe” von Gasplaneten bzw. die Bezeichnung der Höhe 0 bezieht sich auf die Höhe, wo das Gas einen Druck von etwa 1bar hat.
Wiki sagt dazu: “Das Fehlen einer sichtbaren, festen Oberfläche macht es zunächst schwierig, die Radien bzw. Durchmesser von Gasplaneten anzugeben. Wegen der nach innen kontinuierlich zunehmenden Dichte kann man aber jene Höhe berechnen, in der der Gasdruck gerade so hoch ist wie der Luftdruck, der an der Erdoberfläche herrscht (auf Meeresniveau 1 atm oder 1013 mbar).”
Ob Gasplaneten einen festen bzw. flüssigen Kern haben ist unklar, da ab sehr hohen Drücken die Aggregatzustände wegen Superkritikalität nicht mehr unterscheidbar sind.
Sind Druck und Temperatur hoch genug, wird irgendwann der sogenannte kritische Punkt überschritten. Der Unterschied zwischen “flüssig” und “gasförmig” hört dann auf zu existieren und man nennt diesen Zustand dann “superkritisch”. Bei Jupiter (und anderen Gasplaneten) ist genau das der Fall: Weiter außen, wo Temperatur und Druck noch niedrig sind, ist der Wasserstoff noch gasförmig. Da aber weiter innen der kritische Punkt überschritten wird, gehen auch die gasförmige und die flüssige Phase kontinuierlich ineinander über und es gibt keine klar definierte Grenzfläche”

Wie auch immer.
Diese Mission war so erfolgreich, dass man sie würdigen sollte. Von der Planung, zum Start, über die Ankunft am Saturn, der Durchführung der Mission bis zum Ende sind um 30 Jahre vergangen. Somit hängen Lebenswerke vieler Wissenschaftlergenerationen und Experten dran.

Noch nie konnte ich an einer Mission derart partizipieren, wie bei Cassini-Huygens. Grund dafür ist einfach, dass es Podcasts dazu gab. Damit kann man derlei erleben, mitfiebern und naja, auch etwas mit traurig sein, wenn es dann zuende geht. Es ist nicht zu ermessen, wie wertvoll das Medium Podcast für mich als Zugang zu Bildung und Wissenschaft, mit den Jahren geworden ist.

Ich werde die Mission kurz einführen und dann habe ich einiges Audio- Video- und Textmaterial zusammengestellt. Das kann dann jeder nach bedarf lesen, hören und vertiefen.

Und es geht los:

Einführung

Cassini-Huygens ist der Name einer Mission zweier Raumsonden zur Erforschung des Planeten Saturn und seiner Monde. Bei Cassini handelt es sich um einen Orbiter, der im Auftrag der NASA vom Jet Propulsion Laboratory gebaut wurde, um den Saturn, seine Ringe und Monde von einer Umlaufbahn um den Planeten aus zu untersuchen. Huygens (konstruiert von Aérospatiale im Auftrag der ESA) wurde als Lander konzipiert, um von Cassini abgekoppelt auf dem Mond Titan zu landen und diesen mittels direkter Messungen in der Atmosphäre und auf der Oberfläche zu erforschen, was aufgrund der dichten und schwer zu durchdringenden Atmosphäre des Mondes nicht von einer Umlaufbahn aus möglich ist. An der Mission ist auch die italienische Raumfahrtagentur ASI beteiligt.
Die beiden aneinander gekoppelten Sonden wurden am 15. Oktober 1997 vom Launch Complex 40 auf Cape Canaveral mit einer Titan-IVB-Rakete gestartet. Am 1. Juli 2004 schwenkte Cassini in die Umlaufbahn um den Saturn ein, und am 14. Januar 2005 landete Huygens drei Wochen nach der Trennung von Cassini auf Titan und sandte 72 Minuten lang Daten, die das Verständnis über den Mond deutlich verbesserten.
Auch der Cassini-Orbiter hat mit seiner umfangreichen Ausstattung an wissenschaftlichen Instrumenten viele neue, teils revolutionäre Erkenntnisse in Bezug auf Saturn und seine Monde geliefert. Die Mission wurde daher mehrfach verlängert,
Nun ist das Ende aber unausweichlich. Der Treibstofftank ist nahezu leer, so dass der Treibstoff nur noch für das letzte finale Manöver reicht…

Namensgebung

Zur Namensgebung sagt Wiki:
Giovanni Domenico Cassini (* 8. Juni 1625 in Perinaldo, Grafschaft Nizza, Herzogtum Savoyen; † 14. September 1712 in Paris) war ein italienischer Astronom und Mathematiker, der in Bologna Ansehen erwarb, 1669 an an die Académie Royale des Sciences in Paris berufen wurde, 1673 die französische Staatsbürgerschaft annahm und seitdem meist Jean-Dominique Cassini genannt wurde. Er wurde zum Begründer einer Dynastie von Astronomen, die bis zur Französischen Revolution die Direktoren des Pariser Observatoriums stellten, weshalb er auch mit Cassini I bezeichnet wird.
Er ermittelte u. A. die Neigung der Erdbahn, bestimmte die Eigendrehung des Jupiter anhand des sog. Roten Flecks und bestimmte den Durchmesser der Sonne.
Ruhm erlangte er auch durch die erstellung sehr genauer Ephemeriden, die für die Geodäsie und die Seefahrt unverzichtbar waren.
Es ist aufregend über ihn zu lesen, denn er forschte im widersprüchlichen Spannungsfeld zwischen dem heliozentrischen – und dem geozentrischen Weltbild.
Christian Huygens, auch Christianus Hugenius, war ein niederländischer Astronom, Mathematiker und Physiker. Huygens gilt, obwohl er sich niemals der noch zu seinen Lebzeiten entwickelten Infinitesimalrechnung bediente, als einer der führenden Mathematiker und Physiker des 17. Jahrhunderts. Er ist der Begründer der Wellentheorie des Lichts, formulierte in seinen Untersuchungen zum elastischen Stoß ein Relativitätsprinzip und konstruierte die ersten Pendeluhren. Mit von ihm verbesserten Teleskopen gelangen ihm wichtige astronomische Entdeckungen.

Das soll es als Einführung auch von mir gewesen sein. In der kleinen Linksammlung kommen u. A. Experten zu Wort, die die Mission, ihren Verlauf und die Hintergründe viel besser erklären können, als ich. Ich führe jeden Link kurz ein, damit man weiß, worum es geht und, was vor allem Screenreader-Nutzer erwartet, wenn man darauf klickt.

Macht euch darauf gefasst, dass die Audio-Podcasts etwas länglich sein können. Erfahrene Podcasthörer wissen, dass es vor allem bei Wissenschaft-Podcasts noch länger gehen kann. Ich höre die Dinger meist mit doppelter Geschwindigkeit.
Haltet durch. Es lohnt sich und öffnet für diejenigen, die das noch nie gemacht haben, eine ganz neue Welt.

Podcasts und mehr

Das DLR gab gemeinsam mit der ESA einen deutschsprachigen Podcast zu Astronomie und Raumfahrt heraus. In Folge 30 dieses Podcasts (“Raumzeit” von Tim Pritloge) wird über diese Mission ausführlich gesprochen. Im Rahmen dieser Folge wird auch das Geräusch abgespielt, das der Lander Huygens erzeugt, als er durch die dicke Atmosphäre des Saturnmondes Titan absteigt. Er hatte ein Mikrofon an Bord, weil man sich erhoffte, eventuell Gewittertätigkeit zu hören. Dieser Fahrtwind ist definitiv ein Wind, der nicht von der Erde kommt. Es klingt so unwirklich und verblüffend. Dieses Geräusch ist eines der wertvollsten Weltraumgeräusche in meiner Sammlung. Oft wird der Saturnmond Titan mit der Erde verglichen. Die Rolle des Wassers übernimmt dort flüssiges Methan. Es gibt Flüsse, Seen und auch sonst so einiges, das auf der Erde durch fließendes Wasser entstand. Für Leben ist es aber leider zu kalt auf Titan.
Der Podcast wird gemeinsam mit dem Planetarium Zeiss Jena fortgeführt.Hier nun der Sound dieses ganz erstaunlichen Fahrtwindes. Er wird mit einer Engl. Erklärung eingeführt. Am Anfang ist eine relativ lange Pause, also nicht wundern, wenn es nicht gleich startet.

Fahrtwid Titan

Und hier folgt Folge 30 von Raumzeit.
RZ30 Cassini-Huygens

Folge 32 dieses Podcasts beschäftigt sich dann allgemein mit dem Saturnsystem.
Rz32 Das Saturnsystem

Mehrfach musste Cassini durch das Ringsystem des Saturn fliegen. Die Ringe des Saturn sind nicht geschlossen. Es gibt Lücken in die man fliegen kann, wenn man sie trifft. Eine ist nach Cassini benannt.
Außerdem gibt es zwischen den Ringen zonen, in denen fast keine Ringteilchen zu finden sind. Man dachte, es wären mehr Teilchen dort anzutreffen. Ein Glück, dass nicht, denn ansonsten hätten die Cassini zerstören können.
Um die Sonde zu schützen, flog man mit der Antenne voran durch die Ringe. die Teilchen, die auf die Antenne, die auch als Schutzschild ausgelegt war, treffen, kann man hier hören. Man hört hauptsächlich das Rauschen des Instruments. Die wenigen Teilchen, machen sich durch ein Knack-Geräusch im Sound bemerkbar. Man muss sich schon etwas rein hören.
Ein Geräusch, das von so weit her kommt, darf sich auch erlauben, schwer hörbar zu sein.
Und so klingt es.

Und

Hier
noch eine lesenswerte Erklärung des Sounds in Englischer Sprache.

Die Zeitschrift “Abenteuer Astronomie” verteilte auf Twitter einen Link zu einem Fahrplan der letzten Stunden.
Zum Fahrplan

Ach, dafällt mir noch was zu Cassini und der Lichtgeschwindigkeit ein
Wir erleben Licht, als benötigte es keine Zeit zu seiner Ausbreitung.
Im Jahr 1676 stellte Ole Rømer, ein Astronom und Mitarbeiter bei Cassini , fest, dass die Zeiten zu welchen der Mond IO seinen Planeten, Jupiter, verdeckt werden sollte, je nach der Position der Erde zum Jupiter bis zu mehreren Minuten variiert.
Daraus schloss er, dass das Licht eine endliche Geschwindigkeit haben muss,
wenn die Verzögerungen vom Abstand zwischen Jupiter und der Erde abhängig sind.,
Der von Roemer ermittelte Wert für die Geschwindigkeit des Lichtes wich nur um 30 % vom tatsächlichen Wert ab. Die Messmethoden zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit wurden in der Folgezeit immer genauer.
Cassini stimmte zunächst mit Roemer überein, verfiel dann aber doch wieder der Aristotelischen Vorstellung der zeitlosen Lichtausbreitung und des vorhandenseins eines raumfüllenden Äthers.
Ich schrieb darüber im Artikel “Nichts ist auch was – die Lehre von der Leere”.

Abschiedsvideo:
Das ist ein Deutsches Video von dem ich auch vorhin nur mal kurz das Intro angeschaut hab.

Hier ein kostenloses Ebook der Nasa mit vielen Saturn-Bildern: Keine Ahnung, wie zugänglich das ist, aber für unsere Sehlinge sicher spannend.

Beschreibung des Aussehens der Sonden:
Was jetzt hier noch fehlt, ist eine textuelle Beschreibung der Sonden. In RZ30 ist zwar eine, aber dann muss man tief in die Folge reinhören.
Vielleicht hat jemand sehendes, der hier mitliest Lust, uns das Ding zu beschreiben?

Apropos Beschreibung. Das ist es eben auch, was Podcasts für blinde Menschen so unglaublich interessant machen. Für die Sehenden gibt es vielleicht in den Shownotes Links und Bilder, aber beim Hören eben auch nicht. Deshalb muss alles beschrieben und erklärt werden. Wie im Radio.

Und ganz zum Schluss kommt doch tatsächlich noch ein Abschiedslied auf Cassini-Huygens.
Zuerst eine kleine Geschichte dazu, die mich sehr gefreut hat.
Zunächst teilte Spektrum der Wissenschaft, @spektrum einen Link über twitter, der mich zu einer Seite schickte, die nicht ganz barrierefrei war. Ich fand den Play-Button einfach nicht.
Flash-Kram halt.
Ich schrieb zurück, dass ich das Abschiedslied leider nicht anhören könne, weil ich die Barriere mit dem Abspielknopf nicht überwinde.
Kurz drauf kam dann ein Link zu Youtube, den ich hier mit euch teile. Damit gings dann.
Danke @Spektrum, dass ihr eine barrierefreie oder barrierearme Lösung gefunden habt. Jetzt kann ich auch bei dem Song mitmachen und mithören und mitfeiern und mittrauern…
Es war mir doch gleich klar, dass irgendwer etwas musikalisches zu diesem Anlass bringen wird.
Und bei so viel Italien in der Mission ist es auch nicht verwunderlich, dass das Stück in Italienischer Opern-Tradition erklingt, aber hört selbst.

A farewell to @CassiniSaturn, in the style @RobertPicardo sings best: opera!
Start the Song here.

Jetzt wünsche ich euch viel Freude und Anteilnahme am Ende dieser unglaublichen Mission.

Die Sonne tönt – Klingel oder Orgelpfeife


Liebe Leserinnen und Leser,

Viele von uns haben es noch in der Schule gelernt:
“Die Sonne tönt nach alter Weise,
in Bruder Sphären Wettgesang.
Und ihre vorgeschrieb’ne Reise,
vollendet sie mit Donnergang…”
Goethes Prolog im Himmel aus Faust I.

Mit der eher esoterischen Idee von Sonnenton, Erdenton und klingender Himmelsmechanik, haben wir uns in “Das Ohr am Teleskop” und “klingende Planetenbahnen” beschäftigt.
Schon klar, niemand kann die Sonne hören. Schon alleine deshalb nicht, weil 149 Mio Kilometer Vakuum zwischen ihr und uns liegen.

Es gibt aber in der Tat Gründe, sich damit zu beschäftigen, ob die Sonne klingt und schwingt, wie Schallwellen sich im Stern fortpflanzen, ob sie eher Glocke oder Orgelpfeife ist und vieles mehr.
Der Hauptgrund ist das Problem, dass wir nicht in die Sonne hinein sehen können. Was wir von ihr sehen, ist ihre Photosphäre, die alles überstrahlt und keinen Blick nach innen zulässt. Ich habe schon im vorigen Artikel erwähnt, dass uns ein Neutrino-Teleskop den Blick nach innen gewähren würde. Dieses wird es aber aufgrund der Eigenschaft, dass Neutrinos quasi mit nichts wechselwirken, nie geben. Mit Radio-Teleskopen kann man je nach dem, welche Wellenlänge man betrachtet, ein bisschen unter die Oberfläche schauen, aber auch nicht wirklich in den Stern hinein.

Vieles, was wir über das Innere von Sternen, und was dort passiert wissen, kommt aus Simulationen am Computer. Man spielt beispielsweise mit den Verhältnissen von Wasserstoff, Helium Metallen und Massen herum, und passt die Modelle an, bis sie das tun, was wir auch beobachten.
Mit “Metallen” meinen Astronomen alle Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, weil die Hauptsache, die in einem Stern passiert, die Fusion von Wasserstoff zu Helium ist. Somit reduzieren Astronomen häufig den Rest der Chemie auf “Metalle”.

Und an dieser Stelle wird die Sache etwas absurd. Wir beobachten, dass die Sonne brodelt. Wir sehen, dass die Sonne schwingt. Wir hören leider nicht, wie sie klingt, obwohl der Schall im Stern enorm sein muss und neben der Konvektion für das Wallen, Brodeln, pulsieren und Schwingen des Sterns verantwortlich ist.
Die Sonne ist ein einziger riesiger Resonator.
Die Schwingungsmuster an ihrer Oberfläche verraten den Sonnenforschern viel über das Innere der Sonne, z. B. was sich in ihren Schichten tut, wie innere Schichten rotieren, man kann überprüfen, ob die Modelle des inneren der Sonne, z. B. Temperatur etc. ungefähr passen, und vieles mehr.
Heute greifen wir nur ein Klang-Phänomen heraus. Es ist gut möglich, dass hier noch weitere Artikel über die Astroseismologie folgen werden.

Schwingende Saiten

Im eindimensionalen, ist eine gespannte Saite das einfachste, was man sich schwingend und klingend vorstellen kann. Sie ist gespannt an zwei festen Punkten aufgehängt und schwingt, wenn man sie anspielt. An den Aufhängungen nicht, aber in der Mitte schwingt sie am meisten. Bei tiefen Instrumenten, z. B. bei einem E-Bass kann man das sogar sehen. Die Saite wird durch ihre relativ große Amplitude verwaschen im Bild. Teilt man nun die Saite in der Mitte, so erhält man die doppelte Frequenz. Bei Flageolett-Tönen, wo man die Mitte der Saite nicht ganz drückt, sondern nur leicht abdempft, schwingt dann die linke Hälfte stets gegenläufig zur rechten. Der Flageolett-Punkt schwingt, wie die beiden äußeren Aufhängungen der Saite nicht. Man nennt das auch Knoten.
Wir haben also die Aufhängungen der Saite und dazwischen in der Mitte einen Knoten. Links und Rechts davon jeweils einen Bauch. Musikalisch erklingt die Oktave. Diese schwingt doppelt so schnell, wie der Grundton der Seite.
Teilt man die Saite in Drittel,
bekommt man die Quinte, dann die nächste Oktave, die Quarte usw.
Die hier entstehenden übereinander geschichteten Töne nennt man in der Physik die Harmonischen.
Spielt man ein Instrument, so erklingen immer einige dieser Harmonischen gleichzeitig. Dieser Zusammenklang macht die Charakteristik, macht den Klang, macht den Sound des Instruments aus.
Im Grunde ist die Saite durch ihre Schwingung und ihre Obertöne in der Zeitlupe dann auch wellig, bzw. gekräuselt.

Schwingende Flächen

Wir gehen nun einen Schritt weiter in unserer akustisch-visuellen Beobachtung.
Es gibt aus dem 17. Jahrhundert einen interessanten Versuch des Physikers Chladni
Ernst Florens Friedrich Chladni, der 1787 die Schrift Entdeckungen über die Theorie des Klanges veröffentlichte, tat folgendes:
Er nahm eine Glasscheibe und spannte diese wagerecht an einer Ecke in eine Klemme. Dann bestreute er sie mit Sägespänen. Nun strich er den Rand der Scheibe mit einem Geigenbogen an, um sie in Schwingung zu versetzen. Die Vibration brachten nun die Sägespäne zum Hüpfen. Nun ist es aber so, dass es nun auch auf der Fläche Knoten gibt, die nicht schwingen. Andere Orte schwingen so stark, dass die Späne quasi abgeschüttelt werden. Es entstehen nun Muster aus Orten, wo sich die Späne sammeln, und Orten, wo nachher keine mehr sind, weil sie vertrieben wurden.
Je nach dem, wo und wie Kladny die Scheibe mit seinem Bogen anstrich, änderten sich diese Muster. In manchen Erlebnisparks, z. in Schloss Freudenberg, ist dieser Versuch zum selbst ausprobieren, aufgebaut.
Im Gegensatz zur Welle einer Saite, hat man nun schon eine gekräuselte Oberfläche auf der zweidimensionalen Scheibe.
Auf ein Musikinstrument übertragen, entspricht diese Situation z. B. auch einer Trommel, wo das Trommelfell über den Körper der Trommel gespannt ist.

Und nun überlegen wir uns im nächsten Schritt, wie sich das ganze mit unserer Sonne verhält, die ein Gasball ist.

Die schwingende Sonne

Ich sagte schon, dass die Sonne brodelt. Gasblasen steigen auf und vergehen, wegen des Wärmeaustausches. Selbiges geschieht in der Küche im Kochtopf. Da die Ränder der blasen, auch Granulen genannt, kühler sind, leuchtet die Sonne dort stets etwas dunkler. Auch durch den Dopplereffekt kann man sehen, wenn sich eine Granule auf uns zu bewegt. Dann ist das Licht etwas ins blaue hinein gestaucht. Ins rote, wenn sich eine von uns entfernt, z. B. auflöst.
Die Frage ist nun, ob dieses Geblubber analog zum Weinglas auch den ganzen Stern zum Schwingen bringt.
Der Kochtopf wird ja auch vom kochenden Wasser in Schwingung versetzt und mit ihm meist auch der ganze Herd samt Arbeitsplatte.
Manche Wasserkocher beginnen regelrecht zu singen mit Obertönen etc, wenn das Wasser langsam zu kochen beginnt.
Wie das ganze System schwingt, hängt beispielsweise davon ab, woraus die Küche gemacht ist, wie alles miteinander verbaut ist etc.
Der Schall pflanzt sich in unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Aggregatzuständen (gasförmig, flüssig, fest) unterschiedlich schnell fort. Das machen Seismologen sich zu Nutze, um das innere der Erde zu erforschen. Plattentektonik, Vulkane erzeugen Schall. Das kann für Frühwarnsysteme unverzichtbar sein. Manchmal erzeugt man auch künstlich Schall, um ihn an anderer Stelle zu empfangen, um Rückschlüsse darüber zu erlangen, ob er beispielsweise durch eine Gasblase oder eine Flüssigkeit gegangen ist.

Das geht so natürlich bei der Vermessung unserer Sonne nicht. Dennoch lohnt es sich, das ganze Geblubbere und Gewabere auf ihrer Oberfläche zu beobachten. Genau das tut die Astroseismologie. So fand man beispielsweise eine Schwingung des ganzen Sterns, die sich alle fünf Minuten wiederholt. Das bedeutet, dass die Sonne sich alle fünf Minuten mal etwas aufbläht, um anschließend wieder zu schrumpfen. Man hat auch noch andere Schwingungsmuster gefunden. In diesem Sinne verhält sich unsere Sonne, als wäre sie eine Art Gong. Angeschlagen wird er von den sich stets verändernden Granulen, die wie Regen auf einem Blechdach den ganzen Stern quasi zum “klingen” bringen.
Die Nasa hat das mal sonifiziert, wobei ich jetzt nicht weiß, ob sie den Fünf-Minuten-Rhythmus oder eine andere Eigenschwingung verwendet hat.

So klingt unsere Sonne

Die Materie an der Oberfläche der Sonne wird in erster Linie durch
die Granulation bewegt. Die in ihr aufsteigenden und absinkenden
Materieballen haben Durchmesser von etwa 1500 Kilometern. Das ist
ein Zehntel Prozent des Sonnendurchmessers. Der Doppler-Effekt
verrät uns ihre Geschwindigkeiten: diese liegen etwa bei einem Kilometer in der Sekunde. Innerhalb von Minuten lösen sie sich auf, um neuen Granulen Platz zu machen. Zu den Granulen kommen noch die Supergranulen, langsamer in ihrer Bewegung, doch größer und beständiger.

Lange schon weiß man, dass es Sterne gibt, die sich innerhalb von Tagen aufblähen und wieder zusammen ziehen. Man weiß auch, dass Sterne verschiedener Masse, alters und Lebensstadium unterschiedlich schwingen und sich deutlich in ihrer Bildung von Granulen unterscheiden.

Die Schallwellen in der Sonne verraten uns, wie unterschiedlich schnell sich einzelne Schichten bewegen. Erst tief in ihrem Innern dreht sie sich, wie ein starrer Körper, z. B. die Erde. Die anderen Schichten darüber laufen z. B. dieser Drehung voraus. Als Gasball kann die Sonne das so tun. Ganz erforscht und verstanden ist das aber alles bis heute noch nicht. Die neue Raumsonde, der Solar.Orbiter, wird uns hier sicherlich noch viel neue Erkenntnis verschaffen.

Man könnte noch sehr viel mehr über die Astroseismologie schreiben.
Ich habe hier alles natürlich nur sehr vereinfacht darstellen können, ansonsten wäre der Artikel ein Buch geworden.

Jetzt hoffe ich, dass ihr die Faszination mit mir teilt, dass die Sonne in einem gewissen Sinne quasi ein Gong ist.

Und damit verabschiede ich mich für heute.
Es grüßt euch
euer Gerhard.