Frag – Blindnerd – Wissenschaft und Technik blind erleben

Frag, und es wird Tag – Alles rund um die Mondbahn

Meine lieben,
Es wird langsam aufregend. Dies hier ist der Artikel mit der Nummer 298, ja in Worten zweihundertachtundneunzig. Das bedeutet, dass wir bald miteinander feiern werden. Lasst euch überraschen. Ich habe mir etwas schönes und ganz besonderes für euch überlegt. Und dann startet nach der Dreihundert ja auch schon wieder unser Blindnerd-Adventskalender 2024. Darauf freue ich mich auch schon sehr.
Aber nun zum heutigen Thema:

ihr seht es schon. Es wurde weiter zum Mond gefragt. Es sind eigentlich mehrere Fragen gleichzeitig, die ich aber in einem Aufwasch beantworten werde.
Heute geht es rund um die Mondbahn und deren Konsequenzen.
Diese ganzen Drehungen, Bahnen, etc. können einen ganz schön verwirren, weil das ja irgendwie alles gleichzeitig und überlappend passiert. Da steigen auch gut sehende Menschen mal aus. Trotzdem. Versuchen wir mal Ordnung in den Wirbel zu bringen.
Fangen wir mal hinten an.

Es spielen mit

Planeten, Monde, Sterne.

Was ist ein Planet?
diese Frage ist gar nicht so leicht zu beantworten, denn es gibt da auch noch Zwergplaneten und Asteroiden. Nur so viel. Eine neue Definition, was denn ein Planet sei, hat 2006 dafür gesorgt, dass Pluto jetzt nur noch als Zwergplanet mitmachen darf.
Die genaue Definition findet ihr in Der Planet, der keiner mehr sein darf.

Für uns ist heute nur eine Eigenschaft wichtig. Planeten kreisen durch die Gravitation ihrer Sterne gehalten, um diese. Desto näher ein Planet an seinem Stern ist, desto schneller muss der Planet diesen umkreisen, wenn er nicht hinein fallen soll. Alle Planeten umkreisen ihre Sterne auf elliptischen Bahnen. (Keplersche Gesetze)
Ein Trabant, oder wie wir sagen, ein Mond ist ein Himmelskörper, der einen Planeten umkreist, der, wieerum gemeinsam mit seinem oder seinen Monden einen Stern umkreist.
Ob es Monde von Monden gibt, ist nicht ganz klar. Es wäre theoretisch möglich, wird aber leicht chaotisch bei sich so vielen anziehenden und umkreisenden Körpern.

Merkur, und Venus haben keine Monde, die Erde einen, der Mars zwei und die anderen Planeten viele.
Wer mal eine spannende Geschichte über die Entdeckung von Monden lesen möchte, findet Befriedigung in
Theater und Schauspiel am Himmel.

Der Weg

Und jetzt stellt sich noch die Frage, wie Monde ihre Planeten umkreisen. Verläuft deren Bahn eher in der Ebene, in welcher sich der Planet um seinen Stern bewegt, oder bewegt sich der Mond eher am Äquator seines Planeten entlang, auch dann, wenn die Drehachse des Planeten nicht senkrecht zu seiner Ekliptik steht?
Die Antwort ist, sowohl als auch. Der Erdmond bewegt sich nicht entlang des Erdäquators, sondern eher in der Ebene, in welcher die Erde um die Sonne läuft. Eher deshalb, weil die Ebene der Mondbahn um etwa um 5 Grad gegen die Ebene der Erdbahn gekippt ist. Das bedeutet, dass der Mond einen halben Monat lang etwas oberhalb der Erdbahn und während der zweiten Hälfte unterhalb dieses quasi Tellers seine Bahn zieht. Es gibt also zwei Schnittpunkte von Mond- und Erdbahn. Und jetzt kommt es noch schlimmer. Der Mond-Teller auf dessen Rand der Mond entlang läuft, dreht sich mit der Zeit, so dass sich diese Schnittpunkte gegen den Sternenhimmel mit der Zeit verschieben. Das ist ganz wichtig, wenn man Sonnen- und Mondfinsternisse berechnen möchte. Diese finden nämlich tatsächlich nur dann statt, wenn Sonne, Erde und Mond auf einer Linie mit dem Schnittpunkt von Erde- und Mondbahn sich befinden.
Und nun fehlt nur noch eins:

Die Mondbahn um die Erde ist selbstverständlich wie alles, elliptisch.
Das bedeutet, dass der Mond manchmal der Erde etwas näher ist, und manchmal etwas ferner.
Das bewirkt eine scheinbare Größenveränderung des Mondes um etwa 13 %. Natürlich ist das mit bloßem Auge nicht sichtbar. Und dennoch nennen die Medien einen Vollmond, bei welchem der Mond erdnah ist, einen Supermond. Ich schrieb darüber in Was ist der Supermond.
Für uns ist der Super Neumond, also Neumond bei Erdnahem Mond wichtig super, wenn die Mondbahn genau zu diesem Zeitpunkt die Erdbahn schneidet. Dann haben wir nämlich garantiert eine totale Sonnenfinsternis. Jetzt muss man also nur noch zur rechten Zeit am rechten Ort sein, um das zu beobachten.
Über diesen Super-Neumond schrieb ich in Kinderfrage zum Supermond.

Je nach Kombination von Abstand Erde-Sonne und Abstand Erde-Mond schafft es der Mond tatsächlich nicht, die komplette Sonnenscheibe abzudecken. Der Mondschatten bohrt in dem Fall nur ein Loch in die sonne, was zu einer ringförmigen Finsternis führt.

Der Tänzer

Und eine Bewegung haben wir noch gar nicht betrachtet. Monde können sich natürlich außer um ihre Planeten auch um sich selbst drehen, wie das Planeten ebenfalls unabhängig davon tun, wie sie sich um ihre Sterne bewegen.
So gibt es dann vom Mond aus gesehen, einen Tag-Nacht-Rhythmus, einen Planetauf- und untergang. Und das zusätzlich zum Sonnenauf- und Sonnenuntergang, , da der Mond ja manchmal vor- und manchmal hinter seinem Planeten sich befindet.

Als der Mond vor 4,5 Milliarden Jahren entstand, war er mit Sicherheit näher an der Erde. Das bedeutete, dass die Monate damals kürzer waren. OK, die Erde drehte sich auch noch rascher um sich selbst, so dass auch die Tage und Nächte kürzer waren.
Mond und Erde bremsen sich gegenseitig ab. Die größte Bremswirkung ist, dass der Mond mit seiner Anziehungskraft zweimal täglich Ebbe und Flut verursacht. Die Anhebung des ganzen Meeres kostet Energie.
Die Tage auf Erden werden von da her langsam länger. Die Drehung des Mondes hat sich mittlerweile derart verlangsamt, dass er, wie man wissenschaftlich sagt, eine einfach gekoppelte Bewegung durchführt. Die Zeit einer Monddrehung um die eigene Achse entspricht bei dieser Art von Bewegung genau der Umlaufzeit um die Erde.
Die kontinuierliche gegenseitige Abbremsung führt neben der schrittweisen Verlängerung der Tage auch dazu, dass der Mond sich auf seiner Bahn verlangsamt, und dadurch sich pro Jahr um etwa vier Zentimeter von der Erde entfernt. Darum müssen wir uns aber keine Sorgen machen, denn bei einem derartigen Abstand von ungefähr 384000 Kilometern Abstand fallen 4 Centimeter pro Jahr nicht ins Gewicht.
Das Erde-Mond-System kommt dann zur Ruhe, wenn der Mond eine doppelt gekoppelte Bewegung mit der Erde eingegangen ist. Dann wird sich die Erde nicht mehr unter dem Mond hindurch drehen. Der Mond wird dann nur noch von ein und derselben Stelle auf der Erde zu sehen sein.

Und jetzt haben wir mehr als das Rüstzeug zusammen, was wir brauchen, um die Frage mit der „Dunklen Seite“ anzugehen.

Die dunkle Seite

Die Menschheit dürfte sehr bald bemerkt haben, dass der Mond sich uns immer gleich präsentiert. Seine Strukturen, z. B. das Mondgesicht, sind uns immer zugewandt. Wenn das so ist, dann kann das nur bedeuten, dass der Mond sich ein mal pro Umlauf um die Erde, ein mal pro Monat also, um sich selbst dreht. Drehte sich der Mond zwei mal pro Monat um sich selbst, dann bekämen wir auch mal seine Rückseite zu sehen. So aber, wendet er uns immer dieselbe Seite zu und entzieht die andere unserem Anblick.
Nur wenigen Menschen war es bisher vergönnt, einen Blick auf diese Mondrückseite zu werfen, und zwar genau denjenigen, die entweder auf dem Mond landeten, oder mindestens um ihn herum geflogen sind.
Und damit haben wir wieder eine eurer Fragen beantwortet. Die Rückseite des Mondest ist diejenige, welche von uns abgewendet ist.
Ist aber diese Rückseite auch die dunkle Seite des Mondes?
Hier muss man ein ganz klares „nein“ aussprechen. Dunkel wird eine Sache nicht dadurch, weil wir sie nicht sehen. Betrachten wir die Höhepunkte eines Mondumlaufes, Vollmond und Neumond, dann wird das sofort klar.
Voll ist der Mond dann, wenn er von der Sonne beschienen wird. Das passiert genau dann, wenn die Sonne ihn an der Erde vorbei anstrahlt. Wir erinnern uns, dass die Mondbahn etwas gekippt gegen die Erdbahn ist.
Wenn die Sonne also die Vorderseite des Mondes beleuchtet, dann sehen wir ihn als Vollmond. Und was passiert dann mit der Rückseite? Ganz genau. Sie liegt im dunkeln,
Bei Neumond ist es genau umgekehrt. Dann steht der Mond zwischen Erde und Sonne. Wir können ihn dann nicht sehen, weil die Sonne alles überstrahlt. Aber die Sonne knallt dann natürlich voll auf die uns immer abgewandte Seite. Somit gibt es also keine „Dark Side of the Moon“. Jede Seite des Mondes hat einmal pro Monat „Vollsonne“ und dazwischen verdeckt die Erde Teile der Mondscheibe. Stellt euch zwei runde Bierdeckel vor, die sich langsam übereinander hinweg schieben. Dann könnt ihr fühlen, wie sich die Tag-Nacht-Grenze, der Terminator langsam über die Mondscheibe bewegt.
Mit diesem Experiment könnt ihr dann auch begreifen, dass der Mond nicht so abnimmt, als würde man Stück für Stück von einer runden Pizza schneiden, bzw. diese bei zunehmendem Mond wieder zusammen zu setzen. So sieht also ein Dreiviertel-Mond nicht aus, wie eine Torte, bei welcher ein viertel schon verspeißt wurde, sondern eher wie eine Banane. Die bei zunehmendem Mond zur einen, und beim abnehmendem Mond zur anderen Seite hin gebogen ist.
Denkt an die Kreisscheiben. Gerade Menschen, die den Mond noch nie gesehen haben, stellen sich meist die falsche Analogie zum Kuchen vor.

Die Mondbanane

Mit er Mondbanane hat es eine seltsame Bewanntniss, nach welcher ich schon oft befragt wurde.
Je nach dem, wo man sich gerade auf der Erde befindet, z. B. im Urlaub weit im Süden, fällt dem aufmerksamen Urlauber oder Urlauberin auf, dass die Mondsichel eher liegend oder eher aufrecht steht.
Und ja, das stimmt. Wie die Mondsichel steht, ist ein perspektivisches Problem. Die Erdachse ist um etwa 23 Grad gegen die Ekliptik geneigt. Der Mond läuft nicht genau auf dem Äquator lang, und der Winkel ändert sich täglich durch die Mondphasen hindurch, und die Erde dreht sich pro Tag einmal unter dem Mond hindurch, und nicht zuletzt ist die Erde eine Kugel, so dass es einen Horizont gibt, hinter welchem der Mond auftauchen, bzw. verschwinden kann.
Dieses alles führt dazu, dass einem je nach Breitengrad, auf welchem man sich befindet und wo man gerade in der Mondphase sind, die Mondsichel etwas gekippter erscheint, als woanders. Das ist schwer in Worte zu kleiden. Dazu braucht es fast Bilder oder Modelle.
ChatGPT erklärt das ganz gut so:

Die Neigung der Mondsichel, die wir von der Erde aus sehen, variiert tatsächlich je nach Standort auf dem Globus. Das liegt an der Kombination von Erdrotation und der individuellen Position auf der Erde.

Hier sind die wichtigsten Faktoren:

Erdkrümmung und Perspektive:
Da die Erde eine Kugel ist, verändert sich der Blickwinkel auf den Mond, je nachdem, wo man sich befindet. Menschen nahe des Äquators sehen die Mondsichel anders als Menschen in höheren Breitengraden. Für jemanden am Äquator steht die Mondsichel oft eher „liegend“ oder fast horizontal. In mittleren und hohen Breiten ist die Sichel dagegen mehr „aufrecht“ bzw. vertikal geneigt.

Position des Mondes am Himmel:
Der Mond wandert durch verschiedene Himmelspositionen, je nach Jahreszeit und Breite. Diese Positionen beeinflussen ebenfalls, wie die Sichel erscheint. In der Nähe der Pole kann sich die Ausrichtung der Sichel sehr stark verändern, besonders bei Mondaufgang oder -untergang.

Ekliptik und Neigung der Mondbahn:
Der Mond bewegt sich nahe der Ekliptik, der scheinbaren Sonnenbahn, die gegen die Erdachse geneigt ist. Dadurch kann sich die Ausrichtung der Mondsichel bei verschiedenen Mondphasen und in verschiedenen Jahreszeiten ändern, was vor allem in tropischen Gebieten zu auffälligeren Variationen führen kann.

Zusammengefasst ist die „Kippung“ der Mondsichel eine Kombination von der eigenen Position auf der Erdoberfläche und der relativen Position des Mondes zur Ekliptik.

So, meine lieben, ich glaube, jetzt haben wir erst mal die wichtigsten Fakten zur Mondbahn und deren Konsequenzen zusammengetragen.
Ich bin gespannt, wo uns unsere Reise nächstes mal hin führt.

Frag, und es wird Tag – Woher kommt der Mond?

Meine lieben,

es sind von euch nun einige Fragen zum Mond eingegangen. Der Mond beschäftigt uns alle irgendwie auch dann, wenn man, wie in diesem Blog, sich nicht mit irgendwelchen astrologischen oder sonstigen übersinnlichen Kräften befasst. An einigen Fragen sieht man auch, dass sie von Menschen gestellt wurden, die den Mond mit seinen Phasen noch nie gesehen haben. Auch ich musste mir vieles vom Mond mühsam erklären lassen oder selbst erarbeiten, weil ich, wie ihr wisst, auch zu jenen Menschen gehöre, die den Mond nicht sehen können.

So ganz stimmt das bei mir nicht, denn ich durfte ihn einmal in meinem Leben tatsächlich sehen. Hier meine kurze Mondgeschichte zum Anfang.

Einmal und nie wieder

Ich hatte vor etwa 30 Jahren die Möglichkeit, eine Sternwarte zu besuchen, die auf dem Dach eines Gymnasiums installiert war. Schon aus purem Interesse nahm ich daran teil. Damals verfügte ich zwar noch über einen ganz kleinen Sehrest, konnte etwas hell und dunkel sehen, glaubte aber nicht im Traum daran, dass ich etwas im Teleskop sehen könnte.

Bis jetzt hatte ich weder einen Stern, außer natürlich unsere Sonne, noch den hellsten Vollmond am Meer oder in den Bergen sehen können, aber das war mir nicht wichtig. Da bei dieser Führung in erster Linie Sehende und Menschen mit Restsehvermögen anwesend waren, öffnete der Astronom das Teleskop und richtete es zunächst auf den Vollmond aus.

Nur aus Neugier, wie es sich physisch anfühlt, durch ein Teleskop zu sehen, legte ich mein linkes Auge mit der Helldunkel-Fähigkeit an. Und da geschah es: Ganz schwach, aber sehr deutlich konnte ich die Scheibe des Mondes erkennen. Ein Aufschrei, ein Hüpfer. Dann verifizierten wir das Ganze. Der Astronom verstellte das Teleskop und ich konnte ihm jeweils sagen, wann der Mond zu sehen war und wann nicht. Einbildung war somit ausgeschlossen.
Nur dieses eine Mal gewährte mir mein Leben den Blick durch dieses Fenster. Diese Mondscheibe liegt noch immer wie ein leuchtender Schatz in meinem Herzen und wird mich das ganze Leben lang begleiten. Erinnerungen verwischen mit der Zeit. Diese ist aber bisher unverändert klar und deutlich präsent. Schon wenige Monate nach diesem Ereignis verschlechterte sich mein Sehvermögen derart, dass ich den Vollmond mit dem stärksten Teleskop der Welt nicht mehr hätte sehen können.
Und wer sich jetzt fragt, ob ich darüber traurig bin, dem rufe ich ein freudiges „nein“ zu.
Ich habe ihn ja gesehen. Einmal und nie wieder.

Nun aber zurück zu euch und euren Fragen
Ich habe die Fragen so sortiert, dass eine zusammenhängende Geschichte daraus wird. Diese wird sich auf mehrere Artikel verteilen, damit das hier nicht explodiert.
Beginnen wir also mal mit der Mondfrage von Johanna.

Woher kommt der Mond

Das ist, wie alle eure Fragen, eine sehr gute. Und geklärt ist sie noch nicht zu 100 %. Aber vieles, was wir über die Entstehung des Mondes wissen, haben wir erst gelernt, als wir selbst dort waren, und Mondgestein mitgebracht haben.

Es gibt mehrere Theorien über die Entstehung des Mondes.

Kollisionstheorie oder Theia-Hypothese
Diese Theorie ist momentan die am weitesten verbreitete und akzeptierte Möglichkeit.
Sie besagt, dass der Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren durch einen riesigen Zusammenstoß zwischen der frühen Erde und einem marsgroßen Himmelskörper namens Theia entstanden ist.
Das ganze könnte sich ungefähr folgendermaßen zugetragen haben.
- Der Zusammenstoß:
  Vor etwa 100 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems kollidierte die junge Erde mit einem Himmelskörper der Größe des Mars, Namens Theia. Dieser Einschlag war so gewaltig, dass Teile der Erdkruste und des Erdmantels sowie Theia-Material in den Weltraum geschleudert wurden.
- Bildung einer Trümmerscheibe:
  Die Überreste dieses gewaltigen Einschlags formten eine Trümmerscheibe um die Erde. Diese Materialscheibe bestand aus Staub, Gas und Gesteinsbrocken von Theia und der Erde. Aus ähnlichen Trümmerscheiben um Sterne, entstehen auch Planeten. Man konnte derlei schon beobachten. Ringe um Planeten, wie dem Saturn, könnten so etwas ähnliches sein.
- Verklumpung:
  Mit der Zeit begannen diese Überreste, sich aufgrund der Schwerkraft zu verklumpen. Nach und nach bildete sich aus diesem Material der Mond.
- Abkühlung:
  Der neu entstandene Mond war zunächst ein glühender Himmelskörper, der sich über Millionen von Jahren abkühlte und eine feste Oberfläche bildete.
Die Kollisionstheorie wird durch viele Beweise gestützt, z. B. durch die Ähnlichkeiten in der chemischen Zusammensetzung der Erde und des Mondes.
Und diese fand man, wie schon gesagt, als man Mondgestein vom Mond mitbrachte, und dieses untersuchen konnte.
Einfangtheorie:
Diese besagt, dass der Mond ursprünglich ein eigenständiger Körper war, der von der Schwerkraft der Erde eingefangen wurde.
Abspaltungstheorie:
Diese Theorie geht davon aus, dass sich der Mond von der Erde abgespalten hat, als die Erde noch flüssig und rotierend war. Das kann man sich so vorstellen, als drehte man eine nasse Kugel sehr schnell. Dann fliegen auch Tropfen davon. So ein Tropfen wäre dann nach dieser Theorie unser Mond.
Koinformationstheorie:
Was für ein komplizierter und unverständlicher Name.
Diese Hypothese besagt, dass der Mond und die Erde zur gleichen Zeit aus dem gleichen Material, das um die Sonne kreiste, geformt wurden.
Damit wären beide dann auch gleich alt.

Ja, meine lieben, es stimmt.
Der Mond war damals deutlich näher bei der Erde und zeigte uns mit Sicherheit auch nicht immer nur dieselbe Seite. Diese Fragen zu all dem müssen wir uns aber für einen weiteren Artikel aufsparen, damit niemand müde beim Lesen wird.
Eins noch:
Übrigens gibt es auf Blindnerd die Kategorie
Dem Mond entgegen
Dort sammeln sich alle Beiträge rund um den Mond und die Mondfahrt.

Frag und es wird Tag – Die große Thermoskanne

Meine lieben,

die Frage, die ich heute beantworten werde, beginnt mit einem Sommererlebnis, das eine Bekannte von mir neulich hatte.

Der Versuch

Sie füllte stolz ihre neu erworbene metallene Trinkflasche mit Wasser und stellte diese dann für mehrere Stunden zur Kühlung in den Kühlschrank. Als sie dann trinken wollte, stellte sie erstaunt fest, dass das Wasser überhaupt nicht abgekühlt war. Der Kühlschrank funktionierte tadellos. Außen fühlte sich die Flasche auch schön kühl an. Aber was war innen passiert? Es ist einfach wenig bis nichts passiert, weil diese Trinkflasche eine Thermosflasche ist. Sie ist also doppelwandig und dazwischen befindet sich ein quasi Vakuum. Dieses sorgte dafür, dass die Kälte nicht, wie erwünscht, in das Innere der Flasche eindringen konnte.

Das Heureka

Sie war verblüfft. Thermosflaschen halten doch warm, meinte sie. Das tun sie auch, aber in der Physik ist Kälte eben die Wärme, die wir als kalt empfinden. Es gibt dort keine Wärme und keine Kälte. Kalt ist eben einfach etwas weniger warm. Also halten solche Flaschen nicht warm oder kalt, sondern hoffentlich ungefähr die Temperatur dessen, was man hinein gefüllt hat. Und das können neben heißem Kaffee eben auch Eiswürfel sein, die man mitnehmen möchte.

Und diese Eiswürfel bringen den Sternenonkel ins Plaudern.
Als ich so in der dritten oder vierten Klasse war, brachte unsere Lehrerin zu irgend einem Versuch, tatsächlich Eiswürfel in einer Thermosflasche mit. Das war noch so eine, wo der innere Kolben mit dem Vakuum aus Glas war. Die gingen dauernd kaputt und man hatte Scherben im Tee, oder diesen im rucksack.
Die Lehrerin war vorsichtig genug, so dass die Eiswürfel noch in Takt waren und die Flasche noch heile.
Natürlich kannte ich Thermosflaschen auch nur als Warmhalte-Behälter, weil wir sie stets für Heißgetränke einsetzten.

Die Erkenntnis,dass was warm hält, auch kalt halten kann, war für mich mit meinen neun Jahren unglaublich stark und das verblüffte mich sehr.
Von dem, was dann im Unterricht mit den Eiswürfeln passierte, weiß ich nichts mehr. Aber so spannend, wie so ein Heureka-Erlebnis kann ein Unterricht gar nicht sein.

Die große Frage

Jetzt, wo also meine Bekannte verstanden hatte, dass das Vakuum zwischen den Flaschenwänden die Kälte draußen hielt, begann ihr Gehirn zu rattern.

„Wie gelangt denn die Wärme unserer Sonne dann durch 150 Mio Kilometer Vakuum zu uns?“
fragte sie mich einige Stunden später plötzlich.
Da hat mal jemand mit gedacht. freute ich mich.
Das sind ganz große Momente und Augenblicke, wenn uns ein bissel Haushaltsphysik zu den großen Fragen des Universums führt.

Wie wir im Alltag Wärme los werden

Wenn wir z. B. im Winter einen heißen Pudding abkühlen wollen, dann stellt man ihn am besten auf den Balkon oder eine äußere Fensterbank. Die kalte Winterluft kühlt die Schüssel und den Pudding dann ab, wobei sie sich natürlich etwas erwärmt, nach oben steigt und die Wärme mit nimmt und abführt. Diese Wärmeabfuhr nennt man Konvektion. Man sieht diese deutlich bei einem Topf voll kochendem und blubberndem Wassers.
Vereinfacht gesagt ist Wärme die Schwingung der Moleküle. Diese Bewegung stößt im Falle der Konvektion z. B. die Luftmoleküle an. Durch diese Stöße kühlt sich dann der heiße Pudding so lange ab, bis er nur noch genau so warm ist, wie die ihn umgebende Luft. In der Physik geht immer nur von warm nach kalt. Andernfalls muss man Energie hinein pumpen, z. b. den Herd einschalten.
Da in einem Vakuum keine Luft ist, welche die Wärme über diesen Weg abführen oder auch zuführen könnte, muss es also noch andere Möglichkeiten geben, Wärmeenergie zu transportieren, denn die Wärme unserer Sonne gelangt ja, wie meine Bekannte richtig bemerkte trotz Vakuum zu uns. Und unsere Trinkflaschen halten die Temperatur trotz Vakuum ja auch nicht ewig.
Das tun sie nicht, weil das Vakuum in ihnen nicht perfekt ist, und Wärme über die Kontaktstellen zum Deckel abgegeben werden kann.
Sogar helle und heiße weiße Zwerge kühlen ja auch irgendwann aus, weil sie im Gegensatz zu unserer Sonne keine Energiequelle mehr in ihrem inneren besitzen, die von innen heißt. Aber wie werden die ihre Wärme im Vakuum des Weltalls los?

Der andere Prozess

Sowohl weiße Zwerge, als auch unsere Sonne leuchten und strahlen in allen möglichen Wellenlängen, im sichtbaren und auch im unsichtbaren Licht. Glühendes Metall beginnt zu leuchten. Und da haben wir ihn, den anderen Prozess, wie man trotz Vakuum Wärme los werden kann. Sie wird in verschiedenen Wellenlängen abgestrahlt. Das kann, wie schon gesagt bei sehr heißen Objekten sogar sichtbar sein, aber auch im nicht sichtbaren Infrarotlicht wird Wärme abgestrahlt. Diese Wärme beobachtet ja aktuell unsere Meisterleistung, das James-Webb-Teleskop. Und die Wärme, die uns dort erreicht, ist sehr lange unterwegs und deren Erzeuger Milliarden von Lichtjahren entfernt. Ach ja, das sollte man vielleicht auch noch erwähnen. Strahlungswärme breitet sich wie alle elektromagnetischen Wellen, also Lichtsorten, mit Lichtgeschwindigkeit, 300.000 Kilometern pro Sekunde im Vakuum aus.

Die Abgabe von Wärmeenergie durch Konvektion, also in atmosphärischen oder flüssigen Umgebungen ist sehr viel effektiver als diejenige über die Strahlung durch das Vakuum hindurch. Deshalb dauert es so ewig, bis ein weißer Zwerg mal zu einem schwarzen Zwerg abgekühlt ist. Momentan sind alle noch zu jung und hatten nicht die Zeit, zu schwarzen Zwergen abzukühlen. Es gibt also noch keine, weil alle noch nicht fertig sind.

Dass das so lange dauert und schwierig ist, führt in der Raumfahrt durchaus zu Problemen.

Energieabfuhr in der Raumfahrt

Die ISS hat sehr viele Geräte und Aggregate dabei, die Wärme erzeugen. Und die muss dringend abgeführt werden. Ansonsten würde sie überhitzen und die Astronauten könnten es dort nicht aushalten.
Und so verwendet die ISS ein ausgeklügeltes System, um die überschüssige Wärme mittels Abstrahlung los zu werden.
Die wichtigsten Komponenten davon seien hier kurz erklärt:

Interne Wärmetauscher:
Innerhalb der ISS zirkuliert Wasser oder Ammoniak (NH3) durch ein Rohrsystem.
und Wärmetauscher, die die Wärme von den verschiedenen Geräten, Systemen und Bereichen der Station aufnehmen.
Ammoniak ist ein sehr effektives Kühlmittel, weil es bei den niedrigen Temperaturen im Weltraum nicht gefriert und eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Es wird verwendet, um die Wärme von den internen Wärmetauschern zu den Radiatoren zu transportieren.

Leider ist dieses Kühlmittel sehr giftig und schädlich für Astronaut:innen.
Ich glaube, Samantha Cristoforetti und Matthias Maurer , zwei ESA-Astronaut:innen, erwähnten in ihren Büchern Alarme, die dann ausgelöst werden, wenn solch ein mit Ammoniak gefülltes Rohr oder Schlauch leck würde. Im schlimmsten Fall müsste die Station dann sogar evakuiert werden.
Die Bücher der beiden gibt es übrigens als Hörbücher bei den Hörbüchereien für Blinde zum ausleihen. Ich habe sie direkt hintereinander verschlungen und finde schade, dass bisher scheinbar noch keines der Bücher von Alexander Gerst aufgelesen wurde.
Ihr kennt den Geruch von Ammoniak von Fensterputzmitteln und fragwürdigen Örtchen her.
Pumpen und Leitungen:

Das erhitzte Ammoniak oder Wasser wird dann durch ein Netzwerk von Leitungen zu externen Radiatoren gepumpt. Es gibt ein „Loop A“ und ein „Loop B“ System, so dass man auf jeden Fall zwei voneinander getrennte Systeme hat, sollte mal eines gewartet werden müssen oder sonst wie Schaden nehmen.
Radiatoren:
Die Radiatoren sind große, flache Paneele, die sich an der Außenseite der ISS befinden. Diese Radiatoren geben die aufgenommene Wärme in Form von Infrarotstrahlung an den Weltraum ab.
Bei meiner ISS aus Lego kann ich taktil nicht unterscheiden, was ein Radiator und was ein Sonnenkollektor ist. Fühlt sich beides gleich flach an.
Kontrolle:
Die Menge der abgegebenen Wärme kann durch den Einsatz von rotierenden Wärmerohrkühlern, Rotary Joints und anderen Kontrollmechanismen geregelt werden, um sicherzustellen, dass die Temperatur der ISS in einem sicheren und komfortablen Bereich bleibt.

Fazit

Desto näher sich eine Sonde der Sonne nähert, um so größer wird das Problem der Wärmeabfuhr, weil wo hin damit, wenn schon so viel in der Umgebung ist. Wenn die Raumsonde BepiColombo mal den Merkur erreicht hat, dann wird sie sowohl von ihm, als auch von der Sonne auf etwa 400 Grad erhitzt. Da muss man sich dann schon auch noch isolierende Hüllen ausdenken, um innen eine für Elektronik noch vertretbare Betriebstemperatur von vielleicht 40 Grad zu ermöglichen.

Wärme kann man also auch im Weltall los werden, wenn man genügend Zeit mit bringt, bzw. sich rafinierte Kühlsysteme und Schutzhüllen ausdenkt.

So, und damit hätten wir wieder eine von euren wunderbaren Fragen beantwortet.
Es darf weiter gefragt werden. Euer Sternenonkel antwortet gerne, natürlich nur dann, wenn er was weiß…

Frag und es wird Tag, von Dunkelheit, Hüpfern und Reisezeiten

Meine lieben,
erinnert ihr euch noch an den Satz
„Frag, und es wird Tag?“
Manche von euch haben genau das getan. Sie haben gefragt. Dann lasst es uns nun „Tag“ werden.
Und wer noch nicht gefragt hat, bzw. noch nichts von der Serie „Frag, und es wird Tag“ weiß, findet alles dazu in Frag und es wird Tag.

Gerne fange ich mal an, Antworten zu geben. Schauen wir mal, wie weit wir heute kommen. Die Fragen, die ich heute nicht beantworte, kommen dann im nächsten Artikel dieser Serie dran. Auch die Reihenfolge der Fragen passe ich immer so an, dass die Antworten eines Artikels ungefähr thematisch zusammen passen.
Fangen wir also an:

Wieso wird es nachts dunkel

Stefan erinnerte sich daran, dass er mal in der Schule einen Vortrag zur Frage, wieso es nachts dunkel wird, hörte.
„Das ist doch logisch, weil die Sonne auf der anderen Seite der Erde ist.“
Könnte man meinen,
aber Das ist tatsächlich nur die halbe Wahrheit.
Zum Glück habe ich mich vor einigen Jahren genau dieser Frage schon einmal zugewendet.
Also findet ihr die komplette Antwort im Artikel Wieso ist es nachts dunkel.

Evas Hüpfer

Sie schreibt:

mein erster Kontakt mit „Forschen“ war in ersten Klasse.
Die Lehrerin hat uns erzählt das sich die Erde dreht.
Und beim nächsten Spaziergang wollte ich das ausprobieren: wenn sich die Erde dreht, brauch ich mich ja nicht mehr bewegen! Ich dachte es reicht wenn ich mal kurz in die Luft hüpfe und komme dann automatisch ans Ziel weil die Erde sich dann ohne mich dreht!

Schön wärs, liebe Eva. Ich erinnere mich auch an so einen ähnlichen Fall, wo jemand dachte, man würde durch Hüpfen ans Ende eines fahrenden Zuges gelangen, weil er ja unter einem hindurch fährt, so lange man in der Luft ist.
Es ist aber nun in der Physik so, dass sich Bewegungen überlagern. Ob fahrender Zug oder die sich drehende Erde, oder im Grunde sogar beides zusammen. Der Hüpfer überlagert die Bewegung des Zuges oder die Erddrehung beim Spaziergang. Das bedeutet, dass sich der hüpfende Mensch einfach weiter in Erdrichtung oder Zugrichtung bewegt, so lange der Hüpfer dauert. Die beiden Bewegungen stören sich quasi nicht.
Raketen starten meistens in Richtung der Erddrehung, weil man diesen Schwung unbedingt mitnehmen möchte. Das ist so, wie wenn der Hammerwerfer seinen Hammer herum wirbelt, bevor er ihn los lässt. Es mag tatsächlich etwas enttäuschend klingen, aber im Grunde fliegen unsere Raumsonden und Raumschiffe nicht irgendwo hin. Wir menschen werfen sie im Grunde auf Planeten, Monde und Asteroiden von kleinen Kurskorrekturen und der Ausnutzung der Schwerkraft anderer Himmelskörper mal abgesehen.

Die ISS hält sich am Himmel, weil sie eine Richtung hat, in welcher sie geradeaus fliegen wollte, wäre da nicht die Erdanziehung, die sie zur Erde ziehen will. Somit fällt sie permanent um die Erde herum. Diese beiden Bewegungen überlagern sich.

Flugzeuge müssen mit der Erddrehung leben und umgehen, weil sich eben die ganze Atmosphäre im wesentlichen auch mit der Erde dreht. Das wäre hier ein rassanter Wind, wenn die Erde sich unter der Atmosphäre hindurch drehen würde. Man kann also kein Flugzeug starten, dann warten, bis das Ziel unter einem vorbei kommt, und dann einfach sich fallen lassen.
Das ist schon spannend. Spricht man von Bewegung, dann kommt man rasch zur Geschwindigkeit, der Bewegung in der Zeit.
Über diese tollen Phänomene schrieb ich in Wie schnell sind wir.

Wieso braucht man manchmal zur ISS 2 Tage, und manchmal nur sechs Stunden?

Diese Frage stellte ich mir tatsächlich selbst.
Das hat im wesentlichen mit dem Startplatz und dessen Bedingungen zu tun. Die Russen starten ihre Raketen vom Kontinent aus. Den kürzesten Weg zur ISS erwischt man nur, wenn man den Start sehr genau kurz danach durchführt, wenn die ISS gerade über den Startplatz geflogen ist. Dieses Zeitfenster muss man bis auf eine Sekunde genau erwischen. Verpasst man das, muss man warten, bis die ISS wieder genau über dem Startplatz vorbei kommt. Und da die Bahn der ISS gegen den Erdäquator gekippt ist, kann das Tage bis Wochen dauern. Das Wetter auf dem Kontinent ist so stabil, dass man sich im Sternenstädtchen kaum darum kümmern muss. Wichtig ist, das Zeitfenster zu erwischen.

Ganz anders sieht es da an den Startplätzen der Amerikaner aus. Die Amerikaner landen ihre Raumfahrzeuge immer im Wasser, weshalb diese Startplätze auch am Meer liegen. Dort sind die Wetterbedingungen deutlich instabiler. Es gibt dort viele Stürme und Gewitter, so dass man sehr viel Glück haben muss, dass das Wetter gerade im Zeitfenster des optimalen Weges zur ISS, genau günstig ist. Also starten die eher dann, wenn das Wetter passt und nicht, wenn das Zeitfenster des kürzesten Weges zur ISS vorbei kommt. Man muss von dort schon mal drei vier Ehrenrunden um die Erde machen, bis man sich langsam zur ISS spiralisiert hat. Es klingt verrückt, aber mit diesem längeren Weg lässt sich sogar Treibstoff sparen, weil man sich ja immer wieder an der Erde durch ihre Anziehung Schwung holen kann.
Mich hat diese Antwort wirklich verblüfft, als ich sie recherchierte.

So, meine lieben. Und das soll es für heute gewesen sein. Die restlichen Fragen gibt es später.
Also, nicht vergessen: „Frag, und es wird Tag“.

Frag, und es wird Tag, Das Angebot

Meine lieben,
Diese Aufforderung:

Frag und es wird Tag.

begleitet mich schon seit vielen Jahrzehnten. Wo ich es her habe, weiß ich gar nicht mehr, aber es ist so schön und wahr.
Deshalb möchte ich heute mal etwas neues auf diesem Blog starten, um euch vielleicht noch mehr hier einzubinden. Ich fände es nach wie vor sehr schön, wenn unsere kleine Astro-Gemeinde etwas aktiver im Austausch miteinander würde.

Hintergrund zur Idee

Fragen und Kommentare zu meinen Artikeln konntet Ihr ja über die Kommentar-Funktion und über das Kontaktformular schon immer stellen. Einige von euch machen ja auch immer mal wieder davon Gebrauch. Das freut mich dann immer sehr.
Manchmal passiert es, dass ich von ganz anderer Seite her Fragen zu Weltraum-Themen gestellt bekomme, aus deren Antworten dann auch schon einige sehr schöne Artikel entstanden sind, z. B.
Kinderfragen
Machen schwarze Löcher Musik?

Viele Fragen werden mir auch über andere Kanäle gestellt, z. B. über Mails. Diese beantworte ich dann natürlich auch direkt, so dass ihr anderen nichts davon mit bekommt. Kommentare zu euren Kommentaren schreibe ich in der Kommentar-Funktion nur sehr selten, weil das, wer nicht ständig in die Kommentare schaut, ja auch nicht mit bekommt.
Egal, wie man es macht. Irgend welche Nachteile bleiben immer.

Das Angebot

Mein Angebot an euch soll sein, dass ihr eure Fragen stellen dürft. Fragt und es wird Tag.
Inhaltlich sollten sich eure Fragen natürlich schon thematisch mit dem beschäftigen, was hier auf dem Blog so besprochen wird. Ich kann nur, und das auch nur vielleicht, auf meine Themen antworten, und das sind nun mal die naturwissenschaftlich-Technischen MINT-Bereiche. Politik, Wirtschaft, Medizin etc. gehen gar nicht. Das können andere besser.

Ganz wichtig ist mir, dass die Fragen durchaus nichts mit aktuellen Beiträgen zu tun haben müssen. Manchmal fällt einem ja unter der Dusche oder, ihr wisst schon wo, etwas ganz besonderes ein. Immer her damit.
Gerne dürft ihr auch solche Fragen stellen, von denen ihr vielleicht die Antwort kennt, aber denkt, dass sie für alle spannend und interessant sein könnte.

Und wenn sich jemand nicht sicher ist, ob Mensch seine Frage hier passt, sollte diese auf jeden Fall stellen. Dann finden wir das gemeinsam heraus.

Ich möchte euch wirklich ermutigen, zu fragen. Den abgedroschenen Satz, dass es keine dummen Fragen gibt, lasse ich hier mal weg.

Beantworten werde ich eure Fragen dann je nach Umfang einzeln, oder gebündelt hier auf dem Blog, selbstverständlich anonym.

Gut möglich, dass ich die ein oder andere Frage an jemanden hier in der Runde weiter leite, von dem ich mir erhoffe, eine bessere Antwort zu bekommen, als ich sie in meinem eventueller Unwissenheit geben könnte.

Für die Fragen schlage ich vor, dass ihr:

Die Fragen über das Kontaktformular stellt,
Die Kommentar-Funktion benutzt,
mir die Frage per Mail schickt
über Whatsapp; Wer möchte, findet mich dort unter „Der blinde Sternenonkel“
Das ist vor allem für diejenigen spannend, welche ihre Frage lieber als Audio schicken möchten.
Von einer Whatsapp-Gruppe, in welcher alles über Sprachnachrichten geht, sehe ich ab, weil man in so einer Gruppe nichts mehr findet und alle Information verloren ist, nachdem man sie einmal gehört hat.

Und bevor jetzt die Diskussion los bricht, wieso Whatsapp, dann sage ich euch, dass ich das ganz alleine und basisdemokratisch entschieden habe.

Kaum einer meiner Freunde benutzt die anderen.
Mastodon und Bluesky sind nicht zumutbar zugänglich.
X ist sowieso raus.
Signal und Threma nutzt quasi niemand, den ich kenne.
Facebook und Insta mag ich dafür nicht nutzen.

So viel zu meiner basisdemokratischen Entscheidung…

Ich würde mich wirklich sehr freuen, wenn sich hier so eine spannende Fragerunde entwickeln würde. Lasst es uns das bitte mal miteinander wagen und ausprobieren.

Und jetzt, ich wäre nicht der Sternenonkel, gibt es natürlich noch zwei kleine Geschichten zu unserer schönen Aufforderung:

Super-Oma

Als ich sechs oder sieben Jahre alt war, hatte ich mit Oma den ersten naturwissenschaftlichen Disput in meinem Leben. Ausgangspunkt war vermutlich mein Problem damit, dass wir doch von der Erde herunterrutschen müssten, wenn sie denn rund sei. Meine Oma wollte mir vereinfachend erklären, dass die Erde uns magnetisch anzieht, damit wir nicht herunterfallen.
Ich fragte mich:

Wie soll uns die Erde magnetisch anziehen, wo wir doch gar nicht aus Eisen sind?
Reichte hierfür das Eisen unseres Blutes aus?

Ich wusste ja aus der Fernsehserie Popeye, dass Spinat deshalb so stark macht, weil er viel Eisen enthalten soll. Auch wenn das heute schon wieder etwas anders gesehen wird.

Vermutlich wurde meine Frage erst in der Schule geklärt. Allerdings erinnere ich mich nicht mehr genau daran, seit wann mir der Unterschied zwischen der Schwerkraft-Anziehung und dem Erdmagnetfeld klar wurde. Meine Oma zumindest kannte diesen Unterschied, wie sich im weiteren Verlauf des Gespräches ergab, wohl nicht, denn sie konnte mir das Problem mit dem Eisen nicht erklären.

Komischerweise bin ich mit dieser Frage nie zu einem Lehrer gegangen. Vermutlich zweifelte ich in letzter Konsequenz nicht an der Richtigkeit dieser Antwort, wurde sie mir doch von meiner Super-Oma geliefert. Die musste einfach stimmen. Alles andere damit war mein Problem.

Dumme Fragen

Ganz besonders möchte ich noch diejenigen erwähnen, die Fragen unterdrückten, Antworten nicht gaben, oder Fragen als dumm hinstellten, um zu verbergen, dass sie selbst die Antworten nicht wussten. Auch an jenen durfte ich wachsen und vieles erkennen.

Mit zwölf Jahren hörte ich in einer Radiosendung die Frage, ob Gott in der Lage sei, einen Stein zu erschaffen, der so schwer wäre, dass er ihn selbst nicht tragen könne. Das war, soweit ich mich erinnere, mein erster Kontakt zur Philosophie. Fasziniert von dieser Frage trug ich sie gleich bei nächster Gelegenheit im Religionsunterricht vor. Den Rest der Stunde musste ich armer Sünder dann vor der Tür verbringen.

Von diesem Augenblick an war auch Philosophie für mich interessant, da es offensichtlich verboten war, derartige Fragen zu stellen.