Ihre Beiträge sind uns willkommen! Schreiben Sie uns Ihre Fragen und Anregungen, Ihre Kritik oder Zustimmung. Wir veröffentlichen hier laufend Ihre aktuellen Zuschriften.
Die Gravitationswirkung der Erde differiert an jedem Ort der Erde zwar minimal, aber eben durch Dichteunterschiede der Erdkruste. Somit ist abhängig von der Drehrichtung der Erde zum jeweiligen Satelliten ein veränderter Kraftvektor anzunehmen. Des weiteren sind wohl Wirkungen von der Stellung des Mondes zum Satelliten vorhanden. Ausschließen kann man sicherlich auch nicht die Gravitation der anderen Planeten in Abhängigkeit der Entfernung und Richtung zum Satelliten. Spekulativ möchte ich auch den rotierenden Erdkern nennen. Wer die Anomalie mathematisch fassen könnte hätte den Nobelpreis verdient.
Stellungnahme der Redaktion
Da die Fly-by-Anomalie beim zweiten und dritten Fly-by der Raumsonde Rosetta nicht auftrat, halten sowohl Forscher der „International Flyby Collaboration“ am International Space Science Institute (ISSI), Bern, als auch die Bahnberechner der ESOC in Darmstadt inzwischen eine Ungenauigkeit im aus den 1960er Jahren stammenden Algorithmus, den sämtliche Computerprogramme zur Berechnung von Fly-bys benutzen, für die wahrscheinliche Ursache.
Ich hoffe, dass dem Bericht von Tilmann Althaus in SuW 9/2018, S. 18 noch viele weitere zu diesem Thema folgen. Wird das ein Rosetta vergleichbares wissenschaftliches Abenteuer werden? Hoffentlich.
Kleine Frage am Rande: Aufgrund der Rotations-Animation müsste der 150 Meter große Block doch am Südpol, nicht am Nordpol, von Ryugu liegen?
Stellungnahme der Redaktion
Wir verfolgen das Thema intensiv und werden auf jeden Fall wieder darüber berichten, wenn es neue Erkenntnisse gibt. Ich denke schon, dass die Mission von Hayabusa-2 so spannend wird wie jene von Rosetta, besonders mit der Rückführung von Gesteinsproben des Asteroiden zur Erde.
Zu Herrn Horands Frage: Der große Felsbrocken befindet sich tatsächlich am Nordpol von Ryugu. Der Asteroid rotiert nämlich retrograd, also gegenläufig zum Rotationssinn der Erde, in 7,63 Stunden um seine Achse.
Noch eine kleine Zusatzinformation: Man findet die neuesten Bilder von Hayabusa-2 laufend auf dieser englischsprachigen Webseite der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA: http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/
Ist möglicherweise im Schlussteil des Beitrages etwas durcheinander geraten?
Dort ist von einer Temperatur von "... Millionen Grad ..." die Rede.
Soweit ich mich erinnere - und soweit Sie selbst veröffentlicht haben ( https://www.spektrum.de/magazin/die-raetselhafte-heizung-der-sonnenkorona/827946 ) - liegt die Temperatur in der Korona bei "nur" EINER Million Grad. Die (mehreren) MillionEN werden nur im Inneren erreicht.
Ansonsten - tolles Projekt, auf dessen Ergebnisse ich schon gespannt bin.
Stellungnahme der Redaktion
Die Angabe in dem neuen Beitrag von Tilmann Althaus ist richtig. In dem von Herrn Tauchnitz zitierten Artikel von 2001 der Autoren Bhola N. Dwivedi und Kenneth J. H. Phillips steht zwar geschrieben: "In der oberen Chromosphäre steigt die Temperatur auf 25000 Kelvin, und in der Korona springt sie gar auf eine Million Kelvin."
Aber wenn man in jenem Artikel nur ein wenig weiter liest, dann findet man auch dort schon die Aussagen "Aktive Regionen der Korona – Bereiche, die mit Sonnenflecken auf der Oberfläche in Beziehung stehen – werden sogar noch heißer." und "Die hellen Bögen der aktiven Regionen haben eine Temperatur von etwa vier Millionen Kelvin, während die riesigen Bogenstrukturen in der allgemeinen Korona rund eine Million Kelvin heiß sind."
In dieser Hinsicht hat sich unser Kenntnisstand bis heute nicht wesentlich geändert.
Im obengenannten Artikel in SuW 8/2018 von Jan Hattenbach auf Seite 22 unten heißt es: "Das UV-Licht drang in die Wasserstoffwolken ein und änderte den Anregungszustand der Atome, und zwar so, dass die Atome Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung absorbieren konnten."
Hier habe ich ein Verständnisproblem: Die Energie des 21cm-Spinübergangs ist mit 5,9 µeV extrem klein im Vergleich zu den Energien der UV-Übergänge. Warum bedurfte es einer so großen Änderung des Anregungszustands der H-Atome, damit diese die Hintergrundstrahlung absorbieren konnten? Sollte eine Absorption durch Spinanhebung nicht sogar besser aus dem Grundzustand des Atoms möglich sein?
Dass die Re-Ionisierug durch die ersten Sterne die Absorption beendete, versteht sich dagegen von selbst, da ionisierte H-Atome keinen Elektronenspin haben können.
Stellungnahme der Redaktion
Zwei weitere Leser haben sich mit sinngemäß der gleichen Frage an uns gewandt. Es ist deshalb anzunehmen, dass noch deutlich mehr über diese scheinbar unphysikalische Tatsache gestolpert sind. Dennoch ist die Aussage korrekt. Ihre Grundlage ist ein derart verwickelter physikalischer Mechanismus, dass er sogar einen eigenen Namen besitzt: Wouthuysen–Field-Effekt bzw. Wouthuysen–Field-Kopplung. Es würde zu weit gehen, ihn hier in einer Leserbriefantwort zu erklären. Deshalb sei nur der entsprechende Wikipedia-Artikel genannt (englisch; einen entsprechenden deutschen gibt es nicht): https://en.wikipedia.org/wiki/Wouthuysen%E2%80%93Field_coupling.
Eine grobe Erklärung, die einer der Autoren der Originalpublikation auf Anfrage an Herrn Hattenbach geschrieben hat, sei hier angefügt. Sie ist ebenfalls englisch - und im vollen Physiker-Kauderwelsch, also nicht für jedermann.
U. Bastian
Dear Jan,
you are correct in saying that the "The energy of the hyperfine line is small compared to the UV energies" but what matters is the relative populations of the 2 lowest energy states which form the 21_cm line. The lowest of these is when the electron and proton spins are anti-aligned and the higher is when the electron and proton spins are aligned.
If all the hydrogen atoms were in the lowest energy state we would see a very strong absorption of the CMB, while if all the hydrogen atoms were in the higher state we would see amplification of the CMB, but actually both states are nearly equally populated and the small imbalance is characterized by the "spin temperature". When spin temperature equals the CMB temperature we would see neither emission nor absorption as there is an exact balance between extra photons that are emitted when the CMB
photon causes a 21-cm photon to be emitted and the hydrogen atom drops to the lower state and an absorption when the CMB photon is absorbed and the hydrogen atom is excited into the higher state.
Without the ultraviolet light or significant collisions between the hydrogen atoms the CMB makes (or "couples") the spin temperature equal to the CMB temperature. When the ultraviolet light turns on it excites the hydrogen atoms up and back down from higher energy states according to Wouthuysen–Field coupling. This is a fairly complicated process described at
which "couples" the spin temperature to the kinetic temperature of the hydrogen gas, which is lower than the CMB temperature, and puts more atoms in the lower state which in turn results in absorption of the CMB.
Your last comment: "Any additional excitation would increase the number of atoms in the excited state and therefore rather impede the absorbtion of CMB photons."
does not hold because the Wouthuysen–Field effect goes both ways - it also decreases the number of atoms in the lower state - which it turn results in an imbalance in which the spin temperature drops to the kinetic temperature. [[which may be lower than the CMB temperature; Zusatz von U. Bastian]]
Ist es sinnvoll, bald jeden kleineren Steinbrocken, der um Jupiter (oder einen anderen Planeten) kreist, als Mond zu bezeichnen? Müsste man für Monde nicht auch eine Bezeichnung finden wie man das mit den Zwergplaneten gemacht hat?
Stellungnahme der Redaktion
Bislang haben sich die Astronomen und Planetenforscher nicht auf eine Mindestgröße für Planetenmonde verständigt. Somit kann jeder Kieselstein im Umlauf um einen Planeten prinzipiell als Mond gewertet werden. Und damit käme der Planet Saturn durch seine Myriarden von Partikeln in den Saturnringen auf eine unüberschaubare Anzahl an Monden.
Ich denke, es wird irgendwann eine pragmatische Definition dessen geben, was ein Mond ist und was nicht. Aber derzeit gelten auch kilometergroße Brocken im Umlauf um Jupiter ganz offiziell als Monde. Über Sinn oder Unsinn kann man sich hier trefflich streiten.
Uns wurde allen in der Schule beigebracht dass es nur einen absoluten Nullpunkt gibt, jedoch kein Maximum, da man ja theoretisch immer mehr und mehr Energie hinzufügen könnte. Nun hatten wir aber auch gelernt, dass sich Stoffe dadurch erwärmen, dass sich die Teilchen immer schneller bewegen. Aber nun ist doch auch den Teilchen ein Maximum an Geschwindigkeit gesetzt, die Lichtgeschwindigkeit. Also würde das doch bedeuten, dass es doch eine Maximal-Temperatur gäbe, nämlich die, bei der sich die Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, die niemals erreicht werden könnte. Aber nach dem, was wir gelernt haben, ist das ja eben nicht so. Mir ist bewusst, dass dies wahrscheinlich nicht mit der klassischen Physik zu erklären ist, dennoch bin ich sehr auf ihre Antwort gespannt.
Stellungnahme der Redaktion
Das Maß der Temperatur ist nicht die mittlere Geschwindigkeit, sondern die mittlere Bewegungs-Energie der Teilchen. Die Geschwindigkeit kann, wie Herr Marx richtig schreibt, nur bis knapp unter die Lichtgeschwindigkeit gesteigert werden. Die Energie kann dagegen beliebig erhöht werden. Dabei nähert sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit immer mehr an, ohne sie jedoch ganz zu erreichen.
Das hier Erklärte ist in der Tat nicht ganz klassische Physik, sondern entspricht der speziellen Relativitiätstheorie.
Es bleibt also dabei: es gibt keine Obergrenze der Temperatur.
Die Formulierung "Ein ... Dreifach-Sternsystem, welches aus einem Doppel-Sternsystem mit einem Neutronenstern und einem Weißen Zwerg besteht, das wiederum einen weiteren Weißen Zwerg umkreist" lässt mich stutzen. Ein Neutronenstern sollte, soweit ich unterrichtet bin, für sich genommen schon schwerer sein als jeder weiße Zwerg. Jedenfalls sollte die Masse jedes weißen Zwerges unterhalb der Chandrasekhar - Grenze liegen, die Masse eines Neutronensternes jedoch darüber, oder nicht?
Erst recht sollte ein Doppel-Sternsystem aus weißem Zwerg und Neutronenstern deutlich mehr Masse aufweisen als ein einzelner weißer Zwerg. Der Schwerpunkt des ganzen Systems müsste also deutlich näher am Doppel-Sternsystem liegen. Wenn man schon salopp davon spricht, dass hier eine Komponente die andere umkreist anstatt beide den Schwerpunkt, dann müsste der einsame weiße Zwerg das Doppel-Sternsystem umkreisen und nicht umgekehrt!
Liebe Grüße aus Wien,
Liane Mayer
Lässt sich die Aussage "...konnte bis auf einen Teil in einer Million keine Abweichung feststellen und setzte damit einen neuen Genauigkeitsrekord für das starke Äquivalenzprinzip." konkreter darstellen? Kann nunmehr die Gravitationskonstante G mit einer Genauigkeit von 6 und mehr Stellen hinter dem Komma angegeben werden. Wenn ja, dann sofort Nobelpreis beantragen. Oder was muss ich mir unter dieser Aussage konkret vorstellen?
Stellungnahme der Redaktion
Nein, der Wert, der Gravitationskonstanten ist hiermit nicht bestimmt worden. Was wieder einmal bestätigt worden ist, das ist die Aussage der Allgemeinen Relativitätstheorie, dass sie für unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Materiezustände und unterschiedlich schwere Körper den gleichen Wert besitzen sollte. Und dass sie auch für den Anteil der gravitativen Selbstenergie (also den Massen-Anteil, der in dem Gravitationsfeld des Systems steckt) gilt.
Ich hoffe, das erfüllt den Wunsch von Herrn Weigelt nach einer konkreteren Form der Aussage. Wenn nicht, darf er gern bei mir nochmal nachfragen. Die Frage hat eine befriedigende Antwort verdient.
Im Artikel heißt es: "Sie konnte bis auf einen Teil in einer Million keine Abweichung feststellen und setzte damit einen neuen Genauigkeitsrekord für das starke Äquivalenzprinzip."
Dagegen steht im Wikipedia-Artikel zum Eötvös-Experiment: "Es konnte mit einer Präzision von 1:10^8 gezeigt werden, dass für alle untersuchten Körper das Verhältnis von schwerer und träger Masse gleich ist. Diese Genauigkeit konnte später noch um mehr als drei Größenordnungen verbessert werden."
Wie passt das zusammen?
Stellungnahme der Redaktion
Lieber Herr Polak,
Sie haben natürlich vollkommen recht, dass in diesem frühen Experiment schon gezeigt wurde, dass schwere und träge Masse auf einen Teil in 100 Millionen (1:10^8) gleich sind.
Ich mache aber im Artikel eine wichtige Unterscheidung: Das starke Äquivalenzprinzip (oder "SEP") wurde auf eine neue Genaugikeit geprüft, nicht der Unterschied zwischen träger und schwerer Masse.
Aus Einfachheit, sich darunter etwas vorzustellen, habe ich aber das starke Äquivalenzprinzip etwas salopp erklärt, da es sich um eine kurze Meldung handeln sollte. Das Äquivalenzprinzip beinhaltet außerdem noch die Forderung, dass sich alle Intertialsysteme bei Abwesenheit von gravitationskräften durch die spezielle Relativiätstheorie beschreiben lassen.
Das starke Äquivlenzprinzip, welches in dem Paper getestet wurde, ist nicht exakt gleichbedeutend mit dem Unterschied zwischen träger und schwerer Masse plus spezieller Relativitätstheorie, sondern es beinhaltet die Bedingung, dass die interne Struktur der zu "wiegenden" Masse keine Rolle spielt. Genau genommen soll das heißen, dass auch diejenige Masse/Energie, die in Gravitationsenergie gespeichert ist, "mitgewogen" wird. Es bedeutet damit gleichzeitig, dass die Gravitation komplett durch eine (uni-)metrische Theorie beschrieben wird und schränkt damit zum Beispiel Theorien mit mehreren Metriken oder variierender Graviationskonstante G sowie Skalarfeldkopplungen aus. Diese sind Eigenschaften von vielen alternativen Theorien, die jetzt eine neue obere Grenze haben.
Ich hoffe, meine Erläuterung beseitigt Ihre berechtigten Einwände und sie können mir nachsehen, dass ich in der Meldung die genauere Definition des SEP etwas übergangen habe.
25.06.2018, Klaus Stowasser, Neustadt an der Weinstraße
In dem Artikel ist nirgends erwähnt, WESSEN Zeit gemeint ist / gemessen wurde. Ist es nicht so, dass für den Zerfall die Uhr des Neutrons (ruhend oder bewegt) maßgebend ist? Wenn ich mit der Uhr des Labors messe, müsste man einen Zeitunterschied zwischen den beiden Experimenten von ca. 1% ja erwarten, weil im Strahlexperiment die Neutronen mit ca. 30.000 Km/sec unterwegs sind. Gemäß der Lorentz-Formel sollten deren Uhren bei einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit dann um eben diese ca. 1% langsamer laufen als die Laboruhr, oder?
Stellungnahme der Redaktion
Ganz richtig! Kompliment an Herrn Stowasser, so weit gedacht zu haben. Aber ohne in den Original-Artikeln nachgelesen zu haben gehe ich davon aus, dass dieser Effekt, der für Physiker selbstverständlich sein sollte, in der Diskussion bereits berücksichtigt ist. Ein Einzelner könnte im Prinzip schon mal einen dummen Fehler machen. Aber sobald es um die Diskussion zwischen verschiedenen, gewissermaßen konkurrierenden Gruppen geht, ist das wirklich vollkommen ausgeschlossen. Und dann gibt es ja auch noch die Fachgutachter der jeweiligen Zeitschriften, die vor der Veröffentlichung eines Artikels dessen Richtigkeit und Qualität beurteilen - und definitiv genau die gleiche Frage wie Herr Stowasser stellen müssen.
U.Bastian
Auf S. 32 des Artikels steht: "Die Masse des Mars beträgt nur rund ein Zehntel derjenigen der Erde. Somit ist das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche größer, so dass der Planet bereits einen wesentlich größeren Teil seiner inneren Wärme verloren haben muss .....".
Es ist gerade anders herum: das relativ hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen das einen hohen Wärmeabfluss und eine schnellere Abkühlung bewirkt hat.
1i/'Oumuamua: Alan Fitzsimmons' Vermutung einer 40cm dicken, isolierenden Tholin?-Schicht sind eine bis zum Hausdach gestreckte These konventioneller Überlegungen! Viel treffender ist die Vermutung, 1i/Oumuamua sei ein (eventuell komplett) metallhaltiges Objekt (refractory, with a thin organic skin) eines gravitativ zerrissenen Asteroiden/Planeten.
Ein solch außerordentliches astronomisches Objekt durchfliegt unser Sonnensystem nicht jedes Jahr , Jahrhundert oder Jahrtausend. Das war eine außergewöhnliche Entdeckung!
Betrifft: Tilmann Althaus "Spektakuläre Marsfunde: Organische Moleküle und ein Quäntchen Methan".
Ich kann Tilmann Althaus zu seiner Skepsis nur gratulieren. Für Chemiker und vor allem Biochemiker ist es ärgerlich, wie unvorsichtig Astronomen und vor allem Planetologen und Sonden-Betreuer mit Chemie und vor allem Biochemie umgehen. Selbst der geringste Furz eines Planeten wird mit großem Ballyhoo überinterpretiert in Richtung "Leben". Im Einzelnen:
- Methan kommt im gesamten Universum vor. Warum sollte es auf dem Mars etwas besonderes sein?
- Unter "komplexen" Molekülen versteht man Dinge wie Nukleotide, Proteine, Nukleinsäuren usw. Diese Moleküle werden bei 500 °C mausetot verbraten. Die Beschreibung "also Verbindungen von Kohlenstoff mit Atomen wie Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff" klingt eher nach trivialen Kleinmolekülen. Warum werden denn nicht einige dieser angeblich "komplexeren organischen Moleküle" beim Namen genannt?
- "Meteoriten vom Typ kohliger Chondrit enthalten große Mengen an komplexen organischen Molekülen, darunter sogar Aminosäuren". Na ja, komplex vielleicht nach dem Verständnis der Astronomen. Und "Aminosäuren", man beachte den Plural! Ich habe in astronomischem Zusammenhang bisher nur von einer einzigen Aminosäure gelesen, dem Glycin. Das ist aber eine banal einfache Allerwelts-Chemikalie, Amino-Essigsäure. Im übrigen kamen die Aminosäuren erst später dazu, entstanden ist das Leben aus Nukleotiden und Nukleinsäuren. Und von denen scheinen die allermeisten Astronomen noch nicht einmal den Namen zu kennen.
Kein Chemiker oder Biochemiker hat heute noch den leisesten Zweifel daran, dass das Leben dort entstanden ist, wo es sich auch entwickelte und immer noch existiert: auf der Erde, 90 % der Zeit nur im Meer. Die frühe Erde lieferte alle Materialien, die nötig waren, und die chemischen Reaktionen dazu sind heute weitgehend verstanden. Wir brauchen die Kleinen Grünen Männchen wirklich nicht.
Das sinnfreie Astronomen-Gebrüll "Moleküle des Lebens aus dem All" kann nur einen Zweck haben: In der Öffentlichkeit Aufsehen erregen und damit die Geldgeber weiter anspornen.
Anomalie bei swing by
14.08.2018, Roman Jakob, FrankenthalDie Gravitationswirkung der Erde differiert an jedem Ort der Erde zwar minimal, aber eben durch Dichteunterschiede der Erdkruste. Somit ist abhängig von der Drehrichtung der Erde zum jeweiligen Satelliten ein veränderter Kraftvektor anzunehmen. Des weiteren sind wohl Wirkungen von der Stellung des Mondes zum Satelliten vorhanden. Ausschließen kann man sicherlich auch nicht die Gravitation der anderen Planeten in Abhängigkeit der Entfernung und Richtung zum Satelliten. Spekulativ möchte ich auch den rotierenden Erdkern nennen. Wer die Anomalie mathematisch fassen könnte hätte den Nobelpreis verdient.
Da die Fly-by-Anomalie beim zweiten und dritten Fly-by der Raumsonde Rosetta nicht auftrat, halten sowohl Forscher der „International Flyby Collaboration“ am International Space Science Institute (ISSI), Bern, als auch die Bahnberechner der ESOC in Darmstadt inzwischen eine Ungenauigkeit im aus den 1960er Jahren stammenden Algorithmus, den sämtliche Computerprogramme zur Berechnung von Fly-bys benutzen, für die wahrscheinliche Ursache.
SuW 9 - Hayabusa-2
13.08.2018, Dieter Horand, NiederkrüchtenIch hoffe, dass dem Bericht von Tilmann Althaus in SuW 9/2018, S. 18 noch viele weitere zu diesem Thema folgen. Wird das ein Rosetta vergleichbares wissenschaftliches Abenteuer werden? Hoffentlich.
Kleine Frage am Rande: Aufgrund der Rotations-Animation müsste der 150 Meter große Block doch am Südpol, nicht am Nordpol, von Ryugu liegen?
Wir verfolgen das Thema intensiv und werden auf jeden Fall wieder darüber berichten, wenn es neue Erkenntnisse gibt. Ich denke schon, dass die Mission von Hayabusa-2 so spannend wird wie jene von Rosetta, besonders mit der Rückführung von Gesteinsproben des Asteroiden zur Erde.
Zu Herrn Horands Frage: Der große Felsbrocken befindet sich tatsächlich am Nordpol von Ryugu. Der Asteroid rotiert nämlich retrograd, also gegenläufig zum Rotationssinn der Erde, in 7,63 Stunden um seine Achse.
Noch eine kleine Zusatzinformation: Man findet die neuesten Bilder von Hayabusa-2 laufend auf dieser englischsprachigen Webseite der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA: http://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/
Dr. Tilmann Althaus
1 Mio. vs. Millionen Kelvin
10.08.2018, Martin Tauchnitz, BerlinIst möglicherweise im Schlussteil des Beitrages etwas durcheinander geraten?
Dort ist von einer Temperatur von "... Millionen Grad ..." die Rede.
Soweit ich mich erinnere - und soweit Sie selbst veröffentlicht haben ( https://www.spektrum.de/magazin/die-raetselhafte-heizung-der-sonnenkorona/827946 ) - liegt die Temperatur in der Korona bei "nur" EINER Million Grad. Die (mehreren) MillionEN werden nur im Inneren erreicht.
Ansonsten - tolles Projekt, auf dessen Ergebnisse ich schon gespannt bin.
Die Angabe in dem neuen Beitrag von Tilmann Althaus ist richtig. In dem von Herrn Tauchnitz zitierten Artikel von 2001 der Autoren Bhola N. Dwivedi und Kenneth J. H. Phillips steht zwar geschrieben: "In der oberen Chromosphäre steigt die Temperatur auf 25000 Kelvin, und in der Korona springt sie gar auf eine Million Kelvin."
Aber wenn man in jenem Artikel nur ein wenig weiter liest, dann findet man auch dort schon die Aussagen "Aktive Regionen der Korona – Bereiche, die mit Sonnenflecken auf der Oberfläche in Beziehung stehen – werden sogar noch heißer." und "Die hellen Bögen der aktiven Regionen haben eine Temperatur von etwa vier Millionen Kelvin, während die riesigen Bogenstrukturen in der allgemeinen Korona rund eine Million Kelvin heiß sind."
In dieser Hinsicht hat sich unser Kenntnisstand bis heute nicht wesentlich geändert.
U. Bastian
Set the controls for the heart of the sun
10.08.2018, Eberhard Ley, Wonsees"Nachricht von den ersten Sternen"
07.08.2018, Fritz Schauer, KirchzartenIm obengenannten Artikel in SuW 8/2018 von Jan Hattenbach auf Seite 22 unten heißt es: "Das UV-Licht drang in die Wasserstoffwolken ein und änderte den Anregungszustand der Atome, und zwar so, dass die Atome Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung absorbieren konnten."
Hier habe ich ein Verständnisproblem: Die Energie des 21cm-Spinübergangs ist mit 5,9 µeV extrem klein im Vergleich zu den Energien der UV-Übergänge. Warum bedurfte es einer so großen Änderung des Anregungszustands der H-Atome, damit diese die Hintergrundstrahlung absorbieren konnten? Sollte eine Absorption durch Spinanhebung nicht sogar besser aus dem Grundzustand des Atoms möglich sein?
Dass die Re-Ionisierug durch die ersten Sterne die Absorption beendete, versteht sich dagegen von selbst, da ionisierte H-Atome keinen Elektronenspin haben können.
Zwei weitere Leser haben sich mit sinngemäß der gleichen Frage an uns gewandt. Es ist deshalb anzunehmen, dass noch deutlich mehr über diese scheinbar unphysikalische Tatsache gestolpert sind. Dennoch ist die Aussage korrekt. Ihre Grundlage ist ein derart verwickelter physikalischer Mechanismus, dass er sogar einen eigenen Namen besitzt: Wouthuysen–Field-Effekt bzw. Wouthuysen–Field-Kopplung. Es würde zu weit gehen, ihn hier in einer Leserbriefantwort zu erklären. Deshalb sei nur der entsprechende Wikipedia-Artikel genannt (englisch; einen entsprechenden deutschen gibt es nicht): https://en.wikipedia.org/wiki/Wouthuysen%E2%80%93Field_coupling.
Eine grobe Erklärung, die einer der Autoren der Originalpublikation auf Anfrage an Herrn Hattenbach geschrieben hat, sei hier angefügt. Sie ist ebenfalls englisch - und im vollen Physiker-Kauderwelsch, also nicht für jedermann.
U. Bastian
Dear Jan,
you are correct in saying that the "The energy of the hyperfine line is small compared to the UV energies" but what matters is the relative populations of the 2 lowest energy states which form the 21_cm line. The lowest of these is when the electron and proton spins are anti-aligned and the higher is when the electron and proton spins are aligned.
If all the hydrogen atoms were in the lowest energy state we would see a very strong absorption of the CMB, while if all the hydrogen atoms were in the higher state we would see amplification of the CMB, but actually both states are nearly equally populated and the small imbalance is characterized by the "spin temperature". When spin temperature equals the CMB temperature we would see neither emission nor absorption as there is an exact balance between extra photons that are emitted when the CMB
photon causes a 21-cm photon to be emitted and the hydrogen atom drops to the lower state and an absorption when the CMB photon is absorbed and the hydrogen atom is excited into the higher state.
Without the ultraviolet light or significant collisions between the hydrogen atoms the CMB makes (or "couples") the spin temperature equal to the CMB temperature. When the ultraviolet light turns on it excites the hydrogen atoms up and back down from higher energy states according to Wouthuysen–Field coupling. This is a fairly complicated process described at
https://en.wikipedia.org/wiki/Wouthuysen%E2%8%93Field_coupling
which "couples" the spin temperature to the kinetic temperature of the hydrogen gas, which is lower than the CMB temperature, and puts more atoms in the lower state which in turn results in absorption of the CMB.
Your last comment: "Any additional excitation would increase the number of atoms in the excited state and therefore rather impede the absorbtion of CMB photons."
does not hold because the Wouthuysen–Field effect goes both ways - it also decreases the number of atoms in the lower state - which it turn results in an imbalance in which the spin temperature drops to the kinetic temperature. [[which may be lower than the CMB temperature; Zusatz von U. Bastian]]
Best regards, Alan Rogers
Wann ist ein Mond ein Mond ?
30.07.2018, Piero Grumelli, Oberdorf BLBislang haben sich die Astronomen und Planetenforscher nicht auf eine Mindestgröße für Planetenmonde verständigt. Somit kann jeder Kieselstein im Umlauf um einen Planeten prinzipiell als Mond gewertet werden. Und damit käme der Planet Saturn durch seine Myriarden von Partikeln in den Saturnringen auf eine unüberschaubare Anzahl an Monden.
Ich denke, es wird irgendwann eine pragmatische Definition dessen geben, was ein Mond ist und was nicht. Aber derzeit gelten auch kilometergroße Brocken im Umlauf um Jupiter ganz offiziell als Monde. Über Sinn oder Unsinn kann man sich hier trefflich streiten.
Dr. Tilmann Althaus
Keine maximale Grenze der Temperatur?
17.07.2018, Lukas Marx, AdresseDas Maß der Temperatur ist nicht die mittlere Geschwindigkeit, sondern die mittlere Bewegungs-Energie der Teilchen. Die Geschwindigkeit kann, wie Herr Marx richtig schreibt, nur bis knapp unter die Lichtgeschwindigkeit gesteigert werden. Die Energie kann dagegen beliebig erhöht werden. Dabei nähert sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit immer mehr an, ohne sie jedoch ganz zu erreichen.
Das hier Erklärte ist in der Tat nicht ganz klassische Physik, sondern entspricht der speziellen Relativitiätstheorie.
Es bleibt also dabei: es gibt keine Obergrenze der Temperatur.
Wer umkreist hier wen?
06.07.2018, Liane Mayer, WienErst recht sollte ein Doppel-Sternsystem aus weißem Zwerg und Neutronenstern deutlich mehr Masse aufweisen als ein einzelner weißer Zwerg. Der Schwerpunkt des ganzen Systems müsste also deutlich näher am Doppel-Sternsystem liegen. Wenn man schon salopp davon spricht, dass hier eine Komponente die andere umkreist anstatt beide den Schwerpunkt, dann müsste der einsame weiße Zwerg das Doppel-Sternsystem umkreisen und nicht umgekehrt!
Liebe Grüße aus Wien,
Liane Mayer
Richtig.
Interpretation bitte konkreter
05.07.2018, Gert Weigelt, DresdenNein, der Wert, der Gravitationskonstanten ist hiermit nicht bestimmt worden. Was wieder einmal bestätigt worden ist, das ist die Aussage der Allgemeinen Relativitätstheorie, dass sie für unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Materiezustände und unterschiedlich schwere Körper den gleichen Wert besitzen sollte. Und dass sie auch für den Anteil der gravitativen Selbstenergie (also den Massen-Anteil, der in dem Gravitationsfeld des Systems steckt) gilt.
Ich hoffe, das erfüllt den Wunsch von Herrn Weigelt nach einer konkreteren Form der Aussage. Wenn nicht, darf er gern bei mir nochmal nachfragen. Die Frage hat eine befriedigende Antwort verdient.
Ulrich Bastian
Genauigkeitsrekord?
05.07.2018, Manfred Polak, PuchheimDagegen steht im Wikipedia-Artikel zum Eötvös-Experiment: "Es konnte mit einer Präzision von 1:10^8 gezeigt werden, dass für alle untersuchten Körper das Verhältnis von schwerer und träger Masse gleich ist. Diese Genauigkeit konnte später noch um mehr als drei Größenordnungen verbessert werden."
Wie passt das zusammen?
Lieber Herr Polak,
Sie haben natürlich vollkommen recht, dass in diesem frühen Experiment schon gezeigt wurde, dass schwere und träge Masse auf einen Teil in 100 Millionen (1:10^8) gleich sind.
Ich mache aber im Artikel eine wichtige Unterscheidung: Das starke Äquivalenzprinzip (oder "SEP") wurde auf eine neue Genaugikeit geprüft, nicht der Unterschied zwischen träger und schwerer Masse.
Aus Einfachheit, sich darunter etwas vorzustellen, habe ich aber das starke Äquivalenzprinzip etwas salopp erklärt, da es sich um eine kurze Meldung handeln sollte. Das Äquivalenzprinzip beinhaltet außerdem noch die Forderung, dass sich alle Intertialsysteme bei Abwesenheit von gravitationskräften durch die spezielle Relativiätstheorie beschreiben lassen.
Das starke Äquivlenzprinzip, welches in dem Paper getestet wurde, ist nicht exakt gleichbedeutend mit dem Unterschied zwischen träger und schwerer Masse plus spezieller Relativitätstheorie, sondern es beinhaltet die Bedingung, dass die interne Struktur der zu "wiegenden" Masse keine Rolle spielt. Genau genommen soll das heißen, dass auch diejenige Masse/Energie, die in Gravitationsenergie gespeichert ist, "mitgewogen" wird. Es bedeutet damit gleichzeitig, dass die Gravitation komplett durch eine (uni-)metrische Theorie beschrieben wird und schränkt damit zum Beispiel Theorien mit mehreren Metriken oder variierender Graviationskonstante G sowie Skalarfeldkopplungen aus. Diese sind Eigenschaften von vielen alternativen Theorien, die jetzt eine neue obere Grenze haben.
Ich hoffe, meine Erläuterung beseitigt Ihre berechtigten Einwände und sie können mir nachsehen, dass ich in der Meldung die genauere Definition des SEP etwas übergangen habe.
Viele Grüße
Tim Tugendhat
Unser roter Nachbar im Teleskop ...
30.06.2018, Jörg MalekZeitdilatation
25.06.2018, Klaus Stowasser, Neustadt an der WeinstraßeGanz richtig! Kompliment an Herrn Stowasser, so weit gedacht zu haben. Aber ohne in den Original-Artikeln nachgelesen zu haben gehe ich davon aus, dass dieser Effekt, der für Physiker selbstverständlich sein sollte, in der Diskussion bereits berücksichtigt ist. Ein Einzelner könnte im Prinzip schon mal einen dummen Fehler machen. Aber sobald es um die Diskussion zwischen verschiedenen, gewissermaßen konkurrierenden Gruppen geht, ist das wirklich vollkommen ausgeschlossen. Und dann gibt es ja auch noch die Fachgutachter der jeweiligen Zeitschriften, die vor der Veröffentlichung eines Artikels dessen Richtigkeit und Qualität beurteilen - und definitiv genau die gleiche Frage wie Herr Stowasser stellen müssen.
U.Bastian
SuW 7 / 2018: Mars - Vorstoß ins Innere
19.06.2018, Mehrere Leser schrieben sinngemäß:Auf S. 32 des Artikels steht: "Die Masse des Mars beträgt nur rund ein Zehntel derjenigen der Erde. Somit ist das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche größer, so dass der Planet bereits einen wesentlich größeren Teil seiner inneren Wärme verloren haben muss .....".
Es ist gerade anders herum: das relativ hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen das einen hohen Wärmeabfluss und eine schnellere Abkühlung bewirkt hat.
1I.. Tidal Disruption Fragment from a Planet/Planetesimal of a White Dwarf
12.06.2018, Konrad Marek, BuchloeEin solch außerordentliches astronomisches Objekt durchfliegt unser Sonnensystem nicht jedes Jahr , Jahrhundert oder Jahrtausend. Das war eine außergewöhnliche Entdeckung!
Extraterrestrische Chemikalien.
08.06.2018, Dr. Manfred BühnerIch kann Tilmann Althaus zu seiner Skepsis nur gratulieren. Für Chemiker und vor allem Biochemiker ist es ärgerlich, wie unvorsichtig Astronomen und vor allem Planetologen und Sonden-Betreuer mit Chemie und vor allem Biochemie umgehen. Selbst der geringste Furz eines Planeten wird mit großem Ballyhoo überinterpretiert in Richtung "Leben". Im Einzelnen:
- Methan kommt im gesamten Universum vor. Warum sollte es auf dem Mars etwas besonderes sein?
- Unter "komplexen" Molekülen versteht man Dinge wie Nukleotide, Proteine, Nukleinsäuren usw. Diese Moleküle werden bei 500 °C mausetot verbraten. Die Beschreibung "also Verbindungen von Kohlenstoff mit Atomen wie Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff" klingt eher nach trivialen Kleinmolekülen. Warum werden denn nicht einige dieser angeblich "komplexeren organischen Moleküle" beim Namen genannt?
- "Meteoriten vom Typ kohliger Chondrit enthalten große Mengen an komplexen organischen Molekülen, darunter sogar Aminosäuren". Na ja, komplex vielleicht nach dem Verständnis der Astronomen. Und "Aminosäuren", man beachte den Plural! Ich habe in astronomischem Zusammenhang bisher nur von einer einzigen Aminosäure gelesen, dem Glycin. Das ist aber eine banal einfache Allerwelts-Chemikalie, Amino-Essigsäure. Im übrigen kamen die Aminosäuren erst später dazu, entstanden ist das Leben aus Nukleotiden und Nukleinsäuren. Und von denen scheinen die allermeisten Astronomen noch nicht einmal den Namen zu kennen.
Kein Chemiker oder Biochemiker hat heute noch den leisesten Zweifel daran, dass das Leben dort entstanden ist, wo es sich auch entwickelte und immer noch existiert: auf der Erde, 90 % der Zeit nur im Meer. Die frühe Erde lieferte alle Materialien, die nötig waren, und die chemischen Reaktionen dazu sind heute weitgehend verstanden. Wir brauchen die Kleinen Grünen Männchen wirklich nicht.
Das sinnfreie Astronomen-Gebrüll "Moleküle des Lebens aus dem All" kann nur einen Zweck haben: In der Öffentlichkeit Aufsehen erregen und damit die Geldgeber weiter anspornen.