Auch in diesem Artikel habe ich wieder, ähnlich wie bei dem kürzlichen zweiteiligen Artikel über die Geschwindigkeit von Neutrinos versucht, naturwissenschaftliche Zusammenhänge so darzustellen, daß auch derjenige sie versteht, der nicht Physik als Leistungskurs hatte oder gar naturwissenschaftlich arbeitet.
Es ist - ich habe das damals schon gesagt - immer eine Gratwanderung. Ich versuche es mit anschaulichen Bildern und unter möglichster Vermeidung der Fachsprache. Der Fachmann kann kritisieren, daß vieles vereinfacht dargestellt und laienhaft ausgedrückt ist. Für diejenigen, an die ich mich mit solchen Artikeln wende - inelligente, gebildete, aber eben nicht naturwissenschaftlich versierte Leser - mag es vielleicht trotzdem manchmal schwierig sein. (Über Rückmeldung zu diesem Punkt würde ich mich übrigens freuen).
Wieder wurde der Artikel länger als geplant, als ich mich bemüht habe, die Grundlagen für die Forschungen der drei Nobelpreisträger zusammenzustellen. Mit dieser selbst wird sich erst der zweite Teil befassen. Wann er erscheint, hängt ein bißchen von der politischen Tagesaktualität ab, die in ZR zwangsläufig zeitlichen Vorrang haben muß.
auch von mir vielen Dank für Ihre wissenschaftlichen Beiträge, bzw. Beiträgen zum besseren Verständnis der aktuellen Wissenschaft.
Ich habe zwar vor ca. 40 Jahren mal Physik und auch höhere Physik gehabt, dabei aber recht wenig zum Thema Weltall. Ihr Beitrag gibt so in etwa auch meinen Kenntnisstand wieder, aber ich justiere diesen ganz gerne ab und zu. Eine Frage dazu: Wie stark ist die Expansion des Weltraums in Prozent pro Jahr, o.ä.?
In Ihrem Beitrag liest es sich so, als wenn diese Expansion den Abstand zwischen den Galaxien immer größer werden lässt, gilt das aber nicht auch für den Abstand von Planeten und Sonne innerhalb unseres Sonnensystems? Wenn ja, lässt sich diese Veränderung dann auch 'lokal' feststellen (oder ist die Ändeung so minimal?)?
vielen Dank für diese Erläuterungen, die mir sehr viel Freude bereiten. Gerade astronomische Themen finde ich seit meiner Kindheit spannend.
Ihre Erläuterungen - auch die zum Thema Neutrinos - erleichtern mir das grobe Verständnis physikalischer Zusammenhänge sehr. Zudem finde ich die benutzten Bilder sehr anschaulich, und ich werde sie sicherlich verwenden, wenn mich z.B. meine Kinder einmal nach diesen Zusammenhängen fragen sollten - was zugegeben noch ein paar Jahre dauern wird.
Was den Schwierigkeitsgrad angeht, finde ich, dass Sie hier ein gutes Maß getroffen haben. Ich hatte "nur" einen Physik-Grundkurs in der Oberstufe und war darin auch kein Überflieger, trotzdem kann ich Ihren Erläuterungen folgen.
Zitat von MartinIn Ihrem Beitrag liest es sich so, als wenn diese Expansion den Abstand zwischen den Galaxien immer größer werden lässt, gilt das aber nicht auch für den Abstand von Planeten und Sonne innerhalb unseres Sonnensystems? Wenn ja, lässt sich diese Veränderung dann auch 'lokal' feststellen (oder ist die Ändeung so minimal?)?
Diese Ausdehnung findet nur zwischen Galaxien statt, nicht innerhalb von ihnen. Der Grund ist, daß sich durch die Expansion der Raumzeit Entfernungen verändern, aber nicht die Größe von etwas - sei es einer Galaxie, eines Sonnensystems oder auch eines Gegenstands auf der Erde. Dessen Moleküle sind "gebunden"; ebenso, wie die Sterne einer Galaxie durch Gravitation gebunden sind.
Das Bild mit den auf den Luftballon aufgemalten Landkreisen gibt das nicht ganz richtig wieder; ich habe es deshalb in dem Artikel jetzt leicht abgewandelt: aufgeklebte Plättchen, deren Abstand sich beim Aufblasen vergrößert, während ihr Durchmesser unverändert bleibt.
Innerhalb einer Galaxie gibt es allerdings Bewegungen, die sich als Rotverschiebung zu erkennen geben; aber das ist dann ein Dopplereffekt (es gibt auch, je nach Bewegungsrichtung, Blauverschiebungen). Die Bewegungen der Sterne in einer Galaxie sind sogar recht heftig. An deren Rand sind sie so schnell, daß die Galaxie eigentlich auseinanderfliegen müßte; denn die Gravitation der Masse, die dem sichtbaren Licht entspricht, reicht nicht aus, um die Fliehkraft zu kompensieren. Das ist einer der Gründe, warum es "dunkle Materie" geben muß.
Naja, muß. Sagen wir: Warum man sie gegenwärtig annimmt. Wie auch "dunkle Energie"; darauf komme ich vielleicht noch im zweiten Teil.
Zitat von Zettel Innerhalb einer Galaxie gibt es allerdings Bewegungen, die sich als Rotverschiebung zu erkennen geben; aber das ist dann ein Dopplereffekt (es gibt auch, je nach Bewegungsrichtung, Blauverschiebungen). Die Bewegungen der Sterne in einer Galaxie sind sogar recht heftig. An deren Rand sind sie so schnell, daß die Galaxie eigentlich auseinanderfliegen müßte; denn die Gravitation der Masse, die dem sichtbaren Licht entspricht, reicht nicht aus, um die Fliehkraft zu kompensieren. Das ist einer der Gründe, warum es "dunkle Materie" geben muß.
Naja, muß. Sagen wir: Warum man sie gegenwärtig annimmt. Wie auch "dunkle Energie"; darauf komme ich vielleicht noch im zweiten Teil
Ist dies nicht der Grund weshalb in jeder Spiralgalaxie ein schwarzes Loch vermutet wird? Nachtrag: Ein massereiches schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie meine ich.
In der Zettel`schen Marginalie wird ja über die Rotverschiebung des Lichtes der Sterne gesprochen und dazu könnte man sich doch sehr schnell fragen, wieso man eigentlich so sicher ist, daß dies mit einer Bewegung der Sterne zu erklären ist. Ich werde also hier mal versuchen eine notwendige zusätzliche Erläuterung zu dem Begriff Rotverschiebung zu geben.
Wie mit den Leuchttürmen ist es am einfachsten mit ganz einfach normalem Alltagsverständnis hier auf der Erde anzufangen. In einer Schmiede kann man rotglühendes und auch gelblich weißglühendes Eisen finden. Wie wir alle wissen (hoffentlich), ist das rotglühende Eisen deutlich weniger heiß (ca. 550°C) als das gelblich weißglühende Eisen mit ca. 1.200°C und höher. Schaut man die Sterne am Himmel an, so leuchten fast alle in Weiß und nur einige wenige in einem rötlichen Farbton. Die bekanntesten dabei sind der Stern Beteigeuze im Sternbild Orion und der Stern Antares im Sternbild Skorpion. Beides rote Riesensterne mit einer Oberflächentemperatur von ca. 3.500°C. Zum Vergleich die Oberflächentemperatur unsere Sonne beträgt ca. 6.000°C. (Rötlich leuchtet auch noch der Planet Mars. Der aber aufgrund seiner rötlich gefärbten Oberfläche.)
Wenn man sich dies also so ansieht, so könnte man doch auch einfach sagen, daß die beobachteten Sterne nur ein bißchen kühler sind, deshalb rötlicher erscheinen und bräuchte nicht darüber zu spekulieren, daß die Stern sich bewegen bzw. daß sogar der Raum sich ausdehnt.
Auch hier kann man eine entsprechende Erklärung mit normalem Alltagsverständnis finden. Dazu braucht man nur Sonnenschein, ein bißchen Regen, den richtigen Standort und schon sieht man einen Regenbogen in den Spektralfarben von rot bis blau. Zerlegt man das uns als weiß erscheinende Sonnenlicht mit einem Prisma in seine farbigen Bestandteile, so kann man sich das Spektrum auch genauer ansehen. Dabei wird man feststellen, daß kein von rot bis blau durchgehendes Farbband sichtbar ist, sondern daß sich im Farbband an verschiedenen Stellen schwarze Lücken befinden. Siehe Bild
Angegeben ist die Wellenlänge des Lichts in Nano- Metern. Ein Nano Meter oder abgekürzt nm hat eine Länge von 0,000 000 001 Meter
Die schwarzen Linien entstehen dadurch, daß das tief im Innern der Sonne entstehende Licht von den in den Außenbereichen der Sonne befindlichen Elementen bei ganz bestimmten elementabhängigen Wellenlängen absorbiert wird. Anhand der Intensität dieser Linien kann man darüber hinaus auch erkennen, in welchen Mengen sich welche Elemente in der Sonne befinden.
Genauso wie es bestimmte Absorptionslinien für verschiedene Elemente gibt, so gibt es, sobald ein chemisches Element angeregt wird, auch ganz eindeutige Emissionslinien. Hier sind die Spektrallinien des Wasserstoff am interessantesten.
Die im oberen Bild mit C und F bezeichneten Linien sind neben anderen die charakteristischen Linien für das Vorhandensein von Wasserstoff. Hier als rot und Hellblau zu sehen. Sieht man sich nun die Farbspektren von Sternen in unserer Nähe an, so kann man dort die genau gleichen Absorptionslinien feststellen.
Damit kommen wir nun auch wieder zu der genannten Rotverschiebung.
Analysiert man das Farbspektrum von sehr weit entfernten Sternen oder Galaxien, so bekommt man ein Bild ähnlich dem oben gezeigten Absorptionsspektrum, nur das alle Linien um eine bestimmten Betrag in Richtung rötlicher verschoben sind. Das was die C-Linie des Wasserstoffs sein müßte, mißt man nun nicht mehr bei 656 nm, sondern bei z.B. 675nm.
Da man mit guter Berechtigung davon ausgehen kann, daß es sich dort um den gleichen Wasserstoff wie hier handelt, bleibt als Begründung für die Verschiebung der Absorptionslinie nur übrig, daß sich dieser Stern diese Galaxie mit hoher Geschwindigkeit von uns entfernt.
Hoffe, daß dies zum Verständlichmachen des Begriffs ausreichend verständlich, nicht zu vereinfachend und trotzdem korrekt ist. Und hoffentlich ist der Text nun auch nicht arg zu lang geworden.
Grüße
SF- Leser
Noch was zu der Analyse der Farbspektren: Man muß sich anhand der Helligkeit der normalen Sterne, die man des Nachts sehen kann, mal vorstellen, wie wenig Licht von den mehreren Milliarden entfernten Galaxien ankommt und wie dann aus diesem wenigen Licht, das da ankommt, auch noch ein Farbspektrum dieser Galaxien erstellt werden kann. Und dann muß man darin auch die Lücken finden! Ich finde das schon sehr beeindruckend.
Zu den Bildern: Die Bilder sind gemeinfrei und aus den entsprechenden Wikipedia Artikeln entnommen. Den Text habe ich mir aber selbst ausgedacht!!
Zitat von SF-LeserAnalysiert man das Farbspektrum von sehr weit entfernten Sternen oder Galaxien, so bekommt man ein Bild ähnlich dem oben gezeigten Absorptionsspektrum, nur das alle Linien um eine bestimmten Betrag in Richtung rötlicher verschoben sind. Das was die C-Linie des Wasserstoffs sein müßte, mißt man nun nicht mehr bei 656 nm, sondern bei z.B. 675nm.
Da man mit guter Berechtigung davon ausgehen kann, daß es sich dort um den gleichen Wasserstoff wie hier handelt, bleibt als Begründung für die Verschiebung der Absorptionslinie nur übrig, daß sich dieser Stern diese Galaxie mit hoher Geschwindigkeit von uns entfernt.
Hoffe, daß dies zum Verständlichmachen des Begriffs ausreichend verständlich, nicht zu vereinfachend und trotzdem korrekt ist. Und hoffentlich ist der Text nun auch nicht arg zu lang geworden.
Vielen Dank für die Ergänzungen, lieber SF-Leser!
Sie haben vollkommen Recht, daß entscheidend die Verschiebung der Spektrallinien ist. Ich bin darauf nicht eingegangen - wie auf so vieles, was man eigentlich hätte ausführen, einschränken, präzisieren müssen -, weil ZR ja kein Wissenschaftsblog ist und sein kann.
Mein Anliegen bei solchen Artikeln ist es, auch denjenigen, die Physik nicht als Leistungskurs hatten, die kein naturwissenschaftliches Studium haben und die keine SF lesen, einen kleinen Einblick zu geben. In die - aus meiner Sicht - faszinierende Welt der Naturwissenschaft, die nur von vielen nicht als solche erkannt wird.
Dabei muß ich immer auch im Auge haben, wie lang ein ZR-Artikel maximal sein sollte. Und ob der Leser die Lektüre als Freude oder als Mühe empfindet.
Zitat von Martin Eine Frage dazu: Wie stark ist die Expansion des Weltraums in Prozent pro Jahr, o.ä.?
Da die Expansion ja eben zunimmt, kann man streng genommen nur die gegenwärtige Expansionsrate angeben.
Es geht dann um die Hubble-Konstante, die aber eben nur in diesem eingeschränkten Sinn eine Konstante ist. Dazu die Wikipedia:
Zitat The law is often expressed by the equation v = H0D, with H0 the constant of proportionality (the Hubble constant) between the "proper distance" D to a galaxy (which can change over time, unlike the comoving distance) and its velocity v (i.e. the derivative of proper distance with respect to cosmological time coordinate; see Uses of the proper distance for some discussion of the subtleties of this definition of 'velocity'). The SI unit of H0 is s−1 but it is most frequently quoted in (km/s)/Mpc, thus giving the speed in km/s of a galaxy 1 megaparsec (3.09×1019 km) away. The reciprocal of H0 is the Hubble time.
A recent 2011 estimate of the Hubble constant, which used a new infrared camera on the Hubble Space Telescope (HST) to measure the distance and redshift for a collection of astronomical objects, gives a value of H0 = 73.8 ± 2.4 (km/s)/Mpc. An alternate approach using data from galactic clusters gave a value of H0 = 67.0 ± 3.2 (km/s)/Mpc.
Das klingt kompliziert, ist es aber nicht: Für eine Galaxie in einer bestimmten Entfernung *( = einem bestimmten Abstand)*, die in Megaparsec gemessen wird, gibt man die Geschwindigkeit der Entfernung *( = der Wegbewegung)* von unserer Galaxie in Kilometern pro Sekunde an.
Und diese liegt für eine Galaxie, die sich im Abstand von einem Megaparsec von uns befindet, bei ungefähr 70 km/Sekunde. (Ich habe andere Schätzungen gelesen, die alle zwischen den Werten 50 und 100 liegen).
Jetzt muß man nur noch wissen, was ein Megaparsec ist.
Eine Million Parsec, was sonst. Und was ist ein Parsec? Es ist ein astronomisches Entfernungsmaß, das von den Fachleuten häufiger verwendet wird als das Lichtjahr, und entspricht etwas mehr als drei Lichtjahren.
Es ist die Abkürzung für Parallaxen-Sekunde. Während des Laufs der Erde um die Sonne gibt es parallaktische Verschiebungen; ungefähr so, wie sich die Kulissen in einem Theater gegeneinander zu verschieben scheinen, wenn man im Zuschauerraum umhergeht. Je näher eine Kulisse, umso mehr verschiebt sie sich. Also kann man diesen Winkel der Verschiebung als Maß für die Entfernung nehmen. Meßbar freilich nur bei (astronomisch) geringen Entfernungen.
Fazit: Eine Galaxie, die von der unsrigen drei Millionen Lichtjahre entfernt ist, bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr siebzig Kilometern in der Sekunde von uns weg.
Allerdings gibt es davon nicht sehr viele. Vielleicht hundert von den hundert Milliarden, auf die das Universum geschätzt wird. Die anderen wollen hurtiger von uns weg.
Herzlich, Zettel
Erläuterungen in * ... * zum besseren Verständnis nachträglich eingefügt.
Bitte beachten Sie diese Forumsregeln: Beiträge, die persönliche Angriffe gegen andere Poster, Unhöflichkeiten oder vulgäre Ausdrücke enthalten, sind nicht erlaubt; ebensowenig Beiträge mit rassistischem, fremdenfeindlichem oder obszönem Inhalt und Äußerungen gegen den demokratischen Rechtsstaat sowie Beiträge, die gegen gesetzliche Bestimmungen verstoßen. Hierzu gehört auch das Verbot von Vollzitaten, wie es durch die aktuelle Rechtsprechung festgelegt ist. Erlaubt ist lediglich das Zitieren weniger Sätze oder kurzer Absätze aus einem durch Copyright geschützten Dokument; und dies nur dann, wenn diese Zitate in einen argumentativen Kontext eingebunden sind. Bilder und Texte dürfen nur hochgeladen werden, wenn sie copyrightfrei sind oder das Copyright bei dem Mitglied liegt, das sie hochlädt. Bitte geben Sie das bei dem hochgeladenen Bild oder Text an. Links können zu einzelnen Artikeln, Abbildungen oder Beiträgen gesetzt werden, aber nicht zur Homepage von Foren, Zeitschriften usw. Bei einem Verstoß wird der betreffende Beitrag gelöscht oder redigiert. Bei einem massiven oder bei wiederholtem Verstoß endet die Mitgliedschaft. Eigene Beiträge dürfen nachträglich in Bezug auf Tippfehler oder stilistisch überarbeitet, aber nicht in ihrer Substanz verändert oder gelöscht werden. Nachträgliche Zusätze, die über derartige orthographische oder stilistische Korrekturen hinausgehen, müssen durch "Edit", "Nachtrag" o.ä. gekennzeichnet werden. Ferner gehört das Einverständnis mit der hier dargelegten Datenschutzerklärung zu den Forumsregeln.
Sie sind vermutlich noch nicht im Forum angemeldet - Klicken Sie hier um sich kostenlos anzumelden
Offline
