Kometenphysik 2

Etwas Kometenphysik 2

Im letzten Post haben wir gelernt, dass der „Komet“ nicht der Schweif, sondern der Brocken im Koma des Schweifs ist. Im Fernglas ist dieser Kern nicht sichtbar, trotzdem der winzige Punkt, von dem aus der Schweif entsteht.

Ich will in diesem Post etwas über die Kometenbahnen schreiben.

Sieht man einen Kometen mit Schweif, liegt die Erwartung nahe, dass der Schweif der Bahn des Kometen folgt. Das ist aber falsch.

Der Schweif zeigt lediglich gegen die  Richtung zur Sonne,also immer von der Sonne weg.. Dabei ist der Gasschweif etwas strikter, da die einzelnen Moleküle deutlich schneller beschleunigt werden können, als Staubteilchen.

Der Staubschweif ist meist leicht gekrümmt, da die Staubteilchen etwas langsamer sind und etwas brauchen, bis sie am anderen Ende angekommen sind.

Die Abweichung kommt daher zustande, da jedes Teilchen einen Impuls vom Kometen haben und zusätzlich vom Sonnenwind.

Und da sich beides mit dem Abstand zur Sonne ändert, weicht der Staubschweif nach hinten (d.h. zu den Molekülen, die länger vom Kometen weg sind), vom „jüngeren“ Schweifende ab. Das führt dann bis zur Krümmung des Schweifs.

Wie das ganze dann aussieht, kann man auch bei meiner Zeitraffer sehen. Ich habe dazu die Kamera nach den Sternen nachgeführt und digital auch noch stabilisiert. Achten sie auf die beiden Sterne unten, zu denen sich der Komet deutlich bewegt.

Wir sehen als deutlich die scheinbare Bahn eines Kometen am Himmel.

Mark Woskowski

Kometenphysik 1

Etwas Kometenphysik 1

Im letzten Post vom 8.7. habe ich etwas erklärt wie man NEOWISE am besten beobachtet. In diesem Post will ich etwas erklären, was man bei NEOWISE genau sieht und allgemein etwas über Kometen informieren.

Vorweg gesagt: Kometen sind in der Astronomie und Astrophysik Objekte, die in vielen Hinsichten ungeklärt sind.

Außerdem werden Kometen missverstanden. Wenn wir zur Zeit von Kometen sprechen, meinen wir den Schweif des Kometen. Den eigentlichen Kometen sehen wir gar nicht. Das ist nämlich ein Klumpen aus viel Dreck und gefrorenem Wasser. Kometen nennt man daher auch „Dreckige Schneebälle“.

Normalerweise haben Kometen auch keinen Schweif, sondern rasen durch das Sonnensystem als dunkle kalte Klumpen.

Bei ihrer Größe von nur wenigen Kilometern Durchmessern haben sie auch nicht genug Masse eine Atmosphäre zu halten oder gar eine Kugelform auszubilden.

Den Kometenschweif bilden sie erst in Sonnennähe, wo sie allmählich verdampfen und so eine kleine Art Atmosphäre um sich haben (um genau zu sein sublimiert er, denn er geht vom gefrorenen Aggregatzustand direkt in den Gasförmigen über). Der Sonnenwind und (vermutlich) das Magnetfeld der Sonne tragen das kontinuierlich ab.

Dabei besitzen Kometen meist verschiedene Schweife. Einen sog. Gasschweif und einen sog. Staubschweif. Der Staubschweif entsteht dadurch, dass der Sonnenwind den Staub vom Kometen weg „weht“.

Die Entstehung eines Gasschweifs ist nicht eindeutig geklärt, aber man geht davon aus, dass das Magnetfeld der Sonne die Ionen vom Kometen weg beschleunigt. Dort sind vor allem verschiedenste Gase enthalten.

Gase kann man es aber kaum nennen, denn der Kometenschweif ist mehrere Millionen Kilometer lang und hat eine dementsprechend geringe Dichte.

Einen solchen Gasschweif hat NEOWISE auch, den konnte ich gestern auch fotografieren.

Mark Woskowski

Kometenkern

Schweife

Eine Oase in der Wüste

 Die ESO hat diese aktuelle Bild der Residencia veröffentlicht.
Das ist ein Hotel neben den großen Teleskopen  in Paranal (nur wenig km entfernt, im Hintergrund das VLT).
Die Umweltbedingugnen dort in fast 2700 m Höhe sind sehr harsch, die Luftfeuchtigkeit liegt ständig unter 5%.
 Das ist ja der Grund dafür, dass man die Sternwarten dort aufbaut.

Umso wichtiger ist auch eine klimatische Entspannung.
Das Hotel ist so in den Berg eingebaut, so dass es kaum sichtbar ist. Man geht eine Rampe hinunter, betritt die riesige Eingangshalle über einem Pool, umgeben von einer Oase mit tropischen Gewächsen. Unten sind dann Empfang, Kino, Speisesaal usw. Die über 100 Zimmer sind im Gebäude verteilt.

Nachts verschliessen dichte Rolläden  die Zimmerfenster und über dem Glasdach der Halle wird ein Lichtschutz gezogen.

2008 war das Hotel auch Kulisse für einen James Bond Film.
In Zukunft wird das Hotel auch die Forschenden des neuen ELT beherbergen.

 ESO/P. Horálek/eigenes Bild

Ich fahre gerade in Island in die schwarze Lavawüste Odadahraun:

https://islandkp2020.blogspot.com
 Island - Insel aus Feuer und Eis

Neues Video vom Komet NEOWISE

Mark Woskowski hat am Sonntagabend dieses Video hergestellt. Er schreibt dazu:

Ich habe eine Zeitfraffer gestern in den Abendstrunden bis nach Mitternacht gemacht. Jedes Bild ist 1 Min belichtet bei ISO 100 und F3.2.

Anschließend habe ich für den Übergang von den Abendstunden zur Nacht etwas die Zeitraffer bearbeitet und nach den Sternen getrackt.

Aufnahme und Verarbeitung haben etwa 4 Stunden in Anspruch genommen. Zu sehen ist die Bewegung des Kometen relativ zu den Sternen und wie deutlich er in der Kamera nachts doch aussieht.

Der Eindruck, den man durch die Kamera gewinnt, ist nicht der visuelle, gibt einem aber einen wahren Eindruck über den Kometen.

Ich konnte sogar einen Gasschweif nachweisen, dazu aber die Tage mehr.

Mark schreibt eine fünfteilige Serie über Kometen. Die werde ich aufnehmen und im Blog veröffentlichen.

Lediglich fehlendes Netz im Hochland von Island (Zum Islandblog)  könnte mich davon abhalten...

Hier der Film:

Unterschied zwischen Brechung und Beugung:normale und anormale Brechung

 Dies ist die Fortsetzung einer Serie über Brechung und Beugung:


In diesem Modell betrachten wir Atome als Oszillatoren, die von der ankommenden Lichtwelle zum Schwingen angeregt werden.
In der Physik ist das eine sog. erzwungene Schwingung:
Ein Pendel (der Erreger) überträgt seine Schwingung auf ein zweites Pendel, den Resonator.

Der Resonator hat eine ihm eigene Frequenz fo, Ist die Frequenz des Erregers fe genau so groß, so liegt der Resonanzfall vor: die Schwingung wird schnell und optimal weitergegeben.

Der Lichtstrahl würde dann fast vollständig absorbiert werden und die Abbremsung ist minimal, der  Brechungsindex n fast genau 1.

Liegt die Lichtfrequenz deutlich unter der Resonanzfrequenz der Atome, so wird wenig Licht absorbiert und der Bechungsindex steigt mit der Frequenz an: Blaues Licht wird stärker gebrochen wie rotes Licht.

In unmittelbarer Umgebung kommt es zu einem Abfall des Bechungsindex mit steigender Frequenz: kurzwellige Strahlung wird dann schwächer gebrochen. Dies ist die anormale Brechung.
Bei fast allen Materialien ist die Resonanzfrequenz bei Wellenlängen im UV, wir haben also im sichtbaren Licht normale Brechung vorliegen.

Ich habe das mal als Skizze dargestellt. Man erkennt das beschriebene Verhalten des Brechugnsinex n und in blau unterlegt die passende Absorptionskurve.

Brechung und Absorption hängen zusammen. Das drückt man durch den gemeinsamen komplexen Brechungsindex N aus.

Es gilt N² =(n -i*a)², dabei ist der Realteil n der normale Brechungsindex und a die komplexe Absorption (durch die Multiplikation mit i = √(-1) entsteht beim Ausrechnen eine reele Zahl, der Absorptionsgrad),

Fazit: Das Abbremsen des Lichtes bei der Brechung kommt durch die nicht resonante Anregung der Atome durch den Lichtstrahl.

Genug der abstrakten Theorie...kommen wir zur Beugung...

Komet Neowise wandert über den Dörnberg

Ich bin in Island, da wird es nachts nicht dunkel...da wird man schon neidisch, wenn man den Zeitrafferfilm ansieht, den Jonas Plum  heute morgen am Dörnberg gemcht hat.
Er hat den Kometen leicht mit freiem Auge gesichtet, obwohl er nur wenige Grad über dem Horizont stand.

Den Schweif konnte er etwa 2 Vollmonddurchmesser mit dem Auge verfolgen, im Film sieht man deutlich mehr.
Von 0.05 Uhr bis 2.05 Uhr hat er dann die Bewegung des Kometen verfolgen können.
Gegen Ende des Videos beschlägt die Kameralinse.

Und nun das Video:

Pseudokrater

Diese Kraterart gibt es nur auf Island, dort hauptsächlich am Myvatn, auf Hawaii und dem Mars (was bedeutet, dass es da mal Wasser gegeben haben muss).
Sie sind keine echten Krater vulkanischen Ursprungs, sondern entehen auf eine eigentümliche Weise:

Heiße Lava fließt über feuchte Gebiete oder kleine Teiche und schließt das Wasser ab. Das fängt an zu kochen und der explosionsartig freigesetzte Wasserdampf sprengt ein kraterähnliches Loch in die Lavadecke.

Mehr Bilder dazu in meinem Blog islandkp2020.blogspot.com

Mehr über Pseudokrater

Der Sendersuchlauf bei Gravitationswellen: Teil 2 Extremly Low Frequency Band ELF

Bevor wir zu den Gravitationwellenfrequenzbändern kommen, noch zwei Bilder in Anlehnung an den ersten Post der Serie: In einem ehemaligen Internst in Laugarvatn in Südisland habe ich dieses alte Exemplar eines Radios gefunden:

Es gibt vier verschiedene Frequenzbänder, in denen man mit verschiedenen Techniken Gravitationswellen GW empfangen könnte.

Extremly Low Frequency Band ELF

Frequenzbereich 10^(-18) bis 10^(-15 )Hz, also Wellenlängen von 30 Milliarden Lichtjahre bis 30 Millionen Lichtjahre
Diese GW könnte man in Polarisationsmustern der kosmischen Hitnergrundstrahlung entdecken. Da wurde schon nach gesucht, aber nichts gefunden.

Es gibt nur eine mögliche Ursache: Quantenfluktuationen im Gravitationsfeld beim Urknall, die durch die Inflation auf diese gewaltige Größe aufgeblasen wurden.
Würde man die Polarisationsmuster finden, dann könnte man verschiedene Inflationsmodelle testen.

Solche Messungen finden am Südpol der Erde statt. 2013 schien man Erfolg zu haben. Aber genauere Beobachtungen durch den Planck-Satelliten führten eher Staubwolken der Galaxis als Ursache an.

Das erste Bild zeigt das Keck Array (links) und BICEP2 (rechts) in der Amundsen-Scott-Station, 2013, mit denen die Polarisationsmessungen durchgeführt wurden.
Das zweite Bild zeigte die vom Planck-Satelliten beobachteten Polarisationsmuster, die aber nicht auf Gravitationswellen zurückgeführt werden. 

wird fortgesetzt...

Der Unterschied zwischen Brechung und Beugung: Ausgebremst!

Wir haben verschiedene Modelle kennengelernt, die Brechung von Licht zu erklären:
das Fermatsche Prinzip der kürzesten Laufzeit, das Prinzip der kleinsten Wirkung und das Huygensche Prinzip, das die Abbremsung eines breiten Lichtbündels heranzieht.

Und genau um diese Abbremsung soll es gehen, denn die kann man wirklich direkt messen. Licht ist in Glas langsamer als im Vakuum.

Aber das ist kein echtes Abbremsen, sondern nur "ein Schwätzchen mit den Atomen halten"

Licht wird in Glas von Atom zu Atom geleitet. Ein Atom braucht aber immer einen winzigen Bruchteil einer Sekunde (etwa eine hundertmillionste Sekunde) zwischen Aufnahme und Weitergabe. Und während ein Lichtstrahl durch Glas geht, trifft er auf Millionen von Atomen...

Für die 50 km Autobahnstrecke zwischen Kassel und Göttingen brauche ich eine halbe Stunde, wenn ich immer mit 100 km/h fahre....wenn ich aber drei Pinkelpausen auf Parklätzen einlege, brauche ich länger...und wenn ich dann die 50 km durch die Fahrzeit teile, komme ich auf eine kleinee Geschwindigkeit...obwohl ich immer 100 km/h gefahren bn, wenn ich denn gefahren bin.

Also: Licht wird in Glas nicht langsamer, es trödelt nur bei den Zwischenstopps rum...

Bevor wir zur Beugung kommen, möchte ich doch in einem weiteren Post noch etwas genauer den atomaren Prozess beschreiben.

Geothermie

Ein Schlot ist mit Wasser gefüllt, das vom heißen vulkanischen Gestein erhitzt und dann wegen dem Druck der Wassersäule von oben her unten  überhitzt wird, sich also nicht in Dampf umwandeln kann, obwohl die Temperatur über 100°C liegt.
Schlagartig wandelt es sich deshalb dann ab einer höheren Temperatur doch in Dampf um, der expandiert und bricht nach oben aus.

Der abgekühlte Wasserdampf sammelt sich danach wieder als Wasser  im Schlot und alles beginnt von vorne.

Also zwei Dinge sind wichtg: Unten wird gekocht und von oben verhindert eine Zeitlang der hohe Druck das Sieden...

Mehr über Islands heiße Quellen in meinen täglichen Blogberichten unter https://islandkp2020.blogspot.com

Islandblog

Der Unterschied zwischen Brechung und Beugung: Brechungsmodell als Prinzip der kleinsten Wirkung

Es gibt mehrere Wege in der klassischen Mechanik die Bewegungsgesetze zu finden:
Newton beschreibt die Bewegungen durch den Impuls, den Schwung, der Körper. Es gibt das Prinzip der Impulserhaltung, das Newton in seinen drei Axiomen jeweils unterschiedlich formuliert hat (Trägheitsgesetz, F = m*a und actio= reactio).

Leibniz beschreibt Bewegungen durch die Energien, die die Körper haben und nutzt den Energieerhaltungssatz.

 Unter der Wirkung einer Bewegung versteht man die Summe aus den Differenzen von kinetischer Energie und potenzieller Energie, an jedem Punkt der Bahn aufaddiert.
Das Prinzip der kleinsten Wirkung besagt, dass diejenige Bahn in der Realität vorkommt, bei der diese Summe am kleinst möglichsten ist.

Das ist vollkommen äquivalent zu der Formulierung von Fermat, dass Licht immer den schnellsten Weg wählt um von A nach B zu kommen.

In einem der bekanntesten Lehrbücher der Physik (Gehrtsen) steht dazu:
"Die Welle probiert ständig alternative Wege aus und schickt Elementarwellen auf diese, aber auf allen Irrwegen interferieren sich diese Elementarwellen weg, nur auf dem richtigen Weg verstärken sie sich."

Aus diesem Wirkungsprinzip lassen sich die Langrangeschen Bewegungsgleichungen herleiten, die so universell sind, dass man damit auch in der Quantenmechanik, der Quantenfeldtheorie und der Relativitätstheorie arbeiten kann.

Nun könnte man denken, dass diese "Irrwege" nicht wichtig sind und dass man sie auch ausblenden könne. Falsch gedacht...macht man das, dann weichen Lichtstrahlen von ihren gradlinigen Wegen ab und es entsteht Beugung.Die Irrwege sind also kein Rechentrick, sondern werden wirklich durchlaufen.

Zitieren wir noch einmal Feynman:
"Riecht es (..das Licht...) die nahe gelegenen Wege und vergleicht diese miteinander? Die Antwort ist: Ja, das tut es,...sozusagen..."
Was er damit meint, wird mit seiner berühmten Pfadintegralmethode deutlich:
"Licht muss nicht wissen, welchen Weg es gehen soll...es geht alle möglichen Wege. Nur Wege nahe dem mit dem kleinsten Zeitaufwand haben Phasenpfeile, die nahezu parallel zueinander liegen und zur hohen Wahrscheinlichkeit dafür beitragen, dass dieser Weg genommen wird." (bzw. sich die anderen auslöschen...)

Wir haben jetzt verschiedene Vorstellungen als Modell von Brechung entwickelt. Wir müssen ja Brechung von Beugung abgrenzen: Im Prinzip geht das jetzt schon:
Brechung findet nur statt, wenn alle möglichen Wege zur Verfügung stehen.  Schränkt man die möglichen Wege ein, so entsteht ein anderes Phänomen, die Beugung.

Bevor wir darauf eingehen, müssen wir im nächsten Post noch erklären, warum es denn zur Abbremsung von Licht kommt.