Sonnenuntergang in Kassel (Lara Bendig)

Samstag, 29. Februar 2020

Mond und Venus beim Herkules

Nach starkem Regen klarte es teilweise auf, die Mondsichel kam zum Vorschein, Venus stand über dem Herkules.
Mondaufnahme: 20.57 Uhr
Sehr schön ist heute Rupes Altai zu sehen, eine 550 km lange Klippe.
Auch das Gebiet der ersten Mondlandung ist markiert.
Venus/Mond: 20.54 Uhr
Venus: 21.11 Uhr




Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 6 Anfänge der Quantenfeldtheorie QFT

Nun kommen wir zum ersten großen Baustein des Standardmodells, der Quantenfeldtheorie QFT.
Eigentlich wurde sie durch Planck und Einstein zuerst als Quantenelektrodynamik QED eingeführt. Aber beide haben noch nicht den Namen verwendet.
Was ist vor 120 Jahren passiert?

Die Welt wurde noch größtenteils von Gaslampen beleuchtet, aber auch schon elektrisch betriebene Lampen kamen auf. Wie strahlen diese? Welche Energiemengen geben sie bei welcher Wellenlänge (Farbe) ab? Wie kann man die Strahlungsleistung auf die Bedürfnisse hin optimieren?

Das interessierte Industrie und Erfinder, war also in vielen physikalischen Instituten angesagtes Thema.

Dabei fand man experimentell heraus, wie sich die Energie auf die Wellenlängen verteilt (heute Plancksche Kurven genannt).
Für kurze und lange Wellenlängen hatte man je eine Formel begründet hergeleitet. Jede der beiden Formeln beschrieb aber entweder nur die kurzwellige oder nur die langwellige Strahlung.

Max Planck gelang es innerhalb von Stunden  eine "Interpolationsfomrel" zusammenzustellen, die er aber nicht physikalisch begründen konnte. Es war aber das heute unter seinem Namen bekannte Plancksche Strahlungsgesetz.

Wie kann diese Formel aus grundlegenden Überlegungen hergeleitet werden?
Planck gelang dies, in dem er die Energie einer Lichtquelle auf bis dahin nicht übliche Weise verteilte.
Bisher nahm man an, dass jede Welle, jeder Zustand immer gleich viel Energie bekommt. Planck verteilte die Energie nach einer anderen Statistik, der Boltzmannverteilung. Dazu musste er aber Energiepakete einführen. Energie bleibt immer in diesen kleinen Mengen E = h*f  (h: Plancksche Konstante, wurde von Planck schon vorher aus anderen Gründen definiert, f Frequenz des Lichtes) zusammen (laut Planck nur beim Aussendenn und Absorbieren von Licht). Das sind die Energiequanten.

Planck sprach von einer Verzweilungstat, einem mathematischen Trick, mit dem er lediglich den Übergang der Energie in die Strahlung und den Absorptionsprozess beschreiben wollte (da er durch diese Übergänge seine Formel begründen konnte).

Im Strahlungsfeld selbst sollten diese Quanten nicht existieren.

Das sah Einstein 1905 anders und er schrieb eine stark kritisierende Arbeit. Sein Freund Besser aber riet Einstein, die Veröffentlichung "planckfreundlicher" zu gestalten.
Einstein zeigte trotzdem, dass die Planckschen Energiepakete wirklich im Strahlungsfeld existieren müssen.

Zeit seines Lebens hat Einstein nie das Wort Photon benutzt. Erst Jahre später wurde klar, dass diese Energiequanten  eine größere Bedeutung haben: Sie zeigen, dass die Energie des elektrischen Feldes gequantelt ist.
Bis dahin aber ist es ein langer Weg und uns erwarten weitere Posts....

Bild credit: leifiphysik, Max-Planck-Gesellschaft



Freitag, 28. Februar 2020

Unglaublicher Blick in die brodelnde Sonne



Brodelnde Sonne

Auf Hawai ist jetzt das beste Sonnenteleskop der Erde fertiggestellt worden. In etwa 3400 m Höhe fängt ein 4 m Spiegel das Licht der Sonne ein. Erste Testbeobachtungen mit dem Daniel K. Onoye Solar Telescope der NSF ergaben das bisher am besten aufgelöste Bild der Sonnengranulation.
Hier sieht man Details von unter 30 km Größe!

Die von unten kommenden heißen Gasblasen platzen in der Photosphäre auf und geben ihre Energie ab. Dadurch heizt sich teilweise sogar noch die Korona der Sonne auf. In den dunklen Zwischenbereichen sinkt das kühlere Gas wieder nach unten.

Solche Konvektionszellen sieht man auch, wenn man Haferbrei kocht.
credit: NSF



Fronten

Klarer Himmel, aber nur oberhalb einer im Osten liegenden Wolkenfront. Antares mit dem Stachel des Skorpion ist gut zu sehen, aber Mars, Jupiter und Saturn bleiben hinter den Wolken.
Aufnahmen um 6.02 Uhr und um 6.22 Uhr.



Donnerstag, 27. Februar 2020

Nachruf

Am 30.1.2020 wurde das Weltraum Teleskop Spitzer endgültig abgeschaltet. Es hat über 17 Jahre lang spektakuläre Bilder im IR geliefert:

Kometen, Planeten, Geburt und Tod von Sternen, weit entfernte Galaxien, Staubwolken und vieles mehr konnte das IR-Teleskop fotografieren.
IR-Strahlung durchdringt auch Staubwolken und ermöglicht somit einen Blick in das Innere solcher Gebilde.
Besonders bekannt ist die Entdeckung eines neuen Saturnrings, den man nicht im Sichtbaren sieht, aber auch die Entdeckung des Planetensystems um den Stern Trappist 1zählt zu den Highlights.

In einer protoplanetaren Scheibe konnte man mit Spitzer organisches Material und in der Atmospshäre eines Exoplaneten Methan nachweisen.
Sogar die Existenz von Fulleren-Molekülen in Gas- und Staubwolken konnte bestätigt werden.

Seit August 2002 arbeitet das Teleskop. Es war für mind. drei Jahre ausgelegt. Im Mai 2009 war das Kühlmittel endgültig aufgebraucht (IR-Teleskope müssen gekühlt werden, damit die Wärmestrahlung des Gerätes selbst nicht alles überstrahlt), aber bis zum Schluß waren zwei Detektoren für die kurzwellige IR-Strahlung nutzbar.

Bedingt durch die Bahn ist das Teleskop jetzt 268 Millionen km entfernt. Das erschwert die Kommunikation mit der Erde so sehr, dass es jetzt abgeschaltet wurde.

Das Bild zeigt Aufnahmen der ersten 12 Betriebsjahre (Spitzer, NASA).


Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 5: Quanten

Nun kommen wir zu den Bauteilen des Standardmodells.
Damit wir verstehen, was Quantenfeldtheorie QFT bedeutet, soll wenigstens eine kurze Erläuterung des Begriffs "Quant" erfolgen:

Quanten sind die eigentlichen Bauteile unserer Welt. Sie tragen Möglichkeiten für Eigenschaften in sich, treten miteinander in Wechselwirkung und machen dadurch aus den Möglichkeiten zufällig ausgewählte Fakten, die man dann beobachten kann und denen man eine reale Existenz zuweisen kann.

Beispiel: Schicken wir ein Lichtquant auf einen Doppelspalt (zwei benachbarte Öffnungen), so hat es die Möglichkeit durch jede der beiden Öffnungen zu gehen. Dies beschreiben wir durch zwei Wahrscheinlichkeitswellen, die jeweils durch eine der beiden Öffnungen treten und sich danach überlagern.
Messen wir auf einem Schirm den Auftreffort des Quants, so erhalten wir zufällige zu Fakten gewordene Möglichkeiten der überlagerten Welle.
In der Verteilung der Auftrefforte sieht man deshalb noch die Möglichkeit der beiden Öffnungen als Interferenzbild zweier Wellen.

Schickt man die Quanten einzeln, nacheinander, durch den Doppelspalt, so bildet sich langsam aus einer eher zufälligen Streung der Auftrefforte das bekannte Interferenzbild heraus, weil die zu einem Quant gehörende Welle als durch beide Öffnungen gehend  gedacht werden kann.
Das gilt für Lichtquanten, aber auch für alle anderen Quanten, wie Elektronen, Protonen oder gar Moleküle.
Die Quanten kommen als ganze Objekte (Teilchen) an, verteilen sich aber so, als wären ihre Wellen  durch beide Öffnungen gleichzeitig gegangen (Welleninterferenz).

Wir haben in dieser Beschreibung das grundlegende Problem der Quantenmechanik QM gesehen:
Während sich die Quanten durch den Doppelspalt bewegen, ohne jegliche Wechselwirkung, so dass alle Möglichkeiten erhalten bleiben, müssen wir sie durch Wahrscheinlichkeitswellen beschreiben (die gibt es nur in unserem Kopf, nicht in der Welt).
Wenn dann Fakten entstehen, durch Wechselwirkung mit dem Auffangschirm, erkennen wir Quanten als Teilchen. Die gibt es dann wirklich in unserer Welt.

Eigentlich muss man sogar noch den Begriff der Bewegung besser hinterfragen, das schenken wir uns jetzt aber.

Aber die Frage, ob Quanten Wellen oder Teilchen sind, ist Unsinn. Sie sind Quanten!
Manchmal müssen wir Quanten als Wellen und manchmal als Teilchen beschreiben. Wir wissen welche Beschreibung wir wann anwenden müssen, aber wir wissen nicht, was Quanten wirklich sind.
Der noch in vielen Schulbüchern existierende Welle-Teilchen-Dualismus gibt es nicht!

Ein schönes Beispiel soll das verdeutlichen:

In Germanien kennt man Fabelwesen: Einhörner (Welle) und Drachen (Teilchen). Beide gibt es nicht wirklich, nur in der Vorstellung der Germanier.
Ein weitgereister Germane kommt aus Afrika zurück. Dort hat er real existierende Rhinozerosse gesehen. Er kann sie aber nur so beschreiben: Blickt man von vorne, so gleichen sie einem Einhorn. Von hinten sehen sie aus wie ein Drache. Für andere Anblicke haben wir keine Worte.
Wir erklären also das real vorkommende uns unbekannte Tier durch Fantasiebegriffe nicht existierender Objekte, über die wir aber eine Vorstellung haben.

Und so machen wir es mit Quanten, wenn wir sie mal mit Wellen und mal mit Teilchenbildern beschreiben.

Im nächsten Post diskutieren wir dann, ob auch Felder aus Quanten bestehen.

Bild: Ausbildung des Interferenzmusters aus der Registrierung einzelner Quanten (leifiphysik)


Video: Entstehung des Interferenzbildes bei einzelnen Elektronen am Doppelspalt (Prof. Tonomura, Hitachi)



Mittwoch, 26. Februar 2020

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 4: Das wabernde Innere unserer Körper

Gehen wir in diesem Post noch einmal etwas mehr auf die Quarks ein.

Hinweis: Neutrinos habe ich  ausführlich in der vorletzten Postserie vorgestellt ("Wie sag ichs meinem Alien", siehe auch 7.2.).

Alle Teilchen (Hadronen genannt), die sich aus Quarks zusammensetzen, verspüren die starke Kraft, d.h. sie können die Gluonen austauschen.
Die bekanntesten Hadronen sind die Protonen und Neutronen, auch Nukleonen genannt, weil sie im Atomkern vorkommen.


Quarks tragen neben ihrer elektrischen Ladung auch noch eine sogenannte Farbladung, d.h. sie können die zusätzlichen Eigenschaften rot, grün und blau haben.

Die Namensgebung ist sinnvoll, denn Verbindungen aus drei Quarks sind nur möglich, wenn sich ihre "Farben" zu "Weiß" addieren. Weiß erhält man aber auch durch die Kombination einer Farbe mit ihrer Anti-Farbe.
Also können sich auch zwei Quarks verbinden, man erhält die sog. Mesonen (mittelschwere Teilchen), die aus einem Quark und einem Anti-Quark bestehen.

Die starke Kraft zwischen den Quarks hat eine interessante Eigenschaft: Sie ist sehr klein (nahezu 0), wenn sich die Quarks ganz nahe sind. Quarks spüren sich also nicht, wenn sie sehr nahe sind.
Die starke Kraft aber nimmt nicht ab, wenn der Abstand wächst, sondern bleibt konstant gleich groß. Dadurch kann man Quarks nicht trennen, je mehr man sie auseinander bringt, desto stärker ziehen sie sich an. Deshalb tauchen Quarks immer nur eingeschlossen innerhalb von  Teilchen auf (confinement).

Wenn wir in den nächsten Posts das Standdardmodell näher kennen gerlernt haben, werden wir noch genauer verstehen wie ein Proton aufgebaut ist:

 Ein u-Quark trägt -1/3 Elementarladungen e und ein d-Quark + 2/3 e als Ladun.
Damit kann man ein Proton als ddu und ein Neutron als uud auffassen.

Um sich die Größenordnung etwas vorstellen zu können:
Wäre ein Proton so groß wie eine Faust, dann wäre ein Quark kleiner als 0,1 mm, also nur mit Lupe zu erkennen, und ein Atom wäre dann mit 10 km Größe so groß wie das Kasseler Becken.

Aber so einfach ist das Bild nicht:

Mit den drei Quarks gelingt es nicht die Eigenschaften des Protons wie Magnetismus, Drehimpuls zu beschreiben.
Um das Magnetfeld des Protons und seinen Drehimpuls zu verstehen, braucht man noch mehr Objekte in seinem Inneren. Die findet man auch durch Streuversuche. Es gibt drei starke Streubereiche im Proton, die bestehen aus den drei genannten Quarks (Valenzquarks). Sie machen aber nur etwa 2% der Protonenmasse aus.
Die restlichen 98% bestehen aus den Austauschbosonen der starken Kraft, den Gluonen (die die Quarks zusammenhalten) und vielen virtuellen Quark-Antiquark-Paaren (Seequarks genannnt), die aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden.


Die  Komplexität eines Protons wird in der Darstellung (CERN) sichtbar:
Es tauchen, immer nur für sehr sehr kurze Zeit, sogar auch andere Quarksorten auf und massenweise Gluonen.
Die Summe aus allem diesem wabernden auftauchenden und wieder verschwindenden Zeugs erzeugt jeden Moment das, was wir ein Proton nennen. Ein stabiles unveränderliches Objekt, aus dem unsere Körper aufgebaut sind.

Das kann das Standardmodell erklären.

Also auf  zum nächsten Post....





Dienstag, 25. Februar 2020

Vor der nächsten Wolkenfront ...


... tauchten nach sonnenreichem Tag Venus und die ganz junge Mondsichel auf.

Venus, 17.58 Uhr

Venus über der Wilhelmshöher Allee um 18.07 Uhr, der Mond steht hinter der großen Wolke
Mondsichel 2 Tage nach Neumond um 17.59 Uhr (Pfeil)

Mondsichel über dem Habichtswald, 18.34 Uhr

gleich kommen die Wolken, 18.36 Uhr

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 3: Von über 300 auf 61 oder 16

Wir brauchen vier Arten von Objekten, d.h. Elementarteilchen, im Standardmodell:

(1) Leptonen:
In der ersten Familie (Generation) sind es das Elektron und sein Neutrino. Bei drei Generationen gibt es insgesamt 6 Leptonen, hinzu kommen die Anti-Teilchen. Insgesamt haben wir also 12 Lepton-Objekte.

(2) Quarks:
Jeweils drei Quarks bilden Protonen, Neutronen und schwere Teilchen, jeweils zwei Quarks die mittelschweren Teilchen, die Mesonen, wie z.B. die Pionen.
Jedes Quark kann mit einer von drei weiteren Eigenschaften auftreten, die wir Farben nennen. Da wir  6 Sorten von Quarks (u,d,s,c,b,t) haben , sind es also insgesamt 18 unterschiedliche Objekte. Zusammen mit den Anti-Quarks kommen wir auf 36 "Quarksorten".

(3) Wechselwirkungsteilchen (Bosonen):
Das Photon vermittelt elektrische Kräfte, die drei Weakonen Z0, W+ und W- die schwache Kraft. Es gibt 8 verschiedene Gluonensorten, die die starke Kraft vermitteln.
Insgesamt sind es also 12 Wechselwirkungsteilchen, die vorkommen.
Wechselwirkungsteilchen werden von Quarks und Leptonen ausgesandt oder aufgenommen. Dadurch treten die Kräfte zwischen den Quarks und Leptonen auf. Neutrinos z.B. können nur Weakonen aussenden oder aufnehmen, Quarks können alle Arten von Wechselwirkungsteilchen nutzen. Gluonen können nur zwischen Quarks ausgetauscht werden.
Durch diese Regeln kann man die komplexe Struktur der makroskopischen Objekte verstehen.

(4) Das Higgs-Boson
Dieses inzwischen nachgewiesene Teilchen sorgt für die Entstehung von Massen.

Damit kommen wir auf 61 "Teilchen", also unterscheidbare elementare Eigenschaften, mit denen wir weit über 300 Zustände der Materie beschreiben können.

Hier stellt sich an sich schon die Frage, ob man von einer wirklichen elementaren Beschreibung sprechen kann.

Man könnte natürlich auch nur die Materieobjekte zählen:
6 Leptonen, 6 Quarks (keine Farbunterscheidungen), 3 Sorten Wechselwirkungsteilchen (Photonen, Weakonen, Gluonen) und das Higgs...dann sind wir bei 16.

In der abgebildeten Klassifizierung (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14543176) erkennt man drei unserer Gruppen (Quarks, Leptonen, Bosonen) und die fast unzählbaren Zustände der Baryonen und Mesonen.








Neue Bestätigung des Helligkeitsanstiegs von Beteigeuze

Die AAVSO hat jetzt Helligkeitsschätzungen bis einschl. 23.2. veröffentlicht. Deutlich ist der beginnende Anstieg der Helligkeit zu sehen.
Meine eigenen Schätzungen sind in hellbraun eingetragen. Mit der letzten Schätzung lag ich zu hoch, aber es fehlten auch Vergleichssterne dieses Bereichs, weshalb der Fehler sicher besonders groß war.

Damit ist anscheinend auch klar: Es handelte sich nur um ein besonders tiefes Minimum einer regelmäßigen Variation.




Montag, 24. Februar 2020

Für Frühaufsteher und Optimisten

Zur Zeit fliegt die ISS wieder über Kassel hinweg, allerdings morgens vor Sonnenaufgang.

Zwei Überflüge sind halbwegs günstig:

Dienstag, 5.58 Uhr von SW hoch über Mars und dem Skorpionstachel hinweg nach O (6.04 Uhr)

Donnerstag: Fast die gleiche Flugbahn, etwas höher
                     5.59 Uhr von W bis 6.07 Uhr im O

Abends sieht man zwischen 19 Uhr und 19.45 Uhr zahlreiche Starlink-Satelliten von W nach O hoch über das Zenit ziehen. Sie sind lichtschwach, aber noch gut mit freiem Auge zu erkennen und folgen in minütlichem Abstand aufeinander.



             

Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 2: Besser als nichts...

Was ist das Standardmodell nicht?

Eine einzelne Gleichung oder ein System aus Gleichungen, aus der oder aus dem das Verhalten der Elementarteilchen folgt und bei der/denen nur wenige Naturkonstanten vorkommen.

Was hat man statt dessen?

Viele schöne, gehaltvolle theoretische Ideen werden so zusammengefügt, dass man die experimentellen Daten beschreiben kann.
Damit das funktioniert, muss man insgesamt 26 Parameter richtig wählen. Dann allerdings kann man alle bekannten Beobachtungen erklären.

Wir werden diese Ideen in den nächsten Posts etwas mehr beleuchten, hier seien sie nur aufgezählt:

Idee 1: Dirac-Gleichung der relativistischen Quantenmechanik, die das Verhalten der leichten Elementarteilchen beschreibt.

Idee 2: Quantenfeldtheorie, die beschreibt, wie Felder durch eigene Quanten Kräfte und Wechselwirkungen zwischen den Elementarteilchen vermitteln.

Idee 3: Lokales Eichprinzip, das erlaubt die Phasen der zur Beschreibung notwendigen Wellen beliebig anzupassen.

Idee 4: Symmetriebrechung und Higgs-Mechanismus, durch die man den Elementarteilchen Massen zuordnen kann.

Jede dieser Ideen produziert keine messbaren Größen an sich. Damit das funktioniert, muss man die Parameter dieser Ideen wie Stellschrauben auf richtige Werte einstellen. Diese Werte folgen aber aus keinem Naturprinzip.

Auch damit wird sich ein Post beschäftigen.

Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik geht man davon aus, dass jedes Objekt ein ausdehnungsloser Punkt mit messbaren Eigenschaften ist, also somit unteilbar und elementar.

Das ist mit Sicherheit eine grobe Vereinfachung.

Im nächsten Post werden wir sehen, dass man über 60 Objekte braucht um die genannten Ideen überhaupt anwendbar zu machen.


Sonntag, 23. Februar 2020

Beteigeuze wird heller

Nach stundenlangem Regen klarte es um 21.00 Uhr kurz auf. In der Tat ist Beteigeuze heller geworden (erkennt man nur auf der kurzbelichteten Aufnahme, fiel aber auch sofort mit freiem Auge auf).
Das Schätzen wird jetzt schwerer, da keine brauchbaren Vergleichssterne im Orion stehen. Aber der Helligkeitsvergleich mit Pollux wird hier weiterhelfen (Pollux hat 1,15 mag).





Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 1: Zurück an den Anfang

Der Urknall:
Eine Anfangsentwicklung, die zu den elementaren Teilchen der Physik geführt hat!

Erst aus diesen Teilchen haben sich dann durch Kräfte größere Strukturen gebildet, nämlich die Galaxienhaufen und Galaxien unseres Universums.
Wenn wir also unsere Welt verstehen wollen, dann müssen wir genau diesen Anfangszustand verstehen.
Dazu gibt es seit Jahrzehnten komplexe und hochmathematische Beschreibungen, aber auch enorm aufwändige Messungen an riesigen Beschleunigeranlagen.

Herausgekommen ist das Standardmodell der Elementarteilchen.
Was es aussagt, woraus es besteht und was seine Grenzen sind, das soll diese Postserie in den nächsten Wochen klären.

Danach werden wir eine Postserie jenseits des Standardmodells starten und uns mit Dunkler Materie und Dunkler Energie beschäftigen.

Dadurch werden wir mehr über die Entstehung und Entwicklung unseres Kosmos erfahren.

Dringen wir erst einmal zu den Objekten vor, die wir Elementarteilchen nennen, weil sie, nach allem was wir wissen, elementar, also nicht weiter zerlegbar sind. Informationen gibt es zu diesem Bereich auch im Post vom 13.2.2020 (Wie sag ichs meinem Alien? Teil 13: Alles Quark)

Elementarteilchen  sind natürlich keine Teilchen im klassischen Sinn. Eigentlich wissen wir nicht was sie sind, vielleicht auf kleinstem Raumgebiet realisierte Eigenschaften?

Aber stellen wir uns ruhig kleine Kugeln mit besonderen Eigenschaften vor:

Vier Arten von Elementarteilchen  brauchen wir um unsere sichtbare Welt zu verstehen:
u-Quark und d-Quark, Elektron, Elektronenneutrino, die man Elementarteilchen der ersten Familie oder der ersten Generation nennt.

Insgesamt gibt es noch zwei weitere Familien von Elementarteilchen, deren Mitglieder aber alle massereicher sind und sich nach kurzer Zeit in die Teilchen der ersten Familie umwandeln.

Die beiden Quarks bilden Protonen und Neutronen, die dann die  Atomkerne erzeugen.
Die Elektronen umgeben die Atomkerne und neutralisieren das elektrische Feld des Kerns.
Die Neutrinos tauchen nur auf, wenn sich Neutronen bei einer bestimmten Form der Radioaktivität in Protonen umwandeln.

 Wechselwirkungen der Bauteile untereinander werden durch Kräfte erzeugt. Im Standardmodell spielt die elektromagnetische Kraft, die schwache Kraft und die starke Kraft eine Rolle.
Diese Kräfte wirken durch Austausch von anderen "Teilchen", den sog. Wechselwirkungsbosonen übertragen:

Elektromagnetische Kräfte werden durch Photonen, die schwache Kraft durch Weakonen und die starke Kraft durch Gluonen vermittelt.

Jede dieser Kräfte wird durch Ladungen erzeugt: die Photonen durch elektrische Ladungen (da gibt es zwei, + und - genannt), die Weakonen durch schwache Ladungen (da gibt es ebenfalls zwei, links und rechts genannt) und die Gluonen durch starke Ladungen (da gibt es drei: rot, grün und blau genannt).

(Übrigens: Die schwache Kraft ruft Radioaktivität hervor und die starke Kraft ist für die Kernkraft verantwortlich. Elektromagnetische Kräfte können wir manchmal sehen: Licht besteht aus Photonen).

 Die Grundprinzipien, wie Ladungen auf Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen zusammenhängen, zeigt das Schaubild aus Leifiphysik sehr schön.
Im anderen Bild vom DESY sieht man noch einmal alle Familien aus Elementarteilchen.

Im nächsten Post erfahren wir etwas mehr über das eigentliche Standardmodell.

credit: leifiphysik

credit: DESY

Samstag, 22. Februar 2020

The Day After 22.2.: Was kommt nach dem Klimawandel?

Am Fr, 21.2. hatten wir wieder einen Vortrag im Rahmen des Klima-Cafés. Jörg Phil Friedrich aus Münster (Meteorologe, Philosoph, Schriftsteller) sprach über "Was kommt nach dem Klimawandel?".
Es war der bisher am besten besuchte Vortrag der Reihe mit dem höchsten Anteil an Jugendlichen!

Er geht davon aus, dass man den Klimawandel nicht mehr aufhalten kann und uns nichts von der Klimakatastrophe bewahren kann. Wie sieht die Zukunft der Menschen aus? Wie kann sich die Menschheit auf einem veränderten Planeten einrichten?
Friedrich betont, dass das nicht heißt, man solle jetzt aufgeben und könne beliebig weiter alles so machen wie bisher...Er sagt, dass jeder Liter Benzin der weniger verbrannt wird, jeder Baum der gepflanzt wird,  die Katastrophe abmilden kann.

Schon 2050 könnte die Erwärmung auf über 3 Grad gestiegen sein und schon dann könnte die menschliche Zivilisation nicht mehr so leben, wie wir es in den Industriestaaten jetzt gewohnt sind.

Wir werden zwar überleben, aber wir werden alles zerstören, was wir vor Jahrtausenden begonnen haben aufzubauen. Wir werden wieder lokal und nicht global agieren, eingeschränkte Mobilitätsmöglichkeiten und fehlende Energieversorgung zwingen uns dazu.
Der Klimawandel geht so schnell, dass uns technische Entwicklungen nicht weiterhelfen können, da sie wesentlich langsamer entstehen. 40 bis 50 Jahre dauert eine Neuentwicklung (z.B. die teilweise Umstellung auf Solarenergie und Windenergie hat vor etwa 40 Jahren mit Gurndlagenforschung begonnen). Klimaveränderungen gehen inzwischen doppelt bis dreimal so schnell.

Das, was wir normal nennen, ändert sich: In meiner Jugend waren schneereiche Winter normal, jetzt sind sie die Ausnahme. Pflanzen und Tiere können  sich auf neue Normalitäten einstellen, aber das braucht Zeit. Natürliche Klimaänderungen haben diese Zeit gelassen. Die von Menschen verursachten Änderungen lassen diese Zeit nicht.

Friedrich: " Wenn die Zeitmaßstäbe der Klimaveränderung nun aber kürzer werden als die der Erneuerung kultureller und technischer Einrichtungen, entsteht ein Problem: Es gibt genau genommen gar kein Klima mehr, auf dessen Kenntnis hin man Planungen und Entscheidungen für diese Erneuerung vornehmen könnte."
"Das Klima, die Natur, die Umwelt werden sich schnell vom menschlichen Eingriff in das Klimasystem erholen, es wird eine andere Welt sein, aber sie wird schlicht "da sein". Letztlich kommt es darauf an, dass wir Menschen diese Welt um unserer selbst Willen bewahren - und um unserer Kinder Willen."




Mars, Jupiter und Saturn am Morgenhimmel

...leider nicht auf einem Bild, das lies die Bewölkung nicht zu...Auch Saturn ist erstmal wieder in der Morgendämmerung im SO zu sehen (links über dem Baum).

Mars: 6.29 Uhr
Jupiter: 6.38 Uhr
Jupiter und Saturn: 6.39 Uhr



Freitag, 21. Februar 2020

Save the Date: Start zum Stratosphärenflug

Kalle und Leo haben im Rahmen ihres Projektes für den chinesischen Wettbewerb BYSCC und Schüler experimentieren eine Ballongondel entwickelt, die sich beim Flug selbst stabilisiert und so wissenschaftliche Messungen ermöglichen kann, die richtungsabhängig sind.

Ihre mit Messgeräten und Kameras vollgestopfte Testgondel starten sie am Fr, 6.3. ab 13.30 Uhr vom SFN aus.
Gäste sind herzlich willkommen.

Einen Tag später werden wir hoffentlich die Gondel finden (sie ist mit GPS ausgestattet) und die ersten Bilder vom Flug in die Stratosphäre veröffentlichen.


Test im Windkanal

Wird Beteigeuze heller?

Messungen von  Bum-Suk Yeom (in AAVSO veröffentlicht) deuten einen leichten Anstieg der Helligkeit von Beteigeuze in den letzten Tagen an.
Die obere Messreihe zeigt den beobachteten Helligkeitsabfall seit November 2019. Mit kleinen hellbraunen Sternchen habe ich meine eigenen Schätzungen eingezeichnet.
Einen Helligkeitsanstieg konnte ich nicht bestätigen, aber abwarten. Insgesamt sieht man ja, dass alle Messwerte eine sehr große Streuung haben.
Die in AAVSO veröffentlichten Werte beziehen sich auch auf einen ganz bestimmten engen Wellenlängenbereich, ich habe Schätzungen im visuellen und photographischen Bereich vorgenommen. Auch das kann Unterschiede erklären.
Die untere Kurve zeigt das längerfristige Verhalten von Beteigeuze (Januar 19 bis jetzt). Da erkennt man, dass Beteigeuze im letzten Frühjahr eher besonders hell war.
Eingebaut sind die entsprechenden Bilder der ESO (siehe Post vom 14.2.)

Fazit: Es scheint sich die Prognose zu bestätigen, dass Beteigeuze lediglich in einem besonders tiefen Minimum mehrere sich überlagernder Perioden ist. Da war der erneute Helligkeitsanstieg für den 21.2. erwartet (siehe Post vom 9.2.).

Mal sehen, was beim nächsten klaren Abend zu sehen ist...


Donnerstag, 20. Februar 2020

Über den Wolken: Mit SOFIA in der Stratosphäre, Teil 4


Der vordere Teil der B747 ist als Sitzraum ausgestattet, am Rand steht der Computer für die wissenschaftlichen Aufgaben.



Die Wissenschaftler selbst sitzen an Computerkonsolen mit Blick zum Detektor, der in den Innenraum hineinragt und an dessen Bewegung man die Bewegung des Flugzeuges relativ zum Fernrohr sehen kann.
Auf den Monitoren können Wissenschaftler und Flightmanager jede Phase des Fluges und der Messungen sehen.


Das eigentliche Teleskop ist natürlich  vom Innenraum abgeschottet.
Übrigens: Wenn sich die riesige Luke öffnet, merkt man absolut nichts. Die B 747 bleibt exakt auf Kurs.
 
Nach Mitternacht besuche ich die drei Piloten im Cockpit.

Die Beobachtungen gehen bis in die frühen Morgenstunden. Immer wieder dreht die Maschine in eine andere Richtung um ein neues Objekt für eine halbe oder eine Stunde in das Blickfeld des Teleskops zu bringen.

Bei einem der beiden Flüge erreichen wir 14 km Höhe, aber da der Innenraum, wenn auch matt, erhellt ist, kann man kaum hinaussehen.


Ich bin aber eh mit Filmen beschäftigt, interviewe viele Wissenschaftler und den Flightmanager.
Das alles kann man sich auch ansehen. Im Film erfährt man aus erster Hand viele technische und astronomische Details, aber auch etwas über die Motivation der Wissenschaftler und Ingenieure:

 https://www.mediathek-hessen.de/medienview_15355_Klaus-Peter-Haupt-OK-Kassel-SOFIA--Das-fliegende-IR-Teleskop.html

SOFIA - Das fliegende IR Teleskop (Film)

In der Morgendämmerung kehrt die Maschine zurück zur NASA Basis. Ich sitze wieder im Cockpit und genieße den Anflug über Los Angeles und die aufziehende Morgendämmerung.

Ich habe damals auch einen eigenen Blog geschrieben, da kann man ebenfalls viel, vor allem über IR-Astronomie nachlesen:

https://sofia-sfn.blogspot.com/

SOFIA Blog


Mittwoch, 19. Februar 2020

Venus im Vorderen Westen

bei der Friedenskirche...um 18.39 Uhr


International Astronomical Youth Camp 2020 - Call for applications


International Astronomical Youth Camp: 12th July – 1st August 2020 in Extremadura, Spain


Imagine spending three weeks of your summer in the beautiful countryside – and with access to some 
of the darkest skies – working with other young people from all over the world on an astronomical project 
of your choice. The International Astronomical Youth Camp (IAYC) is a summer research camp aiming to 
promote knowledge on astronomy and related sciences in a unique international atmosphere. 
Celebrating diversity is deeply embedded in the culture of the camp – we are dedicated to making the 
camp accessible to all, and we especially welcome applications from minorities in STEM. 

Each year the IAYC takes place in a different remote location, and it will be in the gorgeous Extremadura
 region in Spain this year. The IAYC is different from most astronomy camps for two reasons: (1) it has
 a strong international character and (2) you will design and carry out your own small research project.
 You will not just accept facts, but you will discover them for yourself. We are proud of the incredible 
variety of projects that have been carried out during the camp over the past 50 years, which include 
building rockets and rovers; constructing radio telescopes; astrophotography; cultural astronomy; 
computer programming and machine learning; exoplanets; stellar evolution; cosmology; and so much 
more. We have a diverse network of previous IAYCers, who have all gone on to fulfil a diverse range 
of roles in science and beyond.

By night you will have access to a number of different telescopes, whether you are a complete 
beginner or a savvy expert. By afternoon (the morning is for sleeping), you will explore
astronomy-related projects in one of eight working groups. The groups are led by young scientists and
 focus on a specific topic related to space and astronomy. There is something for everyone, from the 
complete beginner to the ambitious student. This year the working groups are:

EPIC – Evi’s Planet Investigators & Co.
EPOCH – Early Physics Outlines with Code and Happiness
FLAT – FLirting with Absurd Theories
MESSY – Modelling Energy Systems SustainablY on exoplanets
OOPSIE – Observing and Photographing Skies In Extremadura
SCOUSE – Science COmmunication of the UniverSe and Everything
STORYTIME – STars On the Radiant SkY Truly Inspired Mythology on Earth
T-REX – Training Robots to EXplore

As well as the astronomical programme, there are many non-astronomical activities such as group 
games; sporting events; cultural, singing and poetry evenings; hiking tours and an excursion.

Anyone from 16 to 24 years old and able to communicate in English (your English doesn't have to be 
perfect!) may participate in the IAYC 2020. The fee for accommodation, full board and the whole
 programme, including the excursion, is 870 EUR and the application deadline is 5th April 2020.  
We also have grants available, for those who would love to attend but might not have the funds.

For more details, application and grant forms, outlines of projects and pictures from previous camps please go to https://www.iayc.org/nextcamp/.

If you have any questions, please do not hesitate to contact us at info@iayc.org.

Best wishes and clear skies,
The IAYC Leaderteam

 Ich war 1972 als Abiturient im ersten Camp im Sauerland, 1973 Gruppenleiter in Havelte, Niederlande
 und habe dann 1974 und 1975 zwei Camps selbst organisiert.
1999 habe ich das Camp in Ungarn als Gast besucht, es war so wie auch ganz am Anfang...und ich 
denke auch jetzt, fast 50 Jahre später, lohnt sich die Teilnahme immer noch. (KPH)

Beteigeuze am Dienstag

...im Rahmen der Schätzgenauigkeit...unverändert...1,7 +/- 0,1 mag

(das länger belichtete Bild kann nicht verwendet werden, da alle Sterne etwa gleich hell erscheinen (Sättigung))
Beim kurzbelichteten Bild sind durch die Kompression die schwachen Sterne fast verschwunden...ich hab das Originalbild zum Schätzen genommen und mit dem Eindruck am Himmel abgeglichen




Dienstag, 18. Februar 2020

Über den Wolken: Mit SOFIA in der Stratosphäre, Teil 3

Noch am Morgen des Starttages steht die B 747 im Hangar und wird gewartet.



Gegen Mittag wird sie dann auf das Rollfeld gestellt und betankt.

Danach gibt  es noch eine Sicherheitseinweisung für alle, die  zum ersten Mal mitfliegen...
Zumindest kann ich jetzt die Türen öffnen, die Rutsche in Betrieb nehmen und weiß hoffentlich im Notfall dann noch wie ich den Peilsender für die Rettungsflugzeuge in Gang setzen kann...

Am Nachmittag fahren wir alle in ein großes Einkaufszentrum und kaufen Essen und Getränke für die lange Nacht ein. Service an Bord gibt es natürlich nicht.
Immerhin sind wir vom späten Nachmittag bis zum Sonnenaufgang in der Maschine. 
Vor dem Abflug treffen dann alle am Flug Beteiligten zu einer Missionsbesprechung zusammen. Die Wetterlage wird erläutert, die Beobachtungsobjekte besprochen, mögliche technische Probleme diskutiert (beim ersten Flug fiel die bordinterne Stromversorgung aus und wir standen kurz vor einer Notlandung).


Danach gehen alle an Bord und bereiten den Flug vor.
Kurz vor Abflug gab es dann die übliche Sicherheitsanweisung (in Passagierjets sitzt man und sieht einen Film oder eine Stewardess). Hier standen wir alle um einen NASA Mitarbeiter herum.


Übrigens muss man an Bord ständig eine eigene Sauerstoffnotversorgung mit sich herumtragen, denn man kann sich ja frei bewegen und hat keinen festen Sitzplatz auf den im Falle einer Sauerstoffunterversorgung die Masken herunterfallen.

Dann ist es außerdem sehr kalt und sehr laut, denn Heizung und Schalldämmung sind aus Gewichtsgründen reduziert bzw. weggelassen (je geringer das Gewicht, desto höher kann die Maschine fliegen). Kommunikation ist nur über die Bordanlage möglich. Man sucht also ständig eine Buchse für Kopfhörer und Mikrofon.

Nach der letzten Sicherheitseinweisung verzog ich mich ins Cockpit und sah den drei Piloten bei der Startvorbereitung zu.
Nach draußen fotografieren durfte ich nicht, wir waren auf streng geheimen NASA - Gelände.


Und dann hob die B747 ab. Für mich wohl einer der nachhaltigsten Eindrücke: Im Cockpit einer B747 beim Start sitzen zu können. 


wird fortgesetzt