Die Astro-Hitliste 6/ Faszinierendes aus der aktuellen Astronomie Olaf Fischer

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Die Astro-Hitliste 6/ Faszinierendes aus der aktuellen Astronomie Olaf Fischer"

Dagmar Albert
vor 5 Jahren
Abrufe

Die Atro-Hitlite 6/007 - Fazinierende au der aktuellen Atronomie Olaf Ficher Beginnen Sie den Unterricht doch ab und zu mit einem Blick auf die aktuellten Forchungergebnie der Atronomie.

1 Die Atro-Hitlite 6/007 - Fazinierende au der aktuellen Atronomie Olaf Ficher Beginnen Sie den Unterricht doch ab und zu mit einem Blick auf die aktuellten Forchungergebnie der Atronomie. Diee tehen in keinem Lehrbuch, dafür aber im SuW- Brennpunkt. Ihre Hitlite wird die Schüler motivieren, inbeondere dann, wenn Sie den Bogen zu ungeklärten Fragen der Naturwienchaft pannen, intereante Bezüge aufzeigen und dabei da eigene Staunen nicht verhehlen. In dieem WiS!-Beitrag oll die exemplarich demontriert und untertützt werden. Übrigen: Auch die Schüler haben ihre Hit. Übericht der Bezüge im WiS!-Beitrag Phyik Atronomie Mechanik, Thermodynamik Planeten, Kleinkörper Energieerhaltungatz, Kreibahngechwindigkeit (1. komiche Gechwindigkeit), Fallbechleunigung, mittlere kinetiche Gechwindigkeit, Entweichgechwindigkeit (. komiche Gechwindigkeit), Maxwellche Gechwindigkeitverteilung, Modellexperiment Exoplaneten, heiße upiter, upiter, Phobo, Tranit Fächerverknüpfung Atro-Ma Strahlenatz Abbildung 1: Die Sonne räumlich ehen. Im April 007 erchienen die erten dreidimenionalen Bilder der Sonne, die von beiden Stereo-Sonden aufgenommen wurden. Sie laen ich mit einer ot-grün-brille (hier au Trägericht gezeigt) betrachten und finden ich im Internet unter:

2 WiS! zum Brennpunkt-Beitrag Staubige Exoplaneten Der heiße upiter beim Stern HD (ein Planet, der etwa upitermae hat, aber einem Stern beträchtlich näher it al Merkur der Sonne) kann eine Atmophäre trotz einer großen Gravitationwirkung nicht halten. Von den nachgewieenen Atmophärenbetandteilen (H, O, C, Na) entweicht vor allem Waertoff ( t pro Sekunde). Da die o ein mu, lät ich mit Hilfe eine einfach herzutellenden Modellexperiment (Experiment für zu Haue, Aufgabe für Schüler) plauibel erklären. Wenn man dann genauer hin chaut und etwa rechnet, dann wird die Erklärung genauer aber komplexer. Mehr Phyik kommt in Spiel. Empfehlung: Man beginne mit dem Modellexperiment. echnung Wie chnell ind die Moleküle de Waertoff und de Sauertoff bei einer Temperatur von 1000 C in der Atmophäre von HD 09458b? Wie groß it die Entweichgechwindigkeit auf HD 09458b? Geg.: Gravitationkontante γ 6, kg -1 m 3 - Boltzmannkontante k 1, Nm/K Mae upiter M 1, kg adiu upiter km Molekülmae von Waertoff μ H 3, kg Molekülmae von Sauertoff μ O 5, kg Ge.: Entweichgechwindigkeit und mittlere kinetiche Gechwindigkeit v, v Löung Die Entweichgechwindigkeit von HD 09458b - wenn man für ihn upiterwerte annimmt - beträgt v γ -11 6, m 7 7,18 10 m 3 1,9 10 kg 7 kg m. Die mittlere kinetichen Gechwindigkeiten der Moleküle betragen -3 3 k T 3 1, Nm 173 K m vh 4000 und μ -7 H 3,35 10 kg K -3 3 k T 3 1, Nm 173 K m vo μ -6 O 5,31 10 kg K

3 Fettellung Die mittlere kinetiche Gechwindigkeit it elbt für die Waertoffmoleküle noch zu klein, um zu o großen Verlutraten zu führen. Aber - heiße Ga dehnt ich au! Die Annahme, da HD 09458b upiterradiu beitzt, it zu grob. Die hohe Temperatur bedingt eine Audehnung der Atmophäre de heißen upiter im Vergleich zu unerem kalten upiter auf etwa km. (Die könnte man mit dem allgemeinen Gageetz tark vereinfacht durch V/T kontant plauibel machen). Die Entweichgechwindigkeit au der oberen Atmophäre von HD 09458b reduziert ich damit auf: v γ 6, m 1,9 10 m kg 7 kg m. Aber - in Sternnähe wirken tarke Gezeiten! HD 09458b it einem Stern ehr nahe (7 Mio km), wa dazu führt, da ich der Planet infolge der Gezeitenkraft entlang der Verbindunglinie zum Stern länglich verformt. E wird alo Bereiche der Atmophäre geben, die noch weiter außen liegen, o da die Entweichgechwindigkeit noch weiter inkt (z. B. bei km auf rund m/). Aber - e gibt auch chnellere Moleküle In einem idealen Ga bewegen ich nicht alle Teilchen mit der gleichen Gechwindigkeit, ondern mit Gechwindigkeiten, die tatitich verteilt ind und der Maxwellchen Gechwindigkeitverteilung gehorchen. E wird alo auch Gamoleküle geben, die ich mit weitau höherer Gechwindigkeit bewegen und dabei in den Bereich der Entweichgechwindigkeit kommen. Aber in Sternnähe weht ein tarker Sternwind Au der Sternatmophäre werden Protonen und Elektronen al ogenannter Sternwind in All gechleudert. Trifft dieer Wind auf die Atmophäre, o überträgt er Impul und chleudert die getroffenen Moleküle au der Atmophäre herau. Nimmt man an, da HD einen Wind wie unere Sonne erzeugt, o kann man mit dem Entfernung-Quadrat-Geetz aurechnen, da der Wind bei HD 09458b ( km / km) 460 mal tärker ankommt al der Sonnenwind bei unerer Erde.

Modellexperiment Tanz der Moleküle Abbildung : Oben link: Für da Modellexperiment werden gebraucht: eine

0,5 m Platikchlauch, der im Loch im Schraubverchlu der Flache gehalten wird; Styroporteilchen (große blau

Oben recht: Die Platikflache mit angechraubtem Schlauch wird mit dem offenen Ende nach oben gehalten und

Die Flache repräentiert im Modell den Aufenthaltraum für die Atmophärenmoleküle.

Die kleinen weißen Styroportücke tellen den Waertoff dar, die größeren blauen modellieren die

Der Lufttrom teht für den Energieeintrag durch die Sterntrahlung in die Atmophäre de heißen upiter.

al die Modellmoleküle größerer Mae (Sauertoff, die blauen Styroporteilchen).

4 Modellexperiment Tanz der Moleküle Abbildung : Oben link: Für da Modellexperiment werden gebraucht: eine durchichtige Platikflache, deren Boden abgechnitten wurde; ca. 0,5 m Platikchlauch, der im Loch im Schraubverchlu der Flache gehalten wird; Styroporteilchen (große blau angemalte und kleine weiße). Oben recht: Die Platikflache mit angechraubtem Schlauch wird mit dem offenen Ende nach oben gehalten und mit den Styroporteilchen gefüllt. Die Flache repräentiert im Modell den Aufenthaltraum für die Atmophärenmoleküle. Die Modellatmophäre oll au Waertoff und Sauertoff betehen. Die kleinen weißen Styroportücke tellen den Waertoff dar, die größeren blauen modellieren die Sauertoffmoleküle. Sobald man in den Schlauch blät, werden die Modellmoleküle in Bewegung veretzt. Der Lufttrom teht für den Energieeintrag durch die Sterntrahlung in die Atmophäre de heißen upiter. Die leichteren Modellmoleküle (Waertoff, die weißen Styroporteilchen) werden dabei weitau höher getrieben al die Modellmoleküle größerer Mae (Sauertoff, die blauen Styroporteilchen). Wenn die weißen Styroporteilchen die Flache verlaen, o kann die im Modell al Entweichen au der Atmophäre gedeutet werden (iehe auch Videoclip molekültanz.mpeg). Wenn man die weißen Teilchen genau beobachtet, o kann man auch eine Verteilung der Gechwindigkeiten (Modellbild für Maxwellche Gechwindigkeitverteilung) ehen. Zu guter Letzt könnte man oben eitlich über die Flache blaen und o den Sternwind imulieren, wie er Modellmoleküle mit ich reißt.

5 WiS! zum Brennpunkt-Beitrag Der Mond paiert die Sonne Bei einer totalen Sonnenfinterni deckt die Mondcheibe fat genau die Sonnencheibe ab wa für eine phantatiche Einrichtung der Natur. e weiter man ich vom Mond entlang der Verbindunglinie Sonne-Mond entfernt, deto kleiner ercheint der Mond im Verhältni zur Sonne. Al die Sonnenbeobachtung-Sonde Stereo-B am den Mond vor der Sonnencheibe aufnahm, war ie lauf Brennpunkt-Beitrag 1,6 Mio km von dieem entfernt. Diee Entfernungangabe oll im Folgenden überprüft werden. Neben den Durchmeern von Sonne und Mond und dem Abtand Sonne-Mond wird dazu noch eine Angabe au dem Beitrag gebraucht Aufgabe Strahlenatz mit Sonnentrahlen Man berechne den Abtand der Sonde Stereo-B vom Mond, den ie zum Zeitpunkt der dargetellten Tranitbeobachtung hatte. Zuatzaufgabe: Im Bild oben bedeckt der Mond etwa den 0,05ten Teil der Sonnencheibe. Den wievielten Teil bedeckt der Mond für einen Bewohner eine extraolaren Planeten in z. B. 10 Lichtjahren Entfernung? Strahlenatz: x a+ x DMond k DSonne k D Sonne 1 a x a x DMond k D Sonne 1 DMond 6 149, 10 km 6 x 1,6 10 km ,4 10 m 4, m (a: 1 AE (149,6 Mio) Entfernung Erde-Mond) Zuatz: Für einen ehr weit entfernten Beobachter bedeckt der Mond in ehr guter Näherung den Teil der Sonnencheibe, der dem Verhältni v der Querchnittflächen der Himmelkörper entpricht: (vd Mond /D Sonne 0,000006).

WiS! zum Brennpunkt-Beitrag Geteinproben von Phobo Wie wichtig it eigentlich die Verankerung der Sonde Phobo-Grunt, die vorauichtlich 010 auf dem Marmond weich landen oll?

E wird voraugeetzt, da man auf der Erde 60 cm hoch pringen kann. Für den Marmond Phobo wird ein mittlerer adiu von 14 km angenommen.

6 WiS! zum Brennpunkt-Beitrag Geteinproben von Phobo Wie wichtig it eigentlich die Verankerung der Sonde Phobo-Grunt, die vorauichtlich 010 auf dem Marmond weich landen oll? Die Sonde wird dazu Harpunen zur Verankerung in den Untergrund chießen.. Aufgabe Sprung in den Weltraum Könnte man den Marmond Phobo chon dadurch verlaen, da man abpringt? E wird voraugeetzt, da man auf der Erde 60 cm hoch pringen kann. Für den Marmond Phobo wird ein mittlerer adiu von 14 km angenommen. Ein weitere für die echnung wichtige Größe findet ich im Brennpunkt- Beitrag. Löung Die Abprunggechwindigkeit auf der Erde kann man mit Hilfe de Energieerhaltungatze aurechnen, wenn man weiß, wie hoch man pringt. E gilt: E E kin pot m v m g h v g h. Für eine Sprunghöhe von z. B. h0,6 m beträgt die Abprunggechwindigkeit v 9,81 m/ 0,6 m 3,43 m/. Um in eine Umlaufbahn um Phobo (adiu etwa 14 km, Mae M) zu gelangen, müte man mit der entprechenden Kreibahngechwindigkeit v Krei abpringen. vkrei γ. Die Auage, da die Schwerkraft auf Phobo nur ein zehntauendtel der Erdchwerkraft aumacht, hilft bei der Berechnung, denn die au der Schwerkraft F reultierende Fallbechleunigung g berechnet ich wie folgt m γ γ F m g g. Die Kreibahngechwindigkeit kann nun mit Hilfe von g berechnet werden: v Krei g 9,81 m/ 0, m 3,7 m/. Mit einem etwa tärkeren Abprung könnte man alo bereit in die Umlaufbahn um Phobo pringen.

Ähnliche Dokumente

Prof. Liedl Lösung Blatt 8. Übungen zur Vorlesung PN1. Lösung zum Übungsblatt 8. Besprochen am

Prof. Liedl Lösung Blatt 8. Übungen zur Vorlesung PN1. Lösung zum Übungsblatt 8. Besprochen am 11.12.212 Löung Blatt 8 Übungen zur Vorleung PN1 Löung zum Übungblatt 8 Beprochen am 11.12.212 Aufgabe 1: Moleküle al tarre rotierende Körper Durch Mikrowellen laen ich Rotationen von Molekülen mit einem