Die Sonne ein Feuerball wird untersucht

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1 Die Sonne ein Feuerball wird untersucht Sonnenforschung in Südniedersachsen Andreas Lagg Max-Planck Planck-Institut für Sonnensystemforschung Katlenburg-Lindau Übersicht: Was wissen wir über die Sonne? Woher kommt unser Wissen? Fraunhofer-Linien Was macht das Lindauer MPS? Beobachtungen Theorien Simulationen Warum Sonnenforschung? A. Lagg Rotary Südharz 1

2 Vortragsgebrauchsanleitung: Hörer Achtung Physik! Wer den Berg nicht erklimmen möchte darf sich zurücklehnen und am Bier nippen. Achtung schwierige Physik! Wer nicht ins Schleudern geraten möchte, darf sich zurücklehnen, einen kräftigen Schluck trinken und die Augen schließen. A. Lagg Rotary Südharz 2

3 Wie alles begann... vor ca. 4.5 Milliarden Jahren... A. Lagg Rotary Südharz 3

4 Der heiße Ofen Normalfall: Atomkern von Elektronen umkreist 2 Atomkerne immer getrennt Sonne: Druck, Temperatur extrem hoch Atomkerne verschmelzen (=Fusion) E = mc 2 pro Sekunde: Energiebedarf der Menschheit für über 1 Million Jahre! A. Lagg Rotary Südharz 4

5 Der innere Aufbau Strahlung z.b. Feuer Wärmeleitung z.b. Pfannengriff Konvektion z.b. kochendes Wasser Kern: 15 Millionen Grad Oberfläche: ~ 6000 Grad A. Lagg Rotary Südharz 5

6 Die Sonnenoberfläche Weißlicht (Sonnenfinsternis-Brille) A. Lagg Rotary Südharz 6

7 Sonnenflecken Penumbra Umbra A. Lagg Rotary Südharz 7

8 Sonnenflecken (Dynamik) A. Lagg Rotary Südharz 8

9 Granulation A. Lagg Rotary Südharz 9

10 Übergangsregion A. Lagg Rotary Südharz 10

11 Sonnenkorona während Finsternissen A. Lagg Rotary Südharz 11

12 Die Korona EUV Korona: Plasma bei >10 6 K (EIT 195 Å) Weißlicht Korona mit Kometen (LASCO C3) A. Lagg Rotary Südharz 12

13 Der Sonnenwind A. Lagg Rotary Südharz 13

14 Polarlichter A. Lagg Rotary Südharz 14

15 Sonnenzyklus Röntgenstrahlung Variation der Strahlung im Röntgenbereich: Faktor 100! Variation der gesamten Strahlung: im Promillebereich A. Lagg Rotary Südharz 15

16 Woher wissen wir das? keine in-situ Messungen möglich Messung des Sonnenlichtes (Spektrometrie) A. Lagg Rotary Südharz 16

17 Wie entstehen Fraunhofer-Linien (1) Quantenphysik: nur bestimmte Bahnen um den Atomkern sind erlaubt jede Bahn entspricht einer bestimmten Energie Bahnwechsel = Energieänderung ( E) auf höhere Bahn: Energie reinstecken auf niedrigere Bahn: Energie wird frei Energieübertragung durch Licht (Photonen, Lichtquanten) A. Lagg Rotary Südharz 17

18 Sonnenspektrum Fraunhofer-Linien A. Lagg Rotary Südharz 18

19 Wie entstehen Fraunhofer-Linien (2) kontinuierliches Spektrum (Regenbogen) alle Farben / Wellenlängen kommen durch Lichtteilchen (Photon) hebt Elektron auf höhere Bahn Photon vernichtet jedes Atom / Molekül hat charakteristische Energieniveaus Fingerabdruck der Zusammensetzung der Sonnenatmosphäre! A. Lagg Rotary Südharz 19

20 Information aus Fraunhofer-Linien: Zusammensetzung Ultraviolett (UV) Infrarot A. Lagg Rotary Südharz 20

21 Absorptionsspektrum A. Lagg Rotary Südharz 21

22 Photosphäre - Linienkern - Chromosphäre Photosphäre A. Lagg Rotary Südharz 22

23 Photosphäre - Linienkern - Chromosphäre viel wenig Si-Linienkern Photosphäre A. Lagg Rotary Südharz 23

24 Photosphäre - Linienkern - Chromosphäre Si-Linienkern Chromosphäre Photosphäre A. Lagg Rotary Südharz 24

25 Photosphäre - Linienkern - Chromosphäre Chromosphäre Photosphäre A. Lagg Rotary Südharz 25

26 Information aus Fraunhofer-Linien: Geschwindigkeiten Wellenlänge Bewegung hin zum Beobachter Blauverschiebung Schall: hoher Ton Wellenlänge Bewegung weg vom Beobachter Rotverschiebung Schall: niedriger Ton Wellenlänge A. Lagg Rotary Südharz 26

27 Windgeschwindigkeiten in der Sonnenatmosphäre Solarer Tornado: Windgeschwindigkeit km/h A. Lagg Rotary Südharz 27

28 Konvektion blau: Material strömt nach oben rot: Material fließt nach unten A. Lagg Rotary Südharz 28

29 Helioseismologie Sonnenbeben Dauer des Films: ~ 1 Stunde A. Lagg Rotary Südharz 29

30 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 30

31 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 31

32 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 32

33 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 33

34 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 34

35 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 35

36 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 36

37 Informationen aus Fraunhofer-Linien Geschwindigkeiten ( Winde, Strömungen) Doppler-Effekt Temperatur (kalt=3500, heiß=6000 ) Linienbreite Dichte (Anzahl, Anreicherungen) Intensität Magnetfelder (Sonnenflecken) Linienaufspaltung A. Lagg Rotary Südharz 37

38 Was passiert in Lindau? Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Gründung: 1948 (MPI für Ionosphärenforschung) 1958: Stratosphäre + Ionosphäre = MPI für Aeronomie seit 1. Juli 2004: MPI für Sonnensystemforschung A. Lagg Rotary Südharz 38

39 MPS: Instrumentenbau A. Lagg Rotary Südharz 39

40 MPS: Sonnenbeobachtungen Bodengebundene Beobachtungen Teneriffa (Teide-Observatorium) La Palma Kitt Peak (Kalifornien) Locarno (Schweiz) A. Lagg Rotary Südharz 40

41 MPS: Auswertung von Beobachtungen z.b. Magnetfeldmessungen A. Lagg Rotary Südharz 41

42 MPS: Theorien / Modelle Anwendung der Formeln auf Supercomputern erlauben Einblicke in die grundlegenden Prozesse gesucht: optimale Übereinstimmung zwischen Theorie und Beobachtung A. Lagg Rotary Südharz 42

43 Warum Sonnenforschung? Sonnenforschung ist zweckfreie ist Grundlagenforschung Forschung ist neugiergetrieben Forschung ist ergebnisoffen Forschung ist nicht produkt- oder gewinnorientiert unvermeidbar: Anwendungen Sonne als Labor Atomphysik (Laser) Technologieentwicklung Space Weather Zusammenhang Sonne-Klima A. Lagg Rotary Südharz 43

44 Sonnensturm: Gefahr für die Erde? A. Lagg Rotary Südharz 44

45 Geomagnetischer Sturm Simulation: Reaktion der Magnetosphäre auf Massenauswurf von IMF B direction Avge.. solar wind speed: 410 km Goodrich et al GRL A. Lagg Rotary Südharz 45

46 Presse A. Lagg Rotary Südharz 46

47 Presse Nein! A. Lagg Rotary Südharz 47

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