Mengel, Vom Sichtbaren zum Unsichtbaren

Transkript

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2 Was ist sichtbar? Mit dem bloßen Auge von der Erde aus sichtbar, von der Umgebung unterscheidbar und mit Aufmerksamkeit betrachtet Was ist unsichtbar? Nicht mit dem bloßen Auge sichtbar Nicht im wahrnehmbaren Wellenlängenbereich des Auges liegend Verdeckt / versteckt An unbekannter Stelle Nicht von der Erde aus erfassbar Zu hell überstrahlt Nur indirekt nachweisbar Überhaupt nicht messbar/erfassbar (Zu gewöhnlich) (Nicht im Fokus der Aufmerksamkeit liegend)

3 Das Sichtbare

4 Das Sichtbare Schon vor tausenden von Jahren beobachteten Menschen den Himmel und leiteten Gesetzmäßigkeiten und Schlussfolgerungen daraus ab. Die Himmelsscheibe von Nebra ca v. Chr.: Quelle: Wikipedia Vermutlich Abgleich Sonnenjahr Mondjahr Saat-/Erntezeit

5 Beobachtung des Sonnenaufgangspunkts bei den Maya in Mexiko Quetzal-Leipzig Konnten (um ca. 600) u.a. bestimmen: Mondphasen Planetenkonjunktionen Finsternisse Kalender

6 Nicht mit dem bloßen Auge sichtbar Zu dunkel, zu weit weg, zu dicht zusammen, zu klein Größer, länger, schneller, bessere Vergrößerung und Auflösung 3,8x10 6 cm 2 2,2m Größer x100,000 28cm 2 x50 6cm ESO/Igor Chekalin 8mm 0.5cm 2

7 Länger Nicht mit dem bloßen Auge sichtbar UK Schmidt Teleskop, 1,2m Länger Hublle Space Telescope, 2,4m NASA, G. Bacon and Z. Levay (STScI) DSS, AAO Belichtungszeit 60 Minuten Belichtungszeit 11 Tage

8 Nicht im wahrnehmbaren Wellenlängenbereich des Auges liegend Nur ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums ist mit dem Auge sichtbar Verwendung von Teleskopen oder Empfängern für andere Bereiche Horst Frank / Phrood / Anony

9 Die Milchstraße bei verschiedenen Wellenlängen

10 Radioteleskope Very Large Array Hajor Radiogalaxie 3C296, VLA rot: Radiowellen, blau: optisch AUI, NRAO

11 mm/submm-teleskope ALMA ESO Kalter Staub Antennae-Galaxie ESO, HST

12 Nahinfrarot-Instrumente NACO, ISAAC Wirkung der Adaptiven Optik zum Ausgleich der Luftunruhe Antennae-Galaxie ESO/Y. Beletski VLT-Yepun mit dem Laserleitstern, der auf das Zentrum der Milchstraße ausgerichtet ist. J. Graham, University of California Regents Normale Objekte durch Staub hindurch. Mengel et al.

13 Sensoren im All Nicht von der Erde aus erfassbar IPAC

14 Röntgenstrahlung Erste Entdeckung von Röntgenobjekten in 1949: Die Korona der Sonne von einer V2-Rakete aus. Seit 1972 auch Röntgensatelliten (z.b. Uhuru, Rosat, Chandra, XMM-Newton). Antennae-Galaxien im Röntgenlicht aufgenommen von Chandra Röntgen-Satellit Chandra Heißes Gas und Punktquellen, z.b. Röntgendoppelsterne NASA NASA/SAO/CXC/G.Fabbiano et al.

15 Gammastrahlung SWIFT Erste Entdeckung eines Gammastrahlungsausbruchs (GRBs) 1967 durch einen Spionagesatelliten. GRBs dauern wenige Sekunden und setzen mehr Energie frei als die Sonne in Milliarden von Jahren. NASA Mindestens teilweise Supernovae, z.t. sehr weit entfernt (Rekord derzeit über 13 Mrd. Lichtjahre). ESO ESO

16 Höhenstrahlung Sie besteht aus schnellen, energiereichen Teilchen (Protonen, Elektronen, Heliumkernen, schwereren Kernen) gelb: Ursprung Sonne türkis: Ursprung Milchstraße pink: Ursprung andere Galaxien Entdeckt 1912 durch V. F. Hess mithilfe von Ballons. Löst in der Atmosphäre Teilchenschauer aus. Sven Lafebre (nach Swordy)

17 Spektroskopie Zusammensetzungen und Geschwindigkeiten von Objekten Wikipedia HST-STIS Transmissionsspektrum des Exoplaneten HD b. ESO Beryllium-Absorptionslinie von zwei Sternen eines Kugelsternhaufens (und ein Vergleichsstern). Daraus Alter des Universus: 13,6 Mrd. Jahre. Sing, Pont et al., 2003

18 Verdeckt / versteckt Vorderseite des Mondes Rückseite des Mondes Luc Viatour NASA, Clementine

19 An unbekannter Stelle Manche Objekte könnte man (mit Hilfsmitteln) sehen, wenn man wüsste, wo sie sind NASA, Beispiel Neptun Le Verrier und Adams berechneten aus Bahnstörungen des Uranus die Position von Neptun, den Galle 1846 entdeckte. Der erklärte noch nicht alle Bahnstörungen, und 1930 entdeckte Tombaugh Pluto. Neptun, HST L. Sromovsky and P. Fry, University of Wisconsin-Madison,

20 An unbekannter Stelle 5km Temple 1 Komet mit ca. 5,5 Jahren Umlaufzeit entdeckt nahe Passage an Jupiter führte zu einer Bahnstörung: er ging verloren konnte erst 1968 wieder gefunden werden, Bestätigung 1972 bei Annäherung 2005 Ziel der Mission Deep Impact NASA/JPL-Caltech/UMD

21 Zu hell überstrahlt Koronographie ESO AB Pictoris mit seinem kleinen Begleiter. NACO/VLT mit 1,4 Maske. NASA Die Korona der Sonne während einer totalen Sonnenfinsternis im März 2006

22 Zu hell überstrahlt Großer Helligkeitsunterschied zwischenzentralstern und Planet: Jupiter nur etwa 1 Milliardstel so hell wie die Sonne. Exoplaneten Erste Entdeckungen von Exoplanetenab 1992 indirekt, seither über 500 bekannt. ESO ESO Der erste (2004) direkt abgebildete Exoplanet 2M1207b, der den braunen Zwerg 2M1207 umkreist. 2M1207b ist Jupiter ähnlich und 5 mal so schwer wie er, Bahnradius beinahe 2x so groß wie bei Neptun. 230 Lichtjahre entfernt. Aufnahme: NACO am 8,2m VLT. Anglada-Escudé et al.

23 Nur indirekt nachweisbar Schwarze Löcher Ein schwarzes Loch sieht man nur durch seine Gravitationswirkung auf die Umgebung. Sgr A*, das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße mit etwa 3 Millionen Sonnenmassen Cygnus X-1, ein stellares schwarzes Loch in einem Röntgendoppelsternsystem künsterlische Darstellung! ESO/MPE Wikipedia public domain

24 Nur indirekt nachweisbar Neutrinos Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke Extrem wechselwirkungsarme, neutrale, masselose oder sehr massearme Teilchen. Nachweis über sehr aufwändige Detektoren. Superkamiokande (Japan), Tonnen superreines Wasser, Photomultiplier 1km unter der Erde Wikipedia Burrows, ESA/STScI and NASA; Hubble Heritage Team Gemessene Neutrinos: Kamiokande: 11 Irvine Michigan Brookhavan Experiment: 8 Mont Blanc Underground Neutrino Observatory: 5 Baksan-Detektor: 5

25 Nur indirekt nachweisbar Dunkle Materie MACHOs, WIMPs, oder was sonst? Sie macht etwa 23% der Masse des Universums aus. Eines der älteren Indizien: Rotationskurven von Galaxien (Rubin ab 1960). Zukünftig: CERN? Einzelgeschwidigkeiten der Galaxien im Coma-Haufen (Zwicky 1934) Coma-Haufen, Spitzer (IR) und DSS (optisch) beobachtet Rotationsgeschwindigkeit errechnet ESO NASA

26 Nur indirekt nachweisbar Dunkle Energie WMAP Sie macht etwa 73% der Masse des Universums aus. WMAP Science Team, NASA nach Riess, Perlmutter & Schmidt (seit 1999)

27 (Bisher?) nur indirekt nachweisbar Gravitationswellen Sie strecken und stauchen die Raumzeit quer zu ihrer Ausbreitungsrichtung. Direkter Nachweis über Interferometer wird seit Jahrzehnten versucht, aber bislang erfolglos. Hulse und Taylor entdeckten die durch die Abstrahlung von Gravitationswellen verursachte Abnahme der Rotationsperiode im Doppelpulsar PSR , die sich exakt mit Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie deckt Wikipedia Künstlerische Darstellung der Gravitationswellen in einem Neutronen- Doppelsternsystem M. Haynes et Lorimer (2001) (redrawn by Dantor)

28 Überhaupt nicht messbar/erfassbar Was tun, um etwas in diese Kategorie einzuordnen? Was kann die Zukunft sichtbar machen?