Entfernungen im Weltall: 4Maßstäbe, 4Ecken, begehbar, begreifbar

Transkript

1 Entfernungen im Weltall: 4Maßstäbe, 4Ecken, begehbar, begreifbar AVT Wolfgang Müller-Schauenburg

2 4 Maßstäbe 4 Ecken 1. Unsere Erde 2. Unser Sonnensystem 3. Die nächsten Sterne (unsere Galaxie) 4. Der ganze Weltraum (mit der Entwicklung vom Urknall bis heute)

3 Die 4 Verkleinerungsschritte 1km 1 mm

4 Merke in Ecke3: 1cm = 1 Lichtjahr Galaxiendurchmesser Lichtjahre = cm =1km Aus 1km Galaxiendurchmesser in Ecke3 wird 1mm Galaxiendurchmesser in Ecke4

5 1. Erdradius ca.6m Die 4 Bezüge 2. Planetenbahnradius 6m bis Pluto (4.5m bis Neptun) 3. Abstand nächster Stern (nächste Sonne) 4cm (4 Lichtjahre) 4. Evolutionszeit ca. 6m 138m vom Urknall bis heute

6 Klatschkreis zum Planetensystem Mein Vater Erklärt Mir Jeden Sonntag Unseren Nachthimmel Merkur Venus Erde Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Sonnenentfernungen relativ zur Erde: 1/3 2/3 3/ (Pluto 40) Sonnenentfernungen in cm (im Modell): cm 1.5m 3m 4.5m (6m)

7 Die Sonne im Weltraummodell als Beispiel für den Übergang zwischen den Maßstäben Sonnendurchmesser Maßstab 1: 1.4 km (ca. 100x so groß wie die Erde) Maßstab 2: 1.4 mm (km mm) Sonnenabstand zum nächsten Stern Maßstab 3: 4cm = 40 mm Maßstab 2: 40 km (mm km. Ca. bei Stuttgart)

8 In 3 Schritten zum Verstehen der Raumexpansion 1. Prinzip des Weg-Zeit-Diagramms: Ein Weg von A nach B, eine Ruhephase bei B und der Weg zurück nach A. 2. Ohne Raumausdehnung: Der Weg des Lichts durch den Raum von der Schöpfung vor 13.8 Mrd. Jahren bis heute 3. Mit Raumausdehnung: Der Weg des Lichts UND des Raums vom Urknall vor 13.8 Mrd. Jahren bis heute

9 1. Prinzip des Weg-Zeit-Diagramms: Ein Weg von A nach B, eine Ruhephase bei B und der Weg zurück nach A. Weg Zielort B Ruhephase bei B Start bei A Hinweg Rückweg Zeit

10 2. Ohne Raumausdehnung: Der Weg des Lichts durch den Raum von der Schöpfung vor 13.8 Mrd. Jahren bis heute RAUM weitester noch sichtbarer Punkt hält konstanten Abstand zu uns LICHT hier bei uns Schöpfung bei t=0 hier/heute 13.8 Mrd.Jahre ZEIT

11 3. Mit Raumausdehnung: Der Weg des Lichts UND des Raums vom Urknall vor 13.8 Mrd. Jahren bis heute RAUM (Abstand von uns) weitester Punkt, dessen Licht jetzt bei uns ankommt (z.b. Hintergrundstrahlung, ab 4mm (0.4 Mio. Jahre) nach Urknall unterwegs im durchsichtigen All) Licht LICHT Urknall heute ZEIT

12 Die jetzige Entfernung der weitesten sichtbaren Punkte Das erste Lichtweg-Stück ist bis zur Gegenwart am stärksten gedehnt, das mittlere weniger, das letzte kaum. Addiere ich diese JETZIGEN Weglängen, so bekomme ich JETZIGE Entfernungen. (Aus den JETZIGEN kann ich die DAMALIGEN errechnen, als das Licht dort vorbei kam: Ich kenne ja die Ausdehnungskurve a(t) von heute zurück zur Licht-Sendezeit t) Ich sehe, DASS die weitesten Punkte JETZT auf jeden Fall weiter sind als 13.8 Mrd. Lichtjahre. RAUM LICHT qualitative Freihand-Skizze ZEIT

13 Der Weg, den das Licht nahm: die Tropfenkurve (Abstände von uns) Am Anfang war alles in einem Punkt. Also war auch unser Abstand zum Licht: 0 Heute kommt das Licht wieder bei uns an. Also ist der Abstand des Lichts heute: 0 Dazwischen war das Licht nicht bei uns. Daraus ergibt sich ein Bogen: Vom Abstand 0 zum Abstand 0

14 Der Weg, den das Licht nahm: die Tropfenkurve (mit Oberstufenmathematik berechenbar) Modell: flaches Universum ohne dunkle Energie (also ohne beschleunigte Expansion): ABSTÄNDE a(t) = t 2 3 Alle Abstände im All haben sich fast die ganze Zeit mit dieser Kurve a(t) ausgedehnt ZEIT (13.8 Mrd. Lichtjahre)

15 Kosmologie verstehbar: IM Raum hat das Licht unterwegs IMMER seine konstante Lichtgeschwindigkeit Der Raum selbst ist unbegrenzt in seiner Geschwindigkeit : Die weitesten Abstände wachsen bis etwa 4 Mrd. Jahre schneller als Lichtgeschwindigkeit, am Anfang viel schneller. Orte, deren Licht heute hier ankommt, sind betrachtenswert. Orte ohne Lichtverbindung zu uns sind NICHT betrachtenswert. Wir schauen heute fast bis zum Urknall 138m zurück.

16 RAUM (Abstand von uns) Überraschende Einsichten bei der Vorbereitung: Lichtquellenabstand von uns sah immer gleich aus: Dargestellt sind t=1 (heute 13.8Gy) u t=1/8 (1.7Gy) Bis 0.3t nimmt Abstand zu ( Raumausdehnung mit Überlichtgeschwindigkeit ) Weitester Abstand jeweils 3t ZEIT (Diese Aussagen gelten innerhalb des Modells. Die ersten 4mm von 138m sind etwas anders. Die beschleunigte Expansion (dunkle Energie) ist weggelassen.