2016 im Rückblick
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Astronomischer Rückblick 2016 Max Camenzind – Akademie HD – Dezember 2016 Highlights des Jahres 2016 Astronomie? • Top-Thema 1: Unsere Themen des Jahres 2016 • Top-Thema 1: Gravitationswellen werden nach 100 Jahren endlich detektiert – wie weiter? • Thema 2: Die Kopernikanische Revolution • Thema 3: Kepler Gesetze bilden die Grundlage zum Verständnis des Sonnensystems. • Thema 4: Wie orientiere ich mich am Himmel? • Thema 5: Sonnenaktivität, Sonnenstürme und das Klima der Erde – die Sonne wird ruhiger! • Thema 6: Sonden im Sonnensystem von Merkur bis Juno und Pluto. • Thema 7: Asteroiden – tödliche Gefahr für die Menschheit? – Massensterben in Vergangenheit Gravitationswellen Völlig unerwartet haben sich Schwarze Löcher als die stärksten Quellen herausgestellt. Vor 1,3 Milliarden Jahren verschmolzen 2 Schwarze Löcher irgendwo im Universum zu einem einzigen neuen Schwarzen Loch Die 2. Quelle im Juni bekannt gegeben GWellen = Vibrationen des Raumes Schwarze Löcher bilden Binärsysteme! Blauer Überriese mit 70 Sonnenmassen bedeckt periodisch die Röntgenquelle Das Spektrum der Gravitationswellen DECIGO 10 Millisekunden entfernt Drei Entdeckungen mit AdvLIGO Die ersten drei GWellensignale LIGO Interferometer-Signal [10-22] Rauschen Rauschen Spektrogram LIGO-Signal Chirp von GW150914 & GW151226 Grafik: LIGO Die letzte Sekunde vor dem Merger Inspiral of Black Holes Detektorrauschen GW150914 Grafik: LIGO GW151226 Reichweite AdvLIGO SL-Merger 2015 400 Mpc z = 0,1 Ab 2017: 1,5 mal empfindlicher 1 SL-Merger pro Monat Reichweite AdvLIGO SL-Merger 2017 Grafik: LIGO MIT NEWS OFFICE, LIGO back online, ready for more discoveries, Nov 30, 2016 Today, scientists restarted the twin detectors of LIGO, the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, after making several improvements to the system. Over the last year, they have made enhancements to LIGO’s lasers, electronics, and optics that have increased the observatory’s sensitivity by 10 to 25 percent. The detectors, scientists hope, will now be able to tune in to gravitational waves — and the extreme events from which they arise — that emanate from farther out in the universe. Now with LIGO’s latest upgrades, members of the LIGO Scientific Collaboration are hoping to detect more frequent signals of gravitational waves, arising from colliding black holes and other extreme cosmic phenomena. MIT: “We definitely expect to detect more black hole mergers, which is still a very exciting prospect. Recall that in the first run we detected two such black hole binary mergers and saw strong evidence for a third merger. With the modest improvement in sensitivity and the plan to collect more data than we did before, we should add to our knowledge of the black hole population in the universe. We would also love to detect gravitational waves from the merger of two neutron stars. We know these systems exist, but we don’t know how prevalent they are, so we can’t be sure how sensitivity we need to start seeing them. Binary neutron star mergers are interesting because (among other things) they are thought to be the producers and distributers of the heavy elements, such as the precious metals, that exist in our galaxy.” Gravitationswellen von NSternen Kompakte binäre Neutronensternsysteme verschmelzen in einigen 100 Mio. Jahren Jede Stunde 1 Crash im Universum! PSR 1913+16 ~ 1 Sonnenradius Zukunft: Merger von 2 NSternen Da Massen 10x kleiner, sind Signale schwächer arXiv:1607.00897 h [10-17] NS-NS-Merger in der Milchstraße Kollaps auf Schwarzes Loch h~ tm = 320 Mio. a 10-21 aus Virgo-Haufen, f kHz tm = 2.510 Mio. a arXiv:1607.00897 DECIGO – ein Weltrauminterferometer Japan drängt in den Weltraum Image of Pre-DECIGO, which is a smaller DECIGO, consisting of three spacecraft arranged in an equilateral triangle with 100 km arm lengths orbiting 2000 km above the surface of the earth. Takashi Nakamura et al. Prog. Theor. Exp. Phys. 2016;2016:093E01 © The Author(s) 2016. Published by Oxford University Press on behalf of the Physical Society of Japan. Roadmap Figure: S.Kawamura 2007 08 09 10 11 12 13 Mission R&D Fabrication 14 15 16 17 18 19 R&D Fabrication DECIGO Pathfinder (DPF) 20 21 22 23 24 25 R&D Fabrication Pre-DECIGO DECIGO SDS-1/SWIM Objective Design Space test of key tech. GW observation Single small satellite Short FP interferometer Detect GW with min. spec FP between S/C 3 S/C 1 interferometer unit GW astronomy 3 S/C x 3-4 units KEK Theory Center Cosmophysics Group Workshop (November 11, 2009, Tskuba, Ibaraki) 26 Detektorrauschen von Pre-DECIGO Takashi Nakamura et al. Prog. Theor. Exp. Phys. 2016;2016:093E01 © The Author(s) 2016. Published by Oxford University Press on behalf of the Physical Society of Japan. Reichweite Inspiral und Merger SL NStern Hubble-Radius Takashi Nakamura et al. Prog. Theor. Exp. Phys. 2016;2016:093E01 © The Author(s) 2016. Published by Oxford University Press on behalf of the Physical Society of Japan. Nature 2016: LIGO Black Hole echoes hint at GR breakdown 9.12.2016: Physicists have analysed the publicly released data from the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), and claim to have found “echoes” of the waves that seem to contradict general relativity’s predictions. The echoes could yet disappear with more data. If they persist, the finding would be extraordinary. Physicists have predicted that Einstein’s hugely successful theory could break down in extreme scenarios, such as at the centre of black holes. The echoes would indicate the even more dramatic possibility that relativity fails at the black hole’s edge, far from its core. [Paper: Cardoso et al. 2016] Thema 2: Die Kopernikanische Wende Thema 2 Postulate des geozentrischen Weltbildes nach Aristoteles und Ptolemäus: Die Erde steht im Mittelpunkt des Kosmos. Die 7 Wandelsterne (Sonne, Mond, Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn) bewegen sich um die Erde. Die Wandelsterne haben eine perfekte Kugelgestalt. Die Wandelsterne sind an Kristallschalen befestigt, damit sie nicht vom Himmel fallen – Begriff „Kraft“ war noch unbekannt. Die Wandelsterne bewegen sich auf idealen Kreisbahnen. Die Sterne sind alle an der äußeren Kristallschale befestigt und somit alle gleich weit entfernt. Die Sterne bewegen sich auf ihrer Kristallschale um die Erde – d.h. das Universum rotiert und nicht die Erde. Kometen sind Erscheinungen in der äußeren Erdatmosphäre. 400 Jahre später Modernes Weltbild Ausmaße des Sonnensystems 2. Kopernikanische Wende: Sonnensystem Teil Milchstraße Milchstraße ist Teil Virgo-Superhaufens Thema 3: Gravitation & Kepler Gesetze Kepler 1 Planeten bewegen sich auf Ellipsen Kepler 2 In gleicher Zeit gleiche Flächen – warum? Kepler 1 Perihel - Aphel Perihel Aphel Kepler 3 Umlaufszeit im Vergleich zu Halbachse a Newton erklärt die Welt Gravitation Kepler 3: nach Newton Herleitung für Kreisbahnen Einstein korrigiert die Welt 1915 Gravitation ist Raumkrümmung Kepler nur noch approximativ gültig 2-Körpersysteme emittieren GWellen Bahnellipsen schrumpfen mit der Zeit Thema 4: Orientierung am Himmel Orion - das schönste Sternbild am Winterhimmel Thema 5: Sonnenaktivität & Klima Am 23. Juni 1613 erstellte Galileo Galilei folgende Zeichnung von den Positionen und Größe der Sonnenflecken Heute: Sonnenaktivität ändert das Klima nur um 0,1 – 0,2 C. Korrelation TSI mit Fleckenzahl Variation = 1 Watt/m² RF = 0,25 W/m² Variation of global surface air temperature and observed sunspot number El Nino Kälteblase im Nordantlantik: Anomalie der Meeresoberflächentemperatur (relativ zum Basiszeitraum 1971-2000) am 6. Oktober 2016. Quelle: Climate Reanalyzer Die Meeresströme mit ihrer größeren Trägheit dominieren die langfristige Entwicklung des Klimas. Klimamodellierung Kälteblase Abb.: Sea surface temperature change after doubling of atmospheric CO2 concentration in a scenario where CO2 increases by 1% every year. [Saba et al. 2016] Global Warming Nordatlantik Saba et al. 2016 Schmelzwassersee auf Grönland. Foto mit freundlicher Genehmigung von Ragnar Axelsson In this 1677 painting by Abraham Hondius, “The Frozen Thames, looking Eastwards towards Old London Bridge,” people are shown enjoying themselves on the ice. In 17th century there was a prolonged reduction in solar activity called the Maunder Minimum, which lasted roughly from 1645 to 1700. During this period, there were only about 50 sunspots instead of the usual 40-50 thousand recorded. Image credit: Museum of London. Die seltsame Korrelation: Sonnenaktivität & Inflationsrate Thema 6: Sonden erkunden SSystem Voyager auf dem Flug ins Nirwana Voyager 1: Valhalla-Krater auf Kallisto Voyager durchqueren HelioSheath Teilchendichten im HelioSheath Grafik: Wikipedia Wo ist die Bugwelle? Grafik: Wikipedia Voyager: Wohin geht die Reise? interstellarer Raum Grafik: Wikipedia Die Juno Mission Jupiter hat das stärkste Magnetfeld im Sonnensystem (von der Sonne abgesehen). Verursacht wird es vermutlich durch das Zusammenspiel des metallischen Wasserstoffs im Inneren des Gasplaneten zusammen mit seiner schnellen Eigenrotation. Die Magnetosphäre Jupiters, der Raum des Magnetfeldes, liegt um Jupiter wie ein gewaltiger Schwimmreifen. Während eines Sonnensturms entstehen auf Jupiter Polarlichter, die hundertmal energiereicher sind als Polarlichter bei uns. Jupiters starkes Magnetfeld fängt die geladenen Sonnenteilchen ein, die Atome seiner oberen Schichten zum Leuchten anregen. Diese Aufnahme zeigt eine Aurora im Röntgenbereich. Um Jupiters starkes Magnetfeld möglichst zu vermeiden, fliegt die Sonde Juno auf einem extrem elliptischen Orbit um den Planeten: Sie taucht am Nordpol unter das Magnetfeld, fliegt dann in sehr geringem Abstand zu Jupiter (rund 5.000 Kilometer über seinen obersten Wolkenschichten) zum Südpol und entfernt sich weit. Eine große Schleife bringt sie außerhalb des Magnetfeldes wieder zum Nordpol Jupiters. Auf diese Weise sollte Juno Jupiter insgesamt 37 Mal umrunden, wobei jeder Orbit ein Stück seitlich versetzt zum vorherigen verläuft. Die Sonde hat jedoch Probleme, diese Bahn zu erreichen. Juno suffered two setbacks in October. First, a problem with check valves in the main thruster system prevented a planned rocket burn during its October 19 close pass by Jupiter. The science team raced to use the burnless perijove pass to do some science, but then the spacecraft went into safe mode on October 19, before perijove, and before the science sequences could kick in. Juno exited safe mode on October 24 and performed a half-hour burn with its maneuvering thrusters -- not its main thrusters, which were still not being used, pending the outcome of the investigation into the check valve problem. An article at Spaceflight Now goes into much more detail about the investigation into both engine problem and safing event. At the DPS/EPSC meeting last week, principal investigator Scott Bolton spoke about keeping Juno in its long, 53.5-day orbit for a long time, not ruling out the possibility of performing the entire mission in such an orbit. Juno only gets exposed to dangerous radiation when very close to Jupiter, so the spacecraft wouldn't be exposed to any additional radiation by doing this, though it would seriously prolong the mission. If the mission has not ended by September 2019, Jupiter will have traveled far enough around the Sun that Juno will pass into Jupiter's shadow for several hours on every orbit, a condition that it was not designed for and which could harm its power system; the mission would need to develop a solution to that problem. Cassini nähert sich dem Ende Die Cassini Missionen 1997 - 2017 Saturn und seine größten Monde Quelle: FU Berlin/NASA/JPL/SSI Saturn-Ringe Am Übergang zwischen dem B-Ring und der Cassinischen Teilung türmen sich die Ringpartikel zu einen Kilometer hohen Gebirgen auf. Quelle: NASA/JPL/SSI /FU Berlin Quelle: FU Berlin/NASA/JPL/SSI Orbit trajectory of Cassini between November 2016 and September 2017. The mission will end with an impact in Saturn's atmosphere. Image Credit: NASA/JPL/FU Berlin Frohe Weihnachten Am 8.1.2017 geht es weiter
