Mitteilungen VSD - Volkssternwarte Darmstadt eV
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Inhalt, Impressum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Neues aus Astronomie und Raumfahrt — Bernd Scharbert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Gasnebel auf schwarzem Karton — Andreas Domenico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Der größte Sonnenfleck seit 10 Jahren — Yasmin A. Walter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Die Rückkehr des roten Planeten — Dr. Robert Wagner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Das Sternbild Löwe — Bernd Scharbert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Vorschau Mai / Juni 2001 — Alexander Schulze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Inflationstheorie, Teil I — Yasmin A. Walter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Das merkwürdige Verhalten der Supernova 1054 — Yasmin A. Walter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Veranstaltungen und Termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Über das Titelbild Unsere Sonne ist zur Zeit recht heftig aktiv, da sie sich in ihrem Aktivitätsmaximum befindet. Ein Grund mehr, sie zu beobachten. Das tun sowohl die Sonnenforscher als auch die Hobby-Sonnenbeobachter auf unserer Sternwarte. Am 31.3.2001 entstand dieses Bild mit Hilfe eines Schmidt-Cassegrain-Teleskops und einer Spiegelreflex-Kamera. Die riesige Sonnen-Fleckengruppe versetzte die Sonnenbeobachter in helle Aufregung. Der größte Sonnenfleck seit ” 10 Jahren.“ Dieser verdunkelte Bereich“ wird auch als die Aktive Sonnen-Region 9393 bezeichnet, ein sehr großer ” Sonnenfleck, in den unsere Erdoberfläche 13 mal hineinpassen könnte. Nun war aber dieser Fleck nicht nur schön“ anzusehen, sondern er schickte auch beträchtliche Mengen Sonnenma” terie in den Weltraum — und das gleich mehrmals in unregelmäßigen Abständen. Eine dieser Eruptionen bewegte sich in Richtung Erde. Dies hatte zur Folge, dass die Menschen in Amerika und Kanada ordentliche Polarlichter zu sehen bekamen. Wir Europäer hatten wieder einmal Pech — wir sahen von diesem Himmelsspektakel leider nichts. So schön die Himmelsbeleuchtungen“ auch sind, so haben sie auch ihre ” Schattenseiten. Solche heftigen Eruptionen können nämlich auch erhebliche Störungen in den Funkverbindungen hervorrufen, Schäden an den Satelliten verursachen und sogar schwere Störungen in Überland-Stromleitungen verursachen: so führte 1989 ein durch einen koronalen Massenauswurf verursachter starker geomagnetischer Sturm zu einem neun Stunden anhaltenden Stromausfall im Norden der USA und in Kanada. Mehr über das Aktivitätsmaximum der Sonne lesen Sie auf Seite 8. Bilddaten: Spiegelreflex-Kamera, Schmidt-Cassegrain, 8”, f = 200 mm (Zenitprisma) Agfachrom 100 ASA, Belichtungszeit 1 /125 s 31.03.2001, ca. 10:45 MESZ Wetter: 2/8 Bewölkung, Sonnenrand leicht unruhig, Bildmitte ruhig Bildautor: Roswitha Steingässer -rs Impressum Die Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt“ ” erscheinen alle zwei Monate im Eigenverlag des Vereins Volkssternwarte Darmstadt e.V. — Der Verkaufspreis ist durch den Mitgliedsbeitrag abgegolten. Namentlich gekennzeichnete Artikel geben nicht in jedem Fall die Meinung des Herausgebers wieder. Urheberrechte bei den Autoren. Geschäftsstelle / Redaktion: Am Blauen Stein 4, 64295 Darmstadt, Tel.: 06151-130900, Fax.: 06151130901. Vertrieb: Peter Lutz. Redaktionsltg.: Andreas Domenico. Layout, Satz: Philip Jander. Druck: 2 Digital Druck GmbH & Co KG, Landwehrstr. 58, 64293 Darmstadt. Auflage: 300. Volkssternwarte Darmstadt e.V.: Andreas Domenico (1. Vorsitzender, Jugend), Bernd Scharbert (2. Vorsitzender), Paul Engels (Kasse), Philip Jander, Heinz Johann, Peter Lutz, Ulrich Metzner (Kasse), Yasmin A. Walter. Jahresbeitrag: 100 DM bzw. 50 DM (bei Ermäßigung). Konto: 588 040, Sparkasse Darmstadt (BLZ 508 501 50). Internet: http://www.vsda.de, email: [email protected] Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Astro-News Neues aus Astronomie und Raumfahrt von Bernd Scharbert Erinnern Sie sich noch an den Kometen HaleBopp? Das war der helle mit der spiralförmigen Struktur in seiner Coma. Er wurde kürzlich erneut fotografiert, in 2 Mrd. Kilometer Entfernung. Er zeigt immer noch die spiralförmige Struktur, und auch seine Coma ist mit 2 Mio. Kilometer Durchmesser recht groß. Ein aktiver Komet also, auch noch in dieser großen Sonnenentfernung! [1] Auf dem Mount Paranal hat das ESO ein weiteres wichtiges Instrument in Betrieb genommen: das Very Large Telescope Interferometer. Das Infrarotlicht eines Himmelsobjekts wird von zwei kleinen Teleskopen aufgefangen und zur Überlagerung gebracht. Auf diese Weise werden Bilder erhalten, die zwar nicht so aussehen, wie man es von astronomischen Photos gewohnt ist, jedoch eine Menge Informationen beinhalten. So konnte bei ersten Versuchen der Durchmesser des Sterns α-Hydrae zu 0,00929±0,00017 Bogensekunden bestimmt werden. 2002 soll das Interferometer seinen regulären Betrieb aufnehmen. Dann soll unter anderem versucht werden, Planeten bei fernen Sternen zu untersuchen. Durch die Beobachtung im Infrarotbereich könnten wichtige Daten über die Beschaffenheit dieser Planeten erhalten werden. [2] Ich liebe solche Geschichten. Es geht um die Erforschung Brauner Zwerge. Diese Objekte sind zu klein geratene Sterne, die keine dauerhafte Kernfusion in Gang setzen können, sondern nur für eine gewisse Zeit Deuterium zu Helium verbrennen. Deswegen ist es interessant, sich braune Zwerge in dieser Phase im Röntgenbereich anzusehen, aber furchtbar uninteressant, sie sich im Radiobereich anzusehen. Dachte man so. Dann kommt da eine Schulklasse an das Very Large Array in New Mexico und will beschäftigt werden. Das taten sie dann auch, sie beobachteten einen braunen Zwerg im Radiobereich. Völlig sinnlos natürlich. Doch siehe da, sie empfingen ein Signal, das 20.000 mal stärker war als erwartet. Das Sommerprojekt der Schulklasse ist längst wieder beendet, die Kids sind wieder zuhause, die Wissenschaftler nicht. Die grübeln jetzt, wo dieses Signal wohl herkommt. . . [3] Es ist wie in einem guten Krimi: Immer und immer wieder wird überlegt, wer das Opfer zur Strecke brachte und wie man den Täter überführen kann. Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 Die Rede ist von den Dinosauriern. Der Täter scheint klar: der Asteroid, der vor 65 Millionen Jahren, am Übergang von der Kreidezeit zum Tertiär, den 180 km großen Chixculub-Krater in Mittelamerika in den Boden riss. Doch ganz so sicher ist das nicht. Denn zur gleichen Zeit gab es auf der Erde starken Vulkanismus. Fast eine Million Jahre lang gab es gewaltige Vulkanausbrüche, die z.B. den indischen Subkontinent mit einer dicken Basaltschicht bedeckten und das Erdklima durcheinander brachten. Diese andauernde Klimaveränderung könnte die Dinosaurier ebensogut in die evolutionäre Geschichte geschickt haben wie ein Asteroid. Es gibt jedoch ein Indiz, welches den Fall lösen kann: Die Dicke der Sedimentschicht, die die Kreidezeit vom Tertiär trennt. Diese Schicht ist kalkarm, weil es kaum Plankton und sonstiges Leben im Meer gab. Schließlich waren 70% des Lebens auf der Erde durch die Klimaveränderung ausgestorben. Wäre die Sedimentschicht dick, so würde das zu einem lange anhaltenden Vulkanismus passen. Wäre die Schicht dünn, so spräche dies eher für ein kurzes, katastrophales Ereignis. Natürlich war die Schicht schon oft mit unterschiedlichen Verfahren untersucht worden. Es ergaben sich jedoch immer Ergebnisse zwischen einigen tausend und einigen hunderttausend Jahren. Beide Täter kamen also in Frage. Nun wurden Untersuchungen gemacht, die zeigten, daß die Sedimentschicht in nur ca. 10.000 Jahren entstand. Nach dieser Zeit hatte sich das Plankton erholt und das Leben auf der Erde erblühte wieder. Das paßt weniger gut zu langanhaltendem Vulkanismus, jedoch gut zu einem Asteroideneinschlag. Das angewandte Verfahren arbeitet mit dem Verhältnis von 3 He und 4 He in der Sedimentschicht. 3 He kommt auf der Erde nur in Spuren vor und ist extraterrestrischen Ursprungs. 4 He findet sich auf der Erde. Durch die Änderungen des Verhältnisses von 3 He zu 4 He in der Sedimentschicht kann ermittelt werden, über welchen Zeitraum sie entstanden ist. [4] Literatur: [1] [2] [3] [4] Spektrum Ticker 07.03.01 ESO-Pressrelease 06/10 vom 18.03.01 Nature, Spektrum Ticker, 18.03.01 Science, Spektrum Ticker 12.03.01 3 Beobachtungsberichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gasnebel auf schwarzem Karton Teil 2: NGC 2237–39, der Rosetten-Nebel von Andreas Domenico Zeichnung der Rosetten-Nebels. Newton 457/1850 mm, AP 5 – 8 mm, UHC- und [OIII]-Filter, A. Domenico. In den kalten Winternächten steht ein unscheinbares Sternbild hoch am südlichen Himmel. Mit blossem Auge ist es kaum zu erkennen, schon gar nicht unter der Lichtglocke einer Stadt. Von einem 4 dunklen Beobachtungsort aus dagegen bietet das Sternbild Einhorn eine reihe sehr interessanter Objekte. Ein solches Objekt ist der Rosetten-Nebel, eine Wolke aus interstellarem Gas und Staub, die sich Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beobachtungsberichte über mehrere Dutzend Lichtjahre ausdehnt. Man findet ihn fast direkt östlich von Beteigeuze, dem hellen roten Stern, der die linke Schulter des Orion markiert. Der Rosetten-Nebel gehört ganz unbestritten zu den schönsten Galaktischen Nebeln des Himmels. Seinen Namen bekam der Nebel aufgrund seines Aussehens, das ein wenig an den Blütenkelch einer Rose erinnert. Im Zentrum des Objekts befindet sich der prachtvolle Offene Sternhaufen NGC 2244, eine Ansammlung von leuchtkräftigen Sternen des O- und B-Typs, die sich über ein Areal von etwa 40 Bogenminuten Durchmesser verteilen. Die hellsten Mitglieder des Haufens sind mit blossem Auge sichtbar, der hellste Stern 12 Mon (5,m8) dürfte aber aufgrund seiner gelblichen Farbe (Spektraltyp K0) ein Vordergrundstern sein. Der umgebende Nebel bedeckt am Himmel eine Fläche von ca. 80 – 100 Bogenminuten, womit eine formatfüllende Beobachtung nur mit kurzbrennweitigen und lichtstarken Geräten, bzw. Feldstechern möglich ist. Der New General Catalogue (NGC) unterscheidet im Nebel vier einzelne helle Regionen: 2238 und 2246 in der Nordhälfte, 2237 im Westen; NGC 2239 wird oft als Bezeichnung für den gesamten Nebel angegeben, gilt jedoch streng genommen nur für die Regionen östlich und südlich des Sternhaufens NGC 2244. Die stellare Brutstätte Der Rosetten-Nebel enthält ca. 11.000 Sonnenmassen ionisierten Wasserstoffs und hat einen tatsächlichen Durchmesser von ca. 16 pc (52 Lichtjahre). Seine Entfernung beträgt rund 1,4 kpc (ca. 4600 Lichtjahre). Obwohl das Alter von Nebel und Haufen auf nur 500.000 Jahre geschätzt wird, scheint das HII-Emissionsgebiet heftige Veränderungen zu durchlaufen. Vermutlich hat ein massiver stellarer Wind, der von NGC 2244 ausgeht, den Zentralbereich des Nebels von den Gas- und Staubmassen weitgehend freigeräumt, so dass ein gigantischer Hohlraum entstanden ist. Einen ähnlichen Effekt bewirkt auch der Strahlungsdruck der jungen und heissen Sterne, wenn auch weniger effektiv. Die umgebende Materie treibt mit rund 20 km/s weiter auseinander, bis sie sich in vermutlich einigen Millionen Jahren völlig aufgelöst hat. Das Resultat könnte ein Haufen aus heissen, blauen Sternen ähnlich den Plejaden sein. Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 Dennoch gibt es in dem umgebenden Nebelkomplex zahlreiche Dunkelwolken (Globulen) aus Staub und neutralem Wasserstoff (HI), in denen heute noch Sterne entstehen. Der Rosetten-Nebel zeigt solche Globulen vor allem im nordwestlichen Viertel. An der Grenze zwischen dem nach aussen drängenden HII-Gas und dem HI-Gas der Umgebung bilden sich Instabilitäten heraus. An diesen Stellen ragen Schläuche neutralen Gases in das HIIGebiet hinein, die ihrem Aussehen nach Elefantenrüssel genannt werden. Es gibt ein enges Gleichgewicht zwischen der Anzahl der Rekombinationen von Elektronen und Ionen und der Anzahl der dabei entstehenden neutralen Atome, die dann erneut ionisiert werden. Als Folge davon entsteht zwischen dem HII-Gas und den neutralen Gasmassen eine sehr scharfe und aktive Grenze (Ionisationsfront). Dadurch stehen die Dunkelwolken in deutlichem Kontrast zu den aufgehellten Nebelflächen. Der Rosetten-Nebel visuell Für den visuellen Beobachter ist der RosettenNebel auch und gerade deshalb ein faszinierendes Erlebnis. Eine diffuse ringförmige Aufhellung um den markanten Sternhaufen kann bereits mit einem Feldstecher wahrgenommen werden. Unter einem dunklen Himmel sind schon mit einem 50 mmRefraktor und Nebelfilter Einzelheiten zu erkennen [1]. Ein 8-Zöller zeigt schon derart viele Details, dass eine Zeichnung des Objekts zu einer langwierigen Beschäftigung wird. Mit dieser Öffnung sind auch die Elefantenrüssel klar sichtbar, und die hellsten Komponenten des Nebels heben sich deutlich von der Umgebung ab. Das Spektrum des RosettenNebels weist neben dem für die Fotografie wichtigen Hα-Peak eine sehr intensive [OIII]-Emission auf. Viele Teile des Nebels reagieren also gut auf das entsprechende Linienfilter. Bei Teleskopen unter 8 Zoll Öffnung empfiehlt sich zur visuellen Beobachtung eher ein Schmalbandfilter (z.B. UHC). Bei der Beobachtung von grossflächigen Galaktischen Nebeln ist einzig und allein die Austrittspupille (AP) ausschlaggebend. Fernrohröffnung spielt prinzipiell für die schlichte Wahrnehmung eines flächenhaften Objekts eine untergeordnete Rolle. Für viele Beobachter sind kleine bis mittelgrosse lichtstarke Geräte (Kometensucher ) die erste Wahl, da diese sehr grosse Gesichtsfelder für eine nahezu vollständige Übersichtsbeobachtung zulas- 5 Beobachtungsberichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sen. Für die Erfassung und Dokumentation von kompakten Einzelheiten sieht es aber etwas anders aus. Detailbeobachtungen mit kleinen oder mittelgrossen Teleskopen sind nicht sonderlich effektiv. Damit man kleinflächige Details überhaupt auflösen kann, müssen diese mit höherer Vergrösserung, d.h. kleiner bis mittlerer AP an das Auge herangeführt werden. Also müsste von vornherein eine längere Fernrohrbrennweite vorhanden sein, jedoch bei möglichst hoher Kontrastleistung der Optik. Grundsätzlich sind alle Teleskope über 8 Zoll Öffnung geeignet, wenngleich man bei schwächeren Nebeln noch nicht allzu viel Detail erwarten darf. Der zwangsläufige Verlust an Gesichtsfeld ist dabei kein Manko oder Hindernis. Im Gegenteil: Man wird zum Bewegen des Fernrohrs gezwungen, wodurch indirekt sichtbare Einzelheiten subjektiv deutlicher erscheinen können. Will man trotz des reduzierten Feldes eine Annäherung an den Gesamteindruck erzielen, so fährt man den Nebelkomplex mit grösstmöglicher AP (z.B. 7 mm) langsam ab. Aber auch eine noch so grosse Öffnung ersetzt unter keinen Umständen einen dunklen Beobachtungsstandort. Visuelle Beobachtungen mit grosser AP sind schon unter mässigen Bedingungen (wie sie z.B. auf der Ludwigshöhe vorherrschen) relativ sinnlos. Theoretische Überlegungen lassen das Problem deutlich werden: Die meisten Nebel sind im Vergleich zur Helligkeit des Himmels in Stadtnähe sehr schwach. Sind die Flächenhelligkeiten von Objekt und Hintergrund fast gleich, liegt kein wahrnehmbarer Kontrast vor. Er liegt für den Beobachter unterhalb der Sehschwelle, und es macht keinen Unterschied mehr, ob er durch ein Fernrohr mit 20 Zentimetern oder 20 Zoll Öffnung blickt. Atemberaubende CCD-Aufnahme des Rosetten-Nebels von Adrian Caterall (Meade 12 Zoll LX200, CCDKamera SBIG ST8, Hα-Filter), [2] Ein Beobachtungsplatz mit absolut dunklem und transparentem Himmel ist also zwingend nötig. Nur dann werden die Schwaden des Rosetten-Nebels 6 beinahe so turbulent und gegliedert erscheinen, wie wir es von Fotografien oder CCD-Aufnahmen her kennen. Es treten kleine Bereiche unterschiedlicher Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beobachtungsberichte Helligkeit hervor, einige mit fliessenden Konturen, andere wiederum scharf begrenzt. Besonders die pechschwarzen Elefantenrüssel erscheinen mit der grossen Öffnung beobachtet unglaublich kontrastreich und vermitteln dem visuellen Beobachter eine Art von 3D-Effekt. dass auch weiträumig neutrales Wasserstoffgas erhöhter Dichte und Molekülwolken zum gesamten Komplex gehören. Die Daten des Infrarot-Satelliten IRAS haben ausserdem gezeigt, dass die Monoceros OB 2-Assoziation über einen riesigen ringförmigen Nebelbogen mit dem Orion-Nebelkomplex verbunden ist. Ob der gigantische, uralte Supernovarest VMT 10 ebenfalls dazugehört, ist unklar. Mit einem Durchmesser von über 4 Grad gehört dieser zu den grössten SNR am Himmel. Dieser sehr diffuse, ringförmige Nebel scheint die HIIRegionen des Rosetten-Nebels und des NGC 2264Komplexes zu berühren, ist jedoch um Grössenordnungen schwächer als die hellen Gasnebel. Zur Zeichnung Der Sternhaufen NGC 2244 visuell gezeichnet am 12Zöller des Observatoriums (1993). Damals in der Beobachtung unerfahren, ohne Nebelfilter und bei den üblichen (schlechten) Beobachtungsbedingungen (vis. Grenzgrösse ca. 5m ). Diese Zeichnung verdeutlicht relativ gut, was man bei der flüchtigen Beobachtung des Rosetten-Nebels unter Stadtbedingungen zu erwarten hat. Die Umgebung des Rosetten-Nebels Der Rosetten-Nebel und sein zentraler Sternhaufen gehören zur Assoziation Monoceros OB 2. Diese hat eine Ausdehnung von etwa 6 Grad entlang der Milchstrasse und ist reich an Nebelobjekten verschiedenster Art. Südlich befindet sich die kleinere HII-Region Sharpless 280 ; etwa 5 Grad nördlich schliesst sich die Assoziation Monoceros OB 1 mit dem ebenfalls sehr jungen Sternhaufen NGC 2264 an. Diesen umgibt ein Dunkelnebel, ein Emissionsnebel (der Konus-Nebel ) und ein Reflexionsnebel. Rosetten- und Konus-Nebel sind nur die hellsten Teile eines gigantischen Nebelgebiets, das auch die weit im Nordwesten stehenden Nebelregionen Sharpless 255–8, 261 und 268 einschliesst. Radioastronomische Messungen lassen erkennen, Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 Die Zeichnung des Rosetten-Nebels wurde im Winter 1997 mit 18” Öffnung (457/1850 mmNewton) bei 8 mm, 5 mm und 3,4 mm AP mit UHCund [OIII]-Filter gemacht. Beobachtungsort war die Sansenhöhe im Odenwald (visuelle Grenzgrösse: 6,m5 – 6,m7). Insgesamt acht Stunden Beobachtung in zwei Nächten waren nötig, um alle Details aufs Papier zu bringen. Solche sich über mehrere Beobachtungsnächte hin ziehende visuelle Zeichnungen sind gewiss nicht jedermanns Sache, aber bei sehr grossen und detailreichen Objekten (z.B. Cirrus, Andromeda, Orion oder Grosse Magellansche Wolke) absolut nicht zu vermeiden. Der visuelle Beobachter kann (und muss) hier die Leistungsfähigkeit seiner Beobachtungstechnik demonstrieren, denn er ist gezwungen, sich viel intensiver mit dem Beobachtungsobjekt auseinander zu setzen. Er muss sogar ein Paradeobjekt wie den OrionNebel sehr viel sorgfältiger beobachten, als er es normalerweise täte. Erst dadurch räumt er sich selbst die Zeit ein, die nunmal erforderlich ist, um all die Details wahr zu nehmen und zu dokumentieren, die ein solches Objekt in einem AmateurTeleskop zeigt. Denn auch bei den allerhellsten Objekten hat man mit dem ersten Blick noch lange nicht alles gesehen. Literatur: [1] Stoyan, R. C., Alzner, A.: Visueller Katalog Galaktischer Nebel, interstellarum 2 (1995), S. 13 ff. [2] http://www.observatory.demon.co.uk/ 7 Sonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der größte Sonnenfleck seit 10 Jahren Sonnenaktivitätsmaximum und Nordlichter von Yasmin A. Walter Einleitung Die Sonne ist ein heißer Gasball. Ihre mittlere Oberflächentemperatur beträgt rund 6.000 Grad. Sterne besitzen Phasen unterschiedlicher Aktivität. So zeigt die Sonne während ihrer aktiven Phasen Phänomene wie Sonnenflecken. Sonnenflecken sind dunklere Gebiete auf der Sonnenoberfläche, die kühler sind als ihre Umgebung. Diese Flecken werden durch Störungen im solaren Magnetfeld verursacht. Während des 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne ändert sich die Anzahl und Größe der Sonnenflecken. Die größte Sonnenaktivität ist mit einem Anstieg der Zahl der Sonnenflecken verbunden. bis zu 2.000 km/s beschleunigt werden. Diese Ausbrüche können magnetische Stürme und Störungen in der Erdatmosphäre verursachen, die oft mit Nordlichtern verbunden sind. Koronaler Massenauswurf (CME) aus AR 9393 am 02.04.2001. Innerhalb der Blende des Koronographen ist die Sonne im gleichen Maßstab dargestellt. Bilder: SOHO/LASCO, ESA/NASA AR 9393, Aufnahme v. R. Steingässer: C8, f =2000 mm x 2, 1/60 s, Agfachrom 100 ASA, 31.03.2001, ca. 11:00 MESZ Phasen der Sonnenaktivität sind auch mit Materieausbrüchen wie Protuberanzen, Flares oder koronalen Materieausbrüchen — besonders in der Nähe von Sonnenfleckenaktivitätszonen — verbunden. Dabei wird jeweils mehr oder weniger heißes Gas aus der Sonne ausgeschleudert und kann mit den oberen Schichten der Erdatmosphäre wechselwirken. Im günstigsten Fall können wir dann auf der Erde Nordlichter oder Polarlichter beobachten. Beim Ausbruch von Flares werden Energien von oftmals mehr als einer Milliarde Megatonnen TNT freigesetzt. Dabei werden die solaren Teilchen innerhalb weniger Sekunden enorm beschleunigt und auf bis auf einige Millionen Grad aufgeheizt. Koronale Massenausbrüche enthalten enorme Mengen von Gas, die auf Geschwindigkeiten von 8 Sonnenaktivität im April 2001 Ende März/Anfang April 2001 konnte man den größten Sonnenfleck seit rund 10 Jahren beobachten. Der Sonnenfleck AR 9393 besaß zum Zeitpunkt seiner maximalen Ausdehnung einen Durchmesser von rund 13 Erddurchmessern! Dieser Sonnenfleck ist der größte Sonnenfleck des gegenwärtigen Sonnenfleckenzyklus. Das Gebiet um AR 9393 verursachte in diesem Zeitraum ebenfalls enorme solare Aktivitäten, die mit Masseauswürfen und Nordlichtern verbunden waren. Inzwischen wurden mehrere massive Flares beobachtet. Am 02.04.2001 trat der bisher heftigste Flare (Stärke X20) auf, der je auf der Sonne beobachtet wurde. Im Zeitraum vom 28.03.–04.04.2001 traten mehrfach heftige Polarlichter —besonders in Kanada, Nord-Amerika und Neuseeland, aber auch Nordeuropa — auf. Quellen: [1] SOHO im Internet: http://sci.esa.int/soho Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planeten Die Rückkehr des roten Planeten Marsbeobachtungen mit dem Amateurfernrohr von Dr. Robert Wagner Der Planet Mars hat die Menschen bereits seit dem Altertum fasziniert: Wegen seiner charakteristischen roten Farbe, der Farbe des Blutes, brachten ihn die Griechen mit ihrem Kriegsgott Ares (lat. Mars) in Verbindung. Sein Erscheinen am Himmel galt als Ankündigung von Krieg, Tod und Zerstörung, eine Vorstellung, die sich durch das ganze Mittelalter bis in die Zeit des Dreißigjährigen Krieges hielt. Die antiken Astronomen beschäftigte vor allem die komplizierte Bewegung des Planeten vor dem Sternhintergrund, die sie nie befriedigend zu erklären vermochten. Erst dem deutschen Astronomen Johannes Kepler gelang es zu Beginn des 17. Jahrhunderts auf der Basis des heliozentrischen Weltbilds des Copernicus und anhand sehr genauer Positionsbestimmungen von Tycho Brahe, die Gesetze der Planetenbewegung zu entdecken. Die Erfindung des Teleskops Anfang des 17. Jahrhunderts läutete eine neue Ära in der Erforschung des roten Planeten ein: 1659 beobachtete der niederländische Physiker Christiaan Huygens dunkle Markierungen auf der Marsscheibe, die ihm wie Meere erschienen. Wenige Jahre später entdeckte G. D. Cassini die Polkappen und bestimmte die Rotationsperiode des Planeten zu 24h 40m (heutiger Wert: 24h 37m 22s ). Beide Wissenschaftler schlossen aus diesen Beobachtungen, daß der Mars ein sehr erdähnlicher Planet sein müsse. Im 19. Jahrhunderts setzte dann mit dem Aufkommen besserer Teleskope ein intensives Studium der Marsoberfläche ein: Der italienische Astronom G. V. Schiaparelli berichtete 1877 über die Entdeckung feiner Linien, die ein Netzwerk auf der Marsoberfläche zu bilden schienen. Er bezeichnete diese Linien als Kanäle. In der Folgezeit löste diese Entdeckung unter den Astronomen eine heftige Kontroverse aus: Während Percival Lowell die Kanäle für das Werk einer intelligenten Zivilisation auf dem Mars hielt, erklärte der griechische Astronom E. M. Antoniadi, die Kanäle seien nur eine optische Täuschung, die unter bestimmten Beobachtungsbedingungen auftreten könne. Wenn auch Antoniadi letztendlich Recht behielt, so hatte doch die Vorstellung von höheren Lebensformen auf dem Mars seither viele Anhänger in der Öffentlichkeit gefunden. Erst Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 durch die Ergebnisse der Raumsonden zeigte sich, daß Leben auf dem Mars, wenn überhaupt, nur in Form von niederen Organismen existieren kann. Mars – Aufnahme des Hubble Space Telescope Mars zählt zu den äußeren Planeten, d.h. seine Bahn um die Sonne verläuft außerhalb der Erdbahn. Steht er in Opposition zur Sonne, so kann er die ganze Nacht hindurch beobachtet werden. Zwei aufeinanderfolgende Oppositionen ereignen sich im Abstand von rund 26 Monaten. Da die Marsbahn viel stärker von der Kreisform abweicht als die Erdbahn, sind nicht alle Oppositionsstellung gleich günstig für den Beobachter auf der Erde: Befindet sich der Planet während der Opposition nahe dem sonnennächsten Punkt seiner Bahn (Perihel), so ist sein Abstand zur Erde um rund 30 bis 50 Millionen km kleiner, als bei einer Opposition nahe dem Aphel (Mars im sonnenfernsten Punkt seiner Bahn). Der scheinbare Durchmesser der Marsscheibe beträgt während einer besonders günstigen Perihelopposition etwa 25 Bogensekunden, während bei einer ungünstigen Aphelopposition knapp 14 Bogensekunden erreicht werden. Die kommende Marsopposition gehört zu dem Typ der Periheloppositionen und ereignet sich am 13. Juni 2001. Der Planet wandert während der Monate Mai bis Au- 9 Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . gust entlang des südlichen Teils der Ekliptik durch die Sternbilder Schlangenträger und Schütze. Er erreicht daher in Mitteleuropa nur eine geringe Höhe über dem Horizont (ca. 14◦ bei Kulmination). Da die Luftunruhe in so geringer Höhe über dem Horizont meist beträchtlich ist, dürften gute Bedingungen für teleskopische Beobachtungen eher die Ausnahme sein. Von der Plattform unserer Sternwarte aus werden sich zudem die Baumwipfel als störend erweisen. Trotzdem sollte man versuchen, den Planeten von Anfang Mai bis Mitte August mit dem Teleskop zu beobachten. Der maximale scheinbare Durchmesser der Marsscheibe wird während dieser Opposition bei 20,8 Bogensekunden liegen und bis Anfang Oktober mit zunehmender Entfernung von der Erde auf 10 Bogensekunden abnehmen. Die maximale scheinbare Helligkeit erreicht −2,m3. Da die Marsachse um einen Winkel von 25◦ 11’ gegen die Marsbahn geneigt ist, gibt es wie auf der Erde Jahreszeiten. Im Perihel zeigt die südliche Hemisphäre des Mars in Richtung Sonne, auf der Südhalbkugel beginnt dann der Sommer, auf der Nordhalbkugel der Winter. Beim Durchlaufen des Aphel hingegen zeigt die nördliche Hemisphäre zur Sonne. Da Mars während dieser Opposition noch ein Stück von seinem Perihel entfernt ist, blicken wir auf dem Äquator der Marsscheibe. Olympus Mons – mit einer Höhe von 25 km und einem Durchmesser von insgesamt rund 550 km ein gigantischer Vulkan – Aufnahme des Mars Global Surveyor vom 20.10.1997 aus einer mittleren Höhe von 205 km Um auf der Marsscheibe Details auszumachen, braucht man nicht unbedingt ein großes Teleskop. 10 Die Beobachtung der wichtigsten Oberflächenstrukturen gelingt bereits mit einem kleinen Amateurfernrohr, wie z.B. einem Refraktor von 80 mm (3 Zoll) oder einem Reflektor von 114 mm (4,5 Zoll) Öffnung. Das Instrument sollte aber von guter optischer Qualität sein. Reflektoren sind gegebenfalls neu zu kollimieren, um ein Optimum an Abbildungsqualität zu gewährleisten. Ebenso wichtig wie die Qualität der Optik ist die der Luft davor: Bei unruhiger Luft, von den Astronomen schlechtes Seeing genannt, macht es keinen Sinn auf der kleinen orangeroten Scheibe nach Oberflächenstrukturen zu suchen.Viel Geduld und Ausdauer sind gefragt, um jene Momente perfekten Seeings abzuwarten, in denen sich einem der rote Planet erschließt. Als auffälliges Merkmal der Marsoberfläche wird man zunächst die dunklen Strukturen wahrnehmen, die früher als Marsmeere (Maria) bezeichnet wurden. Sie stellen Regionen dar, die überwiegend von dunklem Gestein überzogen sind. Die hellen Gebiete, auch Wüsten genannt, erhalten ihre rötliche Färbung durch feinen Staub aus Eisenoxiden. Sowohl die Maria als auch die Wüsten entsprechen nicht diskreten topographischen Gegebenheiten auf der Marsoberfläche, sondern stellen lediglich Flächen mit unterschiedlicher Reflektivität (Albedo) dar. Der Kontrast zwischen den dunklen Maria und den rötlichen Wüsten läßt sich durch Verwendung eines Orangefilters vom Typ Wratten Nr. 21 deutlich verbessern. Besitzer von Teleskopen mit mehr als 150 mm Öffnung können auch den etwas dunkleren Rotfilter vom Typ Wratten Nr. 23A verwenden. Das bekannteste der Dunkelgebiete, Syrtis Major, hat etwa die Gestalt des indischen Subkontinents und wurde bereits von Huygens beobachtet. Will man die einzelnen Albedostrukturen zuordnen, so fertigt man sich am besten eine Zeichnung während der Beobachtung an, in die man die Himmelsrichtungen, Datum und Uhrzeit einträgt. Als Standardschablone für Marsbeobachtungen wird von der Association of Lunar and Planetary Observers (ALPO) ein Kreis mit 42 mm Durchmesser verwendet. Die Identifizierung gelingt dann mittels einer Marskarte und Zentralmeridiantabelle, wie sie in der Maiausgabe der Zeitschrift Sky & Telescope zu finden sind. Zur Bezeichnung der Oberflächenmerkmale wird im wesentlichen noch die alte von Schiaparelli eingeführte Nomenklatur verwendet, der zum Großteil latinisierte Bezeichnungen aus der Topographie des Mittelmeerraumes Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planeten zugrunde liegen. Die Umrisse der Albedostrukturen sind sowohl jahreszeitlichen, als auch längerfristigen Veränderungen unterworfen. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die auf der Südhalbkugel gelegene dunkle Solis Lacus Region, die seit den siebziger Jahren an Ausdehnung und Intensität zugenommen hat. Die Ursache für diese Veränderungen liegt in der Marsatmosphäre. Winde verfrachten feine Staubteilchen und decken damit dunklere Regionen ab oder legen unter Staub verborgene, dunkle Felsstrukturen frei. Ein weiteres augenfälliges Oberflächenmerkmal sind die Polkappen. Da wir während der kommenden Opposition auf die Äquatorregion des Planeten schauen, sollten beide Polkappen als weiße Pünktchen sichtbar sein. Durch Verwendung eines Blaufilters vom Typ Wratten Nr. 80A läßt sich der Kontrast zwischen ihnen und ihrer Umgebung erhöhen. Die Polkappen bestehen aus gefrorenem Kohlendioxid und Wassereis. Mit zunehmender Erwärmung während des Frühjahrs und Sommers beginnt das Kohlendioxid zu sublimieren und die Polkappe fängt an zu schrumpfen. Wenn Mitte Juni der Sommer auf der nördlichen Marshemisphäre zu Ende geht, wird die Nordpolkappe im Teleskop deutlich kleiner erscheinen als ihr Gegenstück im Süden. Ein interessantes Beobachtungsgebiet für den Amateur sind die meteorologischen Erscheinungen. Zwar besitzt der Mars nur eine sehr dünne Atmosphäre, die überwiegend aus Kohlendioxid besteht, doch lassen sich verschiedene Wolkentypen und gelegentlich sogar Staubstürme beobachten: Während der Marsopposition von 1999 konnte ich mit meinem vierzölligen Refraktor weiße Wolken über der Chryseregion ausmachen. Das Hellasbecken, ein großer Einschlagkrater südlich von Syrtis Major, erschien bei Beobachtung mit einem Blaufilter sogar heller als die Nordpolkappe, was ebenfalls auf Wolken oder Eisnebel zurückzuführen ist. Bisher wurden fünf globale Staubstürme auf dem Mars beobachtet. Diese Stürme entwickeln sich meist im Südfrühling aus einer lokal auftretenden gelben Wolke, die sich innerhalb von wenigen Tagen über weite Gebiete der Marsoberfläche ausbreitet und die Albedostrukturen gänzlich verdecken kann. Bis sich die Staubteilchen vollständig gesetzt haben und die Oberflächenmerkmale wieder sichtbar werden, können mehrere Monate vergehen. Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 Die beiden Marsmonde Phobos (11,m5) und Deimos (12,m5) wurden 1877 von A. Hall mit dem 26 Zoll Refraktor des U.S. Naval Observatory entdeckt. Visuell sind sie mit kleinen Amateurteleskopen nicht zu beobachten. Das Problem liegt weniger in ihrer geringen Helligkeit, als vielmehr in ihre großen Nähe zur Planetenscheibe, die sie überstrahlt. Für Amateurastronomen, die mit größeren Teleskopen und einer CCD-Kamera ausgerüstet sind, stellen sie aber ein reizvolles Ziel dar. Der Marsmon Phobos – hier ca. 30∗20 km groß mit dem ca. 10 km großen Stickney-Krater – Aufnahme des Viking 1 Orbiters aus einer Entfernung von 1600 km. Die nächste Marsopposition findet im August 2003 statt. Sie wird die beste Opposition dieses Jahrzehnts sein. Der scheinbare Durchmesser der Marsscheibe wird im Maximum 25 Bogensekunden betragen und der Planet wird für uns Beobachter in Mitteleuropa eine vernünftige Höhe über dem Horizont erreichen. Doch bis dahin müssen wir uns noch etwas gedulden! Literatur: [1] Sheehan, W.: Planets and Perception, The University of Arizona Press, Tucson 1988 [2] Dobbins, T. A., Parker, D. C., Capen, C. F.: Observing and Photographing the Solar System, Willman-Bell Inc., Richmond 1988 [3] Troiani, D. M.: A Grand Return of Mars, Sky and Telescope, Mai 2001, 102 - 108. [4] Roth, G. D.: Planeten beobachten, Verlag Sterne und Weltraum, München 1998 [5] Neckel, Th., Montenbruck, O.: Ahnerts Astronomisches Jahrbuch 2001, Verlag Sterne und Weltraum, Hüthig GmbH, Heidelberg [6] http://www.lpl.arizona.edu/alpo [7] http://elvis.rowan.edu/marswatch/ 11 Sternbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Sternbild Löwe von Bernd Scharbert Wer mal aus dem Fenster gesehen hat, wird festgestellt haben, daß die Nordhalbkugel dieses Planeten wieder grüner wird. Der Frühling ist da. Diesem folgend ist das Sternbild, welches in dieser Ausgabe besprochen wird, auch eines des Frühlingssternhimmels. Mythologie Liebe Freunde der Astro-Mythologie! Nachdem wir es in den letzten Folgen dieser Serie mit mehr oder weniger schönen Frauen und wahren Helden zu tun hatten, wenden wir uns diesmal einem eher possierlichen Mitwirkenden des olympischen Spektakels zu: dem Löwen. Wie Sie sicherlich wissen, braucht man für jeden großen Film und jede Sage — neben dem Helden und einer großen Liebe — vor allem zweierlei: Komparsen und Nebenrollen. Der Löwe hat nun eher eine Nebenrolle. Ihm verdankt es Herkules, daß er 12 die zwölf ihm gestellten Aufgaben lösen konnte. Der Beitrag des Löwen bestand darin, sich von Herkules erwürgen zu lassen. Der nemeische Löwe (so sein voller Name) stammt vom feuerspeienden Ungeheuer Typhon und der riesigen Schlange Echidna ab. Er war durch Pfeile und die Schläge von Herkules’ Keule nicht verwundbar. Daraufhin erwürgte der Held ihn kurzerhand. Das Fell des Löwen brachte Herkules zu Eurystheus. Was Sie da am Himmel sehen, ist also eher ein nackter Löwe. Deswegen sieht er auch so dürr aus. . . [1] Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sternbilder Was gibt es zu sehen? Auch wenn der Löwe — so rein sagenmäßig — nichts Oscarverdächtiges auf die Beine gebracht hat, so hat er am Himmel doch einiges zu bieten. Nicht nur Sterne und Galaxien, sonder auch richtig Spektakuläres — Meteorschauer nämlich. Doch ebenso, wie es in jeder guten Story erst am Ende so richtig spannend wird, müssen Sie noch ein paar Zeilen auf die Sternschnuppen“ warten. ” Wenden wir uns zuerst den Sternen zu. Einzeln ist so ein Stern nicht so aufregend, aber zusammen mit anderen, vor allem andersfarbigen, sieht das schon anders aus. Die Rede (äh — Schrift) ist von Doppelsternen. Und davon hat der Löwe einige. Echte Doppelsterne, sogenannte physische, und unechte, sogenannte optische. Während sich physische Doppelsterne umkreisen, stehen optische Doppelsterne oft Lichtjahre auseinander. Sie stehen am Himmel nur zufällig in einer Richtung und scheinen so ein Paar zu bilden. Die unechten: Deren gibt es drei, zu denen auch die beiden hellsten Sterne des Sternbilds gehören. α Leo heißt auch Regulus (der kleine König) und ist mit 1,m4 der hellste Stern im Löwen. Er ist blau-weiß. Neben ihm steht ein 8m heller Stern, der sich jedoch erst im kleinen Fernrohr zeigt. β Leo heißt Denebola. Er ist 2,m2 hell und markiert die Schwanzspitze des Löwen. Neben diesem blauweißen Stern findet sich ein orangefarbener Stern 8,m5 Größe, der sich jedoch auch erst im Fernrohr zeigt. Der dritte im Bunde ist τ Leo. Der Stern selbst ist 5m hell, sein Begleiter“ 7m . Dieses Paar ” kann schon im Feldstecher getrennt werden, die Sterne stehen weit genug auseinander. Nun zu einem echten Doppelstern: γ Leo besteht aus einem 2,m2 und 3,m5 hellem Paar mit 4,3” Distanz. Die Sterne sind orange-rot bzw. gelb, was recht hübsch aussieht. Es gibt noch weitere Doppelsterne, die jedoch nach einem größeren Instrument verlangen, um sie in die Einzelsterne aufzulösen. Dann ist da noch η Leo. Dieser Stern ist ein roter Riese, dessen Helligkeit mit einer Periode von 313 Tagen zwischen 4,m4 und 11,m6 schwankt. Auch im Löwen gibt es einige Galaxien, die auch schon im kleineren Rohr zu sehen sind: M65 und M66. M65 ist 9,m3 hell und M66 9m . Beide Spiralgalaxien sind etwa 30 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und gehören zum Leo-Galaxienhaufen. Sie haben einen Winkeldurchmesser von etwa 9’, was natürlich nichts heißt, weil Sie die Randbereiche eh Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 nicht sehen können, da sie zu lichtschwach sind. Nicht unerwähnt sollen M95 und M96 bleiben, die ebenfalls um die 9m hell sind, jedoch nicht so einfach zu beobachten sein sollen. Und nun die Meteore! Es gibt einen ganzen Haufen von Meteorströmen im Löwen: Alpha-, Beta-, Delta-, Gamma-, Rho-, Sigma-Leoniden und die Leoniden-Ursiden. Der bekannteste Meteorstrom sind jedoch die Leoniden. In den letzten Jahren zeigten diese besonders viele Meteore, wenngleich nicht so viele, wie von manchem erwartet wurden. Und von so einem Anblick wie am 12./13.11.1833 träume wahrscheinlich nicht nur ich. . . Leonidenschauer von 1833 Zu den Leoniden und den weiteren Meteorströmen sei auf die Seite der IMO (International Meteor Organisation) verwiesen: http://www.imo.net. Literatur: [1] H.W. Stoll. Sagen des klassischne Altertums“, ” Weltbild Bücherdienst, Wien [2] Gerhard Fasching, Sternbilderkunde“, Vieweg ” Sohn Verlagsgesellschaft, 1986 [3] Joachim Herrmann, DTV Atlas der Astrono” mie“, 10. Auflage 1990 [4] http://www.maa.mhn.de/Maps /Stars/Fig/leo.html [5] http://aipsoe.aip.de/∼rend/leo-exp.html 13 Astronomischer Kalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vorschau Mai / Juni 2001 von Alexander Schulze Alle Zeitangaben für ortsabhängige Ereignisse beziehen sich auf Darmstadt, 49◦ 50’ N, 08◦ 40’ O. Alle Zeitangaben erfolgen in Ortszeit (CEST/MESZ). Sonne Während wir in den letzten Mitteilungen auf die Tag- und Nachtgleiche am 20. März verweisen konnten, ist es nun der 21. Juni, der besondere Erwähnung finden muß: An diesem Tag nimmt die Sonne um 12:40 ihre höchste Deklination (23◦ 26’16,”2) ein, was für uns Sommeranfang (und auch den längsten Tag des Jahres) bedeutet. Die Taglänge beträgt zu diesem Zeitpunkt 16 Stunden und 16 Minuten. Verbunden mit der sommerlichen Bahn der Sonne am Himmel ist allerdings auch, daß die Zeit guter astronomischer Beobachtung (Sonne 18◦ unter dem Horizont) bereits Anfang Juni auf Null zurückgeht. Für diesen Nachteil wird uns hoffentlich ein angenehmes Sommerwetter entschädigen. . . 14 Die Sonne beginnt ihren Lauf im Sternbild Widder, wechselt dann am 14. Mai ins Sternbild Stier, wo sie bis zum 21. Juni zu finden sein wird, wenn sie dann wiederum in die Zwillinge wechselt. Hier wird sie noch bis Mitte Juli zu finden sein. Die Deklination der Sonne beträgt am 01. Mai 15◦ 00’, erhöht sich auf 22◦ 01’, erreicht dann am 21. Juni ihr bereits erwähntes Maximum und nimmt bis zum 01. Juli wieder leicht auf 23◦ 07’ ab. Am 06. Mai (19:17) beginnt die Sonnenrotation 1976, am 03. Juni (00:27) die Sonnenrotation 1977. Diese Vorschau wäre allerdings unvollständig, wenn nicht ein weiteres Ereignis Nennung finden würde. Der Termin wird den Leser vielleicht nicht überraschen, denn der 21. Juni scheint wirklich ein Lieblingstag der Sonne zu sein und wurde in diesem Abschnitt bereits zwei Mal erwähnt. Das drit- Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Astronomischer Kalender te Ereignis, das am 21. Juni stattfindet, ist zwar das weitaus spektakulärste unter allen dreien, allerdings leider auch das für Darmstadt unbedeutendste. Sollten Sie sich jedoch an diesem Tag in Afrika (vorzugsweise in einem Bogen von Angola über Sambia und Simbabwe bis nach Mosambik Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufgang 06:04 05:42 05:24 05:19 05:23 Untergang 20:42 21:02 21:23 21:33 21:35 Tag 14:37 15:20 15:58 16:14 16:11 Nacht 09:23 08:40 08:02 07:46 07:49 und Madagaskar) aufhalten, so wird Ihnen die totale Sonnenfinsternis von 12:37 UT (Westküste Angola) bis 13:22 UT (Ostküste Mosambik) hoffentlich nicht durch eine Wolkendecke verdorben werden. (Madagaskar wird von 13:27 UT bis 13:29 UT kurz vom Kernschatten überstrichen.) Dämm. Beginn 23:03 23:46 –:– –:– –:– Dämm. Ende 03:45 03:00 –:– –:– –:– Astron. Nachtl. 04:42 03:14 00:00 00:00 00:00 Tabelle 1: Allgemeine Daten Sonne Mond Zur besseren Übersicht präsentieren wir die Monddaten diesmal in einer Tabelle. Datum 04.05. 08.05. 19.05. 21.05. 01.06. 04.06. 15.06. 17.06. 28.06. Zeit 20:30 17:46 00:55 03:03 00:29 11:08 07:52 21:53 05:00 Ereignis Min. Libra. in Breite (−6,◦60067) Max. Libra. in Länge (+5,◦16314) Max. Libra. in Breite (+6,◦75964) Min. Libra. in Länge (−5,◦41763) Min. Libra. in Breite (−6,◦72800) Max. Libra. in Länge (+5,◦11479) Max. Libra. in Breite (+6,◦86582) Min. Libra. in Länge (−6,◦27313) Min. Libra. in Breite (−6,◦78603) Datum 02.05. 07.05. Zeit 05:40 16:21 Ereignis Perigäum Vollmond 15.05. 15.05. 23.05. 27.05. 29.05. 06.06. 03:30 12:31 05:13 09:00 23:53 04:01 Apogäum letztes Viertel Neumond Perigäum erstes Viertel Vollmond 11.06. 14.06. 21.06. 23.06. 28.06. 21:40 05:49 14:04 19:20 05:04 Apogäum letztes Viertel Neumond Perigäum erstes Viertel (369.420 km) (29◦ 08’ Transithöhe um 00:56) (404.144 km) (Aufgang 03:00) (368.033 km) (Unterg. 02:19) (18◦ 48’ Transithöhe um 01:20) (404.629 km) (Aufgang 02:12) (363.132 km) (Unterg. 01:39) Tabelle 2a: Astronomische Daten Mond (Librationsextrema) Tabelle 2b: Astronomische Daten Mond (Mondbahn und Phasen) Merkur Wie die Sonne beginnt Merkur seine Bahn im Sternbild Steinbock, aber schon am 03. Mai wechselt der innerste Planet des Sonnensystems ins Sternbild Stier. Vom 05. Juni bis zum 12. Juni unternimmt er dann während einer Schleife eine kurze Exkursion ins Sternbild Orion, um dann wieder in den Stier zurückzukehren und dort seine Schleife zu beenden. Danach wird es ihn Anfang Juli noch einmal kurz in den Orion ziehen, den er allerdings auf seiner Durchreise in die Zwillinge nur kurz am Rand streift. das Minimum am 26. Juni gegen 08:11 bei 18◦ 35’ während der Rückläufigkeit. Die angesprochene Rückläufigkeit Merkurs beginnt am 04. Juni gegen 07:24 und dauert bis zum 28. Juni gegen 08:54; das Maximum der Deklination liegt am 20. Mai gegen 18:15 bei 25◦ 27’ vor und Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 Am 22. Mai erreicht Merkur gegen 08:23 seine größte östliche Elongation von 22,◦4. Am Abend dieses Tages gegen 22:12 Uhr, wenn die Sonne 8◦ unter dem Horizont steht, befindet sich Merkur noch in einer Höhe von etwas über 8◦ und in einem Azimutalabstand von etwas über 14◦ . Die Helligkeit von Merkur beträgt zu diesem Zeitpunkt −0,m6. Man sollte sich diesen Termin schon einmal für eine Merkurbeobachtung vormerken und auf gutes Wetter hoffen. Am 16. Juni gegen 07:30 erreicht Merkur seine untere Konjunktion mit der Sonne; der Abstand zu ihr beträgt im Minimum 03◦ 32’06”. 15 Astronomischer Kalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Venus Venus beginnt ihre Bahn in den Fischen. Am 09. Juni überquert sie die Grenze zum Sternbild Walfisch, wo es ihr allerdings nicht sonderlich zu gefallen scheint, denn bereits am nächsten Tag reist sie weiter ins Sternbild Steinbock. Offenbar gefällt es ihr hier besser, denn ihr Aufenthalt dauert bis zum 28. Juni; zu diesem Zeitpunkt wechselt sie weiter ins Sternbild Stier, wo sie den gesamten Juli bleiben wird. Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufgang 04:42 04:14 03:42 03:19 02:57 Untergang 17:16 16:58 17:04 17:21 17:48 Venus erreicht am 08. Juni gegen 06:46 Uhr mit −45,◦8 ihren größten Winkelabstand zur Sonne. Ebenfalls um diese Zeit erreicht der Planet seine größte scheinbare Helligkeit (−4,m3). Venus erscheint uns in den hier besprochenen zwei Monaten als Morgenstern. Ihre Phase nimmt ständig zu, was allerdings mit einem größer werdenden Erdabstand und damit abnehmender Größe einhergeht. Helligkeit −3,m8 −4,m2 −4,m3 −4,m3 −4,m2 Phase 23 34 45 53 61 Größe 41,”1 33,”2 26,”3 22,”4 19,”2 Elong. −37,◦1 −43,◦0 −45,◦6 −45,◦7 −44,◦4 Erdabst. 0,41 0,51 0,64 0,76 0,88 Tabelle 3: Astronomische Daten Venus Mars Mars beginnt seinen Lauf am Himmel im Schützen. Dort wird er am 11. Mai gegen 17:31 eine Phase der Rückläufigkeit beginnen, während der er in den Schlangenträger, aus dem er in den Schützen gewechselt war, zurückkehrt und sogar fast (am 20. Juli, an dem er seine Bewegungsrichtung wieder umkehrt) den Skorpion berührt. bar guten Daten, die noch durch den enormen Anstieg in der scheinbaren Helligkeit verstärkt werden, trübt (wie der geneigte Leser sicher noch aus der letzten astronomischen Vorschau weiß) eine äußerst geringe Transithöhe des Planeten von unter 14◦ . Ein weiterer Grund, in der Zeit um den 21. Juni (weit) in den Süden zu fahren. . . Der rote Planet setzt seine Annäherung an die Erde, über die wir bereits berichteten, weiter fort und kommt uns bis zum 22. Juni gegen 01:00 auf 0,4502 AU nahe. Er erreicht dabei eine scheinbare Größe von 20,”8 und eine scheinbare Helligkeit von −2,m1. Ferner erreicht Mars am 13. Juni gegen 17:00 seine Oppositionsstellung zur Sonne. Doch diese schein- Von den Beobachtungsdaten erkennt man ferner noch, daß aus dem ehemaligen Objekt der zweiten im Laufe der nächsten Monate immer mehr ein Objekt der ersten Nachthälfte wird. Wenn er denn überhaupt ein lohnendes Beobachtungsobjekt abgibt. . . Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufgang 00:46 23:55 22:43 21:34 20:12 Transit 04:42 16◦ 04’ 03:49 15◦ 20’ 02:31 14◦ 20’ 01:18 13◦ 40’ 23:48 13◦ 22’ Untergang 08:37 07:40 06:15 04:57 03:30 Helligkeit −1,m1 −1,m5 −1,m9 −2,m1 −2,m1 Phase 94 96 99 100 98 Größe 14,”3 16,”6 19,”3 20,”6 20,”5 Elong. −132,◦3 −145,◦2 −163,◦8 −176,◦3 +158,◦0 Erdabst. 0,66 0,56 0,49 0,45 0,46 Tabelle 4: Astronomische Daten Mars Jupiter bewegt sich auf geradliniger Jupiter Bahn aus dem Stier in die Zwillinge; die Grenze zwischen beiden Sternbildern wird am 13. Juli überschritten werden. Am 16. Juni gegen 20:00 erreicht Jupiter ein Maximum im Erdabstand von 6,1152 AU. Zwei Tage zuvor, am 14. Juni gegen 14:40, durchlief der Planet 16 seine Konjunktionsstellung. Die Beobachtungszeiten Jupiters verschieben sich infolge seiner Konjunktion vom frühen Abend auf den späten Morgen, allerdings wird die Beobachtung durch die noch ungünstigen Dämmerungszeiten erschwert. Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Astronomischer Kalender Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufgang 07:39 06:54 06:02 05:19 04:31 Untergang 23:34 22:54 22:07 21:27 20:41 Helligkeit −2,m0 −2,m0 −1,m9 −1,m9 −1,m9 Größe 33,”3 32,”7 32,”3 32,”2 32,”3 Elong. +32,◦8 +22,◦4 +9,◦9 −0,◦4 −11,◦9 Erdabst. 5,90 6,01 6,09 6,11 6,10 Tabelle 5: Astronomische Daten Jupiter Auch Saturn bewegt sich zur Zeit auf Saturn gerader Bahn durch den Stier. Er ähnelt Jupiter noch in manch anderer Hinsicht: Saturn erreicht in den Monaten Mai und Juni auch seine Konjunktionsstellung (und zwar am 25. Mai gegen 14:40) Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufgang 07:08 06:18 05:18 04:28 03:32 Untergang 22:23 21:37 20:42 19:56 19:03 Helligkeit 0,m9 0,m9 0,m9 0,m9 0,m9 und den maximalen Erdabstand (am 25. Mai gegen 17:40, 10,103 AU). Für die Beobachtungszeiten gilt ebenfalls das bereits für Jupiter Gesagte; die Beobachtbarkeit ist ebenfalls in der nächsten Zeit stark eingeschränkt. Größe 16,”5 16,”4 16,”4 16,”5 16,”6 Ringng. −24,◦8 −25,◦1 −25,◦4 −25,◦6 −25,◦9 Elong. +20,◦6 +9,◦0 −5,◦6 −17,◦0 −30,◦3 Erdabst. 10,03 10,09 10,10 10,05 9,95 Tabelle 6: Astronomische Daten Saturn Uranus Wie in den Vormonaten befindet sich Uranus derzeit im Steinbock und bewegt sich gemächlich auf den Wassermann zu. Doch noch zuvor beginnt Uranus in der Nacht von 29. zum 30. Mai eine Rückläufigkeitsperiode, die bis Ende Oktober dauern wird, und kehrt dabei wieder ins Innere des Steinbocks zurück. Seine höchste Deklination (von −13◦ 55’52,”6) erreicht er dabei in den Morgenstunden des 26. Mai. Die Aufgangszeiten von Uranus verlagern sich in der nächsten Zeit langsam in Richtung erste Neptun Auch Neptun befindet sich derzeit im Steinbock. Der blaue Gasriese beginnt in der Nacht von 10. zum 11. Mai eine Rückläufigkeitsperiode, die bis Mitte Oktober andauern wird. Seine maximale Deklination nimmt er dabei in der Nacht vom 09. zum 10. Mai mit −17◦ 55’18,”9 ein. Wie auch schon beim nicht weit entfernt stehenden Uranus bewegen sich die Beobachtungszeiten Neptuns auf die erste Nachthälfte zu. Der scheinPluto Pluto bewegt sich zu Beginn des Mai rückläufig im Sternbild Schlangenträger; die Rückläufigkeit wird er bis Ende August beibehalten. Am 04. Juni erreicht er gegen 14:00 seine Op- Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 Nachthälfte. Die Helligkeit bleibt im Mai und Juni bei 5,m8, der scheinbare Durchmesser ist bis Mitte Juni bei 3,”3, danach 3,”4. Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufg. 03:42 02:48 01:41 00:46 23:39 Unterg. 13:31 12:37 11:30 10:35 09:30 Elong. −76,◦2 −89,◦4 −105,◦7 −119,◦2 −134,◦7 Erdabst. 20,19 19,95 19,67 19,46 19,25 Tabelle 7: Astronomische Daten Uranus bare Durchmesser ist konstant 2,”1, die Helligkeit bleibt bis Ende Juni bei 7,m9. Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. 01.07. Aufg. 03:00 02:05 00:58 00:02 22:55 Unterg. 12:06 11:11 10:04 09:07 08:03 Elong. −91,◦9 −105,◦4 −121,◦8 −135,◦4 −151,◦0 Erdabst. 30,05 29,82 29,56 29,37 29,21 Tabelle 8: Astronomische Daten Neptun positionsstellung. Viel ändern kann allerdings auch diese Tatsache nicht an der nicht gerade blendenden scheinbaren Helligkeit, so daß man schon schweres Gerät auffahren muß, wenn man den mit Neptun 17 Astronomischer Kalender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . um den Platz des erdfernsten Planeten konkurrierenden Felsbrocken beobachten will. (Bezüglich des Datum 01.05. 15.05. 01.06. 15.06. Aufgang 22:39 21:43 20:34 19:37 Transit 03:48 28◦ 17’ 02:52 28◦ 20’ 01:43 28◦ 23’ 00:47 28◦ 24’ Sonnenabstandes hat Pluto Neptun allerdings bereits seit Februar 1999 klar geschlagen. . . ) Untergang 08:53 07:57 06:48 05:52 Helligkeit 13,m8 13,m8 13,m8 13,m8 Größe 0,”3 0,”3 0,”3 0,”3 Elong. −144,◦4 −157,◦1 −168,◦7 +165,◦2 Erdabst. 29,55 29,45 29,39 29,41 Tabelle 9: Astronomische Daten Pluto Veränderliche Sterne Die Tabelle enthält Angaben über veränderliche Sterne betreffende Ereignisse in den Monaten Mai und Juni. Datum 01.05. 22:20 03.05. 23:20 08.05. 00:00 08.05. 21:50 Ereignis Min Min Min Max Stern β Lyr (Bedeckungsver.) Al Dra (Bedeckungsver.) δ Lib (Bedeckungsver.) η Aql (δ-Cephei-Stern) Datum 09.05. 23:00 10.05. 21:30 14.05. 23:45 26.05. 23:45 04.06. 00:45 09.06. 00:30 13.06. 19:00 20.06. 23:15 Ereignis Min Max Min Max Min Min Max Max Stern Al Dra (Bedeckungsver.) δ-Cephei δ Lib (Bedeckungsver.) δ-Cephei U Cep (Bedeckungsver.) U Cep (Bedeckungsver.) η Aql (δ-Cephei-Stern) η Aql (δ-Cephei-Stern) Tabelle 10: Veränderliche Sterne Sternbedeckungen durch den Mond Für die Monate Mai und Juni finden sich leider nur drei Bedeckungen hellerer Sterne durch den Mond. Ausnahmsweise führen wir deshalb hier Bedeckungen bis zu einer Grenzmagnitude von 7,m1 auf. Die Zeiten gelten lokal für Darmstadt (E Bedeckungsbeginn, A Bedeckungsende). Zeitpunkt 11.05. 04:48:28A 25.05. 22:52:47E 02.06. 01:05:39E 10.06. 03:16:08A 29.06. 23:42:39E Stern 11 Sgr BD+22◦ 1456 BD−3◦ 3462 BD−22◦ 5442 BD−7◦ 3748 Helligk. 4,m98 7,m00 7,m10 6,m20 6,m70 Phase 0, 87− 0, 10+ 0, 82+ 0, 85− 0, 69+ Tabelle 11: Sternbedeckungen durch den Mond Meteorströme Auch die Meteorströme lassen uns in den kommenden beiden Monaten im Stich. Nur zwei von ihnen sind hier zu nennen; es sind zum einen die η-Aquariden, die bereits seit dem 19. April und noch bis zum 28. Mai zu sehen sind und ihr Maximum am 05. Mai haben, und die Sagittariden mit einem Beobachtbarkeitszeitraum vom 15. April bis zum 15. Juli mit einem Maximum am 20. Mai. Die Sagittariden sind mit einer ZHR von 5 nicht besonders aufsehenerregend, die η-Aquariden scheinen uns dafür aber mit einer ZHR von 60 (die vierthöchste in diesem Jahr zu erwartende) entschädigen zu wollen. Der Sternenhimmel Die Graphik zeigt den Sternenhimmel, wie wir ihn am ersten Juni gegen Mitternacht sehen werden. Im Norden erkennt man Cassiopeia, Perseus mit dem Stern Mirfak und den Fuhrmann mit Capella. Andromeda ist im Aufgehen begriffen, M31 aber für eine Beobachtung mit knapp 7◦ noch nicht hoch genug. Weiter in Richtung Osten erkennt man über dem Horizont Pegasus, und noch ein wenig weiter sieht man mit den Sternbildern Schwan, Leier und Adler das Som- merdreieck, bestehend aus den Sternen Deneb, Vega und Altair; wir müssen uns noch bis Mitte Juli gedulden, bis wir Vega wieder in Zenitnähe sehen können. Weiter im Süden erkennt man bereits den Skorpion mit Antares und (noch etwas tiefer) den Schützen, was vor allem bei den Deep-SkyFreunden eine gewisse Vorfreude verursachen dürfte. Im Südwesten sind Rabe und Becher am Untergehen, und im Nordwesten ergeht es den Zwilligen mit Castor und Pollux nicht anders. 18 Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kosmologie Inflationstheorie, Teil I oder die Frage nach dem Ursprung der Struktur des Universums von Yasmin A. Walter Einleitung Die Frage, ob das Universum einen Anfang hatte oder nicht, ist keineswegs eine einfache Frage. Wenn Sie einem Wissenschaftler eine nicht ganz einfache Frage stellen, wird er Ihnen niemals nur eine Antwort geben, sondern eine Vielzahl von Antworten. Versucht man, die Frage nach dem Anfang des Universums trotzdem zu beantworten, so lautet die Antwort ganz allgemein: ja“, das Universum hat” te einen Anfang. Diesen Anfang bezeichnen wir im allgemeinen mit Urknall (engl. big bang). Wahrscheinlich glauben rund 99,9% aller Kosmologen, daß sich das Universum aus einem heißen, dichten Zustand entwickelt hat. Die Theorie des heißen Anfangs wird durch die beobachtete Expansion des Universums, die chemische Häufigkeit der leichten Elemente und die Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung [1] unterstützt. Daher glaubt die Mehrzahl aller Wissenschaftler, daß das uns bekannte Universum mit einem Urknall vor rund 11– 16 Milliarden Jahren begann [2]. Betrachtet man die Frage nach dem Anfang des Universums jedoch genauer, so ist es zwar richtig, daß die Kosmologen von der Urknalltheorie überzeugt sind, jedoch benutzen sie dabei eine sehr genau definierte und eingeschränkte Interpretation des Begriffs Urknall“. Wird der Begriff Ur” ” knall“ von den Wissenschaftlern benutzt, so bezieht er sich lediglich auf die Expansion des Universums aus einem ursprünglich dichten und heißen Zustand. Doch macht der Begriff keinerlei Aussagen darüber, ob das Universum wirklich mit diesem Zustand begann oder ob es etwas gab, das vor dem Urknall stattfand. Über das Standardmodell des Urknalls hinaus existieren eine Reihe von Modellen der kosmischen Inflation[3]. Die Theorie der Inflation gibt leider keine klare Antwort auf die Frage, ob das Universum einen Anfang hatte, jedoch liefert sie eine Möglichkeit, diese Frage zu diskutieren. Das Standardmodell des Urknalls ist eine bedeutende wissenschaftliche Theorie. Sie beschreibt, wie das Universum zu frühen Zeitpunkten expandierte und aus einem ursprünglich sehr heißen Zustand abkühlte. Sie beschreibt, wie die leichten chemi- Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 schen Elemente, die wir beobachten, während der ersten 200 Sekunden nach dem Urknall synthetisiert wurden. Außerdem scheint sie relativ gut zu beschreiben, wie die Materie im Universum Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen bildete. Jedoch existiert eine Schlüsselfrage, die das Standardmodell des Urknalls nicht diskutiert: sie erklärt nicht, was eigentlich genau knallte“, weshalb es ” knallte“ oder was geschah, bevor es knallte“. Au” ” ßer ihrem Namen beschreibt die Urknalltheorie eigentlich alles andere als den Urknall selbst. Eigentlich ist sie die mathematische Theorie des Nach” knalls“, der dem Urknall folgte. Insbesondere beantwortet die Urknalltheorie nicht die Frage, was die Expansion des Universums verursachte; vielmehr ist die Expansion des Universums eingebettet in die zahlreichen Gleichungen dieser Theorie, in denen stets Annahmen über den ursprünglichen Zustand gemacht werden, den Zustand, an dem die Theorie mit ihrer Beschreibung beginnt. Die Standard-Urknalltheorie sagt ebenfalls nichts darüber aus, woher die Materie des Universums eigentlich kommt. In der Standard-Urknalltheorie war die Materie, die wir heutzutage beobachten, schon da, einfach da. Die Materie war zu frühen Zeitpunkten lediglich stark komprimiert und befand sich in einer Form, die sich von ihrer heutigen stark unterscheidet. Die Theorie beschreibt, wie sich die Materie von der einen in die andere Form entwickelte als sich das Universum entwickelte, jedoch beschäftigt sich die Theorie nicht mit der Frage über den Ursprung der Materie. Obwohl die Inflationstheorie nicht soweit geht, den eigentlichen Ursprung des Universums zu beschreiben, liefert sie jedoch eine Theorie des Urknalls: eine Theorie dessen, was das Universum in Expansion versetzt hat und gleichzeitig alle Materie lieferte, die wir heutzutage im Universum beobachten. Wie funktioniert die Inflation? Die Schlüsselidee und die ihr zugrunde liegende Physik, die die Inflation ermöglichen, ist die Tatsache, daß die meisten modernen Elementarteilchentheorien vorhersagen, daß ein Materiezustand 19 Kosmologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . existieren sollte, der die Umkehr der Gravitation bewirkt, und eine gravitative Abstoßung erzeugt. Dieser Zustand wird bei Energien erreicht, die wir gegenwärtig experimentell leider nicht nachprüfen können, jedoch sind die theoretischen Argumente für die Existenz dieses Zustandes überzeugend. Dabei handelt es sich nicht um die Vorhersage einer bestimmten Theorie, sondern der einer Klasse von von plausiblen Theorien. Gravitation muß nicht immer anziehend wirken! [Anmerkung: Die Möglichkeit der abstoßenden Gravitation stammt aus der Tatsache, daß nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie Gravitationsfelder nicht nur durch Energie oder Masse(dichten) erzeugt werden, sondern auch durch Drucke. Die Richtung des Gravitationsfeldes, das durch den Druck erzeugt wird, bestimmt sich zunächst aus unserer Erfahrung: ein positiver Druck erzeugt ein anziehendes Gravitationsfeld. Jedoch kann ein besonderer Materiezustand einen negativen Druck erzeugen. Tatsächlich ist es ein sehr großer negativer Druck, der ein abstoßendes Gravitationsfeld erzeugt, das stärker ist als das anziehende Gravitationsfeld der Materiedichte. Das Resultat ist eine Netto-Abstoßung, die treibende Kraft der Inflation.] Die gravitative Abstoßung, die durch diesen besonderen Zustand erzeugt wird, ist das Geheimnis der Inflation. Inflation ist die Vorhersage, daß das frühe Universum zumindest ein kleines Gebiet enthielt, das mit diesem besonderen abstoßend wirkendem Material gefüllt war. Es existieren zahlreiche Theorien darüber, wie dies geschehen sein könnte; einige basieren auf chaotischen Anfangsbedingungen bei der Erzeugung des Universums durch ein Quantentunnelereignis. Wie auch immer man über diese Idee denkt, sollte man sich jedoch vergegenwärtigen, daß die Wahrscheinlichkeit, ein Gebiet im Universum zu finden, das mit dem abstoßend wirkenden Material gefüllt ist, nicht besonders groß sein muß. Sie soll nur nicht gleich Null sein. Die weiteren Vorhersagen hängen nicht davon ab, wie sich dieses Gebiet gebildet hat. Existiert dieses kleine Gebiet, wirkt die Inflation und erzeugt ein Universum, das so ziemlich dem entspricht, in dem wir heute leben. [Anmerkung: Der Name besonders abstoßend wir” kender Zustand“ bezieht sich eigentlich auf ein Va- 20 kuum mit einer endlichen Energiedichte, man nennt diesen Zustand auch falsches Vakuum’. Es scheint ” zwar merkwürdig, die Begriffe Vakuum“ und Ma” ” terial“ in einen Atemzug für dieses Phänomen zu gebrauchen, jedoch sollte man bedenken, daß es sich um einen merkwürdigen und seltsamen Zustand handelt, der nicht alltäglich ist. Dabei wird der Begriff Vakuum“ gebraucht, um den Zustand ” von der der normalen Materie abzugrenzen, und der Begriff Material“, um ihn von dem gewöhnlichen ” Vakuumzustand zu unterscheiden.] Das kleine Gebiet kann sehr klein sein. Es muß nur rund ein Milliardstel mal so groß sein wie ein Proton (positiv geladenes Elementarteilchen). Existiert dieses kleine Gebiet, so beginnt es rasch, aufgrund seiner eigenen gravitativen Abstoßung zu expandieren. Diese Expansion verläuft exponentiell, d.h. es verdoppelt seine Größe alle rund 10− 37 Sekunden. Alle 10−37 Sekunden verdoppelt sich die Größe dieses kleinen Gebietes. Der Erfolg der Beschreibung stellt sich bereits nach einigen Hundert Verdopplungen ein. Im Laufe der Vergrößerung wächst das so kleine Raumgebiet auf die Größe einer Murmel. Das kleine Gebiet abstoßend wirkenden Materials expandiert so um einen riesigen Faktor. Expandiert ein normales Raumgebiet, so sinkt bei der Expansion seine Dichte. Unser kleines abstoßend wirkendes Gebiet jedoch verhält sich völlig anders. Seine Dichte bleibt bei seiner Expansion konstant. Das bedeutet, daß die Gesamtmasse, die sich in diesem ursprünglich kleinen Gebiet befand, während der Inflation kolossal vergrößert hat. Auf den ersten Blick erscheint dieser Massenzuwachs merkwürdig und scheint das Prinzip der Energieerhaltung zu verletzen. Masse und Energie sind äquivalent. Dieses Prinzip entstammt der Relativitätstheorie. Die Energie der Masse innerhalb des kleinen Raumgebietes ist bei der Inflation ebenfalls kolossal angewachsen. Dies ist möglich, da die Energieerhaltung folgendes aussagt: Die Energie bleibt stets erhalten. Üblicherweise denken wir jedoch bei Energien an positive Energien. Wenn dies richtig ist, dann kann die riesige Energie des Universums nicht einfach gebildet worden sein, sondern das Universum muß bereits mit dieser riesigen Menge Energie begonnen haben. Doch: Energien sind nicht immer positiv! Insbesondere ist die Energie des Gravitationsfeldes negativ! Diese Aussage ist in der Newtonschen wie auch in der Einstein- Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kosmologie Theorie der Gravitation richtig. Während der Inflation bleibt die Gesamtenergie erhalten. Durch die Expansion des kleinen Raumgebietes (bei gleichbleibender Dichte) entsteht immer mehr positive Energie (oder Masse), die durch die immer mehr werdende negative Energie kompensiert wird, die im Gravitationsfeld, das das Raumgebiet erfüllt, erscheint. Die Gesamtenergie ist konstant und bleibt sehr klein, denn der Beitrag der negativen Energie der Gravitation wird durch die enorme positive Energie der Materie kompensiert. Die Gesamtenergie könnte sogar Null sein. Um die Theorie erfolgreich zu machen, muß ein Mechanismus existieren, der die Periode der Inflation, die Periode beschleunigter Expansion, beendet, daß das Universum gegenwärtig zumindest nicht in diesem Maße expandiert. Die Inflation endet, da das gravitativ abstoßend wirkende Material grundsätzlich instabil ist. Es kann nicht für immer existieren, sondern zerfällt sozusagen wie radioaktives Material. So wie radioaktive Zerfälle in der Wirklichkeit zerfällt das gravitativ abstoßend wirkende Material ebenfalls exponentiell. Der Zerfall wird durch eine Halbwertszeit charakterisiert. Während jeder Periode einer Halbwertszeit zerfällt rund die Häfte des gravitativ abstoßend wirkenden Materials zu gewöhnlichem gravitativ anziehend wirkendem Material. Während des Zerfallsprozesses wird Energie frei, die aus dem gravitativ abstoßend wirkenden Material selbst stammt. Diese Energie entwickelt sich zu einer heißen Suppe gewöhnlicher Elementarteilchen. Dabei erzeugt der Zerfall ursprünglich lediglich eine geringe Anzahl von hochenergetischen Teilchen, jedoch beginnen diese Teilchen Streuprozesse (Wechselwirkung) mit anderen Teilchen. Möglicherweise wird dadurch die Energie der heißen Teilchen thermalisiert; das bedeutet ein Gleichgewichtszustand der heißen Teilchen, einer heißen primordialen Suppe, die exakt den Anfangsbedingungen entspricht, die die Standard-Urknalltheorie benutzt. Die Inflationstheorie ist sozusagen ein Zusatz zur Standard-Urknalltheorie. Die Inflation bereitet den Beginn, auf dem die Standard-Urknalltheorie später aufbaut. Fortsetzung folgt. . . In der nächsten Ausgabe der Mitteilungen lesen Sie sechs Gründe, wieso die Standard-Urknalltheorie heutzutage eben Standard geworden ist, und können der Frage nachgehen, ob das Universum für immer expandieren wird. Quellen: [1] Vortrag Ein Boomerang kehrt zurück – Neues ” über das frühe Universum“, 10.03.2001, Yasmin A. Walter [2] Weinberg, S., Die ersten drei Minuten [3] Guth, A.H., Phys. Rev. D 23, 347 (1981) [4] Guth, A.H., MIT-CTP-3007, astro-ph/0101507, January 29, 2001, Proceedings of The New York Academy Science Press, 2001 Einladung zur Mitgliederversammlung (Jahreshauptversammlung) Die Mitgliederversammlung der Volkssternwarte Darmstadt e.V. findet statt am Samstag, den 19. Mai 2001 um 20:00 Uhr Die vorgesehene Tagesordnung ist: 1. Eröffnung, Verlesen der Tagesordnung, Bestimmung der Protokollführung 2. Berichte über das Jahr 2000 durch die Vorsitzenden und die Gruppenleiter 3. Kassenbericht 4. Kassenprüfungsbericht 5. Neuwahl eines Kassenprüfers 6. Bestätigung des Jugendwarts 7. Anträge 8. Verschiedenes Anträge zur Tagesordnung bitten wir der Geschäftsstelle (Anschrift s. Umschlagrückseite) schriftlich bis spätestens 7 Tage vor dem Termin der Mitgliederversammlung zukommen zu lassen. Die Mitgliederversammlung ist auf jeden Fall und ohne Rücksicht auf die Zahl der anwesenden Mitglieder beschlussfähig. Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 21 Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Das merkwürdige Verhalten der Supernova 1054 Ein Jahrtausendereignis hüllt sich noch immer in Rätsel von Yasmin A. Walter Der Crab-Nebel (M 1) ist der Überrest der Supernova aus dem Jahre 1054 (SN 1054). Der Vorgängerstern der Supernova war wahrscheinlich ein Stern von 8–10 Sonnenmassen, jedenfalls wenn man theoretischen Sternentwicklungsmodellen Glauben schenkt. Jedoch widersprechen antike Beobachtungen der SN 1054 dem sog. Standard-Szenario, in dem die Abstrahlung einer Supernova zu späten Zeitpunkten durch radioaktiven Zerfall des Elementes Nickel 56 (Ni56 ) gesteuert wird. Allerdings entspricht die Menge an Ni56 , die benötigt wird, um die Beobachtung der Lichtabgabe der Supernova zu erklären, nicht den beobachteten Häufigkeiten der chemischen Elemente im Rest der Supernova (Supernovarest, SNR). Einer Vermutung zufolge war zu diesem Zeitpunkt bereits der Pulsar, der Reststern des sterbenden Sternes, für das Leuchten der SN 1054 verantwortlich; dies wäre eine für Supernovae unübliche Energiequelle für diese Phase ihrer Entwicklung. Einleitung Der Crab-Nebel gehört zu den am besten untersuchten astronomischen Objekten. Jedoch sind zahlreiche Fragen zu dem Vorgängerstern dieser Supernova wie auch Aspekte der Implosion des Sternes noch immer unklar. Aus antiken Beobachtungen von chinesischen und japanischen Astronomen wissen wir, daß die Supernova während 23 Tagen am Taghimmel (!) und rund 650 Tage lang nachts zu beobachten war. Allgemein wird angenommen, daß es sich bei der SN 1054 um eine im Kern des Sternes kollabierende Supernova handelt. Die Annahme, daß es sich dabei um eine Supernova vom Typ Ia (SNIa) handelt, widerspricht allerdings den massereichen Filamenten und dem hohen Wasserstoffgehalt des Supernovarestes. Jedoch ist auch die Vermutung, die SN 1054 sei eine Supernova vom Typ II (SNII), nicht unproblematisch. Die Filamente des Crab-Nebels enthalten rund 4,6±1,8 Sonnenmassen Materie und expandieren mit einer Geschwindigkeit von rund 1.400 km/s. Dies entspricht einer kinetischen Energie von rund 1056 erg, rund zehn mal weniger als der Richtwert für derartige Ereignisse. Die antiken Beobachtungen der SN 1054 weisen auf ein leuchtstarkes Ereignis, daher nimmt man an, daß die fehlende Masse und Energie des CrabNebels in einer bisher unbeobachteten äußeren Schale des SNR steckt. Tatsächlich zeigen Beobachtungen mit dem Hubble Space Teleskop (HST) Material außerhalb der visuell sichtbaren Filamente. Sternentwicklungsmodelle errechnen einen Vorgängerstern der Supernova von 8–10 Sonnen- 22 massen. Dabei sollte die Masse des Sternes wenigstens 8 Sonnenmassen betragen, um den beobachteten zentralen Neutronenstern zu erklären, und weniger als 10 Sonnenmassen, um in Übereinstimmung mit den beobachteten chemischen Häufigkeiten der Elemente zu bleiben. Jedoch schleudert ein Stern mit ursprünglich 8–10 Sonnenmassen am Ende seiner Entwicklung nur wenige schwere Elemente aus, insbesondere nur geringe Mengen des radioaktiven Ni56 , welches einen Beitrag zur späten Zeitpunkten der Supernova liefert. Die Lichtkurve der SN 1054 Lichtkurven von Supernovae werden zu frühen Zeitpunkten durch die Implosionsenergie des Sternes bestimmt. Die Vielzahl der beobachteten Lichtkurven von SNII hängt u.a. vom Radius des Vorgängersternes, seiner Masse und Zusammensetzung sowie der Implosionsenergie selbst ab. Zu späten Phasen, d.h. Zeitpunkten später als rund 150 Tagen nach der Implosion, wird der Lichtverlauf der Supernova meist durch den radioaktiven Zerfall von Co56 in Fe56 bestimmt. Dagegen erfolgt der späte Verlauf der Lichtkurve dieses Supernovatyps recht einheitlich. Dabei handelt es sich bei dem Co56 um das Zerfallsprodukt von Ni56 , das in der Supernova entsteht. In den meisten Fällen kann die Lichtkurve sogar dazu benutzt werden, um den Gehalt an Ni56 im SNR zu bestimmen. Die radioaktive Energie aus dem Zerfall von Co56 wird als Gammastrahlung und Positronen (e+ ) frei. Die späte Lichtkurve der SN 1054 Modellrechnungen des Vorgängersternes der SN 1054 weisen auf eine Sternmasse von 8–10 Sonnenmassen und einen Nickelausstoß von weniger als Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sterne 0,002 Sonnenmassen. Das Ni56 zerfiel anschließend wahrscheinlich zu Fe56 . Daher sollte die gemessene Häufigkeit von Fe56 einen Hinweis auf die ausgeschleuderte Masse von Nickel ergeben. Allerdings ergeben Beobachtungen der chemischen Häufigkeiten der SN 1054 eine eher solare Häufigkeit der chemischen Elemente. Die ausgeschleuderte Masse in den Filamenten des SNR von rund 4,6 Sonnenmassen entspräche einer Eisen-Masse von 0,006 Sonnenmassen. Dieses Ergebnis ist in guter Übereinstimmung mit einer geringen Nickel-Masse. Allerdings widersprechen diese Ergebnisse dem Beobachtungsbefund, die SN 1054 wäre rund 650 Tage nach der Implosion des Sternes beobachtbar gewesen. Ein derartig geringer Nickelgehalt kann lediglich eine Abstrahlung der SN 1054 bis zu 500 Tagen erklären. Um die beobachtete Helligkeit der SN 1054 zu erreichen, wären rund 0,05 Sonnenmassen Ni56 erforderlich gewesen. Bei einem (vereinfachten) rechnerischen Vergleich der SN 1054 mit der Supernova 1987A (SN 1987A) in der Großen Magellhanschen Wolke (LMC) ergibt sich, daß 0,006 Sonnenmassen Ni56 keinesfalls eine lange Beobachtungszeit der SN 1054 von 650 Tagen ermöglichen. Erst ein Modell mit 0,07 Sonnenmassen Ni56 (ähnlich der SN1987A) erreicht etwa eine visuelle Helligkeit von 5,m5 nach 650 Tagen. Das bedeutet, die Supernova wäre zu diesem Zeitpunkt noch mit bloßem Auge beobachtbar gewesen. Nur ein Ni56 -Gehalt von mindestens 0,06±0,03 Sonnenmassen kann also die lange Beobachtungsdauer der SN 1054 erklären. Dabei sollen die antiken chinesischen Beobachtungen keinesfalls angezweifelt werden; im Gegenteil, indirekte Quellen lassen sogar auf eine noch längere Sichtbarkeitsdauer der SN 1054 schließen und vergrößern das Paradoxon der langen Sichtbarkeit. Lösung des Paradoxons? Die mittlerweile unsicheren Modelle einer z.B. Kernimplosion für Supernovae können keine zuverlässigen Aussagen machen, ob die SN 1054 nicht doch 0,06 Sonnenmassen Ni56 ausgeschleudert hat. Die im Crab-Nebel gemessene Häufigkeit von Eisen entspricht etwa der der Sonne. Der Gehalt an Ni56 für die Erklärung der Lichtkurve zu späteren Zeitpunkten von rund 0,06 Sonnenmassen Ni56 entspräche jedoch einer Eisenhäufigkeit im CrabNebel, die etwa 9(±4) mal höher ist als die beobach- Mitteilungen Volkssternwarte Darmstadt Nr. 3/2001 tete Häufigkeit. Andere Erklärungen, die die Anwesenheit von Staub und Radioaktivität berücksichtigen, können das Paradoxon ebenfalls nicht klären. Kann der Pulsar ausreichend Energie liefern, die Supernovahelligkeit zu späten Beobachtungszeitpunkten zu erklären? Der Pulsar der SN 1054 ist für das gegenwärtige Leuchten des Crab-Nebels verantwortlich. Ein Pulsar kann auf unterschiedliche Art und Weise zur optischen Helligkeit einer Supernova beitragen. So kann z.B. Akkretion, d.h. das Aufsammeln von Materie, des Pulsars durch eine Akkretionsscheibe eine wesentliche höhere visuelle Leuchtkraft der Supernova erreichen. Allerdings wäre dieser Effekt während der ersten Monate nach der Supernova-Implosion nicht bemerkbar. Details dieses Lösungsansatzes sind gegenwärtig noch nicht bekannt. Falls der Pulsar wirklich für das späte Leuchten der SN 1054 verantwortlich wäre, würde dies die SN 1054 zu einem Einzelfall machen. Zusammenfassung Die SN 1054, d.h. die Bildung des Crab-Nebels und des Crab-Nebel-Pulsars, ist ein typisches Beispiel für eine 8–10 Sonnenmassen Supernova. Derartige Supernovae schleudern üblicherweise nur geringe Mengen an Ni56 aus. Aus diesem Grund kann die Helligkeit der SN 1054 zu späten Beobachtungszeitpunkten nicht durch ihren gemessenen Ni56 -Gehalt erklärt werden. Der hierfür benötigte Ni56 -Gehalt von rund 0,06 Sonnenmassen Ni56 übersteigt bei weitem die chemische Häufigkeit dieses Elementes im Crab-Nebel. Eine alternative Lösung zur Erklärung der späten Helligkeit könnte der Pulsar der SN 1054 sein. Allerdings könnte der Vorgängerstern der SN 1054 auch dichten Wind und die Supernova durch zirkumstellare Wechselwirkungen geprägt worden sein, die die Helligkeit teilweise erklären könnten. Beobachtungsbefunde hierfür existieren jedoch nicht. Quellen: [1] Soltermann, J., et al., Why did SN 1054 shine at late times?, AA Dec 15, 2000 23 Volkssternwarte Darmstadt e.V., Am Blauen Stein 4, 64295 Darmstadt POSTVERTRIEBSSTÜCK . . . . . . . . Veranstaltungen und Termine . . . . . . . . Mai / Juni 2001 . . . . . . . . donnerstags ab 19:30 Leseabend und Übungen an den Fernrohren sonntags ab 10:00 Sonnenbeobachtung mit Gesprächen über astronomische Themen Donnerstag, 03. 05. 20:30 Redaktionssitzung Freitag, 04. 05. 21:00 Astro-Fotografie Samstag, 05. 05. 20:00 Öffentlicher Vortrag: Was ist Astronomie? – Eine Einführung Freitag, 11. 05. 19:00 Astro-Jugend Donnerstag, 17. 05. 20:30 Vorstandssitzung Freitag, 18. 05. 21:00 Astro-Fotografie Samstag, 19. 05. 20:00 Jahreshauptversammlung 2001 Tagesordnung s. S. 21 Freitag, 25. 05. 19:30 Astro-Jugend Freitag, 01. 06. 21:00 Astro-Fotografie Freitag, 08. 06. 19:00 Astro-Jugend Freitag, 15. 06. 21:00 Astro-Fotografie Donnerstag, 21. 06. 20:30 Vorstandssitzung Freitag, 22. 06. 19:00 Astro-Jugend Samstag, 23. 06. 16:00 Seminar: Sonne, Teil II bei gutem Wetter: Sonnenbeobachtung am 24.06., 10:00 Uhr Volkssternwarte Darmstadt e.V. Observatorium Ludwigshöhe: Geschäftsstelle: Auf der Ludwigshöhe 196 Am Blauen Stein 4 Telefon: (06151) 51482 64295 Darmstadt email: [email protected] Telefon: (06151) 130900 http://www.vsda.de Telefax: (06151) 130901
