Termine FHS - Events 2023

Inhaltsangabe der Vorträge

Partielle Mondfinsternis

Event am Samstag, 28. Oktober 2023, 18-23 Uhr,
Maximale Verfinsterung 22:14 Uhr

• Dieter Teichmann: Der Urknall, die Entstehung von Sternen und deren Ende - und woher wir das wissen!
• Gudrun Wolfschmidt: Kulturgeschichte der Mondfinsternisse
• Martin Schmidt: Monster-Sterne - eine Gefahr für die Erde?

Mittwochs-Vorträge um 20.00 Uhr
in der Hamburger Sternwarte in Bergedorf,
organisiert von Gudrun Wolfschmidt

Links: Flüssiger Wasserstoff wird 1951 zur Vorbereitung des ersten Fusionstests "Greenhouse George" eingefüllt (Wikipedia)
Mitte: Fusionstest "Greenhouse George" (Wikipedia)
Rechts: Proton-Proton-Reaktion und Fortsetzung bis zur Bildung von He-4 (Wikipedia)

Bereits 1942 -- also drei Jahre bevor die erste Atombombe in der Wüste New Mexicos explodierte -- dachten Physiker theoretisch über eine weitaus schrecklichere Waffe nach. Sie sollte die Energie der Sterne auf die Erde holen, um eine etwa tausend Mal größere Zerstörungskraft als die Hiroshima-Bombe zu entfesseln. 1951 wurde die Kernfusion in "boosted cores" erstmals eingesetzt, um die nukleare Vernichtungskraft deutlich zu steigern. Die erste thermonukleare Bombe "Mike", die 1952 eine Insel im Pazifik verdampfte, war eher eine gigantische Experimentieranordnung als eine militärisch einsetzbare Waffe. 1954 geriet der bis dahin größte Nukleartest "Castle Bravo" aufgrund eines übersehenen kernphysikalischen Prozesses außer Kontrolle -- die albtraumhafte Inspiration des ersten japanischen "Godzilla"-Films.
Wie die Fusion in den Sternen prinzipiell abläuft, wie eine Wasserstoffbombe funktioniert und welche innovativen physikalischen Ideen zu ihrer Entwicklung notwendig waren, wird ebenfalls allgemeinverständlich erklärt.

Links: Copernicus mit seinem heliozentrischen Weltbild (~1900) -- Rechts: Durchbruch zum Neuen Weltbild (Flammarion 1888)

Nikolaus Copernicus (1473-1543), geb. in Thorn, Studium in Krakau und Italien, war äußerst vielseitig: Mediziner, Jurist, Theologe, Ökonom, aber heute ist er am bekanntesten als Astronom. Sein Werk "De Revolutionibus Orbium Coelestium" (1543) markiert den entscheidenden Wendepunkt in unserer Vorstellung vom Kosmos. Hier beschrieb er erstmals das heliozentrische Weltbild mit der Sonne im Zentrum, wobei sich die Erde täglich um ihre eigene Achse dreht und zudem jährlich die Sonne umkreist. Antike und Mittelalter dagegen hatten die Erde im Zentrum des Universums gesehen. Der Wandel des Weltbildes, der Übergang von der geozentrischen Vorstellung bis zur Rezeption der neuen heliozentrischen Weltsicht, dauerte sehr lange. Als Ausblick sollen Tycho Brahe (Tychonisches Weltbild), Galileo Galilei (Teleskop), Johannes Kepler ("Neue Astronomie", 1609) und schließlich Isaac Newton (Entdeckung der Schwerkraft, 1687) erwähnt werden. Damit war die Copernicanische Revolution im 18. Jahrhundert abgeschlossen; bewiesen werden konnte sie erst im 19. Jahrhundert.

Schwarzschild und Schwarzes Loch (© AIP); Karl Schwarzschild (1873-1916) und Ejnar Hertzsprung (1873-1967); Hertzsprung-Russelll-Diagramm (CC3, sparse-Rursus)

Karl Schwarzschild (1873-1916) begann seine astrophysikalischen Studien in Straßburg auf dem Gebiet der Veränderlichen Sterne. In der Wiener Kuffner-Sternwarte schuf er die photographische Photometrie. In München widmete er sich der Bahnbestimmung spektroskopischer Doppelsterne. Als Direktor der Sternwarte Göttingen 1901 widmete er sich der theoretischen Optik und Instrumenten-Entwicklung. Angeregt durch die Sonnenfinsternis in Algerien (1905) begann er mit Sonnenphysik, was ihn ab 1906 zur Theorie der Sternatmosphären führte. Als Direktor des Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam (1909 bis 1916) beschäftigte sich Schwarzschild besonders mit der gerade entstehenden Allgemeinen Relativitätstheorie. Ejnar Hertzsprung (1873-1967), ab 1909 a.o. Professor in Göttingen, erkannte er, dass bei Sternen gleicher Oberflächentemperatur Riesensterne und Zwergsterne auftreten können und konzipierte bereits 1905 ein Farben-Helligkeits-Diagramm - entscheidend für die Sternentwicklung. Henry Norris Russell (1877-1957) erfuhr durch Schwarzschild 1910 davon und stellte sein Diagramm 1912 vor. 50 Jahre nach Kirchhoff und Bunsen erreichte die Entwicklung der Astrophysik mit Schwarzschild unter Mitwirkung von Hertzsprung einen Höhepunkt; durch Einbeziehung wichtiger physikalischer Teilgebiete in die Astronomie begann die moderne theoretischen Astrophysik.

Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße (Event Horizon Telescope, EHT)

Als ich Student war, lernte ich, daß das Zentrum unserer Milchstraße hinter dichten Staubwolken verborgen sei, so daß es zwar mit Radioteleskopen, nicht aber mit optischen Instrumenten zu beobachten sei. Dieses Problem hat man inzwischen dadurch gelöst, daß man Großteleskope mit Infrarotkameras ausgestattet hat. Interstellarer Staub ist nämlich für infrarotes Licht durchsichtig. Dadurch konnten die Umlaufbahnen der innersten Sterne der Milchstraße um ein unsichtbares Massenzentrum vermessen werden. Das Ergebnis ist, daß es sich bei diesem "unsichtbaren Zentrum" um ein Schwarzes Loch mit ca. 4 Mio. Sonnenmassen handelt. Für diese Entdeckung wurde der Nobelpreis 2020 verliehen: an Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Ghez.

Links: Carina Nebel, ein aktives Sternentstehungsgebiet in unser Milchstraße -- Rechts: Krebsnebel: die Rückstände eines vergangenen Sterns (HST)

Sterne am Nachthimmel sind uns allen vertraute Erscheinungen. Aber dass diese Lichterscheinungen kommen und gehen, ist nur den Wenigsten bewusst. Die Entstehung von Sternen basiert auf einem komplexen Zusammenspiel unterschiedlichster physikalischer und chemischer Prozesse, die noch immer Gegenstand aktueller Forschung sind. Auch sind nicht alle Sterne sind gleich. Aber eins haben sie mit allen Energieverbrauchern gemeinsam: irgendwann ist die Energiequelle versiegt und der Stern beendet sein Dasein auf die ein oder andere Art. Das Material, dieser vergangenen Sterne steht wiederum zur Geburt einer neuen Sternengeneration zur Verfügung. Daher kann man von einem galaktischen Ökosystem sprechen, das uns in diesem Vortrag beschäftigen wird.

James Webb Space Telescope (ESA, C. Carreau) und Lagrangepunkte (Grafik: Martin Schmidt)

Auf oder nahe der Umlaufbahn der Erde um die Sonne gibt es fünf Lagrange-Punkte, auf denen Himmelskörper eine gleichbleibende Entfernung von der Erde behalten. Auf den erdnahen Punkten L1- und L2 wurden zahlreiche Satelliten geparkt für Messungen, die in einer Satellitenbahn um die Erde nicht möglich sind. Die Sonden und ihre Aufgaben werden vorgestellt, insbesondere das James Webb Weltraumteleskop. Auf den Punkten L4 und L5 können sich dauerhaft natürliche Objekte aufhalten wie Asteroiden, die man nicht gern in der Nähe hat. Der Punkt L3 ist von der Erde aus nicht direkt zu beobachten, weshalb sich um ihn absonderliche Mythen ranken.

Bronzezeitliche Astronomie - international vernetzt in Europa

Ausgehend von unseren Interpretationen der Himmelsscheibe von Nebra, des Sonnenwagens von Trundholm und des Berliner Goldhutes rekonstruieren wir, dass der bronzezeitlichen Astronomie ein wissenschaftliches Vorgehen zugrunde lag. Ziel war über die Vorhersage von Mondfinsternissen den Kalender zu verbessern. Wir zeigen auf, dass weitere Objekte, wie italienische Eisenscheiben oder der Goldhut von Avanton sich in dieses Bild einfügen lassen. Unter Zugrundelegung solchen methodischen Vorgehens können wir erstmals konkret erklären, wie man mit bronzezeitlichem Wissen im Norden Europas die Sonnenfinsternis von Thales hätte vorhersagen können. Außerdem lässt sich so nachvollziehen, wie man einen sehr genauen Kalender vom Typ Coligny schon um 800 BC erhielt.

Schrödingers Katze - und was hat sie in der Kosmologie zu suchen? (CC3, Dhatfield)

Untersuchungen der Schwarzkörperstrahlung im Jahre 1900 führten Max Planck zu einer Formel, bei der die Energie der Strahlung gequantelt ist. Damit begründete er, ohne es zunächst zu wissen, die Quantenphysik, deren seltsame Phänomene uns heute noch beschäftigen. Ein Stern leuchtet, weil in seinem Inneren Atomkerne durch Kernfusion miteinander verschmelzen. Die Fusion lässt sich nur mit dem merkwürdigen Tunneleffekt erklären. Das mögliche Ende eines Sterns mit der Explosion als Supernova und der folgenden Entstehung eines Neutronensternes hängt quantenphysikalisch mit dem Entartungsdruck von Elektronen und Neutronen zusammen. Die Expansion des Universums hat mit der Heisenbergschen Unschärferelation zu tun und die Viele-Welten-Theorie beruht auf dem Kollaps der Wellenfunktionen von quantenphysikalischen Teilchen.

Schematische Darstellung eines Pulsars mit magnetischen Feldlinien und Lichtkegel (CC3, Mysid)

Pulsare pulsieren nicht. Tatsächlich handelt es sich um äußerst schnell rotierende Neutronensterne. Sie senden ihr Licht, wie ein Leuchtturm, in der Form zweier eng begrenzter, mitrotierender, Bündel aus, so daß der Eindruck des Blinkens entsteht. Wie das genau funktioniert, wissen bisher nur die Pulsare selbst. Äußerst starke Magnetfelder scheinen die beteiligten Neutronensterne zu umgeben. Dadurch, daß diese Felder an der Rotation teilnehmen, werden die Sterne zu Dynamos, die den Magnetfeldern elektrische Felder zur Seite stellen. Letztere wiederum können geladene Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Man hält diese Kombination aus Feldern und Materie für Ursache des Pulsarphänomens. Für die Entdeckung der Pulsare wurde der Nobel-Preis verliehen. Den aber erhielt nicht die Entdeckerin: Jocelyn Bell (*1943), sondern ihr Chef: Anthony Hewish (1924--2021).

Stephen Hawking (1942--2018), 1980er Jahre (NASA)
Stephen Hawkings Gedenkstein im Westminster Abbey (CC BY-SA 4.0, JRennocks)

Zu Beginn der 1970er Jahre stellt der Physiker John Wheeler (1911--2008) eine für den Laien unschuldig klingende Frage: Was passiert, wenn man eine heiße Tasse Tee in ein Schwarzes Loch wirft? Physikalisch birgt dieses auf den ersten Blick harmlose Gedankenexperiment allerdings Sprengstoff, scheint hier doch ein fundamentales Naturgesetz verletzt zu sein. Der israelische Doktorand Jacob Bekenstein (1947--2015) dachte intensiv über Wheelers Frage nach und fand dabei eine überraschende Lösung, die den Physiker Stephen Hawking (1942--2018) zunächst verärgerte, später jedoch zu einem der größten Triumphe seiner Karriere verhalf. Anfang der 1980er Jahre sponsert dann der umstrittene Persönlichkeitsentwicklungs-Guru Werner Erhard eine Konferenz für eine kleine Physikerelite, bei der ein unerbittlicher "Krieg um das Schwarze Loch" eröffnet wurde.
Erfahren Sie in diesem Vortrag allgemeinverständlich, welches eines der letzten großen Geheimnisse der Physik ist, was Schwarze Löcher und Dampfmaschinen gemeinsam haben und ob wir möglicherweise in einem Hologramm leben.

Prof. Dr. Marcus Brüggen
(Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg)

Die größten Teilchenbeschleuniger im Universum

Simulation (credit: Virginia Cuciti)

Beobachtungen mit Radioteleskopen erschließen uns eine relativ unbekannte Facette des Universums: die Welt weitgestreuter magnetischer Felder und geladener Teilchen, die sich mit fast Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese Teilchen werden in großen Ansammlungen von Galaxien auf wahnwitzige Energien beschleunigt.
Sowohl die Herkunft kosmischer Magnetfeldern, die den Raum zwischen den Galaxien füllen, als auch die Herkunft der relativistischen Teilchen sind in Rätsel gehüllt. Beobachtungen mit dem Low-Frequency Array bei niedrigen Radiofrequenzen konnten ein wenig Licht in die Angelegenheit bringen und haben die Mechanismen identifiziert, die für die Teilchenbeschleunigung verantwortlich sind. Zudem wurde eine neue Klasse von Radioquellen entdeckt sowie Wege, auf denen das Universum magnetisiert wird.