Die Sonne – ein Feuerball wird untersucht · auf niedrigere Bahn: Energie wird frei...
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A. Lagg – Rotary Südharz 1
Die Sonne Die Sonne –– ein Feuerball wird untersuchtein Feuerball wird untersucht
Sonnenforschung in SüdniedersachsenSonnenforschung in Südniedersachsen
Andreas LaggAndreas Lagg
MaxMax--PlanckPlanck--Institut für Institut für SonnensystemforschungSonnensystemforschungKatlenburgKatlenburg--LindauLindau
Übersicht:Übersicht:
Was wissen wir über die Sonne?Was wissen wir über die Sonne?
Woher kommt unser Wissen?Woher kommt unser Wissen?
FraunhoferFraunhofer--LinienLinien
Was macht das Lindauer MPS?Was macht das Lindauer MPS?
BeobachtungenBeobachtungenTheorienTheorienSimulationenSimulationen
Warum Sonnenforschung?Warum Sonnenforschung?
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A. Lagg – Rotary Südharz 2
Vortragsgebrauchsanleitung: Hörer
Achtung Physik!
Wer den Berg nicht erklimmen möchte darf sich zurücklehnen und am Bier nippen.
Achtung schwierige Physik!
Wer nicht ins Schleudern geraten möchte, darf sich zurücklehnen, einen kräftigen Schluck trinken und die Augen schließen.
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A. Lagg – Rotary Südharz 3
Wie alles begann...
vorvor ca. 4.5 ca. 4.5 MilliardenMilliarden JahrenJahren......
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A. Lagg – Rotary Südharz 4
Der “heiße Ofen”Normalfall:Normalfall:Atomkern von Elektronen umkreistAtomkern von Elektronen umkreist
2 Atomkerne immer getrennt2 Atomkerne immer getrennt
Sonne:Sonne:Druck, Temperatur extrem hochDruck, Temperatur extrem hoch
Atomkerne verschmelzen (=Fusion)Atomkerne verschmelzen (=Fusion)
E = mcE = mc22
pro Sekunde:pro Sekunde:Energiebedarf der Energiebedarf der Menschheit für über Menschheit für über 1 Million Jahre!1 Million Jahre!
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A. Lagg – Rotary Südharz 5
Der innere Aufbau
Strahlungz.B. Feuer
Wärmeleitungz.B. Pfannengriff
Konvektionz.B. kochendes Wasser
Kern: 15 Millionen GradKern: 15 Millionen GradOberfläche: ~ 6000 GradOberfläche: ~ 6000 Grad
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Die Sonnenoberfläche
Weißlicht
(Sonnenfinsternis-Brille)
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A. Lagg – Rotary Südharz 7
Sonnenflecken
UmbraPenumbra
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Sonnenflecken (Dynamik)
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Granulation
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A. Lagg – Rotary Südharz 10
Übergangsregion
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A. Lagg – Rotary Südharz 11
Sonnenkorona während Finsternissen
����
����
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A. Lagg – Rotary Südharz 12
Die Korona
EUV Korona: Plasma bei >106 K(EIT 195 Å)
Weißlicht Korona mit Kometen (LASCO C3)
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A. Lagg – Rotary Südharz 13
Der Sonnenwind
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A. Lagg – Rotary Südharz 14
Polarlichter
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A. Lagg – Rotary Südharz 15
Sonnenzyklus
����������������������������
��������������RöntgenstrahlungRöntgenstrahlungVariation der Strahlung Variation der Strahlung im Röntgenbereich:im Röntgenbereich:
Faktor 100!Faktor 100!
Variation der gesamten Variation der gesamten Strahlung:Strahlung:
im Promillebereichim Promillebereich
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A. Lagg – Rotary Südharz 16
Woher wissen wir das?
keine in-situ Messungen möglich
Messung des Sonnenlichtes (Spektrometrie)
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A. Lagg – Rotary Südharz 17
Wie entstehen Fraunhofer-Linien (1)
Quantenphysik: nur bestimmte Bahnen umden Atomkern sind erlaubt
jede Bahn entspricht einer bestimmten Energie
Bahnwechsel = Energieänderung ( E)auf höhere Bahn: Energie reinsteckenauf niedrigere Bahn: Energie wird frei
Energieübertragung durch Licht(Photonen, Lichtquanten)
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A. Lagg – Rotary Südharz 18
Sonnenspektrum
Fraunhofer-Linien
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A. Lagg – Rotary Südharz 19
Wie entstehen Fraunhofer-Linien (2)
kontinuierliches Spektrum (Regenbogen)alle Farben / Wellenlängen kommen durch
Lichtteilchen (Photon) hebt Elektron auf höhere Bahn
Photon vernichtet
jedes Atom / Molekül hat charakteristische Energieniveaus
Fingerabdruck der Zusammensetzung der Sonnenatmosphäre!
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A. Lagg – Rotary Südharz 20
Information aus Fraunhofer-Linien: Zusammensetzung
Ultraviolett (UV) Infrarot
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A. Lagg – Rotary Südharz 21
Absorptionsspektrum
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A. Lagg – Rotary Südharz 22
Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre
Photosphäre
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A. Lagg – Rotary Südharz 23
Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre
Photosphäre
Si-Linienkern
vielwenig
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A. Lagg – Rotary Südharz 24
Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre
Photosphäre
Si-Linienkern Chromosphäre
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A. Lagg – Rotary Südharz 25
Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre
Photosphäre
Chromosphäre
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A. Lagg – Rotary Südharz 26
Information aus Fraunhofer-Linien: Geschwindigkeiten
Wellenlänge
Wellenlänge
Wellenlänge
Bewegung hin zum Beobachter Blauverschiebung
Schall: hoher Ton
Bewegung weg vom Beobachter Rotverschiebung
Schall: niedriger Ton
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A. Lagg – Rotary Südharz 27
Windgeschwindigkeiten in der Sonnenatmosphäre
Solarer Tornado: Windgeschwindigkeit 50000 km/h
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A. Lagg – Rotary Südharz 28
Konvektion
blau:Material strömt nach oben
rot:Material fließt nach unten
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A. Lagg – Rotary Südharz 29
Helioseismologie
Sonnenbeben
Dauer des Films: ~ 1 Stunde
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A. Lagg – Rotary Südharz 30
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 31
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 32
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 33
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 34
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 35
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 36
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 37
Informationen aus Fraunhofer-Linien
Geschwindigkeiten(„Winde“, Strömungen)
Doppler-Effekt
Temperatur(kalt=3500°, heiß=6000°)
Linienbreite
Dichte(Anzahl, Anreicherungen)
Intensität
Magnetfelder(Sonnenflecken)Linienaufspaltung
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A. Lagg – Rotary Südharz 38
Was passiert in Lindau?
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
Gründung: 1948(MPI für Ionosphärenforschung)
1958: Stratosphäre + Ionosphäre = MPI für Aeronomie
seit 1. Juli 2004: MPI für Sonnensystemforschung
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A. Lagg – Rotary Südharz 39
MPS: Instrumentenbau
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A. Lagg – Rotary Südharz 40
MPS: Sonnenbeobachtungen
Bodengebundene Beobachtungen
Teneriffa(Teide-Observatorium)
La Palma
Kitt Peak (Kalifornien)
Locarno (Schweiz)
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A. Lagg – Rotary Südharz 41
MPS: Auswertung von Beobachtungen
z.B. Magnetfeldmessungen
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A. Lagg – Rotary Südharz 42
MPS: Theorien / Modelle
Anwendung der Formeln auf Supercomputern
erlauben Einblicke in die grundlegenden Prozesse
gesucht: optimale Übereinstimmungzwischen Theorie und Beobachtung
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A. Lagg – Rotary Südharz 43
Warum Sonnenforschung?
Sonnenforschung ist GrundlagenforschungSonnenforschung ist zweckfreie Grundlagenforschung
Forschung ist neugiergetrieben
Forschung ist ergebnisoffen
Forschung ist nicht produkt- oder gewinnorientiert
unvermeidbar: Anwendungen
Sonne als LaborAtomphysik (Laser)
Technologieentwicklung
„Space Weather“
Zusammenhang Sonne-Klima
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A. Lagg – Rotary Südharz 44
Sonnensturm: Gefahr für die Erde?
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A. Lagg – Rotary Südharz 45
Geomagnetischer Sturm
Goodrich et al. 1998 GRLGoodrich et al. 1998 GRL
IMF B direction
AvgeAvge. solar wind speed: 410 km. solar wind speed: 410 km
Simulation: Simulation: ReaktionReaktion derder MagnetosphMagnetosphääre auf re auf MassenauswurfMassenauswurf von 6.1.97von 6.1.97
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A. Lagg – Rotary Südharz 46
Presse
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