Sexl Physik 7, Schulbuch

| 118 118.1 Der Krebs-Nebel, Überreste einer Super- nova, ist eine Quelle von Röntgenstrahlung (unten). Oben: Krebs-Nebel aufgenommen im Bereich des sichtbaren Lichts. 118.2 Die Galaxis Centaurus A im Mikro- wellenbereich (21 cm, unten) und im sichtba- ren Bereich (oben). Am 10. Dezember 1999 startete mit einer Ariane- 5 -Rakete in Französisch-Guayana der mit 3,8 t größte jemals in Europa gebaute Forschungssatellit XMM. Ausgerüstet mit drei riesigen Röntgenteleskopen, die aus jeweils 58 konzentrisch ineinander geschachtelten dünnen Spiegelschalen (nur etwa 1 mm dick) aufgebaut sind, und seinen empfindlichen Röntgenkameras wird XMM das Verständnis der energierei- chen kosmischen Quellen einen weiten Schritt voran bringen und Hinweise auf die Entstehung des Universums liefern. Zurzeit ist die weltweit größte Teleskopanlage, das „Square Kilometre Array“ in Planung. Mit seinen 3000 Einzelteleskopen von je 15 m Durchmesser soll es helfen, fast bis zum Urknall zurück ins Universum zu blicken, ferne Galaxien zu erkennen und erdähnliche Planenten zu finden. Radioastronomie Im Jahre 1928 wurde der amerikanische Techniker k arl J anSki von der „Bell Te- lephone Company“ beauftragt, die Quelle von Störsignalen zu finden, welche den drahtlosen Telefonverkehr beeinflussen. Nach dreijähriger Arbeit konnte Janski zeigen, dass nicht nur irdische Quellen, sondern auch astronomische Objekte Ra- diowellen aussenden und dadurch den Funkverkehr stören. Das war die Geburts- stunde der Radioastronomie. Die Bedeutung der Radioastronomie kann man am besten erkennen, wenn man die Durchlässigkeit der Erdatmosphäre für elektromagnetische Wellen verschiede- ner Wellenlänge betrachtet. Wie 117.2 zeigt, umfasst das „optische Fenster“ nur einen schmalen Wellenlängenbereich. Dagegen können elektromagnetische Wel- len von einigen Millimetern bis zu 20 m Wellenlänge die Erdatmosphäre durch- dringen. In diesem Bereich ist der Empfang außerirdischer Signale möglich. Bei größeren Wellenlängen beginnt die Ionosphäre mitzuschwingen, während Wellen unterhalb von einigen Zentimetern Wellenlänge vom Wasserdampf der Erdatmo- sphäre absorbiert werden. Aus Untersuchungen weiß man, dass die Milchstraße eine intensive Radioquelle ist, in deren Spektrum man auch eine Spektrallinie des Wasserstoffs (Wellenlänge 21 cm ) nachweisen konnte. Die Doppler-Verschiebung dieser Linie erlaubt es, die Bewegung der Gasmassen innerhalb der Milchstraße zu ermitteln. Die Messungen zeigen, dass die Milchstraße um ihr Zentrum rotiert, wobei ein Umlauf rund 200 Millionen Jahre dauert. Aber auch die Sonne ist eine Radioquelle. Elektronen, die im Magnetfeld der Sonne kreisen und dabei elektromagnetische Strahlung abgeben, verursachen diese Ra- diowellen. Bei der Erforschung von Radioquellen außerhalb der Milchstraße ist die Rich- tungsbestimmung von grundlegender Bedeutung. Nur wenn die Richtung, aus der die Strahlung empfangen wird, mit hoher Genauigkeit bekannt ist, kann man z. B. den Durchmesser einer Radioquelle bestimmen und sie mit Sternen oder Galaxien in Beziehung setzen. Den Zusammenhang zwischen der Wellenlänge λ , dem Durchmesser D eines Fern- rohres und dem kleinsten auflösbaren Sehwinkel σ m kann man berechnen. Er lautet σ m = λ / D . Um bei einer Wellenlänge λ = 20 cm eine Auflösung σ m = 2 mm zu erzielen (dies entspricht dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges), ist ein Radioteles- kop mit einem Durchmesser von D = λ / σ m = 20·10 –2 /2·10 –4 m = 1000 m erforderlich. Weil derart große Teleskope nicht zu realisieren sind, benützt man heute zur Richtungsbestimmung den Gangunterschied im Auftreffen der Radiosig- nale bei zahlreichen, gleichjustierten Antennen. Dadurch haben mehrere Radiote- leskope, die über Kontinente verteilt sein können, zusammen dasselbe Auflösungs- vermögen wie ein riesiges Radioteleskop. Untersuche, überlege, forsche: Gammastrahlung 118.1 Gammastrahlung ist ebenfalls sehr wichtig für Erkenntnisse im Bereich der Astro- physik (z. B. Gammabursts, Nachweis Schwarzer Löcher, …). Hole Informationen über Gammastrahlung im Zusammenhang mit der Erforschung des Weltraums ein. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv