Big Bang 7, Schulbuch

Licht als Träger von Energie 35 RG 7.2 G 7.2 Kompetenzbereich Atomphysik 81 Der Druck im Inneren eines Sterns ist unvorstellbar groß – im Sonneninneren ist er etwa 100 Milliarden Mal größer als der Luftdruck auf der Erde (siehe Tab. 35.1). Dadurch ist auch die Gasdichte extrem hoch. Während in einem dünnen Gas die Orbitale unbeeinflusst sind, werden sie durch den hohen Druck quasi „gequetscht“ (Abb. 35.8). Dadurch entstehen völlig neue Energieniveaus (Abb. 35.9 b), und das Gas leuchtet in allen Farben ( F7 ). Unter hohem Druck geht al- so der „Fingerabdruck“ des Gases verloren – es verliert seine Persönlichkeit. Bei uns auf der Erde kommen übrigens nicht alle Farben des Sonnenlichts an – es fehlen Linien im Spektrum. Das Fehlen gibt Aufschluss über die chemische Zusammenset- zung der Sonnenatmosphäre ( F10 ). Generell ermöglicht dieser Effekt, auf bequeme Weise die Atmosphäre jedes beliebigen Sterns zu bestimmen, ohne ihn mit einem Raum- schiff besuchen zu müssen. Info: Fraunhofer-Linien relativer Druck Dichte [kg/m 3 ] Erdatmosphäre 1 1 Sonneninneres 10 11 10 5 Eisen – 10 4 Tab. 35.1: Größenordnungen von Druck und Dichte im Inneren der Sonne im Vergleich mit der Erdatmosphäre ( F8 ): Obwohl der Sonnenkern aus Gas besteht, ist er rund 10-mal so dicht wie Eisen! Abb. 35.9: a) Mögliche Energieniveaus eines Phantasiegases bei gerin- gem Druck: Es gibt nur zwei verschiedene Quantensprünge, daher hat das Spektrum nur zwei Linien. b) Bei hohem Druck entstehen so viele neue Niveaus, dass jeder beliebige Quantensprung mög- lich ist (exemplarisch sind 5 Möglichkeiten eingezeichnet). Das Spektrum wird kontinuierlich. Abb. 35.10: Ein glühendes Stück Metall sendet, wie auch jeder Stern, ein kontinuierliches Spektrum aus. Fraunhofer-Linien J OSEF V ON F RAUNHOFER entdeckte 1815 im Spektrum der Sonne dunkle Linien (wie in Abb. 35.11 c), deren Ursprung man damals aber noch nicht verstand. Erst um 1860 fand G USTAV K IRCHHOFF die Erklärung: Die fehlenden Linien werden von Gasen verursacht, die sich in der Sonnen- und Erdatmo- sphäre befinden. Nehmen wir ein Heliumatom in der Sonnenatmosphäre (Abb. 35.12) und einen Lichtstrahl, der in Richtung Erde fliegt. (Abb. 35.13). Dieser beinhaltet zunächst noch alle Frequenzen (a). Helium absorbiert nun ganz bestimmte Farben (Quantensprünge nach „oben“) und strahlt sie nach Sekundenbruchteilen wieder aus (Quantensprünge nach „unten“). Die Abgabe des Lichts erfolgt in alle Richtungen (b) und deshalb wird die Lichtintensität in Richtung Erde stark geschwächt (c). Wir auf der Erde sehen daher schwar- ze Linien im Spektrum. i Abb. 35.11: a) Kontinuierliches Spektrum, eines Festkörpers oder dich- ten Gases, b) Linienspektrum von Helium, c) Absorptionsspektrum: Hier fehlen die Linien von Helium. Abb. 35.12: Die Atmosphäre der Sonne wird bei einer totalen Sonnen- finsternis als Corona sichtbar. Abb. 35.13: Manche Farben werden durch Gasatome in alle Richtungen zerstreut und erscheinen dann im Spektrum auf der Erde als dunkler Strich. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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