Die Sonne – ein Feuerball wird untersucht · auf niedrigere Bahn: Energie wird frei...

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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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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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Wie alles begann...

vorvor ca. 4.5 ca. 4.5 MilliardenMilliarden JahrenJahren......

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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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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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Sonnenflecken

UmbraPenumbra

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Sonnenflecken (Dynamik)

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Granulation

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Übergangsregion

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Sonnenkorona während Finsternissen

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Die Korona

EUV Korona: Plasma bei >106 K(EIT 195 Å)

Weißlicht Korona mit Kometen (LASCO C3)

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Der Sonnenwind

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Polarlichter

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Sonnenzyklus

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��������������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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Woher wissen wir das?

keine in-situ Messungen möglich

Messung des Sonnenlichtes (Spektrometrie)

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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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Sonnenspektrum

Fraunhofer-Linien

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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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Information aus Fraunhofer-Linien: Zusammensetzung

Ultraviolett (UV) Infrarot

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Absorptionsspektrum

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Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre

Photosphäre

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Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre

Photosphäre

Si-Linienkern

vielwenig

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Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre

Photosphäre

Si-Linienkern Chromosphäre

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Photosphäre - Linienkern -Chromosphäre

Photosphäre

Chromosphäre

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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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Windgeschwindigkeiten in der Sonnenatmosphäre

Solarer Tornado: Windgeschwindigkeit 50000 km/h

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Konvektion

blau:Material strömt nach oben

rot:Material fließt nach unten

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Helioseismologie

Sonnenbeben

Dauer des Films: ~ 1 Stunde

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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MPS: Instrumentenbau

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MPS: Sonnenbeobachtungen

Bodengebundene Beobachtungen

Teneriffa(Teide-Observatorium)

La Palma

Kitt Peak (Kalifornien)

Locarno (Schweiz)

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MPS: Auswertung von Beobachtungen

z.B. Magnetfeldmessungen

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MPS: Theorien / Modelle

Anwendung der Formeln auf Supercomputern

erlauben Einblicke in die grundlegenden Prozesse

gesucht: optimale Übereinstimmungzwischen Theorie und Beobachtung

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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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Sonnensturm: Gefahr für die Erde?

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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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Presse

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Presse

Nein!