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Messen, wiederholen, vorhersagen und Widersprüche diskutieren. Das ist das Konzept der „Marke Wissenschaft“.

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Wer in den Himmel sieht, sieht die Sterne in unserer Nachbarschaft. Das Universum ist aber groß. Wie groß? Unendlich? Und gibt es daher unendlich viele Sterne?

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Das Universum ist ein für mich unvorstellbarer großer Raum, den man weder sehen noch berechnen kann. Im Universum befindet sich ein Kosmos, von dem vor allem Albert Einstein durch Überlegungen und Berechnungen herausgefunden hat, dass sich in diesem Kosmos unendlich viele Galaxien (Sonnensysteme) befinden müssen; eines davon ist unser Sonnensystem. Aber was ist ein Sonnensystem? Wieder eine für uns unendliche, unfassbare, aber schon berechenbare- und beobachtbare Anzahl von Planeten und Sternen, dennoch wissen wir auch hier noch nicht alles von (unserem) einen Sonnensystem. – Johanna Gudden / Studierende am Abendgymnasium Wien, Nov. 2010

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Definitionen

Sterne sind leuchtende Himmelsobjekte.

Ihre Energie beziehen sie aus Kernfusion. Sie verschmelzen leichte Atome (Wasserstoff). Einen Teil der Masse dieser Atome wandeln sie in Energie um. Laut Einsteins Gleichung E=mc^2 ist das möglich. Die meisten Sterne treten nicht alleine auf, sondern in Doppelsternsystemen. Viele von ihnen haben Planeten, die sie umkreisen, wir sprechen dann von einem Sternsystem. Viele Sternsysteme zusammen werden Galaxie genannt. Astrophysiker untersuchen die physikalischen Grundlagen des Universums. Sie analysieren dabei die elektromagnetischen Wellen (Licht; Radiowellen) die aus dem Universum zu uns kommen. Kosmologen entwickeln daraus ein Weltbild über die Entstehung und die Entwicklung des Universums.

Wie viele Sterne wir sehen, hängt ganz davon ab, wo wir uns befinden. In der Stadt gibt es viel Licht, das das Sternenlicht überdeckt. Wir sprechen von Lichtverschmutzung. Am Land sehen wir mehr Sterne in der Nacht, weil es dunkel ist. Auf der Nordhalbkugel der Erde sehen wir nur einen Teil, einen Ast unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße.

Auf der Südhalbkugel der Erde, sehen wir mehr von der Milchstraße, deswegen sehen wir dort auch mehr Sterne.

Die Himmelskuppel über uns wird auch Hemisphäre genannt. Das Licht der Sterne, das wir dort als Punkte sehen, ist oft schon lange unterwegs.

Der nächste Stern außerhalb unseres Sonnensystems heißt Proxima Centauri und ist 4,24 Lichtjahre entfernt. Ein Lichtjahr ist dabei keine Zeitangabe, sondern eine Entfernungsangabe. Mit 300.000 km pro Sekunde ist Licht 4,24 Jahre unterwegs. So weit ist Proxima Centauri entfernt. Das Licht das dieser Stern ausschickt, ist also schon 4,24 Jahre alt. So weit sehen wir in die Vergangenheit zurück, wenn wir Proxima Centauri beobachten. Es gibt aber noch viel größere Entfernungen.

Sie selbst

Schauen Sie sich am Abend mal den Himmel an. Erkennen Sie den Mond? Probieren Sie es aus: suchen Sie jeden Tag einmal den Mond. Bemerken Sie, wie er langsam seinen Platz am Himmel verändert?

Wie er anders aussieht? Welche Lichtpunkte sehen Sie am Himmel? Haben Sie schon einmal die Milchstraße gesehen? Bemerken Sie am Lagerfeuer, wie der Sternenhimmel sich dreht? Vielleicht möchten Sie einmal eine Vorführung im Planetarium sehen. Dort können Sie die Zusammenhänge erklärt bekommen. Und wenn Sie vielleicht einmal viel Geld gewinnen: besuchen Sie die Südhalbkugel der Erde, sehen die Sonne im Norden, und bewundern Sie das „Kreuz des Südens“. Es gibt dort ganz andere Sternbilder als bei uns.

In der Natur

In der Natur bietet der Sternenhimmel in der Nacht Möglichkeiten zur Orientierung. Der Polarstern befindet sich im Norden. Um diesen Stern dreht sich während der Nacht der gesamte Sternenhimmel. Menschen, die viel Zeit draußen verbringen, kennen diesen Stern sehr gut.

Sie kennen auch viele Sternbilder – die Anordnung von Sternen zu Figuren. Den Großen Waagen. Er sieht so aus, wie das Logo dieser Seite – ganz oben.

Die Frage, ob es unendlich viele Sterne gibt, hat nicht nur Kinder beschäftigt. Kennen Sie das Olberssche Paradoxon? Die Idee dabei ist: wenn es unendlich viele Sterne gibt, müsste der Himmel gleißend hell sein, so wie unsere Sonne. Denn wie in einem Wald überdecken die Baumstämme ab einer bestimmten Entfernung den gesamten Blick.

Wenn es unendlich viele Sterne gibt, dann müsste auch unser Himmel von Sternoberflächen bedeckt sein. Aber: das Universum ist im Urknall entstanden, dann hat es sich ausgedehnt, es gibt nicht unendlich viele Sterne und wir sehen auch nicht das gesamte Licht, einige Sterne sind sogar schon wieder erloschen. Mit der Idee des Olbersschen Paradsoxons hat man eine gute Gelegenheit, das gesamte Bild vom Universum zu überprüfen, das Wissenschaftler – Kosmologen – davon entwickelt haben.

Erfindungen

Bildschirmfoto 2012-05-06 um 00.29.54Das Fernrohr ist wohl die erste Erfindung, mit der man den Himmel besser beobachten kann, als nur mit dem Auge. Vorsicht. Nie in die Sonne damit schauen, es würde die Augen so schädigen, dass man erblindet. Nicht nur sichtbares Licht kann man beobachten, sondern auch elektromagnetische Strahlung mit anderen Wellenlängen. Da brauchen wir Radioteleskope.

Besser geht die Beobachtung noch außerhalb der Erdatmosphäre. Weltraumteleskope beobachten den Himmel, oder Röntgensatelliten, oder Infrarotsatelliten, und so weiter und so fort. Elektrektromagnetische Strahlen aller Wellenlängen erzählen uns, wie das Universum ist.

Mit allen Informationen, die Astrophysiker bisher gesammelt haben, können sie die Sterne in Gruppen einteilen. Je nachdem, aus welchen Farben ihr Licht zusammengesetzt ist (Spektralanalyse),

und wie hell sie dabei leuchten. Es entstand das Hertzsprung Russel-Diagramm.

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Die Reise ist noch nicht zu Ende. Kosmologen untersuchen derzeit, ob das Universum wieder zu einem Punkt zusammenfallen wird (Big Crunch), oder ob es sich weiter ausdehnen wird.

Sterne vergehen und Sterne entstehen. Nach wie vor. Wir bestehen – soviel ist sicher – alle aus Sternenstaub. Das ist eine romantische Vorstellung für viele Menschen.

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Text: Lothar Bodingbauer, Foto Stars: Juskteez Vu, Unsplash. Grundlage: Wikipedia Artikel der Stichworte, wie sie oben dargestellt werden.

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PHS192 – Dunkle Materie, aber echt jetzt
Es ist schon wieder was passiert. Irgendwie passt die Idee mit der Dunklen Materie nicht ganz so gut zusammen mit, dem, was man rundherum sieht. Das erzählt Gerhard Hensler vom Insitut für Astronomie der Uni Wien.

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1) Statischer Auftrieb. Hier ist alles in Ruhe. Etwas bläht sich auf. Etwas wird mit heißer Luft erfüllt. Etwas hebt ab. In aller Ruhe. Es ist genau das Prinzip, mit dem das Schiff schwimmt. Es hat eine bauchige, voluminöse Form, der Oberteil befindet sich in einem Gebiet mit niedrigerem Wasserdruck als der Unterteil, der sich in einem Gebiet mit höherem Wasserdruck befindet.

Unten drückt es also mehr auf das Schiff, und es wird nach oben getragen. Mit einer Kraft, die statischer Auftrieb genannt wird. Es geht nach oben, wenn dieser Auftrieb größer als die Gewichtskraft – das Gewicht ist. Auch beim Heißluftballon ist das der Fall. Hier findet das Ganze in der Luft statt, es braucht einen sehr großen Unterschied zwischen Oben und Unten, damit das Unten mehr auf den Ballon drückt. Der Heißluftballon kennt aber noch einen zweiten Trick – er macht sich leicht, er erfüllt sich mit heißer Luft, die ausgedehnter ist, und daher wenige Gewicht pro Kubikmeter hat. Somit braucht der Auftrieb nicht allzu groß werden, weil das Gewicht des Ballons zusätzlich klein gehalten wird.

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2) Dynamischer Auftrieb. Hier kann man aufsteigen, auch wenn man kein großes Volumen hat. Man braucht dazu aber Geschwindigkeit. Dann stellt man seine Flügel etwas an – sie werden durch die stoßenden Luftteilchen nach oben gedrückt. Wieder Auftrieb – der größer sein muss als das Gewicht des fliegenden Dings.

Die Hummel, der man nachsagt, sie könne gar nicht fliegen, sie wüsste es nur nicht, nimmt hier noch Wirbel zu Hilfe, die den Auftrieb verstärken. Gut gebaute Flugzeuge nehmen noch das Profil der Tragflächen zu Hilfe, die einen zusätzlichen Sog erzeugen, weil sie an der Oberseite mehr gerundet sind als unten.

Genau solche Flügel hat nun ein Bumerang „im Kreis montiert“.

Durch die Drehung des Bumerangs bekommt immer der sich zur Flugrichtung bewegende Flügel einen höheren Auftrieb. Als Folge dieses asymmetrischen Auftriebseffekts neigt sich die

Rotationsachse des Bumerangs kontinuierlich. Das führt zu einer Änderung der Flugrichtung, durch die im Idealfall eine kreisförmige Flugbahn bis zum Ausgangspunkt des Wurfes entsteht.

Warum der Bumerang im Detail zurückkehrt ist aber nur sinnvoll mathematisch – und das recht kompliziert – zu beantworten.

Es spielen jedenfalls nur die üblichen physikalischen Gesetze mit, keine Tricks.

Einen wichtigen Einfluss haben die folgenden Punkte, die einen Bumerang von einem normalen Holzstück unterscheiden:

Booomeransgs sind flach und so gebaut, dass sie stabil rotieren und nicht ins Trudeln geraten. Daher greifen hier die selben Gesetze wie beim Kreisel – und sind tatsächlich für einen Großteil der Rückkehreigenschaften verantwortlich.

Die Arme des Bumerangs, egal wie viele es sind, sind wie Tragflächen gestaltet und erzeugen Auftrieb, das erklärt warum er überhaupt fliegt.

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Die Auftriebswirkung der Arme ist unterschiedlich groß. Jener Arm, der sich gerade in Flugrichtung dreht,

hat einen anderen Auftrieb wie jener, der sich im Verhältnis dazu zurückdreht. Auch beim Hubschrauber haben die Blätter einen unterschiedlichen Auftrieb, je nachdem welche sich gerade in Flugrichtung bewegen und welche gegen sie. Beim Hubschrauber ist das aber unerwünscht. Durch eine zyklische Blattverstellung wird der Effekt korrigiert, bei der die sich in Fahrtrichtung bewegenden Rotorblätter einen geringeren Anstellwinkel erhalten als die rückläufigen Rotorblätter.

Übrigens: nicht jeder Bumerang kehrt auch zurück: Der traditionelle Jagdbumerang kehrt nicht zum Werfer zurück: sein Vorteil besteht gerade darin, dass er weiter, geradliniger und damit auch zielsicherer fliegt als ein gerader Stock.

(Autor: Lothar Bodingbauer, mit Hilfe eines nicht mehr bekannten Studierenden, Foto: Jonn Leffmann, Wikimedia)


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