Wie wird Forschung finanziert?

Ich begrüße meine Leser dieses langen Beitrags und wird einen „Haupt“-Beitrag von Anfang 2020 darstellen. Besonders im Mittelpunkt, deswegen ist es auch ein so wichtiger Beitrag, ist die Zusammenarbeit mit dem KIT-Bereichsleiter Prof. Dr. Johannes Blümer für den Bereich V (röm. für 5) „Physik und Mathematik“. Um diese Frage auch genauer erläutern zu können, habe ich mir ein ganz passendes Forschungsprojekt ausgewählt, um es auch als Beispiel zu nehmen. Mein Thema heißt daher Wie wird Forschung finanziert? – Am Beispiel von KIT/KATRIN. Dieser Beitrag umfasst mehr als 4000 Wörter und daher nehmt am besten euer Tablet, geht in den Lesesessel, am besten ein Ohrensessel, zurück und stellt einen Tee bereit. Achtet darauf, dass ihr es schön gemütlich habt.

Was ist Forschung?

Unter der Forschung versteht man die gezielte Suche nach Erkenntnissen in der Wissenschaft, Forschung ist es also eher weniger, zufällig an das Wissen zu gelangen. Das gilt für jede Wissenschaft. Dabei schreibt man am geschicktesten eine Dokumentation in der die verwendeten Methoden, Systematiken, das Vorgehen, die gewonnenen Daten etc. beschrieben werden. Um daraus überhaupt eine Erkenntnis zu gewinnen, muss man die Daten richtig interpretieren können. Wenn diese Arbeit fertig ist, wird sie für gewöhnlich einer Öffentlichkeit publiziert.

Es gibt die Grundlagenforschung, dort werden wortwörtlich nach den Grundlagen geforscht. Die Translationale Forschung ist die weiterführende Forschung, so wie sie im Moment z.B. in der Medizin stattfindet, und in der angewandten Forschung, dort wo die Industrie hauptsächlich forscht, wird es nach Möglichkeiten geforscht, aus dem Wissen einen praktischen Nutzen zu ziehen.

Wie finanziert sich Forschung?

Abbildung 1: Verschiedene Arten der Finanzierung. Aus dem Artikel des MWK BaWü für den Hochschulfinanzierungsvertrag. (Quelle: https://mwk.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-mwk/intern/dateien/publikationen/411503_MWK_Infografiken_Broschuere_RZ_onl.pdf; S. 5)

Die Frage, die ja eigentlich interessiert ist, wie dieser Ablauf funktioniert, dass so große Institute, einzelne Experimente und Forschungen, Universitäten oder sowas an Geld gelangen? Wie funktioniert es, wenn sie Geld vom Bund und Land bekommen, z.B. von Steuergeldern? Fertigen sie Präsentationen an, sind es Anträge, kommt das Geld schon mehr oder weniger automatisch dorthin, weil die Organisation in staatlicher Verbindung stehen, oder direkt staatlich sind?
Diese Frage möchte ich im Folgenden beantworten und vielleicht möchte Prof. Dr. Johannes Blümer den Vorgang auch am KATRIN speziell beantworten.

Abb. 2: Interne Ausgaben für Forschung und Entwicklung (Deutschland, 2017). (Bildquelle: 15)

Zuerst klären wir einen scheinbaren Grundbegriff mit einer netten Grafik des Ministeriums für Wissenschaft Forschung und Kunst. So sind die Drittmittel, die in einem späteren Kapitel nochmal angesprochen wird, die konkrete Finanzierung zu einem Forschungsprojekt und läuft idR. Solange wie das Projekt auch läuft.

Abb. 3: Ausgaben von Deutschland im FuE-Sektor von 2000 bis 2017. Man merkt einen Anstieg ab 2007/2008, es markiert der Exzellenzinitiative, Ezellenzstrategie. Später mehr dazu. (Bildquelle: 19))

In Deutschland, als Beispiel, bekommt die Forschung und Wissenschaft insgesamt etwa 99,6 Mrd. Euro. Die Forschung in Einrichtungen, z.B. Hochschulen, Universitäten, und andere Forschungsorganisationen wird aus einem großen Teil mit öffentlichen Mitteln gestemmt, auch deutsche Unternehmen forschen z.B. in der Elektromobilität, oder Maschinenbau, und sind mit 69,1 % sehr stark beteiligt. [15] Öffentliche Mittel sind im Grunde Subventionen. [16]

Der Bund und Land hat als Nachfolger der Exzellenzinitiative von 2007 die Exzellenzstrategie aufgestellt. Ziel ist es, Forschungsorganisationen (Hochschulen, Universitäten, andere Eirichtungen) im internationalen Wettbewerb sichtbarer zu machen und Deutschland als Wissenschaftsland attraktiver zu machen. Dass dieses Projekt funktioniert, hat die Exzellenzinitiative gezeigt. Sie baute die Exzellenzstrategie auf und bereitete die Exzellenzstrategie auf. So werden diese Organisationen nicht nur mit insgesamt 385 Mio. Euro unterstützt, sondern auch mit angestrebten Partnerschaften und Kooperationen unter den Organisationen selbst. So können einzelne Forschungseinrichtungen, oder einen Verbund einen Antrag auf die Unterstützung der sogenannten exzellenten Forschung stellen.

Die Antragsstellung erfreut jeden Bürokraten oder Stand-up-Komödianten: Der Antrag geht zuerst an die Behörde für Exzellenzcluster des jeweiligen Landes, der geht dann weiter an die Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG), der begegnet uns noch später, und dann an den Wissenschaftsrat.
Die Förderlaufzeit beträgt „zweimal sieben Jahre“ als Drittmittel (projektgebundene Fördergelder) und kann nach dem Ablauf der Laufzeit auch für dasselbe Projekt nochmal beantragt werden. So gibt es aber 10 Universitäten und einem Verbund, die auch dauerhaft gefördert werden. [17]

Abb. 4: Liste der Exzellenz-Forschungsrganisationen: Alles Universitäten und -verbände. (Bildquelle: 17))

Im Jahr 2018 wurde von der DFG knapp 33 200 Projekte mit insgesamt 3,4 Mrd. Euro gefördert und im selben Jahr wurde über 20 200 Förderanträge entschieden. Die Quote der Bewilligung liegt bei fast 30 % und die Förderung bei etwa 34 %. [18]

Das KIT

Abb. 5: Das gegenwärtige Logo des KIT. (Bildquelle: 21))

Das KIT, Karlsruhe Institut für Technologie, ist eine führende Technische Universität in Deutschland und hat mehrere (124) Institute in Karlsruhe und der

Umgebung. Es entstand 2009 als Zusammenschluss der Universität Karlsruhe, die ihren Ursprung 1825 findet, und der Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, welche 1956 gegründet wurde. So ist das KIT ein recht junges Forschungszentrum, wenn man da hingegen die Universität Heidelberg betrachtet, welche 1386 gegründet wurde.[1,2]

Abb. 6: Organigramm zur Organisation und Stellung der KIT-Sektionen. (Bildquelle: 3))

Die 124 Institute sind in fünf übergeordneten Bereichen gegliedert. Sie organisieren den Wissenschaftsbetrieb und seine Infrastruktur. Dem Bereich untersteht einem Bereichsleiter. Bereichsübergreifende Forschungsthemen werden von den KIT-Zentren koordiniert. Die Bereichsleiter kontrollieren die fachliche Weiterentwicklung und verteilen ihre Ressourcen möglichst sinnvoll. Die Bereichsleiter vertreten ihren Bereich vor dem internen Präsidium. Das Präsidium ist quasi die Administration des KIT: Sie kontrolliert die strategische Gesamtsituation, verantwortet das Berufungsgeschehen, also irgendwelche Unfälle, sowie die Finanzierung. Das Präsidium des KIT wiederum, vertritt das KIT gegenüber einem Aufsichtsrat und den Zuständigen des Bunds und Land. [3] Die Abbildung 1 beschäftigt sich mit dem Aufbau der Organisation des KIT, das ist ein sogenanntes „Organigramm“.

Das KCETA-Institut

Das KCETA-Institut ist ein Institut, welches sich für die Astroteilchenphysik interessiert, sie unternehmen Forschungen, oder unterstützen sie, weltweit in den Bereichen Kosmische Strahlung, Hochenergie Neutrino-Astronomie, Dunkle Materie, indirekt sowie direkt, in der Quantenfeldtheorie, Theoretische Kolliderphysik, Flavourphysik, Neutrinophysik, wozu auch das KATRIN gehört, Computergestützte Physik, Technologieentwicklung, Beschleunigerforschung, sowie weitere Projekte, die in Planung sich befinden. [26]

Wie finanziert sich das KIT?

Abb. 7: Wie die Gelder aufgeteilt sind. (Bildquelle: siehe 4); S. 102)

Das KIT hatte 2018 einen Jahresetat von 880,9 Mio. Euro. Davon kamen etwa 31,8 % vom Bund und knapp 30 % (29,9 % berechnet; 29,8 % angegeben) vom Land, der Rest (38,4 %) ist von Sonstigen „Drittmitteln“.[1,4] Doch wie hat das KIT das Geld erhalten? Wie kam das Geld von z.B. Bund und Land zum KIT? Im Jahresbericht 2018 vom KIT, welches als Quelle Nr. 4 angegeben ist, wird das Jahresetat in zwei Sektoren aufgeteilt. Der erste Sektor ist der Universitätsbereich und der zweite ist der Großforschungsbereich. Die dazugehörige Grafik steht rechts neben den Text. Die sonstigen Drittmittel sind Verfügungen aus dem DFG, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und deren Sonderforschungsbereiche (SFB), die EU, vermutlich Zusatzgelder vom Bund und Land, es gibt auch eine Quelle mit „sonstige Erträge“, das sind vermutlich irgendwelche Spenden, von der Industrie oder eigene Einnahmen.

Abb. 8: Woher die Drittmittel kommen. DFG = Deutsche Forschungsgemeinschaft; SFB = Sonderforschungsbereich. Extln konnte ich leider nicht herausfinden. (Bildquelle: 4))

Was ist KATRIN, was macht KATRIN?

Abb. 9: Die Einweihung von KATRIN am 11.06.2018. Mit dabei Prof. Dr. Blümer: Dritter von links; außerdem noch zwei Nobelpreisträger anwesend. (Bildquelle: 11))

Als Zusammenfassung könnte man KATRIN, also Karlsruher Tritium Neutrino Experiment, zusammenfassen, dass es mit einer ausgeklügelten Methode um eine Größenordnung genauer die Masse des Neutrinos bestimmen kann, als alles bisher. Also kurz: KATRIN ist die bisher genaueste Neutrino-Waage der Menschen. Um vorzustellen, was KATRIN genau ist, habe ich zu den folgenden Fragen, die man vielleicht haben könnte, eine Antwort geschrieben.

Warum nur in Karlsruhe am KIT? Weil das KIT als einzige Forschungsorganisation eine Lizenz hat, bis zu 40 Gramm zu lagern oder verwenden. Deshalb steht KATRIN im KIT. [12]

Was ist ein Neutrino und wie leicht oder schwer ist es denn?

Das Neutrino wurde bereits ziemlich früh, also 1930, von Wolfgang Pauli postuliert, er kam zu der Erkenntnis, dass beim β-Zerfall eine bislang unbekannte Energie bzw. Masse fehlt, oder dass der Energieerhaltungssatz möglicherweise doch nicht korrekt ist. Enrico Fermi ging auf dieses fehlende Teilchen genauer ein und beschrieb es erstmals. So kommt der Name Neutrino daher, dass er das zuvor „Neutron“ genannte Teilchen in Neutrino umbenennt.[5] 1933 wurde diese Theorie erstmals einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt und eine Frage nach dem experimentellen Nachweis entstand. Da das Neutrino so leicht sein muss, war klar, dass diese Aufgabe schwierig werden wird. Der Suffix -ino ist ein italienisches Diminutiv (Verkleinerungsform/Verniedlichung). Eine Beobachtung gelang tatsächlich erst 1956. Ein Kernreaktor, der benutzt wurde, emittiert durch den Betazerfall sogenannte Elektron-Antineutrinos. Die Antiteilchen haben immer die umgekehrten Eigenschaften von den „eigentlichen“ Teilchen.[6] Ein eV/c² entspricht ungefähr 1,782 661 922 × 10-36 kg, ein eV entspricht exakt 1,602 176 634 × 10-19 J. [9]

Eigenschaften von den Neutrinos (siehe 8))
  Elektron-Neutrino (ve) Myon-Neutrino (vµ) Tau/Tauon-Neutrino (vτ)
Elektrische Ladung neutral neutral neutral
Masse < 1 eV/c² [7] <170 keV/c² <18,2 MeV/c²
Farbladung keine keine keine
Spin ½ ½ ½
Wechselwirkungen Schwache, Gravitation Schwache, Gravitation Schwache, Gravitation

Zu einem Elektron z.B. gehört bei einem β-Zerfall immer ein Elektron-Antineutrino, beim Myon ein Myon-Antineutrino, das gleiche wie beim Tau(-on).

Durch die geringe Masse und auch selten große Energie des (Elektron-)Neutrinos wechselwirkt es nur sehr selten mit Materie, was im Folgenden Link ganz gut erklärt wird: https://de.wikipedia.org/wiki/Neutrino#Durchdringungsf%C3%A4higkeit.

Warum ist es so wichtig zu wissen, wie schwer ein Neutrino ist?

Die Neutrinos wechselwirken nicht mit der starken Wechselwirkung, da sie keine Farbladung haben, und da sie elektrisch neutral sind auch nicht mit der elektromagnetischen Wechselwirkung. Sie sind die einzigen Teilchen, mit solchen Eigenschaften. So können sie mit ihrer Masse nur mit der Gravitation wechselwirken, was allerdings auf den Skalen der Teilchenphysik sehr irrelevant ist, und mit der schwachen Wechselwirkung, sie wirkt hauptsächlich im β-Zerfall welche trotz ihrem Namen viel „stärker“ in ihrer Wirkung ist, als die Gravitation, allerdings wirkt die schwache Wechselwirkung nur über extrem kurze Distanzen.

Wie misst KATRIN die Masse der Neutrinos? (Aufbau)

Abb. 10: Die schematische Darstellung von KATRIN. (Bildquelle: 13))
Abb. 11: Der Zerfall von tritium im Beta-Zerfall.
Abb. 12: Der Betazerfall von Tritium dargestellt. (Bildquelle: 14))

Das Messprinzip von KATRIN ist modellunabhängig, erfolgt aber nicht direkt, wie wenn man einen Menschen auf eine Waage stellt. Auch würde das nicht so funktionieren, da wir ja gelernt haben, dass ein Neutrino mit nur sehr schwierig wechselwirkt. KATRIN misst deshalb die kinetische Energie des Elektrons im β-Zerfall. Nämlich wenn ein Tritium-Atom spontan zerfällt (HWZ: 12,32 a), zerfällt es in ein Helium, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. Dabei wird ein Neutron zu einem Proton (Formel als Bild). Die freiwerdende Übergangsenergie teilt sich in der Ruhemasse des Elektrons, wenn das Neutrino massiv ist auch in die Ruhemasse des Neutrinos, und der Rest als kinetische Energie in Elektron und Antineutrino.

Grundsätzliche könnte jedes Isotop, das in einem Betazerfall zerfällt, dafür genutzt werden. Die Wahl fiel jedoch auf Tritium, da es eine geeignete Halbwertszeit hat (s.o.) und eine möglichst einfache Kernstruktur aus nur wenigen Nukleonen. [14] Die genaue Arbeitsweise bis ins kleinste Details, was ich durchaus machen könnte, allerdings habe ich nicht vor das alles zu erklären, da das den Rahmen und meine vorgegeben Zeit einfach sprengt. Gehen wir aber weiter zu den einzelnen Bausteinen von KATRIN, die ich erläutern mag.

Rear Section/Schlusssektion

Auf der Webseite ist der Text zwar „unter Bearbeitung“ (Stand 05.02.2020) [22], aber meine Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Johannes Blümer ergab, dass die Schlusssektion Ionen aufnimmt und elektrisch neutralisiert, es definiert das Potential der Gasquelle. (Siehe E-Mails mit Prof. Dr. Johannes Blümer)

Transportbereich

Aus dem WGTS (Windowless gaseous tritium source, fensterlose, gasförmige Tritium-Quelle) kommt das Tritium für den Hauptspektrometer. Das Tritium hat eine recht hohe Reinheit von > 95 % und wird auf 27 K / -246 °C. Es werden ständig nur wenige Gramm Tritium in den Spektrometer-Bereich gelassen. In dem weiteren Bereich, z.B. DPS (differenzielle Pumpstrecke), wird das Tritium für den Spektrometer aufbereitet. [23, 24]

Spektrometer-Bereich

Im Spektrometer-Bereich wird zuerst die energiearmen durch den Zerfall entstehenden Elektronen absorbiert, da sie keinen weiteren Nutzen haben, der Vorspektrometer kommt aus den ersten Tests im Rahmen des KATRIN-Projekts. [27] Im Hauptspektrometer werden die Elektronen über ein starkes magnetisches Feld geleitet und dort wird auch gemessen, wie sich die Elektronen am Ende des Spektrums sich verhalten, welche wichtige Informationen über die Neutrinomasse enthalten. Das Monitor-Spektrometer misst die Position der Elektronen aus den Zerfällen, zur Überwachung der Spannungsstabilität dient der Hauptspektrometer als sehr präzises Instrument. [25]

Wie finanziert sich KATRIN?

Bisher kostete KATRIN übrigens etwa 60 Millionen Euro [12] (Stand: höchstens 29.11.2019). Prof. Dr. Blümer hat mir verraten, dass jedes Jahr 15 Millionen Euro Personalkosten etwa entstehen, die USA sollen direkt 10 % der Kosten beisteuern, auch Tschechien hat einige 105 Euro beigesteuert und unverzichtbares Know-how. Allgemein gilt bei internationalen Projekten, dass man nie auf das Geld schauen sollte.

Um sich ein Bild zu machen, in welchen Größenordnungen sich eine Investition wie KATRIN bewegt, muss man sich den Aufwand anschauen, der hier betrieben werden muss. Produziert wurden die Bauteile von KATRIN in der Nähe von Regensburg. Da die Teile für den Straßen- oder Schienentransport zu groß sind, mussten die Teile auf dem Schiffsweg transportiert werden. Per Schiff ging es von Regensburg über die Donau ans Schwarze Meer und von dort über den Bosporus, das Mittelmeer, den Atlantik bis über den Kanal in den Rhein rein. Dieser Hauptspektrometer wurde dann in Leopoldshafen abgelegt und per Transporter ganz langsam durch die Straßen von Leopoldshafen ins Campus Nord in die eigens dafür errichtete Halle gehievt. Zuvor wurde jede Engstelle der Reise des Hauptspektrometers ausgemessen, nicht dass er Durchmesser zu groß werden würde. [27] Die Seereise dauerte zwei Monate.

Als Gegenzug bekommen die internationalen Partner und auch inländische Mitarbeiter eine gute Ausbildung, Studium oder Promotion. Bei der Beteiligung am Projekt erhoffen sich die Geldgeber und Wissenschaftler etwas Anerkennung.

Nachdem um 2000 die ersten Ideen von einer noch präziseren Neutrino-Waage aufkamen, als es sie bisher schon gibt, z.B. in Mainz oder Troitsk bei Moskau, hatte man sich in einem Workshop führende Neutrino-Wissenschaftler berufen und einige aus dem Bundesministerium nach Bad Liebenzell in eine Burg eingeladen und darüber nachgedacht, wie man so ein Projekt verwirklichen konnte. Einige Tage später soll einer vom Bundesministerium in Bonn am KIT angerufen haben und nachgefragt, wie viel das Projekt wohl kosten würde. „So ungefähr 2 Millionen Mark“. Nachdem man einige Tests und Simulationen durchgeführt haben soll, und erste Teile gebaut wurden, waren die Kosten auf 16 und später auf 24 Millionen Euro gestiegen. Diese wurden von dem Ministerium auch gebilligt. Nachdem wieder einige Jahre vergangen waren und festgestellt wurde, dass der 7-Meter-Hauptspektrometer leider nicht ausreichte, dass die Kosmologen ihr Verständnis über das Universum in den ersten Momenten verbessern können. So wuchs der Hauptspektrometer von 7 auf 10 Meter an. Jetzt brauchten sie Gelder von 32 Millionen Euro und einen Grund, dass sie das Projekt weiter finanzieren. Sie gaben an, dass das Projekt nur in Karlsruhe durchführbar ist, weil es das bis heute übrigens noch die einzige Universität ist, die soviel Tritium bereitstellen darf. Das war ein guter Grund. Dann war noch einige Überzeugungsarbeit notwendig, dass das Tritium aus dem nicht mehr verwendeten Tritiumlabor für den Tritium-Testfusionsreaktor für KATRIN zu verwenden. Nachdem klar war, dass diese Hochspannung von ca. -18 535 Volt für den Messprozess über Jahre unbedingt halten muss, genauso wie mit der konstanten Temperatur von etwa 27 K des Tritiums (Zahl aus 23)), mussten neue Technologien her, oder das KIT schaltet sich mit der Uni in Göttingen in Verbindung, jedoch hatten sie eine solche Technologie auch nicht, nur die Tschechen, über die die KATRIN-Kollaboration eher zufällig gekommen sind, die auch an sowas schon jahrzehntelang arbeiten, hatten diese Technologie. Sie wurden dann ebenso ins Boot geholt und lieferten dieses „unverzichtbares Knowhow“ für KATRIN. Die größte Schwierigkeit lag darin, diese Tritium-Aufbereitung vor dem Spektrometerbereich zu bauen, bzw. bauen zu lassen. Es wurde eine Firma in Kalifornien, USA, beauftragt diesen Teil für einen Festpreis von 8 Millionen Euro oder Dollar zu bauen. Leider schaffte es diese Firma aus Los Alamos nicht, den Teil zu liefern und so erklärten sie sich bereit, die bisher gefertigten Teile plus 10 Millionen Euro bereitzustellen und sich von dem Vertrag zurückzuziehen. Das KIT hätte theoretisch gerichtliche Schritte dagegen einleiten lassen können. Der Hauptspektrometer lieferte für einen 6,5 Millionen Euro Vertrag plus Transport in KIT die Deggendorfer Werft. Das war sozusagen ein Schnäppchen im Vergleich dazu, wenn man den Hauptspektrometer in eine noch extra gebaute Halle bauen zu lassen. Bis zum Tag, an dem das Projekt soweit stand, wurden wie bereits gesagt ziemlich genau 60 Millionen Euro ausgegeben. [27]

Ablauf des Gespräches oder E-Mail-Wechsel mit Prof. Dr. Blümer

Zuerst habe ich mit einer willkommenden Nachricht an Prof. Dr. Blümer den E-Mail-Wechsel begonnen.

Nach bloß 31 Minuten kam bereits eine fast schon unerwartet schnelle Antwort von ihm zurück, zum aktuellen Stand (12.02.2020) bisher noch die einzige E-Mail:

Allerdings habe ich erst am 03.02.2020 gegen 11:46 antworten können:
Ich habe mich erkundigt, ob ein Treffen stattfinden könnte. Am 12.02.2020 habe ich nochmal eine Antwort geschickt, mit meinen Fragen, dessen Antworten ich in meine Arbeit einbeziehen werde, allerdings, wie schon erwähnt, hat er sich bis zum 12.02.2020 noch nicht gemeldet, was wohl an seiner großen Geschäftigkeit liegen wird. Meine E-Mail beinhaltet noch fröhliche „Emoticons“:

Meine Fragen betreffen einige Themen meiner Arbeit und sind möglichst auf sein Aufgabengebiet angepasst.
Also sind die Fragen diese:

  • Fragen zur Finanzierung von KATRIN (mein eigentliches Thema):
    • Wie ist der Anteil von Grundfinanzierung, Programmmittel und Drittmitteln?
    • Sind Betriebe der freien Wirtschaft beteiligt?
    • Sind auch ausländische Geldgeber beteiligt?
    • Was versprechen sich die einzelnen Parteien von ihrer Beteiligung?
    • Welche Gegenleistungen bekommen Geldgeber (Staat, Hochschule, ggf. Betriebe, ggf. ausländische Partner)
    • Wie läuft das ab, dass man finanziert wird, gibt es Anträge, werdet ihr vielleicht unvermittelt finanziert, gibt es Präsentationen für die Geldgeber…?
  • Fragen zur Bedeutung von KATRIN
    • Was denken Sie, wie bekannt KATRIN in der Öffentlichkeit ist?
    • Und wie international ist KATRIN?
    • Warum ist es so wichtig zu wissen, wie schwer ein Neutrino ist und warum sollte der Geldgeber dafür Geld geben?
  • Fragen zur Funktionsweise von KATRIN
    • Wie funktioniert KATRIN, gibt es irgendwelche Handbücher als PDF zum Beispiel auch für nähere Informationen, als bislang auf dem schnellen Weg via Wikipedia, o.ä. möglich ist?
    • Was macht die Rear Section/Schlusssektion bei KATRIN?
  • Fragen zu Ihrer Person
    • Was machen Sie in ihrem Beruf genau?
    • Darf ich fragen, wieviel Sie etwa verdienen und wie sehr Ihnen das Geld wichtig ist?
  • Fragen zur Finanzierung des KIT
    • Wie funktioniert die Finanzierung beim KIT?
    • Wie wird das Geld intern unter den Bereichen und Instituten verteilt?

Am 12. Und 13.02.2020 ging es dann auf einmal rund: Prof. Dr. Johannes Blümer hat auf meine Fragen passende Antworten gegeben und super kurzfristig einem Treffen für den 13.02.2020 gegen 16:00 Uhr bei mir zugestimmt. Seine Antworten per E-Mail sind:

Fragen zur Finanzierung von KATRIN (mein eigentliches Thema):

Wie ist der Anteil von Grundfinanzierung, Programmmittel und Drittmitteln?

Der Aufbau hat exakt 60 M€ als Investition gekostet. Grundfinanzierung und Programmittel kann man bei Helmholtz’ Programmorientierter Förderung eigentlich nicht unterscheiden. Die Drittmittel sind ca. 5 M€, wiederum nur der Investanteil. 

Zusätzlich braucht das Projekt bei 150 Personen ca. 15 M€/a Personalkosten, die in den 60 M€ NICHT enthalten sind.

Sind Betriebe der freien Wirtschaft beteiligt?

Als Auftragnehmer, z.B. die Deggendorfer Werft hat den Tank gebaut. Wichtig war auch “Research Instruments” in Bergisch-Gladbach…

“Im Projekt drin” sind keine Firmen.

Sind auch ausländische Geldgeber beteiligt?

ja, USA steuern direkt 10% zu den Betriebskosten bei.

Viel läuft über sogenannte ‘in-kind’-Beiträge: Sachen und Verfahren, ohne die es nicht geht. Tschechien z.B. hat wenig Geld (wenige 100 T€) aber unverzichtbares Knowhow beigetragen. Für eine faire Anerkennung darf man in internationalen Projekten NIE NUR AUFS GELD schauen!

Was versprechen sich die einzelnen Parteien von ihrer Beteiligung?

Man ist dabei, wenn eine unglaublich wichtige Größe gemessen wird. 

Und wer das kann, der kann mit diesen Kompetenzen auch noch anderes…

Welche Gegenleistungen bekommen Geldgeber (Staat, Hochschule, ggf. Betriebe, ggf. ausländische Partner)

Grundlagenwissen und Technologie sowie bestens ausgebildete Leute (Master, Dr.)

Wie läuft das ab, dass man finanziert wird, gibt es Anträge, werdet ihr vielleicht unvermittelt finanziert, gibt es Präsentationen für die Geldgeber…?

Es gibt (vergessen weiter zu schreiben?)

Fragen zur Bedeutung von KATRIN

Was denken Sie, wie bekannt KATRIN in der Öffentlichkeit ist?

Sehr bekannt, vor allem wegen dem Tanktransport. (Dort waren 30 Tausend Menschen anwesend! [27])

Unsere Medienanalyse zeigt auch eine Riesenresonanz auf das erste Messergebnis.

Und wie international ist KATRIN?

Naja, total mit x Ländern, siehe Webseite-

Warum ist es so wichtig zu wissen, wie schwer ein Neutrino ist und warum sollte der Geldgeber dafür Geld geben?

Weil die Neutrinomasse eine fundamentale Größe ist. Im Standardmodell der Teilchentheorie ist die Masse Null. Aus den Neutrinooszillationen weiß man aber, dass die Masse nicht null sein kann (=Nobelpreis). Neutrinos waren nach dem Urknall die ersten massiven Teilchen, die sich quasi-frei bewegen konnten, sie hatten geringe Wechselwirkung und flogen bei kleiner Masse und hoher Energie mit fast Lichtgeschwindigkeit. Dabei haben sie die ersten Verdichtungen von Materie etwas wieder ausgewaschen. Das Ergebnis ist genau die Klumpigkeit des Universums, wie wir sie aktuell beobachten. Je nach Neutrinomasse sähe das heutige Weltall anders aus.

Fragen zur Funktionsweise von KATRIN

Wie funktioniert KATRIN, gibt es irgendwelche Handbücher als PDF zum Beispiel auch für nähere Informationen, als bislang auf dem schnellen Weg via Wikipedia, o.ä. möglich ist?

ich suche mal was… (weitere Infos sind z.B. auf https://katrin.kit.edu zu finden)

Was macht die Rear Section/Schlusssektion bei KATRIN?

Ionen aufnehmen und elektrisch neutralisieren, das Potential der Gasquelle definieren.

Fragen zu Ihrer Person

Was machen Sie in ihrem Beruf genau?

Als Bereichsleiter Wissenschaftsmanagement und Wissenschaftler/innen dirigieren, gute Rahmenbedingungen setzen, neues anstoßen

Darf ich fragen, wieviel Sie etwa verdienen und wie sehr Ihnen das Geld wichtig ist?

Nein lieber nicht 😉

Geld allein macht nicht unglücklich. In der Industrie bekäme jeder von uns das 3-10 fache, aber man hat da halt andere Zeile

Fragen zur Finanzierung des KIT

Wie funktioniert die Finanzierung beim KIT?

1/3 kommt von der Helmholtz-Gemeinschaft.
1/3 kommt vom Land BW.
1/3 sind Drittmittel, die von den ca. 360 Professor/innen etc. eingeworben werden (durch Anträge…).

(s. Wie wird das KIT finanziert)

Wie wird das Geld intern unter den Bereichen und Instituten verteilt?

Naja, das KIT mit seinen internen Strukturen war ja da bevor es die Bereiche gab. Also war die anfängliche Verteilung so, dass jeder Bereich, das bekommt, was er gemäß seinen Einrichtungen braucht. Nach diesen Startwerten geht es etwas dynamisch zu, je nach strategischen Entwicklungen und Erfolgen bei Begutachtungen. Insgesamt stehen wir mit diesem Mix (s.o. *) stabil und langsam wachsend dar. Deutschland ist mit im Prinzip +3% pro Jahr (!) in die Wissenschaft viel besser dran als die meisten anderen Länder. Das brauchen wir auch, um weiter Hightech produzieren zu können.

Treffen mit Prof. Dr. Blümer

Am 13.02.2020 gegen 16:00 Uhr bis 17:20 Uhr, obwohl er nur eine Stunde bleiben wollte, konnte Prof. Dr. Johannes Blümer bei mir vorbeikommen und erzählte von seiner Laufbahn, dem KATRIN-Projekt in Übersicht, kleinere andere Themen. Er bracht mir sogar plastische Gegenstände für die Präsentation mit, wie zum Beispiel T-Shirts von KATRIN.

Vielen Dank für die Zusammenarbeit, wenn Sie (Prof. Dr. Johannes Blümer) das mal lesen!

Quellen:

  1. http://www.kit.edu/kit/daten.php, abgerufen am 30.01.2020
  2. https://www.uniturm.de/magazin/news/wo-steht-die-aelteste-uni-deutschlands-405, abgerufen am 30.01.2020
  3. Abb.1: http://www.kit.edu/img/organigramm-kit-de_rdax_562x713.jpg, abgerufen am 30.01.2020
  4. http://www.kit.edu/kit/organisation.php, abgerufen am 04.02.2020
  5. https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000097610, abgerufen am 04.02.2020
  6. http://www.neutrino.uni-hamburg.de/sites/site_neutrino/content/e45939/e48540/e48541/e48544/infoboxContent48545/material-vorlesung1-moessbauer-pauli.pdf, abgerufen am 05.02.2020
  7. https://de.wikipedia.org/wiki/Neutrino#Forschungsgeschichte, abgerufen am 05.02.2020
  8. https://www.kit.edu/kit/pi_2019_119_neues-limit-fur-neutrinomasse.php, abgerufen am 05.02.2020
  9. https://de.wikipedia.org/wiki/Elementarteilchen; bzw. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1c/Standard_Model_of_Elementary_Particles-de.svg, beide abgerufen am 05.02.2020
  10. https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenvolt, abgerufen am 05.02.2020
  11. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/KATRIN_Transportweg.png, abgerufen ebenso am 05.02.2020
  12. https://www.egg-leo.de/de-wAssets/img/umwelt-wirtschaft/wirtschaft/katrin-einweihung_20180611_web-Bild-KIT.JPG, abgerufen am 05.02.2020
  13. Aus einer Präsentation von Prof. Dr. Blümer; Karlsdorf-Neuthard in den „Schlindwein-Stuben“; am 29.11.2019 gehalten, weitere Beschreibung: https://astronomiefreunde-kn.de/vortragsabend-am-freitag-29-11-19-neutrino-waage-katrin-oder-die-jagd-nach-den-neutrinos/
  14. https://www.katrin.kit.edu/img/Full_Beamline_rdax_758x136.jpg, abgerufen am 05.02.2020
  15. https://www.katrin.kit.edu/deutsch/866.php, und https://www.katrin.kit.edu/img/bdecay.jpg, abgerufen am 05.02.2020
  16. https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Bildung-Forschung-Kultur/Forschung-Entwicklung/_inhalt.html#sprg229112, abgerufen am 07.02.2020
  17. Vergleiche: https://de.wikipedia.org/wiki/Finanzielle_F%C3%B6rdermittel; Übersicht, bzw. https://de.wikipedia.org/wiki/Subvention, beide abgerufen am 06.02.2020
  18. https://www.bmbf.de/de/die-exzellenzstrategie-3021.html#accordion-content-8, bzw. https://www.bmbf.de/de/die-exzellenzstrategie-3021.html, abgerufen am 06.02.2020
  19. https://www.dfg.de/download/pdf/dfg_im_profil/geschaeftsstelle/publikationen/flyer_zahlen_fakten_de.pdf, abgerufen am 06.02.2020
  20. https://www.stifterverband.org/sites/default/files/styles/1000x563_c90/public/forschung_und_entwicklung_fue-facts_2017_infografik.jpg, abgerufen am 07.02.2020
  21. https://www.egg-leo.de/de-wAssets/img/umwelt-wirtschaft/wirtschaft/KATRIN-Ankunft-28.11.2006-Foto-KIT-web.JPG, abgerufen am 07.02.2020
  22. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Logo_KIT.svg, abgerufen am 11.02.2020
  23. https://www.katrin.kit.edu/deutsch/887.php, abgerufen am 12.02.2020
  24. https://www.katrin.kit.edu/deutsch/888.php, abgerufen am 12.02.2020
  25. https://www.katrin.kit.edu/deutsch/890.php, abgerufen am 12.02.2020
  26. https://www.katrin.kit.edu/deutsch/891.php, hauptsächlich aus dem Abschnitt „Spektrometerbereich“, abgerufen am 12.02.2020
  27. http://www.kceta.kit.edu/26.php, abgerufen am 13.02.2020
  28. Gespräch mit Prof. Dr. Johannes Blümer am 13.02.2020 von 16:00 Uhr bis etwa 17:20 Uhr.

Was muss man beachten, wenn man auf Nature publizieren will?

Eine Erstveröffentlichung in der sehr bekannten Fachzeitschrift Nature ist besonders für junge Wissenschaftler ein Durchbruch. Im heutigen Beitrag möchte ich Tipps, Tricks und Hinweise geben, wenn man vorhat, auf Nature oder allgemeinhin in Fachmagazine seine Ergebnisse und Studien veröffentlichen will. Und wenn es doch nicht funktioniert, finde ich tröstende Worte.

Fachzeitschrift Nature

Nature ist eine wöchentlich erscheinende, englischsprachige Fachzeitschrift, welche ein breites Themengebiet in der Naturwissenschaft abdeckt. Neben Science aus den USA ist Nature weltweit die angesehenste Fachzeitschrift für Naturwissenschaften. Sie ist deswegen auch Laien durchaus bekannt. Sie ist meistens einer der meist zitierten Fachzeitschriften in ihrem Gebiet. Es richtet sich zwar auf die Fachwelt aber will sie auch für Interessierte und allgemein zugänglich sein.

Herausgegeben wird Nature von der Nature Publisher Group vom Verlag Macmillan Publishers, die zu der Verlagsgruppe Georg von Holtzbrinck übernommen wurde. Die erste Ausgabe ist vom 04. November 1869. Nature hält Büros in London, New York City, San Francisco, Washington D.C., München, Paris und Basingstoke in Südengland inne.

Was macht eine Publikation der eigenen Leistungen in Nature so besonders?

Nature hat eine besonders große Leserschaft, aber auch eine große und immer stärker werdende Medienwirkung in der Wirtschaft und Industrie, der Presse und Öffentlichkeit und nicht zuletzt auch in der Wissenschaft selbst. Seine eigenen Erfolge und Ergebnisse auf so einem Medium veröffentlichen zu dürfen, zieht erstens internationale Bekanntschaft mit sich und zweitens ist es auch eine großartige Chance für sich oder sein Team selbst.

Allerdings verändern sie nicht deine Karriere wie manche vielleicht denken mögen. Mit einer Publikation stehen nicht alle Grenzen offen und man kann immer ab sofort alles publizieren, was man will. Auch wird einem keine Dutzenden Professorenstellen angeboten. Man erlangt allerdings durchaus Aufmerksamkeit und eine gewisse Bekanntheit, je nach dem wie gut der Beitrag ankommt. Vielleicht mag man damit tatsächlich etwas weiter kommen, aber die Welt wird danach sich nicht um dich drehen.

Was erwartet einem bei der Veröffentlichung?

Vor der eigentlichen Veröffentlichung wird meist 24 Stunden davor eine Pressemitteilung von Nature selbst ausgegeben und ab dem Moment sind mit Anfragen div. Art zu rechnen. Nature hat einen eigenen Pressebereich und enge Beziehungen zu wichtigen Presseagenturen weltweit. Je nachdem, wie wichtig der Beitrag ist und wie gut er ankommt sind mit einigen Dutzend Anfragen zu z.B. Presseinterviews via Skype, Telefon, E-Mail etc. möglich. Es kann auch sein, dass dieselbe Publikation bei einem spezifischen Journal ein nicht so großes Echo aufwirft, als bei der gleichen Publikation in Nature. Es kann sein, dass dich diese Pressearbeiten für einige Wochen oder wenige Monate stark begleiten werden. Bei wirklich guten Arbeiten, insbesondere wenn es fachübergreifende Themen beherbergt, können auch Kooperationsanfragen kommen, oder wenn es eher um angewandte Forschung geht, ob vielleicht die Verfahren genauer erläutert werden könnten, u.ä. Diese Presseinterviews, Anfragen, Fanpost und alles weitere mögliche kommen selbst tief in der Nacht noch rein, die kommen dann eher von der Westküste oder Asien, und wenn man nicht gerade vorhat geheim zu arbeiten, was tatsächlich sehr unüblich ist, muss man sich auch mal Nächte lang mit sowas beschäftigen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft lebt ja davon, dass jeder von meinen Ergebnissen profitieren kann und später vielleicht mit meinem Material hilfreiche Erkenntnisse, welche mich auch weiterbringen. Wenn man dann tatsächlich nicht noch weiterarbeiten will, oder viel Zeit offen hat, der kann Monate danach noch einige Vorträge genau darüber halten.

Nutzen für die Nachwelt

Die Arbeiten werden dann unweigerlich zu dem Gerüst an bereits erarbeitetes Wissen kommen und neue Veröffentlichungen und Publikationen werden dann auf denen aufbauen. Irgendwann werden aus den Erkenntnissen auch etwas Nützliches, ein praktischer Nutzen, gezogen. Und deine Technologie oder Erkenntnis kann dann möglicherweise Fachgebiete weiterbringen, von denen man bislang noch nie etwas gehört hat.

Tipps für die Publikation für Nature selbst

Nature schreibt zwar, dass man die Inhalte in allen möglichen Formen einreichen kann. Ja, schon, aber die ganzen Editoren schauen sich täglich einige Publikationen an, von denen erstmal zwei Drittel aussortiert wird, weil sie nicht den Anforderungen oder gewünschten Formen, Übersichtlichkeit, kurz Publikationsrichtlinien. So soll z.B. im Abstract alles wichtige zusammengefasst und leicht verständlich (für Abiturienten…) stehen, wichtig sind für den Teil auch die Methoden. Der Rest sollte auch z.B. Grafiken enthalten und zwar in richtiger Reihenfolge und sollten am besten auch die Fehlergröße usw. enthalten. Wenn es dem entspricht, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Bearbeiter sich das näher ansehen. Jetzt kommt es auf die Fachsprache und gute Wortauswahl drauf an. Die Redaktion wird euch einige Vorschläge an Wortverbesserungen und Umschreibungen schicken, sodass der Text auch ohne Fachwissen der bestimmten Fachrichtung auskommt. Der wichtigste Teil ist jedoch der Inhalt. Die Redaktion wird sich den Inhalt garantiert sorgfältig begutachten lassen. In der Nature-Veröffentlichung geht es auch weniger um die Techniken, Informationen darüber sollen nur dem Verständnis dienen, was man erreicht hat und wie man dahin gelangt ist. Alles andere kann als Anhang oder Weiterleitung angeführt werden. Dieser Teil ist sehr wahrscheinlich auch länger als der Beitrag für Nature.

Wenn es doch nicht bei Nature klappt

Eine Kosten-Nutzen-Analyse könnte helfen, man sollte sich nicht zu sehr auf Details beschränken und auch nicht den Aufwand überstrapazieren. Auf der anderen Seite sollte man sich für seine Arbeit Mühe geben und wie gewohnt mit Bedacht und Sorgfalt zu seinen Ergebnissen kommen. Es gibt Wissenschaftler, die sich zu sehr auf ihre kommende Arbeit vorbereiten und im Nachhinein immer wieder verzweifelnd gegen die Radaktion oder Gutachter ankämpfen.

Allerdings gibt es auch gute eingereichte Beiträge, die abgelehnt wurden. Selbst Nature hat somit schon immens wichtige Forschungsergebnisse abgelehnt. Tatsächlich ist es öfters als man denkt Glückssache. Nur etwa 8 bis 9 Prozent der Publikationen, die bei Nature eingereicht werden, werden auch tatsächlich publiziert. In diesem Fall lohnt es sich gleich mehrere Anfragen an verschiedene Fachblätter zu senden. Gerade wenn der Editor sogar persönliche Notizen bei der Absage anbeischickt, kann man sich sicher sein, dass seine Arbeit gut war.

In Spaces innerer Dialog

Hm, bist du etwa Wissenschaftler und hast selbst bei Nature publiziert? – Momentan zumindest nicht. Und in Nature habe ich bislang auch noch nicht publiziert. Aber ich bin der Wissenschaft ziemlich nahe. – Okay, jetzt bin ich verwirrt, wie kannst du dann Tipps geben? – Da gibt es diverse Kontakte und Personen. Außerdem braucht man noch ein bisschen Kreativität. – Verstehe. Aber was sucht dieser Beitrag in GSA? – Er hat auch was mit Wissenschaft zu tun. In dem Fall, wie das Leben von Wissenschaftler aussehen. Magst du den Beitrag? – Er ist inspirierend. Und kommen noch weitere Beiträge dieser Art? – Nicht direkt von dieser Art, aber es kommt demnächst noch ein Beitrag mit professioneller Unterstützung, ich darf aber nicht zu viel verraten. – Äh, na gut. In diesem Sinne lassen wir uns sicher gerne überraschen und ich wünsche Ihnen noch einen schönen Abend. – (grinst) Ihnen ebenfalls, Tschüss!

Quellen:
https://www.uni-muenster.de/ZBMed/aktuelles/1443

Heute leider kein Bild.

Beteigeuze

Ursprünglich habe ich gedacht, ich kann das als kleine Randinfo in die Kategorie News an den Rand schreiben. Jetzt aber verkaufen sämtliche Medien und Presseanstalten diese eigentliche fast schon irrelevante Nachricht als wunderbar-herrliche Sensation mit viel Tärä! Kurz: Es wurde eine große Helligkeitsabnahme von dem Faktor 2,6 oder 1,15 mag seit etwa Anfang/Mitte Oktober bei Beteigeuze festgestellt. 

Beteigeuze: vom VLT gesehen.

Was ist Beteigeuze?

Beteigeuze ist ein Roter Überriese von etwa 20 bis 22 Sonnenmassen. Seine Spektralklasse ist M2 Ia. Er ist zusammen mit Rigel die dominierenden Sterne im Orion, bzw. in den Wintersternbildern. Beteigeuze existiert ungefähr seit 10 Millionen Jahren und gehört wegen seiner relativen Bewegung zu der Sterngruppe von Orion OB-1 an, eine Sterngruppe, welche hauptsächlich ähnlich junge Sterne beherbergt. Schon mit dem bloßen Auge kann man den Beteigeuze deutlich dunkel sehen.

Was ist ein Roter Überriese?

Ein Roter Überriese ist ein Stern, der die Hauptreihe verlassen hat, da er nun auch schwerere Elemente fusioniert. Er verbrennt nun in verschiedenen Schalen zum Kern hin immer schwerere Elemente. Das nennt man Schalenbrennen. So setzt aber immer die nächsthöhere Kernfusion ab einer gewissen Temperatur und Masse ab. Die Kernfusion von Helium in Kohlenstoff dauert dabei nicht so lange, wie die Fusion von Wasserstoff in Helium. Je fortgeschrittener der Prozess ist, desto schneller geht der Prozess.

Das HRD. (Hertzsprung-Russell-Diagramm)

Dabei kann er nur soweit Schalen haben, wie er auch die Elemente fusioniert. D.h. wenn ein Stern gerade Neon fusioniert, hat er eine Wasserstoff-Schale, eine Helium-Schale und eine Kohlenstoff-Schale.

Manche Rote Überriesen, besonders die größeren, die „Hellen Riesen“ oder die „Überriesen“ neigen dazu, zu pulsieren.

Rote Riesen oder Rote Überriesen entstehen aus den großen Hauptreihensternen, die im Asymptotischen Riesenast heraufsteigen. Auch schwere, heiße und blaue O-Sterne wandern über die Überriesen, später eventuell über die Wolf-Rayet-Sterne zur Supernova. So werden Rote Zwerge, wenn sie kleiner als etwa 0,5 Mʘ sind, zu Weißen Zwergen und glühen dann infolge thermischer Reaktionen einige 1010 Jahre nach, wenn sie größer als etwa eine Halbe Sonnenmasse, werden sie zu Roten Riesen, und so weiter (s. Diagramm). Nach folgender Faustformel war Beteigeuze etwa 6 Millionen Jahre lang in der Hauptreihe als ≈O5-Stern, bevor er dann als Blauer Superriese immer rötlicher wurde. TesT ≈ 1010 a × (M/Mʘ) × (Lʘ/L). Dabei steht TesT für die grobe Anzahl der Jahre für den Verbleib in der Hauptreihe, a für Jahre, M und L für die Masse und Leuchtkraft des Sterns, und Mʘ und Lʘ steht für die Sonnenleuchtkraft. So würde es mit einem Stern (Sx) von M = 1,3 Mʘ; L = 1,65 Lʘ aussehen: TesT ≈ 1010 a × (1,3/1) × (1/1,65) ≈ 7,879 Mrd. a. 

Das Diagramm zeigt die Entwicklung der Hauptreihensterne.

Wo befindet sich Beteigeuze?

Wie schon in der Tabelle erwähnt, befindet er sich im Sternbild Orion. Er bildet die „Schulter“ des Orion und liegt „gegenüber“ von Rigel. Der Orion ist im Herbst/Winter zu sehen, am Besten im Dezember, und ist in seiner Gestalt und Auftreten sehr markant und kaum zu übersehen. Der Orion und somit auch Beteigeuze stehen dem Himmelsäquator nahe. (Der Himmelsäquator schneidet den Orion).

Er markiert am Wintersternenhimmel in den nördlichen Breiten etwa das Zentrum des Wintersechsecks. Das Wintersechseck besteht aus Capella, Aldebaran, Rigel, Sirius, Prokyon, Castor oder Pollux. Im Folgenden kommt eine Sternkarte:

Beteigeuze als östliche Schulter des Orion.

Was sind die möglichen Gründe und Erklärungsversuche für die Helligkeitsabnahme? 

Wie schon gesagt, sinkt die Helligkeit von Beteigeuze seit etwa Mitte Dezember, wie hier verdeutlicht: 

Die gemessenen Helligkeiten lagen aktuell Jahresanfang rund um +1,6 mag. Edward Guinan meldete Ende Dezember auf Astronomer’s Telegram eine Helligkeit von +1,294 mag.

Woran liegt das? Edward Guinan schrieb in seinem Text, dass wahrscheinlich seine zwei verschiedenen Zyklen sich momentan überlappen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass austretendes Gas oder Staub aktuell Beteigeuze leicht verdeckt. Die Temperatur der Photosphäre des Sterns ist bereits um 150 K gefallen (Teff = 3’545 K) und seit 1993 ist der Radius um 15 % kleiner geworden.

Beteigeuzes Helligkeitsabnahme

Die Zwei verschiedenen Zyklen? Was ist das genau? Nun, die Photosphäre von Beteigeuze und übrigens auch andere ähnliche Rote Überriesen, wie Mira (Omikron Ceti), pulsieren. Beteigeuze zum Beispiel ist so ein SRc-Typ, also helbregelmäßig und variabel. Die Photosphären von Mira-Sternen schwingen stets mit der Grundfrequenz, schwingen andere halbregelmäßig, wie auch Beteigeuze, wie eben schon gesagt, in einer oder mehreren Harmonischen. Bei Beteigeuze gibt es zwei solcher Zyklen und die sollen sich jetzt nach der Ansicht von Edward Guinan überlappen.

Was macht die Presse daraus?

Die Presse und die ganzen Zeitungen und andere Medien wollen natürlich möglichst interessante Nachrichten präsentieren und teilweise geht das zu weit und wird schnell so dargestellt, dass die Nachricht sensationell wirkt. Schade eigentlich.

Die meisten deutschsprachigen Medien, sogar allgemeinbekannte Medien haben nun sowas geschrieben wie: „Beteigeuze – Im Sternbild Orion erscheint demnächst eine Supernova“, und im Textkörper als erster Satzteil dann sowas wie: „Astronomen wissen, Beteigeuze…; Wissenschaftler sagen, dass Beteigeuze in naher Zukunft explodiert; Wissenschaftler, Wissenschaftler, Forscher, und die Astronomen…“. Mein Mund wird beim Lesen solcher Schlagzeilen in ein langegezogenen, geraden Mund und meine Augen schließen sich, die Hände ballen sich zu Fäusten.

Tatsächlich gibt es einige Medien, die behaupten, dass es schon in einigen Wochen, Monaten oder wenige Jahre soweit sei, oder dass er in Wahrheit 2012 explodierte und die mega-ultra-gigantomanischen Schockwellen, die natürlich nur Aliens gemacht haben können, und dann dass wir es in 643, oder jetzt nur noch 636 ½ Jahre mitbekommen. In 2655. Pah! Wer’s glaubt!

Wenn mich jemand fragen würde, warum solche Berichte nicht stimmen, im Bezug auf das Datum der Supernova, dann würde ich ihm antworten, dass ein Helligkeitsabfall alleine als Erklärung nicht ausreichen würde, aber tatsächlich nicht genau wisse, warum er das jetzt tut. Und dass derjenige ganz sicher nicht mehr in seinem Leben eine Supernova von Beteigeuze ausgehend beobachten könne. Die überlappenden Zyklen sind aber doch eine gute Theorie. Bei einer Supernova wird der Stern zuvor nochmal in der Helligkeit für gewöhnlich ansteigen, wie wir inzwischen recht gut wissen.

Wie lange dauert es tatsächlich zu einer Supernova?

Einer Schätzung und Modellberechnung von slate.com zufolge wird es grob noch 100’000 Jahre dauern, bis Beteigeuze detoniert. Miteinbezogene Parameter waren Radius, Leuchtkraft, Masse, Massenverlustrate vom Sternenwind, Rotationsdauer, Alter und sowas. Eine genauere Beschreibung gab es nicht, aber wenn dieser Stern einiges an Helium bereits verbrannt hat und die Kohlenstoff-Fusion irgendwann demnächst einsetzt, kann die Supernova, es wird eine Supernova vom Typ II werden, in den nächsten Hunderttausend Jahren durchaus passieren. Maximal wird er nur noch 600’000 Jahre haben, so gebe ich eine vorsichtige Schätzung ab.

Erschwerend kommt hinzu, dass es scheinbar sehr schwierig ist Daten wie die Masse, oder den Radius, die Entfernung oder Leuchtkraft zu bestimmen, wenn man wie oben dargestellt teilweise sehr stark abweichende Werte bei verschiedenen Messmethoden bekommt.

Warum kann man nicht gewiss vorhersagen, wann die Supernova stattfinden wird?

Genau, warum kann man nicht sagen, ja, am 23. Mai im Jahr 173208 wird er hochgehen, oder zumindest im Jahr 173208? Aber eine Sache ist sicher, wenn es soweit ist, und er fusioniert Eisen, wird er garantiert nicht mehr als 0,1 Sonnenmassen verloren haben, so kann er zur Supernova werden. Das Endprodukt wird vermutlich ein Neutronenstern, obwohl er theoretisch schon ein schwarzes Loch werden könnte, bloß wird er in der Supernova vergleichsweise viel Material davonschleudern.

 Nun, Supernovae passieren in unserer Ecke nur seeehr selten! Im letzten Jahrtausend gab es selbst vermutlich nur 4 Supernovae in unserer Galaxie und die Letzte war von 1604. Eine Supernova in unserer Satellitengalaxie GMC, oder GMW, fand 1987 statt. (Die Neutrinodetektoren maßen 11 Neutrinos fast zeitgleich und zwar bereits ein paar Stunden zuvor.) Wenn man also von einem solchen Ereignis zuvor unverhältnismäßig viele Neutrinos detektiert, könnte man sagen, dass sich demnächst eine Supernova stattfinden mag, aber ob man aus den Messungen ein Vektor berechnen lässt, welcher Stern zur Supernova werden wird, ist fraglich. Nachtrag: Man hatte 6 Supernovae letztes Jahrtausend in unserer registriert und man schätzt, dass man die meisten durch interstellare Extinktion in der galaktischen Scheibe nicht mitbekommt. So schätzen die Wissenschaftler 12 bis 26 Supernovae jedes Jahrtausend in unserer Galaxie.

Möglicherweise kann man im Spektrum eines schweren Sterns ablesen, dass er jetzt Silizium oder Sauerstoff fusioniert, und dass es deswegen sehr gut sein kann, dass er in wenigen Jahren detoniert. Aber das geht leider kaum, denn es lässt sich nicht feststellen, wie weit ein solcher Stern im Schalenbrennen ist, denn eine Spektralanalyse scheidet aus, denn so ein Stern ändert mit dem was er fusioniert nicht seinen Charakter, welche Elemente er bereits fusioniert. Man nimmt eben an, dass er eine Wasserstoffschale besitzt und im Kern Helium. Möglicherweise ist er aber auch schon bei der Kohlenstoff-Fusion. Jetzt könnt ihr aber selbst euch die Chance ausrechnen, wie wahrscheinlich es ist, ein Stern zu observieren und feststellen, dass er hochgehen wird, wenn in unserer Milchstraße vielleicht 3 bis 8 Supernovae pro Jahrtausend stattfinden wird. Möglicherweise war das letzte Jahrtausend aber ein Zufall, denn die Menschen haben bereits vor 6 Tausend Jahren begonnen den Himmel zu observieren und als dann etwa zur selben Zeit die ersten schriftlichen Aufzeichnungen entstanden sind, denke ich mir, dass es sicher erwähnenswert gewesen wäre, ein solches Ereignis stattgefunden hätte.

Kann eine Supernova von Beteigeuze ausgehend uns gefährden?

Nein. Die Gammastrahlung und Röntgenstrahlung von Beteigeuze kommt nicht zu uns. Das ist so, weil die Rotationsachse, sprich, der Süd- oder Nordpol von Beteigeuze nicht zu uns zeigt. Außerdem sind wir viel zu weit weg von einer möglichen Supernova von Beteigeuze. Stellen wir dennoch eine Rechnung auf, was für eine Energie zu uns kommen kann. Nehmen wir die Leuchtkraft von Beteigeuze. Die Leuchtkraft sagt uns, was für eine Leistung ein Stern abstrahlt. Der Mensch strahlt ganz ungefähr 80 W ab. Wir arbeiten mit dem niedrigen und dem hohen Wert. Der angegebene Wert im Buch (Kompendium der Astronomie, von Hans-Ulrich Keller, geboren 1943, ISBN 9783440162767, S. 270) wird die Variabel L1 sein und die von der Webseite slate.com L2.
Die Leuchtkraft wurde in Lʘ angegeben. Das ʘ steht für die Sonne.

Wir wissen, dass die Sonne auf ein m2 1367 W in einer Entfernung von 149 597 870 700 m = 1 AE nominal abstrahlt. Um also die ganze abgestrahlte Leistung zu kennen, müssen wir uns eine Kugel mit dem Radius von einem AE vorstellen und jeden Quadratmeter kennen. Die Sonne ist ein isotroper Strahler, d.h. die strahlt in den Raum absolut gleich ihre Leistung ab. Um die Sonnenleuchtkraft also zu kennen, haben wir die Formel Lʘ=4π × r^2 × (P/A). Dabei steht r für den Radius des gedachten Kreises, also r = 1 AE, P steht für die Leistung und A für die Fläche, da wir hier als Erstes benutzt haben. So setzen wir ein: Lʘ=4π × 149 597 870 700 m^2 × 1367 W/m ^ 2. So kommt heraus Lʘ=2,812 293 791 598×1023 m^2 × 1367 W/m ^ 2, also ist eine Sonnenleuchtkraft das Äquivalent zu Lʘ=3,844 405 613 115 × 10^26 W.  Die Abhängigkeit vom Radius und der Temperatur zur Leuchtkraft ist etwa die folgende (Es ist eine grobe Faustformel; die Werte liegen meist nur in der Nähe): L=R^2 × Teff^4 . Das Ergebnis scheint tatsächlich in Watt zu sein. (Vergebt mir, wenn ich euch sagen muss, dass ich nicht „der Mathe-Boss“ bin.) Das wäre bei der Sonne z.B. L=696 342 km^2 × 5 780 K^4 = 5,411 984 383 108 × 10^26 W = 1,407 755 821 770 Lʘ.

Aber die Leuchtkraft von Beteigeuze bei einer möglichen Supernova-Explosion ist eine andere. Es wird eine Steigerung bei der Supernova um das 16’000-fache der Leuchtkraft ausgegangen. Das wäre also dann L1 = 224 Mio. Lʘ; L2 = 2 Mrd. Lʘ. Also eine Abgestrahlte Leistung von L1 = 8,611 468 573 377 × 1034 W; L2 = 7,688 811 226 229 × 1035 W. Um jetzt herauszufinden, wieviel Leistung davon bei uns ankommt, müssen wir wieder die Kreisoberfläche als Entfernung wegen dem isotropen Strahler als Stern dividieren. P_rErde = P_SN/O = P_SN × 4π × r^2. PSN ist wieder die Leistung der Supernova, r wieder die Entfernung zur Erde. Auch wenn die Entfernungsangaben auch wieder sehr stark variieren, nehmen wir eine Parallaxe von 5,07 mas, eine Entfernung von r = 642,5 LJ. In Metern sind das m = r × 299 792 458 × 31 557 600 = 642,5 × 299 792 458 × 31 557 600 = 6,078 519 328 633 × 10^18 m. Jetzt setzen wir in die Formel ein: P_rErde = P_SN × 4π × r^2 = 8,611 468 573 377 × 10^34 W / (4π × 6,078 519 328 633 × 10^18 m^2) = 0,018 546 918 047 W/m^2. Für L2 sieht es wie folgt aus: P_rErde = P_SN × 4π × r^2 = 7,688 811 226 229 × 10^35 W / (4π × 6,078 519 328 633 × 10^18 m^2) = 0,165 597 482 563 W/m^2. Das bedeutet, dass eigentlich fast keine Leistung mehr von der Supernova bei uns ankommt. Und Gammastrahlen vom Ausbruch kommen ganz sicher auch nicht zu uns, da der Stern wie schon gesagt immer noch nicht richtig zu uns ausgerichtet ist.

Ihh! Ich muss mal mach einer Funktion suchen, Formeln einfügen zu können. Das sieht in Word einfach besser aus!

Quellen

Bildquellen:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Sternbild_Orion.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Betelgeuse_AAVSO_2019.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Stellar_evolutionary_tracks-en.svg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/HRDiagram.png
https://www.eso.org/public/images/eso0927b/

Inhaltliche Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Beteigeuze
http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-basic?Ident=alf+ori&submit=SIMBAD+search
http://www.astronomerstelegram.org/?read=13341
http://www.astronomerstelegram.org/?read=13365
https://en.wikipedia.org/wiki/Betelgeuse
https://slate.com/technology/2014/09/betelgeuse-astronomers-give-it-100000-years-before-it-explodes.html
https://www.schuelerlabor-astronomie.de/wp-content/uploads/2019/06/Fanni-Fiedrich-Spektroskopie-des-Roten-Riesensterns-Beteigeuze.pdf
https://astro.uni-bonn.de/~deboer/praktikant/sternent.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Supernova
https://www.youtube.com/watch?v=dUf2ZHtF2IA
ISBN 9783440162767, S. 270
ISBN 9783440162767, S. 280; und generell das Kapitel 5

Astrologie und Astronomie

Viele Menschen, die keine Ahnung von der Astronomie haben, oder sagen, dass sei ihnen zu hoch (Hah! ^^) und andere, die sich nur moderat dafür interessieren, oder andere Schwierigkeiten mit der Materie haben, können die Astrologie nicht von der Astronomie unterscheiden. Dass zum Beispiel die Wörter so ähnlich geschrieben werden. Wobei der Unterschied noch vor 2, 3, 4 Hundert Jahren nicht all zu groß war. (Dennoch hat Keplers Frau in seinen jungen Jahren ihn verlassen, weil sie glaubte, dass die Astrologie modern gesagt Aberglaube ist.) Tatsächlich hat die Astrologie nicht viel mit einer Wissenschaft gemeinsam.

Warum schreibe ich so einen Beitrag? Weil ich letztens schon wieder jemand gehört habe, der das irgendwie durcheinanderbringt. Außerdem ergänzt es meine Sammlung an Beiträgen hier auf GSA und lässt sich hoffentlich auch ein wenig verbreiten. Also für Interessierte: Normalerweise geht es hier auch viel tiefer in die Materie rein.

Unterschiede

Was bedeutet Astrologie? Was bedeutet Astronomie?

Astrologie setzt sich aus den Wörtern „ástron“ und „lógos“ zusammen. Wobei „ástron“ das Wort für „Stern“ ist und das Wort „lógos“ das Wort für „Lehre“ ist.
Astronomie setzt sich auch aus „ástron“ zusammen, aber beinhaltet nicht „lógos“, sondern „nómos“, was so viel wie „Gesetz“ bedeutet.

Was macht man in der Astrologie Astronomie?

Die Astrologie ist heutzutage besonders an dem Erstellen von Horoskopen interessiert. Mithilfe von solchen Horoskopen kann die Zukunft von dir, meist auch danach in welchem Sternzeichen man angeblich geboren ist (Unterscheide Sternzeichen von Sternbildern! Sternbilder sind in der Astronomie Örter an der Himmelsphäre und um sich zu orientieren gedacht). Natürlich sind die Horoskope so allgemein gehalten, dass es vielseitig interpretier bar ist. Tatsächlich können statistisch gesehen Astrologen, die zukünftige Ereignisse anhand von irgendwelchen uninteressanten Konstellationen voraussagen wollen, genauso gut Ereignisse vorhersagen, wie jemand der willkürlich und zufällig Dinge deklariert. Ferner, in rechteren oder konservativeren Kreisen hat die Astrologie auch Verbindungen zur Esoterik und in den Okkultismus.

Die Astronomie ist dagegen eine Naturwissenschaft die wirklich versucht anhand von empirischen Methoden und Belegen die Welt außerhalb unserer Erde kennenzulernen. Sie ist die Wissenschaft von den Gestirnen und Himmelskörpern sowie die mathematischen Grundlagen der Beziehungen zueinander oder das Verhalten der Himmelskörper. Das Verhalten kann eine Bewegung sein, die Beziehung zueinander eine Wechselwirkung und die Himmelskörper Sterne, Planeten, Monde, aber auch Sternhaufen, Galaxien und Galaxienhaufen. Auch wird die Astronomie im Gegensatz zur Astrologie an Schulen, aber hauptsächlichen in Universitäten gelehrt. Die Forschungsergebnisse und das Verständnis finden in der Öffentlichkeit wesentlich mehr Interesse. So kann man mit etwas Geld auch die Astronomie zum Hobby (Begriff: Amateurastronomie) gemacht werden, indem man sich ein handelsübliches Teleskop zulegt.

Probleme mit der Astrologie

Die Probleme in der Astrologie sind jetzt ziemlich klar. Die Astrologie erklärt die Zusammenhänge nicht zufriedenstellend und echte Prognosen von Ereignissen, wie z.B. in der Mathematik, oder in der Meteorologie (Die Meteorologie hat sich ebenfalls vor Jahrhunderten schon von der Astronomie getrennt) stehen auf einem stabilen Fuß. D.h. sie haben Grundlagen, die auf Beobachtungen beruhen und mithilfe von Modellen können sie möglichst genaue Prognosen machen, aber eben nur wenn die Zusammenhänge hinter Mechanismen verstanden werden können.

In der Astronomie muss man schon genauer hingucken. Auch wenn die Astronomie eine Wissenschaft ist, heißt dass nicht, dass sie immer korrekte Ergebnisse bringt und dass alles was gesagt und behauptet wird zweifelsfrei stimmt. Dennoch haben sich in den letzten Jahren Methodiken entwickelt, um an Wissen heran zu gelangen ohne zu spekulieren und ohne mögliche Lücken dabei zu haben. Das ist aber soweit kein Problem.

Astrologie und Astronomie einfach unterscheiden

Astrologie ist also keine Wissenschaft, die Wissenschaft ist Astronomie, oder sowie die Stupidedia ausdrückt: Astronomie – n wie Naturwissenschaft; Astrologie – l wie Lügner, Labertasche. Oder noch besser: Harald Lesch kein Astrologe! Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Astrologie
https://de.wikipedia.org/wiki/Astronomie
https://www.stupidedia.org/stupi/Astrologe

Eine Ecke weiter, Teil 5 – Die Lichtgeschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit ist die obere Grenze. Schneller gehts einfach nicht. Je näher wir an die Geschwindigkeit rankommen, desto mehr Energie musst du verbrauchen. Heute geht es über sie.

Die Lichtgeschwindigkeit ist eine fundamentale Naturkonstante und alle Arten von EM-Wellen breiten sich mit mit dieser Geschwindigkeit im Vakuum aus. Die Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit geht weit über Elektromagnetismus und in der theoretischen Physik hinaus.

Nach der Lichtgeschwindigkeit wurde seit 1983 der Meter definiert. Praktisch, denn nun gibt es keine Unsicherheit mehr in der Einheit selbst. Per Definition ist der Meter das 1/299’792’458tel der Strecke die das Licht im Vakuum in einer Sekunde zurücklegt. Also 299’792’458 Meter pro Sekunde ist Licht im Vakuum schnell. So wird die Geschwindigkeit immer dieselbe haben, bloß kann und wird der Meter durch genauere Messungen verbessert.

Nach den Maxwellschen Gleichungen und späteren Rechnungen sowie Tests musste man feststellen, dass das Licht nicht verschnellern oder verlangsamen lässt, indem man die Lichtquelle ebenfalls bewegen lässt. Das heißt, dass Licht nicht Licht überholen kann.
Später entwickelte Einstein aus solchen Erkenntnissen die Relativitätstheorie. So sagt sie, dass die Lichtgeschwindigkeit, abgekürzt mit „c“, die Grenze darstellt. Nichts sei nach seinen Ideen schneller als Licht, keine Materie, Masse oder Information. Also alles was irgendwie Masse besitzt ist nie schneller als Licht. Massebehaftet sagt man. In der SRT verbindet außerdem die Naturkonstante c erstmals die Masse m und die Energie E in der Äquivalenz von Masse und Energie E = mc². So werden durch c Zeit und Ort zur Raumzeit und mithilfe des Vierervektor (ct, x, y, z) beschrieben.

Die Lichtgeschwindigkeit ist also wahnsinnig hoch. Selbst die Erde bewegt sich um die Sonne mit knapp 30 km/s. Der Sonnenwind der bis zu 800 km/s schnell sein kann, erreicht die Lichtgeschwindigkeit ebenfalls nichtmal annäherungsweise.
Ole Roemer hat zum ersten Mal anhand der Bewegungen von Io vor Jupiter und des daraus resultierenden Schatten belegen, dass das Licht eine begrenzte Geschwindigkeit aufweist und nicht wie man gedacht hat, unendlich. Die Genauigkeit von Roemer war bei 30% Abweichung schon.

Armand Fizeau berechnete die Lichtgeschwindigkeit mit der Zahnradmethode. Er schickte knapp gesagt Licht durch ein rotierendes Zahnrad auf einem entfernten Spiegel und bestimmte so die Lichtgeschwindigkeit auf etwa 314’000 km/s. Léon Foucault verbesserte seine Methode, in dem er mit der Drehspiegelmethode die Distanz verkürzt. Auch konnte er die damit beweisen, dass Licht sich in verschiedenen Medien verschieden schnell ist. Er veröffentlichte 1862 seine Studie und kam auf eine Geschwindigkeit von 298’000 km/s. Maxwell berechnete 1865 die Geschwindigkeit mit e0 und µ0 und erhielt 310’740 km/s.

Während eine Lichtsekunde (c * s = cs / c) 299’792’458 m/s entspricht, ist

Lichtmillisekunde / cms c/1000 299’792,458 m
Lichtsekunde / cs c * s 299’792’458 m
Lichtminute / cmin cs * 60 17’987’547’480 m
Lichtstunde / ch cs * 3’600 = cs * 60 * 60 1’079’252’848’800 m
Lichttag / cd cs* 86’400 = cs * 1’440 * 60 25’902’068’371’200 m
Lichtwoche / cwo / cwe cs * 86’400 * 7 181’314’478’598’400 m
Lichtjahr / cy / ly / lj cs * 86’400 * 365,25 (365,25 Tage wurden für ein Lichtjahr bestimmt.) 9’460’730’472’580’800 m
Parsec / pc 648’000 / Pi * AE 30’856775’814’913’672 m = 3,2165377716743357 cy

 

Eine Animation eines Lichtstrahls von der Erde zum Mond. Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/60/Speed_of_light_from_Earth_to_Moon.gif

So ist die Sonne von der Erde bei genau 1 AE Distanz 8 Minuten und 19,00478 Sekunden mit c entfernt.

Bei der Kommunikation zwischen der Erde und einer Raumsonde im interplanetaren Raum kann diese bei den Lichtlaufzeiten lange Pausen haben. Wenn die Raumsonde gerade z.B. 3,5 AE weit weg ist, dann beträgt die Zeit vom Abschicken zum Empfangen dann 29 Minuten und fast 7 Sekunden. Die Bestätigung dauert nochmal solange, sodass das Licht insgesamt 58 Minuten und 13 Sekunden unterwegs ist. Und auf die Antwort einer Raumsonde weit draußen im Kuipergürtel kann ein Tag vergehen.

Weblinks:
(Erst ab 18:30/19.10.2019 aufrufbar)
https://youtu.be/Jnhsp9aDrAk

Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit

Klimawandel – Eine Reale Gefahr?, Teil 10

Grüne Raketentreibstoffe?

Sicher habt ihr schon mitbekommen, dass diese Reihe etwas stagniert. Das stimmt. Sie wird ab den 02.08 nicht mehr regelmäßig erscheinen. Dafür wird anderes stärker behandelt werden. Auch habe ich mir gedacht, dass deswegen jetzt womöglich andere Reihen in Zukunft auftreten werden. Das Thema News wird eventuell auch etwas kommen. Da habe ich schon was, was heute kommt. Aber auch wegen dem Jubiläum der Mondlandung jetzt, füllt sich trotzdem die Seite. Weiterhin wünsche ich mir gerne weitere Autoren, ihr müsst ja nicht aktiv schreiben. Aber es gilt: Die Seite ist komplett ehrenamtlich, keine Werbung oder Bezahlung für eure Dienste. Aber jetzt zum eigentlichen Beitrag

Heute schreibe ich, themenübergreifend, über die Umweltfreundlichkeit von den Treibstoffen welche in Raketen verwendet werden. Also gehen wir das an.

Schritt 1: Welche Treibstoffe gibt es überhaupt?
Die Treibstoffe, die bei Starts benutzt werden, also in der ersten Stufe sind: Methanox, LH2/LOx, Hydrazin/LOx, APCP, AF513E, RP1/LOx. Aber sie werden im Grunde aufgeteilt in Monergol, Diergol und Triergol, also wieviele Komponente verbrannt werden.
In der Oberstufe wird meist LH2/LOx genommen, da es sehr effizient und einen recht hohen Schub erzeugt. Bei den eigentlichen Satelliten benutzt man Atomtriebwerke, Plasma- oder Ionentriebwerke, da gibt es ganz unterschiedliche Varianten. Aber auch z.B. Lichtsegel, welche rein vom Sonnenwind und der Photonenstrahlung angetrieben werden (Ohne Treibstoffe), so ähnlich wie Kometen, okay, blöder Vergleich. Im Moment würden bei der Nanosatelliten-Generation auch Laser infrage kommen.

Schritt 2: Monergol, Diergol und Triergol – Was ist das?
Monergol sind meist die Festtreibstoffbooster, welche Aluminiumpulver und Chlorverbindungen (meistens) verbrennen. Das ist zwar ineffizient und umweltschädlich, wie man es sich schon gedacht hat, aber sie erzeugen einen unglaublich hohen Schub.
Diergol sind die ganzen Flüssigtreibstoffe, welche mit einem Oxidator verbrannt werden. Bei LH2/LOx ist es also reiner Wasserstoff und Sauerstoff. Das L davor signalisiert, dass es liquide ist. Das erreicht man, indem man es bis auf ca. 20/90K abgekühlt werden muss, oder bei Wasserstoff z.B. auf einem Druck von 700 bar gelagert werden muss. Das ist beides aufwendig und die Kühlsysteme sind nicht die umweltfreundlichsten, 700bar ist zwar nicht umweltschädlich, doch wenn das dann hochgeht, man benutzt gerne Helium zum komprimieren, explodiert das ganze Zeug. Methanox ist da schon besser. Das Methan kann sauber verbrannt werden, sodass zumindest kein CO rauskommt, doch CO2 ist da dabei. RP1 ist Kerosin für Raketen und verbrennt noch sauberer, ist aber ineffizienter als Methanox und noch ineffizienterer als Wasserstoff. Zu dem Wasserstoff gibt es dann noch mit Hydrazin (H2N2) und ist zwar effizient und schön, aber giftig und umweltschädlich.
Wasserstoffperoxid als Oxidator zu verwenden statt Flüssigsauerstoff macht zwar nur in der Oberstufe richtig Sinn, ist aber umweltfreundlicher zu lagern.
Triergol wird kaum gemacht, da muss man nämlich z.B. LH2/LOx und APCP mitführen, was zusätzlich wiegt, aber tatsächlich noch effizienter als Diergol ist, aber durch die Verbindungen die womöglich entstehen könnten, ist es sehr umweltschädlich. Deswegen wird es kaum gemacht.

Schritt 3: Was ist davon die Folge?

Die Folge davon ist, dass die Regierungen immer mehr drängen Alternativen zu finden, welche Methanox oder RP1 verwenden. Denn die Regierungen werden jetzt den Klimawandel immer mehr sehen und Stellen finden, die umweltunfreundlich sind wie Sau und über diese Produkte immer mehr Druck ausüben. Das ist schon der Fall und wird verstärkt aber gewiss auftauchen. Und da forschen sie auch daran.
Die NASA (mal wieder) hat mit ihrer Mission GPIM (Green Propulsion Infusion Mission) eine Arbeitsgruppe ins eben gerufen, welche neue Treibstoffe erfindet und ihre Möglichkeiten auslotst. So AF513E. Das ist ein Treibstoff, welche Hauptbestandteile der von APCP erinnern und auch eine Menge Stickstoff drin ist. Das ist vielleicht nicht ganz so umweltfreundlich, wie man es sich erhofft, aus dem Gemisch werden vermutlich Stickoxide herauskommen. Aber sie versichern, dass dieses Zeug für (ich glaube Monergol) so effizient ist, dass es der Nachfolger von Hydrazin wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass man ohne Bedenken damit hantieren kann. Im Moment ist es noch teuer, aber jetzt haben sie einen Satellit mit der letzten Falcon Heavy Mission (STP-2) hochgeschossen, welcher diesen Treibstoff testet.


Fazit: Also – die Raumfahrt wird bedroht von dem teils echt sehr starken Druck der Regierungen wegen dem Klimawandel, aber Alternativen gibt es und werden benutzt und im Moment großflächig ausgebaut, damit die Privatraumfahrtindustrie keine Umsätze verlieren.

Als nächster Teil werden wir vermutlich bei dem Thema bleiben.

Klimawandel – Eine reale Gefahr? Teil 8

Vorteile?

Bisher haben wir nur über die ganzen Nachteile gesprochen, und ja, sie sind beträchtlich und verheerend. Und wenn wir nichts tun, plump gesagt, wird es warm, sehr warm. Dadurch verändern sich die Gegebenheiten auf den Planeten, die Welt der Lebewesen müssen sich anpassen. Und so weiter und sofort…

Vorteile erscheinen uns beim ersten und beim zweiten Blick nicht. Vermutlich sind wir voreingenommen mit unseren Vorurteilen.

Also gut. Da gibt es ein Vorteil, welches gerne benutzt wird um Halbwahrheiten und Falschmeldungen, Fake News zu bringen, was den Unwissenen verunsichern und noch schlimmer: Es könnte sie dazu verleiten Falsches zu glauben und den Lobbyisten zu stärken. Doch das ist ein anderes Thema, welches gerne auch mal näher behandeln werden könnte.

Spätestens jetzt macht es Klick. Immer noch nicht? Na, warum heißt es denn auch den „Treibhaus-Effekt?“. Ein Treibhaus. Was passiert in einem Treibhaus? Es werden Glaswände benutzt, um die Wärme zu reflektieren, wie in einem Treibhaus eben. Dadurch können z.B. Tomaten in den Niederlanden, ein sehr passend gewählter Staatsname, das ganze Jahr über wachsen. Etwas ganz ähnliches passiert, wenn zu viel Kohlenstoffdioxid frei wird.

Für Pflanzen gilt die Photosynthese: Sie erzeugt ihre Nahrung indem sie Wasser und Kohlenstoffdioxid in Glukose und Sauerstoff umwandelt. Und jetzt ist es tatsächlich so, dass mehr Kohlenstoffdioxid (Ich schreibe es jedes mal aus, weil die Webseite die niedergestellten Zahlen nicht verträgt) auch die Pflanzen produktiver werden lässt, dass gilt nicht für alle Pflanzen und ist bei allen Pflanzen gleich. Ab einen gewissen Punkt klappt die Photosynthese zusammen.

Das hört sich jetzt zwar gut an, aber das Kohlenstoffdioxid bleibt trotzdem in der Luft, egal wie viel wiederverwertet wird.

Also ist dieser Vorteil, es gibt sicher noch detailspezifische Vorteile, nicht besonders von Belange und ändert an unserer Sachlage nicht besonders viel.

Der Beitrag heute fällt etwas kleiner aus, denn es gibt noch im Laufe der Tage noch Beiträge.

Der Klimawandel – Eine reale Gefahr? Teil 6

Die kleine Eiszeit

Wie versprochen gibt es heute was über die kleine Eiszeit. Die kleine Eiszeit war in der frühen Neuzeit, etwa 16tes bis 18tes Jahrhundert. Die Jahresmitteltemperatur ging in dieser Zeit um fast einen Grad zurück. Danach kam übrigens im Anschluss die Industrialisierung, die Zeit, in der sie am rapidesten steigt.

Warum sank in der Zeit die mittlere Temperatur? Was verursachte das?
Einer der Gründe ist, dass es schlicht weg weniger Menschen gab. Etwa durch Vorfälle wie den Dreißigjährigen Krieg oder der Eliminierung der Ureinwohner Amerikas durch Krankheiten. Dann stellen wir uns das nochmal vor:

Der Dreißigjährige Krieg war einer der ersten handfesten Streitereien durch die Aufspaltung der Kirche in Katholiken und Protestanten. Weil die beiden Konfessionen jeweils die Umstände nicht einsehen konnten, kam es immer mal wieder zu Schlachten und und offene, frontale
Aktionen. Angefangen hat das Luther. Der Theologe Luther kritisierte die katholische Kirche, u.a. wegen den Ablasshandel. Die Kirche drehte dem einfachen Volke sogenannte Ablassbriefe an, welche dich für Geld nicht nach dem Tode ins Fegefeuer gehen zu müssen. Das nannte er, wie man heute modernerweise sagen würde, pure Geld-Abzocke. Mit den Geldern wurde übrigens der Bau des Petersdom im Vatikan finanziert. Mit diesem Krieg starben etwa 6 Millionen Menschen

Die Verseuchung in (besonders) Nordamerika der Ureinwohner dort, raffte einige Millionen nur durch die eingeschleppten Krankheiten der Europäer hin. Die Europäer hatten bereits Krankheitserreger in sich, welche die Europäer durch eine bessere Gesundheit und medizinische Versorgung zu dem Zeitpunkt bereits hatten und sich deswegen nicht damit anstecken oder infizieren und erneut an der Krankheit leiden.
Doch die Ureinwohner lebten archaisch. Sie lebten komplett ohne Maschinen oder Industrie. Sie lebten völlig ohne Technologien, die nicht besonders natürlich sind. Sie hatten keine Bildung und als die Europäer kamen war das quasi der Schock des Jahrhunderts. Da kamen plötzlich Menschen mit Schusswaffen, Schiffen, erste Maschinen und Technologien die sie so noch nicht gesehen haben.

Durch diese Dezimierung von Menschen, brannte weniger Feuer. Es wurde weniger geheizt, Tiere gehalten und geschlachtet. Es wurde keine Landwirtschaft betrieben, wie auch ohne Menschen die das bewerkstelligen konnten. Im Hl. Deutschen Reich röm. Nation wurden mit diesem Krieg etwa ein Drittel der Menschen eliminiert. Woher sollte also die Fachkräfte noch kommen, welche das gemacht hätten, was sie dann trotzdem nicht gemacht hätten, da die Verbraucher fehlten um das wieder zu konsumieren. Somit waren nun viele Stellen übrig, an dem weniger Treibhausgase produziert wurden.

Beim nächsten Mal, reden wir über das genaue Gegenteil davon. Wie es wohl wäre Bedingungen wie auf der Venus hier zu haben.