Die US-amerikanische Raumsonde Lucy der NASA wurde im vergangenem Monat Oktober am 16. von Cape Canaveral in Florida aus für eine Zwölfjahresmission gestartet. Ihr Ziel sind sechs verschiedene Asteroiden, fünf davon Jupitertrojaner. Die Raumsonde selbst erinnert dabei eher an eine Teleskopsammlung.
Die US-amerikanische Raumsonde Lucy der NASA wurde im vergangenem Monat Oktober am 16. von Cape Canaveral in Florida aus für eine Zwölfjahresmission gestartet. Ihr Ziel sind sechs verschiedene Asteroiden, fünf davon Jupitertrojaner. Die Raumsonde selbst erinnert dabei eher an eine Teleskopsammlung.
Zahlen zur Mission
Wann? Am 16. Oktober 2021, um 11:34:00,192 Uhr MESZ (CEST)
Wer? NASA Goddard, SwRI (Southwest Research Institute)
Trägerrakete? Atlas V 401 (AV-096)
Was? eine Erkundungsmission zu den Trojanern des Jupiters der NASA
im Rahmen des Discovery-Programms
Ziel: ein Asteroid des inneren Asteroidengürtels, (52246)
Donaldjohanson, danach L4 und L5 der Jupiterumlaufbahn,
genauer die Trojaner, (3548) Eurybates, (15094) Polymele,
(11351) Leucus, (21900) Orus, und (617) Patroclus, wobei nur
Patroclus ein L5-Trojaner ist
Start von: USA, Florida, Cape Canaveral, SLC-41
Masse: Trockenmasse: 821 kg, inklusive Treibstoff: 1 550 kg,
komplette Rakete beim Start
Kosten: 981 Mio. US $, das sind umgerechnet 855 Mio. €
Lucy ist eine geplante NASA-Raumsonde im Rahmen des Discovery-Programms, die fünf (sieben mit Doppelasteroiden mitgezählt) Jupiter-Trojaner ansteuern wird, also Asteroiden, die auf der gleichen Umlaufbahn wie der Jupiter, die Sonne umrunden und entweder vor oder hinter dem Jupiter kreisen, im L4 oder im L5. Alle Zielasteroiden werden in Flybys von Lucy erforscht werden. Die Nutzlast besteht aus drei Instrumenten: einem hochauflösenden visuellen Kamerasystem, einem optischen und Nahinfrarot-Spektrometer und einem thermischen Infrarotspektrometer.
Lucy wurde nach einem Fund von fossilisierter Knochen der Spezies Australopithecus afarensis benannt, ein Vorfahre des Menschen, der vor 3,9 bis 2,9 Millionen Jahren auf der Erde verweilte. Dieser Fund brachte einen großen Einblick in die Evolution der Spezies, die dann später zu in den Menschen überführte. Von den Trojanern auf der Jupiterbahn erhofft man sich das Gleiche, nur über unser Sonnensystem.
Entwicklung und Geschichte zu Lucy
Einer der Prioritäten der NASA im Planetary Science Decadal Survey (evtl. grob übersetzt als „Zehnjährige planetarische Untersuchung“) von 2013-2022 ist die Erforschung der Jupitertrojaner. Zu denen wurden schon erdgebundene Beobachtungen getätigt, sowie Beobachtungen mit dem WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), ein Weltrauminfrarotteleskop, welches Ende 2009 gestartet wurde.
Die Konzeptidee für Lucy als Jupitertrojaner-Weltraummission wurde am 05. November 2014 im Rahmen der Ausschreibung für die nächsten Missionen des Discovery-Programms, welche bis Februar 2015 lief, veröffentlicht. Es wurden 28 Vorschläge zu Weltraummissionen im Rahmen des Discovery-Programms vorgelegt. Die Vorschläge sollten bis Ende 2021 startbereit sein.
Am 30. September 2015 wurde Lucy als Finalist von fünf verschiedenen Finalisten ausgewählt. Diese waren DAVINCI, NEOCam, Psyche und VERITAS. Für die weitere Planung und um Konzeptstudien zu veröffentlichen, haben alle Finalisten-Vorschläge 3 Millionen US-Dollar erhalten. Am 04. Januar 2017 wurden Lucy und Psyche final ausgewählt, eine Mission, die den Asteroiden (16) aufgrund seiner offenbar existierenden Metallvorkommen erforschen soll.
Dass Lucy im Oktober 2021 mit einer Atlas V 401 Rakete starten wird, wurde am 31. Januar 2019 von der NASA angekündigt. Die Gesamtkosten für den Start wurden auf 148,3 Millionen US-Dollar geschätzt. SpaceX protestierte dagegen, dass Lucy mit einer Atlas-V-Trägerrakete ins All befördert wird, weil sie selbst ja Lucy viel günstiger ins All befördern könnten. Schon eine kurze Zeit danach zog SpaceX seinen Protest wieder zurück.
Am 28. August 2020 hat Lucy laut NASA den KDP-D (Key Decision Point-D; dt. “Hauptentscheidungspunkt-D“) mit grünem Licht erreicht. Damit konnten nun alle Instrumente an die Raumsonde angebracht werden und die Raumsonde strengen Tests unterzogen worden. Am 30. Juli 2021 wurde die Lucy an Bord einer C-17-Maschine nach Florida für Startvorbereitungen geflogen, zwei Monate später wurde Lucy dann endgültig in die aerodynamische Schutzverkleidung eingekapselt.
Und danach … am 16. Oktober 2021 gegen 09:34 UTC, das ist 11:34 MESZ/CEST, wurde die Lucy an Bord einer Atlas-V-401-Trägerrakete von Cape Canaveral aus gestartet, am ersten Tag des 23-Tages-Zeitfenster.
Der Raketenstart verlief problemlos, die Flugbahn von Lucy wurde perfekt getroffen, sodass keine Kurskorrekturen notwendig gewesen sind, wie es eigentlich geplant wäre. Am 19. Oktober wurde klar, dass einer der beiden Solarpanele sich nicht vollständig geöffnet hat. In den folgenden Tagen beschäftigte sich ein Anomalie-Team mit der Frage, wie Lucy weiter vorgehen soll, und ob dieser Zustand sogar so gelassen werden sollte, da es theoretisch den Betrieb der Raumsonde nicht stark beeinträchtigt. Am 27. wurde klar, dass das zweite Solarpanel-Modul nur ca. 90 Prozent der erwartenden Energie liefert. Bis zum 08. November war klar, dass zumindest alle Instrumente wie geplant funktionsfähig sind. Weitere Aktionen zu dem Solarpanel-Problem werden erst ab dem ersten Dezember durchgeführt.
Zeitplan der Mission
Unser Sonnensystem in Bewegung: Sonne in der Mitte, dann Merkur, Venus, Erde und Mars, außen der Jupiter und die zwei Ansammlungen sind die Trojaner auf beiden Seiten des Jupiters. Bildquelle: http://lucy.swri.edu/img/ trojans_nolabels.gif
Wie bekannt soll die Raumsonde Lucy in den ersten zwölf Jahren sechs Asteroiden anfliegen, vier L4-Jupitertrojaner, ein L5-Jupitertrojaner und ein Asteroid des Asteroidengürtels. Außerdem wird Lucy drei Flybys an der Erde manövrieren. Anbei noch eine Animation der Flugroute.
In dieser Webseite kann man die Position von Lucy relativ zum inneren Sonnensystem plus Jupiter sich näher ansehen: https://whereislucy.space/
Eine Tabelle der Vorbeiflüge der Raumsonde Lucy an allen Objekten bis zum Ende der Primärmission nach März 2033. Bildquelle: selbst getan; Informationen aus der englischen Wikipedia, Small-Body Database, zweite Werte nach dem Komma aus einem PDF. Hinweis: der Durchmesser von 617 Patroclus-Menoetius ist der mittlere gemeinsame Durchmesser, Patroclus hat einen Durchmesser von 113 km und Menoetius von 104 km in Wahrheit. Link zum vollen Bild hier.
Nach dem Lucy 617 Patroclus besucht hat, fliegt Lucy in einen speziellen Orbit, welcher der Raumsonde erlaubt, zwischen beiden Trojanergruppen bei den Lagrangepunkten L4 und L5 hin und her zu fliegen (siehe weiter unten). Nachdem Lucy 617 Patroclus besucht hat, ist der offizielle Teil der Mission vorbei und wenn die Raumsonde bis dahin durchhält, dann wird die Mission als geglückt betrachtet.
3548 Eurybates und 617 Patroclus sind Doppelasteroiden, deren Doppel heißt Queta und Menoetius respektive.
Aufbau
Lucy am 29.09.2021 in Astrotech Space Operations Facility in Titusville. Gerade wird Lucy in die Luftschleuse gefahren. Das dunkle Dreieck stellt das eingefahrene Solarpanel dar, das kegelartige Ding an der linken Seite die Antenne und das Teil, welches rechts-oben etwas vom Körper abhängt, wird die Instrumentenplattform sein. Bildquelle: NASA/Ben Smegelsky; https://images-assets.nasa.gov/image/KSC-20210929-PH-JBS01_0039/KSC-20210929-PH-JBS01_0039~medium.jpg
Der Körper der Raumsonde Lucy ist etwa so groß wie eine Abstellkammer für Essen, oder vielleicht wie ein Kleinwagen (zwar vielleicht kein Smart, aber dennoch klein). Rechnet man die Solarpanele dazu, ist die Raumsonde gleich so groß wie ein Segelflieger oder so etwas in der Art. Sein Gewicht mit 821 kg ohne und 1 550 kg mit Treibstoff erinnert von der Masse her eher an den Perseverance-Marsrover, der am Jezero-Krater die geologische Vergangenheit des Mars studiert. Die Solarpanele sind zehneckige Scheiben auf den gegenüberliegenden Seiten der Raumsonde, ihre Spannweite beträgt ca. 7,3 Meter und ihre Leistung am sonnenfernsten Punkt ihrer Reise soll zirka 504 Watt bringen. Zusammen mit den Solarpanelen erinnert Lucy eher an InSight, welcher sich in den Marsboden für seismografische Daten gebohrt hat und Informationen über den Planetenkern vom Mars aufbringt. An der Seite der Hülle der Raumsonde befindet sich außerdem noch eine zwei Meter große Hochleistungsantenne.
Für die Weltraummission zu den Jupitertrojanern braucht Lucy natürlich Instrumente für die wissenschaftliche Arbeit. Darunter kommen Spektrometer und Kamerasysteme unter anderem vor. Die wissenschaftlichen Experimente sitzen alle auf einer Instrumentenplattform, um alle Instrumente gleichsam ausrichten zu können. Listen wir alle Experimente mal alle auf.
L’Ralph: Bilderzeugungsgerät für das sichtbare Licht (400 bis 850 nm) inklusive Infrarotspektrometer (1 bis 3,6 µm), also eigentlich zwei verschiedene Instrumente: MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera) und LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array). Innerhalb der Optik ist ein Lichtzerstreuer, was das sichtbare Licht in den MVIC schickt, und das Infrarotlicht zur LEISA. L’Ralph basiert auf dem Ralph-Experiment auf der New Horizons (die Pluto-Raumsonde). Eingesetzt wird es, um die Zusammensetzungen von Wassereis und andere Eise, Silikaten, und organische Materialien auf der Oberfläche zu analysieren, das macht MVIC und LEISA mit ausgewählten Bändern (z.B. ein violettes Band für Troilit (Eisenkies)) des elektromagnetischen Spektrums, welche besonders sensitiv für ausgewählte Stoffe sind. Die Optik des gemeinsamen Instruments hat eine Öffnung von 7,5 Zentimetern und eine Brennweite von 45 Zentimetern. L’Ralph benötigt eine Leistung von 25,1 Watt, also recht wenig, so wie eine etwas dunklere Bürolampe, jedoch hat es eine Masse von 31 kg, was nicht vergleichbar mit einer Bürolampe sein dürfte. Die erstaunliche Leistung des Instruments macht es auch nötig, dass es eine Speicherkarte von 256 Gigabits (32 Gigabytes) enthält. MVIC hat eine maximale Auflösung von 6 Bogensekunden pro Pixel und LEISA 16,5 Bogensekunden pro Pixel, das sind jeweils eine 5-Pixel-Auflösung von 145 Meter und 400 Meter auf 1000 Kilometer.
L’LORRI: Das ist quasi die Hochleistungskamera an Bord der Lucy. Auch dieses Gerät stammt von dem LORRI-Äquivalent von der New Horizons ab. Das Gerät hat eine Masse von 12 kg und verbraucht nur 10,6 Watt, was ungefähr auch die Leistung vom Ladestrom eines Handys sein dürfte. Im Prinzip ist es ein sogenanntes Ritchey-Chrétien-Teleskop, genauso ein wie das Hubble-Weltraumteleskop. Die Öffnung ist 20,8 cm weit und die Brennweite (engl. focal length) liegt 262 cm weit weg. Das Instrument hat eine Pixelauflösung von 14 Metern bei 1000 Kilometern Entfernung, sodass Objekte mit 5 Pixeln (70 m) klar erkennbar sind. Das sind 14,4 Bogensekunden und 2,9 Bogensekunden bei einem Pixel. Dass die Kamera möglichst risikolos funktioniert, wurde auf ein Fokussiersystem, sowie sich bewegende Teile verzichtet, die Optik ist größtenteils aus Siliziumkarbid, um Wärme gut abzuleiten und nicht zu stark bei Temperaturdifferenzen ausdehnen.
L’TES: L’TES steht für Lucy’s Thermal Emission Spectrometer (dt.: Lucys Wärmeemissionsspektrometer), dieses Instrument stammt diesmal nicht von New Horizons ab, sondern von dem OTES-Instrument einer anderen laufenden Asteroidenmission namens OSIRIS-Rex, jedoch stammt die Elektronik von der neueren Marsmission Hope der Vereinigten Arabischen Emirate VAE ab. Und genau dafür detektiert es ferne Infrarotstrahlung, welche laut der Planck’schen Schwarzkörperstrahlung essentiell ist für die Wärmeausstrahlung bei diesen Temperaturen, die erwartet sind. L’TES beinhaltet ein Teleskop mit einem Öffnungsdurchmesser von 15,2 Zentimeter, welches das ferne Infrarot in kleine Detektoren leitet, die wiederum die Temperaturen messen. Anders als die anderen Instrumente ist dieses kein echtes Bilderzeugungsgerät, das zeigt sich auch an der viel kleineren Datenmenge, die durch das L’TES entsteht, ist also eher wie ein Thermometer, der aus der Ferne misst. Durch die Daten kann man eine Karte (eine Karte ist nicht wirklich ein Bild) vom anvisierten Asteroiden erstellen. Das L’TES verbraucht eine Leistung von 17,6 Watt, was sehr vergleichbar mit den anderen Instrumenten ist.
L’TES wird die physikalischen Eigenschaften des Regoliths durch Messung der thermischen Trägheit untersuchen. Die thermische Trägheit ist ein Maß dafür, wie langsam sich ein Objekt erwärmt oder Wärme abgibt. Kleinere Partikel haben eine geringe thermische Trägheit; so erwärmt sich beispielsweise Sand an einem Strand tagsüber schnell und kühlt nachts schnell ab. Größere Partikel haben eine hohe thermische Trägheit; im Vergleich zum Sand erwärmt sich ein Gehweg tagsüber langsam und kühlt nachts langsam ab. Durch die Messung der Temperatur zu verschiedenen Tageszeiten auf dem Asteroiden kann das Wissenschaftsteam die thermische Trägheit messen und daraus ableiten, wie viel Staub, Sand oder Gestein im Regolith vorhanden ist. L’TES könnte auch Unterschiede in der thermischen Trägheit auf einem einzelnen Asteroiden aufspüren, was mit erdgebundenen Teleskopen nicht möglich wäre.
T2CAM: Die TTCam, oder T2Cam ist eine Navigationskamera aufgeteilt in zwei Linsen. Die Bilder, die aus der TTCam kommen, haben mit einer maximalen 5-Pixel-Auflösung von 375 Metern auf 1000 km eine ähnliche Auflösung wie die LEISA von L’Ralph, operiert jedoch im sichtbaren Spektrum von ca. 400 nm bis 800 nm und nicht im Infraroten. Es wird zur Ausrichtung der Raumsonde genutzt, und als unterstützende Einheit in der kompakten und mehrinstrumentigen Bildaufnahme der Asteroiden. Sein Sichtfeld hat eine Größe von ungefähr 10,8 × 8,1 Bogengrad (°).
(High Gain Antenna): Die Hochleistungsantenne (mithilfe der anderen Telekommunikationshardwares) bestimmt die Masse der Trojaner und Donaldjohanson anhand der Dopplerverschiebung des Funksignals. Viel mehr kann ich darüber leider auch nicht sagen.
(Plakette): Auch bei der Raumsonde Lucy wird es eine Plakette geben, auf der Goldstücke irdischer Kultur vorhanden sind (logischerweise wegen Lucy auch ein Beatles-Song). Da die Raumsonde sehr wahrscheinlich nie das Sonnensystem verlassen wird, können die Menschen die Plakette in mehreren Hundert Jahren wieder finden und als eine Art Zeitkapsel verwenden.
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.
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]
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?
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…
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?
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!
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!
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!
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.
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.)
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.
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.
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.
