Vortragsangebot für Schulen und allgemeinbildende Einrichtungen
Lectures for educational purposes
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Das Astrophysikalische Institut Potsdam (AIP) bietet die Möglichkeit, die Forschung in der Astrophysik und ihre Grundlagen kennen zu lernen. In allen Vorträgen ist den Wissenschaftlern wichtig, auf den in den Rahmenplänen beschrieben Schullehrstoff einzugehen, um die allgemeine Motivation der Schüler zu fördern. Der Vortragende wird - auch gern in Absprache mit dem Lehrer - auf bereits in der Schule angesprochene Aspekte eingehen, sie vertiefen und ergänzen. Sowohl bei Grundschülern als auch in der gymnasialen Oberstufe soll das Interesse an unserer kosmischen Umwelt geweckt werden, die Schüler sollen angeregt werden, sich mit physikalischen Prozessen auseinander zu setzen und naturwissenschaftliche Grundlagen zu verinnerlichen.
Informationen: info@aip.de, www.aip.de oder telefonisch unter: 0331-7499-469. Verabredungen bitte direkt mit den Vortragenden.
Die Veranstaltungen sind für Schulen kostenlos; die Vortragenden sind auch bereit, die Vorträge anderorts zu halten. Bei weiter Anreise wird jedoch um die Erstattung der Reisekosten gebeten.
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Referent
0331-7499 + Telefon
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Titel
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Prof. Matthias Steinmetz
(382)
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Das Fernrohr - eine kosmische Zeitmaschine
Ein Blick mit dem Fernrohr in die Tiefen des Kosmos ist immer auch ein Blick in seine Vergangenheit. Mit immer größeren Fernrohren können wir somit die Geschichte des Universums in immer früheren Phasen erkunden und die sogenannten "Dark Ages" des Kosmos vordringen. Für jeweils etwa 25 Jahre hatten das 5m-Teleskop auf dem Mount Palomar in Kalifornien und das 6m-Teleskop im Kaukasus den Rekord als das weltgrößte optische Teleskop inne. Seit Mitte der 90er Jahre aber wurde dieser Rekord mehrfach durch neue Teleskope der 6-10m-Klasse gebrochen. Vorläufiger Höhepunkt dieser Entwicklung wird die derzeitige Inbetriebnahme des Large Binocular Telescope (LBT) mit seinen zwei 8,4m-Spiegeln auf dem Mount Graham in Arizona, USA, an dem das AIP beteiligt ist. Aber die nächste Runde, die Entwicklung von Großteleskopen der 30m- oder gar 100m-Klasse, zeichnet sich bereits ab.
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Prof. Klaus G. Strassmeier
(223)
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Das Large Binocular Telescope - das weltweit größte Doppelfernrohr
Auf dem Mount Graham in Arizona, USA, entsteht derzeit das weltweit größte Teleskop mit zwei 8,4-m-Spiegeln auf nur einer Montierung - das Large Binocular Telescope (LBT). Im interferometrischen Modus wird das LBT das konkurrenzlos hohe Auflösungsvermögen eines 22-m-Teleskopes bei einem gleichzeitigen Lichtsammelvermögen eines 11,8-m-Teleskope bieten. Das AIP ist mit zwei Projekten am Bau dieses dann leistungsstärksten Teleskop beteiligt: Das Sensorsystem AGW (Acquisition, Guiding and Wavefront) ermöglicht die präzise Ausrichtung des LBT und die permanente Korrektur von Turbulenzen in der Atmosphäre, so dass die Bildqualität extrem verbessert wird. Um das eingefangene Licht genauestens analysieren, ist ein extrem hochwertiger Spektrograf nötig, der das Licht in seine einzelnen Wellenlängen zerlegt: das PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument), das derzeit in den Hallen des AIP gebaut wird. Mit dem LBT wird es erstmals möglich sein, stellare Magnetfelder sowie auch interstellare und intergalaktische Magnetfelder zu untersuchen. Aufbau und Materieströme von aktiven Galaxien können untersucht werden und die Variabilität in Quasaren lässt sich im Detail beobachten. Des weiteren werden Beobachtungen mit dem LBT auch die Suche nach extrasolaren Planeten unterstützen.
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Prof. Klaus G. Strassmeier
(223)
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Robotische Teleskope - die vollautomatische Sternwarte STELLA
Längst Vergangenheit sind beobachtende Astronomen, die in der Kälte einer Teleskopkuppel den Himmel erkunden, die eigenhändig das Teleskop ihrem Beobachtungsobjekt nachführen oder gar mit bloßem Auge beobachten. Diese traditionelle Vorstellung ist schon vor langem modernen Detektoren, Nachführsystemen und Großrechnern gewichen. Einen revolutionären Schritt in der beobachtenden Astronomie stellen nun "robotische Teleskope" dar. Der Astronom ist zwar nicht ersetzbar, aber ein Roboter entscheidet wesentlich schneller und präziser, wann welches Objekt beobachtet wird. Das AIP errichtete auf Teneriffa das robotische Doppelteleskop STELLA (STELLar Activity). Bestehend aus zwei 1,2m-Teleskopen wird das Observatorium von nur einem Programm gesteuert. Die beiden STELLA-Teleskope beobachten den Himmel auf zwei gänzlich verschiedene Arten: STELLA I nimmt mit einer elektronischen Kamera die Lichtquellen eines bestimmten Himmelsbereiches auf, während STELLA II in der Lage ist, die einzelnen Objekte spektral zu analysieren. Auf diesem Weg werden Informationen über die Rotation der Sterne sowie über ihre Sternfleckenverteilung gewonnen, die Details über Bewegungen heißer Gase und Magnetfelder in den Sternatmosphären verraten.
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Dr. Martin Roth
(313)
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Moderne Technologie in der beobachtenden Astronomie - von der Sonnenphysik bis zur Kosmologie
Satelliten- und erdgebundene Großteleskope, elektronische Detektoren, Computer, Hochleistungsoptiken, Präzisionsmechanik, Steuerungssysteme und andere High-Tech-Entwicklungen haben die beobachtende Astronomie in den letzten drei Dekaden zu bahnbrechenden Entdeckungen geführt. Anhand ausgewählter Beispiele wird illustriert, wie moderne technische Errungenschaften zu faszinierenden Erkenntnissen in der modernen Astrophysik beigetragen haben.
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Prof. Lutz Wisotzki
(532)
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Mit neuen Teleskopen das Weltall erkunden
Unser Wissen über Planeten, Sterne und Galaxien sowie über das Universum als
Ganzes hat sich in den letzten zehn Jahren dramatisch weiter entwickelt. Das
liegt vor allem an den vielen neuen Möglichkeiten, astronomische Beobachtungen
durchzuführen. Es gibt Riesenteleskope an entlegenen Orten der Erde; es gibt
Satelliten, die Bilder aus ganz ungewohnten Wellenlängenbereichen zu uns
herabfunken; und es gibt das Hubble-Weltraumteleskop, das Bilder in nie
gekannter Schärfe erzeugt. Ich werde einige dieser neuen Beobachtungsgeräte
vorstellen und zeigen, wie Astronomen aus diesen Möglichkeiten Nutzen ziehen
können. Dabei werde ich die technischen Aspekte nur am Rande streifen und
vor allem darauf eingehen, was für Schlüsse man aus den neuen Beobachtungen
über den Kosmos und seine Bestandteile schließen kann. Nebenbei werden wir
sehen, welche wundervollen Anblicke und welche Schönheit das Universum bereit
hält. Am Ende will ich einen Ausblick geben auf Planungen für die nächsten
Jahre, die mit Sicherheit weitere Entdeckungen und auch Überraschungen bereit halten werden.
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Prof. Lutz Wisotzki
(532)
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Mit dem Hubble-Teleskop durch das All
Das Hubble-Weltraumteleskop hat uns aufregende neue Erkenntnisse und
atemberaubend schöne Bilder geliefert. In diesem Vortrag sehen wir, warum
Hubble so viel besser als Fernrohre am Erdboden ist, und wir bestaunen
eine Auswahl der eindrucksvollsten Bilder.
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Dr. Andreas Kelz
(411)
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Astronomische Instrumentenentwicklung am AIP
Es ist bei den Astronomen schon lange nicht mehr üblich, selbst hinter dem Teleskop zu sitzen und mit dem eigenen Auge ins Weltall blicken. Heutzutage zeichnen hochkomplexe Instrumente das Licht auf, welches die Teleskope einfangen. Am Beispiel der Instrumente und Projekte des AIP, wird die Entwicklung und Vielfalt dieser Geräte vorgestellt.
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Dr. Andreas Kelz
(411)
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Die Farben des Universums
Der Blick in den Nachthimmel offenbart viele Farben: es gibt rote und blaue
Sterne, gelbe Galaxien und grüne Nebel. Doch wie sehen Astronomen diese
Farben? Woher kommen sie und was sagen sie über die Eigenschaften
astronomischer Objekte aus? Und wie kann man sie messen? Der Vortrag
beschreibt, wie und warum Sterne leuchten und mit welchen Teleskopen und
Instrumenten man die Bandbreite des elektromagnetischen Spektrums sehen
kann.
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Prof. Gottfried Mann
(292)
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Die Sonne im Radiobild
Unsere Sonne gibt uns nicht nur Licht und Wärme, sondern sendet uns auch Radiowellen zu. Diese werden am Observatorium in Tremsdorf unweit von Potsdam empfangen. Dort lauscht man der Sonne und hört, was sie uns zu sagen hat. Die Sonne ist ein aktiver Stern, auf dem es große Explosionen gibt. Die Auswirkungen dieser Explosionen führen zum Beispiel zu den Nordlichtern auf unsere Erde. Aber es passiert noch viel mehr und das hört man mit dem Radio.
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Dr. Christian Vocks
(327)
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Die Sonne - unser nächster Stern
Der Vortrag behandelt die Sonne, den einzigen Stern, dessen Struktur und
Dynamik im Detail beobachtet werden kann. Durch Beobachtungen ihrer
Oberfläche lassen sich Rückschlüsse auf den inneren Aufbau ziehen, und die
heiße äußere Atmosphäre kann mit boden- oder satellitengebundenen
Instrumenten direkt beobachtet werden. Während einer totalen
Sonnenfinsternis ist diese Atmosphäre, die
sogenannte Korona, mit bloßem Auge sichtbar. Die dynamischen Vorgänge in der
Sonnenatmosphäre können erhebliche Auswirkungen auf technische Systeme haben
und sind Gegenstand der Forschung am AIP.
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Dr. Hans-Erich Fröhlich
(513)
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Wo kommen die Sterne her? Vom Rätsel der Stern- und Planetenentstehung
Sterne entstehen auch heute noch - aus gewaltigen Ansammlungen von Gas und Staub im Kosmos. Unter ihrem Eigengewicht brechen kalte Kerne von Molekülwolken binnen weniger Millionen Jahre in sich zusammen, bilden Protosterne. Damit dies geschehen kann, muss allerdings das magnetische Feld "verdrängt" und die Rotation über den Drehimpuls abgebremst werden. Die Protosterne werden lange noch von übriggebliebenem Material umkreist. Es sind diese rotierenden, staubreichen protostellaren Scheiben, in denen aus Eis- und Gesteinsbrocken langsam Planeten heranwachsen.
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Dr. Hans-Erich Fröhlich
(513)
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Trojaner überall?
Es geht nicht um Computerviren,
es geht um eine Liaison: Asteroiden, die sich mit einem Planeten, Möndchen,
die sich mit einem Mond einlassen. Vor gut 100 Jahren wurde der erste
,Trojaner', der Asteroid mit der Nummer 588, Archilles, von einem
Heidelberger Astronomen entdeckt. 134 Jahre zuvor hatte Joseph Louis
Lagrange (1736-1813), ein Mathematiker italienisch-französischen
Geblüts, den seinerzeits Friedrich II. als Schmuckstück der mathematischen Klasse
der Akademie der Wissenschaften nach Berlin hatte holen lassen, auf zwei
himmelsmechanische Nischen im Sonnensystem hingewiesen. Und siehe da, was mathematisch möglich ist,
geschieht auch. Inzwischen kennt man Trojaner nicht nur rechts und links vom
Jupiter.
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Dr. Ralf-Dieter Scholz
(336)
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Sterne und Braune Zwerge in unserer Nachbarschaft
Wie gut kennen wir unsere Nachbarsterne? Sehen wir sie, wenn wir an den Himmel schauen? Doch was scheinbar hell am Firmament leuchtet, muss nicht in der Nähe liegen. Unscheinbare rote Zwergsterne und vielleicht noch mehr misslungene Sterne, sogenannte Braune Zwerge, die die kritische Masse eines Sterns nicht erreichen, umgeben uns in großer Zahl.
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Prof. Matthias Steinmetz
(382)
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Das Universum in der Schachtel - Galaxien erzählen die Geschichte des Universums
Wohl kaum ein Gebiet der Astrophysik hat in den letzten Jahren so große Fortschritte gemacht wie das Studium der Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Neue Teleskope der 8m-Klasse, wie das Very Large Telescope (VLT) der ESO, und die bestechende Qualität von Bildern, die uns das Hubble-Weltraum-Teleskop sendet, revolutionierten die Art und Weise, in der wir heute den Prozess der Galaxienentwicklung untersuchen. Anders als noch vor wenigen Jahren stehen uns heute Schnappschüsse von Galaxien in den verschiedensten Entwicklungsstufen zur Verfügung, von Galaxien wie sie uns heute erscheinen bis hin zu Galaxien zu Zeiten, als das Universum selbst noch weniger als ein Zehntel des heutigen Alters hatte. Jedoch decken diese Schnappschüsse die Entwicklungsgeschichte der Galaxien nicht lückenlos ab. Durch die Entwicklung von Höchstleisungsrechnern und adäquaten Simulationsmethoden können aber mittlerweile Computer eingesetzt werden, um diese Lücken zu überbrücken. Computersimulationen dienen auch dazu, die komplizierte Wechselwirkung zwischen verschiedenen physikalischen Prozessen zu untersuchen. Und nicht zuletzt helfen Computer auch dabei, die fortlaufende Geschichte, wie sich Milchstraßensyteme in einem sich entwickelnden Universum bilden, zu erzählen und zu verbildlichen. Sie stellen dem Astrophsyiker quasi einen kosmologischen Experimentierbaukasten zur Verfügung.
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Prof. Matthias Steinmetz
(382)
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Die Entstehung der Galaxien
Vor 80 Jahren entdeckte Hubble, dass der Andromedanebel eine eigenständige Galaxie weit außerhalb unseres Milchstraßensystems ist. Dies war die Geburtsstunde der extragalaktischen Forschung. Heute findet man Milliarden von Galaxien in Milliarden von Lichtjahren Entfernung und diskutiert verschiedene kosmologische Modelle zur Entstehung und Entwicklung des Universums. Ein Blick in die Tiefen des Kosmos, welcher auch immer ein Blick in seine Vergangenheit ist, zeigt deutliche Unterschiede im Aussehen der Galaxien und in ihrer großräumigen Verteilung im Vergleich zum heutigen Universum. Auch die Galaxien haben sich also entwickelt und müssen irgendwann entstanden sein. Mit Modellen und anhand von Computersimulationen versucht man, die Beobachtungen zu erklären.
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Prof. Matthias Steinmetz
(382)
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Galaktische Archäologie: Ausgrabungen in unserer Milchstraße
Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxis. Zusammen mit der Sonne ziehen circa 100 Milliarden Sterne verschiedenen Alters in einer dünnen Scheibe ihre Kreise um das galaktische Zentrum. Eingebettet ist diese Scheibe in ein ausgedehntes sphärisches System von Sternen, deren Alter zum Teil kaum jünger ist als 14 Milliarden Jahre, dem Alter des Universum. Die Milchstraße ist dabei ein typischer Repräsentant einer ganzen Klasse von Galaxien, den sogenannten Spiralgalaxien, wie sie im Universum viele Milliarden mal vorkommen. Wohl das bekannteste andere Beispiel ist unsere Nachbargalaxis, die Andromedagalaxie. Doch wie hat sich unsere Galaxis gebildet ? War es in einem gewaltigen Urkollaps vor 10 Milliarden Jahren oder bildete sie sich langsam durch das sukzessive Verschmelzen kleinerer Galaxien? Ist letzteres der Fall, so sollte es Überreste geben, die von solchen galaktischen Zusammenstößen zeugen. Doch wurden diese Überreste über die Jahrmilliarden bis nahe zur Unkenntlichkeit ausgewaschen. Die neusten Grossprojekte vom Boden und im Weltraum erlauben es jedoch, systematisch die Eigenschaften von Millionen von Sternen in unserer Milchstraße zu analysieren und so auch verwaschene Strukturen in unserer Milchstraße und neuerdings auch in der Andromedagalaxie aufzuspüren. Computersimulationen mit den neusten Supercomputern erlauben es dann, die Entstehungsgeschichte unserer Milchstraße und anderer Galaxien zu rekonstruieren.
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Prof. Lutz Wisotzki
(532)
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Die Welt der Galaxien
Galaxien sind Gebilde wie unsere Milchstraße, mit Milliarden von Sternen und
Unmengen von Gas und Staub, und in ihren Zentren mit gigantischen schwarzen
Löchern. Wir betrachten, wie sich die Vielfalt von Galaxien in ein
überschaubares System bringen lässt. Neue Forschungsergebnisse, an
Großteleskopen in entlegenen Regionen der Erde und im Weltall gewonnen, lassen
uns mittlerweile in die Früh- und Entstehungsphase der Galaxien (und des
Universums als ganzem) zurückblicken. In dem Vortrag wird auch ganz kurz die
praktische Seite der Arbeit von Astrophysikern vorgestellt.
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Prof. Lutz Wisotzki
(532)
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Galaxien, Quasare, Schwarze Löcher
Bereits unsere Milchstraße, eine ganz normale Galaxie unter vielen, ist ein
äußerst beeindruckendes Gebilde. Bei einem Durchmesser von über 100 000
Lichtjahren enthült sie riesige Gas- und Staubwolken und leuchtet durch das
Licht von Milliarden von Sternen. In den Tiefen des Kosmos findet man jedoch
auch noch weit spektakulärere Galaxien, deren Leuchtkräfte um ein
tausendfaches höher sein können. Besonders erstaunlich sind dabei die Quasare,
in denen gewaltige Energiemengen in einem vergleichsweise winzigen Kernbereich
erzeugt und abgestrahlt werden. Die Energie wird vermutlich durch Einfall von
Materie in ein massereiches schwarzes Loch freigesetzt. Da nach neuen
Erkenntnissen so gut wie alle größeren Galaxien ein solches schwarzes Loch in
ihrem Zentrum enthalten, stellt sich die Frage nach der Bedeutung von Quasaren
(allgemeiner: aktiven Galaxienkernen) für die Entwicklung von Galaxien im Universum.
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Dr. Axel Schwope
(232)
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Röntgenastronomie - Die Entdeckung des heißen Universums
Techniken der Röntgenastronomie, typische Röntgenobjekte.
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Prof. Matthias Steinmetz
(382) oder
Dr. Hans-Erich Fröhlich
(513)
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Die dunklen Seiten des Universums
Was das Auge am Nachthimmel erblicken kann, ist nur ein Temperaturausschnitt des Kosmos. Für Beobachtungen extrem kalter Bereiche sowie sehr heißer Objekte gibt es Radioteleskope bzw. Röntgensatelliten. Sternentstehung geschieht beispielsweise im Dunkeln, in staubigen Verklumpungen interstellaren molekularen Gases, und nahe dem absoluten Nullpunkt. Aber der Stoff aus dem die Sterne - und wir - gemacht sind, Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Eisen ..., ist bloß eine Zutat, das Körnchen Salz in der kosmischen Suppe. Er hat sich in Potentialmulden angesammelt, die von weit Gewichtigerem künden, Dunkler Materie, einem obskuren Stoff, in dem die sichtbaren Galaxien und Galaxienhaufen eingebettet sind. Und was hat es mit der rätselhaften Dunklen Energie auf sich, von der oft die Rede ist und die eventuell die Geschicke des Universums auf lange Sicht lenkt? Evidenzen für das Vorhandensein von Dunkler Materie im Universum, z.B. Rotation von Spiralgalaxien, der Gravitationslinseneffekt oder die Röntgenstrahlung von Galaxienhaufen werden vorgestellt. Auch werden Parallelen zur Wissenschaftsgeschichte (Vorhersage der Existenz Neptuns und seiner Entdeckung hier in Berlin) gezogen. Danach folgt dann eine Beschreibung der Strukturbildung im Universum, d.h. wie sich Galaxien und großräumige Strukturen aus den Fluktuation im kosmischen Mikrowellenhintergrund bilden. Über die Verbindung von Astro- und Teilchenphysik geht es dann zur berühmten kosmologischen Konstante, zum Urknall per se und dem beschleunigten Universum.
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Dr. Gabriele Schönherr (383)
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Pulsare - Leuchtfeuer im All
Pulsare sind rotierende Neutronensterne, welche stark gebündeltes Licht, vor allem im Radio- und auch Röntgenbereich aussenden. Wie die Seefahrer die Lichtkegel eines Leuchtturms, so beobachten Astronomen durch die Rotation des Neutronensterns seine Strahlung als gepulste Signale aus dem All. Bei der Entdeckung des ersten Pulsars wurde diese Quelle zunächst scherzhaft als "Little Green Man 1" gehandelt, da man sich die Herkunft der Leuchtpulse ohne "intelligentes Zutun" nicht erklären konnten. Auch heute noch, nach Verständnis der grundlegenden Prinzipien der Pulsare, geben diese faszinierenden Objekte Astrophysikern immer weitere Rätsel auf.
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Dr. Axel Schwope
(232)
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Mit dem Zollstock durch das Universum
Die Astronomie ist die Wissenschaft der großen Zahlen und großen Distanzen. Sind Entfernungen von Millionen und Milliarden Lichtjahren glaubhaft? Der Vortrag beschreibt Methoden und Ergebnisse der Entfernungsbestimmungen am Himmel vom Altertum bis heute.
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Prof. Günther Rüdiger
(512)
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Das magnetische Universum
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Prof. Matthias Steinmetz
(382)
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Das Universum: Schön, elegant oder grotesk?
Wissenschaftler arbeiten oft unter der Annahme, dass die grundlegenden Prinzipien, die den Aufbau und das Verhalten unserer Welt bestimmen, von einfacher und schöner Natur sind, selbst oder gerade dann, wenn Sie noch nicht entdeckt wurden. Dies gilt insbesondere auch für den Aufbau des Universums selbst. Gerade hier hat die Astrophysik in den letzten Jahren erstaunliche Fortschritte gemacht. Waren noch vor wenigen Jahren die Häufigkeiten der verschiedenen Grundbausteine, die das Universum zusammensetzen, nur sehr ungenau bekannt, so sprechen wir heute, dank der Ergebnisse von Satellitenexperimenten, von Grossteleskopen und von Computersimulationen, zuweilen gar von Präzisionskosmologie. Das relative Gewicht der verschiednen Bestandteile des Kosmos ist anscheinend mit einer Unsicherheit von nur wenigen Prozent bekannt, und die weitere Entwicklung des Universums fixiert: es wird sich für immer und mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnen. Dieses schöne und elegante, wenn auch philosophisch gesehen eventuell nicht ganz befriedigende Ergebnis hat aber einen großen Nachteil: es verlangt, dass 95 Prozent des Universums in uns noch völlig unbekannter Form vorliegen, in sogenannter Dunkler Materie und Dunkler Energie. Warum sind dennoch viele Wissenschaftler von dieser Lösung überzeugt, was kann diese Dunkle Materie und Dunkle Energie sein, oder ist der ganze Vorschlag einfach nur grotesk?
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Dr. Volker Müller
(521)
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Die Entwicklung des Universums
Über 100 Jahre nach der Relativitätstheorie
und etwa 90 Jahre nach der Aufstellung der ersten
Weltmodellen hat die Astrophysik eine sehr präzise
Vorstellung von der Entwicklung des Universums
erreicht: Vor 14 Milliarden Jahren entstanden
Sekundenbruchteile nach dem Urknall die Keime der
beobachteten kosmischen Strukturen. Unter dem
Einfluss der Schwerkaft bildeten sich später Galaxien
und Galaxiensysteme. Um die Entwicklung zu deuten,
bedarf es einer ungewöhnlichen Materiezusammensetzung
des Kosmos mit dominierender dunkler Materie und dunkler
Energie. Der Vortrag erläutert die Geschichte und aktuelle
Probleme unserer kosmologischen Vorstellungen.
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Dr. Volker Müller
(521)
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Der Kosmos mit dunkler Materie und dunkler Energie
Ein vielfältig verwobenes Netzwerk von Sternsystemen durchzieht unser
Universum. Rätselhafte Materieformen dominieren diese Strukturen. Wir
berichten über neue Methoden, die Verteilung der dunklen Materie zu messen.
Durchmusterungen der Galaxien im tiefen Universum sind im Gange, um die
dunkle Energie besser zu verstehen und diese in Simulationen der
Strukturbildung einzubauen.
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Dr. Alexander Knebe
(535)
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Das Universum im Computer
Kosmologie ist die Lehre vom Aufbau und der Entwicklung des Universums als
Ganzem. Fortschritte bei der Konstruktion von Teleskopen und Satelliten
haben uns in den letzten Jahren zu einem umfassendes Bild des Universums zum
heutigen Zeitpunkt verholfen. Allerdings sind zum Verständnis und der
Interpretation dieser Beobachtungen sehr rechenaufwändige
Computersimulationen notwendig, die sozusagen "Das Universum im Computer"
nachstellen. Nur mit Hilfe von Hochleistungsrechnern ist es uns möglich, die
Entstehung und Entwicklung von Galaxien und deren Verteilung im Universum
von Anbeginn der Zeit bis heute zu modellieren. Dr. Knebe erläutert, wie man
all die "Bausteine des Universums" in einen Computer füttert und sich sein
"Universum im Computer" erschaffen kann, welches dann über die kosmischen
Zeiten Aufschluss gibt, die mit Teleskopen nicht zu erfassen sind.
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Dr. Hans-Erich Fröhlich
(513)
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Vom Urknall zum Urmenschen - die kosmischen Grundlagen unserer Existenz
Es gäbe uns nicht,
wären nicht kosmischerseits gewisse Voraussetzungen
erfüllt gewesen. Schwere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff oder Eisen
mussten in massereichen Sternen thermonuklear entstehen und ins Freie gelangen.
Eine Dunkelwolke musste unter ihrem Gewicht in sich zusammenbrechen und das
Sonnensystem hervorbringen. Die Ursonne durfte nicht zu schwer sein, und sie
durfte nicht zu schnell rotieren. "Hyperaktivität" hätte nur geschadet.
Wasser musste aus kühleren Gefilden des Sonnensystems herangeschafft und die
Meteoritengefahr gebannt werden. Welche Rolle kommt dabei dem Jupiter zu?
Verdanken wir höheres Leben auf der Erde gar dem Mond? Er, Überbleibsel
eines katastrophalen Zusammenstoßes der Erde mit einem marsgroßen
Himmelskörper, hat die Erdachse fest im Griff und verhindert Klimakapriolen.
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Mit 100000 Sachen um die Sonne - und wir merken nichts davon
Michelson-Versuch und Relativitästheorie
Bewegung kann man nur gegen externe Objekte feststellen. Ohne Blick auf Sonne, Planeten, Sterne oder Hintergrundstrahlung können wir also keine Geschwindigkeit der Erde feststellen. Was sagt aber der Blick auf Sonne, Planeten und Sterne?
Woher wissen wir, dass sich die Erde um die Sonne bewegt und nicht umgekehrt? Die spezielle Rückläufigkeit der Planeten ist nur ein indirekter Hinweis auf die Bewegung der Erde. Die Aberration (der Regenschirmeffekt) des Sternenlichts scheint eine direkte Messung, aber das Licht ist eine Welle und kein Teilchenregen.
Gibt es also wie für den Schall eine Art Luft auch für das Licht (d.h. den Äther)? Diese müsste dann widerstandlos durch alle Wände strömen. Das tut sie aber nicht, wie Michelson 1881 in Potsdam gezeigt hat.
Einsteins Lösung: Die Lichtgeschwindigkeit ändert sich bei Zusammensetzungen nicht. Die Aberration des Lichts bedarf keiner Ätherhypothese, zeigt
unmittelbar die Bewegung der Erde und - ganz wichtig -
die Relativität der Gleichzeitigkeit mit all ihren Folgen.
Geeignet nach Vorstellung des heliozentrischen Weltbildes oder nach Vorstellung der Wellennatur des Lichts
[Handout,
Applet Aberration,
Applet Michelson]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Horoskop und Zeit
Bis zur technischen Reife der Atomuhren
wurde die gleichmäßige Zeit and der Stellung der Planeten abgelesen, weil das zweite
Keplersche Gesetz den Zusammenhang zwischen der geometrischen Vermessung des Planetensystems und der
idealen Zeit herstellt. Die astronomische Bestimmung der Zeit ist mit der geographischen Bestimmung
der Koordinaten auf der Erde untrennbar verbunden und es gibt viele lehrreiche und erstaunliche
Beispiele zu dieser Verbindung. Auch die Lichtgeschwindigkeit wurde mit einer solchen Uhr gefunden.
Es wird auch der Beweis geführt, dass die These, die scheinbare Stellung der Sonne, Planeten und
Sterne beeinflusse das Schicksal, nicht zutreffen kann.
Geeignet nach Vorstellung der Keplerschen Gesetze
[Handzettel]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Einstein und das gespiegelte Licht: Geometrie der Zeit
Was geschieht mit dem Licht,
wenn der Spiegel sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt?
Wird es gebremst oder beschleunigt wie ein Tennisball am Schläger?
Dürfen wir Geschwindigkeiten addieren? Wenn nicht, was wird aus dem Fundament von Mechanik und Physik?
Wir finden die Antwort mittels Darstellung auf einem Registrierstreifen, der etwa eine eindimensionale Bewegung registriert. Die Spiegelung wird aus der Mechanik übernommen, alles weitere geschieht mit den Strategien der gewohnten euklidischen Elementargeometrie. Wir entwickeln eine Geometrie der Orts-Zeit-Ebene. Höhepunkt ist der Satz des Pythagoras, der hier ein Minuszeichen enthält und mit
a2 - b2 = c2 abgekürzt werden kann.
Geeignet für die Mittelstufe nach Vorstellung des Satzes, dass jede Drehung zwei Spiegelungen äquivalent ist oder nach Vorstellung der Orts-Zeit-Diagramme.
[Text
und Animationen]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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E=mc2 und
der kürzeste Weg zur berühmtesten Formel der Wissenschaft
Die Geometrie auf dem Registrierstreifen und die Untersuchung eines symmetrischen Zerfalls gestatten eine exakte Ableitung von Einsteins berühmter Formel, ohne den gewohnten formelbelasteten Weg betreten zu müssen. Wir erinnern uns dabei an die Newtonschen Axiome und die Elementargeometrie.
Geeignet für die Oberstufe nach Vorstellung der Newtonschen Axiome, aber auch schon für die Mittelstufe nach Vorstellung des Satzes, dass jede Drehung zwei Spiegelungen äquivalent ist, oder nach Vorstellung der Orts-Zeit-Diagramme. [Text und Animationen]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Geradeaus durch gekrümmte Räume
Was ist Krümmung des Raums? Ist ein Lichtstrahl gerade? Wie kann ich mich an entfernten Punkten orientieren? Wie kann ich mich orientieren, ohne entfernte Punkte anpeilen zu können? Leuchtturm, Magnetnadel und der erstaunliche Kompasswagen geben eine Einführung und eine Vorstellung von den Wegen in gekrümmten Räumen.
Geeignet für die Oberstufe zur Illustration der sphärischen Geometrie, aber auch schon für die Mittelstufe nach Vorstellung der Weltkarten und der geographischen Koordinaten. [Text]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Jenseits des Unendlichen: ein Ausflug zu den Wundern der nichteuklidischen Geometrie
Wo schneiden sich Parallelen? Am Horizont, im Unendlichen? Was sind Parallelen? Wo schneiden sich Geraden, die sich noch nicht einmal am Horizont treffen? Mit der Technik der Projektion finden sich merkwürdige Antworten. Da gibt es nicht nur Punkte jenseits des Unendlichen, sie haben auch Bedeutung für gewohnte geometrische Figuren, und da wird die zweidimensionale Ebene zu einer Orts-Zeit-Ebene.
Geeignet für die Oberstufe zur Illustration der sphärischen Geometrie, aber auch schon für die Mittelstufe nach Vorstellung der Dreiecke und des Umkreises und der Bekanntschaft mit Orts-Zeit-Diagrammen.
[Applet Geometrie]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Verkehrsradar im Universum
Geschwindigkeiten werden im Universum mit dem Doppler-Effekt gemessen. Wir finden so die Spiralstruktur der Milchstraße, extrasolare Planeten, Schwarze Löcher, Dunkle Materie und die Expansion des Universums.
Geeignet nach Vorstellung des Spektrums [Folien]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Bis zu 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung - Was können wir davon wissen?
Die Spektralanalyse des Lichts erlaubt Aussagen über die chemische Zusammensetzung der Lichtquelle und des absorbierenden Vordergrundes, über deren Temperatur, Druck und Magnetfeld. Wie das möglich ist und wie das geschieht wird an charakteristischen und wichtigen Beispielen erläutert, so dass ein Bild des Universums bis hin zum Horizont entsteht.
Geeignet nach Vorstellung des Spektrums
[Handzettel]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Die Mercator-Karte des Universums
Mercator fand den Weg, wie man Karten der Erde konstruiert, auf der alle Meridiane vertikal verlaufen und alle Winkel gleich denen auf der abgebildeten Kugel sind. In der Orts-Zeit-Ebene zeigen Winkel Relativgeschwindigkeiten an. Die winkeltreue Raum-Zeit-Darstellung
des expandierenden Universums führt uns vor Augen, was die Expansion mit der Rotverschiebung zu tun hat, wie Horizonte zustandekommen, und was Krümmung des Universums bedeutet.
Geeignet für die Oberstufe zur Illustration der sphärischen Geometrie. Geeignet aber auch schon für die Mittelstufe nach Vorstellung der Weltkarten und der geographischen Koordinaten.
[Text]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Wie schnell sind die Galaxien hinter dem Horizont?
Die Strukturen im Spektrum entfernter Galaxien zeigen mit ihrer Rotverschiebung eine
Fluchtgeschwindigkeit, die mit der Entfernung zunimmt und die Lichtgeschiwndigkeit auch erreicht. Das bestimmt einen Horizont. Ist die Fluchtgeschwindigkeit hinter dem Horizont größer als die Lichtgeschwindigkeit? Sie bleiben kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. Wir lernen, was Krümmung von Raum und Zeit bedeutet, wie man richtig rechnet, und lernen eine einfache Karte des Universums kennen.
Geeignet für die Oberstufe zur Illustration der sphärischen Geometrie. Geeignet aber auch schon für die Mittelstufe nach Vorstellung der Weltkarten und der geographischen Koordinaten.
[Text]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Chemie mit Urknall
Wenn das Universum auch in der Vergangenheit immer expandierte und es einmal heißer gewesen ist als im Zentrum der Sterne, dann können sich Atomkerne erst im Laufe der Abkühlung des Universums gebildet haben. Wie das geschieht, ist vielleicht das einfachste Beispiel für den Ablauf chemischer Prozesse. Wir erkennen den Wettlauf von Abkühlung und Verdünnung und die Bedeutung der Reste nicht umgesetzter Bestandteile für den Rückschluss auf die Bedingungen zur Zeit der Reaktion und davor. Speziell wissen wir, dass auf ein Kernteilchen eine Milliarde Photonen kommen. Das ist 1 Milliarde mal mehr, als man nach der Vorgeschichte erwarten sollte, aber dennoch nur ein Sechstel dessen, was für die Bilanz der Expansion notwendig ist. Es ist spannend zu sehen, wie diese paradoxe Situation aufgeklärt werden kann.
Geeignet als Illustration der Gasgesetze und es Massenwirkungsgesetzes.
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Nagelpunkte des Universums
Das Universum expandiert. Aber können wir das auch für die ferne Vergangenheit annehmen? Welche Beobachtungen sagen uns, dass es im Universum einmal enger als im Atomkern war? Das Verhalten der Abklingzeiten bestimmter Supernovae beweist, dass die kosmische Rotverschiebung von einer Expansion verursacht wird; die Hintergrundstrahlung zeigt, dass es einmal 1000 mal enger war als heute; das universelle Deuterium zeigt, dass es einmal 1000000 mal enger war; und die Feinstruktur der Hintergrundstrahlung bestätigt, dass es einmal 1 Milliarde Milliarde Milliarden (10 hoch 27) mal enger war als heute. [Handzettel]
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Prof. Dierck-E. Liebscher
(deliebscher@aip.de)
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Wie schwer ist das Vakuum
Die Felder übertragen Energie in Quanten, wenn sie keine Quanten mehr tragen, könnten sie aber noch Energie tragen, die nur nicht mehr zur Verfügung steht. Diese Energie müsste sich wegen der Äquivalenz von Masse und Energie im Verlauf der Expansionsgeschichte des Universums bemerkbar machen. Diese Geschichte beobachten wir als Abhängigkeit der Rotverschiebung von der Entfernung. Mit den neuen Beobachtungen der Feinstruktur der Hintergrundstrahlung ist es gelungen, die physikalische Groesse des Horizonts bei z ~ 1100 und damit seine Entfernung zu bestimmen. Wir wissen nun, dass die Dichte des Vakuums heute wenigstens doppelt so groß ist wie die Dichte der Teilchen, aus denen auch die Galaxien, die Sterne und wir bestehen, und dass wir Galaxien in einer Entfernung sehen, die wir nicht einmal mehr mit Lichtsignalen erreichen können. [Text]
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