Tierkreislicht, Ionosphäre, Quasar / Sudo Null IT News

Tierkreislicht

Auf der Nordhalbkugel, kurz vor Sonnenaufgang im Herbst und unmittelbar nach Sonnenuntergang im Frühling, auf der Seite des Himmels, wo die Sonne aufgehen sollte (oder gerade untergegangen ist), hat ein kleiner leuchtender Bereich des Himmels eine ungefähr dreieckige Form. Da es auf dem Tierkreis liegt – dem Gürtel auf der Himmelskugel, entlang dem die sichtbare Bahn der Sonne verläuft – wird es Tierkreislicht genannt.

Einigen Berichten zufolge erwähnten die Einwohner Mittelamerikas dieses Phänomen in der ersten Hälfte des zweiten Jahrtausends. In der Presse erschienen erstmals im 17. Jahrhundert Berichte darüber, und im selben Jahrhundert gelang es dem berühmten italienischen und französischen Astronomen und Ingenieur Giovanni Domenico Cassini, der dieses Phänomen untersuchte, seine Quelle fast korrekt zu beschreiben. Er schrieb, dass diese Strahlung durch “Staubpartikel, die die Sonne umgeben” verursacht wird.

Tatsächlich ist das Leuchten am Himmel Sonnenlicht, das von interplanetaren Staubpartikeln reflektiert wird. Das einzige, worüber sich die Astronomen lange Zeit nicht einigen konnten, war die Quelle dieses Staubs. Lange Zeit wurde angenommen, dass dieser Staub von Kometenschweifen und von Asteroidenkollisionen im Asteroidengürtel stammt.


Das erste dynamische Computermodell der Tierkreiswolke zeigte, dass sich eine Wolke dieser Dichte nur bilden konnte, wenn ihre Quellen “staubig” waren und sich in Umlaufbahnen bewegten, die die Umlaufbahn des Jupiter erreichten.

Aufgrund des Poynting-Robertson-Effekts (ein physikalischer Prozess, bei dem sich Staubpartikel im Sonnensystem langsam in Richtung Sonne drehen) reihen sich Staubpartikel in fast kreisförmigen Bahnen auf und fallen spiralförmig auf die Sonne zu. Daher benötigt die Tierkreiswolke ständig Nachschub in Form neuer Partikel.

Kleine Partikel in der Wolke werden ständig durch Kollisionen miteinander zerkleinert und Weltraumverwitterung. Partikel, die auf eine Größe von etwa 10 Mikrometern reduziert sind, verlassen unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung den inneren Teil des Sonnensystems. Und 2015 neue Ergebnisse der Raumsonde Rosetta zeigtedass ein erheblicher Teil der Teilchen der Tierkreiswolke von Kometen der Jupiterfamilie stammt, und jene Teilchen, die der Erde näher sind, von irgendeinem Planeten im inneren Teil des Sonnensystems stammen – höchstwahrscheinlich vom Mars.

Ionosphäre


Schichten der Ionosphäre Tag und Nacht

1839 kam der deutsche Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß, der die Schwankungen des Erdmagnetfelds untersuchte, zu dem Schluss, dass eine elektrisch leitfähige Schicht der Atmosphäre dafür verantwortlich sein könnte. 60 Jahre nach dieser Vermutung erhielt Guillermo Marconi das erste Funksignal, das den Atlantik überquerte. Eine Drei-Punkte-Nachricht, die im Morsecode „S“ bedeutet, wurde aus dem Südwesten Englands mit einer Frequenz von 500 kHz gesendet und in Neufundland auf einer 150 m hohen Antenne empfangen, die von einem Drachen getragen wurde (mehr zur Geschichte des Relais , das Erscheinen von Radio und später Computern lesen Sie in meiner Reihe übersetzter Artikel und in gedrucktes Buchauf ihrer Grundlage veröffentlicht). Um diese Distanz zu überwinden, musste das Signal mindestens zweimal von der oberen Atmosphäre reflektiert werden.

1902 schlug der englische Autodidakt, Wissenschaftler, Ingenieur, Mathematiker und Physiker Oliver Heaviside vor, dass es in der Atmosphäre eine Schicht geladener Teilchen gibt, die Ionosphäre. Im selben Jahr entdeckte der amerikanische Elektroingenieur Arthur Edwin Kennelly einige der Funk- und elektrischen Eigenschaften der Ionosphäre. Anschließend stellte sich heraus, dass die Ionosphäre aus mehreren Schichten D, E und F besteht, deren Mitte manchmal auch als Kennelly-Heaviside-Schicht bezeichnet wird.

Da der US-Kongress 1912 Funkamateuren die Nutzung von Frequenzen unter 1,5 MHz untersagte, wurde 1923 entdeckt, dass sich hochfrequente Funkwellen auch in der Ionosphäre ausbreiten. Der Begriff „Ionosphäre“ selbst wurde erstmals 1926 vom schottischen Physiker Robert Watson-Watt vorgeschlagen. Erst 1969 wurde sein Brief, in dem er den Begriff vorschlug, weit verbreitet. Dort schreibt er:

In letzter Zeit haben wir eine allgemeine Akzeptanz des Begriffs „Stratosphäre“ und ihres Begleiters, der „Troposphäre“, erlebt. Es scheint eine gute Idee zu sein, dieser Reihe den Begriff “Ionosphäre” hinzuzufügen, der eine Region bezeichnet, deren Hauptmerkmal eine großflächige und signifikante Ionisierung ist freie Weglänge.

Der englische Physiker Edward Victor Appleton erhielt 1947 den Nobelpreis für eine Reihe von Experimenten, die er 1927 durchführte und die die Existenz der Ionosphäre bestätigten. In den 1960er und 1970er Jahren wurden mehrere kanadische Aluette-Satelliten gestartet, um die Eigenschaften der Ionosphäre zu untersuchen.


Schichten der Ionosphäre

Heute ist klar, dass die Ionosphäre eine Hülle aus Elektronen und geladenen Atomen und Molekülen ist, die die Erde umgibt und sich in Höhen von 50 bis 1000 km erstreckt. Seine Existenz wird größtenteils durch die ultraviolette Strahlung der Sonne gewährleistet; Auch Röntgenstrahlen leisten einen kleinen Beitrag. Daher ändert sich die Ionisierung der Atmosphäre gemäß den täglichen Zyklen, 11-Jahres-Zyklen der Sonnenaktivitätund hängt auch von der Jahreszeit ab. Die Schichten D, E und F unterscheiden sich in der Ionisierung zu verschiedenen Tageszeiten und in der Art der Strahlung, die sie am stärksten beeinflusst.

Quasar


Wie sich der Künstler den Quasar ULAS J1120 + 0641 vorgestellt hat

In den 1910er und 1920er Jahren wurde den Astronomen dank der Arbeit von Hubble und anderen klar, dass die Objekte, die gemeinhin als “Nebel” bezeichnet wurden, Galaxien waren, die von uns entfernt waren – genau wie unsere Milchstraße. Das Universum hat in den Köpfen der Wissenschaftler dramatisch an Größe zugenommen, und von einer einzigen Galaxie mit Millionen von Sternen hat es sich in ein unvorstellbares Sammelbecken für Millionen verschiedener Galaxien, „Inseluniversen“, verwandelt.

In den 1950er Jahren, als die Ära der Radioastronomie begann, entdeckten Wissenschaftler etwas Ungewöhnliches: Eine bestimmte Anzahl anomaler Objekte unbekannter Natur befand sich unter den Galaxien. Sie sendeten Radiowellen auf vielen Frequenzen aus, aber die Quellen dieser Radiowellen konnten nicht durch optische Teleskope gesehen werden. Nur manchmal waren anstelle dieser Quellen schwache Punkte sichtbar, die an ferne Sterne erinnerten. Auch die Spektrallinien dieser Objekte, die ihre chemische Zusammensetzung beschreiben, sahen sehr seltsam aus.

Einige dieser Objekte änderten ihre scheinbare Helligkeit im optischen Bereich sehr schnell, im Röntgenbereich sogar noch schneller. Damit war ihre mögliche Größe – innerhalb unseres Sonnensystems – nach oben begrenzt. Dies wiederum, gepaart mit der Kraft ihrer Strahlung, sprach für die außergewöhnliche Energiedichte dieser Objekte. Bei der Diskussion ihrer Natur nannten Wissenschaftler sie “quasi-stellare Quellen von Radioemission” oder “quasi-stellare Objekte” (nicht zu verwechseln mit hypothetischen “Quasi-Sterne“”) [quasi-stellar objects, QSO]. Anschließend wurde dieser Name auf ein einfaches “Quasar” reduziert.

In den 1960er Jahren wurden Hunderte solcher Objekte gefunden, und Astronomen versuchten, die Quellen solch starker Signale in optischen Teleskopen zu finden. Dies geschah erstmals 1963, als der Quasar 3C 48 endlich durch ein Teleskop gesehen werden konnte. Sie sahen einen scheinbar schwachen, blassblauen Punkt und maßen sein Spektrum, das viele ungewohnte breite Emissionslinien enthielt, die nicht erklärt werden konnten.

Dann konnte der niederländische Astronom Marten Schmidt, der Quasare und ihre Entfernungen aktiv untersuchte, zeigen, dass die seltsamen Emissionslinien im Spektrum des Quasars 3C 273 nichts anderes sind als gewöhnliche Wasserstoff-Spektrallinien, die eine Rotverschiebung erfahren. Es schien, dass sich das Objekt mit einer Geschwindigkeit von 47.000 km / s von uns entfernte – und zu diesem Zeitpunkt gab es dafür keine Erklärung. Es war auch unverständlich, wie dieses Objekt heller leuchtet als jede Galaxie, während es eine viel bescheidenere Größe hat. Weitere Messungen und Berechnungen bestätigten jedoch Schmidts Hypothese: Alle Quasare erwiesen sich als sehr weit von uns entfernte Objekte, die sich mit großer Geschwindigkeit davonbewegten.

1964 stellten Edwin Ernest Salpeter (amerikanischer theoretischer Physiker und Astrophysiker, Biophysiker) und Yakov Borisovich Zeldovich (sowjetischer Physiker und physikalischer Chemiker, Akademiemitglied der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Professor) unabhängig voneinander die Annahme vor (heute ist allgemein anerkannt), dass die Quellen unglaublicher Energie von Quasaren Akkretionsscheiben sind, deren Materie in massereiche Schwarze Löcher fällt.

Aber dann erschien eine solche Annahme zu exotisch, insbesondere wurde nicht bestätigt, dass es in den Zentren vieler Galaxien supermassive Schwarze Löcher gibt, und viele Astronomen konnten sie nicht sofort akzeptieren. Daher wurden in den 1960er und 1970er Jahren viele Hypothesen über die Natur von Quasaren aufgestellt, wobei man versuchte, sie als nicht so fern und nicht so mächtig darzustellen und auch die signifikante Rotverschiebung durch andere physikalische Effekte bis hin zu solchen Exoten zu erklären Dinge wie Antimaterie und weiße Löcher.

Im Laufe der Zeit und der Häufung von Beobachtungsergebnissen, insbesondere im Röntgenbereich, wurde jedoch klar, dass Salpeter und Zel’dovich ins Schwarze getroffen hatten. Das Universum dehnt sich aus, ferne Galaxien entfernen sich mit hoher Geschwindigkeit von uns, wodurch das Licht von ihnen rotverschoben wird, und in den Zentren vieler Galaxien gibt es supermassive Schwarze Löcher, die Materie absorbieren und daher starke Strahlung abgeben – tausendfach mehr als alle Strahlung, die von den Sternen der Milchstraße abgegeben wird. Die Strahlung wird durch die Gravitations- und Reibungskräfte erzeugt, die auf die Materie einwirken, die sich dem Schwarzen Loch nähert.

Es wurde auch klar, warum die meisten Quasare weit von uns entfernt sind und daher im frühen Universum existierten. Wenn Materie von einem supermassiven Schwarzen Loch absorbiert wird, kommt ein Moment, in dem fast alle Materie in der Nähe verschwindet und der Quasar allmählich verblasst und sich in eine normal aussehende Galaxie verwandelt.

Der Prozess der Absorption der Akkretionsscheibe und der Emission von Strahlung wurde Ende der 1970er Jahre modelliert, und Ende der 1980er Jahre war diese Erklärung für die Natur von Quasaren bereits allgemein akzeptiert.

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