Franziska Konitzer
Karl Urban
In dieser Episode geht es wieder um euer Feedback zu den Geschichten: Das AstroGeoPlänkel ist eine regelmäßige Sonderfolge, in der es um eure Fragen, Kommentare, Anmerkungen und Wünsche geht.Dieses Mal sprechen wir über die gedankenverknotende Expansion des Universums und warum das junge Universum nicht gleich nach seiner Entstehung zu einem Schwarzen Loch kollabiert ist.
Außerdem geht es darum, wie verglühende Satelliten helfen können, Flugbahn und Masse vorher unbekannter Meteoriten zu bestimmen. Wir sprechen auch über unsere Art, True Science-Geschichten zu erzählen und über unsere englischsprachigen Töne. Und zwischendurch geht es auch um Franzis Eichhörnchen, die ihren Balkon – und ihr Herz! – fest in ihren Krallen haben.
Weiterhören bei Astrogeo
- Folge 94: Das Universum und sein Urknall – der Anfang des Anfangs
- Folge 98: Das Erbe des Urknalls: Wie die Materie in unser Universum kam
- Folge 99: Aluminium im Himmel: Wie Satelliten die Ozonschicht gefährden
- Folge 89: Ninjas der Nacht: Die Entwicklung der Säugetiere
- Folge 78: Kernenergie vor 2 Milliarden Jahren: Der Atomreaktor Oklo
Weiterführende Links
- WP: Kamiokande
- WP: Eichhörnchen
- YouTube: Space Shuttle Launch Audio
- KIT: Starlink-Absturz belauscht
- Volkssternwarte München: Franzis Vortrag “Der Anfang von Allem: Wie der Urknall ins Universum kam”
Rotverschiebung / Expansion:
Wie wär’s damit…
Das Universum / der Blick in die Tiefe desselben ist ein 2m Gummiband.
Male auf das Gummiband an einem die Erde am anderen eine ganz weit entfernte Galaxie und eine in die Mitte … jetzt dehne das Gummiband auf 200% die entfernte Galaxie hat sich von 2m auf 4m – also um 2m – von uns entfernt, der Punkt / die Galaxie in der Mitte hat sich in derselben Zeit nur von 1m auf 2m – also um 1m – von uns entfernt.
Die Schnur zeigt ja wirklich gleichmäßige Ausdehnung aber 2m bzw 1m Entfernungszunahme der „Galaxien“ in der selben Zeit, je nach Abstand.
Die Bewegung der Andromeda ist wie eine Perle auf der Gummischnur, wo im Nahbereich die paar Millimeter Expansion von der überlagerten „aufeinanderzu Bewegung“ mehr als ausgeglichen werden,
Gutes „Bild“ ?!
Hallo Ihr beiden!
Zwei Punkte:
1. Zu den englischen Originalen
Eine sehr brauchbare Lösung hat wie ich finde Lars Naber in seinem Podcast „Auf Distanz“ für dieses Problem gefunden.
Siehe z.B die Episode „Auf Distanz 0099: Ariane 6 – Erstflug“
https://aufdistanz.de/auf-distanz-0099-ariane-6-erstflug/
2. Zu zweierlei Rotverschiebung
Ich stelle mir zur Veranschaulichung das Licht als eine sehr langgestreckte Sinuswelle im Raum vor. Dabei gilt, dass das Verhältnis zwischen der Frequenz und der Länge immer denselben Quotienten ergiebt. Je länger die Welle, desto langsamer die Frequenz, aalso die Lichtfarbe.
a) Wenn sich die Lichtquelle von uns fortbewegt wird die Welle gestreckt, wird also länger, die Frequenz sinkt und das Licht wird röter.
b) Wenn sich der Raum ausdehnt, veranschauliche ich mir das mit einem großen Gummituch auf dem die Welle draufgemalt ist. Der Raum wird gestreckt, das Gummituch wird gedehnt und die Welle wird – länger. Längere Welle bedeutet niedrigere Frequenz, also Verschiebung der Lichtfarbe Richtung Rot.
Evt hilft diese Metapher ja beim Verständnis.
Beste Grüße
Chris
Ups! Da haben Grueni und ich beide fast gleichzeitig dieselbe Idee gepostet :-))
🙂 nice !!
@Grueni & Christoph, danke für die Schaubilder. Die im Geplänkel vorgetragene Frage bezieht sich ja auf die beschleunigte Expansion – die erkenne ich in Euren Gummi-Bildern nicht? Ihr veranschaulicht, warum das Licht von raumzeitlich weit entfernten Galaxien ins Rote verschoben ist. Die Frage hatte ich aber so verstanden: Wenn uns die Rotverschiebung eben dies anzeigt (dass der Raum, durch den das Licht weit entfernter Galaxien zu uns unterwegs war, im Laufe der Reise dieses Lichts gestreckt wurde), wie kann daraus zugleich gefolgert werden, dass diese Expansion sich beschleunigt?
Naja aber in derselben Zeit legt der weiter entfernte Punkt mehr Strecke zurück. Dh er sieht von hier aus so aus als ob die Geschwindigkeit mit dem Abstand zunimmt – ist das nicht eine Wahrnehmungssache zu sagen ok je weiter weg desto schneller, ganz offensichtlich beschleunigt sich das ?
Hmmm. Aber so wäre das doch eher ein Argument dafür, dass es nur so aussieht, als ob sich die Expansion beschleunigt? Der Effekt, dass das Licht auf seinem Weg gestreckt wird, treten doch auch bei kontinuierlicher Expansionsgeschwindigkeit auf und hätte ebenso den größeren Effekt auf weit entfernte Lichtquellen? Wahrscheinlich steh ich auf dem Schlauch….
Ich kenne mich ja auch einfach nicht aus, daher blöde Frage: Wir können doch wohl kaum die minimalen Veränderungen in der Rotverschiebung des Lichtes einer weit entfernten Galaxie in einem Zeitraum von sagen wir 10 oder 20 oder auch 50 Jahren erfassen, oder? Und bei uns kommt das Licht (als Welle) ja „in einer Kurve“ (Wellenlänge) an, und nicht als Protokoll all seiner „Kurven“ auf dem zurückgelegten Weg? Denn wenn ich keine Veränderung in dem Zeitraum, in dem Menschen bisher in der Lage waren, die Wellenlänge von intergalaktischem Licht zu messen, feststellen kann, wie kann dann die bloße Betrachtung der Rotverschiebung eine Beschleunigung der Expansion zu Tage fördern?
Und natürlich am wichtigsten: Wenn das Universum ein Gummiband ist, kann es dann auch reißen – mit einem lauten Endknall? Wäre doch als ultimative Apokalyptik die ultimative Pointe zu der LeMaitre-Geschichte!
Wenn dann ists natürlich eine große Gummikugel also ein Flummie 🙂
Bei Minute 28: „Zurück zum Urknall – weit weg und lange her“
Vielen Dank für die Gelegenheit zum Feedback auf die Feedbackfolge!
Der Urknall ist lange her. Da stimme ich zu.
Aber war der Urknall wirklich weit weg? Das wurde in der Folge imho auch nicht explizit thematisiert, aber der Ort des Urknalls ist in unseren 3 Raumdimensionen recht einfach zu bestimmen: Der Urknall war genau hier!
Ja, und bei dir, liebe:r Kommentarleser:in. Und dort, wo Franzi und Karl jetzt sind. Und auch dort, wo die beiden bei der Aufnahme waren. Ja, auch auf der Oberfläche der Sonne, der dunklen Seite des Mondes, auf Beteigeuze und Wolf359 und eben überall.
Okay – dann war er auch weit weg. Stimmt. Aber eben nicht nur. Hier war er auch.
Ich wollte euch das gern wissen lassen.
Ja, und trotzdem war der Urknall anscheinend eine sogenannte Punktsingularität…
Ich wollte noch meinen Senf zur Frage der beschleunigten Ausdehnung des Universums abgeben.
Meiner Ansicht nach beruhte die Frage, wie sie gestellt wurde, auf einem Denkfehler. Sie lautete ja, wenn ich mich richtig erinnere, in etwa: Wir sehen weiter entfernte Galaxien mit einer Geschwindigkeit, die sie früher hatten. Wenn das Universum sich beschleunigt ausdehnt, sollten nähere Galaxien ja eher eine größere Geschwindigkeit haben (denn wir sehen sie, wie sie sich zu einem Zeitpunkt bewegten, der kürzer zurückliegt) als weiter entfernte. Beobachtet wird aber das Gegenteil, die Rotverschiebung und damit die Rezessionsgeschwindigkeit von Galaxien nimmt mit der Entfernung zu. Was hier in der Fragestellung effektiv verwechselt wird, sind Geschwindigkeit und Ausdehnungsrate.
Die Idee wäre richtig, wenn alle Galaxien sich zu *einem* Zeitpunkt mit der gleichen Geschwindigkeit von unserem Standpunkt entfernen würden. Dann müssten nähere als schneller gesehen werden als weiter entfernte, weil sie eben auch zu einem größeren Weltalter gesehen werden.
Tatsächlich aber haben wir ja zu jedem festen Zeitpunkt sehr viele verschiedene Geschwindigkeiten der Galaxien. Eine Galaxie, die zwei Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist, strebt doppelt so schnell von uns weg, wie eine, die eine Milliarde Lichtjahre entfernt ist, eine die vier Milliarden Lichtjahre entfernt ist, viermal so schnell. Die Rezessionsgeschwindigkeit ist proportional zur Entfernung, und der Proportionalitätsfaktor, der angibt, wie schnell eine Galaxie von uns wegstrebt, heißt Hubble-Konstante. Konstant ist die aber erstmal nur im Raum, d.h. sie ist in alle Richtungen und überall gleich. Das ist eine Folge der Isotropie und Homogenität des Weltalls, die auf genügend großen Skalen (im Mittel) gilt.
Die Hubble-Konstante könnte aber mit der Zeit zu- oder abnehmen. Nimmt sie zu, ist die Ausdehnung des Universums beschleunigt, nimmt sie ab, ist sie verzögert. Übrigens gilt, wenn man als Entfernung die sogenannte Maßstabsentfernung nimmt, die Proportionalität zwischen Rezessionsgeschwindigkeit und Entfernung genau, es gibt da also keine Obergrenze, die Lichtgeschwindigkeit kann ohne Weiteres überschritten werden. (Astronomen kennen verschiedene Entfernungsmaße, z.B. Helligkeitsentfernung, Winkeldurchmesserentfernung, das kann Franzi bestimmt sehr gut erklären; die Maßstabsentfernung ist eine theoretische Größe, die man aus den messbaren berechnen kann.) Ein schöner Artikel hierzu ist unter https://www.cambridge.org/core/services/aop-cambridge-core/content/view/EFEEEFD8D71E59F86DDA82FDF576EFD3/S132335800000607Xa.pdf/div-class-title-expanding-confusion-common-misconceptions-of-cosmological-horizons-and-the-superluminal-expansion-of-the-universe-div.pdf zu finden. Es gibt auch auf YouTube Vorträge von Tamara Davis dazu: https://www.youtube.com/watch?v=QfmrKaRHTMg und https://www.youtube.com/watch?v=WrhsPZt5JtM.
Wie kann man also feststellen, ob die Expansion des Universums beschleunigt oder verlangsamt (ober bei konstanter Rate) stattfindet? Nun, man muss sowohl die Entfernung als auch die Rotverschiebung einiger (nicht gleich) weit entfernter Galaxien messen. Die Rotverschiebung liefert uns die Rezessionsgeschwindigkeit, wenngleich nicht mit den Standardformeln, die etwa aus der speziellen Relativitätstheorie bekannt sind. Direkt bekommt man aus der Rotverschiebung das Verhältnis der heutigen Größe des Universums zu seiner Größe zur Zeit, als das Licht der Galaxie ausgesandt wurde (gemessen wird das durch den sogenannten Expansionsskalar). Misst man das für mehrere nicht zu weit auseinander liegende Zeitpunkte der Vergangenheit (also für ein paar Galaxien deren Entfernungsunterschiede zu uns nur ein paar Millionen Lichtjahre betragen), dann bekommt man auch die zeitliche Veränderung dieses Verhältnisses und die liefert die Hubble-Konstante zur damaligen Zeit. Die (Helligkeits-)Entfernung kann man bestimmen, wenn man die absolute Helligkeit des beobachteten Objekts kennt und mit der gemessenen (d.h. hier ankommenden) Helligkeit vergleicht. Für einen euklidischen Raum nimmt die Helligkeit mit dem Quadrat der Entfernung ab. Nun gibt es diese schönen Typ-Ia-Supernovae, die aus einem weißen Zwerg enstehen, der in einem Doppelsternsystem seinem noch aktiven Sternenbegleiter Materie entzieht. Sobald dadurch die sogenannte Chandrasekhar-Masse überschritten wird, explodiert der weiße Zwerg in einer Supernova. Die Chandrasekhar-Masse ist ungefähr 1,4 Sonnenmassen und nur schwach von der Chemie (hauptsächlich Sauerstoff und Kohlenstoff) des weißen Zwergs abhängig. Man kann die absolute Helligkeit einer solchen Supernova, die bei knapp über 1,4 Sonnenmassen explodiert, recht genau berechnen, ebenso den zeitlichen Verlauf der Helligkeitskurve (das hilft, eine Supernova als Typ Ia zu identifizieren). Damit können solche Supernovae als „Standardkerzen“ dienen, die die Entfernungsbestimmung der Galaxie, in der sie explodieren, ermöglichen.
Nun zurück zu unserem Beispiel. Wir haben also die Entfernungen zweier Galaxien gemessen und gefunden, dass die eine eine Milliarde Lichtjahre entfernt ist, die andere zwei. Wir haben ihre Rotverschiebungen gemessen und finden, dass die weiter entfernte sich 1,9 mal so schnell entfernt (hat) wie die nähere. Wäre die Hubble-Konstante gleich geblieben, hätte sie sich doppelt so schnell entfernen müssen. Da das Verhältnis der Geschwindigkeiten nur 1,9 ist, muss die Hubble-Konstante zugenommen haben, die Ausdehnung des Universums hat sich beschleunigt. Wäre das Verhältnis 2,1 gewesen, hätte sie sich verlangsamt, wäre es 2,0 gewesen, wäre sie im Rahmen der Messgenauigkeit gleich geblieben.
Die gegenwärtige experimentelle Sachlage ist so, dass das Universum sich die ungefähr während der ersten 8 Milliarden Jahre (nach Ende der Inflationsphase) verlangsamt ausgedehnt hat. In den letzten 5 Milliarden Jahren hat sich die Ausdehnung beschleunigt.
Danke, Klaus Kassner! Es braucht also einen Bezug, um von der Rotverschiebung auf eine beschleunigte Expansion zu schließen- das leuchtet sogar mir ein!
Vielen Dank liebes AstroGeo-Team für das Aufgreifen und Beantworten der Frage und vielen dank Herr Kassner für die ausführliche Beantwortung und die dazu passenden links. Genau darauf zielte die Frage ab.
Freundliche Grüße aus Hamburg.
Marten
PBS spacetime hat kürzlich ein Video zur kosmischen Expansion und deren Beschleunigung sowie gegebenenfalls sogar Änderung der Beschleunigung rausgebracht (What if the cosmological constant is not constant?). Da wird auch noch auf die baryonischen akustischen Oszillationen als Mittel zur Bestimmung von Entfernungen eingegangen, die man auch mithilfe der Standardkerzen Typ-Ia-Supernovae nicht mehr messen kann.
https://www.youtube.com/watch?v=nn94mn8ozOI
Hallo Franzi
Eichhörnchen beobachten macht riesig Spaß, keine Frage.
Und Eichhörnchen füttern macht noch mehr Spaß.
(Hasel-)Nüsse im Laden kaufen macht weniger Spaß und dann ist da auch noch die Frage, wie die Nüsse getrocknet wurden.
Ich für meinen Teil habe das „Beschaffungsproblem“ ganz einfach gelöst: Unweit von München gibt es einen regelrechten Haselnussbauern, den du vielleicht noch nicht kennst: Martl’s Haselnuss in Moosinning (https://martls-haselnuss-shop.de/produkt-kategorie/nagetierfutter/)
VG Klaus
PS: Und mir schmecken die (erntefrischen) Haselnüsse auch 🙂