Schlagwort: Elementarteilchen

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Polarlicht-Zeitraffer über den italienischen Alpen

Videocredit und -rechte: Cristian Bigontina

Habt ihr letzte Nacht das Polarlicht gesehen? Diese Frage beschäftigte vor ein paar Tagen viele Menschen weltweit. Denn ungewöhnlich weit von den Polen der Erde entfernt war ein mächtiger Polarlichtsturm zu sehen.

Der Auslöser dafür war eine riesige Sonnenfackel der X-Klasse. Diese schleuderte am Dienstag energiereiche Elektronen und Protonen ins Sonnensystem. Diese traten über das Magnetfeld der Erde mit dem Planeten in Verbindung. Die Teilchen trafen hoch in der Erdatmosphäre auf Sauerstoffatome. Das ganze Bild ist von ihrem roten Leuchten durchflutet. Dabei tanzten senkrechte Streifen.

Das Zeitraffervideo zeigt eine Stunde komprimiert. Die Aussicht reicht von Cortina d’Ampezzo über die Gipfel der Alpen in Norditalien. Die Sterne unserer Milchstraße sprenkeln den Hintergrund. Im Vordergrund ziehen Flugzeuge und Satelliten ihre Streifen. Die aktuelle hohe Aktivität unserer Sonne liefert wahrscheinlich noch etwa ein Jahr lang malerische Polarlichter auf der Erde.

Galerie: Weltweite Polarlichter vom 10. auf 11. Oktober 2024

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Energiereiches Teilchen schlägt auf der Erde ein

Die Illustration zeigt eine sehr energiereiche kosmische Strahlung, die in der Erdatmosphäre einen Luftschauer auslöst. Unten ist eine Reihe von Luftschauer-Detektoren zu sehen.

Illustrationscredit: Osaka Metropolitan U./L-INSIGHT, Kyoto U./Ryuunosuke Takeshige

Es war eines der energiereichsten Teilchen, das auf der Erde einschlug, aber woher kam es eigentlich? Wie jede Art kosmischer Strahlung, die auf die Erdatmosphäre trifft, versprühte das nach der Shinto–Sonnengöttin Amerterasu benannte Teilchen einen Schauer aus Elektronen, Protonen und anderen Elementarteilchen.

Die Abbildung zeigt einen Luftschauer aus kosmischer Strahlung, der auf das Telescope Array in Utah, USA, traf, welches das Amaterasu-Ereignis im Mai 2021 aufzeichnete. Diese durch kosmische Strahlung verursachten Luftschauer sind so häufig, dass man wahrscheinlich selbst schon einmal in so einem Teilchenregen war, ohne es zu merken.

Der Ursprung dieser energiereichen Teilchen wird im Atomkern vermutet, bleibt aber in zweierlei Hinsicht ein Rätsel. Erstens ist nicht klar, woher ein einzelnes Teilchen oder ein Atomkern so dermaßen viel Energie haben kann, und zweitens blieben alle Versuche der Spur des Teilchens zu seinem Ursprung folgen, um Hinweise auf eine mögliche Quelle zu finden, bislang erfolglos.

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Die HESS-Teleskope erforschen den Hochenergie-Himmel

Videocredit und -rechte: Jeff Dai (TWAN), H.E.S.S. Arbeitsgemeinschaft;
Musik: Ibaotu Katalognummer 1044988 (Mit Genehmigung verwendet)

Sie wirken wie moderne mechanische Dinosaurier, doch es sind gewaltige schwenkbare Augen, die den Himmel beobachten. Das Hochenergie-Stereoskopische System (H.E.S.S.) besteht aus vier reflektierende Spiegelteleskope, jeweils 12 Meter groß, diese sind um ein größeres Teleskope mit einem 28-Meter-Spiegel angeordnet.

Die Teleskope wurden so konzipiert, dass sie ein seltsames Flackern in blauem Licht – sogenannte Tscherenkow-Strahlung – aufspüren können. Diese Strahlung entsteht, wenn sich geladene Teilchen etwas schneller bewegen als die Lichtgeschwindigkeit in der Luft. Dieses Licht wird abgestrahlt, wenn ein Gammastrahl von einer fernen Quelle ein Molekül in der Erdatmosphäre trifft und einen Schauer geladener Teilchen auslöst.

H.E.S.S. ist empfindlich für einige Photonen mit sehr hoher Energie (TeV), die das Universum durchqueren. Das System H.E.S.S. ist seit 2003 in Namibia in Betrieb und sucht nach Dunkler Materie. Bisher entdeckte es mehr als 50 Quellen, die energiereiche Strahlung abgeben, zum Beispiel Supernovaüberreste oder die Zentren von Galaxien, die sehr massereiche Schwarze Löcher enthalten.

Die H.E.S.S.-Teleskope wurden im Juni gefilmt. Die Zeitrafferaufnahmen zeigen, wie sie vor dem Hintergrund der Milchstraße und den Magellanschen Wolken schwenken und starren. Gelegentlich zischt ein Satellit im Erdorbit vorbei.

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Nordlicht über Südeuropa

Über Cáceres in Zentralspanien leuchteten Polarlichter. Im Vordergrund ragt ein Gebäude über den Horizont, dahinter leuchtet der Himmel unten orangefarben und darüber violett.

Bildcredit und Bildrechte: Lorenzo Cordero

Habt ihr in den letzten zwei Nächten ein Polarlicht gesehen? Viele Leute, die nicht im hohen Norden der Erde leben, konnten eines beobachten. Berichte von Polarlichtern in den USA kamen nicht nur aus nördlichen Gegenden wie Alaska, sondern auch aus dem Süden, etwa Texas oder Arizona. Auch über Europa und Asien breitete sich ein riesiges Polarlichtoval aus.

Hier seht ihr ein eindrucksvolles rotes Polarlicht, das letzte Nacht in der Nähe der Stadt Cáceres in Zentralspanien fotografiert wurde. Auch aus Teilen von Südspanien kamen Berichte.

Die Polarlichter waren das Ergebnis eines starken koronalen Massenauswurfs (KMA) vor wenigen Tagen auf der Sonne. Teilchen des KMA durchquerten das innere Sonnensystem und kollidierten mit dem Magnetfeld der Erde. Von dort wanderten Elektronen und Protonen auf spiralförmigen Bahnen entlang der nördlichen Magnetfeldlinien der Erde hinab und kollidierten mit Sauerstoff und Stickstoff in der Erdatmosphäre. So kam es zu malerischen Polarlichtern.

Unsere ungewöhnlich aktive Sonne bietet vielleicht bald wieder eine Gelegenheit, um Nordlichter am Südhimmel zu sehen.

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Bestätigtes Myonen-Taumeln bleibt rätselhaft

Experimente des Brookhaven National Laboratory und des Fermilabs (Bild) sind vielleicht ein Hinweis, dass es virtuelle Teilchen gibt, die außerhalb des Standardmodells liegen.

Bildcredit: Fermilab Nationales Labor; Fotograf: Reidar Hahn

Beschreibung: Wie schnell taumeln Elementarteilchen? Eine überraschende Antwort auf diese scheinbar belanglose Frage kam 2001 vom Brookhaven National Laboratory in New York in den USA. Sie lässt die Vermutung zu, dass das Standardmodell der Teilchenphysik, das in der Physik weithin anerkannt wird, unvollständig ist. Das Ergebnis besagt, dass grundlegende Komponenten des Universums noch nicht entdeckt wurden.

Besonders das Myon wird seit 1999 in einer Serie an Experimenten, die als g-2 (g minus zwei) bekannt sind, wegen seiner relativ starken Taumelbewegung unter die Lupe genommen. Das Myon ist ein Teilchen ähnlich einem schweren Elektron. Experimentiergruppen auf der ganzen Welt versuchten, das Ergebnis von Brookhaven zu bestätigen, und setzte Theoretiker*innen unter Druck, es besser zu verstehen.

Letzte Woche wurde berichtet, dass das bisher empfindlichste Myonen-Taumelexperiment, das am hier abgebildeten nationalen Fermi-Labor (Fermilab) in Illinois durchgeführt wurde, mit dem Ergebnis von Brookhaven übereinstimmte und ebenfalls ein leicht anomales Myonen-Taumeln nachwies.

Die Taumelrate ist sensitiv für ein seltsames Meer virtueller Teilchen, die überall aus dem Nichts auftauchen und wieder verschwinden. Die unerwartete Taumelrate ist vielleicht ein Hinweis, dass dieses Meer virtuelle Teilchen einer Art enthält, die außerhalb des Standardmodells liegt. Alternativ ist es vielleicht ein Hinweis, dass es Fehler in den theoretischen Vorhersageberechnungen gibt. An diesen Prognosen sind typischerweise extrem komplexe Supercomputer beteiligt.

Künftige Durchläufe am Fermilab-g-2-Experiment werden die Präzision weiter erhöhen – und vielleicht auch den statistischen Unterschied zwischen dem Universum, das wir messen, und dem Universum, das wir verstehen.

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Polarlicht und Sonnenaufgang

Die Polarlichter, die sich unter der ISS ausbreiten, sind nur noch kurz zu sehen. Links oben kündigt sich schon der Sonnenaufgang an. Vom Rand ragen Solarpaneele und eine Kapsel ins Bild. Unten ist die Erde, am oberen Ende verläuft ein bräunlicher Rand aus Nachthimmellicht.

Bildcredit: NASA, Internationale Raumstation, Ricky Arnold

Auf der Internationalen Raumstation ISS kann man ein Polarlicht nur bis zum Sonnenaufgang bewundern. Danach wird die Erde im Hintergrund zu hell. Leider dauert es nach Sonnenuntergang wegen des schnellen Umlaufs der ISS um die Erde bis zum Sonnenaufgang meist weniger als 47 Minuten. Dieses Bild zeigt grüne Polarlichter unter der ISS und rechts oben am Horizont. Links oben breitet sich schon der Sonnenaufgang aus.

Im Weltraum ein Polarlicht zu beobachten kann verzaubern. Die veränderliche Form wurde mit einer riesigen grünen Amöbe verglichen. Polarlichter entstehen, wenn energiereiche Elektronen und Protonen von der Sonne auf das Erdmagnetfeld treffen. Dort wirbeln sie so schnell zur Erde hinab, dass dadurch Atome und Moleküle in der Atmosphäre aufleuchten. Die ISS kreist fast in derselben Höhe wie Polarlichter. Häufig fliegt sie mitten durch die dünnen oberen Schichten eines Polarlichts. Das schadet aber weder den Astronauten, noch verändert es die Form des Polarlichts.

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Polarlichtdrache über Norwegen

Über einer verschneiten, gebirgigen Landschaft flackert ein kurvenreiches grünes Polarlicht über den Himmel. Seine Form erinnert an einen Drachen.

Bildcredit und Bildrechte: Marco Bastoni

Was ist da am Himmel? Ein Polarlicht. Letzten Monat öffnete sich ein großes koronales Loch. Es war ein paar Tage, bevor dieses Bild entstand. Das koronale Loch schleuderte eine Wolke schneller Elektronen, Protonen und Ionen zur Erde. Ein Teil davon traf die Magnetosphäre unserer Erde. Das führte in hohen nördlichen Breiten zu eindrucksvollen Polarlichtern.

Hier schimmert ein besonders schöner Polarlichtschleier über der norwegischen Stadt Tromsø. Das grüne Leuchten entstand, als Sauerstoff in der Luft rekombinierte. Der Astrofotograf sah darin einen großen Drachen. Teilt aber gerne mit, was ihr hier erkennt. Das Maximum an Sonnenaktivität ist zwar schon vorbei. Doch die Sonne ist weiterhin gelegentlich aktiv. Dann erzeugt sie eindrucksvolle Polarlichter. Erst letzte Woche waren welche auf der Erde zu sehen.

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Polarlicht am ganzen Himmel über Norwegen

Die Polarlichter im Bild sind waagrecht verkürzt. Sie leuchten grün und dunkelrot.

Bildcredit und Bildrechte: Sebastian Voltmer

Höher als das höchste Gebäude oder der höchste Berg, ja sogar höher als das höchste Flugzeug liegt das Reich der Polarlichter. Sie reichen selten tiefer als 60 km, doch sie können bis zu 1000 km hinaufreichen.

Polarlichter entstehen, wenn energiereiche Elektronen und Protonen auf Moleküle in der Erdatmosphäre treffen. Vom Weltraum aus gesehen erscheint ein Polarlicht häufig als geschlossener Kreis um einen der magnetischen Pole der Erde. Dieses waagrecht verkürzte Weitwinkelbild zeigt eine unerwartete Polarlichtschau. Sie breitete sich vor fünf Jahren über Ostnorwegen am Himmel aus.

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