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Physinetz
Anmeldungsdatum: 20.09.2006
Beiträge: 317
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 Physinetz Verfasst am: 04. Okt 2006 20:56 Titel: Hintergrundstrahlung, was ist das eigentlich? |
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Hallo.
Unsere neuen beiden Nobelpreisträger John C. Mather und George Smoot haben ja ihre Auszeichnung bekommen, da Sie nachgewiesen haben, dass die kosmische Hintergrundstrahlung dem plankschen Strahlungsgesetz folgt und richtungsabhängige Schwankungen anzeigt.
Vergleiche:
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do;jsessionid=56544F1D3C08F961CAF3855B005FA94C?mid=0&laid=8392
Was ist überhaupt die Hintergrundstrahlung und wie ist sie entstanden ???
Leider versteh ich es weder auf wikipedia noch auf dem angegebenen Link.
Könnte es jemand mir bitte erklären und vielleicht auch noch erläutern was es sich mit dem Plankschen Strahlungsgesetz auf sich hat?
Wäre super nett
Vielen Dank
PS: wenns geht leicht verständlich erklären
[Natürlich hat dieses Thema viel mit der Quantenphysik zu tun, aber ich finde, dieses Nobelpreis-Thema hat noch viel mehr einen Ehrenplatz im Themengebiet Astronomie verdient  Ich habe es daher in die Astronomie verschoben, Gruß, dermarkus] |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 05. Okt 2006 00:34 Titel: |
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Das Plancksche Strahlungsgesetz sagt, dass die Frequenzverteilung der Strahlung, die ein Körper ausstrahlt, von seiner Temperatur abhängt.
 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5b/BlackbodySpectrum_lin_150dpi_de.png/492px-BlackbodySpectrum_lin_150dpi_de.png
Ist der Körper heißer, dann verschiebt sich das Maximum der Strahlung zu niedrigeren Wellenlängen (siehe Bild), also zu höheren Frequenzen.
Also kann man an der Verteilung der Frequenzen einer Strahlung erkennen, wie heiß der Körper gewesen ist, der diese Strahlung ausgesandt hat.
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Kurz nach dem Urknall war das Universum sehr heiß, also ein "glühender Körper". Und weil glühend heiße Körper nach dem Planckschen Strahlungsgesetz Strahlung mit kurzer Wellenlänge aussenden, entstand also überall kurzwellige Strahlung. Die Verteilung der Wellenlängen ergab eine Kurve wie oben im Bild, und das Maximum der Kurve gab die Temperatur des Bereiches im Weltraum an, der die Strahlung ausgesandt hat.
Weil das Universum sich seitdem stark ausgedehnt hat, ist diese Strahlung stark abgekühlt, und hat heute daher eine viel größere Wellenlänge, nämlich im mm-Bereich.
Die genaue Wellenlänge des Maximums dieser Mikrowellenstrahlung ist auch heute noch ein (durch die Abkühlung natürlich verschobenes) Maß für die Temperatur des frühen Universums: Insbesondere kann man erkennen, dass die Temperatur im frühen Universum nicht überall gleich war, denn die Hintergrundstrahlung, die aus verschiedenen Richtungen heute bei uns ankommt, hat eine leicht unterschiedliche Wellenlänge. Das ist in dem Bild dargestellt, das du wahrscheinlich schon gesehen hast:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1d/COBE_cmb_fluctuations.gif/800px-COBE_cmb_fluctuations.gif |
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Physinetz
Anmeldungsdatum: 20.09.2006
Beiträge: 317
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| Physinetz Verfasst am: 05. Okt 2006 16:22 Titel: |
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| Zitat: | Die NASA hatte den COBE-Satelliten am 18. November 1989 gestartet, um die kosmische Hintergrundstrahlung zu untersuchen, die als „Echo“ des Urknalls das Universum erfüllt. Heute geht man davon aus, dass das Universum vor 13,7 Mrd. Jahren mit dem Urknall entstanden ist und sich seither ausdehnt. Es war zunächst extrem heiß und dicht mit Elementarteilchen und Strahlung erfüllt. Mit seiner Expansion kühlte sich das Universum rasch ab. Als die Strahlung noch etwa 3000 K heiß war, bildete sie mit den Wasserstoffkernen und Elektronen ein nahezu homogenes Plasma, dessen geringe Dichteschwankungen während der Inflation – einer Phase äußerst schneller Ausdehnung – kurz nach dem Urknall angelegt worden waren. Während die Wasserstoffkerne aufgrund der Schwerkraft von den dichteren Bereichen angezogen wurden, konnte sich die Strahlung auch gegen die Gravitation ausbreiten. Dabei entstanden akustische Schwingungen, die die Materiedichte und auch Temperatur der Hintergrundstrahlung lokal erhöhten oder verringerten.
Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich die Strahlung soweit abgekühlt, dass sie die Wasserstoffatome nicht mehr ionisieren konnte. Daraufhin entkoppelten die Photonen der Hintergrundstrahlung von der übrigen Materie und das Universum wurde lichtdurchlässig. Dabei wurde die in der Strahlung enthaltene Information über die Dichte- und Temperaturschwankungen im frühen Universum konserviert. Die Dichteschwankungen leiteten später die Strukturentstehung im Universum ein. Heute hat die Hintergrundstrahlung nur noch eine Temperatur von 2,7 K. Aus ihren räumlichen Temperaturschwankungen lassen sich aber noch immer wichtige Aufschlüsse über die Entwicklung des Universums gewinnen. Dies wurde mit dem COBE-Satelliten erstmals in Angriff genommen.
Nachdem Penzias und Wilson 1964 die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt hatten (Nobelpreis 1978), stellte sich die Frage, ob diese Strahlung dem Planckschen Gesetz für einen schwarzen Strahler folgt, wie es bei einem heißen Urknall mit anschließender Expansion der Fall sein sollte. Von der Erdoberfläche aus konnte man dies nicht überprüfen, da die Erdatmosphäre beim Maximum dieser Strahlung besonders stark ist. Der COBE-Satellit sollte hier Abhilfe schaffen. Er hatte drei verschiedene Detektoren an Bord, die dank seiner Polarbahn die Strahlung über den gesamten Himmel aufnehmen konnten |
Dieser Teil ist mir trotzdem unklar. Ich verstehe das mit den Wasserkernen und so einfach nicht . Könntest du mir den Text vielleicht genauer erklären?
Danke für dein Bemühen Markus
Woher hast du eigentlich dein ganzes Wissen ? |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 05. Okt 2006 19:46 Titel: |
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Der erste Absatz von diesen dreien ist auch ein bisschen komplizierter und zudem sehr knapp formuliert, darum hatte ich mich davor bisher auch gedrückt 
Er sagt im wesentlichen, wie es dazu kommen konnte, dass in der heißen Suppe aus Protonen (=Wasserstoffkernen), Elektronen und "Licht" ( --- genaugenommen müsste ich statt "Licht" allgemeiner "elektromagnetische Strahlung" sagen, weil mit Licht normalerweise nur ein ganz bestimmter Wellenlängenbereich gemeint ist --- ) Gegenden entstehen konnten, die etwas dichter und heißer waren als andere Gegenden.
Interessant für das Verständnis finde ich vor allem den Beginn des zweiten Absatzes:
| Zitat: |
Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich die Strahlung soweit abgekühlt, dass sie die Wasserstoffatome nicht mehr ionisieren konnte. Daraufhin entkoppelten die Photonen der Hintergrundstrahlung von der übrigen Materie und das Universum wurde lichtdurchlässig. Dabei wurde die in der Strahlung enthaltene Information über die Dichte- und Temperaturschwankungen im frühen Universum konserviert. |
Vorher war die heiße "Suppe" so heiß, dass das Licht die Atome aus einem Proton und einem Elektron wieder ionisieren konnte (also das Proton und das Elektron wieder trennen konnte), dabei wurde es also vom Atom absorbiert (geschluckt). Und solange es immer gleich wieder geschluckt wurde, kam es natürlich nicht weit, also war das Universum zu dieser Zeit undurchsichtig.
Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall aber hatte sich die Strahlung so weit abgekühlt, dass ihre Energie nicht mehr reichte, um das Proton und das Elektron eines Wasserstoffatoms voneinander zu trennen. Das heißt, das Licht wurde nicht mehr von den Atomen geschluckt, und flog ab da ungestört gradeaus. Immer weiter. Und weiter. Bis es heute in unseren Detektoren ankommt und als Hintergrundstrahlung gemessen wird.
Also ist die Hintergrundstrahlung, die wir heute messen, ein Foto vom Zustand des Universums zu einer Zeit etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall, das uns sagt, wie dicht und heiß das Universum damals war.
Wie der COBE-Satellit nachgemessen hat, dass die Hintergrundstrahlung dem Planckschen Strahlungsgesetz folgt, sieht man vielleicht am schönsten in einem Bild, nämlich in Abb. 14.4 auf der vierten Seite unten in folgendem Link:
Link
Er hat gemessen, bei welcher Wellenlänge wieviel Hintergrundstrahlung empfangen wurde (dickerer Teil der Kurve oben am Maximum), und das mit der Vorhersage des Planckschen Strahlungsgesetzes (gesamte Kurve) verglichen.
| Zitat: |
Woher hast du eigentlich dein ganzes Wissen ?
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Ich würde mal sagen: Viel lernen und manchmal auch ein bisschen googeln |
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