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Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Lehrerfortbildung im Sonnenobservatorium auf dem Schauinsland Helioseismologie: Einblicke ins Innere der.

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Präsentation zum Thema: "Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Lehrerfortbildung im Sonnenobservatorium auf dem Schauinsland Helioseismologie: Einblicke ins Innere der."—  Präsentation transkript:

1 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Lehrerfortbildung im Sonnenobservatorium auf dem Schauinsland Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Markus Roth, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Markus Roth, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

2 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Die Sonne ein Stern Einführung Geschichte der Helioseismologie Helioseismologie ErgebnisseAusblick Die Sonne ist ein gewöhnlicher Stern: Masse: 2£ kg Durchmesser: 1,5 Mio km Entfernung: 150 Mio km Oberflächentemperatur: 5700 K

3 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Theoretische Kenntnisse über das Sonneninnere Wie ist die Sonne aufgebaut? Theorie des Inneren Aufbaus der Sterne basiert auf den Grundgesetzen der Physik: Energieerhaltungssatz, Massenerhaltung, Impulserhaltung Druck und Gravitation halten sich die Waage ! die Sonne ist stabil Aus physikalischen Gesetzen kann ein Modell der Sonne erstellt werden. Gibt es Möglichkeiten in die Sonne hineinzusehen? Einführung Geschichte der Helioseismologie Helioseismologie ErgebnisseAusblick

4 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Leightons Messungen der Sonnenoszillationen Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick Robert Leighton Messungen der Bewegungen der Sonnenoberfläche Dopplereffekt Ziel: Lebensdauer von Granulen stattdessen: Sonne schwingt im 5 Minuten Rhythmus Astrophys. J Woher kommen diese Schwingungen? Granulation

5 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Theoretische Erklärung John Leibacher & Robert Stein Roger Ulrich ! Die Sonne schwingt wie ein Musikinstrument Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

6 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Theoretische Erklärung ! Die Sonne schwingt wie ein Musikinstrument Kleine Auslenkungen aus dem Gleichgewichtszustand der Sonne führen zu Oszillationen. kleinen Auslenkungen = Schallwellen Anregung: Granulation Die Überlagerung der Schallwellen führt zur Verstärkung oder zur Auslöschung. ! nur diskrete Kombinationen von Frequenz und Wellenlänge sind vorhanden Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

7 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Eigenschwingungen Einzelner SchwingungsmodusÜberlagerung vieler Schwingungsmodi Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

8 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Experimenteller Nachweis Franz-Ludwig Deubner, 1974 Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

9 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Seismologie der Sonne Unterschiedliche Wellen laufen durch unterschiedliche Bereich in der Sonne ! Information aus verschiedenen Tiefen Voraussetzungen: Genaue Messung der Frequenzen ! lange u. ununterbrochene Messungen Seismologie der Sonne damit möglich Helioseismologie Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

10 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Instrumente GONG (Global Oscillation Network Group)SoHO (Solar Heliospheric Observatory) Netzwerk aus sechs kleinen Sonnenteleskopen seit 1995 Ständige Sonnenbeobachtung möglich (keine nächtliche Unterbrechung) Stationen sind vollständig automatisiert. Sonnenobservatorium im Weltraum seit 1996 ununterbrochene Sonnenbeobachtung möglich befindet sich an einem Lagrange- Punkt (Gleichgewicht der Anziehung von Erde u. Sonne) Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

11 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne RotationSupergranulationOszillationen Vom Sonnenbild zu den Daten Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

12 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Innerer Aufbau der Sonne SchallgeschwindigkeitDichte Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick c 2 [m 2 /s 2 ] [g/cm 3 ]

13 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Zentraltemperatur der Sonne Die Zentraltemperatur der Sonne beträgt: 15,7 £ 10 6 K Unsicherheit: 2% ! Neutrinoproblem Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

14 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Neutrinoproblem der Sonne Kernfusionsprozesse im Sonneninnern sind temperaturabhängig. Freiwerdende Neutrinos ( e ) können auf der Erde nachgewiesen werden. Aber: Es werden weniger Neutrinos nach- gewiesen als die Theorie des inneren Aufbaus der Sonne vorhersagt (1/3 – 1/2 ). Standard Modell: Neutrinos sind masselos. Hätten Neutrinos eine Masse, könnten sie vom einen in den anderen Typ wechseln. Andere Typen waren bisher nicht nachweisbar. Measurements of the neutrinos vs. solar's interior models Standard model Neutrino is massless; fixed ratio between the number of neutrinos and the number of photons in the cosmic microwave Background Observation Only detected 1/3 and 1/2 of predicted number; neutrino oscillations Resolutions Neutrinos with mass change type; Detection of multiple neutrino types Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

15 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Neutrinodetektion Sonnenaufnahme des Super- Kamiokande-Detektors im Neutrino-Licht Belichtungsdauer: 504 Tage 1 Pixel entspricht 1 Winkelgrad am Himmel Hat das Neutrino eine Masse? Beispiel für einen Detektor Superkamiokande in Kamioka, Japan: t Wasser Prinzip: Wasser-Czerenkov-Detektor Neutrino trifft auf ein Elektron Beschleunigung auf Überlichtgeschwindigkeit Lichtblitz (Czerenkov-Strahlung) Detektion mit Photomultipliern JA Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

16 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Differentielle Rotation langjähriges Mittel der differentiellen Rotation in der Sonne Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick Sonne rotiert differentiell: Äquator rotiert schneller als die Polregionen Bestimmung des Verlaufs der Rotation im Sonneninneren mittels Helioseismologie

17 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Zonale Strömung Erscheinungsorte der Sonnenflecken Differenz zwischen monatlicher Messung und langjährigem Mittel Nicht nur das Magnetfeld variiert mit einem 11 Jahres-Rhythmus, auch die innere Dynamik der Sonne ist variabel. Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

18 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Variationen am Boden der Konvektionszone Variationen am Boden der Konvektionszone: Periode 1,3 Jahre Ist das Teil der Funktionsweise des Sonnendynamos? Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

19 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Der Herzschlag der Sonne Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

20 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Time-Distance Helioseismology Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick Δ Ausnutzen von der Beziehung zwischen Laufzeiten und Laufstrecken: Hindernisse auf dem Weg einer Welle führen zu Verzögerungen am Beobachtungsort. Damit ist das Aufspüren von Hindernissen = Schwankungen in der Schallgeschwindigkeit möglich

21 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Tiefenstruktur eines Sonnenflecks Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

22 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Abbildung der Sonnenrückseite Wellen von der Rückseite erreichen Sonnenvorderseite Umgekehrt: Wellen von der Vorderseite erreichen Punkt auf der Rückseite Differenz von ein- u. auslaufenden Amplituden und die Zeitverzögerung zw. den Wellen ergibt holographisches Abbild der Sonnenrückseite Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

23 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Abbildung der Sonnenrückseite Verfolgung eines aktiven Gebietes während eines Umlaufs. Auf der Rückseite: starker Massenausbruch, hohe Strahlungsdosis Sinn und Zweck: Vorhersage des Auftretens aktiver Gebiete. Warnung für bemannte Raumfahrt und Satelliten. Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

24 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Ausblick Helioseismische Untersuchung der Sonne bis in die kleinsten Details Wie ensteht die Sonnenaktivität? Wie funktioniert der Sonnendynamo? Weltraumwetter-Vorhersage Seismologie auf Sternen ! Asteroseismologie Einführung Geschichte der Helioseismologie HelioseismologieErgebnisseAusblick

25 Helioseismologie: Einblicke ins Innere der Sonne Weitere Informationen National Solar Observatory, GONG-Group, Tucson, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus, Solar Oscillation Investigation Group, University of Stanford,


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