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Astro-Lexikon L 2 Laserleitstern
Ein Laserleitstern (engl. laser guide star, LGS) ist ein von Menschenhand künstlich erzeugter Stern. High-tech Zauberei Das hört sich wie Science-Fiction an, ist aber Alltag in der modernen Präzisionsastronomie. Das Staunen klärt sich auf, wenn man bedenkt, dass nicht ein ganzer Stern aus Plasma erzeugt wird, sondern 'nur ein Lichtpunkt in der Hochatmosphäre. Motivation zum Kunststern Jeder Hobbyastronom, der schon einmal ein Teleskop mit Sucherfernrohr bedient hat weiß, dass ein heller Leitstern (engl. guide star) im Gesichtsfeld eine praktische Sache ist: Der Leitstern weist immer den Weg zum Objekt des Interesses und eignet sich bestens, um die Nachführung des Teleskops an ihm auszurichten. Profi-Astronomen machen es im Prinzip genauso, nur verwenden sie moderne adaptive Optiken (AO), d.h. mit einer ausgefeilten Technik können die Turbulenzen in der Atmosphäre herausgerechnet und ausgeglichen werden. Auch hier wird ein Leitstern benötigt, weil das 'helle, zappelnde Licht' gerade eine Referenz ist, die die Luftbewegungen verrät. Die leistungsfähige Software der AO stellt den 'hüpfenden Lichtpunkt' ständig scharf. Die Leitsternidee hat nur einen Haken: Es gibt nicht in jedem Beobachtungsfeld geeignete Leitsterne, die auch hell genug sind. Die Lösung: Wir schießen uns einen Stern an den Himmel
Der Laserleitstern löst diese Problem sehr elegant: ein scharf gebündelter, gelber Laserstrahl regt eine Natriumschicht in 90 km
Höhe zum Leuchten an. Genau dort entsteht ein kaum ausgedehnter Lichtpunkt, ein künstlicher Stern, der die Funktion eines
Leitsterns übernehmen kann. Der Vorteil: Der Lichtpunkt kann in jedem beliebigen Gesichtsfeld erzeugt werden. Die Astronomen
haben sich damit von natürlichen Leitsternen (engl. natural guide stars) emanzipiert. Lense-Thirring-Effekt
Der Lense-Thirring-Effekt benennt lapidar gesagt das Phänomen, dass eine rotierende Masse alles in seiner Umgebung mitrotieren lässt, selbst den Raum und die Zeit! Effekt von Einsteins Gravitationstheorie Mit einiger Kenntnis der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) wird auch klar weshalb: rotierende Massen erzeugen ein rotierendes Gravitationsfeld in ihrer Umgebung. In der ART spricht man präzise von einer rotierenden Raumzeit. Die Symmetrien (siehe auch Isometrien) dieser Raumzeiten heißen Axialsymmetrie und Stationarität. Relativistisch gesehen ist die Umgebung rotierender Körper nicht statisch, sondern ein dynamisches Objekt. Raum und Zeit werden zum vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum, der Raumzeit, zusammengefasst. Dieses Gebilde dreht sich bei rotierenden Massen! Wenn die Raumzeit zieht Bewegt sich nun ein Testteilchen oder Licht in einer rotierende Raumzeit, so werden sie unweigerlich gezwungen mit zu rotieren. Aber nicht nur der Körper an sich rotiert, auch das Bezugssystem. Das kennzeichnet gerade den Lense-Thirring-Effekt. Er darf im Prinzip alternativ zum Fachbegriff Frame-Dragging verwendet werden. Frame-Dragging leitet sich aus dem Englischen ab von drag of inertial frames, also dem 'Mitziehen von Referenzsystemen / Inertialsystemen'. Was physikalisch passiert, lässt sich mit dem Gravitomagnetismus verstehen (siehe diesen Link für Einzelheiten). Durch die gravitomagnetischen Kräfte um ein rotierendes Schwarzes Loch kann ein charakteristisches Schwingungsverhalten angeregt werden. Die zugehörige Schwingungsfrequenz heißt Lense-Thirring-Frequenz. Dieser Lense-Thirring-Effekt wurde bereits 1918 von den beiden österreichischen Physikern Joseph Lense (1890 - 1985) und Hans Thirring (1888 - 1976) prognostiziert. Erst im Jahr 2004 ist es gelungen Frame-Dragging bei der rotierenden Erde experimentell zu belegen (Ciufolini & Pavlis, Nature 2004). Das Experiment Gravity Probe-B
Der Lense-Thirring-Effekt war neben den Gravitationswellen eine derjenigen Vorhersagen der ART, die
nicht direkt im Experiment beobachtet werden konnten. Deshalb wurde im April 2004 ein Satellitenexperiment namens Gravity
Probe-B (GP-B) gestartet. Die Hauptaufgabe des Satelliten besteht darin, die Raumzeitkrümmung der Erde und den
Lense-Thirring-Effekt mit Gyroskopen nachzuweisen. Laser-Experiment kam zuvor!
Zur Überraschung der Gravitationsforscher konnte das LAGEOS-Experiment dem Projekt GP-B den Rang im Jahr 2004 streitig machen! Das
Experiment besteht aus den zwei LAGEOS-Satelliten (LAser GEOdetic Satellites), die Laserlicht reflektieren können.
Die Strahlung kann über tausende von Kilometern noch zentimetergenau vermessen werden. Eigentlich dienten die Satelliten
ganz anderen wissenschaftlichen Zwecken, doch es stellte sich heraus, dass sie auch als Gyroskop genutzt werden konnten. Denn die Satelliten
folgen auf Geodäten der leicht gekrümmten und rotierenden Raumzeit der Erde. Die Verdrillung der
Raumzeit konnte damit aus den LAGEOS-Laserdaten aus den Jahren 1993 bis 2003 abgeleitet werden. Ciufolini & Pavlis veröffentlichten
im Oktober 2004 in einem Nature-Artikel ihren Fund, dass sie den Lense-Thirring-Effekt auf 99% genau (mit einem Messfehler von maximal
±10%) nachweisen konnten! Die ART prognostiziert für die speziellen Höhen der LAGEOS-Satelliten einen Lense-Thirring-Effekt
von 48.2 Millibogensekunden pro Jahr; gemessen wurden 47.9 Millibogensekunden pro Jahr! Weitere Informationen
Leptonen
Die Leptonen sind neben den Quarks nach dem Standardmodell der Elementarteilchen die Grundbausteine der Materie. Wie die Quarks auch sind sie punktförmige Objekte und weisen keine Substruktur auf. In der Quantenfeldtheorie beschreibt man diese Teilchen mit Wellenfunktionen. Schwache Kraft zieht am Lepton Der Begriff Lepton leitet sich vom griechischen Wort leptos ab, was im Deutschen soviel heißt, wie 'leicht, zart, fein'. Per definitionem unterliegen alle Leptonen nur der schwachen Wechselwirkung, aber nicht der starken Wechselwirkung. Trio-Familie: e, μ, τ
Man kann die Leptonenfamilie in drei Generationen unterscheiden. Die erste
Generation umfasst Elektron und Elektron-Neutrino. Die zweite
Myon, das schwerer ist als das Elektron und Myon-Neutrino. Schließlich sind
in der dritten Generation das schwerste Lepton (das sogar fast doppelt so schwer ist als das Proton!), das Tauon,
und das zugehörige Tau-Neutrino. Den Neutrinos konnte in den Superkamikande-Experimenten in Japan eine
endliche Ruhemasse nachgewiesen werden. Massen und elektrische Ladungen der Leptonen
(Quellen: CERN Homepage und Particle Physics Booklet, Juli 2002) Auch ein Isospin schwächelt Daneben gibt es weitere Quantenzahlen, deren vollständige Darstellung den Rahmen hier sprengen würde. Besonders wichtig ist allerdings noch der schwache Isospin, der eine übersichtliche Klassifikation von Quarks und Leptonen gestattet. In den drei obigen so genannten Generationen oder Familien kann man dann auch alle sechs Quarks unterbringen. Der schwache Isospins genügt ebenso wie der 'normale' Spin (Eigendrehimpuls), der Isospin der Nukleonen, der Bahndrehimpuls (Drehimpuls bezüglich eines Raumpunktes) und der Gesamtdrehimpuls einer Drehimpulsalgebra mit den wohl definierten Kommutatorrelationen eines Drehimpulses. Rechts- und Linkshänder
Die Lösungen der Dirac-Gleichung der Quantenelektrodynamik sind linkshändige und
rechtshändige Teilchen. Der gravierende Unterschied zwischen rechtshändigen und linkshändigen Teilchen ist, dass
nur die linkshändigen an der schwachen
Wechselwirkung teilnehmen. Die Unterteilung gemäß ihrer Händigkeit (grch. cheir: Hand) nennt man
Chiralität. Für masselose Teilchen stimmen Chiralität und Helizität
überein. Die rechtshändigen Teilchen besitzen Helizität +1 und die linkshändigen Teilchen Helizität -1.
Die linkshändigen Teilchen bilden ein so genanntes schwaches Isospindublett (schwacher Isospin 1/2) und unterscheiden sich nur in
der dritten Komponente des Isospinvektors, der so genannten Isospinprojektion. Neben Elektron und Elektron-Neutrino sind
demnach in der ersten Generation das up-Quark und das down-Quark (alle linkshändig), in der zweiten neben dem Myon und Myon-Neutrino
das charm-Quark und das strange-Quark und schließlich in der dritten Generation befinden sich neben Tauon und Tau-Neutrino das
bottom-Quark und das schwere top-Quark. Opas, Papas & Söhne bei den Leptonen
Eine experimentelle Verifikation der Anzahl der Lepton-Generationen bietet die Breite der Z-Resonanz. Das Z bezieht sich
dabei auf das neutrale Eichboson der schwachen Wechselwirkung, Z0, das das schwerste
Vektorboson der schwachen Wechselwirkung ist und auch als neutraler Strom bezeichnet wird. Leptonen-Ära
Die Leptonen-Ära kennzeichnet eine bestimmte Entwicklungsphase im frühen Universum. In der Kosmologie folgt sie auf die Hadronen-Ära, die sich ihrerseits an die Quark-Ära anschließt. kleiner geht's nicht Leptonen sind elementare Bausteine der Materie. Gemäß des Standardmodells der Teilchenphysik ist Materie aus Quarks und Leptonen zusammengesetzt. Elementar bedeutet, dass diese Teilchen nicht weiter zerlegbar sind. Sie haben - nach allem, was die Physiker heute wissen - keinerlei Substruktur. Das Elektron ist sicherlich das bekannteste Lepton. Doch auch sein Antiteilchen, das Positron, sowie die Myonen, Tauonen und Neutrinos sind leptonisch. Leptonen spüren sich über alle fundamentalen Naturkräfte, nur nicht über die starke Wechselwirkung, weil sie farbneutral sind. Bezug zur Kosmologie Die Leptonen-Ära kennzeichnet nun ein Entwicklungsstadium des Kosmos, wo die Leptonen dominiert haben. Die Dominanz rührt daher, weil die Antihadronen, die Antiteilchen der Hadronen, infolge der Materie-Antimaterie-Vernichtung am Ende der GUT-Ära verschwunden waren. Zeitlich wird die Leptonen-Ära zwischen 10-5 Sekunden und einer Sekunde nach dem Urknall eingeordnet. Die Temperatur betrug etwa 1010 Kelvin. Auf die Leptonen-Ära folgt eine Phase, wo die Strahlung dominiert hat, die Strahlungsära. Leptoquarks
Leptoquarks sind gebundene Zustände aus Leptonen und Quarks. Solche Teilchen wurden bislang nicht gesichert in Experimenten nachgewiesen. Am HERA-Collider des deutschen Teilchenbeschleunigers DESY wurden Protonen und Elektronen (auch Positronen) mit hohen Energien auf Kollisionskurs gebracht. Es ist nicht klar, ob bei der Fusion von Elektronen mit Quarks Leptoquarks mit einer Masse um 200 GeV entstanden sind. Ohne Leptoquarks keine Menschen Es muss allerdings Leptoquarks geben, unsere Existenz ist ein Beleg dafür! In einer frühen Phase des Universums, am Ende der GUT-Ära, zerfielen besonders schwere Leptoquarks in Quarks und Leptonen. Dabei bildete sich eine ungleiche Menge an Materie und Antimaterie aus. Als sich die Materie mit der zur Verfügung stehenden Antimaterie zu Gammastrahlung vernichtete, war das Universum strahlungsdominiert. Doch in diesem 'Strahlenmeer' blieb ein kleiner Rest Materie übrig! Diese als Baryogenese bezeichnete Phase lieferte die Saat für die Sterne und Galaxien. Argumente sind GUT
Dieses Szenario legt
zumindest die moderne Physik nahe: Im Rahmen der Großen Vereinheitlichten Theorien (GUT) leiten sich
zwölf neue Austauschteilchen ab, die gerade zu besonders schweren Leptoquarks zählen. Es handelt sich um superschwere (etwa
1016 GeV!), elektrisch und schwach geladene sowie farbgeladene
Teilchen. Als Vektorbosonen haben sie Spin 1. Man unterscheidet sie in
sechs X-Bosonen und sechs
Y-Bosonen. X-Bosonen haben 4/3 Elementarladung, Anti-X-Bosonen entsprechend -4/3, Y-Bosonen 1/3 und
Anti-Y-Bosonen -1/3 Elementarladung. Auf die 12 Leptoquarks der GUT kommt man, wenn man davon ausgeht, dass jedes X-Boson die Farbladung
rot, grün oder blau annehmen kann. Entsprechendes gilt für die Anti-X-Bosonen. Aber auch für die Y- sowie Anti-Y-Bosonen:
3 × 4 = 12.
© Andreas Müller, August 2007
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IndexA
AbbremsparameterADAF ADD-Szenario ADM-Formalismus AdS/CFT-Korrespondenz AGB-Stern Äquivalenzprinzip Akkretion Aktiver Galaktischer Kern Alfvén-Geschwindigkeit Alfvén-Zahl Allgemeine Relativitätstheorie Alpha-Zerfall AMR anthropisches Prinzip Antigravitation Antimaterie Apastron Apertursynthese Aphel Apogäum Astronomie Astronomische Einheit asymptotisch flach Auflösungsvermögen Axion AXP B
Balbus-Hawley- InstabilitätBardeen-Beobachter Baryogenese Baryonen baryonische Materie Bekenstein-Hawking- Entropie Beobachter Beta-Zerfall Bezugssystem Bianchi-Identitäten Big Bang Big Bounce Big Crunch Big Rip Big Whimper Birkhoff-Theorem Blandford-Payne- Szenario Blandford-Znajek- Mechanismus Blauverschiebung Blazar BL Lac Objekt Bogenminute Bogensekunde Bosonen Bosonenstern Boyer-Lindquist- Koordinaten Bran Brans-Dicke- Theorie Brauner Zwerg Brill-Wellen Bulk C
Carter-KonstanteCasimir-Effekt Cauchy-Fläche Cepheiden Cerenkov-Strahlung Chandrasekhar-Grenze Chaplygin-Gas Chiralität Christoffel-Symbol CMB CNO-Zyklus Comptonisierung Cosmon C-Prozess D
Deep FieldsDerricks Theorem de-Sitter- Kosmos DGP-Szenario Diffeomorphismus differenzielle Rotation Distanzmodul Dodekaeder-Universum Doppler-Effekt Drei-Kelvin-Strahlung Dunkle Energie Dunkle Materie E
Eddington-Finkelstein- KoordinatenEddington-Leuchtkraft Effektivtemperatur Eichtheorie Einstein-Ring Einstein-Rosen- Brücke Einstein-Tensor Eisenlinie Eklipse Ekliptik Ekpyrotisches Modell Elektromagnetismus Elektronenvolt elektroschwache Theorie Elementarladung Energie Energiebedingungen Energie-Impuls-Tensor Entfernungsmodul eos eos-Parameter Epizykel Ereignishorizont erg Ergosphäre eV Extinktion Extradimension extragalaktisch extrasolar extraterrestrisch Exzentrizität F
FalschfarbenbildFanaroff-Riley- Klassifikation Faraday-Rotation Farbindex Farbladung Farbsupraleitung Feldgleichungen Fermi-Beschleunigung Fermionen Fermionenstern Fernparallelismus Feynman-Diagramm FFO FIDO Flachheitsproblem FLRW-Kosmologie Fluchtgeschwindigkeit Frame-Dragging f(R)-Gravitation Friedmann-Weltmodell G
Galaktischer Schwarz-Loch-KandidatGalaxie Gamma Ray Burst Gamma-Zerfall Geodäte Geometrisierte Einheiten Geometrodynamik Gezeitenkräfte Gezeitenradius Gluonen Grad Granulation Gravastern Gravitation Gravitationskollaps Gravitationskühlung Gravitationslinse Gravitationsradius Gravitations- rotverschiebung Gravitationswellen Gravitomagnetismus Graviton GRBR Große Vereinheitlichte Theorien Gruppe GUT GZK-cutoff H
HadronenHadronen-Ära Hamilton-Jacobi- Formalismus Harvard-Klassifikation Hauptreihe Hawking-Strahlung Hawking-Temperatur Helizität Helligkeit Herbig-Haro- Objekt Hertzsprung-Russell- Diagramm Hierarchieproblem Higgs-Teilchen Hilbert-Raum Hintergrundmetrik Hintergrundstrahlung HLX HMXB Holostern Homogenitätsproblem Horizont Horizontproblem Horn-Universum Hubble-Gesetz Hubble-Klassifikation Hubble-Konstante Hydrodynamik hydrostatisches Gleichgewicht Hyperladung Hypernova Hyperonen I
ICInertialsystem Inflation Inflaton intergalaktisch intermediate-mass black hole interplanetar interstellar Isometrien Isospin Isotop ITER J
JahreszeitenJansky Jeans-Masse Jet K
Kaluza-Klein-TheorieKaup-Grenzmasse Kaonen Kataklysmische Veränderliche Keine-Haare- Theorem Kepler-Gesetze Kerr-de-Sitter- Lösung Kerr-Lösung Kerr-Newman- de-Sitter- Lösung Kerr-Newman- Lösung Kerr-Schild- Koordinaten Killing-Felder Killing-Tensor K-Korrektur Koinzidenzproblem Kollapsar Kompaktes Objekt Kompaktheit Kompaktifizierung Kompaneets-Gleichung konforme Transformation Kongruenz Koordinatensingularität Kopenhagener Deutung Korona Korrespondenzprinzip Kosmische Strahlung Kosmische Strings Kosmographie Kosmologie Kosmologische Konstante Kosmologisches Prinzip kovariante Ableitung Kovarianzprinzip Kreisbeschleuniger Kretschmann-Skalar Krümmungstensor Kruskal-Lösung Kugelsternhaufen L
LaborsystemLadung Lagrange-Punkte Lambda-Universum Lapse-Funktion Laserleitstern Lense-Thirring- Effekt Leptonen Leptonen-Ära Leptoquarks Leuchtkraft Leuchtkraftdistanz Levi-Civita- Zusammenhang Licht Lichtjahr Lichtkurve Lie-Ableitung Linearbeschleuniger LINER Linienelement LIRG LMXB LNRF Lokale Gruppe Loop-Quantengravitation Lorentz-Faktor Lorentzgruppe Lorentzinvarianz Lorentz-Kontraktion Lorentz-Transformation Lundquist-Zahl Luxon M
Machscher KegelMachsches Prinzip Machzahl Magnetar magnetische Rotationsinstabilität Magnetohydrodynamik Magnitude marginal gebundene Bahn marginal stabile Bahn Markariangalaxie Maxwell-Tensor Membran-Paradigma Mesonen Metall Metrik Mikroblazar Mikrolinse Mikroquasar Milchstraße Minkowski-Metrik Missing-Mass- Problem mittelschwere Schwarze Löcher MOND Monopolproblem Morphismus M-Theorie Myonen N
NeutrinoNeutronenreaktionen Neutronenstern Newtonsche Gravitation No-Hair-Theorem Nova Nukleon Nukleosynthese Nullgeodäte O
ÖffnungOlbers-Paradoxon O-Prozess Oppenheimer-Volkoff- Grenze optische Tiefe Orthogonalität P
ParadoxonParalleluniversum Parsec partielle Ableitung Pauli-Prinzip Penrose-Diagramm Penrose-Prozess Pentaquark Periastron Perigäum Perihel periodisch persistent Petrov-Klassifikation PG1159-Sterne Phantom-Energie Photon Photonenorbit Photosphäre Pion Pioneer-Anomalie Planck-Ära Planckscher Strahler Planck-Skala Planet Planetarische Nebel Poincarégruppe Poincaré- Transformation Polytrop Population Post-Newtonsche Approximation Poynting-Fluss pp-Kette p-Prozess Prandtl-Zahl primordiale Schwarze Löcher Prinzip minimaler gravitativer Kopplung Protostern Pseudo-Newtonsche Gravitation Pulsar Pulsierendes Universum Pyknonukleare Reaktionen Q
QPOQuant Quantenchromodynamik Quantenelektrodynamik Quantenfeldtheorie Quantengravitation Quantenkosmologie Quantenschaum Quantensprung Quantentheorie Quantenvakuum Quantenzahlen Quark-Ära Quark-Gluonen- Plasma Quarks Quarkstern Quasar quasi-periodisch Quasi-periodische Oszillationen Quelle Quintessenz R
RadioaktivitätRadiogalaxie Radion Randall-Sundrum- Modelle Randverdunklung Raumzeit Rayleigh-Jeans- Strahlungsformel Ray Tracing Reichweite Reionisation Reissner-Nordstrøm- de-Sitter- Lösung Reissner-Nordstrøm- Lösung Rekombination relativistisch Relativitätsprinzip Relativitätstheorie Renormierung Reverberation Mapping Reynolds-Zahl RGB-Bild Ricci-Tensor Riemann-Tensor Ringsingularität Robertson-Walker- Metrik Robinson-Theorem Roche-Volumen Röntgendoppelstern Roter Riese Roter Zwerg Rotverschiebung Rotverschiebungsfaktor r-Prozess RRAT RR Lyrae-Sterne Ruhesystem S
Schallgeschwindigkeitscheinbare Größe Schleifen- Quantengravitation Schwache Wechselwirkung Schwarzer Körper Schwarzer Zwerg Schwarzes Loch Schwarzschild-de-Sitter- Lösung Schwarzschild-Lösung Schwarzschild-Radius Schwerkraft Seltsamer Stern Seltsamkeit Seyfert-Galaxie Singularität skalares Boson SNR Soft Gamma-Ray Repeater Sonne Spektraltyp Spezialität Spezielle Relativitätstheorie Spin Spin-Netzwerk Spinschaum Spin-Statistik-Theorem Spintessenz s-Prozess Standardkerzen Standardmodell Standardscheibe Starke Wechselwirkung Statisches Universum Staubtorus Stefan-Boltzmann- Gesetz stellare Schwarze Löcher Stern Sternentstehung Strange Star Stringtheorien Subraum Supergravitation supermassereiche Schwarze Löcher Supernova Supernovaremnant Superstringtheorie Supersymmetrie Symbiotische Sterne Symmetrie Symmetriebrechung Symmetriegruppe Synchrotron Synchrotronstrahlung Synchrozyklotron T
TachyonTagbogen Tardyon Teilchen Teilchenbeschleuniger Tensorboson Tensoren Tetraden Tetraquark TeVeS Thermodynamik thermonukleare Fusion Tiefenfeldbeobachtung Tierkreis TNO Topologie topologische Defekte Torsionstensor Trägheit transient Transit Triple-Alpha-Prozess T Tauri Stern Tunneleffekt U
ULIRGULX Unifikation Unitarität Universum Unruh-Effekt Urknall V
VakuumVakuumstern Vektorboson Velapulsar Veränderliche Vereinheitlichung Viele-Welten- Theorie VLA VLBI VLT VLTI Voids VSOP W
Walker-Penrose- TheoremWeakonen Weinberg-Winkel Weiße Löcher Weißer Zwerg Wellenfunktion Weylsches Postulat Weyl-Tensor Wheeler-DeWitt- Gleichung Wiensche Strahlungsformel Wilson-Loop WIMP Wolf-Rayet-Stern w-Parameter Wurmlöcher X
X-BosonenX-Kraft X-ray burster Y
Y-BosonenYerkes- Leuchtkraftklassen YSO Yukawa-Potential Z
ZAMOZeit Zeitdilatation Zodiakallicht Zustandsgleichung Zustandsgröße Zwerge Zwergplanet Zwillingsparadoxon Zyklisches Universum Zyklotron |