Astro-Lexikon T 5

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Bei der Bedeckung der Sonne durch einen inneren Planeten (Merkur, Venus) oder einen anderen Himmelskörper (z.B. Kometen) oder auch bei der Bedeckung eines Sterns durch einen extrasolaren Planeten sprechen Astronomen von einem Transit, im Deutschen auch Durchgang genannt. Dabei nimmt die Helligkeit der Sonne bzw. des Sterns für einige Zeit ab.

Praktisch! Das passiert auch extragalaktisch

Dieses Phänomen tritt im Prinzip auch bei weit entfernten (galaktischen oder extragalaktischen) Doppelsternsystemen auf, z.B. bei Röntgendoppelsternen. Bei geeigneter Orientierung zum irdischen Beobachter kommt es vor, dass sich der eine Stern vor den anderen schiebt und dabei die Gesamthelligkeit beider Sterne abnimmt. Solche Systeme heißen Bedeckungsveränderliche - Transit ist dann kein gebräuchlicher Ausdruck.

Eklipsen

Transits sind zu unterscheiden von den Eklipsen (Sonnen- und Mondfinsternisse). In gewisser Weise ist eine Sonnenfinsternis ein extremer Transit, bei dem die Mondscheibe die Sonnenscheibe abdeckt.

Der Triple-Alpha-Prozess oder auch Salpeter-Prozess, meist Heliumbrennen genannt, ist ein wichtiger Mechanismus zur Energieumwandlung (Energie'gewinnung') aus thermonuklearer Fusion (siehe dort für Details) in massearmen bis mittelschweren Sternen. Eine wichtige Voraussetzung ist eine hohe Gasdichte. Die Bezeichnung 'Triple-Alpha' bezieht sich auf die drei beteiligten Helium-4-Kerne (α-Teilchen, siehe auch α-Zerfall) in diesem Prozess.

T Tauri Sterne sind ein Typus von jungen, stellaren Objekten, den YSOs. Es handelt sich um junge Sterne (nur 10⁵ bis 10⁷ Jahre alt), die sich zu 'normalen Sternen' entwickeln. Im normalen Stadium werden sie dann zu Hauptreihensternen, die demnach die Hauptreihe des Hertzsprung-Russell-Diagramms bevölkern.

T Tauris flackern

Sie bewegen sich noch senkrecht zur Hauptreihe, d.h. variieren in der Helligkeit, was durch den Akkretionsprozess verursacht wird. Durch Akkretion können diese Protosterne einen protostellaren Jet speisen. Dann tritt die Umgebung des T Tauri Sterns als Herbig-Haro-Objekt in Erscheinung.

T Tauris blasen

T Tauri Sterne beginnen gerade durch starke Sternenwinde ihre Umgebung 'leerzufegen'. Dabei wird die akkretierende Staubscheibe nach und nach abgebaut. Dieser Prozess des Staubabbaus wird auch durch die Planetenbildung in der protoplanetaren Scheibe (engl. protoplanetary disk, kurz Proplyd genannt) unterstützt. Unter dem Eintrag Ekliptik gibt es Details dazu und zur Entstehung der Sonne nachzulesen.

Linien schwächeln

Am Ende steht ein entwickelter T Tauri Stern, ein so genannter Weak-lined T Tauri Star, also ein T Tauri Stern mit schwachen Emissionslinien. Die starken Wasserstoff- und Kalziumemissionslinien, wie man sie von klassischen T Tauri Sternen kennt, sind durch den Verlust des Staubes nur noch sehr schwach.

Spektraltyp, Prototyp

Vom Spektraltypus her belegen T Tauri Sterne den untere Bereich der Spektralsequenz: G, K und M. Der Prototyp T Tauri im Sternbild Taurus (dt. Stier) hat Spektraltyp G5e und wurde als Klasse veränderlicher Sterne 1945 von dem US-Astronomen A. Joy etabliert.

Dieser Effekt ist nur durch die Quantentheorie zu erklären und besitzt kein klassisches Analogon. Deshalb bereitet der Tunneleffekt - wie viele Aspekte der Quantenwelt - häufig Verständnisprobleme. Eines sei vorweggenommen: der Tunneleffekt hat nichts mit dem Tunnelblick zu tun.

Wellenfunktion und Aufenthaltswahrscheinlichkeit

In der quantentheoretischen Beschreibung stellt man Teilchen als Wellenfunktion dar. Die Lösungen der fundamentalen Schrödinger-Gleichung des Problems liefern die möglichen Energiezustände (oder Eigenfunktionen, repräsentiert durch die Wellenfunktionen) und die Energieeigenwerte (das Spektrum). Die Energie eines Quantensystems ist nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Portionen, den Energiequanten, gepackt. Die Absolutquadrate der Wellenfunktionen sind von besonderer Relevanz, weil sie die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des beschriebenen Teilchens in einem Raumbereich angeben. Das typische Beispiel sind die Orbitalwolken des Wasserstoffproblems, die gerade die Aufenthaltswahrscheinlichkeit für Elektronen angeben.

endliche Wahrscheinlichkeit an verbotenen Orten

Wenn man nun die Schrödinger-Gleichung für verschiedene Bereiche eines Potentials (beispielsweise einer Stufenfunktion, wo das Potential von null auf einen konstanten Wert springt) löst, stellt man fest dass die Wellenfunktion bzw. deren Absolutquadrat im klassisch verbotenen Bereich endlich werden kann!. Was bedeutet das anschaulich? Das Diagramm oben zeigt eine Wellenfunktion (rot) links von einem Potentialwall, die sich von links nach rechts ausbreiten möge. Die Koordinate r parametrisiert den Ort der Welle (hier: eindimensionales Problem). Ein vergleichbares, klassisches (unquantisiertes) Problem wäre beispielsweise eine von links einlaufende Wasserwelle, die auf ein Hindernis rechts, z.B. einen Deich, trifft. Der Potentialwall entspricht dem Deich. Klassisch ist klar: Wenn die Wasserwelle zuwenig kinetische Energie mitbringt, bleibt das Gebiet jenseits des Deichs trocken. Ein quantenmechanisches Teilchen jedoch schafft es über den Deich bzw. durch die Potentialstufe! Das Teilchen tunnelt durch die Barriere, wie Physiker sagen. Jenseits der Barriere kommt ein Teil der Wellenfunktion (grün) an. Es ist nur ein abgeschwächter Teil der ursprünglichen Amplitude der Welle, weil die Schrödinger-Gleichung in der Barriere eine exponentielle Dämpfung diktiert. Doch Fakt ist, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit (= Absolutquadrat |Ψ|²) jenseits der Barriere größer als Null ist. Im Allgemeinen berechnen Quantenphysiker Transmissionswahrscheinlichkeiten und -koeffizienten, die es dem Teilchen erlauben, einen Potentialwall zu passieren. Dabei kommt umso weniger von der Welle auf der anderen, klassisch verbotenen Seite an, je dicker das Hindernis ist.
Weiterhin gibt es auch Reflexionskoeffizienten, weil ja der andere Teil der Welle am Hindernis reflektiert wird - so wie es uns klassisch vertraut ist: Die Wasserwelle prallt auf den Deich und läuft wieder zurück nach links. Die Überlagerung der einlaufenden (links nach rechts) und reflektierten Welle (rechts nach links) ergibt gerade die hier dargestellte, variierende Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Dieses Interferenzmuster ist typisch für quantenmechanische Kastenprobleme (vergleiche auch Casimir-Effekt).

Beispiel 1: α-Zerfall

Das traditionelle Anwendungsbeispiel des Tunneleffekts ist der α-Zerfall. Die Alphateilchen dieser Form der Radioaktivität stammen aus dem Atomkern bestimmter Nuklide und sind nichts anderes als Heliumatomkerne (Verbund aus zwei Protonen und zwei Neutronen). Die Alphateilchen tunneln durch das klassisch unüberwindbare Coulombpotential und können so den Kern (der dann Alpha-Strahler heißt) verlassen.

Beispiel 2: Elektronenmikroskopie

Ein weiteres Beispiel, das sogar spektakuläre Anwendung gefunden hat ist das Rastertunnelelektronenmikroskop. Mit diesem Mikroskop, das die Beobachtung (bzw. besser gesagt Abtastung) einer Oberfläche nicht mit Lichtteilchen sondern mit Elektronen ermöglicht, kann man noch kleinere Strukturen abbilden, sogar Atome! Die Funktionsweise beruht darauf, dass eine haarfeine, positiv geladene Nadel (Anode) eine Materialoberfläche im Vakuum abtastet. Dabei können Elektronen, des Materials, die sich im klassisch verbotenen Bereich aufhalten (siehe oben: Aufenthaltswahrscheinlichkeit ungleich null) mit der positiv geladenen Elektrode abgesaugt werden: es fließt ein so genannter Tunnelstrom. Die Verstärkung und Visualisierung dieses Stroms offenbart dann kleinste Strukturen im Bereich von Nanometern (ein Milliardstel Meter), wie Molekülanordnungen und sogar einzelne Atome!

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© Andreas Müller, August 2007

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