Während man in den letzten Tagen im Rheinland auf eine abenteuerliche Reise durch den Stadtteil aufbrach und sich himmelhoch wunderte, was man so alles zu sehen bekam¹, startete die BBC den zweiten Teil ihrer Wunder-Reise durch die Abenteuer des Nachthimmels. Und das ließ sich, erfahrungsgemäß, sehen.

Vor einem Jahr stellten wir euch »Wonders of the Solar System« vor. In der BBC-Dokumentation erzählt Brian Cox aus dem astrophysikalischen Nähkästchen und lässt sich dafür von der BBC an die tollsten Orte der Welt fliegen. Ein Augenschmaus mit Lerneffekt. Gibt’s mittlerweile bei Amazon².

Der zweite Teil der Serie heißt »Wonders of the Universe«, startete am letzten Wochenende auf der British Broadcasting Corporation, hat immer noch einen fascinating lächelnden Brian Cox und setzt sich im Gegensatz zur ersten Staffel der Serie mit fundamentaleren physikalischen Gesetzen des Universums auseinander.

Die erste Episode ist bereits auf YouTube aufgetaucht. Wer weiß wie lange noch.

YouTube-Direktuniversum

via Nerdcore
Vorschläge für Namen einer dritten Staffel? Wonders of the Multiverse. Wonders of the Thing-that’s-beyond. Wonders of the Imagination. Wonders of the Big Crunch. Wonders of Wonders. Und ihr so?

1. Gemeinhin nennt man dies »Karneval«.
2. Partnerlink zum BluRay-Import, der günstiger als der DVD-Import ist. Es gibt auch eine synchronisierte Version, die aber a) eine defekte Disc zu haben scheint und b) wer will bitte sehr Brian Cox nachsynchronisieren!? Das geht nicht.

Stellt euch vor, ihr seid Kapitän Ognar T’zuk vom Erkundungsraumschiff »Schlubber« und habt den Auftrag, das Planetensystem X13-4 zu erkunden. Bevor ihr euch aber auf die Oberfläche des dritten Planeten begebt, scannt ihr sicherheitshalber mit eurem neuen RadarMAX-2000.

Und jetzt stellt euch vor, ihr bekommt die entstandenen Bilder wirklich. Bei DLR_next, dem Jugendportal der DLR, gibt es nämlich aktuell eine Wunschaktion, bei der ihr euch ein Radarbild eurer Liebings-Stadt/-Region/-Forschungsanlage wünschen könnt. Mit ein bisschen Glück bekommt ihr dann auch tatsächlich ein Bild aus 514 km Höhe, das unabhängig von der aktuellen Tageszeit und Wetterlage den Erdboden ablichtet.
Das ganze wird vom Radarsatelliten TerraSAR-X aufgezeichnet und erreicht somit maximal eine Auflösung von 1 m. Euer Haus wird also nicht sonderlich detalliert erscheinen, eine ganze Stadt kann aber schon interessant sein.

Um teilzunehmen schickt ihr einfach bis zum 03.03. eine E-Mail an next@dlr.de und nennt euren Vornamen, Alter und Wohnort. Ihr werdet per E-Mail informiert, wenn euer Vorschlag umgesetzt wurde.

Das physikBlog macht auch mit und wünscht sich ein Pony Weltfrieden ein Bild von der Area 51 oder vom IceCube-Experiment am Südpol¹ — je nach dem, was möglich ist.

→ Beitrag zur Aktion »Wünsch dir ein Bild aus der Umlaufbahn!« auf DLR_next

1. Dem Neutrino-Experiment in der Antarktis

Die Schneehöhen am 25.12.2010 (DWD)

»Soviel Schnee hatten wir ja noch nie!« — kein Weihnachtsessen, bei dem dieser Satz nicht auftauchte. In Aachen lag am ersten Weihnachtstag laut Deutschem Wetterdienst (DWD) 37 cm Schnee (siehe den Ausschnitt der Schneehöhenkarte rechts). Aus eigener Erfahrung können wir sagen: so lange das physikBlog existiert, lag nicht soviel Schnee im Garten des Headquarters. Glauben wir.

Wir glauben zwar an die heilende Kraft von Raketenstarts und Einhörner, sobald aber potentiell Statistiken verfügbar sind, schalten wir in den Wissenschaftsmodus. In den digitalen Archiven des deutschen Wetterdienstes haben wir die Schneehöhen für Aachen seit 1892 ausgegraben und sie analysiert.

Ein kleiner Ausblick: Wir beginnen zuerst mit unseren Ergebnissen, wobei wir mit dem eher Uninteressanten starten und am Ende zu einer Antwort in Bezug auf die Aussage im Titel kommen.¹ Danach zeigen wir euch, wie wir alles ausgewertet haben, welche Annahmen wir machten und was es zu beachten gibt, wenn ihr auch rumanalysieren wollt.
Ein Klick auf den Graphen macht ihn groß.

Schneegraphen

Schneehöhen und Schneetage

Die maximal liegende Schneehöhe in einem Jahr. Die Trendlinie ist zur Belustigung des Lesers eingezeichnet und relativ aussagelos. Oder haben wir durch die negative Steigung etwa die Klimaerwärmung nachgewiesen!!1!?

Wenn man von »viel Schnee« spricht, dann ist das etwas schwierig wissenschaftlich zu beurteilen. Man muss konkretere Begriffe wählen; recht naheliegend ist die Schneehöhe, die auf dem Boden liegt. Im Graph oben sieht man die maximalen Schneehöhen (»Peak-Schnee«), die in einem Jahr gemessen wurden. Demnach ist zwar das aktuelle Jahr mit 37 cm in der Spitzengruppe, aber im Jahr 1969 lag mit 43 cm noch etwas mehr.

Jetzt lag aber nicht nur an einem einzelnen Tag viel Schnee, es war lange viel Schnee da.

Durchschnittliche Schneehöhe pro Tag, an dem Schnee lag.

Bei der durchschnittlichen Schneehöhe für die Tage, an denen Schnee lag,² ergibt sich aber ein ähnliches Bild: Der aktuelle Winter (13,23 cm) ist zwar oben auf, aber noch nicht einmalig (z.B. Winter 1960/61: 18,25 cm). Die Anzahl der Schneetage sieht man in folgender Grafik:

Die Anzahl der Schneetage im Winter (blau) inklusive einer Prognose (lila). Den Ausschnitt der letzten 22 Jahre gibts hier.

Da der aktuelle Winter noch nicht abgeschlossen ist (siehe Blick nach draußen), haben wir mal versucht, eine Prognose für die Anzahl der Schneetage zu erstellen (lila Punkt). Für Winter, mit mehr als 10 Schneetagen im Dezember ergeben sich im Schnitt weitere 12,2 Schneetage nach dem 28.12. (das war der Stichtag, an dem wir die Auswertung gemacht haben).

Die maximale Schneehöhe, die Anzahl der Schneetage und Kombination mit dem Mittelwert deuten also auf einen intensiveren und überdurchschnittlichen Winter hin, aber Wohnzimmerwetter für Kaiserpinguine ist das wohl noch nicht.

Summe der Schneehöhen

Ein anderer Ansatz die Menge an Schnee zu bestimmen ist die Schneehöhen der einzelnen Tage aufzusummieren. Der folgende Graph zeigt die Verteilung für die vergangenen und den aktuellen Winter, wobei hier keine Hochrechnungen durchgeführt wurden.

Die Summe der Schneehöhen im Winter zeigt für den letzten und den jetztigen überdurchschnittlich viel Schnee. Und der jetztige ist noch nichtmal vorbei.

Der geneigte Graphengucker wird erkennen, dass der letzte und jetztige Winter oberhalb der Trendlinie liegen, also deutlich überdurchschnittlich viel Schnee hatten. Mit 416 cm (aktuell) bzw. 320 cm (letzter Winter) liegen sie aber noch ordentlich hinter dem Winter 1894/95, in dem es zusammengefasst 1.192 cm Schnee gab. Trotzdem hat der aktuelle Winter noch Potential, da die tendenziell schneereichen Monate Januar und Februar erst noch kommen. Das erkennt man in der durchschnittlichen Schneemenge (blaue Punkte) der einzelnen Monate:

Die durchschnittlichen Schneemengen der Monate (blaue Punkte) liegen insbesondere im Dezember unter dem aktuellen (lila Punkte).

So liegt im Dezember im Schnitt eine Schneehöhensumme von 22,8 cm, Januar (50,0 cm) und Februar (58,0 cm) liegen deutlich darüber. Hier erkennt man bereits gut, dass der aktuelle Dezember (lila Punkte) sich sehr deutlich vom Durchschnitt abhebt.
Das kann man auch über die Statistik begründen. Im Graph erkennt man Fehlerbalken an den blauen Punkten, die sich aus den Schwankungen der Werte ergeben. Für den aktuellen Dezember liegt der Messwert 22 mal so weit vom Mittelwert entfernt, wie die bisherigen Schwankungen es vermuten lassen würden. Wir können also feststellen, dass wir einen außergewöhnlich schneereichen Dezember haben.

Die aufsummierten Schneehöhen im Dezember zeigen einen sehr deutlichen Sprung für den Dezember 2010.

Die aufsummierten Schneehöhen für Dezember lassen ebenfalls darauf schließen, dass der aktuelle Dezember heraussticht. Insbesondere liegt er mit 416 cm³ mehr als zweimal über dem nachfolgenden Dezember im Jahre 1950 mit 176 cm. Wir hatten also relativ lange relativ viel Schnee auf unseren Straßen liegen.
Die Aussage, dass wir soviel Schnee noch nie hatten, kann man also bestätigen, wenn man die Summe der Schneehöhen im Dezember meint. Ansonsten haben wir aber mindestens einen außergewöhnlichen Winter gehabt.

Und Weihnachten?

»Weiße Weihnacht« wird immer besonders herbeigesehnt, vor allem, weil es für Aachen in 98 Jahren der Aufzeichnung nur achtmal Schnee mit mehr als 2 cm⁴ am 25.12. gab.⁵ Offensichtlich gab es dieses Jahr Schnee an Weihnachten, laut folgender Grafik sogar soviel wie nie zuvor in Aachen. Ihr habt also soeben außergewöhnliche Weihnachten erlebt. Herzlichen Glückwunsch.

Die Schneehöhen an Weihnachten (25.12., blaue Punkte) sowie Silvester (31.12., lila Punkte). Dieses Weihnachten lag soviel Schnee wie nie. Ha!

Silvester war in den vergangen Jahren häufiger verschneit als es Weihnachten war.⁶ Das morgige Silvester wird wahrscheinlich ebenfalls in weiß stattfinden. Silvester 2010 ist dann schnee-betrachtet immer noch außergewöhnlich, aber wegen der generell höheren Schneewahrscheinlich im Gegensatz zu Weihnachten etwas weniger außergewöhnlich als die diesjährigen Weihnachtstage.
Trotzdem wird es äußerst toll, schließlich habt ihr jetzt diesen lebensverändernden Artikel gelesen.⁷

Nachtrag: »Und? Was ist jetzt mit der Klimaerwärmung?« – nun, Interpretationen zu dem Bereich überlassen wir lieber Menschen, die sich damit auskennen.

Technisches zur Auswertung

Ein paar Anmerkung zur Auswertung

Betrachtung von Jahren und Wintern; Hochrechnung

Der naive Vergleich von Schneefällen findet in Jahr-Intervallen statt, so wählten wir ihn zumindest intuitiv und auch relativ praktikabel zum Erscheinungszeitpunkt dieses Beitrags (immerhin ist morgen Silvester!). Schnee fällt aber primär im Winter, zumindest um den Jahreswechsel herum verteilt, so dass dieses Zeitintervall vom 1. Januar bis zum 31. Dezember vielleicht nicht das sinnvollste zum Vergleich ist. Daher haben wir auch die Winter einzelner Jahrespaare verglichen (»2001/02«), wobei jeweils der Zeitraum vom 1. Juni bis zum 31. Mai gewählt wurde.
Bedenkt bei den Angaben zum aktuellen Winter, dass er noch nicht zuende ist, die Werte also nicht final sind. Für die Anzahl der Schneetage haben wir uns — wie beschrieben — an einer Prognose versucht.

Betrachteter Zeitraum und die Lücke in den 1920er Jahren

Die Wetterdaten, die vom Deutschen Wetterdienst für Aachen abrufbar sind, reichen bis ins Jahr 1892 zurück. Wenn ihr euch aber die Graphen oben genauer anschaut, dann seht ihr, dass von 1915 bis 1933 eine Lücke in der Aufzeichnung vorhanden ist. Einen genauen Grund für dieses Ausbleiben der Wetteraufzeichnungen konnten wir nicht herausfinden, allerdings könnte der erste Weltkrieg und die folgende(n) Wirtschaftskrise(n) ein Grund sein. Wenn ihr mehr Ahnung von Geschichte habt als wir, die nur wissen, wann die Paritätsverletzung im Leptonsektor nachgewiesen wurde: erleuchtet uns in den Kommentaren!

Schneefall und liegender Schnee

Wir haben hier probiert, subjektive Empfindungsgrößen in wissenschaftlich messbare Daten umzuwandeln. »Der härteste Winter seit fünftausend Jahren«, »Die schönste weiße Weihnacht seit der Cheops-Pyramide« und »Soviel/solange/so hohen Schnee hatten wir das letzte Mal im Arktisurlaub« lassen sich nicht 1:1 übersetzen. Ein »harter Winter« mit »viel Schnee« lässt viele Interpretationen zu. Hat es von abends bis morgens mit riesigen Flocken geschneit?⁸ Ein Schneesturm, der Fenster weiß tönt? Über den fallenden Schnee macht der untersuchte Datensatz des DWDs direkt keine Aussagen, daher haben wir uns darauf beschränkt, den liegenden Schnee zu interpretieren. Durch Differenzen von aufeinanderfolgenden Tagen könnte man eine erste Näherung über den Schneefall angeben. Oder man betrachtet einen anderen Datensatz⁹ mit dem Niederschlag als Regenäquivalent. Haben wir aber nicht, ätsch.

Rohdaten & Selbermachen

Das Abfragesystem des Deutschen Wetterdiensts nennt sich WebWerdis (Weather Request and Distribution System, Yeah.) und ist in Sachen Usability ein riesiger PITA. Über die Freitextsuche kann man auf »Snow«-Daten zugreifen und sich nach kryptischen Links zu einer Suchmaske durchklicken — die natürlich nicht deeplink-bar ist. Für große Datensätze benötigt ihr einen FTP-Server mit Schreibberechtigungen. Wollt ihr euch die Arbeit ersparen, können wir euch die XML-Datei aus Aachen zuschicken (77 kB).
Das Dokument verfügt über ca. 28.000 Datenpunkte. Um die obigen, interessanten Werte herauszuziehen, haben wir ein kleines Python-Skript geschrieben. Das Skript ist nach dem Physiker-Praktikabilitäts-Paradigma (P³) programmiert: furchtbar schlechter Stil, andauerndes Copy & Paste — aber erfüllt seinen Zweck. Schaut’s euch an und erweitert es gerne!
Unsere herausgezogene, den obigen Graphen zugrunde liegende Punkteauswahl haben wir nach Graphen getrennt in ein Google-Docs Spreadsheet geladen. Damit ihr noch schönere Graphen bauen und in unsere Kommentare posten könnt!

Lizenz

Die Graphen und das kleine Python-Skript dürft ihr gerne weiterverwenden — und auch anpassen. Wir bitten euch sogar darum! Wie alles in diesem Blog sollte das unter den Richtlinien der Creative-Commons-Lizenz des Typs »by-nc-sa« stattfinden: Ihr müsst uns als Autoren erwähnen, dürft den Kram nicht kommerziell nutzen und müsst eure Arbeiten unter selbiger Lizenz veröffentlichen. Wenn ihr Ausnahmen von dieser Lizenz haben wollt, nehmt Kontakt mit uns auf; wir finden sicherlich eine Lösung.

1. Dranbleiben lohnt sich also!
2. also alle Schneehöhen aufsummiert und durch die Anzahl der Tage mit Schnee geteilt
3. gemessen bis einschließlich 30.12.
4. Was sind schon 2 cm Schnee?! Nichts! Richtig. Mit sowas geben wir uns gar nicht erst ab. So. Punkt.
5. Das entspricht einer Wahrscheinlichkeit für Schnee an Weihnachten von 8,2 %.
6. Für Schnee zum Jahreswechsel liegt die Wahrscheinlichkeit bei 12 aus 98, also 12,2 %.
7. Und wer konnte das, außer dem Doctor, schon letztes Jahr von sich behaupten?
8. Und tagsüber wieder getaut?
9. Datensatz: de.dwd.klis.RRDS

Traditionell weisen wir euch im November immer auf die RWTH Wissenschaftsnacht hin. An einem Freitagabend verwandelt sich das Campusgelände rund um das Karman-Auditorium zu einer großen Wissenschaftsparty. Es gibt Vorträge zu sehen, Bands die spielen und physikalische Experimente. 2008 war das physikBlog selbst mit dabei und verstopfte die Kanalisation Aachens mit einigen Litern nichtnewtonscher Flüssigkeit.

Dieses Jahr werden wir am Freitag, 12. November, nur als Gäste in die Aachener Innenstadt gehen — aber es gibt trotzdem interessante Sachen zu sehen¹.
Unser Highlight dieses Jahr: Um 21:15 findet in der Couven-Halle der erste RWTH-Science-Slam statt. Was das ist?

Angelehnt an Poetry Slams, bei denen junge Literaten ihre Kurzgeschichten und Verse vortragen, findet der „Erste RWTH Science-Slam“ statt. Hierbei treten sechs Kontrahentinnen und Kontrahenten mit ihren Forschungsthemen gegeneinander an und versuchen, in fünf bis acht Minuten die Anwesenden durch spannende Inhalte und originelle Darbietungen für sich einzunehmen. Das Fachgebiet spielt dabei keine Rolle. Den Sieger des Science-Slams kürt am Ende des Abends das Publikum. Manfred Nettekoven, Kanzler der RWTH Aachen, moderiert die Veranstaltung.
Zitat aus dem Programmheft.

Auch interessant könnten die Kopfball-Shows (19:00, 21:15. 23:15) und die Bands werden². Und die Vorträge! Über das neue Navigationssatellitensystem Galileo (23:00), oder Trainee (m/w) Informationstechnologie, oder dem falscher Sprache (21:30), oder Leonardo da Vinci (20:15) oder … ach, guckt doch einfach selber im Programm.

Ihr trefft uns beim Science Slam, irgendwo anders im Karman oder aber, wahrscheinlich, beim Physik-Jahrmarkt. Da wollen wir probieren, wie lange man so einen Feuertornado angucken muss, bevor er eingeschüchtert einen Berufswechsel zum Hochseeangler im Himalaya anstrebt.. Wir tippen auf 42 Minuten.
Bis Freitag.

→ “5 vor 12″ – RWTH-Wissenschaftsnacht 2010 (oder Direktlink zum Programm (PDF).)

1. Ja, so interessant wie mit dem physikBlog kann es natürlich nie werden. Aber unsere astronomischen Gagenforderungen haben leider den Lasershow-Gitarrenbattle-Bungee-Sprung-Auftritt auf dem Dach des Super-Cs verhindert. Aber wir verkaufen uns seit 2001 nicht mehr unter Preis.
2. Die Laser-Show habe ich mir letztes Jahr angesehen. Sie war… nun, zumindest mal sphärisch.

Andere haben schnelle Autos, Briefmarken oder Koks. Wir haben TV-Serien¹. Die kann man sich reinziehen, mit ihnen auf rasante Trips gehen und kann vor seinen Freunden von besonders seltenen und extravaganten Exemplaren schwärmen.

Eine Serie, die vor Seltenheit und Extravaganz nur so strotz, der wohl weltallerbeste Trip an sich ist, zugleich noch in unsere Nerdkerbe Physik sticht und damit ihren Extravaganzfaktor um ca. Pi Größenordnungen erhöht ist die BBC-Dokumentation »Wonders of the Solar System«.

Präsentiert von Professor Brian Cox, einer Art dokumentarischen Hauptdarsteller, geht es bei der fünfteiligen Doku um, na, wer rät mit?, richtig: Die Wunder unseres Sonnensystems. Es wird über Planeten berichtet, über Atmosphären und Monde, über Gravitation, lebendige und tote Sternenstaubansammlungen.

Die BBC muss sich Unmengen von Geld in die Hand genommen haben, denn zusammen mit Prof. Cox fährt sie in die entlegensten Ecken der Erde um die Effekte, die auf sonnensystemaler Ebene geschehen sind mit zugehörigen Bildern zu unterlegen. Und diese Bilder, auch wenn sie manchmal nur kurz sind! Junge, junge! In mitten dichter Gichtschwaden wird uns die Sonnenaktivität und ihre Auswirkungen auf die Stände von Wasserströmen näher gebracht. Cox steigt in ein spaciges Flugzeug um in extreme Atmosphärenhöhen vorzudringen — nur um zu erklären, wie Planeten zu ihrer (bzw. um ihre) Atmosphäre kommen.

Die Leistung der Sonneneinstrahlung erklärt er dort, wo es am heißesten ist auf der Erde. Na klar. Selbstredend steht er am Ufer des Ganges, wenn dort pünktlich zur Sonnenfinsternis ein hoher indischer Feiertag begangen wird. Sonneneinstrahlung führt zu Aufladungen, führt zu Entladungen, führt zu hübschen bunten Lichtern in der Atmosphäre. Und wo schaut man sich diese Aurora Borealis am besten an? Genau, auch in den hohen Norden verschlägt es ihn².
Ich könnte so weiter machen, aber ihr seht, wohin der Hase läuft. Selbst wenn es nur relativ kurze Sequenzen sind, für die ein Erdenbeispiel eines Sonnensystemphänomens gebraucht wird — Brian Cox wird wie wild durch die Welt geschickt. Auf der einen Seite ist das völlig absurd und verschwenderisch. Auf der anderen Seite ist es großartig, begeisternd und hüllt Physik in Bilder, die sonst nur wir Physiker von ihr in unseren Pin-up-Kalender an der Wand sehen.

Wenn es dann mal mit den hübschen Aufnahmen nicht mehr reicht, eben weil noch keiner HD-Kameras in die Orbits von Sonne, Venus oder Jupitermonde geschickt hat, dann bedient sich »Wonders« ebenso tollen computergenerierten Animationen, die uns zumindest virtuell direkt in unser Sonnensystem katapultieren.

Allein schon wegen eben dieser Bilder und Animationen ist Wonders ein Schmaus für‘s Auge und macht fast dem bisherigen Mehrjahressieger des Awards für »Tollste Bilder in einer Dokumentation oder einem Interview«, Planet Earth³, den Frontplatz unsicher.

Aber dann ist da noch Brian Cox, dem es einfach nur Spaß macht zuzuschauen. Er strahlt über beide Ohren, wenn er uns etwas erklären darf und macht das mit einer Hingabe, die einfach nur astonishing ist. Dabei setzt er, ganz BBC-Zielgruppengerecht natürlich kaum physikalisches Hintergrundwissen voraus. Er erzählt einfach. Ganz locker. Und wenn dann doch mal ein komplexeres Problem auftaucht, nimmt er sich, was eben so um ihn herum liegt und erklärt es damit. Dabei hilft natürlich, wenn er dazu extra in eine noch entlegerne, noch farbenfrohere, noch staunenswertere Gegend geflogen wurde, wo er zufällig einen angekokelten Ast und ein paar Steine findet, um den Weg der Venus am Firmament zu erklären.

Ihr seht schon, »Wonders of the Solar System« gefällt uns außerordentlich gut.
Schaut es euch auch an und werdet ein bisschen physikalisch verzaubert.

Am besten tut ihr das in der größtmöglichen Qualität in einem extra für euch gemieteten Kino. Wenn ihr allerdings gerade weder Geld, noch Erpressungsmaßnahmen zur Hand habt: besorgt euch die Blu-ray-Disc und einen möglichst großen Fernseher.
Sollten eure digitalen Endgeräte noch aus dem Jahr 2009 sein: eine DVD ist ebenfalls kürzlich erschienen.
Und wer ganz, ganz böse ist, der kann sich auch mal anschauen, was es hier so so alles in diesem Internet gibt. Aber, nochmal: Ihr müsst das groß gucken. GROß!

Mehr zu »Wonders of the Solar System« in der Wikipedia.

Hier der Trailer zur Serie, auch verfügbar in 1080p, so dass ihr merken könnt, was ich mit GROß meine:

YouTube-Direktwondering

1. Und wir haben Maxwellgleichungen und Ringintegralen. Klar.
2. Klar, auch im Süden gibt es Polarlichter, aber das wäre nun auch für die BBC zu aufwändig…
3. Übrigens ebenfalls eine BBC-Dokumentation…

Hier werden Basti und Andi am Donnerstag ab ca. 14:30 Uhr¹ live aus dem ESOC Kontrollzentrum über den Start des CryoSat-2-Satelliten bloggen.

RSS-Link zur Live Coverage

Florian von nebenan wird ebenfalls ein Liveblog anschmeißen.

1. Das ist wirklich ein »ca.« – wir werden sehen…

Via Livestream.com könnt ihr den Start von CryoSat-2 morgen live ab 14:00 Uhr vom Bildschirm zu Hause miterleben. Ich würde mal behaupten – ein perfekte Ergänzung zu unseren geschriebenen Wort. Bestimmt. Die Einbettung gibt’s nach dem Klick.

Was morgen wie wann (hoffentlich) passiert, das findet ihr in diesem Zeitplan.

Wir lesen uns dann morgen wieder. Aus dem ESOC.
Livestream des Starts, Donnerstag ab 14:00 Uhr.

Übermorgen, am Donnerstag, den 8. April 2010 werden endlich die großen Neuigkeiten des iPhone OS 4.0 bekannt gegeben. Endlich! Oh. Falsche Einleitung. Das kommt davon, wenn man die ganzen Tage nur von iPad und iPad und iPad liest. Ich probier’s nochmal.

Übermorgen, am Donnerstag, den 8. April 2010 wird endlich der CryoSat-2-Satellit auf seine Bahn geschickt. Und das physikBlog wird für euch vor Ort sein und vom Start berichten – live aus dem ESA-Kontrollzentrum.
Aber fangen wir vorne an…

Was bisher geschah…

CryoSat-2. Von unten. Bild der ESA.

Eigentlich müsste bereits ein CryoSat über unseren Köpfen seine Kreise ziehen. Seit fünf Jahren schon. Und das würde er auch, wenn da nicht diese verflixte Elektronik wäre. Am 8. Oktober 2005 startete der Originalsatellit CryoSat vom russischen Raketenstartplatz Plessezk. Leider konnten Raketenstufe zwei und drei nicht voneinander lassen und trennten sich nicht wie geplant – die Rakete kam auf eine falsche Bahn. Ein für solche Situationen vorgesehenes Notfallprogramm wurde eingeleitet und die Rakete kontrolliert irgendwo im Meer versenkt. Mit ihr der Satellit.
Schon bald nach dem Fehlstart war klar, dass die Anwendungsgebiete des Satelliten immer noch höchst interessant waren. Und so baute man einen nahezu identischen Bruder zu CryoSat – und gab ihm den fetzigen Namen CryoSat-2.

Aber CryoSat-2, was ist das eigentlich? Und welche Farbe hat das?

CryoSat-2 ist ein von EADS Astrium gebauter Satellit des ESA-Living-Planet-Programms, der die Kryosphäre, also die mit Eis bedeckte Fläche unseres Lieblingsplaneten, untersuchen soll. Zur Vermessung der Welt des Eises greift CryoSat-2 dabei auf SIRAL zurück. Das ist kein Putzmittel, sondern steht für SAR/Interferometric Radar Altimeter und ist ein Radarhöhenmesser, mit dem Höhe, Dicke und Neigung des Eises untersucht werden können. Man gewinnt wichtige Daten über die Schmelzenvorgänge des Eises und den daraus resultierenden Effekten¹, die man schließlich zu Klimaberechnungen benutzen kann.
Zwar gibt es auch jetzt schon Satelliten, die das ewige, das nicht so ewige und das ehemals ewige Eis beobachten, aber keiner tut das mit der Präzision und Abdeckung von CryoSat-2. Insbesondere die Dicke des Eises kann bisher nicht mit genügender Genauigkeit vermessen werden. Gerade diese ist aber natürlich sehr wichtig, möchte man die Gesamtmenge des Eises auf der Erde und dessen Schmelzrate bestimmen.

Spetrakanalyse von CryoSat-2. physikBlog-Exklusivdarstellung.

Eine exklusive physikBlog-Spektralanalyse von CryoSat-2 hat übrigens ergeben, dass das Gerät zur Hälfte gold/silber und zur Hälfte blau/silber ist.

Bei der ESA gibt’s mehrere Seiten zu CryoSat bzw. CryoSat-2, auf denen ein Haufen Kram mit wunderbaren Bildern und Animationen erklärt wird. Toll!
→ Living Planet Programme – CryoSat-2
→ Special: CryoSat

Auch Florian kam uns² zuvor und hat in seinem Blog ausführlich über CryoSat-2 berichtet.

Und jetzt?

CryoSat-2 wurde Anfang des Monats in seine Trägerrakete installiert und wartet jetzt fröhlich bis gespannt auf seinen Abschuss. Die Trägerrakete ist dieses Mal eine russische Dnepr-Rakete, die aus einem Raketensilo des Weltraumbahnhofs Baikonur startet³. Bei der Dnepr handelt es sich um eine umgebaute Interkontinentalrakete der Russen aus dem kalten Krieg, die man jetzt für 30 Millionen Dollar für seinen Lieblingssatelliten buchen kann⁴. CryoSat-2 sitzt im Kopf der Rakete, im »Krokodil«, das die wissenschaftliche Last auf 700 km Höhe aus seinen Zähnen entlassen wird.
Heute gab’s ein Rehearsal, eine Generalprobe, bei der die Kommunikation zwischen Baikonur und dem ESOC, dem Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt getestet wird. Von dort wird die Mission begleitet.

Und übermorgen?

Hightech mit Holzverkleidung: Kontrollraum der ESOC (Quelle: Wikimedia)

Übermorgen wird es dann losgehen. Irgendwann gegen 17:00 wird die Rakete aus ihrem Silo geschossen und Kurs auf die ISS Unendlichkeit nehmen.
Die ESA hat Deutschlands raketigstes Blog eingeladen, den Start vom ESOC aus zu begleiten. Und das können wir uns natürlich nicht entgehen lassen. Daher startet hier Donnerstag mittag die Livebloggerei.

Und mit ein bisschen Glück gibt’s sogar heiße Raketenstartbilder. Rrrr⁵.

1. Wie sich übrigens die Zeiten geändert haben…: Noch vor fünf Jahren wollte man CryoSat(-1) hochschießen, um überhaupt festzustellen, ob Eis schmilzt. Darum geht’s jetzt nicht mehr – jetzt geht’s um das »Wie«.
2. wie immer
3. Der Start musste übrigens ein paar Tage verschoben werden, weil auf dem Flughafen zuviel los war. Ich finde das schon irgendwie cool. Zuviel los. Auf ‘nem Weltraumflughafen. Tz.
4. Über die der Dnepr zugrunde liegende Interkontinentalrakete R-36M könnte ich mich ja noch auslassen! Größte gebaute Interkontinentalrakete. 36 Meter lang, 3 Meter dick. 11.000 km Reichweite. Umgerüstet zum Tragen von 10 Atomsprengköpfen, so dass mit einer einzigen Rakete die Fläche von Bayern bebombt werden konnte. Aber lassen wir das. Erstmal.
5. Dieses R ist zu rollen – sonst funktioniert das nicht

Die Erde hat eine Verschiebung. Keine Streifenverschiebung zwar, aber mindestens genauso schlimm. Eine Achsenverschiebung!

Falls das physikBlog eine Schwachstelle hat, dann ist es die fehlende Überdisziplinaritätovierung¹. Natürlich ist das keine wirklich bedeutende Schwachstelle, wenn überhaupt von Hyperfeinstrukturgrößenordnung, schließlich ist physikBlog der Superlativ von perfekt. Aber um wahrhaft physikBlog² zu sein, tut halt auch ein gewisses Maß an Selbstkritik Not. Dem ist hiermit jetzt aber auch für das nächste Jahrzehnt genüge getan. Aber jetzt kommt der Schock: Das nächste Jahrzehnt wird ganze 4,6 Millisekunden kürzer als das letzte! Grund ist die Geophysik³.

Vor einigen Tagen gab es, wie ihr sicherlich aus der von euch bevorzugten Neuigkeitenquelle⁴ erfahren habt, ein schweres Erdbeben vor der Küste Chiles – es war das siebtschwerste jemals gemessene Erdbeben. Und dieses Erdbeben hat die Erdachse verschoben. Und deshalb dreht sich die Erde schneller. Kann man kaum glauben⁵, ist aber wirklich so. Einen interessanten Artikel darüber findet man zum Beispiel auf Spiegel Online.

Was passiert ist? Der Erdrutsch bewirkt, dass sich große Massen näher an die Erdachse bewegen. Und wie wir alle aus dem Physikunterricht wissen, dreht sich ein Körper schneller, wenn sein Trägheitsmoment kleiner ist. Bleibt die Masse gleich⁶, so ist das Trägheitsmoment kleiner, wenn die Masse näher an der Drehachse liegt. Dieser Effekt bewirkt im Falle des Erdbebens einen zusätzlichen Drall der Erde – sie dreht sich nun pro Tag 1,26 Mikrosekunden schneller. Das kann man zwar nicht messen, aber berechnen.
Zusätzlich hat die Verschiebung eine Versetzung der Erdachse um 8cm⁷ bewirkt. Da ich keine Geophysik kann, kann ich das aber nicht erklären. Erklärungsversuche gerne in den Kommentaren!

Zum Glück wird sich die Erde schon bald wieder genauso schnell drehen, wie sie das noch vor 2 Wochen getan hat. Der Grund dafür ist der Mond, der die Erde ständig ein wenig abbremst. Der Mond kann eben nicht nur Werwölfe und Wetterwechsel, sondern auch alles, was Doktor Brausefrosch kann.
Danke, Mond!

1. Neologismus deluxe!
2. für Laien nochmal: physikBlog = perfektesten
3. Für die ich mich wahrlich nur äußerst selten interessiere, aber das hier ist interessant. Echt jetzt!
4. TV, Nachbarin, nerviger CNN-Banner auf euer Lieblingspornoseite
5. wenn man es so liest wie es hier aufgemacht ist
6. Die Erde schrumpft nur relativ langsam…
7. Wo? Im Bezug auf was? Hä? Lösung: Quelle = Nichtphysiker

Da wir nicht nur die tollsten und hübschesten, sondern auch die intelligentesten und coolsten Leser Deutschlands haben, können wir einfach mal annehmen, dass ihr schon mal etwas von Mathematik gehört habt. Ihr wisst schon. Der Kram mit den Zahlen, den vielen Pfeilen und Klammern und so. Und mit Sätzen, die man fünfmal lesen muss, ehe man die griechischen Leihwörter vom Rest getrennt hat.
Aber Mathematik ist ja eigentlich schön. Gut, nicht physikschön und für die meisten wohl auch nicht »Zum Einschlafen ringintegrieren wir mal einen Homomorphismus«-schön, aber einen speziellen Charme kann man ihr nur schwerlich absprechen.
Schließlich hat sie es irgendwie geschafft, sich überall rein zu mogeln.

Überall. Auch in die Natur.

Gerade in die Natur.
Und um dieses Zusammenspiel von Mathematik und Natur zu illustrieren hat die Studentin Nikki Graziano »Found Functions« gestartet. In dieser Fotoserie fängt sie Motive ein, an die sie in der Nachbearbeitung mathematische Funktionen anpasst.
Das passt manchmal sehr gut, manchmal weniger, sieht aber meist toll aus. Und die Idee allein!

Vielleicht mag sich ja der ein oder andere davon inspirieren lassen.

[via wired]

Telepolis, das Magazin für neumodischen Krams und wissenschaftliche Dings, hat Werner Gruber zum physikalischen Verständnis von Terroristen befragt. Herr Gruber ist Physiker und Neurowissenschaftler an der Uni Wien und beschäftigt sich mit teilweise exotischen Themen wie der Physik von Papierfliegern. Wie das physikBlog auch, versucht er Leuten eine Seite der Physik zu zeigen, die nicht so trist ist, wie die Erinnerungen der meisten an den Physikunterricht der 9. Klasse.

Im Gespräch gibt Herr Gruber teilweise verrückte Anhaltspunkte, wie einfach man effiziente Sprengstoffe und Gifte herstellen kann. Wusstet ihr z.B., dass eine Ananas und ein Kunststoffbehälter kombiniert eines der stärksten Gifte der Erde ergibt? Seine Grundaussage ist damit, dass Terroristen keine Ahnung von Physik haben und das auch eigentlich ganz gut so ist, zumindest für uns. Gleichzeitig bedeutet das aber auch für den Überwachungsterror z.B. an Flughäfen das sichere Scheitern, sollten es Terroristen mal ernst meinen.

Das ist ein sinnloses gegenseitiges Hochrüsten, das bringt nichts. Das ist nichts als ein Supergeschäft [für die Sicherheitsfirmen] – und eine Belästigung für alle.

 
Das physikBlog unterstützt Herrn Gruber und sagt: Unbedingt lesen!
→ TP: Zum Glück verstehen Terroristen nichts von Physik

PS: Wenn ihr mal zufällig in Wien seid, dann schaut euch doch mal die Science Busters an und sagt uns, wie es war. Es soll jedenfalls ziemlich genial sein!

Blitz. Donner. 40 Mal pro Sekunde auf dem gesamten Erdball. Für viele Menschen sind Gewitter eine sehr anziehende Angelegenheit, wenn auch teilweise sehr beängstigend. Aber wer weiß schon, wie so ein Blitz funktioniert? Wo kommt er her, wo geht er hin und was hat Shakespeare damit zu tun? Ich versuche im folgenden Artikel einmal, die Hintergründe der Blitzentstehung verständlich zu erklären.

Um das ganze etwas übersichtlicher zu machen, teile ich diesen Post in fünf Teile, wobei die ersten vier die Phasen der Blitzentstehung beschreiben. Und weil wir hier im physikBlog sind, Deutschlands Insider-Blog für heiße Raketenstartbilder, sind die Phasen einem Raketenstart nachempfunden — erklärt natürlich mit Katzenparabeln.

Phase I: Befüllen der Tanks

Die Cumulonimbus-Wolke kündigt ein sich anbahnendes Gewitter an. (Bild: Wikipedia)

Wie bei einer Rakete, einem Auto oder auch nur bei der Katze vor dem Sprung: Um irgendetwas zu erreichen, muss eine bestimmte Energie verfügbar gemacht werden. Im Falle von Rakete und Auto ist das der Treibstoff im Tank, bei der Katze die in den Fetten und Zuckermolekülen gespeicherte Energie und im Falle des Blitzes ist es elektrische Energie, bzw. eine Spannung.

Vom Prinzip her das Gleiche, wie bei euch zu Hause in der Steckdose: positive und negative Ladungen sind voneinander getrennt und wollen sich so lange bewegen, bis sie sich gegenseitig neutralisiert haben. Dieses Streben nach Ladungsausgleich nennt man Spannung oder Potential — das Potential, etwas zu tun. Deswegen können wir auch den elektrischen Dosenöffner für das Katzenfutter betreiben.

Beim Blitz passiert diese Trennung von Ladungen in der Wolke. Es muss eine besondere Wolke sein, in der starke Aufwinde herrschen und Regentröpfchen vorhanden sind. Diese Wolken werden wegen der Aufwinde sehr groß und nennen sich Cumulus-Wolken — den Begriff habt ihr sicherlich schon das ein oder andere mal gehört. Wenn noch die Regentröpfchen dazu kommen, sind wir bei einer Cumulonimbus-Wolke.¹

Die Aufwinde in einer solchen Wolke sorgen dafür, dass starke Luftverwirbelungen auftreten. Die wiederum wirbeln Wassertröpfchen, Eis- und Graupelteilchen² umher und lassen sie aneinander stoßen. Bei den Stößen kommt es zu einem Austausch von Ladungen: schwerere Teilchen nehmen eher negative Ladungen an, leichtere positive Ladungen.
Und wie das eben mit einem Steinchen und einer Feder im Aufwind ist: das eine geht hoch, das andere runter. Die schweren, negativen Teilchen sammeln sich am unteren Rand der Wolke, die leichten positiven am oberen.³

Voila, fertig ist die großräumige Trennung von Ladungen und somit auch der Aufbau einer gewissen Spannung. Diese Spannung kann in einer Wolke bis zu 100 Millionen Volt (also 100 Megavolt) erreichen. Zum Vergleich: die Steckdose zu Hause liefert 230 Volt, in einer großen Hochspannungsleitung befinden sich bis zu 380 Kilovolt.

Phase II: Vorbereitung des Starts

Durch den Ausbruch des Chaiten-Vulkans in Chile hervorgerufene Blitze (Bild: lightning vs. vulcano von fmg2001)

Zu elektrischen Entladungen wie z.B. bei der Zündkerze im Automotor kommt es jetzt, wenn die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Dann ist die Kraft auf die negativen Ladungen, meist freie Elektronen,⁴ so groß, dass sie sehr schnell beschleunigt werden und dadurch auch andere Elektronen aus Atomen regelrecht herausschlagen können. Diese werden auch wieder schnell beschleunigt und schlagen weitere Elektronen aus Atomen. Und die werden dann wieder … naja, ihr wisst wie der Hase läuft.
Am Ende gibt es jedenfalls eine lawinenartige Wanderung von Elektronen in Richtung der positiven Ladung — das ist die physikalische Sprechweise dafür, dass Strom fließt.

Der Grenzwert, dass es zu solchen Entladungen führt, liegt bei etwa 3 Millionen Volt pro Meter⁵ für trockene Luft. Genauso wie die Spannung innerhalb der Wolke 100 MV beträgt, so ist auch die Spannung zwischen Wolkenunterseite und Erdoberfläche 100 MV.⁶ Das würde bei einer Wolkenhöhe von 3 km etwa 30 kV/m machen, also 100-fach zu wenig. Auch begünstigende Faktoren wie erhöhte Luftfeuchtigkeit während eines Gewitters machen den Blitz immer noch nicht über diesen Weg erklärbar.

Dass es aber trotzdem zu einem Blitz kommt, liegt an der Bildung eines Blitzkanals. Wie der Straßenräumdienst eine Gasse in den Schnee schaufelt, damit die nachfolgenden Autos fahren können, wird auch für einen Blitz ein elektrisch leitender Kanal geschaffen. Dazu braucht es zunächst ein kleines Gebiet mit lokal erhöhter Spannung, so dass dort der Grenzwert überschritten wird. Das kann z.B. eine zufällige dichte Ansammlung von negativ geladenen Teilchen sein.

Die deshalb grob nach unten beschleunigten Elektronen (s.o.) stoßen an Luft- und Wassermoleküle und schlagen dort weitere Elektronen heraus. Übrig bleiben positiv geladene Moleküle, die sich so anordnen, dass der Kanal nach außen hin weitestgehend abgeschirmt wird und im Inneren elektrisch leitend ist. Außerdem sorgt die Anordnung dafür, dass sich am vorläufigen Ende des dünnen Kanals eine sogenannte Feldspitze⁷ ausprägt. Das heißt, hier wird die Spannung pro Meter wieder so groß, dass der Grenzwert überschritten wird. So wie eine Katze auf einer Holzplatte locker flanieren kann, wenn darin aber Nägel stecken, ist der Katzenjammer groß.

Schema einer Blitzentstehung — klick macht größer (Bild: Wikipedia)

Der Blitzkanal oder auch Leitblitz baut sich stückchenweise auf, so dass nach jedem Schritt die Richtung der weiteren Ausbreitung neu bestimmt wird⁸ und sich durchaus auch zwei Äste ergeben können. Das ist der Grund für die faszinierende Form der Blitze.
Kurz bevor der Leitblitz den Boden erreicht, bilden sich nach dem gleichen Prinzip nur anders rum sogenannte Fangentladungen gen Himmel aus. Sie sind bläulich, sehr dunkel und müssen nicht zwangsweise mit dem Leitblitz zusammentreffen, tun es aber meistens.

Phase III: Liftoff

Eine Zusammensetzung von drei einzelnen Blitzen. (Bild: Lightning Composite von b_napper)

Wir haben jetzt also einen geschlossenen, elektrisch leitenden Kanal zwischen dem positiv geladenen Erdboden und der negativ geladenen Wolke, dessen Aufbau etwa eine hundertstel Sekunde gebraucht hat. Durch den maximal 12 mm breiten und 1-3 km langen Blitzkanal fließt nun ein Strom, der im Schnitt etwa 20.000 Ampere umfasst. Zum Vergleich: zu Hause sind die Sicherungen meistens auf 16 Ampere ausgelegt. Häufig kommt es nach einer Erholungspause von ein paar hunderstel Sekunden zu weiteren Hauptentladungen, die das Flackern von Blitzen erklären.

Das mit dem Raketenstart-Bild hat nicht geklappt. Blitzeinschlag.
(Bild: NASA)

Dass der Hauptblitz überhaupt leuchtet, liegt an der immensen Stromstärke. Wie beim Wasserkocher zu Hause heizt sich Material auf, durch das Strom fließt. Das liegt an ohmschen Widerständen, durch die sich der Strom erst einmal durchkämpfen muss. Schlussendlich wird das ganze jedenfalls sehr warm, so dass es anfängt zu leuchten — wie bei dem Glühdraht in den bösen Dingern vor den Energiesparlampen.
Beim Blitz wird das Ganze sogar so warm, dass die Luft ein sogenanntes Plasma bildet und dabei natürlich auch leuchtet. Ein Plasma ist ein Aggregatszustand wie fest, flüssig oder gasförmig, bei dem ein Gas aus freien Ladungsträgern besteht. Im Wesentlichen ist ein Plasma also nur ein Gas, das elektrisch leitend ist.

Wie die Entstehung in Real aussieht, kann man bei folgendem Video begutachten: In den ersten vier Sekunden wird der Leitkegel aufgebaut worauf mehrere Hauptentladungen folgen.

DirektSlowMotionBlitz

Phase IV: Funkkontakt herstellen

OK, wie schon im Video gesehen, sehen wir jetzt einen Blitz. Aber ein Blitz ohne den dazugehörigen Donner ist nur halb so gut. Der Donner entsteht, weil die Luft im Blitzkanal schlagartig auf ~30.000 °C erwärmt wird. Das ist selbst für professionelle Saunagänger etwas warm. In Folge dessen dehnt sich die Luft ebenfalls schlagartig aus.⁹ Und das, liebe Kinder, ist der gleiche Grund, warum man keine Deodosen ins Feuer werfen soll.

Diese Ausdehnung ist schneller als die Schallgeschwindigkeit und somit wird die Schallmauer durchbrochen. Das bedeutet, dass eine Front von Luftmolekülen gemeinsam vom Blitz wegwandert und damit einen lauten Knall ergibt.¹⁰ Der Knall ist weiter entfernt mehr ein Grollen, was auf Echo-Effekte, die mehreren Hauptentladungen und einen Effekt namens Dispersion zurückzuführen ist.¹¹

Das kann auch eine Katze berechnen.

Übrigens kann man anhand des Abstandes zwischen Blitz und Donner ziemlich gut die Entfernung des Blitzes bestimmen: Licht breitet sich mit 300.000 km/s aus und ist damit quasi zeitgleich nach dem Entstehen bei euren Augen eingetroffen. Der Schall hingegen ist mit nur ca. 330 m/s unterwegs und braucht somit für einen Kilometer etwa drei Sekunden.

Und sonst so …

Ein Erde-Wolke-Blitz mit umgekehrtem Blitzbaum. (Bild: Wikipedia)

Ich will noch einen kurzen Ausblick geben, dass es weit mehr als den einfachen Blitz gibt. So finden sich neben dem Blitz von der negativen Wolkenunterseite auch solche von der positiv geladenen Wolkenoberseite zum Erdboden, auch Positivblitze genannt. Weil sie von der Wolkenoberseite zum Erdboden müssen sind mindestens zehnfach länger als normale Negativblitze und tragen eine weitaus größere Stromstärke von bis zu 300.000 Ampere mit sich. Fünf Prozent aller Blitze sind solche Positivblitze.
Aber auch die Richtung des Blitzes kann sich umdrehen, also von der Erde zur Wolke ist ebenso möglich. Man erkennt sie an der nach oben offenen Verzweigung, genau andersrum als beim normalen Blitz.

Ein Wolkenblitz (Bild: Wikipedia)

Ziemlich häufig sind reine Wolkenblitze. Wie wir weiter oben gelernt haben, gibt es auch zwischen Ober- und Unterseite der Wolke eine große Spannung, die sich auf die gleiche Weise wie beim Wolke-Erde-Blitz entladen kann, nur eben innerhalb der Wolke.
Wenn man den Blitz selber aufgrund der großen Entfernung oder dazwischenliegenden Wolken nicht sieht, dann leuchtet nur die Wolke von innen heraus und man nennt das Phänomen Wetterleuchten.¹² Der Donner ist dabei stark unterdrückt.

Ab und zu hört man auch von sogenannten Kugelblitzen, allerdings sind diese bis heute weder wissenschaftlich zuverlässig erklär- noch irgendwie produzierbar. Angebliche Augenzeugen solcher Blitzerscheinungen berichten von leuchtenden Kugeln, die sich schwebend relativ langsam fortbewegen.

Blitze oberhalb der Wolken — Klick macht groß und Beschriftung (Bild: Wikipedia)

Mittlerweile weiß man auch, dass es oberhalb der Wolke Blitzphänomene gibt, die sich teilweise radikal von den bisher bekannten unterscheiden. Die Entladungen finden hier zwischen der Wolke und einer oberen Atmosphärenschicht statt, die sich Ionosphäre nennt. Die Teilchen in dieser Schicht wurden durch die kosmische Hintergrundstrahlung und die Sonne stark ionisiert, das heißt sie wurden elektrisch aufgeladen.
Da die theoretischen Beschreibungen oberhalb der Wolke sehr kompliziert und bis heute auch nicht komplett verstanden sind, hatte man sich schon vor Jahren dazu entschlossen, den Phänomenen Namen aus Shakespeares Sommernachtstraum zu geben. So gibt es z.B. Elfen (Elves), sich ausdehnende Ringe in der Ionosphäre, oder Kobolde (Sprites), riesige Blitze von der Ionosphäre Richtung Wolke. Siehe dazu auch die Illustration rechts.

Mehr Informationen findet ihr unter folgenden Adressen:
→ Wikipedia (deutsch & englisch)
→ Uni Hannover
→ Blitze über den Wolken: Upper Atmospheric Lightning
→ Physik Journal, Ausgabe Dezember 2009, S. 39 ff
→ Nachtrag 21:19 Uhr: Kam gerade per Twitter rein: schönes Bild von National Geographic (Danke Martin!)

 
Abschließend noch ein Sicherheitshinweis: Blitze sind gefährlich und können Gehörschäden verursachen. Nicht für Kinder unter drei Jahren geeignet! Auf keinen Fall mit Silvesterkrachern kombinieren, es könnten 10-dimensionale Singularitäten entstehen!

 
Bei den Bildern wurden die Quellen soweit es ging genannt. Alle stehen unter einer CreativeCommons Lizenz:

1. vom lateinischen cumulus = Anhäufung und nimbus = Regenwolke
2. Graupel ist überfrorener Schnee. Also Schnee als Kern und dann eine Eisschicht drumherum. Quasi eisig überbacken. Aber ohne Käse, ist ergo nicht so gut wie Schnee alleine. Oder so.
3. Übrigens geht wieder ein Teil der negativen Ladung verloren, weil sie mit Regen/Hagel aus der Wolke zu Boden fällt.
4. Also solche, die nicht im Atom gebunden sind.
5. Quelle: elektronik-kompendium.de
6. Eigentlich würde man von der Hälfte ausgehen, weil sich die Spannung von 100 MV in der Wolke aufteilt. Also +50 MV an der Oberseite der Wolke und -50 MV an der Unterseite. Zum geerdeten Boden wäre es damit 50 MV Spannung. Wegen der Influenz sind es aber dann doch wieder 100 MV. Aber das ist eigentlich auch nicht so wichtig.
7. Das Feld des elektrischen Potentials, also der Spannung, ist einfach nur die physikalische Ausdrucksweise für die elektrischen Spannungen innerhalb eines Gebiets.
8. Natürlich immer unter der Vorgabe, dass es prinzipiell nach unten geht, weil dort der verlockende Potentialausgleich mit den positiven Ladungen der Erdoberfläche wartet.
9. Ganz streng genommen dehnt sich die Luft erstmal nicht aus. Der große Strom verursacht ein großes Magnetfeld, dass die elektrisch leitende Luft im Inneren gefangen hält. Sobald der Strom abbricht, versiegt auch das Magnetfeld und die Luft kann sich explosionsartig ausdehnen.
10. Etwas physikalischer ist Schall nichts anderes als eine lokale Druckänderung. Wenn also in regelmäßigen Abständen der Luftdruck immer mal wieder zu- und abnimmt, dann nehmen wir das als Ton wahr. Bei einer solchen Luftmolekülfront haben wir nun lokal einen sehr hohen Druck und damit einen lauten Knall.
11. Dispersion im physikalischen Sinne ist die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit (hier also Schallgeschwindigkeit) von der Wellenlänge (hier also Tonhöhe). Mehr in der Wikipedia.
12. Kommt übrigens vom mittelhochdeutschen weter = Wetter und leichen = tanzen, hüpfen. Es ist nicht verwandt mit dem deutschen »leuchten«, wie oft angenommen.

Ihr merkt schon, wir haben gar keine andere Möglichkeit, als über den LHC zu berichten. Erst recht nicht, wenn so viel passiert wie in den letzten Tagen.

Denn gestern lief seit dem Unfall vor einem Jahr erstmalig wieder ein Strahl komplett im Tunnel umher. Und das Internet stand Kopf; eigentlich tut es das immer noch.

Previously on…

Gestern gegen 17:00 Uhr fing man langsam an einen Teilchenstrahl in die Tunnel des LHC im Uhrzeigersinn zu injezieren. Immer Stückchen für Stückchen, Sektor für Sektor. Am Abend dann hatte man eine komplette Umrundung geschafft, fing nach einer Weile den Strahl an seinem Injektionspunkt wieder ein und schickte ihn auf eine weitere Runde. Und auf eine weitere Runde. Und…
Danach nahm man sich den Strahl in Richtung entgegengesetzt des Uhrzeigersinns vor und machte das selbe Spiel durch. Auch mit Erfolg.
Zwischendurch quenchte² ein Magnet kurz im Sektor hinter CMS, aber nach 15 Minuten ging es schon weiter. Zwischendurch optimierte man den Strahl und die Einstellungen immer ein Stück weiter – und auf dem Stand ist man meines Wissens auch jetzt (siehe Timestamp vom Artikel).

Photographs by Maximilien Brice of CERN Photo Service. Hier meine GIF-Animation der Bilderserie.

Im Internet war – und ist – die Hölle los. Eigentlich ein wenig lustig, wenn man bedenkt, dass das Internet im CERN und… ihr wisst schon.
Jedenfalls ist SO viel los, dass man vielleicht etwas die Übersicht verlieren könnte.
Deswegen hier, der erste und einzige physikBlog LHC 2009 Restart Startup Internet Guide (PhyBLTReSIG).

Twitter

Auf dem offiziellen Twitter-Account des CERNs, @CERN, ist so einiges los. Man berichtet live und äußerst nah am Geschehen aus dem CERN Control Centre³. Das ganze sehr locker, allgemeinverständlich aber auch für uns Profis mit hinreichender Information. Soweit mir bekannt, wird erstmalig ein Experiment so intensiv auf Twitter begleitet. Selbst die NASA, sonst immer sehr weit vorne in ihrer Öffentlichkeitsarbeit, hat mit dieser Frequenz und Tiefe noch nie ein Event begleitet. Wirklich empfehlenswert – auch wenn ihr Kommunikationswissenschaften⁴ studiert, denn @CERN entwickelt sich gerade zu einem Kommunikationsparadebeispiel. »LHC« und auch »CERN« haben es am Freitagabend, als es in die heiße Phase⁵, in die Trending Topics von Twitter geschafft – dort werden automatisiert die aktuellsten Diskussionen in Schlagworten aufgegriffen. Das Thema ist also bei der Allgemeinheit angekommen und wird erstaunlicherweise ganz ohne Weltuntergangsszenarien mitverfolgt (im Gegensatz zu letztem Jahr).
Aber nicht nur über @CERN kommt man auf Twitter an LHC-bezogene Informationen. Unter @CMSexperiment wird vom … CMS-Experiment getwittert. Wer genau dafür verantwortlich ist, keine Ahnung, aber hin und wieder gibt’s neue Updates und sie kommen von offizieller Stelle⁶.
Ein Kommilitone und ich haben den CMS e-commentary (s.u.) in einen RSS-Feed⁷ umgewandelt, den wir in den Twitter-Account @CMSecom füttern.
Darüber hinaus gibt es noch den (nicht so interessanten) Twitter-Account des US-LHC-Blogs @USLHC und auch das Symmetry Magazine retweeted unter @symmetrymag. Direkt in den einzelnen Kontrollzentren wird von persönlicher, unoffizieller Seite auch getwittert – mir bekannt ist da allerdings nur @pixieza.
Wer nicht alle diese Accounts direkt in seiner Timeline haben möchte, kann auch einfach dieser High-Energy-Physics-Liste von @sumomi folgen: http://twitter.com/list/sumomi/highenergyphysics.

Blogs, bzw. Blog-Like Websites

Die Webseite, die momentan am besten mit Bildern und Text arbeitet, gleichzeitig am schlechtesten von der Ausführung ist, ist meiner Meinung nach der CMS e-commentary. Aus der Sicht des CMS-Experiments und aus dem CMS-Kontrollraum am Punkt 5 des LHCs berichtet Darin Acosta in losen Abständen über Neues. Warum dafür kein vernünftiges System benutzt wurde⁸ ist mir allerdings schleierhaft…
Auch das ALICE-Experiment verfügt über eine Art Live-Blog, das aber nur spärlich gefüllt ist.
Nicht ganz so auf die Schnelle, dafür illustriert und fundiert informiert das US LHC Blog.
Nicht ganz so offiziell, dafür aber mit umso mehr Enthusiuasmus gibt’s bei LHC Facts gute Zusammenfassungen.

Media Ressourcen und et cetera

Neben allem Textlichen gibt’s den Media-Server des CERNs, auf dem zum Thema »LHC Restart 2009« ein Haufen Fotos veröffentlich werden. Videos gibt’s an anderer Stelle.
Und es gibt den Videotext unter den Webseiten: LHC Page1 oder OP Vistars. Dort werden Strahlprofil und Mini-Statusmeldungen angezeigt. Ganz interessant eigentlich.

Und ich so…

Das ist wirklich einiges an Information. Ich handhabe es so, dass ich meinen Twitter-Account, insbesondere in Bezug auf @CERN, monitore und jede Stunde, bzw. bei interessantklingenden Tweets von @CMSecom, den CMS e-commentary aufsuche. Nebenbei hab ich der/die/das/artikellos OP Vistars auf und schaue immer mal drauf.
Das läuft eigentlich ganz gut und ich fühle mich einigermaßen informiert.

Und ihr so?

Püntklich zum Start gestern hat übrigens auch die großartige Big-Picture-Serie des Boston Globe ein Feature für den LHC gebracht.

Nachrag 24.11. von André: Tadaa! Das, wozu man letztes mal nicht kommen konnte, weil ein Terrorvogel ein Kurzschluss den LHC lahmlegte, das hat gestern geklappt:
     Erste Kollisionen!   (? Pressemitteilung)

Und weil es so schön ist, hat man diese Nacht das erste Mal den Strahl nicht nur einfach im Kreis schwindelig werden lassen, sondern hat ihn dabei auch noch beschleunigt. Zwar erstmal nur von 450 GeV auf 540 GeV, aber immerhin. (? Twitter)

Jeah Baby!

1. Wir.
2. Am ehesten wohl mit »durchbrechen« zu übersetzen.
3. Das sich rein zufällig so abkürzt wie ein großer deutscher Computerverein.
4. Iiih!
5. »heiße Phase«… dieser alte Witz…
6. Siehe Link auf der CMS-Seite.
7. Link gibt’s auf Anfrage – z.B. in den Kommentaren…
8. WordPress als Lokalinstallation dauert ca. 10 Minuten in der Aufsetzung, WordPress bei wordpress.com gehostet 2 Minuten. Ein Posterous-Blog geht noch schneller und lässt sich sehr elegant via E-Mail füttern…

Es verschlägt sie ins Bürgerforum der RWTH, zu RWTHextern, um dort populäre und interessante Themen massentauglich allgemeinverständlich zu erklären. So, dass man sie auch ohne großartige Physikkenntnisse verstehen kann.

Am 7. November, also bereits übermorgen, gibt es einen Vortrag über das Schreckenstgespenst aller Schreckensgespenster: Mini Schwarze Löcher im CERN. Privatdozent (und Institutskollege) Oliver Pooth wird unter dem Vortragstitel »Schwarze Löcher von Menschenhand gemacht?« das, was wir hier im physikBlog sowieso schon alle wissen¹ noch mal der Allgemeinheit anschaulich vortragen.
Solltet ihr mehr dazu wissen wollen, als auf diesem bescheuerten Blog mit der lila Kugel im Kopf steht, oder wollt ihr das noch mal von einem Profi erklärt haben wolle (und nicht von den bescheuerten Typen, die den ganzen Tag sowieso nur Katzenvideos gucken); dann geht am Samstag um 11:00 in den Fo2 im Karman-Auditorium der RWTH Aachen.

Am 21. November hält Professor Christopher Wiebusch eine Vorlesung zum Thema Universum: »Moderne Kosmologie: Die Entstehung und Entwicklung des Weltalls«. Ebenfalls 11:00, ebenfalls Fo2.

Die letzte Vorlesung dieser Novembervorlesungsreihe hält dann Professor Gernot Güntherodt am 28. November. Als Festkörperphysiker referiert er zum Thema »Nano – kleine Skala, große Wirkung«². Gleicher Raum, gleiche Zeit.

Mehr Infos gibt es im Programmheft auf PDF-Seite 15 und 16.

1. Nämlich dass die Dinger, wenn überhaupt, sofort wieder verschwinden.
2. Buzzwording!

Wenn Sie das physikBlog bisher noch nicht kannten, dann sind Sie Wahrscheinlich über den Artikel der Aachener Zeitung bzw. den Aachener Nachrichten zu uns gestoßen.
Toll!

Klicken macht Groß!

Wenn wir nicht alberne Grimassen schneiden und/oder in BNC-Kabel sprechen², dann bloggen wir hier. Über Physik – Physik im Internet, auf der Welt, dem Universum und dem ganzen Rest.
Die im Artikel erwähnten Beiträge sind zum Beispiel »Das war..: Das physikBlog bei der Aachener Wissenschaftsnacht« und der schon etwas ältere »spontaneousityShow Teil 2: Natriumdampflampenlicht«. Aber natürlich gibt es hier noch weitere, furchtbar tolle Beiträge zu entdecken. Einfach runterscrollen!

Und wir wollen noch etwas klar stellen: Eine Katze mit weißer Schnauze gehört zwar nahezu fest zum physikBlog-Repertoire, aber mit weißen Pulvern haben wir sonst gar nichts zu tun. Uns reicht die Physik.

Und das mit dem »Sie« lassen wir jetzt mal schön wieder sein.

1. Hallo, Rest der Welt!
2. Dabei weiß doch jedes Kind, dass man soviel Amplitude gar nicht durch BNC-Kabel kriegt!