KZO Wetzikon

Hintergrundstrahlung

Astronomiefreifach HS 2002/2003

Stefan Leuthold

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 2

Entdeckung.Alexander Friedmann Georges Lemaître

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 3

Entdeckung |2

Arno PenziasRobert Wilson

(1964/1965)

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 4

Strahlung. Warum ist Glas durchsichtig?

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 5

Beschreibung einer Welle.

~ h ·

A

v

v ·

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 6

Spektrum.

Folie Nr. 7Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung.

Analyse des Spektrums.

Intensität

Wellenlänge

Ultraviolett, Rönten-,

Gammastrahlen

SichtbaresLicht

Infrarot

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 8

Analyse des Spektrums |2.

Intensität

Wellenlänge

Absorbierte Wellenlänge

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 9

Schwarzkörperstrahlung. Definition Schwarzkörperstrahlung :=

Alle einfallende elektromagnetische Strahlung wird absorbiert. Der schwarze Körper erhält dadurch eine Temperatur, weshalb er selbst wieder strahlt gemäss idealisierten Gesetzen.

Gesetz von Stefan-Boltzmann: Stefan-Boltzmann-Konstante

Wien‘sches Verschiebungsgesetza = 0,00289 m·K

E = T4

=

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 10

Schwarzkörperstrahlung |2 Die Lage des Maximums und die Intensität

lassen auf die Temperatur schliessen.

Intensität

Wellenlänge

Sonne

kälter als Sonne

heisser als Sonne

Je weiter rechts das Maximum, desto kälter der Stern.

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 11

Die Form der Kurve lässt auf die Temperatur schliessen.

Schwarzkörperstrahlung |3

Intensität

Wellenlänge

Sonne

kälter als Sonne (Arktur, Aldebaran)

heisser als Sonne (Rigel, Sirius)

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 12

COBE misst Hintergrundstrahlung.COBE = COsmic Background Explorer.Hintergrundstrahlung mit COBE gemessen (seit 1989).

1. Erste Näherung: Hintergrundstrahlung gleichförmig.

2. Intensitätsniveau 1/1000: Wellenlängenver-schiebung rot <=> blau (Erdbewegung relativ zum Hintergrund)

3. = 1. – 2.: Fluktuationen(Amplitude ≈ 1/1000 %)

1.

2.

3.

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 13

Spektrum mit COBE gemessen.

Die Messpunkte (viereckig) liegen genau auf der Schwarzkörper-Strahlungskurve einer Temperatur von T = 2,73 Kelvin. (Messung von COBE: Ende 1989)

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 14

Schwierigkeiten bei COBE Messung.

Idealisierte Messung der Erde (ohne Rauschen). So sollte es ausschauen, wenn COBE die Erde misst.

«Realistische» Messung der Erde mit «Rauschen» (Aufaddieren der Daten über 2 Jahre hinweg). Man sieht Fluktuationen, welche Ozeanen und Kontinenten entsprechen, aber sehr unscharf.

Problem: Wie kommt man von diesen Daten auf das Bild links?

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 15

Urknalltheorie.

Astronomiefreifach - Hintergrundstrahlung. Folie Nr. 16

Astronomie ist schön.