Für Anfänger

gibt es eine Einführung in die Thematik des kosmischen  Plasmas unterstützt durch Youtube Movies

Der Leitfaden

der Elektro- dynamik ist die Voraussetzungen, um die Eigen- schaften des Plasmas, des Aggregatzustandes, in dem sich der Kosmos zu mehr als 99% befindet, zu verstehen..  

Missverständnisse

sind der Grund, warum viele Leute die Ideen des Elektrischen Universums ablehnen. Hier wird mit den Missverständnissen aufgeräumt.

Unter dem Menüpunkt

      Blogs/ Ideensammlung

werden archeologische Artefakte

und mythologische Überlieferungen

von  David Talbott in einer

Podcastserie gedeutet.

SpaceNews

In Kurzfilmen mit deutschen  Untertiteln werden die neuesten  Erkenntnisse über den Kosmos  dargestellt.

Neu: siehe SpaceNews 2016

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Stimme für das

Elektrische Universum

letzte Änderung: 26.04.2017 

Anhang I  Vektoren

10. Rotationseffekte

11. STRAHLUNG

11.1 LICHT

Letzten Endes bewies Maxwell, der die elektromagnetischen Feldgleichungen definierte, dass Licht  tatsächlich aus elektromagnetischen (EM) Wellen besteht. Jede Farbe des sichtbaren Lichtes hat eine  charakteristische Frequenz und Wellenlänge. Wie bei allen Wellen ergibt das Produkt aus Frequenz und  Wellenlänge die Geschwindigkeit der Welle. Offensichtlich reist Licht mit Lichtgeschwindigkeit und so muss  Licht auch eine elektromagnetische Welle sein. Sichtbares Licht repräsentiert nur einen kleinen Teil der möglichen Frequenzen oder Wellenlängen. Das  gesamte Band ist bekannt als elektromagnetisches Spektrum. 

11.2 DAS SPEKTRUM

Obwohl das Spektrum kontinuierlich ist, wurde jede Region des Spektrums nach einer für diesen Bereich  typischen Art von Lichtwelle benannt.  Beginnend mit den niedrigsten Frequenzen und längsten Wellen verläuft das Spektrum von Radiowellen  über Mikrowellen (wie in Mikrowellenöfen), Terrahertz-Strahlung (eine kürzliche Entwicklung in der militärischen  Kommunikation), Infrarot (wie in Heizgeräten), das sichtbare Spektrum (Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo,  Violett), Ultraviolett (bräunende und forensische Lampen, Materialanalyse), Röntgenstrahlen (medizinische  Bilder) bis hoch zu Gammastrahlen (Krebsbehandlung).  Das Spektrum wird im nachfolgenden Diagramm gezeigt. Man beachte, dass das sichtbare Spektrum nur  ein kleiner Teil des gesamten Spektrums ist. Als das Gravitationsmodell formuliert wurde konnten  Wissenschaftler nur sichtbares Licht am Himmel beobachten. 
Im 20. Jahrhundert und besonders seit dem Beginn des Raumfahrtzeitalters in den 1950ern wurden  Instrumente entwickelt, welche es Wissenschaftlern erlauben, praktisch alle Wellenlängen zu entdecken. Der  Umfang an verfügbaren Informationen ist exponentiell angestiegen. Die Beobachtungen sind oft überraschend,  weil das, was im sichtbaren Licht gesehen wird, selten irgendwie dem auf anderen Wellenlängen Gefundenem  ähnelt.

11.3 STRAHLUNG

Strahlung ist ein Prozess, bei dem  von einem Körper Energie ausgesendet  wird, übermittelt durch ein Medium oder  durch den Raum, die schließlich von  einem anderen Körper absorbiert wird.  Die aussendenden und aufnehmenden  Körper können so klein sein wie einzelne  Atome oder sogar subatomare Teilchen  wie Elektronen. Elektromagnetische Wellen sind die  Mittel, die die Energie übertragen. Mit  anderen Worten, alle Strahlung ist  elektromagnetisch.  Das bedeutet, dass der  Übertragungsmodus von Strahlung  oszillierende elektrische und  magnetische Felder beinhaltet, welche die Energie auf dem gleichen Weg übertragen wie Vibrationen einer Saite Energie  entlang der Saite. Weil die  Übertragungsgeschwindigkeit von  Vibrationsenergie für ein gegebenes  Medium konstant ist und dieser Wert  gleich der Frequenz der vibrierenden  Welle multipliziert mit der Wellenlänge  (Frequenz multipliziert mit Wellenlänge =  Geschwindigkeit) ist, kann man, wenn die  Frequenz bekannt ist, auflösen nach der  Wellenlänge dieser Frequenz oder  umgekehrt. Das Spektrum repräsentiert den  Bereich der möglichen Frequenzen oder  Wellenlängen der Strahlung. Wenn die  Frequenz sich erhöht, steigt auch der  Betrag der Energie, der von der Welle  getragen wird, proportional zur Frequenz.  Ionisierende Strahlung ist Strahlung, die  genügend Energie trägt, um Atome zu  ionisieren. Generell heißt das, dass  Frequenzen von der Radiofrequenz bis  zur sichtbaren dafür nicht genug Energie tragen können, während ultraviolette, Röntgenstrahlen und  Gammastrahlen ionisieren können. Wie bereits festgestellt, variiert die notwendige Ionisationsenergie für  verschiedene Elementen und Moleküle. Strahlung wird ausgesendet, wann immer ein geladenes Teilchen Beschleunigung erfährt. Erinnert sei  daran, dass eine Änderung der Richtung auch eine Beschleunigung ist, weil, wenn die Richtung der  Geschwindigkeit sich ändert, jedes geladene Teilchen, das eine Änderung der Richtung erfährt, Strahlung  aussenden wird. 
Stromtheorien erklären diese Emission mit Begriffen der Emission eines Photons oder eines Energiepakets.  Ein Photon hat keine Masse, trägt aber die Strahlungsenergie einer elektromagnetischen Welle. Ein Photon verhält  sich sowohl als Welle als auch als Teilchen. Welcher Modus wichtiger ist hängt von den Umständen ab.  Zusammenfassung: Strahlung wird durch alle geladenen Teilchen ausgesendet, die eine Beschleunigung erfahren. Alle Strahlung beinhaltet elektromagnetische Wellen. Strahlung überträgt Energie.  Das Spektrum repräsentiert den Bereich der möglichen Frequenzen oder Wellenlängen einer Strahlung.

11.4 WÄRMESTRAHLUNG

Wärmestrahlung ist Strahlung, die von der Oberfläche eines Körpers oder Region von Teilchen wegen der  Temperatur des Körpers oder der Region ausgesendet wird.  Temperatur ist ein Maß der Wärmeenergie, die in einem Körper enthalten ist. Die Wärmeenergie verursacht,  dass die geladenen Teilchen innerhalb der Atome des Körpers in zufälliger Weise vibrieren. Deshalb senden sie  Strahlung über einen Bereich von Frequenzen aus. Ähnlich kann eine Plasmaregion eine Temperatur haben. Ein Teil dieser Strahlung wird von der Oberfläche des Körpers oder der Region als Hitze (infrarote Strahlung)  ausgesendet. Tatsächlich strahlt alle Materie mit irgendeiner Wärmebewegung irgendeiner Wärmebewegung EM-  Energie ab: je kälter sie ist, umso langwelliger ist ihre Strahlung. Kalter interstellarer Staub wird in Terrahertz  strahlen oder Submillimeter-Strahlung, beginnend bei einer Temperatur von nur 10 Kelvin.
Wegen der zufälligen Natur der Vibrationen über eine große Zahl von Teilchen wird die emittierte Strahlung  ein Band von Frequenzen oder Wellenlängen haben. Statistische Analysen zeigen, dass in einer idealen Situation  die auf irgendeiner Wellenlänge ausgesendete Energie eine Funktion dieser Wellenlänge ist. Das ist als das  Plancksche Strahlungsgesetz bekannt und wird unten für einen Temperaturbereich dargestellt. Die in dieser idealen  Situation ausgesendete Strahlung ist als Schwarzkörperstrahlung bekannt, was einfach bedeutet, dass es ein  Verteilungsmuster gibt, das man von einem perfekten Emitter im Wärmegleichgewicht erwarten kann. (Bildquelle:  Wikipedia “blackbody” Artikel)
Die Grafiken zeigen, dass es für jede Temperatur eine Wellenlänge gibt, bei der der größte Energiebetrag  ausgesendet wird. Wenn die Temperatur steigt, nimmt die Wellenlänge des Energiegipfels ab. Das wird durch ein  Gesetz definiert, das als Wiens Gesetz bekannt ist. Man beachte, dass die rote Linie eine niedrigere Temperatur  und eine kleinere Fläche unter ihrer Kurve hat als die heißere blaue Linie. Die Fläche unter jeder Temperaturkurve gibt den Gesamtbetrag der bei dieser Temperatur ausgestrahlten  Energie pro Flächeneinheit wieder. Die pro Flächeneinheit ausgesendete Gesamtenergie hängt nur von der  Temperatur ab. Das ist als Stefan-Boltzmann-Gesetz bekannt.  Wenn das Muster der von jeder Quelle ausgesendeten Strahlung in der vom Planckschen Gesetz  vorgegebenen Form verteilt ist, dann wird angenommen, dass die Emission wegen zufälliger Wärmebewegungen  der Teilchen in der Quelle erfolgt. Wir sagen dann, dass es sich um eine Wärmestrahlung handelt. All das  bedeutet, dass die Strahlung eine Verteilung der Wellenlängen oder Frequenzen besitzt, welche von den zufälligen thermischen Vibrationen der Teilchen stammt. Die Strahlung selbst ist elektromagnetische Strahlung wie jede  andere Strahlung. Wenn wir finden, dass die Strahlung thermisch ist, dann können wir die Temperatur der Quelle durch den  Vergleich der Strahlungskurve mit idealen “Schwarzkörper”-Kurven ermitteln . Das bedeutet, wir können die  Temperatur entfernter Objekte bestimmen, wenn die von ihnen ausgesendete Strahlung Wärmestrahlung ist. Bei  Sternen wurde festgestellt, dass sie ein Spektrum haben, welches ungefähr einer Schwarzkörperverteilung  entspricht, so dass die Farbtemperatur von Sternen aus ihren Spektren geschlussfolgert werden kann.  Das bedeutet nicht, dass die Temperatur bei der Erzeugung dieser Strahlungsmuster keine Rolle spielt; es  ist einfach so, dass das System oder der Körper, der die Strahlung aussendet, nicht im thermischen  Gleichgewicht ist. Mit anderen Worten, Energie wird so mit dem System ausgetauscht, dass die Temperatur sich  mit der Zeit verändert. Das ändert das ideale Schwarzköper-Temperaturmuster der Strahlung und bedeutet, dass  es nicht möglich ist, dem Körper eine Temperatur zuzuschreiben.   Alternativ könnte die Strahlung von einzelnen Teilchen ausgesendet werden, die eine Beschleunigung  durch andere Ursachen als zufällige Kollisionen mit anderen Teilchen erfahren.

11.5 OPTISCHE STRAHLUNG IM KOSMOS

Strahlung im Kosmos erfolgt gewöhnlich im sichtbaren und Radiowellenbereich. In der optischen Region  wird die meiste Strahlung durch Elektronen erzeugt, die innerhalb des Atoms (Gebunden-Gebunden-Übergänge)  auf eine neue Umlaufbahn springen, oder freie Elektronen, die sich mit Ionen zu neutralen Atomen vereinen (Frei-  Gebunden-Übergänge) oder Elektronen, die durch Interaktion mit anderem Material (Frei-Frei-Strahlung) gebremst  werden. Die Gebunden-Gebunden-Übergänge sind Quellen von Emissionslinien als auch Absorptionslinien im  Spektrum. Jedes chemische Element hat einen Energiebereich, der zum Bereich der möglichen Elektronenorbits  um den Atomkern für dieses Element gehört. Wenn ein Elektron von einer Umlaufbahn in eine andere springt,  wird Energie in Form von Strahlung entweder absorbiert oder abgegeben. Die Energie repräsentiert die Differenz  in den orbitalen Energien und ist so für jeden Sprung zwischen den Ebenen genau definiert.  Weil die Energie eines Photons proportional zu seiner Frequenz ist, führen diese Energiedifferenzen zu  einer Strahlung mit einem definierten Satz von Frequenzen für jedes Element. Wenn die von einem Element  ausgesendete Strahlungsenergie für jede Frequenz in einem Spektrum aufgezeichnet wird, dann ergibt das  scharfe Gipfel im Graph dieser Frequenzen. Diese sind als Emissionslinien eines Spektrums bekannt.  Andererseits, wenn Licht mit einem breiten Bereich von Frequenzen ein Medium passiert, das bestimmte  Elemente oder Moleküle enthält, dann wird festgestellt, dass diese Elemente bei ihren charakteristischen  Wellenlängen Energie aufnehmen. Dem sich ergebenden Spektrum werden diese Frequenzen fehlen und dunkle  Linien werden erscheinen. Diese sind als Absorptionslinien bekannt . 
Hier ist eine Einführung in die Schwarzkörperstrahlung, Absorptionslinien und das Strahlungskontinuum.  Und hier kann  man im breiteren Kontext der Spektroskopie mehr erkunden. Wenn zum Beispiel ein Element im Inneren eines Sterns erhitzt wird, dann wird es seine charakteristische  Strahlung abgeben, welche wir als helle Emissionslinien auf der Erde ermitteln können. Andererseits können wir,  wenn ein breitbandiges Licht ein absorbierendes Medium zwischen Beobachter und Lichtquelle passiert, dann die  Elemente in diesem Medium feststellen, wenn wir auf die dunklen Absorptionslinien sehen.  Frei-Gebunden-Übergänge kommen vor, wenn Elektronen durch Ionen eingefangen werden und die  Freisetzung von Energie bei der Wiedervereinigung zur Folge haben. Der Betrag der freigesetzten Energie ist  abhängig von dem erzeugten Element und der Umlaufbahn, die das Elektron einnimmt. Wie bei einem Gebunden-  Gebunden-Übergang können bestimmte Frequenzen dominieren. Frei-Frei-Strahlung kommt vor, wenn Elektronen mit einem Ion oder geladenem Staubteilchen in einem  Plasma kollidieren, ohne eingefangen zu werden. Die Flugbahn des Elektrons wird verändert, wenn es nahe des  anderen Teilchens passiert und so wird es Strahlung abgeben, einige davon kann im sichtbaren Spektrum  erfolgen.

11.6 RADIOSTRAHLUNG IM KOSMOS

Radiowellenlängen sind wichtig, weil viele Radiowellen in die Ionosphäre der Erde eindringen und  so durch bodengestützte Radioteleskope erkannt werden. 
Manche Radiostrahlung im Kosmos ist das Ergebnis kollektiven Verhaltens einer großen Anzahl von  Elektronen in einem Plasma. Wenn das Plasma genügend dicht ist, dann können die Elektronen zusammen mit  einer Frequenz schwingen, die als die Plasma-Frequenz bekannt ist, welche nur von der Dichte der Elektronen in  dieser Region abhängt. Diese Schwingungen erzeugen Strahlung auf dem üblichen Weg.

Anhang I  Vektoren

10. Rotationseffekte

Der Sonnenaufgang beleuchtet eine Landschaft mit sichtbarem (und unsichtbarem) Licht.

Sichtbares Licht reicht von Rot über Gelb und Grün zu Blau und Violett. Newton war der Erste, der  entdeckte, dass weißes Licht eine Mischung aus all diesen Farben ist. Weißes Licht kann aufgesplittet werden in  seine Farbkomponenten mittels Beugung durch ein Prisma, welches jede Farbe um einen unterschiedlichen  Betrag “beugt”. Ein Beugungsgitter wird in der Astronomie oft benutzt, weil winzige oder schwache Lichtquellen  bei der Reflexion an einer harten Oberfläche weniger Energie verlieren als beim Passieren eines Prismenglases  verloren geht.

Weißes Licht kann in seine Komponenten zerlegt werden durch Reflektion an einem fein

gerillten flachen Metallgitter,

mit freundlicher Genehmigung NASA, JET Propulsion Laboratory

Diagramm des elektromagnetischen Spektrums mit Bildern des Krebsnebels, welche zeigen, wie es aus-sehen würde, wenn wir jenseits der Grenzen des Empfindlichkeitsbereiches unserer Augen sehen könnten.								Mit freundlicher Genehmigung der NASA

Elektromagnetisches Strahlungsspektrum mit dem Bereich des sichtbaren

Lichtes.

Bildquelle: Wiki Commons

Jupiter, gesehen im Bereich der optischen Wellenlängen (Grau) mit seinen im unsichtbaren Röntgenstrahlen-bereich leuchtenden Auroras (abgebildet im sichtbaren Violett als “Falschfarbe”, um für uns sichtbar zu sein).  Bildquelle: NASA/Chandra X-Ray Telescope Schematisches Diagramm einer Elektronen-strahlung unter Beschleunigung Die Nachtzeithemisphäre des kalten Saturn, abgebildet in infraroter Strahlung durch Cassinis thermisch-optisches Bildspektrometer im Jahr 2006.  Bild mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL/Cassini Imaging Team Ideale Schwarzkörperstrahlung für drei Temperaturen zeigen, dass die aus-gesendete Gipfel-wellenlänge sich mit steigender Temperatur hin zu höheren Frequenzen verschiebt.  Bildquelle: Wiki Commons Unten die primäre, Gelblicht-Natrium-Emissionslinie aus erhitzten Natriumatomen. Darüber ist ein Absorptionsspektrum, wo Licht einer Schwarzkörperquelle (wie ein Stern) auf dem Weg zum Beobachter am Messinstrument ein Natrium enthaltendes Gebiet im Weltraum passiert hat. Die schwarzen Linien zeigen, wo die Natrium-atome bevorzugt das Licht bei dieser Frequenz absorbiert haben, dabei eine schwarze Linie bei dieser “Farbe” zurück lassend.  Bild mit freundlicher Genehmigung von ThinkQuest (www.thinkquest.org) , finanziert von der Oracle Education Foundation Radioteleskopanlagen in New South Wales, Australien.  Bildquelle: University of Waikato und Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) Die Sonne, in Falschfarben bei einer Frequenz von 1,4 GHz, mit starken Emissionen in aktiven Regionen im solaren Äquatorialgürtel gesehen.  Bild mit freundlicher Genehmigung vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO/AUI)
Dieser Typ der Strahlung kommt oft vor, wenn ein Strahl von Elektronen, wie er zum Beispiel durch  Beschleunigung durch eine Doppelschicht erzeugt wird, eine Region neutralisierenden Plasmas passiert.  Es gibt auch andere Radiofrequenzstrahlungen erzeugende Mechanismen, wo Magnetfelder anwesend sind.  Diese beinhalten Zyklotronstrahlung (wo die Elektronen verglichen mit der Lichtgeschwindigkeit relativ langsam  sind), magnetische Bremsstrahlung (wo Elektronen eine höhere Geschwindigkeiten haben) und  Synchrotronstrahlung (wo Elektronen eine mit der Lichtgeschwindigkeit  vergleichbare Geschwindigkeiten haben).  Synchrotronstrahlung wird von Elektronen erzeugt, die sich spiralförmig entlang der Richtung eines  Magnetfeldes bewegen, wie es in Birkeland-Strömen vorkommt (Bild in 11.3 oben). Die zentripedale  Beschleunigung verursacht die Strahlung. Erneut kann die Strahlung auf allen Frequenzen im Spektrum  vorkommen. In der Astrophysik ist nicht-thermische Strahlung in den meisten Fällen Synchrotronstrahlung. Das trifft zu  für galaktische Radiowellenemissionen, Hüllen von Supernovae, Doppel-Radiogalaxien und Quasare. Außerdem  produzieren Sonne und Jupiter beide sporadisch synchrotrone Emissionen.  Synchrotrone Emissionen können auch optische Frequenzen erzeugen, wie wir im Krebsnebel und dem  “Jet” von M87 sehen. Der Krebsnebel (kurzes Youtube-Video) sendet auch Mengen von synchrotroner  Röntgenstrahlung aus.  Die Analyse eines synchrotronen Spektrums kann Informationen über die Quelle relativistischer Elektronen  geben, welche auf die Herkunft der kosmischen Strahlen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen im Weltraum  hinweisen könnten. Synchrotronstrahlung ist ein Beweis für die Existenz ausgedehnter Magnetfelder im Weltraum  und für die Umwandlung, Speicherung und Freisetzung großer Mengen von Energie im kosmischen Plasma,  einschließlich galaktischer Jets. Mehr Details über diese Synchrotronstrahlung gibt es für interessierte Neugierige  hier. Z-Pinche können ebenfalls Synchrotronstrahlung als Ergebnis der Kraft v x B erzeugen.  Radioastronomie kann daher den Bereich der uns verfügbaren Informationen weit jenseits des mit visuellen  Teleskopen allein erfassbaren Bereiches ausdehnen. Entdeckung hoher Energiespektren wie Röntgenstrahlen  kann dieses Wissen noch erweitern.  Ein kurzes NASA-Video über diese Galaxis gibt es hier, obwohl das EU nicht über Schwarze Löcher  spekuliert, die galaktische Jets und daraus resultierende Strahlung verursachen sollen.  In jedem Fall finden wir, dass Plasmen und in ihnen enthaltenen elektrischen Ströme ausgezeichnete Emitter von Strahlung sind, weil, geladene Teilchen durch die elektrischen Felder quer zu Doppelschichten beschleunigt  werden, wobei diese Teilchen dann Strahlung aussenden. Ein interessanter Forschungsartikel von arXiv ist hier   gepostet.   Diese effiziente Erzeugung von Strahlung durch elektrische Mechanismen scheint mit viel größerer  Wahrscheinlichkeit die Quelle der meisten entdeckten Radiostrahlung im Weltraum zu sein als die gewaltigen  Mengen Dunkler Materie und superdichter Materie, die notwendig wäre, um die Teilchenbeschleunigung nur mit  Gravitation zu erklären. Natürlich wird die “magnetische Rekonnexion”, die angebliche Unterbrechung und Wiederverbindung der  Magnetfeldlinien, oft auch beschworen, um als Beweis des Gravitationsmodells zu dienen. Wie wir gesehen haben, ist das einfach unmöglich, weil die Magnetfeldlinien ebenso wie Breitengrade physikalisch nicht existent sind.  Übersetzung H.Täger