Wissenschaft und Technologie
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Flashlight

Faszination Physik: Forscher erzeugen Möbiusband aus Licht

Möbiusband
Während in linear polarisiertem Licht das elektrische Feld an jedem Raumpunkt längs einer bestimmten Richtung schwingt, rotiert es in zirkular polarisiertem Licht in einer Ebene, sodass die Spitze des Feldvektors einen Kreis zeichnet. In elliptisch polarisiertem Licht ändert der rotierende Vektor zudem seine Länge, sodass die Vektorspitze eine Ellipse umreißt. Forscher um Thomas Bauer vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen ließen nun zwei speziell geformte zirkular polarisierte Lichtstrahlen, die sich in unterschiedliche Richtungen ausbreiteten, interferieren und erzeugten so eine Lichtwelle, in der die Polarisation ein Möbiusband beschreibt - Ober- und Unterseite sind bei dieser Figur identisch. Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in der Zeitschrift Science.

Lichtwellen lassen sich in nahezu jedem Punkt des Raumes durch eine bestimmte Intensität, Schwingungsphase und Schwingungsrichtung oder Polarisation charakterisieren. Ausnahmen bilden sogenannte singuläre Punkte oder Linien, wo die Phase oder die Schwingungsrichtung unbestimmt bleibt. Auch die von Bauer und seinen Kollegen erzeugte elliptisch polarisierte Welle zeigte nicht in jedem Punkt eine eindeutige Richtung: Auf bestimmten Linien war die Polarisation zufällig zirkular. Umlief man solch eine Linie auf einer senkrecht zu ihr liegenden Kreisbahn, so musste die Welle dort eindeutig elliptisch polarisiert sein. Berechnungen zufolge zeigten die Polarisationsellipsen mit ihrer großen Hauptachse jedoch in unterschiedliche Richtungen. Lag am Anfang der Kreisbahn die Hauptachse parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle, so drehte sie sich im Verlauf der Bahn um 180 Grad, sodass sie am Ende der Bahn wieder die ursprüngliche Ausrichtung hatte. Die großen Hauptachsen der Polarisationsellipsen, die auf der Kreisbahn lagen, bildeten demnach eine Fläche von der Form eines Möbiusbandes.
Nebula

Supernova Cassiopeia A offenbahrt mysteriöse Blasenstruktur

Supernovaexplosion
Massereiche Sterne enden nicht in einer einzigen Explosion, sondern in mehreren, kurz aufeinanderfolgenden, asymmetrischen Explosionen. Das zeigt die dreidimensionale Untersuchung des 11 000 Lichtjahre entfernten Supernovaüberrests Cassiopeia A durch ein Forscherduo aus den USA. Die Explosionen haben zu einer blasenartigen Struktur des Supernovaüberrests geführt, so die Wissenschaftler im Fachblatt Science.

„Computersimulationen zeigen seit Langem, dass die Stoßwelle bei einem symmetrischen Zusammenbruch eines massereichen Sterns nicht ausreicht, um zu einer Supernovaexplosion zu führen“, erläutern Dan Milisavljevic vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und Robert Fesen vom Dartmouth Colle
Blasenstruktur Cassiopaiea A

Blasenstruktur von Cassiopeia A
ge in Hanover, US-Bundesstaat New Hampshire. Wenn ein Stern mit mehr als acht Sonnenmassen seinen nuklearen Energievorrat verbraucht hat, kollabiert sein Kernbereich zu einem Neutronenstern oder Schwarzen Loch. Dieser Zusammenbruch führt zu einer nach außen laufenden Stoßwelle, die aber bei vollständiger Symmetrie von den einfallenden Außenschichten des Sterns abgebremst wird. Vermutlich, so die Forscher weiter, führen erst Asymmetrien zu einer dynamischen Instabilität, die schließlich den Stern explosiv zerreißt.
Moon

Rückkehr zum Mond: Rohstoffe locken Pioniere

Mehrere private Unternehmen planen künftige Abbau-Missionen zum Erdtrabanten

Rückkehr zum Mond? Seit 1972 hat kein Mensch mehr seinen Fuß auf den Erdtrabanten gesetzt. Doch das könnte sich ändern. Denn der Mond ist reich an Seltenen Erden, Titan, Helium-3 und Wassereis - und das weckt Pläne eines Rohstoffabbaus auf dem kargen Himmelskörper. Einige private Firmen haben bereits konkrete Pläne für ein "Moonmining" und auch China steht in den Startlöchern, wie das Magazin "Physics World" berichtet.

Apollo 17
© NASA/JSC
Apollo-17-Astronaut Eugene Cernan auf dem Mondbuggy – er und sein Kollege waren 1972 die letzten Menschen auf dem Mond.
Als die beiden Apollo-17 Astronauten Gene Cernan und Harrison Schmidt am 14. Dezember 1972 den Mond verließen, war es ein Abschied für lange Zeit: Bis heute hat kein Mensch mehr den Erdtrabanten besucht, die bemannte Raumfahrt beschränkt sich seither auf Besuche im niedrigen Erdorbit. Der Aufwand eines Fluges zum Mond lohnte sich schlicht nicht - so dachte man zumindest. Doch seither haben unbemannte Sonden einiges über den Mond herausgefunden, das diese Einstellung ändern könnte.

So wies die indische Mondsonde Chandrayaan-1 im Jahr 2010 meterdicke Eisschichten in den Kratern des lunaren Nordpols nach. Allein dort soll es mindestens 600 Millionen Tonnen Wassereis geben, noch mehr am lunaren Südpol. " Es ist dies, mehr als alles andere, das das Interesse am Mond neu geweckt hat", erklärt Physics World- Autor Richard Corfield. "Denn wo es Wassereis gibt, da gibt es auch Treibstoff."
Galaxy

Staub statt Gravitationswellen

Im März 2014 erregten Forscher der BICEP2-Kollaboration weltweite Aufmerksamkeit: Sie verkündeten, in der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung charakteristische Signale von sogenannten primordialen Gravitationswellen entdeckt zu haben, die laut Theorie kurz nach dem Urknall vor 13,8
Planc Himmelsausschnitt

Planck beobachtete den gleichen Himmelsausschnitt wie BICEP2
Milliarden Jahren erzeugt wurden. Nun zeigt eine kombinierte Analyse der Daten des BICEP2-Teams und des Weltraumteleskops Planck, dass es sich bei den Messungen lediglich um den Nachweis eines unerwünschten Störsignals handelt: Staub aus unserer eigenen Galaxie. Die Ergebnisse sollen im Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht werden.

Die derzeitigen kosmologischen Modelle besagen, dass sich das Universum kurz nach dem Urknall explosionsartig aufblähte. Während dieser Inflationsphase wurden Gravitationswellen - winzige Schwingungen in der Raumzeit - erzeugt, spekulieren Kosmologen, die Spuren in der kosmischen Hintergrundstrahlung hinterlassen haben. Demnach prägten die Gravitationswellen der elektromagnetischen Strahlung ein charakteristisches wirbelförmiges Muster in ihrer Polarisation, also ihrer Schwingungsrichtung, auf. Ein Nachweis dieser Muster im Mikrowellenhintergrund würde die Inflationstheorie somit bestätigen und einen einzigartigen Einblick in das Universum wenige Sekundenbruchteile nach seiner Entstehung ermöglichen.

Forscher um John Kovac von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, gaben im März 2014 bekannt, diese charakteristischen Spuren in der Hintergrundstrahlung nachgewiesen zu haben. Dazu hatten sie das BICEP2- Teleskop am Südpol verwendet, das allerdings nur etwa zwei Prozent des gesamten Himmels bei einer einzigen Frequenz erfasst. Mögliche Störeffekte, etwa durch Staub aus dem Milchstraßensystem, glaubten die Astronomen durch die Wahl einer besonders „sauberen“ Region ausgeschlossen zu haben.
Fireball

Kometen-Mission Rosetta ganz nah - Es befindet sich kein Eis auf der Oberfläche des Kometen

Wissenschaftler der europäischen Kometen-Mission Rosetta haben die ersten Ergebnisse von sieben der elf Instrumente an Bord der Sonde veröffentlicht. Der extrem dunkle Komet Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G) zeigt sich dabei als sehr heterogener Körper mit einer abwechslungsreichen Oberfläche, einer Koma mit Variationen und Gänsehaut-ähnlichen Strukturen, die die Forscher noch nicht erklären können.

- Die folgende Meldung basiert größtenteils auf der Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, DLR

Köln (Deutschland) - Wie das internationale Wissenschaftlerteam aktuell in einer (kostenfrei online zugänglichen) Sonderausgabe des Wissenschaftsjournals "Science" berichten, gehört Churyumov-Gerasimenko zu den dunkelsten Objekten in unserem Sonnensystem - die Reflexion des Sonnenlichts, die das Spektrometer VIRTIS (Visible, Infrared and Thermal Imaging Spectrometer) festgestellt hat, beträgt gerade einmal sechs Prozent. Dies könnte daran liegen, dass die Oberfläche des Kometen mit dunklen Materialien wie Eisensulfide, dunkle Silikate und kohlenstoffreichen Verbindungen angereichert ist.
rosetta
© ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA & Gordan Ugarkovich (Earth); Robert Vanderbei, Princeton Univ (Moon); ESA/Rosetta/NAVCAM (67P/C-G)
Detailansicht des Kometen.
Sun

Einsteins Naturkonstante ausgebremst: Forscher bremsen Licht im Vakuum aus

Einsteins Naturkonstante gilt offenar nicht für alle Wellenstrukturen
© Harald Frater
Laserlicht: Im Vakuum müsste es sich mit konstant Lichtgewindigkeit ausbreiten.
Naturkonstante ausgebremst: Forscher haben erstmals einen Lichtstrahl im freien Vakuum verlangsamt - etwas, das bisher als unmöglich galt. Aber weil die Physiker die Struktur des Laserstrahls durch eine Linse veränderten, klappte es doch. Die Photonen dieses Lichts kamen 20 Wellenlängen später an als die eines Vergleichsstrahls, wie die Forscher im Fachmagazin "Scicence" berichten.

Seit Albert Einstein ist es eigentlich klar: Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine Naturkonstante und als solches unveränderbar. "Diese Konstante spielt eine entscheidende Rolle für die Relativität, für Feldgleichungen und technologische Anwendungen", erklären Daniel Giovaninni von der University of Glasgow und seine Kollegen. Zwar lässt sich Licht in bestimmten Kristallen kurzzeitig abbremsen, im Vakuum aber, so die Annahme, bleibt die Lichtgeschwindigkeit immer konstant.

Kommentar:

Books

Durch Röntgenlicht können verkohlte antike Schriftrollen aus Herculaneum entziffert werden

Die unter Vesuv-Vulkanasche gut konservierten Papyrusrollen von Herculaneum würden sensationelle Einblicke in die Kultur der Antike erlauben - wenn man sie nur gefahrlos entrollen könnte. Aber vielleicht muss man das auch gar nicht?
Verkohlte römische Papyrus-Rolle  Herculaneum
© Daniel Delattre, Bibliothèque de l'Institut de France
Verkohlte römische Papyrus-Rolle aus Herculaneum
Als im Jahr 79 der Vesuv ausbrach und das antike Herculaneum unter Vulkanasche begrub, konservierte er gleichzeitig einen unschätzbar wertvollen Schatz. Schon im 18. Jahrhundert hatten Archäologen damit begonnen, diesen zu heben: Sie entdeckten bei einer der ersten überhaupt bekannten Ausgrabung in einer verschütteten Römer-Villa eine Bibliothek mit Hunderten von handbeschriebenen Papyrus-Schriftrollen, die den Feuersturm überstanden hatten. Zwar sind die Rollen in den heißen Gasen und Schlacken des Vulkan-Hochofens außen und innen fast vollständig verkohlt, haben dabei aber entzifferbare Texte erhalten.

Seit der Entdeckung vor 260 Jahren versuchen Antikenforscher nun, die Herculaneum-Funde auch zu lesen - ein extrem schwieriges und potenziell zerstörerisches Unterfangen, denn die antiken, kohlenstückartigen Rollen zerbröseln unwiederbringlich in kleine Papyrusreste und Aschehäufchen, sobald sie zu grob angefasst werden. Und selbst mit den umsichtigsten, über die Jahre immer weiter perfektionierten Methoden - etwa der so genannten "Oslo"-Entrolltechnik aus den 1980er Jahren - ist es nicht möglich, ein Schriftstück wirklich unbeschädigt lesbar zu machen. Immerhin gelang es so, einzelne Schriftspuren auf den beim Aufrollen übrig gebliebenen Fragmenten mit Multispektralfiltern im nahen Infrarot unter dem Binokular zu entziffern. Dabei enthüllte sich etwa, dass die Papyrusrollen Texte des Philosophen Epikur enthalten.

Auch mit dieser Methode der Textanalyse ist den verkohlten Papyrusrollen aber nicht beizukommen, solange sie noch halbwegs unversehrt in einem Stück gerollt vorliegen. Schon vor einiger Zeit hatten Forscher daher nach Ideen gesucht, wie auch noch gerollte Papyruslagen gelesen werden könnten, ohne sie dabei zu zerstören: Etwa mit Röntgentomografie, wie sie auch in der Medizin zum Durchleuchten von Geweben eingesetzt wird? Versuche zeigen allerdings, dass sich die Röntgendichte der antiken Tinte - einst hergestellt aus Ruß - und die des verkohlten Papyrus-Schreibuntergrunds zu wenig unterscheiden, als dass mit konventioneller Röntgendurchleuchtung hier etwas zu holen wäre.

Kommentar:

Comet

Asteroid "2004 BL86" wird die Erde Ende Januar passieren

In wenigen Tagen kommt Besuch der bedrohlichen Art: "2004 BL86", ein rund 500 Meter großer Asteroid, schrammt knapp an der Erde vorbei. Astronomen sind begeistert - doch die Begegnung erinnert auch daran, wie real die Gefahr eines Einschlags ist.
© dpa/NASA
Washington - Ein Asteroid von rund einem halben Kilometer Durchmesser wird Ende Januar an der Erde vorbeifliegen. Und nein, es besteht keine Gefahr eines Einschlags. Der Himmelskörper werde sich unserem Planeten am 26. Januar bis auf etwa 1,2 Millionen Kilometer nähern, teilte die US-Raumfahrtbehörde Nasa mit. Das entspricht in etwa der dreifachen Entfernung zwischen Erde und Mond. Nie zuvor sei ein so naher Vorbeiflug eines Asteroiden dieser Größe registriert worden.

Der "2004 BL86" genannte Himmelskörper, der erstmals 2004 vom US-Bundesstaat New Mexico aus gesichtet wurde, stelle aber keine Gefahr für die Erde dar. Sein Vorbeiflug könne mit Teleskopen und starken Ferngläsern beobachtet werden. Die Nasa will auch die Antennen des Deep Space Network in Goldstone (US-Bundesstaat Kalifornien) und das Arecibo Observatory in Puerto Rico einsetzen - denn allzu viel ist bisher nicht bekannt über den Asteroiden.

Kommentar:



Flashlight

Lasertechnik: Super-abweisende Metalle entwickelt

Nanostruktur lässt Wassertropfen abprallen und absorbiert Licht extrem effektiv

Neuartiger Schutz vor Korrosion und Schmutz: Mit Laserpulsen haben Forscher die Oberfläche von Metallen so verändert, dass sie superabweisend und selbstreinigend wird. Die eingebrannte Nanostruktur lässt Wasser und Schmutz abprallen und macht die Metalle noch dazu zu extrem effektiven Lichtabsorbern, wie die Forscher im Fachmagazin "Journal of Applied Physics" berichten. Das könnte Solarkollektoren, Sensoren und andere Metallgeräte haltbarer und effektiver machen.
Bisher müssen viele Metalle durch nachträgliche Anstriche oder Beschichtungen geschützt werden, denn gerade der Kontakt mit Wasser führt zu Rost und Korrosion. Doch diese Beschichtungen halten oft nicht lange. Chunlei Guo von der University of Rochester und seine Kollegen haben daher nach Möglichkeiten gesucht, dem Metall selbst wasserabweisende Eigenschaften zu verleihen - und wurden fündig.


Laserpulse brennen Nanostruktur ein

In ihren Experimenten nutzten die Forscher extrem starke Laserpulse, um die Oberfläche von Titan, Platin und Messing mit einer Nanostruktur zu versehen. Die nur Femtosekunden anhaltenden Laserblitze erzeugten Mikrogruben, auf denen wiederum Nanostrukturen saßen. Durch diese Veränderung der Oberfläche wandelten sich die optischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften der Metallflächen.

© Guo Lab/ University of Rochester
Strukturierte Oberfläche einer per Laser behandelten Platinprobe unter dem Raster-Elektronenmikroskop.
Die Nanostruktur ließ nun die Metalle samtschwarz erscheinen, weil ihre Lichtabsorption enorm gestiegen war. Gleichzeitig aber wurden sie extrem wasserabweisend: "Das Material ist so hydrophob, dass das Wasser geradezu abprallt", erklärt Guo. "Der Tropfen landet dann wieder auf der Oberfläche, prallt wieder ab und rollt dann einfach weg." Schon eine Neigung von nur fünf Prozent reicht aus, um Wassertropfen rückstandsfrei abperlen zu lassen. Zum Vergleich: Bei Teflon benötigt man eine Neigung von 70 Grad.
Blue Planet

Lebst du noch grün, oder denkst du schon? Der große Ökostrom-Betrug

erde, strom, öl


Die Größte Verwundbarkeit ist die Unwissenheit
Sunzi (500 v. Chr.) "Die Kunst des Krieges"

Unwissenheit über das größere Gefüge der Welt und wie wir als Einzelne darin leben, kann Menschen dazu verleiten, an Dinge zu glauben, die im ersten Moment als etwas Gutes und Erstrebenswertes erscheinen, im größeren Kontext jedoch entweder völlig belanglos oder sogar zu dem genauen Gegenteil dessen werden, als was sie erscheinen.

In diesem Artikel will ich etwas aufgreifen, wofür uns die Welt scheinbar bewundert und als eine Art Pioniere feiert: Unser Bestreben, saubere Energie zu erzeugen, die Umwelt zu schützen und dem kalten Griff des Erdöls zu entkommen. Ja, das Erdöl, weg davon ist das oberste Ziel aller nachhaltig ausgerichteten Strategien...... oder etwa nicht? Erfolge gibt es bereits:

Helgoland wird unabhängig vom Erdöl

Mehr als zwei Millionen Liter Heizöl werden jedes Jahr auf die Nordsee-Insel Helgoland gebracht, damit die Insulaner mit Wärmeenergie versorgt werden können. Damit ist ab 2015 Schluß und Deutschlands einzige Hochseeinsel unabhängig vom Erdöl.

www.love-green.de

Energie, was ist das?


Im oben zitierten Fall ist Energie etwas, was Wärme erzeugt und in Heizöl steckt. Aber schon in diesen zwei kurzen Sätzen, die das grüne Herz gleich höher schlagen lassen, steckt eine Lüge. Denn keinesfalls wird man von Erdöl unabhängig, indem man Ersatz für lediglich einen Bestandteil verwendet. Mit 21% Anteil ist Heizöl zwar das zweitgrößte Produkt nach Benzin mit 24%, welches aus Rohöl gewonnen wird. Im Gesamtvolumen aber machen diese beiden Brennstoffe nicht einmal die Hälfte dessen aus, was aus dem "Schwarzen Gold" tatsächlich so alles hergestellt wird. Angefangen in der Erdölraffinerie, über die Petrochemie, bis auf unseren Teller ist nahezu unsere gesamte Zivilisation auf diesem schwarzen, klebrigen Zeug gegründet.

Warum aber weise ich auf etwas hin, was eigentlich Allgemeinwissen ist? Ich möchte an dieser Stelle eine Frage aufwerfen, die sich bei allen Diskussionen um die sog. "Alternativen Energien", scheinbar niemand stellt und doch steht sie wie ein Elefant im Wohnzimmer und damit jedermann auf den Füßen. Die Frage ist: Eine Alternative für WAS? Zu behaupten, man würde vom Erdöl unabhängig, indem man einfach mit Strom heizt anstatt mit Heizöl, ist in etwa so, als würde ich behaupten, mein Frühstück käme aus der Steckdose, nur weil mein Herd mit Elektrizität funktioniert.
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