Free ebooks ==> www.Ebook777.com www.Ebook777.com Free ebooks ==> www.Ebook777.com Magnetischer Kosmos www.Ebook777.com Ulrich von Kusserow Magnetischer Kosmos To B or not to B Ulrich von Kusserow Bremen Deutschland ISBN 978-3-642-34756-6 ISBN 978-3-642-34757-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-34757-3 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http:// dnb.d-nb.de abrufbar Springer Spektrum © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften Planung und Lektorat: Dr Vera Spillner, Stefanie Adam Einbandabbildung: Hana Druckmüllerová, Úpice Observatory, Miloslav Druckmüller 2008 Einbandentwurf: deblik, Berlin Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Spektrum ist eine Marke von Springer DE Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media www.springer-spektrum.de Free ebooks ==> www.Ebook777.com Prolog „To Be or Not To Be“ – „Sein oder Nicht Sein“ Das ist die von Hamlet in der gleichnamigen Tragödie von William Shakespeare (1564–1616) für uns Menschen gestellte Existenzfrage des Lebens Mit einer durch Weglassen des Buchstabens „e“ veränderten Überschrift „To B or Not To B?“ in ihrem Artikel über die astronomischen Highlights des Jahres 2000 wollte die amerikanische Astrophysikerin Virginia L Trimble demgegenüber die Rolle kosmischer Magnetfelder für die Strukturbildung und Entwicklung von Galaxien, Sternen und Planeten (positiv gemeint) infrage stellen Dass der Einfluss der durch den Buchstaben B gekennzeichneten magnetischen Flussdichte im Universum von gewaltiger Bedeutung sein könnte, darauf hatte bereits 1965 der niederländische Astronom Lodwijk Woltjer eindringlich hingewiesen „Je grưßer unser Unverständnis [über ein astrophysikalisches Problem] ist, umso stärker muss [wohl in Wirklichkeit] der Einfluss der Magnetfelder sein“ Noch drastischer drückte es sein Landsmann Hendrik C van de Hulst mehr als 20 Jahre danach in einem Vortrag aus: „Magnetfelder sind für die Astrophysik das, was der Sex für die Psychologie ist“ Heute ist in der astronomischen Forschung die herausragende Bedeutung kosmischer Magnetfelder für ein tieferes Verständnis der im nahen und fernen Weltall zu beobachtenden faszinierenden und komplexen Vorgänge weitgehend anerkannt „Um das Universum zu verstehen, untersuchen wir die von Galaxien und Sternen aus www.Ebook777.com VI Prolog gehende Strahlung, klein- und großskalige Bewegungen, Temperaturen, chemische Zusammensetzungen und vieles mehr Alles das, was wir danach nicht erklären können, führen wir auf die Magnetfelder zurück“ Dies ist ein Zitat aus einem Projektvorschlag zur Instrumentierung des mit fast 40 m Durchmesser zukünftig grưßten optischen Spiegelteleskops der Welt Am Ende dieses Jahrzehnts wird das E-ELT (European-Extremely Large Telescope) der europäischen Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) auch mit einem besonders leistungsfähigen Spektropolarimeter zur Vermessung kosmischer Magnetfeldstrukturen ausgerüstet sein Anders als die starken und schwachen Kernkräfte, die für die Fusion der Atomkerne beziehungsweise für radioaktive Zerfallsprozesse verantwortlich sind, spielen die Gravitations- und elektromagne tischen Kräfte aufgrund ihrer ins Unendliche reichenden Fernwirkung die zentrale Rolle für die Organisation und Entwicklung großskaliger Materiestrukturen im Universum Isaac Newton, der Entdecker des Gravitationsgesetzes und Grundsteinleger der klassischen Mechanik, sowie Albert Einstein mit seinen Hauptwerken über die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie waren die Forscher, die Wesentliches zum übermächtig erscheinenden Einfluss der Gravitationskraft auf Prozesse im Weltall entwickelten Auch wenn die anziehenden oder abstoßenden elektrischen Kräfte wesentlich stärker als die gravitativen Anziehungskräfte zwischen geladenen Partikeln ausfallen können, glaubte doch lange Zeit kaum jemand an ein „elektromagnetisch“ beeinflusstes Universum Im Inneren der Erde sollte sich zwar ein großer Magnet befinden, der die Kompassnadeln der Seefahrer ausschlagen lässt Aber wie könnten im nahezu „luftleeren“ Raum des Weltalls bewegte Ladungsträger existieren, die das Flien elektrischer Strưme und die Erzeugung kosmischer Magnetfelder bewirken würden? Die Anwendung der von Wissenschaftlern wie Hans Christian Ørstedt, André-Marie Ampère, Georg Simon Ohm, Michael Faraday, Hendrik Lorentz und James Clerk Maxwell entdeckten Gesetze und entwickelten Prolog VII Theorien zum Elektromagnetismus blieb so zunächst im Wesentlichen auf die fortschreitende Entwicklung der Elektrotechnik begrenzt Der norwegische Physiker Kristian Olaf Bernhard Birkeland erstellte 1896 eine erste zutreffende wissenschaftliche Analyse des Nordlichtphänomens Anhand eines beeindruckenden Experiments überprüfte er die Hypothese, wonach die sagenumwobenen farbenprächtigen Polarlichter durch den Einstrom geladener Partikel von der Sonne in der Magnetosphäre der Erde erzeugt werden 1936 erhielt der österreichische Physiker Viktor Franz Hess den Nobelpreis für die Entdeckung der kosmischen Strahlung, diesen meist geladenen, hochenergetischen Teilchen, die aus dem fernen Universum in die Erdatmosphäre eindringen kưnnen Schlilich war es der 1970 mit dem Nobelpreis ausgezeichnete schwedische Physiker Hannes Olaf Alfvén, dem mit der Zusammenführung der Strömungslehre und der Elektrodynamik zur Magnetohydrodynamik ein erster Schritt zur Entwicklung einer konsistenten Theorie zur Erklärung von Vorgängen im „Plasmauniversum“ gelang Alfvén war ein Physiker und Mathematiker, ein Theoretiker, der seine kreativen Ideen über die Vorgänge im Universum gerne auch anhand von Laborexperimenten überprüft haben wollte Er beschrieb das Plasma als einen besonderen Materiezustand, wonach die quasineutrale Materie fast überall im Universum, teilweise ionisiert aus meist positiv geladenen Ionen und negativen Elektronen bestehend, in charakteristischer Weise mit dem Flien elektrischer Strưme sowie der Existenz kosmischer Magnetfelder verbunden ist Er äußer te erste Ideen über magnetische Beschleunigungsmechanismen für die kosmische Strahlung, analysierte die Ringströme in der Magnetosphäre der Erde sowie den Einfluss erdmagnetischer Stürme auf die Polarlichtstrukturen Als einer der „Väter der Weltraumphysik“ entwickelte Hannes Alfvén grundlegendes Handwerkzeug nicht nur für die Theoretiker Er Prolog Book Title VIII VIII kreierte das anschauliche und wirkungsvolle Bild der sogenannten „Eingefrorenheit“ magnetischer Feldlinien in ein Plasma mit theoretisch unendlich hoher elektrischer Leitfähigkeit Die Entwicklung magnetischer Feldstrukturen und die Bewegung der Plasmamaterie sind danach fast überall im Universum wechselseitig eng aneinander gebunden Durch seine Intuition wurden die hydromagnetischen „Alfvén-Wellen“ entdeckt, deren Bedeutung heute in vielen Bereichen der Plasmaphysik so weitreichend ist Auch der indische Nobelpreisträger Subrahmanyan Chandrasekhar, der 1983 für seine Arbeiten über Theorien zur späten Entwicklungsphase massereicherer Sterne ausgezeichnet wurde, zählt zu den frühen Begründern der Theorie der Magnetohydrodynamik Er führte wichtige Stabilitätsanalysen für aufgeheizte, rotierende und von Magnetfeldern durchsetzte Plasmamaterie durch 1955 entwickelte der amerikanische „solare“ Astrophysiker Eugene N Parker ein erstes anschauliches Dynamomodell zur Erzeugung kosmischer Magnetfelder durch magnetische Induktionsprozesse Als einer der Ersten hatte er die Idee von der Freisetzung gespeicherter magnetischer Energien in einem als Rekonnexion bezeichneten Prozess In einem einfachen Modellbild treffen dabei magnetische Feldlinien mit entgegengesetzt orientierten Feldanteilen aufeinander Sie werden „zerschnitten“ und im selben Moment unter Ausbildung veränderter magnetischer Strukturen wieder neu verbunden Die Argumentation im Bild der Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien muss bei einem solchen, in dünnen Stromschichten bei begrenzter elektrischer Leitfähigkeit ablaufenden Prozess vorübergehend außer Kraft gesetzt werden Während Materie, teilweise entkoppelt, durch die Magnetfeldstrukturen hindurch diffundieren kann, werden lokal elektrische Felder erzeugt, die geladene Teilchen beschleunigen, die Ausbreitung magnetohydrodynamischer Wellen anregen können Parker entwickelte nicht nur Ideen über den Ursprung des Sonnenwindes und die Aufheizung der Sonnenkorona unter Magnetfeldeinfluss Er erarbeitete PrologIX IX wesentliche theoretische Grundlagen über den Einfluss kosmischer Magnetfelder fast überall im Universum Die Organisation und Entwicklung kosmischer Materiestrukturen durch magnetische Kräfte unterscheidet sich von der durch Gravitationskräfte in ganz entscheidenden Punkten Materie unter Gravitationseinfluss zieht sich zusammen und bildet eher kugel- oder scheibenförmige Strukturen sowie Orbitalbahnen aus Demgegenüber vermitteln magnetische Kräfte verstärkt explosionsartige Expansionsbewegungen, die begrenzende schichten-, hüllen- oder röhrenförmige Gebilde erzeugen Bei Freisetzung von Gravitationsenergie wird meist thermische elektromagnetische Strahlung ausgesandt Die Dissipation magnetischer Energien führt demgegenüber eher zur Beschleunigung von Teilchen, zur Erzeugung heißerer nichtthermischer Strahlung Gravitativ dominierte Prozesse induzieren in der Regel verdichtende und ordnende, magnetische Prozesse verstärkt auftreibende und turbulente Bewegungsmuster Kosmische Magnetfelder sind von daher eher als das „radikale Element“ im Universum anzusehen Sie können den „kosmischen Frieden“ vehement stören Überall im Universum treibt, kanalisiert und wandelt ein besonders wirksamer „magnetischer Organismus“ den von Sternen und Galaxien ausgehenden Energiefluss um Von den „unsichtbaren“ elektromagnetischen Kräften geht für viele Menschen eine besondere Faszination aus Im täglichen Leben sind ihre verdienstvollen Einflüsse heute für uns unentbehrlich Motoren, Generatoren und Transformatoren, Transport- und Telekommunikationseinrichtungen prägen nicht nur unseren Alltag in besonderem Maße Ohne die Kenntnis über ihr Wirken kưnnte der Vorst der Menschheit ins Weltall nicht gelingen, ließen sich die Vorgänge im Universum von Wissenschaftler nicht erforschen Wir wissen, dass elektrische Felder in technischen Einrichtungen geladene Teilchen bewegen, dass es die elektrischen Ströme sind, die magnetische Felder erzeugen Wenn wir einen Schalter schließen, dann sind wir es gewohnt, dass die Folgen davon umgehend mit fast Lichtgeschwin- Free ebooks ==> www.Ebook777.com X X PrologBook Title digkeit gleichzeitig überall in den Stromkreis hineinkommuniziert werden Eine Lichtquelle leuchtet, eine Heizungsquelle gibt Wärmestrahlung ab, ein Motor startet und ein Fernseher informiert uns durch Aussendung von Bild und Ton Ein tieferes Verständnis der im Plasma-Universum ablaufenden beeindruckenden Vorgänge erfordert einen deutlich veränderten Blick auf die Einflussnahme elektromagnetischer Felder Hier ist es in erster Linie das Zusammenspiel von Magnetfeldern und den Geschwindigkeitsfeldern ionisierter Teilchen im besonders dünnen und stoßfreien Plasma, das die Dynamik der ablaufenden Prozesse bestimmt Aufgrund der freien Beweglichkeit sowohl negativer als auch positiver Teilchen werden sich im strömenden Plasma kaum elektrische Felder ausbilden können Dennoch müssen im Universum lokal doch immer wieder besonders starke elektrische Felder erzeugt werden Ohne sie wäre die beobachtete Beschleunigung kosmischer Partikelstrahlung auf besonders hohe Geschwindigkeiten nicht zu erklären Ganz anders als im Labor auf der Erde erfolgt die Kommunikation über Veränderungen in den Plasmastrukturen des Universums schwerfälliger entlang großskaliger Magnetfeldstrukturen durch sogenannte magnetosonische Wellen, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit deutlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist Dieses Buch soll den Leser über all das informieren, was die Erforschung des Einflusses kosmischer Magnetfelder auf die vielfältigen und faszinierenden Vorgänge in unserem Universum auch für den Wissenschaftler so spannend macht Die große Bedeutung dieser Krafteinwirkung für die Entwicklung von Galaxien, Sternen und Planeten, ihre wichtige Rolle im turbulenten interplanetaren, interstellaren und intergalaktischen Medium sowie beim Ablauf hochenergetischer Prozesse im Universum wird dabei erst seit wenigen Jahrzehnten ausreichend gewürdigt www.Ebook777.com Glossar Akkretionsscheibe Eine scheibenförmige Materieansammlung um ein kompaktes Objekt (Protostern, Weißer Zwerg, Neutronenstern, Galaxienkern oder Schwarzes Loch), in dem die mit Drehimpuls versehene Materie, vermittelt durch auftretende Reibungskräfte, in Richtung zum Zentralobjekt transportiert wird Auftrieb, magnetischer ~ Durch magnetischen Druck vermittelte Kraftwirkung, die magnetisierte Plasmamaterie entgegen der Gravitationskraft aufsteigen lässt Corioliskraft Eine Trägheitskraft, die innerhalb eines rotierenden Bezugssystems auf einen hier bewegten Körper wirkt Ihre Stärke ist proportional zu dessen Masse, steht senkrecht zur Bewegungsrichtung und Rotationsachse des Bezugssystems Diffusion Prozess, der den Abbau von Konzentrationsunterschieden bezeichnet Er führt zur Durchmischung und gleichmäßigen Verteilung von Objekten und Ausprägungen einzelner Messgrưßen ambipolare ~ In der Astrophysik verwendeter Begriff, der in kosmischen Magnetfeldern die Entkoppelung neutraler Partikel von geladenen Teilchen bezeichnet Nur ungeladene Partikel können relativ ungehindert durch Magnetfelder diffundieren magnetische ~ Diffusion magnetischer Felder durch ein resistives Plasma In einem solchen Medium ist die „Eingefrorenheit magU von Kusserow, Magnetischer Kosmos, DOI 10.1007/978-3-642-34757-3, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 298 Glossar netischer Feldlinien“ aufgrund begrenzter elektrischer Leitfähigkeit nicht gewährleistet Drehimpuls Eine Stärke und Ausrichtung des „Schwungs“ eines rotierenden Systems charakterisierende vektorielle Erhaltungsgrưße, die nur durch ein von aen auf das System einwirkendes Drehmoment verändert werden kann Differenzielle Rotation Von der starren Rotation abweichende Drehbewegung eines Körpers, bei dem die Winkelgeschwindigkeit der darin rotierenden Materie ortsabhängig ist Dynamo Selbsterregte Generatormaschine, in der nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion Bewegungsenergie in elektromagnetische Energie umgewandelt wird kosmischer ~ Vorgang in Himmelsobjekten mit elektrisch gut leitfähigem und bewegtem Plasma, bei dem durch selbsterregte Induktionsprozesse Magnetfelder und elektrische Ströme im Universum generiert werden αω ~ Dynamomodell zur Entstehung kosmischer Magnetfelder durch spezielle Induktionsprozesse In rotierenden, elektrisch gut leitfähigen Himmelsobjekten können dabei meridional beziehungsweise azimutal ausgerichtete magnetische Feldstrukturen durch differenzielle Rotation (ω-Effekt) sowie Konvektionsströmungen unter dem Einfluss der Corioliskraft (α-Effekt) wechselseitig ineinander umgewandelt werden Flusstransport ~ Theorie zur Entstehung kosmischer Magnetfelder, bei der ergänzend der Transport magnetischer Feldstrukturen durch meridionale Zirkulation und magnetische Diffusion eine wichtige Rolle spielt „Eingefrorenheit magnetischer Feldlinien“ (Idealisiertes) Modellbild, wonach sich in einem Medium mit (theoretisch) unendlich hoher elektrischer Leitfähigkeit Materie und magnetische Feldstrukturen ungetrennt voneinander bewegen Glossar 299 Elektrisches Feld In der Umgebung elektrischer Ladungen existierendes oder durch magnetische Induktion erzeugtes Feld, das an jedem Ort durch spezielle Stärke, Richtung und Orientierung seiner elektrischen Kraftwirkung charakterisiert ist Fermi-Beschleunigung Modell von Mechanismen, durch die geladene Teilchen bei häufig sich wiederholenden Reflektionen an magnetisch durchsetzten Stoßfronten oder Wolkenstrukturen auf zunehmend höhere Energien beschleunigt werden können Instabilität Durch Anwachsen kleiner Störungen bewirkte charakteristische Prozessabläufe, die ein ansonsten stabiles System unter speziellen physikalischen Voraussetzungen aus seinem bisherigen Gleichgewichtszustand herausbringen Tayler ~ Durch magnetische Druckkräfte bewirkte Instabilität, bei der verdichtete Stapelungen toroidaler Feldstrukturen einknicken Kompakte Objekte Himmelsobjekte wie Weiße Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher, bei denen die Materiedichte sehr viel höher ist als bei gewöhnlichen Sternen Kosmische Jets Durch ausgesandte Strahlung sichtbar gemachte, längliche und eng kollimierte Gebilde, in denen elektromagnetische Energie, beschleunigte Materie sowie Drehimpuls, bipolar von einem kosmischen Himmelsobjekt oder System ausgehend, in die Umgebung transportiert wird Kosmische Strahlung Aus Protonen, Elektronen und ionisierten Atomen bestehende hochenergetische Teilchenstrahlung, die in der Sonnenatmosphäre, in aktiven Gebieten der Milchstraße oder in fernen Galaxien in Stoßprozessen, durch Fermi-Beschleunigung und magnetische Rekonnexion beschleunigt wird Lorentzkraft Kraft, die eine (bewegte) elektrische Landung in Gegenwart eines elektrischen und magnetischen Feldes erfährt Magnetfeld In der Umgebung magnetisierter Gegenstände oder stromdurchflossener elektrischer Leiter existierendes Feld, das an 300 Glossar jedem Ort durch spezielle Stärke, Richtung und Orientierung einer magnetischen Kraftwirkung charakterisiert ist toroidales ~ In rein azimutaler Richtung verlaufendes Feld poloidales ~ In rein meridionaler Richtung verlaufendes Feld Magnetischer Druck In einem magnetischen Fluid ergänzend zum dem der heißen und bewegten Materie wirkender Druck, der proportional zum Quadrat der magnetischen Flussdichte ist Magnetische Energie In magnetischen Feldstrukturen gespeicherte Energie, die proportional zum Quadrat der magnetischen Flussdichte ist Magnetischer Fluss Eine skalare physikalische Messgrưße, die im anschaulichen Bild des magnetischen Feldlinienmodells ein Maß für die „Gesamtzahl“ (theoretisch gibt es unendlich viele) der eine geschlossene Leiterschleife senkrecht durchsetzenden Feldlinienkomponenten darstellt Magnetische Flussdichte Hinsichtlich ihrer Stärke in Tesla oder Gauß angegebene, vektorielle physikalische Messgrưße, die in Abhängigkeit vom Ort und der Zeit die Flächendichte des magnetischen Flusses angibt und deren Richtung mit der des Magnetfeldes übereinstimmt Magnetische Induktion Erzeugung eines elektrischen Feldes durch zeitliche Änderung des magnetischen Flusses in einem elektrisch leitfähigen Medium Magnetische Rekonnexion Im magnetisierten Plasma auftretender Prozess, bei dem Magnetfeldstrukturen durch instantane Neuverbindung magnetischer Feldlinien topologisch umstrukturiert werden Wenn entgegengesetzt zueinander orientierte Feldkomponenten in schmalen elektrischen Stromschichten aufeinandertreffen, kann Materiediffusion einsetzen, verschmelzen magnetische Felder miteinander Im Magnetfeld gespeicherte Energien werden freigesetzt Erzeugte elektrische Felder beschleunigen geladene Teilchen Glossar 301 Magnetische Spannung In einem magnetisierten Fluid parallel zur magnetischen Flussdichte wirkende Spannung, die die Form und Dynamik magnetisierter Strukturen kontrolliert Magnetische Topologie Eigenschaft des Magnetfeldes, die Aussagen über dessen strukturellen Aufbau und Verflechtungszusammenhänge mit benachbarten Feldstrukturen macht Magnetohydrodynamik (MHD) Mithilfe der Gleichungen der Hydro- und Elektrodynamik entwickelte Theorie der Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und einem kontinuierlich verteilten und bewegten Fluid Magnetohydrodynamische Wellen Typen von Wellen, die sich in magnetisierten Fluiden durch periodische Bewegungen der Ionen ausbreiten Man unterscheidet die transversalen Alfvén-Wellen, die sich in Richtung des Magnetfeldes ohne Einflussnahme des Materiedrucks ausbreiten, von den schnellen und langsamen magnetoakustischen Wellen, bei denen auch der Materiedruck des Mediums einen Einfluss hat Magnetokonvektion Durch Auftriebskräfte vermittelter Energieund Materietransport in einem ionisierten Fluid (Plasma, flüssiges Metall) in Gegenwart magnetischer Felder Magneto-Rotationsinstabilität Eine in differenziell rotierenden und von nicht allzu starken Magnetfeldern durchsetzten Akkretionsscheiben wirkende Instabilität, die einen Abtransport des Drehimpulses und den Materietransport zum zentralen Himmelsobjekt bewirkt, Dynamoprozesse in Gang setzen kann Maxwellʼsche Gleichungen Nach J C Maxwell benanntes System von linearen partiellen Differenzialgleichungen erster Ordnung, die den Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Feldern für die Analyse elektromagnetischer Phänomene beschreiben Meridionale Zirkulation Den Materie-, Energie- und Magnetflusstransport vermittelnde Materieströmung, die entlang der Meridiane eines rotierenden Himmelskörpers verläuft 302 Glossar Plasma Durch das Vorhandensein frei beweglicher Ionen und Elektronen ausgezeichneter Materiezustand, der durch einen besonderen Einfluss magnetischer und elektrischer Felder geprägt ist kollisionsfreies ~ Teilweise oder vollständig ionisiertes Medium mit sehr geringer Dichte, in dem Zusammenstưße der Teilchen extrem selten auftreten, die Zeitskala, auf der Kollisionsprozesse ablaufen, groß ist im Vergleich zu anderen relevanten Wechselwirkungsprozessen Polarisation elektromagnetischer Wellen Eigenschaft gewisser Wellentypen, die die besondere Lage ihrer Schwingungsebene beschreibt Bei linearer Polarisation ist die Richtung der Schwingung konstant Bei zirkularer Polarisation ist der Betrag der Amplitude konstant, ändert sich aber umlaufend mit konstanter Winkelgeschwindigkeit Spekropolarimeter Gerät zur Vermessung der optischen Eigenschaften polarisierter elektromagnetischer Wellen Stoßfront Grenzfläche, die beim Auftreffen einer sich schneller als mit der für das betreffende Medium charakteristischen Signalausbreitungsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit von Schall- oder magnetosonischen Wellen) bewegenden Materie auf ein Hindernis entsteht Zeeman-Effekt Mehrfache Aufspaltung einer von einem Atom ausgesandten Spektrallinie unter Einfluss eines externen Magnetfeldes Je nach Beobachtungsrichtung relativ zum Magnetfeld sind die einzelnen Linien in charakteristischer Weise unterschiedlich linear oder zirkular polarisiert Dieser Effekt erfolgt aufgrund der Wechselwirkung des Magnetfeldes mit den durch Bahn- und Eigendrehimpuls (Spin) der Elektronen vermittelten magnetischen Momenten eines Atoms Zentrifugalkraft Eine senkrecht zur Rotationsachse eines kreisenden Körpers wirkende, auch als Fliehkraft bezeichnete Trägheitskraft in einem rotierenden Bezugssystem Index A Akkretionsscheibe 297 Alfvén-Welle 165 Alpha-Effekt 86, 218 Andromeda-Galaxie 207, 230 Anti-Dynamo-Theorem 92 B Balkengalaxie 205 Beschleunigungsprozesse 111, 118, 192 erdmagnetosphärische 129, 136 Fermi 299 Fermi I 138, 195 Fermi II 137 Magnetische Rekonnexion 130, 138 solare 129, 130 Biermann-Batterie 214 Blazar 225 Bugstoßwelle 98, 127 C Centaurus A 223, 224 Chemische Anomalie 180, 181 Corioliskraft 86, 95, 104, 163, 297 Crab-Pulsar 182, 192 Cygnus A 224 D Debye-Länge 47, 49 Differenzielle Rotation 82, 162, 182, 298 Diffusion ambipolare~ 46, 153, 297 magnetische~ 96, 102, 297 Doppelsternsystem 149, 184, 186 Drehimpulserhaltung 183, 230, 298 Drehimpulstransport 2, 103 Driftbewegungen 136 Dunkle Energie 200, 229 Dunkle Materie 200, 228, 230 Dunkles Zeitalter 201 Dynamo ~Modell Alpha-Omega~ 86, 298 Alpha-Quadrat~ 103, 104 Ap-/Bp-Stern 181 Flusstransport~ 88, 298 Galaxienhaufen 221 kosmischer~ 81, 298 Magnetar 184 Modellrechnungen 91 Proto-Neutronenstern 182 U von Kusserow, Magnetischer Kosmos, DOI 10.1007/978-3-642-34757-3, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 304 Index protostellarer~ 162 Scheiben~ 163 Selbsterregung 78 turbulenter~ 219, 221 E Elektrische Leitfähigkeit 91 Elektrische Stromschicht 111 Elektrischer Widerstand 112 Elektrisches Feld 299 Elliptische Galaxie 210 Erdklima 138, 140 Erdmagnetfeld Umpolung 100 Westwärts-Drift 105 Erdmagnetischer Sturm 9, 25, 99, 119, 140 Erdmagnetosphäre 98 Ereignishorizont 185, 224 Ergosphäre 185, 193 Erkenntnisgewinnung 248 Faszination 244, 247 Grenzen 248 Notwendigkeit 246 F Faraday-Effekt 34, 203 Filtergramm 27 Flare 13, 118, 162, 192 Fluxgate-Magnetometer 27 Forschungsmethoden 26 Frühes Universum Gammastrahlen-Ausbrüche 192, 196, 203 Sternentstehung 172 Supernova-Explosionen 190 Ursprung Magnetfelder 212 G Galaktische Prozesse 222 Galaktisches Zentrum 207 Galaxien-Halo 208 Galaxienhaufen 202, 210 Galaxien-Spiralarm 155 Galaxien-Superhaufen 211 Galaxien-Verschmelzung 209 Gammastrahlen-Ausbruch 149, 192 Feuerball-Modell 195 Kanonenball-Modell 195 langsamer~ 193 MHD-Modell 195 Nachglühen 194 schneller~ 193 Geodynamo 102 H Hall-Sensor 27 Hanle-Effekt 31 Heizungsprozesse 117 Heliophysik 120 Heliosphäre 40, 118, 120, 128, 129 Herbig-Haro-Objekt 159, 167 Hot Spot 164, 210, 223, 224 Hypernova 190 I Induktionsgesetz 53 Induktionsgleichung 91, 116 Inflations-Phase 201, 213, 229 Irreguläre Galaxie 208 J Jet 299 galaktischer~ 203, 210, 224 Kanal 170, 223 Knoten 170 Kollimation 174 Index Planetarischer Nebel 177 protostellarer~ 159 Schwarzes Loch 193 Supernova-Explosion 190 K Kataklysmische Veränderliche 188 Kepler-Rotation 163 Kernfusion 3, 149 Kernkollaps-Supernova 190 Kinematische Modellrechnungen7 Dynamo Modellrechnungen 91 Kollaps massereicher Sterne 181 protostellarer~ 158 Kollapsar 151 Komet 6, 14, 107 Kometarer Schweifabriss 119 Kompakte Objekte 299 Kompass 8, 11 Konvektion 86, 95, 103, 104 Koronaheizung 25, 126, 129, 235 Koronaler Masseauswurf 65, 97 Kosmische Hintergrundstrahlung 199, 228, 229 Kosmische Magnetfelder charakteristische Flussdichten 36 Einflussnahme 22, 40 Faszination 39 Klimaeinfluss 41 Kohärenzlänge 26, 213, 229 Messmethoden 26 Kosmische Strahlung 141, 218, 299 Kosmologische Entwicklungs-Szenarien 199 Kraftwirkung gravitative~ VI magnetische~ VI Kritische Masse 153, 190 305 L Labor-Experimente Biermann-Batterie 237 kosmische Dynamos 237 Magnetische Rekonnexion 240 Magneto-Rotations-Instabilität 240 technische Anwendungen 241 Levitron 244, 249 Lorentzkraft 155, 299 M M 82 222 M 87 210 Magnetar 150, 184 Magnetfeld extragalaktisches~ 204 galaktisches~ 17 Ganymed 106 intergalaktisches~ 204, 211 interplanetares~ 97 Io 106 Jupiter 106 kosmologisches~ 228 Ludwig Wilhelm 20 Mars 105 Merkur 105 Milchstraßen-Galaxie 203 Mond 105 Neptun 106 planetares~ 97 primordiales~ 18, 213 protogalaktisches~ 214 Saturn 106 Spiralgalaxie 205 Titan 106 Uranus 106 Vesta 106 Magnetische Dissipation 112, 116 Magnetische Energie 300 Magnetische Energiedichte 230 306 Index Magnetische Feldlinie eingefrorene~ 298 eingefrorene~ 55 poloidale~ 83, 300 toroidale~ 83, 300 Magnetische Feldlinie 51 Magnetische Flasche 136 Magnetische Flussdichte 51, 300 Magnetische Flussröhre 52 Magnetische Helizität 96, 109, 214, 218 Magnetische Induktion 300 Magnetische Instabilität 184, 299 Magnetische Kopplung 165 Magnetische Lorentzkraft 54, 91 Magnetische Prozesse Ap-/Bp-Sterne 179 Doppelsternsystem 188 elliptische Galaxie 220 Erkenntnisgewinnung 234 galaktische Jets 223 galaktische~ 202 Galaxienhaufen 226 Gammastrahlen-Ausbrüche 195 kompakte Sternobjekte 181 Labor-Experimente 236 sonnenähnliche Sterne 175 stellares Schwarzes Loch 184 Sterngeburten-Galaxie 222 Supernova-Explosion 191 zukünftige Forschungsprojekte 241 Magnetische Rekonnexion 86, 184, 191, 194, 218, 300 geomagnetische~ 118 kometare~ 119 solare~ 117 stellare~ 160 Magnetische Rekonnexion 71, 109 Magnetische Spannung 57, 183, 301 Magnetische Stürme 11 Magnetische Topologie 109, 111, 301 Magnetische Turbulenz 122 Magnetische Welle 301 Alfvén~ 126 langsame magnetosonische~ 125, 126 magnetosonische~ 138 schnelle magnetosonische~ 126 Magnetische Welle 123 Magnetischer Arm 205, 219 Magnetischer Auftrieb 83, 162, 297 Magnetischer Druck 57, 112, 300 Magnetischer Fluss 53, 300 Magnetischer Spiegel 136, 137 Magnetischer Sturm 118 Magnetischer Tornado 235 Magnetisches Saatfeld 203, 213 Magnetohydrodynamik 49, 301 Magnetohydrodynamischer Schock 128 Magnetokonvektion 301 Magnetopause 98 Magneto-Rotations-Instabilität 155, 162, 218, 301 Magnetosphäre Kometen 107 planetare~ 171 protostellare~ 171 Venus 105, 108 Magnetosphärenschweif 99 Magnetospheric Eternally Collapsing Object 224 Maßsysteme 35 Materieakkretion 151, 164, 185 Maunder Minimum 141 Maxwell’sche Gleichungen 301 Medium intergalaktisches~ 37, 38, 211, 222, 224, 226, 287 interplanetares~ 140 interstellares~ 15, 35, 37, 38, 150, 152, 268 Index Meridionale Zirkulation 75, 89, 162, 301 Mikroquasar 188 Milchstraßen-Galaxie 152 Milchstraßen-Galaxie 207 Molekülwolke 148 Fragmentierung 154 Kollaps 152, 154 N Neutrino 149, 191 Neutronenstern 149 Neutronenstern 16 Nova 187 Nukleosynthese 150, 201 Numerische Simulation 234 Numerisches Experiment 234 Numerisches Experiment 236 Plasmoid 100, 110, 117 Polarisation elektromagnetischer Wellen 28, 302 Polarlicht 7, 11, 118, 129, 137 Protogalaxie 202 Protostern 158 Protosternsystem Akkretionsscheiben-Kopplung 164 Jets 170 Magnetfelder 160 Winde 167 Proudman-Taylor-Theorem 104 Pulsar 150 Pulsar 182 Q Quasar 202, 225 O R Observatorien 24, 242 Omega-Effekt 82, 218 Radiogalaxie 204 Radio-Relikt 227 Reionisations-Phase 201 Rekombinations-Phase 201 Rekonnexion Magnetische Rekonnexion 109 Relativitätstheorie 229 Roter Riese 177 P Paläomagnetfeld 101 Planetarischer Nebel 177, 148 Planetenentstehung 170 Planetensystem 159 Plasma 302 Definition 44 Eigenschaften 21, 45 kollisionsfreies~ 302 Labor 43 resistives 50 resistives~ 110, 116 Schweif 227 stoßfreies~ 228 Theorien 48 Universum 44 S Sagittarius A 207 Scheiben-Jet-Strukturen kompakte Objekte 212 Paradigma 143 protostellare~ 158 Schwarzes Loch 185 Schiefer Rotator 180–182 Schwarzes Loch galaktisches~ 207 307 308 Index stellares~ 149 supermassereiches~ 217 supermassereiches~ 17 Schwarzes Loch 16 Solare Chromosphäre 63 Solare Eruption 65, 71 Solare Fackel 63, 68 Solare Granule 63 Solare Magnetfelder 61 Solare Protuberanz 64, 68 Solare Transitregion 65 Solarer Aktivitätszyklus 73 Sombrero-Galaxie 210 Sonnenfleck 12, 61, 66, 75 Sonnenkorona 4, 76 Sonnenwind 72, 97, 98, 118, 121 Spektropolarimeter 302 Spiralgalaxie 202, 204 Staub-Polarisation 34 Staudruck 226 Steady State Theorie 199 Stern massereicher~ 149 Pop II 205 Pop III 201, 214 sonnenähnlicher 175 Sternentwicklung Hauptreihenphase 148 Magnetfeldeinfluss 151 Molekülwolken 152 Sternenstehung 147, 172 Sternentwicklung 174 Sternfleck 162 Sterngeburten-Galaxie 209 Sternhaufen 152 Sternwind 152, 163, 191 Stokes-Parameter 31 Stoßfront 163, 302 Balkengalaxie 206 Eigenschaften 128 Erhaltungssätze 128 galaktische~ 203, 228 protogalaktische~ 214 Proto-Neutronenstern 182 Supernova-Explosion 190, 191 Stprozess 23 Stwelle 227 Strưmungslehre Strukturbildungs-Prozesse 200 Südatlantische Anomalie 101 Supernova-Explosion 140, 149, 184, 187 Paarinstabilitäts~ 190, 201 Supernova-Explosion 189 Synchroton-Strahlung 182, 195, 203, 223 Synchroton-Strahlung 33 T Tayler-Instabilität 95, 240, 241, 299 Teilchen-Orbit-Theorie 54 Terella-Experiment 12, 13 Theorie mittlerer Felder 95 T-Tauri-Stern 159 Turbulenz 7, 218 Magnetische Turbulenz 122 U Urknall-Theorie 199, 229 V Van-Allen-Gürtel 100, 118, 136 W Weißer Zwerg 15, 148, 149, 177, 187 Welle Ausbreitungsgeschwindigkeit 127 Eigenschaften 123 Index elektromagnetische~ 125 Ionen~ 125 Langmuir~ 125 longitudinale~ 123 Plasma~ 127 polarisierte~ 124 torsionale~ 124 transversale~ 123 Wellen Magnetische Welle 123 309 Welle-Teilchen-Wechselwirkung 126, 138 Weltraumfahrt 140 Weltraumklima 121 Weltraumwetter 120, 140, 212 Z Zeeman-Doppler-Imaging 177 Zeeman-Effekt 13, 15, 29, 204, 302 Zentrifugalkraft 302 310 Index A Alfvén, Hannes Olaf VII, 14, 15 Allen, James A van 99 Ampère, André-Marie VI, 20 Gilbert, Ludwig Wilhelm 20 Gilbert, William 8, 13 H Babcock, Harold Delos 14, 15 Biermann, Ludwig 14 Birkeland, Kristian O B VII, 12 Blackett, Patrick M S 15 Boyle, Robert 14 Bullard, Edward C 78 Burbidge, Geoffrey R 17 Hale, George Ellery 13 Hall, E H 27 Halley, Edmond 11 Hanle, W 31 Hansteen, Christopher 12 Hartmann, Georg Hess, Viktor Franz VII Hoyle, Fred 18 Humboldt, Alexander von 11 C K Carrington, Richard C 13 Celsius, Anders 11 Chandrasekhar, S VIII, 18 Columbus, Christoph Cook, James 11 Cowling, Thomas G 92 L B D Debye, Peter 47 Duncan, Robert C 16 E Einstein, Albert VI, 2, F Kant, Immanuel 1, 11 Kepler, Johannes Kerr, Roy P 16 Kopernikus, Nikolaus Lamont, Johann von 12 Langmuir, Irving 44 Larmor, Joseph 78 Lenz, Emil 53 Lorentz, Hendrik A VI, 54 M Maxwell, James Clerk VI Michell, John 16 Faraday, Michael VI, 13 Fermi, Enrico 18 Förster, F 27 N G O Galilei, Galileio 2, 12 Gauß, Carl Friedrich 36 Geisner, Konrad 11 Gellibrand, Henry 11 Newton, Isaac VI, Ohm, Georg Simon VI, 56 Oppenheimer, Robert 16 Ørstedt, Hans Christian VI Free ebooks ==> www.Ebook777.com Index P V Pacini, Franco 16 Parker, Eugene N VIII Peregrinus, Petrus 246 van de Hulst, Hendrik C V Verschuur, Gerrit L 15, 233 W R Ritter, Johann Wilhelm 12 Wolf, Rudolf 12 Woltjer, Lodewijk V S Z Schwabe, Heinrich 12 Siemens, Werner von 78 Stokes, G G 31 Zeeman, Peter 13 Zwicky, Fritz 233 T Tesla, Nikola 35 Trimble, Virginia L V www.Ebook777.com 311 ...Free ebooks ==> www.Ebook777.com Magnetischer Kosmos www.Ebook777.com Ulrich von Kusserow Magnetischer Kosmos To B or not to B Ulrich von Kusserow Bremen Deutschland ISBN 978-3-642-34756-6 ... Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften Planung und Lektorat: Dr Vera Spillner, Stefanie Adam Einbandabbildung: Hana Druckmüllerová, Úpice Observatory,... Menschen gestellte Existenzfrage des Lebens Mit einer durch Weglassen des Buchstabens „e“ veränderten Überschrift To B or Not To B? “ in ihrem Artikel über die astronomischen Highlights des Jahres