Magnetfelder

durchziehen wie kosmische Gummibänder astrophysikalische Objekte, z.B. die Erde, die Sonne oder ferne Galaxien.

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Magnetfelder

Erläuterungen einiger Begriffe:

Magnetismus
Bis 1821 war der Magnetismus nur aufgrund von natürlichen Eisenmagneten, sogenannten "loadestones" bekannt. Dann entdeckte der dänische Wissenschaftler Hans Christian Oersted, dass ein elektrischer Strom auch ein Magnetfeld erzeugt. In Frankreich legte später Andrè-Marie Ampére die Grundlagen zur Theorie des Elektromagnetismus. Er erkannte den Magnetismus als Kraft zwischen elektrischen Ladungen. James Clerk Maxwell formulierte später die Gleichungen für das elektromagnetische Feld. Diese bilden bis heute einen Eckpfeiler der modernen Physik.
Lodestone
Bereits in der Antike kannten die Griechen seltene, nahe dem Ort "Magnesia" vorkommende, seltsame Steine, die Eisen anzogen. Dies waren höchstwahrscheinlich Eisenerze, die vom Blitz getroffen waren und dadurch magnetisch wurden, sogenannte "lodestones". Die Chinesen erkannten um das Jahr eintausend herum, dass frei gelagerte magnetisierte Stahlnadeln sich in Nord-Süd Richtung ausrichten. Der Kompass war erfunden.
Magnetfeldlinien
Eine Möglichkeit, Magnetfelder "sichtbar" zu machen, wurde von Michael Faraday, bekannt für viele fundamentale Entdeckungen im Bereich der Elektrizität und des Magnetismus, vorgeschlagen. Er stellte sich eine Kompassnadel vor, die sich in allen drei Raumrichtungen frei drehen kann. Folgt man in einem Magnetfeld immer der Richtung, in die diese Kompassnadel zeigt, so erhält man eine Darstellung des Magnetfeldes, die sogenannten Magnetfeldlinien.
Dynamo
Auf die gleiche Weise, auf die ein elektrischer Strom - also die Bewegung von Ladungsträgern - ein Magnetfeld erzeugt, wirkt auch auf Ladungen eine Kraft, wenn sie sich in einem Magnetfeld bewegen. So wird in einer Spule ein Strom induziert, wenn sie sich in einem Magnetfeld bewegt. Auf diese Weise betreibt beispielsweise ein Fahrraddynamo eine Glühlampe. Dieses Wechselspiel von Strom und Magnetfeld führt dazu, dass unter geeigneten Bedingungen aus einem anfangs ganz schwachen Magnetfeld ein starkes Magnetfeld werden kann. Auf diese Weise erzeugen Kraftwerke ihren Strom, und so arbeitet auch ein kosmischer Dynamo.
Nordlichter

Nordlichter werden von den geladenen Teilchen im Sonnenwind erzeugt, die in die Erdatmosphäre eindringen. Nicht alles Licht, welches diese Teilchen bei den Zusammenstößen mit den Atomen in unsere Atmosphäre erzeugen, kann mit dem bloßen Auge gesehen werden, wie beispielsweise das blaue Licht, das von Stickstoffatomen in ca. 150 km Höhe erzeugt wird. Das grüne Licht, welches vom Sauerstoff in etwa 100 km Höhe erzeugt wird, überstrahlt das rote Licht von Sauerstoff in höheren Lagen, und das rosa Licht von Stickstoff Molekülen in niedrigeren Schichten.

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Transkript des Filmtextes:

Filmtext
Magnetismus ist ein weit verbreitetes Phänomen im Universum. Schon in der Antike waren magnetische Steine bekannt. Die Chinesen entdeckten mit deren Hilfe um das Jahr eintausend herum das Erdmagnetfeld. Dies wird von dynamischen Prozessen im flüssigen Kern der Erde erzeugt. Dadurch stimmt der magnetische Pol nicht exakt mit der Drehachse der Erde überein. Der magnetische Pol drifted sogar täglich um etwa 40 Meter. Von 100 km Höhe an spielt das Erdmagnetfeld eine sehr ausgeprägte Rolle. Dort bildet es die so genannte Magnetosphäre. Wie in dieser Animation dargestellt schützt uns diese vor den geladenen Teilchen im Sonnenwind. Diese geladenen Teilchen des Sonnenwindes können nur entlang den Magnetfeldlinien und somit nur an den beiden Polen in die Atmosphäre eindringen. Dort erzeugen sie die beeindruckenden Nordlichter. Auch andere Planeten im Sonnensystem, so zum Bispiel Jupiter und Saturn, besitzen Magnetosphären. Kürzlich ist es sogar gelungen, auf ihnen Nordlichter zu beobachten. Auch die Sonne besitzt ein Magnetfeld. In Sonnenflecken ist dies sogar mehrere tausend mal stärker als auf der Erde. Nahezu alle Strukturen, die wir auf der Oberfläche der Sonne beobachten können, stehen in Zusammenhang mit Magnetfeldern. Magnetfeldlinien, die als riesige Bögen aus dem Sonneninneren auftauchen, erzeugen spektakuläre Sonnenausbrüche. Materie, die von der Sonnenoberfläche weggeschleudert wird, regnet entlang den Magnetfeldlinien auf die Sonne zurück. All dies zeigt, dass die Atmosphäre der Sonne von einem sehr komplexen Magnetfeld durchsetzt ist. Durch den Sonnenwind bläst die Sonne ihr Magnetfeld in das Sonnensystem und darüber hinaus in den Raum zwischen den Sternen. Die Winde von Milliarden solcher Sterne füllen die gesammte Milchstraße mit Magnetfeldern. Auch die Gasströmungen im Raum zwischen den Sternen können wie ein kosmischer Dynamo neues Magnetfeld erzeugen. Alle diese Felder werden entlang den optisch ausgeprägten Spiralarme ausgerichtet. Auch in anderen Galaxien beochbachtet man diese ausgerichteten Magnetfelder. Blickt man von der Seite auf eine solche Galaxie, so liegt das Magnetfeld hauptsächlich in der Scheibe, in der auch die Sterne kreisen. Durch galaktische Winde wird es aber auch an manchen Stellen aus der Scheibe getragen. Dieses magnetisierte Gas erfüllt somit auch den Raum zwischen den Galaxien in den sogenannten Galaxienhaufen. Bei seiner hohen Temperatur sendet dieses Gas Röntgenstrahlung aus. Die Bewegung besonders schneller Teilchen in den Magnetfeldern erzeugt auch Radiostrahlung, weswegen Galaxienhaufen als diffuse Objekte in Radioteleskopen erscheinen. Weiter dreht dieses magnetisierte Gas auch die Polarisationsrichtung von Licht, das aus Quellen hinter dem Galaxienhaufen stammt. Am Max-Planck-Institut für Astrophysik werden dazu Simulationen auf Hochleistungscomputern durchgeführt. Hier ist die Entwickung des Gases in einer solchen Simulation dargestellt. Kaltes Gas erscheint dabei blau, heißes Gas dagegen rot. Solche Simulationen helfen zu verstehen, wie sich die Magnetfelder im Laufe der Entstehung dieser großräumigen Strukturen in unserem Universum entwickeln.Damit helfen sie die durch das Magnetfeld verursachten Phänomene zu verstehen. Hier ist die Entwicklung des Magnetfeldes in einem sich bildenden Galaxienhaufen dargestellt. Derartige Simulationen geben Aufschuß über die Rolle des Magnetfeldes in diesen Objekten und führen zu tieferem Einblick in die Vorgänge, die den Beobachtungen zu Grunde liegen.

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