Unser Universum

Abb.: Das Universum ist eine vierdimensionale Raum-Zeit, hier als 2D Fläche dargestellt (blau), Zeit läuft vertikal (sog. geodätische Zeit). Jeder Punkt repräsentiert eine 2-Sphäre, die Raumschnitte t = const sind insgesamt 3-Sphären - das Universum ist eine Blätterung von 3-Sphären. [Grafik: Camenzind]

Kaum eine andere Naturwissenschaft hat in den letzten 100 Jahren eine so stürmische Entwicklung genommen wie die Astronomie. Sie hat Entdeckungen hervorgebracht, die unser Weltbild drastsich verändert haben. Wichtige Meilensteine auf diesem Wege waren die Entwicklung der modernen Spiegelteleskope und ihrer Detektoren, sowie von leistungsfähigen Computern. Noch vor 100 Jahren endete das sichtbare Universum am Rand der Milchstraße. Heute überblicken wir dank Hubble das gesamte Universum - etwa 100 Milliarden Galaxien bleiben zu erforschen!


Abb.: Das sichtbare Universum ist voller Galaxien.
[Bild: HST/NASA]

Schlüssel zu den Erkenntnissen der Astronomie ist die Entwicklung der Spiegelteleskope in den letzten 100 Jahren. Über 70 Jahre lang dominierten das Mount Wilson Observatorium und das Mount Palomar Observatorium die astronomischen Beobachtungen. Erst in den 1970er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde Europa astronomisch gesehen erwachsen. Mit der technischen Entwicklung der 8- bis 10-Meter optischen Teleskopen eröffnete sich eine neue Ära der beobachtenden Astronomie. Die beiden Keck 10-m Teleskope und die vier 8-m VLT Teleskope der ESO haben neue Einsichten ins Universum gebracht.

Unser Universum

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) richtet gemeinsam mit Partnern aus Wissenschafts-, Bildungs- und Kultureinrichtungen sowie Akteuren aus Politik, Zivilgesellschaft, Wirtschaft und Medien seit dem Jahr 2000 die Wissenschaftsjahre aus.  Ziel der Wissenschaftsjahre ist es, Bürgerinnen und Bürger in vielfältigen Formaten in einen Dialog mit Wissenschaft und Forschung zu bringen und die Öffentlichkeit (unter anderem Kinder und junge Erwachsene, Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler sowie Personen, die bisher wenig Berührungspunkte mit Wissenschaft hatten) noch stärker für Wissenschaft zu interessieren. Forschung und dazugehörige Erkenntnisgewinnungsprozesse sollen nachvollziehbar und verständlich an die breite Öffentlichkeit kommuniziert werden, um das Vertrauen in Wissenschaft und die Wissenschaftsmündigkeit der Bevölkerung zu steigern.


Das Wissenschaftsjahr 2023 – Unser Universum beleuchtet die großen Fragen unseres Universums aus verschiedensten Perspektiven: es verbindet anthropologische Konstanten wie die Menschheitsfragen nach Sein und Sinn mit aktuellen Forschungsvorhaben und Zukunftsperspektiven. „Sind wir allein im Universum?“, „Was macht unsere Erde zu einem bewohnbaren Planeten?“, „Was sind schwarze Löcher?“ und „Wie sieht die Zukunft unseres Planeten aus und wie können wir unseren Lebensraum schützen?“. Diese Fragen, werden im disziplinübergreifend und im Verbund unterschiedlicher Forschungsbereiche behandelt.

Daten und Themen des Seminars

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10. Jan.: Astronomie-Jahresrückblick 2022

==> Die Highlights der Astronomie aus dem vergangenen Jahr.

17. Jan.: Astronomie-Jahresrückblick II

==> Die Highlights der Astronomie aus dem vergangenen Jahr.

24. Jan.: ExoPlaneten mit James Webb

==> Die Atmosphäre von WASP-39 b.
==> Was nächstes?

31. Januar: entfällt !!!!

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7. Februar: Erderwärmung & Klimageschichte

==> aus Jim Hansens Sicht. James E. Hansen (* 29. März 1941 in Denison, Iowa) ist ein führender US-amerikanischer Klimaforscher. Von 1981 bis 2013 war er Direktor des Goddard Institute for Space Studies (GISS) der NASA und Professor für Erd- und Umweltwissenschaften an der Columbia University. Bekannt wurde Hansen besonders in den 1980ern als einer der ersten Wissenschaftler, der eindringlich vor den Gefahren der globalen Erwärmung warnte - auch aus der Sicht der Klimagechichte der Erde.

14. Februar: Erdgeschichte & CO2

==> Kontinentalverschiebung und Temperaturentwicklung.
==> Ein Vergleich mit der Venus

21. Februar: Physik des Klimas I

==> Energetik der Atmosphäre.

28. Februar: Physik des Klimas II

==> Was ist ein Treibhaus?
==> Klimamodelle und ihre Fehler.

7. März: Physik des Klimas III

==> Treibhaus und Molekülphysik
==> Milankovic-Zyklen
==> Kreisläufe: Wasserkreislauf, Kohlenstoffkreislauf.
==> Klimamodelle und ihre Fehler.

14. März: Physik des Klimas IV

==> Kreisläufe: Wasserkreislauf, Kohlenstoffkreislauf.
==> Klimamodelle und ihre Fehler.

21. März: Physik des Klimas V

==> Nachtrag: Regolith? Klimaerwärmung? Geo-Engineering?
==> Kreisläufe: Wasserkreislauf, Kohlenstoffkreislauf.

28. März: Physik der Atmosphäre I

==> Ganteför: CO2 - Ursache oder Wirkung?
==> Kreisläufe: Kohlenstoffkreislauf.
==> Die Atmosphäre - Temperaturverlauf.

Ab 4. April: Präsenz in E10 + Zoom

4. April: !!! fällt aus !!!

11. April: !!! fällt aus !!!

18. April: Was ist der Weltklimarat IPCC?

25. April: 6. IPCC-Sachstandsberichte Leipzig

==> Naturwissenschaft & Politik.
==> Klimaerwärmung Folgekosten.

2. Mai: Die Physik um 1900

==> Was ist klassische Physik?
==> Newton 1687
==> Maxwell 1864
==> Thermodynamik.

9. Mai: Die Physik um 1900 II

==> Erhaltungssätze
==> Maxwell 1864
==> Thermodynamik.

16. Mai: Grenzen der Physik um 1920

==> Max Planck 1900
==> Quantelung der atomaren Zustände
==> Wellennatur der Materie.

23. Mai: Grenzen der Physik um 1920 II

==> Max Planck 1900
==> Quantelung der atomaren Zustände
==> Wellennatur der Materie.

30. Mai: Grenzen der Physik um 1920 III

==> Quantelung der atomaren Zustände - Niels Bohr 1913
==> Wellennatur der Materie - de Broglie 1924.

6. Juni: Erwin Schrödinger 1925/26

==> Biografie von Erwin Schrödinger
==> Die Wellenfunktion
==> Heuristische Herleitung der Schrödinger-Gleichung.

13. Juni: Erwin Schrödinger II

==> Heuristische "Herleitung" der Schrödinger-Gleichung.

20. Juni: Erwin Schrödinger III

==> Observable und Operatoren, Kommutatoren.
==> Die Unschärferelation
==> Spin und Wolfgang Pauli.

27. Juni: Wichtige Quantensysteme

==> Der harmonische Oszillator
==> Das Wasserstoffatom
==> Das Periodensystem der Elemente.
==> Moleküle.

4. Juli: Das Wasserstoff-Atom nach Schrödinger

==> Das Wasserstoffatom - Orbital-Modell
==> Diskussion über Besuch von "Unser Universum".

11. Juli: Von Einstein zur Quantenteleportation

==> Vortrag mit Zeilinger
==> Sommerlektüre: Anton Zeilinger: Einsteins Spuk, Goldmann 2007, € 11,-

20. Juli: Besuch "Unser Universum"

==> 14:00 Uhr Treffen auf Universitätsplatz HD.
==> 14:15 Uhr Planetariumsshow im Sky Bus.
==> ab 15:00 Uhr Besuch der Ausstellung.

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1. Aug. - 10. Sept.: Sommerpause

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12. Sept: Was & wie Verschränkung?

==> Wie erzeugt man verschränkte Photonen?
==> Das Experiment mit Quasaren von Anton Zeilinger.
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19. Sept: Quanten-Verschränkung II

==> Wie erzeugt man verschränkte Photonen?
==> Bell-Experimente und Nobelpreis.
==> Was bedeutet dies?

26. Sept: Dirac-Theorie des Elektrons I

==> Rechnen mit Matrizen, SU(2) und SU(3).
==> Pauli-Matrizen und SU(2).
==> Rechnen mit Qubits und Quantengatter.

10. Okt.: Dirac-Theorie des Elektrons II

==> Dirac-Gleichung für Elektronen und Positronen.
==> Das Wasserstoff-Atom mit Dirac.

14. Okt.: Königstuhl Tag der Offenen Tür

==> 10:00 - 17:00 Uhr: Max-Planck-Institut und Landessternwarte

24. Okt.: Quarks & Urmaterie

==> Die Welt der Quarks und Leptonen.
==> Quantenchromodynamik QCD als Eichtheorie.
==> Quarks & Leptonen entstehen am Ende der Inflation.

31. Okt.: Universum im Labor

==> Die thermische Geschichte des Universums.
==> Wie funktionieren Teilchenbeschleuniger?
==> Geschichte der Beschleuniger bis LHC.
==> Grenzen der Teilchenbeschleuniger.

7. Nov.: Struktur des Protons

==> Ergebnisse von HERA DESY.

14. Nov.: Elementarteilchen 3sat

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21. Nov.: Standardmodell Teilchenphysik

==> Hadronen und Leptonen - achtfacher Weg von Gell Mann.
==> Projekte mit Euclid.

28. Nov.: Standardmodell Teilchenphysik II

==> Starke Wechselwirkung QCD und Quark-Gluon Plasma.
==> Schwache Wechselwirkung.

5. Dez.: Mission Euclid der ESA

==> Aufbau der Sonde Euclid.
==> Projekte mit Euclid.

12. Dez.: 11:30 Uhr: Weihnachtsfeier

==> Bootshaus Heidelberg

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19. Dez.: Weihnachtspause bis 7. Jan. 2024

.................: Gravitationswellen mit Pulsaren

==> Projekte EPTA, nanoGrav etc.
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................: VLT & ELT der ESO

==> VLT mit Randall.
==> ELT

................: Die Sonne & Sonnenwind

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................: Begünder der modernen Physik

Galilei gilt als Begründer der modernen Naturwissenschaft. Die Dokumentation zeichnet das Leben des Florentiner Patriziersohnes nach: seine bahnbrechenden Erkenntnisse in Physik und Astronomie, der Prozess gegen ihn vor dem römischen Inquisitionsgericht. Dabei wird mit alten Mythen und Vorurteilen aufgeräumt – besonders, was die Kirche anbelangt.

..............: Reguläre Schwarze Löcher

==> Elektronen tragen zwei Ladungen: elektrische Ladung & Isospin; Quarks tragen drei Ladungen: elektrische Ladung, Isospin & Farbe.
==> Der schwache Isospin und die elektroschwache Wechselwirkung.
==> Schwarz-Loch-Lösungen mit Isospin.

................: 10 Jahre NuSTAR X-Rays

==> NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), das erste Weltraumteleskop für harte Röntgenstrahlung, wurde im Juni 2012 mit einer Pegasus-Rakete gestartet. Es ist Teil des Explorer-Programms der NASA. Das doppelte Wolter-Teleskop des nur 360 Kilogramm schweren Satelliten besitzt eine Brennweite von zehn Metern, die es durch einen ausfahrbaren Arm erreicht.

..............: Magnetfelder im Universum

==> Magnetohydrodynamik kombiniert zwei Theorien miteinander: die Maxwell-Theorie und die Lorentz-Kraft mit der Bewegungsgleichung von Plasmen. In Plasmen breiten sich viele Wellen aus.

...............: Parker's Sonnenwind

==> Eugene Parker hat 1958 zum ersten Male ein Modell für den Sonnenwind vorgeschlagen, das viel Widerspruch in der Community erzeugt hat. Hannes Alfvén hat dann die Rolle der Magnetfelder betont und damit die Magnetohydrodynamik begründet.

................: Wellen in der Magnetohydrodynamik

==> Magnetohydrodynamik kombiniert zwei Theorien miteinander: die Maxwell-Theorie und die Lorentz-Kraft mit der Bewegungsgleichung von Plasmen. In Plasmen breiten sich viele Wellen aus.

.............: Der magnetische Sonnenwind

==> Wie aus dem Sonnenwind die Magnetohydrodynamik entstanden ist.

.............: Die Magnetorotationsinstabilität

==> Turbulenz treibt die Akkretionsströmungen auf Schwarze Löcher und junge Sterne.

..............: Akkretion und Jets von SLöchern

==> Wie entstehen die Jets der Radio-Galaxien? Wie breiten sich Jets in Galaxienhaufen aus? Erkläre Cygnus A oder Hercules A!

................: Kompakte Binärsysteme

==> Was sind LMXBs, UCXBs und Schwarze Witwen?

...............: Gravitationswellen - Update

Seit September 2015 sind über 90 Verschmelzungen von kompakten Objekten nachgewiesen worden. Bis auf zwei handelt sich dabei immer um Schwarze Löcher. Wir schauen auch in die Zukunft und diskutieren die Detektoren A+, Voyager, Cosmic Explorer und Einstein Teleskop.

.................: Gravitationswellen - Zukunft

Seit September 2015 sind über 90 Verschmelzungen von kompakten Objekten nachgewiesen worden. Bis auf zwei handelt sich dabei immer um Schwarze Löcher. Bei diesen Binärsystemen handelt es sich nicht um normale Doppelsternsysteme, sonst wären die Spins eher parallel ausgerichtet. Die Ausrichtung der Spins deutet darauf hin, dass diese Systeme bestehend aus zwei Schwarzen Löchern im Zentrum von dichten Kugelsternhaufen durch Merging entstanden sind. Wir schauen auch in die Zukunft und diskutieren die Detektoren A+, Voyager, Cosmic Explorer und Einstein Teleskop.

................: Schwarze Löcher in Galaxien

Jede Galaxie beherbergt heute ein Schwarzes Loch im Zentrum. Unsere Milchstraße bildet keine Ausnahme dazu.

................: Die Plejaden in Gaia EDR3

==> Vertiefung zu Sternentwicklung.
==> arXiv:2110.03837

..................: Distanzen im expanierenden Universum

==> Vertiefung zur Bedeutung von Distanzen.

................: Pulsare und Einstein

==> Neue Tests am Doppelpulsar: Kramer et al. 2021, Phys. Rev. X 11, 041050

................: Wie altern Weiße Zwerge

==> M3 und M13 mit HST: arXiv:2109.02306

...................: Cluster Gravitationslinsen

==> arXiv:2103.16965

................: Das Planetensystem nu² Lupi

==> Vertiefung der Ergebnisse von CHEOPS.
arXiv:2106.14491

..................: Der Sonnenzyklus

==> Neue Erkenntnisse zum Sonnenzyklus in Zoom-Sitzung.
==> Literatur: Thomas Bührke in Bild der Wissenschaft Juni 2021.

..............: Sterne bis zu 10 pc Gaia

==> Vertiefung zu unserer Nachbarschaft bis zu 10 pc Entfernung in Zoom-Sitzung.

..................: Bennu hin und zurück

OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security – Regolith Explorer) ist eine Raumsonde der NASA, die am 8. September 2016 mit einer Atlas-V-Rakete gestartet wurde, um vom Asteroiden (101955) Bennu Proben zur Erde zurückzubringen. Bennu ist ein erdnaher Asteroid vom – häufigsten – C-Typ, der kohlenstoffreich ist und deswegen eine dunkle Oberfläche besitzt. Bennu hat einen Durchmesser von 494 m. In der Nacht vom 20. auf den 21.10.2020 erfolgte der erfolgreiche touchdown auf Bennu. Nächstes Jahr beginnt die Rückkehr zur Erde.

................: Der Solar Orbiter der ESA

Solar Orbiter: Mission zur Sonne und inneren Heliosphäre zur Untersuchung der Beziehungen Sonne-Heliosphäre und Sonne-Erde durch Beobachtungen mit hoher Auflösung. Die wissenschaftlichen Motivation für die Mission Solar Orbiter ist es, Multiwellenlängen-Beobachtungen der Sonnenatmosphäre und umfassende in-situ Messungen der unerforschten inneren Heliosphäre mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu gewinnen.

.................: Gravitationswellen pseudo-Newtonsch

==> arXiv:1912.09247