[Scientific] Divergences of 42: Der Schweif einer Sternschnuppe

falling star © by Matthias Rhomberg

Ahhhhh, Sternschnuppen. Traum eines jeden Kindes (und Nerds), das (der) darauf wartet, eine am Himmel zu sehen und sich etwas wünschen zu dürfen. Während ich immer vor hatte mir 10 Wünsche zu wünschen, aber irgendwie nie sicher, ob Sternschnuppen bei sowas mitmachen, soll es heute um den Schweif von Sternschnuppen gehen – also das, was eine Sternschnuppe im Prinzip visuell von einem Stern unterscheidet.

Frage: In welche Richtung zeigt der Schweif einer Sternschnuppe?

Antwort: Naja, entgegengesetzt zu seiner Bewegungsrichtung-

Meine Antwort: Falsch. Der Schweif einer Sternschnuppe zeigt immer von der Sonne weg. Warum? Darüber wollen wir mal ein bisschen nachdenken.

Erst einmal Beweis durch Widerspruch: Fakt ist, Sternschnuppen sind in Wirklichkeit (meist) Kometen. Und der Schweif von Kometen besteht aus (ehemaliger) Masse des Kometen. Und Fakt ist auch: Es gibt die sogenannte Masseträgheit. Diese sagt aus, dass eine Kraft aufgewandt werden muss, um den Bewegungszustand einer Masse zu ändern.

Soll heißen: Bewegt sich etwas, dann bewegt es sich halt. Ein Auto, das ich auf 100 km/h beschleunige, bleibt 100 km/h schnell, wenn, ja wenn keine Kraft auf es wirkt. Sowohl die Luft als auch die Straße üben allerdings eine Reibungskraft auf das Auto aus. Es ändert seinen Bewegungszustand und wird langsamer.

Wer soll also jetzt die Kraft für die Staubpartikel ausüben, die verhindert, dass sie weiterfliegen? Eben! Da ist keine Luft, keine Straße, kein nichts. Da ist der (so gut wie) evakuierte Weltraum.

Also: Der Schweif des Sterns kann nicht durch Masseträgheit entstehen.

Wodurch entsteht der Schweif dann?

Falsche Frage. Denken wir mal umgekehrt, wie Physiker immer denken mussten und noch heute denken.

Also: Wir sehen: Der Schweif einer Sternschnuppe ist von der Sonne weg gerichtet. Aber warum? Es muss etwas geben, das aus Richtung der Sonne eine Kraft ausübt. Da bleibt eben wenig übrig. Das einzige, was in Frage kommt, ist Licht.

Das würde heißen, dass Licht aus kleinen Teilchen besteht, die ihre Bewegungsenergie dazu nutzen, die kleinsten Teilchen an der Kometenoberfläche “wegzuhauen”. Das klingt erstmal unglaublich.

Welle-Teilchen-Dualismus

Durch das Taylor-Experiment  weiß man: Licht ist gleichzeitig körnig (es besteht also aus Teilchen), wellig (es besteht also aus einer elektromagnetischen Welle – und das gleichzeitig) und stochastisch (einzelne Teilchen bzw. Wellen sind nie vorhersagbar. Das Verhalten der Masse aber sehr wohl). Man spricht auch von dem sogenannten “Welle-Teilchen-Dualismus”, also der Annahme, dass Licht gleichzeitig aus Teilchen und Welle besteht.

Diese Teilchen heißen in der Physik Photonen. Und diese Photonen haben zwar keine Masse, aber Energie (warum, das erklär ich bald mal, ihr seht schon, 42 hat viele Divergenzen). Diese Energie können sie verwenden, um eine Kraft auf den Kometen aufzuwenden.

Und so entsteht der Schweif.

Good to know. Aber wars das jetzt?

Der „Große Komet“ von 1881 (Zeichnung von Étienne Léopold Trouvelot)

Nicht ganz. Der Schweif eines Kometen sieht nämlich so aus, wie rechts abgebildet. Er ist zwar von der Sonne weggerichtet, aber in sich gekrümmt.

Die Erklärung dazu ist um Weiten schwerer und man braucht eine Menge mehr physikalische Kenntnisse – vor allem was Formeln angeht, und gerade die wollten wir hier ja vermeiden.

Ich versuche es in einfachen Worten zu erklären:

Die Photonen des Sonnenlichtes üben eine Kraft pro Fläche aus. Man könnte auch sagen: Sie erzeugen einen Druck. Das Ganze nennen Physiker dann Strahlungsdruck.

Der Strahlungsdruck, bzw. die Strahlungskraft hat zwei Komponenten. Eine wirkt in Richtung “von der Sonne weg”, eine entgegen der Bewegungsrichtung des Kometen. Beide zusammen ergeben also eine gekrümmte Bahn – der Schweif des Kometen.

Für Physik-Nerds

Im Grunde hat ein Komet sogar 3 “Schweife”. Ich habe bewusst eine Zeichung rechts gewählt, weil die im Grunde nur einen richtig erkennbaren enthält.

Wer sich wirklich dafür interessiert, muss entweder warten, bis ich wieder Lust auf dieses Thema hab, oder sich selbst einlesen. Empfohlener Startpunkt = mein Endpunkt: Wikipedia

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