Kosmische Hintergrundstrahlung

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Grundlagen zum Thema Kosmische Hintergrundstrahlung
In diesem Video beschäftigen wir uns mit der kosmischen Hintergrundstrahlung, einer sehr gleichmäßigen, richtungsunabhängigen elektro-magnetischen Strahlung. Sie wurde 1964 zum ersten Mal von Penzias und Wilson entdeckt. Du lernst in diesem Video ein wenig mehr zu ihrer Entdeckung kennen und erfährst näheres über ihre Eigenschaften. Zu Guter Letzt beschäftigen wir uns noch mit der Frage: Warum ist die kosmische Hintergrundstrahlung eigentlich so wichtig? Die Antwort und viele weitere interessante Sachen erfährst du in diesem Video.
Transkript Kosmische Hintergrundstrahlung
Hallo und herzlich Willkommen zu Physik mit Kalle. Wir beschäftigen uns heute mit einem Phänomen aus der Astrophysik und zwar der "Kosmischen Hintergrundstrahlung". Für dieses Video könnte es hilfreich sein, wenn ihr euch bereits ein wenig mit der Geschichte des Universums und mit dem elektromagnetischen Spektrum auskennt. Es muss aber nicht unbedingt sein. Wir lernen Heute: was die kosmische Hintergrundstrahlung ist; wie sie entdeckt wurde und wieso sie überhaupt so wichtig ist. Dann wollen wir mal! Hintergrundstrahlung nennt man eine elektromagnetische Strahlung, die richtungsunabhängig überall am Himmel in gleicher Stärke nachgewiesen werden kann. Physikalisch besonders interessant und wichtig ist dabei die im Mikrowellenbereich angesiedelte, sogenannte "kosmische Hintergrundstrahlung". Und wie man die entdeckt hat und welche Eigenschaften sie hat, das sehen wir uns nun im nächsten Kapitel an. Die kosmische Hintergrundstrahlung wurde 1964 von Arno Penzias und Robert Woodrow Wilson eher zufällig entdeckt. Die beiden arbeitete an einem neuen, großen Radioteleskop - hier sieht man die beiden vor eben diesem Teleskop abgebildet, - und entdeckten dabei ein Rauschen, das keine Quelle zu haben schien. Das heißt, egal wohin sie das Teleskop richteten, überall war dasselbe Rauschen zu finden. Dieses Rauschen ist aber nicht nur richtungsunabhängig, sondern auch unabhängig davon, wo auf der Erde man versucht, es zu beobachten. Unten seht ihr ein Bild, in dem die Schwankung der Hintergrundstrahlung, abhängig von der Position auf der Erde, eingezeichnet ist. Dieses Bild ist aber leicht irreführend. Nachdem nämlich die Einflüsse der Bewegung der Erde und der Beitrag unserer Galaxie herausgerechnet ist, befinden sich diese Schwankungen im Bereich von ungefähr einem Millionstel. Das heißt, es handelt sich also anscheinend um eine unglaublich gleichmäßige Strahlung. So weit, so gut. Wie sieht denn nun die Spektralanalyse dieser Strahlung aus? Obwohl sie nur die Intensität für zwei bestimmte Frequenzen gemessen hatten, schlossen Penzias und Wilson richtig, dass es sich bei der Verteilung um ein sogenanntes "Planck-Spektrum" handelt. Diese Vermutung wurde in späteren Messungen bestätigt. Wie ein solches Spektrum aussieht, könnt ihr im Bild rechts sehen. Das Planck-Spektrum ist das Spektrum einer Hohlraumstrahlung oder auch einer Schwarzkörperstrahlung, das heißt der Strahlung, die in einem schwarzen, hohlen Körper existiert. Diese hängt nur von seiner Temperatur ab. Die Entstehungsgeschichte der Hintergrundstrahlung ist genau der Grund, warum sie für uns so wichtig ist. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist nämlich entstanden, als sich im Universum ungefähr 400000 Jahre nach dem Urknall zum ersten Mal Wasserstoff bildete. An diesem Zeitpunkt wurde also sozusagen das Universum durchsichtig. Und die dabei frei gewordene Strahlung durchstreift seitdem als Hintergrundstrahlung das Universum. Das Universum war damals ungefähr 3000 Kelvin heiß. Es hat sich inzwischen, genau wie die Hintergrundstrahlung, auf ungefähr 2,7 Kelvin abgekühlt. Und warum ist das ganze jetzt so wichtig, fragt ihr? Ganz einfach, die Hintergrundstrahlung und ihre Entdeckung bewiesen etwas, was damals alles andere als geklärt war, nämlich die Urknall-Theorie. Sowohl diese als auch die daraus folgende Expansion des Universums waren damals nämlich sehr umstritten. Die Hintergrundstrahlung und ihre guten Messergebnisse lieferten den Urknallfreunden aber damals mächtige Beweise. Man kann sich das Universum vor diesem Zeitpunkt ungefähr als einen brodelnden, heißen Plasmaball aus Licht und Materie vorstellen. Es herrschten so extreme Bedingungen, dass sich ständig Licht in Materie und Materie zurück in Licht verwandelte. Dabei dehnte sich das Universum immer weiter aus, wurde also beständig kälter. Als es endlich kalt genug war, dass sich stabile Wasserstoffatome bilden konnten, verloren die Photonen mit den freien Elektronen ihre Streupartner. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben: Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ein sehr gleichmäßiges, richtungsunabhängiges Rauschen im Mikrowellenbereich. Sie wurde 1964 von Penzias und Wilson entdeckt, die übrigens dafür später auch den Nobelpreis erhielten. Die Hintergrundstrahlung wurde frei, als sich im Universum zum ersten Mal Wasserstoff bildete. Sie ist damit der wichtigste Beweis für die Urknalltheorie. So, das war es schon wieder für Heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen Dank fürs Zuschauen! Vielleicht bis zum nächsten Mal, euer Kalle.
Kosmische Hintergrundstrahlung Übung
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Definiere die Begriffe Hintergrundstrahlung und kosmische Hintergrundstrahlung.
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Benenne die wichtigsten Eigenschaften der kosmischen Hintergrundstrahlung.
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Analysiere die wichtigsten Erkenntnisse bei der Erforschung der kosmischen Hintergrundstrahlung.
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Erkläre, weshalb die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung so bedeutend war.
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Benenne den aktuellen Wert der kosmischen Hintergrundstrahlung in Grad Celsius.
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Erkläre das wissenschaftliche Wesen einer Theorie wie der Urknalltheorie.
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