Podcasts about staubteilchen

240813PC SternschnuppenMensch Mahler am 13.08.2024Anna, 11 Jahre alt, ist ganz aufgeregt. Opa, Sternschuppe“, sagt sie ganz aufgeregt, als sie ein Foto in der Zeitung entdeckt. Anna hat das Down-Syndrom. Und was wünschst Du Dir? Frage ich. „Anna nich sagen. Sonst geht nicht.“ Heute und Morgen ist der Höhepunkt der Sternschnuppen Saison. Wissenschaftlich leicht erklärt: Jedes Jahr im Sommer kreuzt die Erde die Umlaufbahn des Kometen 109P/Swift-Tuttle. Dort befinden sich unzählige Staubteilchen, die sich vom Kometen gelöst haben und bilden den Perseidenstrom. Heute und Morgen Nacht kann man bei guten Bedingungen bis zu 100 Himmelsfunken pro Stunde entdecken.Also nichts wie raus in den Garten, in den Park, auf die Wiese, auf den Rücken legen und die Augen offenhalten. Sieht man einen Stern fallen, darf man sich was wünschen. Und es niemals aussprechen, sonst geht der Wunsch nicht in Erfüllung.Sternschnuppen werden als etwas Göttliches betrachtet. Es öffnet sich die Tür zu den Göttern. Und wenn die schon mal offen ist, Kann man sich auch gleich etwas wünschen. Stefan Waggershausen hat es wunderschön in einen Song verpackt. Hosted on Acast. See acast.com/privacy for more information.

Ist die Luft trocken und sauber, ist die Fernsicht gut. Das Bergpanorama erstrahlt bis in die Ferne. Hat es in der Luft hingegen viel Wasser oder Saharastaub wird die Fernsicht schlecht. Im Winter ist die Fernsicht meist besser als im Sommer. Wassertröpfchen oder Staubteilchen in der Luft streuen das Sonnenlicht. Je stärker sie das Sonnenlicht streuen, desto milchiger wird die Sicht. Am häufigsten vermiesen Wassertröpfchen die Fernsicht. Deshalb gilt: je trockener die Luft, desto besser die Sicht. Im Winter ist die Fernsicht zudem besser als im Sommer. Die Luft ist kälter und kann weniger Wasser aufnehmen. Es gibt also weniger Wassertröpfchen, die das Sonnenlicht streuen.

Aus Wasserdampf-Molekülen werden kleine, flüssige und schwebende Wolkentröpfchen. Sie stossen zusammen und wachsen. Irgendwann sind sie zu gross und schwer und fallen hinunter – ein Regentropfen ist geboren. Das Ende eines Regentropfens ist entweder am Boden, oder noch in der Luft. Die Reise eines Regentropfens beginnt mit Wasserdampf-Molekülen. Sie kondensieren an Staubteilchen und werden zu flüssigen Wolkentröpfchen. Diese kleinen Wolkentröpfchen stossen zusammen und wachsen. Ab einem gewissen Punkt sind sie zu gross und schwer. Sie fallen hinunter – ein Regentropfen ist geboren. Auf der mehrminütigen Reise formt die Luft von unten her den Regentropfen. Er nimmt eine Burger-Brötchen ähnliche Form an. Das Ende der Reise ist entweder am Boden, oder in der Luft. Nämlich dann, wenn der Regentropfen in der Luft verdampft – und verschwindet. Daraus entstehen neue Wasserdampf-Moleküle, die ihrerseits auf eine Reise gehen.

Ein Blick in den Himmel, zu den Sternen, lohnt sich zur Zeit besonders. Im August fallen die meisten Sternschnuppen, gerne auch "Laurentiustränen" genannt, weil der Heilige Laurentius am 10. August 258 in Rom hingerichtet worden sein soll. Drei Kirchen im Kreis tragen seinen Namen: in Elsdorf-Esch, in Quadrath-Ichendorf und in Büsdorf. Hobby-Astronom Pfarrer Achim Brennecke weiß aber auch, dass es sich bei den Tränen des Laurentius eigentlich um die verloren gegangenen Staubteilchen des Kometen 109 P/Swift-Tuttle handelt, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Erdatmosphäre aufschlagen und so Luftmoleküle zum Leuchten bringen. Diesen Podcast produzierte Martina Bernhardt für die Medienwerkstatt Katholisches Bildungsforum Rhein-Erft.

Wenn du hoch oben am Himmel eine dünne, zarte, weiße Cirruswolke siehst, dann die Chancen gut, dass in ihr kleinster Staubteilchen aus irgendeiner Wüste der Erde sind. Eine vor kurzem veröffentlichte wissenschaftliche Studie zeigt: Die Wüsten der Erde spielen eine … mehr lesen

In den kommenden Nächten huschen wieder besonders viele Sternschnuppen über den Himmel. Der Grund: Unsere Erde kreuzt, wie immer im August, die Bahn des Kometen Swift-Tuttle, der viele Staubteilchen und kleine Steine hinterlassen hat. Von Dirk Lorenzen www.deutschlandfunk.de, Sternzeit Hören bis: 19.01.2038 04:14 Direkter Link zur Audiodatei

Der Sternenpodcast Dezember2020 Dieser Podcast des Planetarium Hamburg wird Ihnen in Zusammenarbeit mit dem Hamburger Abendblatt präsentiert - mit freundlicher Unterstützung unserer Audio-Partner Prime Time Studios und Audio Consulting Group. SPEKTAKULÄRER „WEIHNACHTSSTERN“ JUPITER-SATURN Seit etwa einem halben Jahr haben uns die „Wandersterne“ Jupiter und Saturn am Abendhimmel verwöhnt. Nun bieten sie uns die ganz große Show: Am 1. Dezember sind sie noch 2 Grad voneinander entfernt. Abend für Abend rückt Jupiter immer näher an Saturn heran. Am 17. Dezember gesellt sich auch noch die Sichel des zunehmenden Mondes dazu. Doch am 21.12., nur rund zwei Stunden nach Winterbeginn und eine halbe Stunde nach Sonnenuntergang - ab etwa 16 Uhr 30 - erleben wir Jupiter und Saturn in einer für uns einzigartig engen Begegnung, als dicht zusammenstehende “Sterne”. Nur 6 Bogenminuten, ein Zehntel Grad beträgt ihr Abstand. Für die meisten von uns ist dies die engste Begegnung zweier Planeten überhaupt, die wir erleben können….ein unvergesslicher „Weihnachtsstern“! Leider ist dies nur kurz zu sehen, denn beide Planeten sinken bereits gegen 19 Uhr zum Horizont. MARS REGIERT DEN ABENDHIMMEL Ein heller Lichtpunkt beherrscht nach dem Untergang von Jupiter-Saturn den Abendhimmel, hoch im Süden - der Planet Mars. Mars fällt im Wettlauf mit unserer Erde immer weiter zurück. Am Jahresende ist er bereits 134 Millionen Kilometer von uns entfernt und damit doppelt so weit wie Mitte Oktober, als wir ihn mit der Erde überholten. In der Nacht vor der Weihnacht, am 23. Dezember, zieht auch noch der zunehmende Mond südlich an Mars vorbei. Zu Weihnachten haben wir daher gleich zwei prächtige Paare am Himmel - Jupiter-Saturn wenn auch nur kurz, aber spektakulär in der Abenddämmerung - und Mond-Mars, die bis etwa 2 Uhr morgens am Himmel leuchten. DER LÄNGSTE UND HÖCHSTE VOLLMOND DES JAHRES In der Nacht vom 29. auf den 30.Dezember steht der Mond „links über“ dem prächtigen Wintersternbild Orion unserer Sonne genau gegenüber. Dieser letzte Vollmond des Jahres ist nahe dem nördlichsten Gipfel des Tierkreises, im Sternbild Zwillinge platziert. Daher ist dies die längste Vollmondnacht des Jahres und um Mitternacht erreicht der Vollmond eine größere Höhe als jeder andere Vollmond des Jahres. VORWEIHNACHTLICHES FEUERWERK Das Sternbild Zwillinge (lateinisch Gemini) steht die ganze Nacht am Himmel und um Mitternacht am höchsten, perfekt für unsere Beobachtung! Abseits störender Lichter der Stadt können wir in der Zeit vom 4. bis zum 17. Dezember von einem guten Beobachtungsort abseits der Stadt den Sternschnuppenscheuer der „Gemeinden“ genießen - die Leuchtspuren von Staubteilchen, die mit hoher Geschwindigkeit auf unsere Erdatmosphäre prallen und in etwa 100 km Höhe verglühen. Das Maximum der Geminiden tritt in der Nacht vom 13. auf den 14. Dezember ein und fällt in diesem Jahr auf die Zeit des Neumondes. ABSCHIED VOM MORGENSTERN Es heißt nun langsam Abschied nehmen von unserem Nachbarplaneten Venus am Morgenhimmel. Immer kürzer ist unser innerer Nachbarplanet zu sehen, da sie immer näher an die Sonne rückt und dabei in die südlichsten Regionen des Tierkreises tritt. Zwei Tage vor Neumond steht die Mondsichel in der Morgendämmerung am 12. Dezember gegen 7 Uhr morgens, im Sternbild Waage, nahe Venus am Südosthorizont.

Der Sternenpodcast Juli 2020 Ihr Audioguide für die Sterne. Ob zuhause mit der Sternkarte oder unterwegs unter freiem Himmel - Planetariumsdirektor Thomas Kraupe führt Sie zu den interessantesten Sternbildern und Himmelsereignissen - jeden Monat neu und kostenlos. Dieser Podcast des Planetarium Hamburg wird Ihnen in Zusammenarbeit mit dem Hamburger Abendblatt präsentiert - mit freundlicher Unterstützung unserer Audio-Partner Prime Time Studios und Audio Consulting Group. Planetenpaar mit Mondkugel Jupiter und Saturn, die beiden größten Planeten unseres Sonnensystem dominieren als auffälliges Paar den Abendhimmel bis Mitternacht. Zu Monatsanfang und gegen Ende des Monats zieht auch der Mond an den beiden Planeten im Sternbild Schütze vorbei und bildet mit ihnen ein spektakuläres Trio. In der Vollmondnacht vom 3. auf den 4.August steht der Mond die ganze Nacht links neben dem Planetenpaar im Sternbild Steinbock. Sommerdreieck und Milchstraße Hoch über unseren Köpfen funkelt ein heller bläulich-weißer Stern. Es ist die Wega im Sternbild Leier. Wega ist der hellste Stern im riesigen „Sommerdreieck“. Fast ebenso hoch wie Wega, steht „links“ (also östlich) von ihr der Stern Deneb im Schwan - während unterhalb der Beiden der etwas schwächere Atair die Südspitze des Sommerdreiecks markiert, die ungefähr Richtung Jupiter-Saturn weist. Die Milchstraße zieht sich durch das Sommerdreieck südwärts und die hellsten Regionen liegen für uns horizontnah - gleich rechts von Jupiter im südlichen Sternbild Schütze. Planetenreigen nach Mitternacht Wie eine überdimensionale Vorfahrtstafel steht das „Herbstviereck“ abends über dem Osthorizont. Unterhalb davon, im Sternbild Fische taucht bereits vor Mitternacht der rote Planet Mars auf, der nun immer heller leuchtet und nach Mitternacht bereits höher steht. Als strahlender „Morgenstern“ taucht gegen 3 Uhr morgens auch Venus im Nordosten aus dem Horizontdunst auf. Unser innerer Nachbarplanet ist so hell, dass er auch noch in der beginnenden Taghelle zu sehen ist - fast bis Sonnenaufgang. Auch alle anderen Planeten stehen nach Mitternacht am Himmel: Versierte Beobachter finden zwischen Mars und Venus im Sternbild Widder den Planeten Uranus und unterhalb des Herbstvierecks im Sternbild Wassermann den fernen Neptun. Und zwischen Jupiter und Saturn können „Profis“ sogar den Zwergplaneten Pluto erjagen. Nun fehlt nur noch der sonnennahe Merkur, der allerdings erst gegen 4 Uhr morgens aufgeht und nur in den ersten Monatstagen knapp über dem Nordosthorizont gesichtet werden kann. Ein Sternschnuppenfeuerwerk mit Mondschein Die Erde kreuzt bei ihrem Umlauf um die Sonne jedes Jahr um den 11.August die Bahn des Kometen Swift-Tuttle und pflügt durch die von ihm zurückgelassene „Querstraße aus Staubteilchen“. Einige der in etwa hundert km Höhe über dem Erdboden verglühenden Partikel werden hell genug um auch über der Großstadt sichtbar zu werden. Verlängert man ihre glühenden Leuchtspuren zurück, so scheinen sie alle von einem Punkt im Nordosten, dem „Radianten“ im Sternbild Perseus an der Grenze zum „Himmels-W“ auszustrahlen. Daher ist dieser alljährliche Meteorschauer auch als „Perseiden“ bekannt. Die meisten Meteore wird man am Morgen des 12 August kurz vor Einsetzen der Morgendämmerung beobachten können. Leider aber wird das Licht des Halbmondes, der gegen Mitternacht bereits aufgeht, die diesjährige Show beeinträchtigen. Ein Artikel von Prof. Thomas W. Kraupe, Astronom und Direktor des Planetarium Hamburg

Der Sternenpodcast Oktober 2019 Ihr Audioguide für die Sterne. Ob zuhause mit der Sternkarte oder unterwegs unter freiem Himmel - Planetariumsdirektor Thomas Kraupe führt Sie zu den interessantesten Sternbildern und Himmelsereignissen - jeden Monat neu und kostenlos. Hier können Sie den Podcast bequem über Soundcloud oder iTunes anhören oder die mp3-Audio-Datei direkt herunterladen. Dieser Podcast des Planetarium Hamburg wird Ihnen in Zusammenarbeit mit dem Hamburger Abendblatt präsentiert - mit freundlicher Unterstützung unserer Audio-Partner Prime Time Studios und Audio Consulting Group. Die Zeit der dämmrig hellen Nächte ist vorbei und der Tagbogen der Sonne wieder kürzer. Seit der Sommersonnwende ist unser Tagesgestirn im „Sinkflug“: Am 11. August verlässt die Sonne das Sternbild Krebs und wechselt ins Sternbild Löwe, das nun nachts nicht zu sehen ist. Jupiter und Saturn abends Nur noch in der Abenddämmerung leuchtet der helle Jupiter tief am Südwesthorizont im Sternbild Schlangenträger. Weiter links von Jupiter leuchtet der viel schwächere Saturn im Sternbild Schütze. Er bleibt noch fast zwei Stunden länger am Himmel als Jupiter. Am Abend des 3. Oktober steht die Mondsichel nur 2 Grad nordwestlich des Riesenplaneten. Zwei Abende später, am 5. Oktober, steht der Halbmond dann rechts unterhalb von Saturn. Und am letzten Monatstag, am 31. Oktober, kommt der Mond sogar ein zweites Mal bei Jupiter vorbei. Sommerdreieck und Tierkreis Das auffällige „Sommerdreieck“ mit den Sternen Wega, Deneb und Atair ist bereits nach Südwesten gerückt. Über dem Nordosthorizont funkelt der helle Stern Capella im Fuhrmann – ein typisches Wintersternbild. In südlicher Richtung leuchten spätabends nur die lichtschwächeren Sterne der beiden ausgedehnten Sternbilder Wassermann und Fische. Weiter südlich davon erahnen wir das Sternbild Walfisch und etwas höher die kompakte Sternenfigur des Widders. Durch diese Sternbilder ziehen Planeten, Mond und auch die Sonne. Uranus und Neptun Vom 10. bis 15. Oktober wandert der Mond längs dieses Pfades und passiert dabei die beiden lichtschwachen Planeten Neptun und Uranus. Der grünlich schimmernde Uranus ist in einer recht sternarmen Gegend im Sternbild Widder unter besten Bedingungen bereits mit bloßem Auge zu sehen. Uranus wird in diesem Monat von unserer Erde überholt. Er steht am 28. Oktober in Opposition zur Sonne und ist die ganze Nacht am Himmel. Herbstviereck Immer höher steigt abends das Herbstviereck als auffälliges und leicht zu merkendes Muster am Herbsthimmel, das um Mitternacht halbhoch im Süden platziert ist. Der nordöstlichste Stern im Herbstviereck ist der Hauptstern „Alpha“ im Sternbild Andromeda, der Tochter von König Kepheus und Königin Kassiopeia, die wir beide weiter nördlich am Himmel verewigt finden. Halleys Feuerwerk In diesem Monat kreuzt unsere Erde wieder die Bahn des Halleyschen Kometen. Wir können die von ihm verstreuten Staubteilchen dann in unserer Lufthülle nur etwa 100 km über unseren Köpfen verglühen sehen – als Sternschnuppenstrom der „Orioniden“. Dieses „Feuerwerk“ ist so benannt, weil die Leuchtspuren anscheinend alle aus der Richtung des Sternbild Orion, das nach Mitternacht im Südosten auftaucht, heranströmen. Das Maximum der Orioniden ereignet sich in der Nacht vom 20. zum 21. Oktober - doch man kann den ganzen Monat immer wieder Sternschnuppen sehen, besonders in der zweiten Nachthälfte. Mars taucht auf Frühaufsteher haben am Monatsende auch die Chance, das Wiedererscheinen des Planeten Mars zu erleben. Unser äußerer Nachbarplanet stand am 2. September noch von uns aus gesehen hinter der Sonne und taucht nun allmählich wieder am Morgenhimmel auf. In der beginnenden Morgendämmerung können wir seinen rötlichen Lichtpunkt über dem Ostsüdosthorizont entdecken. Ein Artikel von Prof. Thomas W. Kraupe, Astronom und Direktor des Planetarium Hamburg

Nikki Vercauteren erforscht an der Freien Universität Berlin die mehrskalige Analyse von atmosphärischen Prozessen und traf sich mit Sebastian Ritterbusch in der Urania Berlin, um über ihre Forschung und ihre Experimente auf Gletschern zu sprechen. Zum Zeitpunkt der Aufnahme fand in der Urania das Banff Mountain Film Festival, des Banff Centre for Arts and Creativity aus Kanada, statt. Auf dem Campus des Banff Centre befindet sich auch die Banff International Research Station (BIRS), ein Forschungsinstitut und Tagungsort nach Vorbild des Mathematischen Forschungsinstituts Oberwolfach, das sich der mathematischen Forschung und internationalen Zusammenarbeit verschrieben hat, und welches Nikki Vercauteren Anfang des Jahres zu einem Workshop besuchen konnte. Das Forschungsgebiet der Meteorologie umfasst viele Phänomene, von denen einige durch Fluiddynamik beschrieben werden können. Dabei geht es um eine große Menge von Skalen, von der globalen Perspektive, über kontinentale Skalen zur Mesoskala im Wetterbericht und der Mikroskala zu lokalen Phänomenen. Die Skalen bilden sich auch in den Berechnungsmodellen für die Wettervorhersage wieder. Das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) betrachtet die globale Perspektive mit Hilfe von Ensemblevorhersagen. Von dort verfeinert das aus dem lokalen Modell des Deutschen Wetterdienstes (DWD) entstandene COSMO Modell die Vorhersage auf die europäische und schließlich nationale Ebenen. Hier geht es um die sehr lokale Analyse von Windgeschwindigkeiten, die bis zu 20mal pro Sekunde gemessen werden und damit die Analyse von lokalen Turbulenzen bis zum natürlichem Infraschall ermöglichen. Die Erfassung erfolgt mit Ultraschallanemometer bzw. ultrasonic anemometers, wo bei manchen Typen durch die Erfassung des Doppler-Effekts bewegter Staubteilchen die Bewegungsgeschwindigkeit der Luft durch mehrere Sensoren räumlich bestimmt wird. Teilweise werden auch Laser-Anemometer eingesetzt. Im Rahmen ihrer Promotion in Umweltwissenschaften an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) bekam Sie die Gelegenheit selbst vor Ort eine Messanlage auf einem Gletscher mit aufzubauen und in Stand zu halten. Der See- und Landwind sind typische Phänomene in der mikroskaligen Meteorologie, die Nikki Vercauteren zu ihrer Promotion am Genfersee zur Analyse von turbulenten Strömungen von Wasserdampf untersucht hat. Mit mehreren Laser-Doppler-Anemometern in einer Gitter-Aufstellung konnte sie so die Parametrisierung einer Large Eddy Simulation dadurch testen, in dem sie die im Modell angesetzte Energie in den kleinen Skalen mit den tatsächlichen Messungen vergleichen konnte. Kernpunkt der Betrachtung ist dabei das Problem des Turbulenzmodells: Als Verwirbelung in allen Skalen mit teilweise chaotischem Verhalten ist sie nicht vorhersagbar und kaum vollständig mathematisch beschreibbar. Sie spielt aber wegen der wichtigen Eigenschaften der Vermischung und Energietransfers eine elementare Rolle im Gesamtsystem. Glücklicherweise haben Turbulenzen beobachtete statistische und gemittelte Eigenschaften, die modelliert und damit im gewissen Rahmen und diesem Sinne mit Hilfe verschiedener Modelle durch identifizierte Parameter simuliert werden können. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Betrachtung der Grenzschicht über dem Erdboden, die zum einen durch die Sonneneinstrahlung besonders durch die Aufwärmung und Abkühlung der Erdoberfläche beinflusst wird und gleichzeitig den Bereich beschreibt, wo das bewegte Fluid Luft auf die stehenden Erde reagiert. Eine meteorologische Eigenschaft der unteren Grenzschicht ist das theoretische logarithmische Windprofil, das aber bei Sonneneinstrahlung oder Nachts durch Verformung der Turbulenzen Korrekturterme erforderlich macht. In einer Temperaturinversion wird die Grenzschicht stabiler und es bildet sich weniger Turbulenz aus, wodurch sich Schadstoffe auch weniger verteilen können. In diesen Wetterlagen kann sich durch den fehlenden Luftaustausch im Stadtgebiet leichter Smog bilden. Entgegen der Theorie kann es interessanterweise trotz stabiler Schichtung zu Turbulenzen kommen: Ein Grund dafür sind Erhebungen und Senken des Bodens, die Luftpakete beeinflussen und damit lokale Turbulenzen erzeugen können. Eine besondere Fragestellung ist hier die Frage nach der Intermittenz, wann ein stabiles dynamisches System chaotisch werden kann und umgekehrt. Ein anschauliches Beispiel von Intermittenz ist das Doppelpendel, das von einem sehr stabilen Verhalten plötzlich in chaotisches Verhalten umschwenken kann und umgekehrt: Trajektorie eines DoppelpendelsCC-BY-SA 100 Miezekatzen Leider ist bisher die Intermittenz in der Wettervorhersage nicht alleine aus der Theorie zu berechnen, jedoch kann man die Richardson-Zahl bestimmen, die den Temperaturgradienten in Verhältnis zur Windscherung stellt. Dieses Verhältnis kann man auch als Verhältnis der Energieverteilung zwischen kinetischer Bewegungsenergie und potentieller Wärmeenergie sehen und daraus Schlüsse auf die zu erwartende Turbulenz ziehen. Als ein dynamisches System sollten wir ähnlich wie beim Räuber-Beute Modell eine gegenseitige Beeinflussung der Parameter erkennen. Es sollte hier aus der Theorie auch eine kritische Zahl geben, ab der Intermittenz zu erwarten ist, doch die Messungen zeigen ein anderes Ergebnis: Gerade nachts bei wenig Turbulenz entstehen Zustände, die bisher nicht aus der Theorie zu erwarten sind. Das ist ein Problem für die nächtliche Wettervorhersage. In allgemeinen Strömungssimulationen sind es oft gerade die laminaren Strömungen, die besonders gut simulierbar und vorhersagbar sind. In der Wettervorhersage sind jedoch genau diese Strömungen ein Problem, da die Annahmen von Turbulenzmodellen nicht mehr stimmen, und beispielsweise die Theorie für das logarithmische Windprofil nicht mehr erfüllt ist. Diese Erkenntnisse führen auf einen neuen Ansatz, wie kleinskalige Phänomene in der Wettervorhersage berücksichtigt werden können: Die zentrale Frage, wie die in früheren Modellen fehlende Dissipation hinzugefügt werden kann, wird abhängig von der beobachteten Intermittenz mit einem statistischen Modell als stochastischen Prozess beantwortet. Dieser Ansatz erscheint besonders erfolgsversprechend, wenn man einen (nur) statistischen Zusammenhang zwischen der Intermittenz und der erforderlichen Dissipation aus den Beobachtungen nachweisen kann. Tatsächlich konnte durch statistisches Clustering und Wavelet-Analyse erstmalig nachgewiesen werden, dass im bisher gut verstanden geglaubten so genannten stark stabilen Regime es mehrere Zustände geben kann, die sich unterschiedlich verhalten. Für die Entwicklung der Wavelet-Transformation erhielt Yves Meyer den 2017 den Abelpreis. Im Gegensatz zur Fourier-Transformation berücksichtig die Wavelet-Transformation z.B. mit dem Haar-Wavelet die von der Frequenz abhängige zeitliche Auflösung von Ereignissen. So können Ereignisse mit hohen Frequenzen zeitlich viel genauer aufgelöst werden als Ereignisse mit tiefen Frequenzen. Das von Illia Horenko vorgeschlagene FEM-BV-VARX Verfahren kann nun mit den Erkenntnissen angewendet werden, in dem die verschiedenen Regimes als stochastische Modelle berücksichtigt und durch beobachtete bzw. simulierte externe Einflüsse gesteuert werden können. Darüber hinaus konnten weitere interessante Zusammenhänge durch die Analyse festgestellt werden: So scheinen im stabilen Regime langsame Wellenphänomene über mehrere Skalen hinweg getrennt zeitliche schnelle und lokale Turbulenzen auszulösen. Andere Phänomene verlaufen mit stärkeren Übergängen zwischen den Skalen. Aus der Mathematik ist Nikki Vercauteren über die Anwendungen in der Physik, Meteorologie und Geographie nun wieder zurück in ein mathematisches Institut zurückgekehrt, um die mathematischen Verfahren weiter zu entwickeln. Literatur und weiterführende Informationen N. Vercauteren, L. Mahrt, R. Klein: Investigation of interactions between scales of motion in the stable boundary layer, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 142.699: 2424-2433, 2016. I. Horenko: On the identification of nonstationary factor models and their application to atmospheric data analysis, Journal of the Atmospheric Sciences 67.5: 1559-1574, 2010. L. Mahrt: Turbulence and Local Circulations Cesar Observatory, Cabauw site for meteorological research. Podcasts S. Hemri: Ensemblevorhersagen, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 96, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. I. Waltschläger: Windsimulationen im Stadtgebiet, Gespräch mit S. Ritterbusch im Modellansatz Podcast, Folge 14, Fakultät für Mathematik, Karlsruhe Institut für Technologie (KIT), 2014. L. Wege: Schwebestaub und Wassertröpfchen. Wie Wolken Wetter machen. Folge 5 im KIT.audio Forschungspodcast des Karlsruher Instituts für Technologie, 2017. M. Wendisch: Meteorologie, omegatau Podcast von Markus Voelter, Nora Ludewig, Episode 037, 2010. R. Heise, K. Ohlmann, J. Hacker: Das Mountain Wave Project, omegatau Podcast von Markus Voelter, Nora Ludewig, Episode 042, 2010. B. Marzeion: Gletscher, Podcast Zeit für Wissenschaft von Melanie Bartos, Universität Innsbruck, 2015. B. Weinzierl: Die Atmosphäre, Raumzeit Podcast von Tim Pritlove, Metaebene Personal Media, 2011.

Die Entstehung des Weltalls ist gut erforscht. Ob es jedoch Leben außerhalb unseres Sonnensystems gibt, das wissen wir nicht. Eine wichtige Voraussetzung für außerirdisches Leben ist aber geklärt: Es gibt erdähnliche Planeten. Professor Barbara Ercolano von der Universitätssternwarte der LMU hat es sich zur Aufgabe gemacht, die „Geburt“ solcher Exoplaneten zu erforschen. Um neue Sterne bildet sich eine protoplanetarische Scheibe; hier stoßen Staubteilchen zufällig zusammen und verklumpen zu immer größeren Felsbrocken.

Diese Arbeit ist eine kumulative Dissertation und besteht aus drei Aufsätzen. Sie setzt die Studien der Diplomarbeit zur eigenständig kohärenten Beschreibung der wakevermittelten Modenkopplung in Plasmakristallen fort. Der erste Aufsatz untersucht die Ionengeschwindigkeitsverteilung (idf) in einem schwach-ionisierten Gas, welches einem homogenen elektrischen Feld ausgesetzt ist und in dem Ladungsaustauschkollisionen der dominante Stoßtyp sind. Die Untersuchung geht dabei nur von elementaren Grundprinzipien aus und ist somit eigenständig kohärent. Die "Referenzverteilung" wird mittels einer Monte-Carlo-Simulation (MC-Simulation) am Beispiel des energieabhängigen Wirkungsquerschnitts für Argon berechnet. Ich nutze mehrere analytische Modelle (basierend auf einem konstanten Wirkungsquerschnitt oder konstanter Stoßfrequenz) und vergleiche die entsprechenden idfs untereinander, sowie mit der Referenzlösung. Es zeigt sich, dass kein Modell für den experimentell häufig wichtigen Fall eines schwach suprathermalen Ionenstroms mit befriedigender Genauigkeit anwendbar ist. Einen konstanten Wirkungsquerschnitt und Separabilität der idf annehmend, sowie darauf folgende Maxwell-gewichtete Mittelung, reduziert die integro-differentielle Boltzmanngleichung zu einer gewöhnlichen Differentialgleichung. Ich zeige, dass ihre Lösung die Resultate der MC-Simulation, für beliebige Stärke des Ionenstroms, mit großer Genauigkeit reproduziert. Das gewonnene Modell lässt sich auf eine Vielzahl von Problemen im Bereich der komplexen Plasmen anwenden - darunter der Ladungsvorgang der Staubteilchen, die Bildung von Wakefeldern und nicht-Hamiltonische Dynamik. Im zweiten Aufsatz behandle ich das vorrangige Beispiel eines nicht-Hamiltonischen Prozesses in zweidimensionalen (2D) Plasmakristallen: Die Modenkopplungsinstabilität (MCI), induziert durch die wakevermittelte Wechselwirkung der Staubteilchen. Durch das Einbinden des Formalismus einer linearen Plasmarückantwort (zur eigenständig kohärenten Beschreibung der Teilchenwechselwirkung) wird die bisherige Theorie erweitert. Ich verwende dazu die Ergebnisse des ersten Aufsatzes für subthermale und suprathermale Ionenströme. Ein Abbildungsverfahren setzt die eigenständig kohärenten Kopplungskoeffizienten und das effektive Dipolmoment der Wakes miteinander in Beziehung. Das Dipolmoment ist ein fundamentaler Parameter, welcher die Modenkopplung im üblicherweise verwendeten "Yukawa-Punktwake-Modell" charakterisiert. Ich wende das Abbildungsverfahren auf verfügbare experimentelle Daten an. Die resultierende Größenordnung des Dipolmoment zeigt in mehreren Fällen das Vorliegen starker Modenkopplung an. Diese wurde zuvor nie systematisch untersucht. Dieses Ergebnis motiviert die Untersuchungen der dritten Veröffentlichung: Ich studiere den Einfluss starker Staubteilchen-Wake-Wechselwirkungen auf Dispersion und Polarisation von Staubgittermoden in 2D-Plasmakristallen. Die starke Kopplung bewirkt eine "Anziehung" zwischen den Moden und macht ihre Polarisationen elliptisch. Bei Hybri- disierung rotieren die Hauptachsen der Lissajous-Ellipsen um 45° (bleiben aber weiterhin senkrecht zueinander). Um die Implikationen für Experimente aufzuzeigen, berechne ich die entsprechenden Teilchenbahnen und spektrale Dichten der longitudinalen und transversalen Moden. Beide Observablen offenbaren deutliche Spuren elliptischer Polarisation. Abschließend untersuche ich die Verschiebung der Hybridisierung bei starker Kopplung. Der Effekt ist signifikant: Das Einsetzen der Hybridisierung erfolgt bei Wellenzahlen welche merklich kleiner sind als die Grenze der Brillouin-Zone (wo die Hybridmode bei schwacher Kopplung zuerst auftritt).

Bringt man Mikropartikel in ein Plasma ein, so laden sie sich elektrisch auf, man spricht von einem "`Komplexen Plasma"'. Das Komplexe Plasma besteht damit aus Elektronen, Ionen, Neutralgasteilchen und den (meist negativ) geladenen Staubpartikeln. Alle diese Teilchen wechselwirken miteinander. Mit Hilfe eines Lasers und einer Kamera, können Position und Geschwindigkeit der Staubpartikel ermittelt werden. Bei herkömmlichen Flüssigkeiten ist dies nicht möglich, da die Atombewegung nicht gleichzeitig räumlich und zeitlich in genügend hoher Auflösung zugänglich ist. In dieser Arbeit werden Ströme geladener Mikropartikel beschrieben, die in einem eigens dafür konstruierten Kanal fliessen. Im ersten Teil werden lineare Strömungen, im zweiten Teil ringförmige, quasi-unendliche Strömungen Komplexer Plasmen untersucht. Dabei steht die Frage nach den Grenzen des kooperativen Verhaltens der Teilchen im Vordergrund. Bei den linearen Strömungen geht es um kollektive Effekte in einer Laval-Düse. Die Untersuchung der Teilchenbewegung unter Schwerelosigkeit (während der Parabelflüge) auf kinetischem Level offenbart den Unterschied zwischen Einzelteilchenbewegung und der Strömung kleiner und großer Teilchenwolken. Im Labor wird die Bildung von Ketten unter Schwerkraft beschrieben. Die Analysen der Position, der Länge und der Stabilität der Ketten ergeben, dass ein bindendes Potential zwischen den negativ geladenen Staubteilchen vorhanden sein muss. In einer Erweiterung dieses Experiments zeigen sich Wellen. In horizontaler Konfiguration wird dargestellt, dass Wellen in Staubpartikelströmungen wie Wasserwellen am Strand brechen können. Das Hauptziel der Experimente mit ringförmigen Strömungen ist die Frage nach dem Strömungsverhalten bei der Bewegung um ein Hindernis. Die Antwort der Thermodynamik, dass in einem klassischen inkompressiblen Fluid das Produkt aus Geschwindigkeit und Querschnittsfläche konstant bleibt, wird für die hier untersuchten ringförmigen Strömungen nachgewiesen. Weiterhin wird das Ordnungsverhaltens der Partikel innerhalb der Strömung beim Passieren des Hindernisses analysiert. Dabei wird sehr detailliert gezeigt, wie Partikelbahnen verschmelzen oder neu entstehen. Es zeigen sich viele Analogien zu bekannten Systemen, wie z.B. dem Straßenverkehr, wenn etwa auf einer mehrstreifigen Straße eine Spur endet. Die gefundenen Ergebnisse unterstreichen eindrucksvoll die Eignung Komplexer Plasmen als interdisziplinäres Modellsystem zur Analyse dynamischer Vorgänge in der Natur.

In dieser Arbeit habe ich die Eigenschaften der interstellaren Staubpartikel untersucht, wie sie sich aus deren Wechselwirkung mit Roentgen strahlung ergeben. Tatsaechlich werden Photonen, die von einer entfernten Punktquelle stammen, von den Staubteilchen nicht nur absorbiert sondern auch in Vorwaertsrichtung gestreut. Ich habe mehrere Quellen untersucht, die mit unterschiedlichen Instrumenten an Bord der Roentgen satelliten Chandra und XMM beobachtet wurden. Dabei lag der Schwerpunkt sowohl auf den Absorptionsmerkmalen, die das interstellare Medium den Spektren eingepraegt hat, als auch auf der spektralen und raeumlichen Untersuchung der gestreuten Strahlung, die einen Halo aus schwacher diffuser Emission um die Punktquelle erzeugt. Als vorlaeufigen Schritt habe ich die instrumentelle Punktbildfunktion der EPIC-pn-Kamera und der ACIS-Kamera (an Bord von XMM beziehungsweise Chandra) bestimmt unter Benutzung von Daten aus der Flugphase, und diese mit Vorhersagen aus Bodenkalibrationen verglichen. Eine genaue Kenntnis der Punktbildfunktion ist unerlaeßlich fuer eine korrekte Bestimmung der Flaechenhelligkeitsverteilung der ausgedehnten gestreuten Emission. Aus der Analyse von sieben Chandra-Quellen (beobachtet mit ACIS-S und ACIS-I) ergibt sich, daß fuer einige Quellen (namentlich Cen X-3 und der Große Annihilator die Form der Flaechenhelligkeitsverteilung eine einfache gleichförmige Verteilung der Staubkörner entlang der Sichtlinie ausschließt und stattdessen ein Modell mit einem geklumpten Medium bevorzugt wird. Dies ist in uebereinstimmung mit der Geometrie der Galaxis selbst: ein Sehstrahl kann einen oder mehrere Spiralarme durchdringen oder auch mehrere Wolken. Ich habe einige Bedingungen fuer die Lage dieser Staubklumpen aufstellen können. Die Untersuchung der ausgewaehlten Quellen, zusammen mit Daten von frueheren Missionen, hat es mir erlaubt, die innere Struktur der Staubkörner einzugrenzen, und die Grenzen der Streutheorie zu analysieren, wenn diese auf astrophysikalische Objekte angewandt wird. Ich habe mit einer weiteren Auswahl von Chandra-Quellen, die mit dem HETG-Spektrometer beobachtet worden waren, ein besonderes Absorptionsmerkmal (die sogenannten XAFS) untersucht, das von den festen Teilchen im interstellaren Medium verursacht wird. Die am meisten absorbierten Quellen erscheinen als die besten Kandidaten fuer eine erflgreiche Erkennung der XAFS. Da der Absorptionsquerschnitt fuer Staub den fuer Gas oberhalb von 1.3 keV uebersteigt, sind die Elemente mit erwarteten XAFS Magnesium und Silizium. Mittels Beobachtungen von XMM habe ich anhand von Daten des RGS-Spektrometers und der EPIC-pn-Kamera zwei Roentgen-Doppelstenssysteme (LMXB) untersucht ({em Cyg X-2, GX,339-4}). Cyg X-2 ist eine "schwache Haloquelle", was bedeutet, daß die Staubsaeulendichte relativ gering ist. Wegen dieser bei weichen Roentgen energien nur moderaten Absorption konnte der Bereich unterhalb 1 keV sowohl durch Streuung (mittels des Halospektrums) als auch durch Absorption (durch das hochaufgelöste RGS-Spektrum der absorbierten Quelle). Von diesem gestreuten Spektrum konnte -- erstmals -- the Streueigenschaften der Elemente im Staub bestimmen. Die Daten konnten gut an eine Mischung aus Graphit und Silikaten angepaßt werden. Bei der Untersuchung des RGS-Spektrums lag der Schwerpunkt auf der komplexen Struktur der Sauerstoff-Kante und der Eisen-L-Kante, wo viele Absorptionsmerkmale gefunden wurden, und ich habe die beobachteten resonanten Uebergaenge im Lichte neuer Labormessungen identifiziert.