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Sternengeschichten Folge 424 Röntgen. Astronomie. Astronomie ist super. Das kommt jetzt vermutlich wenig überraschend. Denn immerhin erzähle ich ja schon seit 423 Folgen, was das Universum an spannenden Geschichten zu bieten hat, was aber nichts am grundlegenden Befund ändert. Die Astronomie ist super, denn so gut wie alles im Universum ist wahnsinnig weit weg. Normalerweise sollte man davon ausgehen, dass man gar nichts über Objekte herausfinden kann, die Hunderttausende, Millionen oder Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind.

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Das können wir aber, weil die Astronomie super ist. Und keine Sorge, ich höre schon wieder auf mit der Lobhudelei, sondern erkläre stattdessen, wie genau die Astronomie es schafft, so super zu sein, wie sie ist. Vor allem deswegen, weil sie extrem gut schauen kann. Das ist ja auch das einzige, was der Astronomie übrig bleibt. Direkt erforschen kann man die Phänomene im Universum nur sehr selten. Gerade mal ein paar Himmelskörper in unserem eigenen Sonnensystem haben wir mit Raumsonden vor Ort untersucht.

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Alles andere müssen wir uns aus der Ferne anschauen. Und die Astronomie? Die hat gelernt, das besser zu tun als alle anderen. Jahrtausende lang ist den Menschen nur die Untersuchung des normalen Licht der Sterne geblieben und als Beobachtungs Instrument hat man nur die eigenen Augen gehabt. Dann ist das Teleskop gekommen und später hat man rausgefunden, dass da noch viel mehr Licht zu sehen ist. Darüber habe ich in den Sternengeschichten schon oft gesprochen. Über die Infrarotstrahlung, die ultraviolette Strahlung und so weiter.

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Über den ganzen Rest des so genannten elektromagnetischen Spektrums. Dass es alles Licht, von dem unser Auge aber nur einen kleinen Teil wahrnehmen kann. Die künstlichen Augen der Astronomie, die können aber auch den ganzen Rest sehen. Und über einen sehr faszinierenden Teil dieses Rests und dessen Beobachtung gehts heute nämlich die Röntgen Astronomie Röntgenstrahlung. Die kennen wir aus dem Alltag vor allem dann, wenn wir aus medizinischen Gründen damit beleuchtet werden. Oder besser gesagt durchleuchtet werden. Denn aus medizinischer Sicht ist ja das Besondere an dieser Strahlung die Tatsache, dass sie menschliches Gewebe und andere Stoffe leicht durchdringen kann, von dichteren Objekten wie unseren Knochen aber absorbiert wird.

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Ein Röntgenbild zeigt uns also, wie wir innendrin ausschauen. Über die Entdeckung der Röntgenstrahlung und die medizinischen Anwendungen will ich heute mal nicht reden, obwohl das auch eine sehr faszinierende Geschichte ist. Stattdessen schauen wir uns die Strahlung selbst ein bisschen genauer an Die Röntgenstrahlung kann unseren Körper deswegen durchdringen, weil ihre Wellenlänge sehr klein ist. Normales Licht hat Wellen, die 430 bis 640 Nanometer groß sind, also ein paar hundert Milliardstel Meter. Das ist schon ziemlich wenig. Aber Röntgenstrahlen sind noch viel kleiner, noch viel kurzweiliger.

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Deren Wellenlängen. Die liegen zwischen 10 Piko Metern und 10 Nanometern, also zwischen einem 10 Billionen Stolen Meter und einem 10 Milliardstel Meter. Ob Wohls bei Röntgenstrahlen eigentlich üblich ist, nicht die Wellenlänge anzugeben, sondern die Energie. Ja, Lichtwellen haben wir auch eine Energie, und zwar umso mehr, je kürzer die Wellenlänge ist. In diesem Fall geht es um Werte zwischen zirka 0,1 und 500 Kilo Elektronen Volt und ein Elektronen Volt. Das ist die Menge an Energie, um die sich die Bewegungsenergie eines Elektrons verändert, wenn es durch ein elektrisches Feld mit einer Spannung von einem Volt fliegt.

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Das ist eine Definition und eine übliche Energie Einheit. Die Energie von normalen, also für unsere Augen sichtbares Licht. Die liegt zirka zwischen 1,5 und 3,3 Elektronen Volt. Bei Röntgenstrahlen geht es aber um Kilo Elektronen Volt, also tausend mal so viel Energie. Die etwas Langweiligeres Röntgenstrahlen mit niedrigeren Energien von ungefähr zwei Kilo Elektronen Volt. Die wird oft auch als weiche Röntgenstrahlung bezeichnet. Die Strahlung mit mehr Energie als harte Röntgenstrahlung. Da bleiben jetzt auf jeden Fall noch zwei Fragen, nämlich Was im Universum erzeugt eigentlich Röntgenstrahlung und wie beobachtet man das?

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Die Antworten so gut wie alles und sehr schwer. Das Problem bei der Beobachtung von Röntgenstrahlung aus dem All liegt darin, dass die unsere Atmosphäre nicht durchqueren kann bzw. ist es nur ein Problem für die Astronomie. Ansonsten ist es schon sehr ok. Denn zu viel dieser hochenergetischen Strahlung ist für Lebewesen durchaus gefingert. Ehrlich. Es ist also gut, dass wir auf der Erde davor geschützt sind und die vielen Lufft Moleküle die Strahlung absorbieren, anstatt bis zum Boden durchzulassen. Aber wenn wir die beobachten wollen, dann braucht es eine Lösung.

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Die hat sich aber erst sehr spät gefunden. Schon in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gab es Vermutungen, dass z.B. auch unsere Sonne Röntgenstrahlung abgibt. Das war z.B. eine Idee vom amerikanischen Physiker Edward Olsen halbiert, die 1938 gehabt hat. Aber niemand ist so weit nach oben gekommen, um auch konkret nachschauen zu können. Da war die Atmosphäre der Erde immer im Weg. Das ist erst nach dem Zweiten Weltkrieg gelungen. Als man dann in Amerika die in Deutschland im Krieg erbeuteten V2 Raketen auch zu wissenschaftlichen Zwecken einsetzen konnte.

[00:06:03]

Die echte Röntgen Astronomie, die hat am 5. August 1948 begonnen, als genau so eine Rakete von einem Startplatz in New Mexico aus ins All geflogen ist. Mit an Bord war ein Detektor für Röntgenstrahlung und der hat genau das gemacht, was er tun sollte, nämlich detektiert. Allerdings nur kurz, denn die Rakete hat auch nur einen kurzen Ausflug gemacht. Sie hatten eine Höhe von 166 Kilometern erreicht und ist danach wieder zurück auf die Erde gefallen. Aber weitere Raketen mit weiteren Detektoren sind gefolgt und man hat einwandfrei nachweisen können, dass die Sonne auch im Röntgen Licht leuchtet.

[00:06:44]

Wenn was nicht überraschend ist, denn die Sonne ist heiß, vor allem ihre äußerste Atmosphären Schicht. Die Korona, über die ich schon in Folge 134 ausführlich gesprochen habe. Und je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Teilchen dort. Und wenn jetzt zum Beispiel sehr, sehr schnelle Elektronen mit anderen Atomen kollidieren, dann werden die Elektronen abgebremst. Dabei geben die Energie in Form von Strahlung ab, die passenderweise Brehms Strahlung genannt wird. Und diese Strahlung ist kurz wellige Röntgenstrahlung.

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Man kann aber auch Atome dazu bringen, direkt Röntgenstrahlung abzugeben, wenn man jede Menge Energie interner Atom hinein steckt. Dann können die Elektronen aus der Atom Hülle des Atoms herausgelöst werden. Die sind dann nicht mehr an den Atomkern gebunden und das Atom wird ionisiert genannt. In die freigewordenen Plätze können dann aber andere Elektronen quasi hineinfallen und auch dabei geben sie Energie ab und wieder machen sie das in Form von Röntgenstrahlung. Man kriegt im Universum also immer dann Röntgenstrahlung, wenn irgendwo hohe Temperaturen und große Energien involviert sind, was in der Korona der Sonne natürlich der Fall ist.

[00:08:00]

Aber nicht nur dort. 1962 z.B., da wollte man mal schauen, wie denn der Mond so im Rampenlicht ausschaut, wenn der natürlich nicht heiß, der reflektiert aber erstens die Strahlung der Sonne. Und wenn Röntgenstrahlung von der Sonne auf die Mondoberfläche trifft, dann könnten dort vielleicht auch interessante Prozesse stattfinden, hat man gedacht, die man genauer erforschen wollte. Also hat man wieder einen Röntgen detektor mit einer Rakete ins All geschossen. Das mit dem Röntgenbild des Mondes, das hat damals nicht geklappt.

[00:08:32]

Dafür hat man aber überraschenderweise eine andere Quelle von Röntgenstrahlung gefunden und zwar irgendwo am Himmel in Richtung des Sternbild Skorpion. Deswegen hat man das Ding auch Scorpius X 1 genannt, was ein bisschen nach Science Fiction klingt, ja aber damit nix zu tun hat, sondern einfach nur die erste Röntgen Quelle im Sternbild Skorpion bezeichnet. Und weil Röntgen auf Englisch Extras Strahlen heißt, kommt da halt dieses X mit rein. Das war auch die erste rankten Quelle außerhalb des Sonnensystems, die man überhaupt beobachtet hat.

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Und der italienisch amerikanische Astronom Ricardo Diakonie hat dafür und für jede Menge weitere Forschung zerrütten Astronomie im Jahr 2002 den Nobelpreis für Physik bekommen. Davor hat man aber erst einmal klären müssen, was denn da jetzt im Skorpion im rankten Licht leuchtet. Das war ein Doppelstern bzw. ein ehemaliger Doppelstern. Der eine der beiden Sterne. Der hat sein Leben schon beendet und ist seinem Neutronenstern geworden als ein extrem kompakter Stern, den Rest mit enorm hoher Dichte und einer enorm starken Gravitationskraft in seiner unmittelbaren Umgebung, damit Cider Material vom noch übrig gebliebenen zweiten Stern an, das sich in einer Scheibe um den Neutronenstern sammelt und angetrieben von dieser Gravitationskraft extrem schnell herum wirbelt.

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Das erzeugt hohe Temperaturen, hohe Energien und damit Röntgenstrahlung. Und genau die hat man 1962 beobachtet. Bis 1970 habe man ungefähr 40 rankten Quellen im Universum gefunden und. Kam Uhuru. Das war der erste echte Röntgen Satellit. Die NASA hat den am 12. Dezember 19 €70 ins All geschickt, wo er dann bis 1973 beobachtet hat und erstmals den gesamten Himmel im Röntgen Licht abgesucht hat. Dabei habe man insgesamt 300 Röntgen Quellen gefunden, weitere Röntgen Doppelstern wie Scorpius x 1 man hat aber auch das extrem heiße und extrem dünne Gas zwischen fernen Galaxien im Röntgen Licht Leuchten gesehen und jede Menge andere coole Sachen.

[00:10:49]

Die Technik von Uhuru, die war simpel der Detektor. Das war einfach nur eine Blei Platte mit Löchern und hinter den Löchern waren Sensoren. Was aber auch heißt, dass man nur die Röntgenstrahlung messen konnte, die genau durch so ein Loch auf einen Sensor gefallen sind. Das Prinzip eines Teleskops. Das besteht aber normalerweise darin, dass man viele verschiedene Lichtstrahlen mit einem optischen System so umlenken und auf einen einzigen Punkt konzentriert, dass man deutlich mehr und besser sehen kann als nur mit den Augen.

[00:11:23]

Das geht mit normalem Licht auch sehr gut. Das geht auch mit Infrarotstrahlung, mit DRadio Strahlung oder UV-Strahlung, Röntgenstrahlen. Die lassen sich mit normalen Spiegeln aber nicht mehr so gut kontrollieren. Die würden da einfach durchgehen oder vom Spiegel absorbiert werden. Deswegen verwendet man hier eine Konstruktion, die nach ihrem Erfinder, dem deutschen Physiker Hans Wolter, als Walter Teleskop bezeichnet wird. Denn wenn ein Röntgenstrahlen unter einem sehr, sehr flachen Winkel auf einen Spiegel trifft, dann kann er tatsächlich reflektiert werden.

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Um die Lichtausbeute zu erhöhen, muss man aber die richtigen Spiegel mit den richtigen Formen auf die richtige Weise zusammenbasteln. Vereinfacht gesagt besteht so ein Volta Teleskop aus mehreren unterschiedlich gekrümmten Spiegeln, die mehrfach ineinander verschachtelt sind, weil es so erhöht man die Chance, dass ein Röntgenstrahlen gerade im richtigen Winkel im richtigen, sehr, sehr flachen Winkel auf irgendeinen dieser verschachtelten Spiegel trifft und dann passend abgelenkt werden kann. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung ist ja klein und je kürzer die Wellenlänge ist, desto glatter muss auch die Oberfläche eines Spiegels sein, auf denen diese Wellen treffen sollen.

[00:12:40]

Bei Volta Teleskopen dürfen die Ungenauigkeiten nur wenige Millionstel Millimeter betragen. Und darum hat es auch bis 1978 gedauert, bis das Einstein Observatorium ins All geflogen ist. Das war ein Satellit und der hat das erste Volta Teleskop mit an Bord gehabt. Mittlerweile ist die Technik ausgereift und im Lauf der Jahre haben wir einige große Röntgen Observatorium ins Weltall gebracht z.B. X mhmm Newton und Chandra. Die sind beide im Jahr 1999 ins All geflogen. Exam Newton das kam von der europäischen Raumfahrtagentur ESA.

[00:13:19]

Und dort hat man gleich drei wolt Teleskope mit dabeigehabt, die aus jeweils acht und fünfzig ineinander verschachtelten Spiegel Schalen bestehen, von denen die größte einen Durchmesser von 70 Zentimetern hat. Chandra hat vier Paare an verschachtelten Spiegeln, von denen der größte 123 Zentimeter misst. Wir haben das Universum mittlerweile auch im Röntgen lig genau beobachtet. Wir haben damit die Zentren ferner Galaxien gesehen, wo Unmengen an heißem Gas und gewaltige schwarze Löcher wirbeln. Wir haben kleine schwarze Löcher in unsere eigene Milchstraße beobachtet, die ihre Partner Sterne langsam auffressen.

[00:14:01]

Wir haben das dünne Gas zwischen den Sternen und den Galaxien erforscht und die Eruptionen auf der Sonne und anderen Sternen. Wir haben die Geburt von Sternen beobachtet und ihren Tod.

[00:14:13]

Immer wenn die Dinge irgendwo im Universum besonders schnell, heiß oder explosiv werden, dann leuchtet Röntgen Licht auf und wir haben die passenden Augen, um das zu sehen. Astronomie ist super.