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Das Raumschiff Yonjuni mit seiner Besatzung aus
Spezialrobotern zur Erkundung des Alls
ist unterwegs zum Zentrum der Milchstraße.
Neben vielen anderen Messdaten funkt es auch
die Bilder von drei Kameras zur Erde:
Kamera 1 blickt in Flugrichtung, Kamera 2
zur Seite (in Flugrichtung rechts) und
Kamera 3 nach hinten.
Nach vielen Jahren Flugzeit ist die Erde
schon längst nicht mehr sichtbar und
die Sonne ist nur noch ein Stern unter vielen.
Der Blick nach draußen zeigt die Milchstraße
als Band aus Sternen, leuchtendem Gas und
dunklen Staubwolken.
Die Kameras sind auf Weitwinkelaufnahmen eingestellt:
Mit 90 Grad Öffnungswinkel in der Waagrechten
ergänzen sich ihre Bilder zu einem Panoramablick,
der von der Flugrichtung über die rechte Seite
bis zum Blick zurück reicht.
Da gibt der zentrale Bordcomputer eine Warnung heraus.
Das Raumschiff erfährt von außen eine Beschleunigung,
so als wäre ein Planet oder ein Stern in der Nähe;
auf den Kamerabildern ist aber kein naher Himmelskörper zu sehen.
Die automatische Steuerung klassifiziert das Ereignis
als "wissenschaftlich interessant",
"rechtfertigt Kursänderung", "vermutlich harmlos"
und richtet den Kurs des Raumschiffes darauf aus.
Kamera 1 wird vorübergehend auf Zoom gestellt
und entdeckt einige Zeit später im Sternbild Schwan
eine kleine ringförmige, verwaschene Struktur.
Die wissenschaftliche Software
hat sie zu diesem Zeitpunkt bereits identifiziert:
Es handelt sich um ein Schwarzes Loch von 10 Sonnenmassen,
dem sich das Raumschiff inzwischen bis auf 1,2 Millionen Kilometer
genähert hat.
Diese Gelegenheit, die Gravitation in unmittelbarer
Nähe eines Schwarzen Lochs experimentell zu untersuchen,
ist einmalig.
Mit der hundertfachen Erdbeschleunigung halten die Photonentriebwerke
den Abstand zum Schwarzen Loch konstant,
während Kreiselexperimente angeworfen werden, die den
Drehimpuls des Schwarzen Lochs bestimmen sollen.
Bei den leichtgebauten beweglichen Servicerobotern treten leichte
Deformationen und erste Fälle von Materialermüdung auf.
Der Energieverbrauch ist enorm; das Raumschiff darf hier
nur eine kurze Zeit verweilen, um den Erfolg der Mission nicht
zu gefährden.
Ein kosmisches Teilchen durchquert den EDV-Bereich
des Raumschiffs und setzt das Bit "Treibstoff reicht
für den Rest der Mission" permanent auf wahr.
Der Bordcomputer leitet die weitere Annäherung an das Schwarze Loch ein.
Bei einer Beschleunigung von 15 Millionen g stabilisiert sich das
Raumschiff in 3000 km Höhe; die Roboter sind inzwischen Metallschrott.
Die ringförmige Struktur ist jetzt deutlich sichtbar.
Sie kommt dadurch zustande, dass
Lichtstrahlen in der Nähe des Schwarzen Lochs abgelenkt
werden. Die Gas- und Staubwolken, die weit
hinter dem Schwarzen Loch liegen, erscheinen bogenförmig
verzerrt.
Im Zentrum der Struktur wird der Zentralbereich des Schwarzen Lochs
als kleine, vollkommen schwarze Scheibe sichtbar.
Beim nächsten Stop in 600 km Entfernung (400 Millionen g verhindern
den Sturz in das Schwarze Loch)
erkennt man deutlich Doppelbilder: innerhalb des Kreises ist
die gesamte Milchstraße ein zweites Mal zu sehen.
In 150 Kilometern Entfernung (9 Milliarden g)
nimmt der schwarze Zentralbereich
bereits einen erheblichen Teil des Blickfelds ein,
90 km oberhalb des Horizonts
(30 Milliarden g)
füllt er sogar das gesamte Blickfeld von Kamera 1.
Der so genannte Photonenradius ist erreicht: Das Schwarze Loch
nimmt genau die halbe Himmelskugel ein. Höhe: 45 km,
Beschleunigung 100 Milliarden g.
In 30 km Höhe (bei 200 Milliarden g)
überdeckt das Schwarze Loch mehr als die Hälfte
der Himmelskugel.
In 13 km Höhe: das Raumschiff hält sich mit 650 Milliarden g in
einer festen Position.
Nur beim Blick zurück ist der Sternenhimmel noch zu sehen;
nach vorne und zur Seite herrscht Dunkelheit.
Mit 2 Billionen g hält das Raumschiff für einen kurzen Augenblick
4 km Abstand zum Horizont.
Der Blick zurück zeigt
in einem kleinen Ausschnitt des Sichtfelds den gesamten Himmel;
von jedem Stern sind mehrfache Bilder zu sehen.
Bordcomputer an Tanegeshima Space Center: ENDE DER MISSION
Anmerkung 1:
Wenn Sterne von einer stationären Position in der Nähe
eines Schwarzen Lochs aus beobachtet werden, dann
erscheint ihre Strahlung zu kürzeren Wellenlängen
verschoben und in der Intensität verstärkt:
sie sehen blauer und heller aus als gewohnt.
Gleichzeitig ändert sich der Anblick der Milchstraße:
Strahlung, die nah am Schwarzen Loch im Sichtbaren beobachtet wird,
wurde in großer Entfernung im Infraroten emittiert.
Von den Gas- und Staubwolken,
die im Optischen so auffällig sind, ist dann nichts mehr zu
sehen. Sie sind im Infraroten durchsichtig. Stattdessen
erblicken wir Sterne, die bisher von den Wolken verdeckt
waren.
Diese Effekte sind in den obigen Bildern nicht berücksichtigt.
Anmerkung 2:
Oben ist von gigantischen Beschleunigungen die Rede:
Ein Antrieb, der sie erzeugen könnte,
ist genauso utopisch wie ein Raumschiff, das sie aushalten
würde.
Dieselben optischen Effekte kann man aber auch bei
viel kleineren Beschleunigungen beobachten.
Dazu muss nur das Schwarze Loch eine genügend große Masse haben.
Um z.B. mit 1 g beim 1,005fachen Schwarzschild-Radius zu verharren (das entspricht oben der letzten Station),
braucht man ein Schwarzes Loch mit 20 Billionen Sonnenmassen.
Quellenhinweis:
Die Bilder benutzen Axel Mellingers All-Sky Milky-Way Panorama
(in reduzierter Auflösung), siehe
http://home.arcor-online.de/axel.mellinger/allsky.html
[Ute Kraus, AEI und
Theoretische Astrophysik, Universität Tübingen]
Die relativistischen Grundkonzepte, die diesem Vertiefungsthema zugrundeliegen,
werden in
Einstein
für Einsteiger erklärt, insbesondere im Abschnitt
Schwarze Löcher & Co..
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 Tempolimit Lichtgeschwindigkeit
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