Auch die Pulsare verlieren ihren Rhythmus

• 1 Styroporkugeln mit beliebig grossen Durchmesser (empfehlen wir Ihnen 10 cm)
• 1 Blatt farbiges Papier
• 1 langer Zahnenstocher
• 2 (kleine) Velolichter
• Animation + illustrative Bilder (link für download: image1, image2, image3, animation)
• Telefon/Computer um Animation und Bilder zu reproduzieren
• Behälter mit Wasser
• Styroporkugeln (2 oder mehr)
• Lange Zahnenstocher
• Klebeband
• Papier Klebeband

Fü den Bau der Pulsaren

• Holzperlen mit Durchmesser von 2 – 3 cm
• Blatten weisses oder farbiges Papier
• Marker

Einleitung

1. Zuerst, die Tailnehmer begrüssen und vortellen. Stellen Sie die Aktivität kurz vor, eine Diskussion zwischen Ihnen un der Gruppe zu fördern, als eine einseitige Erklärung. Sie können dazu Frage stellen, wie zum Beispiel: “Willkommen in Labor “Auch die Pulsare verlieren ihren Rhythmus!” Sie denken, wqas werden wir tun? Haben Sie schon mal von einem Pulsar gehört? Wissen Sie, was sie sind?”

2. Dann erzählen Sie, was die Pulsare sinf.
Pulsare sind kleine Sterne (mit einem Durchmesser von circa 20 km), die sich sehr schnell um sich selbst drehen . Sie sind die Überreste von Sterne, unsere Sonne ähnlichen, aber blau und viel schwerer. Am Ende ihres Lebens, explodieren sie, und geben das ganze Material, aus dem sie bestehen. Im Zentrum dieser Explosionen (die Astronomen Supernovae nennen) befindet sich der “Kern” des Stern, der nicht explodiert ist, und sich immer noch schnell um sich selbst dreht.
(Zeigen Sie die folgende Bilder bei der Erklärung)

Ein blauer Stern, der schwerer als unsere Sonne ist (Rigel, links); der Rest nach seiner Explosion (der Krebsnebel, in der Mitte); und ein Nahaufname des Pulsars in der Mitte (rechts).

3. Langsamere Pulsare brauchen 20 Sekunde um sich selbst zu drehen, während die schnellste und gängigsten Tausendstel der Sekunde benötigen (lassen die Gruppe erleben, wie “klein” eine Millisekunde ist: versuchen Sie, die Hände in einer Sekunde so oft wie möglich klatschen zu lassen – sie werden nie tauden Mal pro Sekunde erreichen!).

4. Die schnelle Rotation der Pulsaren; dadurch wird das verbleidende Gas über lange, mächtige Düsen, die wir auf die Erde als rhythmische und extrem präzise Impulse empfangen.
Was wir sehen, ist der Augenblick, in dem der Lichtstrahl auf uns gerichtet ist. Um eine vertrautete Analogie zu machen, denken wir an die Leuchttürme, die in den Häfen sind: von weitem, scheinen Lichter (Impulse) an und aus zu leuchten: Wahrhaftig, handelt es sich um ein Licht, das sich selbst dreht. Wir können das Licht des Leuchtfeuers nur sehen, wenn sie – während der Lichtrotation – auf uns zeigt.
(Um bei der Erklärung zu helfen, nutzen Sie das zuvor erstellete Modell: drehen Sie ihn von jedem Teilnehmer, um den “Leuchtenfeuer” Effekt zu reproduzieren).

5. Insbesondere, ist das Licht, das wir erhalten, für unsere Augen unsichtbar, und wird als Radioleuchte bezeichnet. Sie kann nur mit speziellen Teleskopen, sogenannten Radioteleskopen, gesehen werden.

Zwei Radioteleskope in Medicina, ein kleines Dork in der Nähe von Bologna.

Erster Teil – Sound Lab

In dieser Phase, representieren Teilnehmer die von einem Pulsar gesendete Impulse, indem sie mit einem Zauberstab auf ein improvisiertes Instrument schlagen (z. B. Schlagzeug, Töpfe und Gefässe, aber auch ein Stift, der auf einem Notizbuch schlägt). Diese Phase funktioniert gut mit bis zu 5 Personen.

6. Geben Sie jedem Teilnehmer ein Instrument und einen Stab zum spielen. Als Dirigent, fragen Sie nach dem Rhythmus, den sie bevorzugen, und beginnen damit, dass es nacheinander ausgeführt wird (fügen Sie die Instrumente einzeln hinzu). Egal, ob es schnell oder langsam ist: wichtig ist, dass sie es immer konstant halten können. Auf diese Weise, wird jeder einen anderen Pulsar simulieren.
Erinnern Sie Ihnen dass die Operation, die sie machen (ein Lichtsignal in ein Tonsignal umwandeln) nur eine Metapher ist. In der Realtät, erzeugen Pulsare keine Geräusche, sondern Radiolicht.

7. Ein wesentliches Merkmal der Pulsare ist die extreme Präzision ihrer Rotation. Dank ihrer Präzision, werden Pulsare zur Erkennung fast unmerklicher Phänomene, wie Gravitationswellen eingesetzt.
“Sie wissen, was Gravitationswellen sinde? Zeigen wir es mit einem einfachen Experiment!”

8. Nehmen Sie das Wasserbecken, und sagen dass die Wasseroberfläche den Raum darstellt: in der Ausgangssituation, ist das Wasser ruhig (der Raum leer).

9. Nehmen Sie nun die “T” Struktur, die zuvor gebaut wurde, und lassen Sie sie auf Wasserhöhe rotieren. Die angebrachte Styropor-Kugeln stellen zwei Sterne dar, die sich aber nebem einem anderen drehen. Beachten Sia, dass ihre Rotation zur Wellenbewegumgem führt: das sind die Gravitationswelle, die whrhafting auch im Weltraum zu beobachten sind (die folgende Animation anzeigen, falls dies als nützlich erachtet wird).

10. Sagen Sie dass die Pulsare von diesem Phänomen betroffen sind. Von der Erde aus beobachten wir eine Variation in der Periode/Rhythmus der Pulsare selbst, weil das Signal mehr oder weniger lange bruacht, um uns zu erreichen; sie folgen die Wellen, wie die Bojen den Wellen des Meeres folgen. Für uns sind die Veränderungen unmerklich, aber dank den hochempfindlichen Radioteleskopen, die von den Wissenschaftler eingesetzt werden, können sie auch die kleinsten Veränderungen in ihrem Tempo erkennen!

11. Zeit, die Passage einer Gravitationswelle zu simulieren, die im vorigen Experiment simuliert haben. Zeigen Sie der Gruppe, was passiert, wenn eine Welle durch die Pulsare geht: simulieren Sie ein rhythmisches Tempo für einige Sekunde; heben Sie plötzlich die Hände höher, und dann wieder Rhythmus spielen (als ob du von einer Meereswellen getroffen wärst, die dann die Hand, mit der Sie spielen, hebt und senkt).

12. Jetzt lassen Sie alle zusammen versuchen: Jeder beginnt mit seinem eigenen Rhythmus: auf das Signal der Moderator, kommt die Welle, die den Rhythmus der Pulsare verändert.

13. Bitten Sie die Gruppe um einen Freiwilligen, der als Astronom spielt, und versucht herauszufinden, aus welcher Richtung die Gravitationswelle kommt. Sie verbinden ihn, und bitten ihn, seine Arme (wie eine Radioantenne!) zu öffnen, und bitten Sie die anderen, um ihn zu richten.

14. Die Pulsare senden ihre eigene Impulse, einer nach dem anderen. Durch ein vorher vereinbartes Signal (zum Beispiel, ein Winken oder eine Hand auf die Schulter) signalieren Sie den Durchgang durch einen einzelnen Pulsar. Warten Sie ca. 10 Sekunde, bevore sie die nächste Welle starten. Wenn Sie es für richtig halten, stoppen Sie die Pulsare, nehmen Sie die Bandage vom Astronomen ab, und bitten ihn zu erraten, aus welcher Richtung die Welle kommt.

15. Sie wechseln die Person in der Mitte, so dass alle Teilnehmer der Gruppe mindestens einmal den Astronom spielen. Wenn genügend Zeit vorhanden ist, können Sie auch mehrere Schichten machen (oder eine schwierigere Ebene, in der Sie das Passieren von zwei Gravitationswelle simulieren).

Zweiter Teil – Bau von Pulsaren

Die letzte Phase des Labors besteht in der Konstruktions eines Pulsars für jeden Teilnehmer, damit jeder eine Erinnerung an die Aktivität mit nach Hause nimmt.

16. Legen Sie auf dem Tisch weisse und farbige Blätter in ca 7.5 x 5.5 cm Streife aus, und lassen Sie jeden Teilnehmer zwei Farben seiner Wahl auswählen (eventuell, personalisieren Sie mit Filzstiften).

17. Mit jedem Streifen, einen sehr schmalen Kegel machen lassen (oder machen Sie selbst bevore, wenn Sie wenig Zeit haben). Vielleicht befestigen Sie es mit Klebeband. Die zwei Kegel (die Lichtstrahlen darstellen) werden in die Löcher einer Holzperle gesteckt (die den Pulsar darstellt). Sie haben einen ganz persönlichen Pulsar geschaffen!

Beispiel von einem Pulsar als Gadget (hier mit weisser Folie, zur Veranschaulichung).

Supernovae

Eine Supernova ist eine spektakuläres Ereignis, das die Exsplosion einer sehr massenreichen Sterns, mehr als achtmal die Sonne, markiert. Das emittierte Licht ist so groß wie die Sonne in eine Milliarde Jahren.
Supernovae sind entscheidend in der Bildung der chemischen Elemente des Universums. Überschuss an Wasserstoff, Helium und Lithium, gebildet im Urknall, wie alle andere Elemente, wie Kohlenstaff und Sauerstoff, werden in den Sternen gebildet. Nach der Explosion der Supernovae, wird das chemische Material der Sterne in den Kosmos freigesetzt. Daraus entstehen neue Sterne un Planeten (wie di Erde): in diesem Sinne, sind wir wirklich “Kinder der Sterne”!

Zwei Beispiele von Supernovae, wo die verschiedene Farbe den unterchiedlichen chemischen Elemente entsprechen, die durch die Explosion in die Umwelt freigesetzt werden.

Pulsar

Ein Pulsar (aus Kombination der Englischen Worten “pulsating star”, oder “pulsierender Stern”) ist ein kleiner Stern (mit einem Durchmesser von ca 20 km) der sehr schnell um sich selbst dreht, bis zu 1000 Mal pro Sekunde. Die Pulsaren Reste von Sterne, die schwerer als unser Sonne sind (etwa acht bis a zwölfmal seine Masse), die am Ende ihres Lebens explodieren als Supernovae (siehe oben). Im Zentrum der Supernovae befindet sich der sehr kompakt “Kern” des Stern, der sich immer noch schnell um sich selbst dreht – das ist der Pulsar.

Durch die schnelle Rotation der Pulsare wird das Gas herum durch lange kräftige Düsen geschleudert. Aufgrund diesere Strahlen, emittieren die Pulsare intensive Lichststrahlen, die wir auf der Erde als rhythmische und äusserst präzise Impulse empfangen.

Radiowellen

Radiowellen sind eine Art elektromagnetische Wellen (der physische Namen, der dem Phänomen der Licht gegeben wird). Diese Wellen sind für das msnchliche Auge nicht sichtbat. Menschen nutzen sie für die Kommunikation: jedes drahtlose Gerät (Telephon, wi-fi Modem wi-fi, Computer, Auto-Fernbedienung, Radio, usw) ist so konzipiert, dass es Radiowellen sendet und empfängt, die dann in Töne und Bilder übersetzt werden (zum Beispiel Anrufe oder Nachrichten).
In Astrophysik werden Radiowellen, wie alle andere Lichtarten, sichtbar und unsichtbar, von einigen himmlischen Objekten ausgestrahlt. Um diese Wellen zu empfangen, müssen Radioteleskope verwendet werden. Das sind eine besondere Art von Teleskopen, die entwickelt wurden, um Radiowellen zu “sehen”.

Gesamtheit der bekannten elektromagnetischen Wellen.

Raumzeit

In Physik ist “Raumzeit” die 4-dimensionale Struktur des Universums, die Einstein in seiner Relativitätstheorie theorisierte.
Nach dieser These, hat das Universum eine Struktur mit 4 Dimensionen: 3 räumliche (Länge, Breite und Tiefe) und 1 zeitiliche. Auf diese Weise kann auch das Konzept der Schwerkraft erklärt werden, wie uns das folgende kurze Video erklärt (link)

Gravitationswellen

Gravitationswellen sind Schwingungen der Raumzeit, die mit Lichtgeschwindigketi reisen. Diese Wellen entstehen, wenn zwei Körper um einander kreisen. Je grösser die Masse, desto grösser die Welle.
Bis heute, sind die einzige Gravitationswellen, die wir erkennen konnten, sind die Ergebnisse der Vereinigung von zwei schwarzen Löchern, wie in diesem kurzen Video erklärt (link).