Nachdem wir im vorherigen Beitrag die Bedingungen für einen Kollaps interstellarer Gaswolken kennengelernt haben, schauen wir uns jetzt näher an, was beim Kollaps selbst geschieht.

Zur Erinnerung: Wenn interstellare Gaswolken kalt und dicht genug sind, übersteigt die Gravitationskraft den inneren Druck der Gaswolken und sie beginnen zusammenzufallen.

Potentielle Gravitationsenergie wird in Wärme umgewandelt

Gasteilchen werden durch die Gravitiation in die interstellare Wolke hinein gezogen. Durch Stöße wird die ins Zentrum gerichtete in ungerichtete Bewegung (Wärme) umgewandelt.

Die gravitative Anziehung beschleunigt die äußeren Schichten der Gaswolke in Richtung Zentrum (potentielle Gravitationsenergie wird in kinetische Energie umgewandelt; das Gleiche geschieht, wenn ein Stein zu Boden fällt: er wird schneller, verliert aber potentielle Energie). Die Zunahme an Geschwindigkeit entspricht einer Zunahme an kinetischer Energie – sprich Geschwindigkeit. Die Beschleunigung geht aber nicht ohne Störung vonstatten. Irgendwann stoßen die schneller werdenden Gasteilchen mit anderen zusammen. Dabei kommt es zu einer Umverteilung der kinetischen Energie bzw. der Geschwindigkeit der Stoßpartner. Sie ändern im allgemeinen ihre Geschwindigkeitsbeträge und -richtungen – abhängig von den konkreten Stoßparametern. Auf diese Weise wird gerichtete Bewegungsenergie in ungerichtete Bewegung, d.h. in thermische Energie, umgewandelt. Während sich die Wolke verkleinert, wird das Gas heißer!

Lichtaussendung nach Stoßanregung kühlt anfangs die Gaswolke

Schematische Darstellung der Anregung eines Elektrons in einen energiereicheren Zustand durch Stoß von Atomen. Nach der Anregung fällt das Elektron nach kurzer Zeit wieder in den Grundzustand zurück, wobei ein Photon mit der Differenzenergie emittiert wird.

Zunächst findet eine nur geringe Temperaturerhöhung statt. Es gibt nämlich einen Kühlmechanismus: Bei den Stößen findet nicht nur eine Umwandlung von gerichteter in thermische Bewegung statt; es geschehen auch energetische Anregungen innerhalb der Atome bzw. Moleküle (sog. Stoßanregung: Elektronen werden in höhere Energiezustände gebracht; Atome in Molekülen zu Schwingungen angeregt; Moleküle in Rotation versetzt). Da die Gesamtenergie bei einem Stoß erhalten bleiben muss, ist die Summe der kinetischen Energien der Gasteilchen nach einem Stoß kleiner als vor dem Stoß. Die Differenzenergie steckt in den angeregten Atom- bzw. Molekülzuständen. Die angeregten Zustände sind aber nicht stabil. Sie geben in sehr kurzer Zeit die durch Stöße aufgenommene Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung (Licht) wieder ab und fallen auf ihre energetischen Grundzustände zurück. Das Licht kann aufgrund der zu Beginn der Kontraktion noch recht geringen Teilchendichten aus der Wolke entweichen und Kontraktionsenergie abführen. Da die durch Kontraktion gewonnene kinetische Energie nicht vollständig in thermische Energie umgewandelt wird, findet eine Kühlung der Gaswolke statt. Über diesen Mechanismus wird der Temperaturanstieg am Anfang der Kontraktion gebremst.

Bei steigender Dichte funktioniert die Kühlung nicht mehr

Die Kontraktion selbst läuft jedoch ungebremst weiter, da die Massedichte und damit die Gravitationskraft steigt. Irgendwann ist die Dichte so groß, dass die erzeugten Lichtquanten (Photonen) mit Gasteilchen zusammen stoßen und von ihnen absorbiert werden. Das Licht kann nicht mehr entkommen, die Kühlung funktioniert nicht mehr und die Aufheizung der Gaswolke geht jetzt erst richtig los. Modellrechnungen zeigen, dass nach einigen tausend Jahren die kontrahierende Gaswolke eine Temperatur von ein paar tausend Grad erreicht hat. Diesen Zustand nennt man einen Protostern. Ein richtiger Stern ist das noch nicht, denn die Gaswolke ist immer noch sehr groß im Vergleich zu einem Stern und die Kernfusion – die Energiequelle der Sterne – hat noch nicht gezündet. Doch ist die weitere Entwicklung zum Stern ab dieser Phase der Kontraktion unvermeidbar: die Wolke wird kleiner und kleiner werden und sich dabei immer weiter aufheizen.

Was dann geschieht, betrachten wir im nächsten Teil der Beitragsreihe zur Sternentstehung.

Bereits im September hatte sich der Vorstand der Volkssternwarte Bonn dazu entschlossen, ein eVScope anzuschaffen. Diese Anschaffung wurde wegen Undichtigkeiten im Dach und unklarer Kostenlage für die Reparaturen vorerst zurückgestellt. Aber nachdem diese Reparatur kostengünstig durchgeführt worden war (Dachreparatur), konnte nunmehr auch das eVScope angeschafft werden.

Das eVScope ist eine völlig neue Art von Teleskop und löst bei einigen Personen sogar widerstreitende Gefühle bis hin zu massiver Ablehnung aus. Für die Anhänger der rein visuellen Astronomie ist es vielleicht zu elektronisch (auch wenn bei jeder Digitalkamera heute der Blick im Sucher ebenfalls ’nur‘ auf ein Display fällt) und für die überzeugten Anhänger der Astrofotografie ist die Qualität der erzeugten Bilder nicht gut genug.

Dabei liegt dieses Teleskop in Wahrheit irgendwo zwischen diesen beiden Welten und bietet eine vollständige Integration von Komponenten, wie sie bisher nicht gegeben war und eine Einfachheit und überraschende Erfolgserlebnisse selbst unter einem aufgehellten Stadthimmel.

Man benötigt im Betrieb lediglich das Stativ und das Teleskop. Nach dem Einschalten erkennt das Teleskop selbsttätig, wie es ausgerichtet ist und kann danach sofort das gewünschte Objekt anfahren. Auch hier sorgt eine erneute Felderkennung dafür, dass das Zielobjekt mitten im Bildfeld auftaucht. Neben dem Liveview gibt es die ‚Enhanced Vision‘, die für das eVScope auch namensgebend war. Hier werden intern einzelne Aufnahmen miteinander kombiniert, so dass sich in Summe bereits nach einigen Sekunden ein rauschfreies Bild mit enorm vielen Details und in Farbe ergibt, wie man es auch mit einem viel größeren Teleskop niemals sehen könnte.

Ich selbst benutze seit vielen Monaten privat ebenfalls ein eVScope und bin nach wie vor begeistert von dessen Eigenschaften. Deshalb berichte ich (seit über zwei Monaten wetterbedingt leider nicht) in einem eigenen Blog über meine eigenen Erfahrungen mit diesem Teleskop (Peter Oden’s Blog zum eVScope).

Für uns als Volkssternwarte waren aber noch weitere Gründe für diese Anschaffung ausschlaggebend. Heute kann noch niemand abschätzen, wie lange die coronabedingten Einschränkungen noch anhalten. Aber selbst bei einer hoffentlich in absehbarer Zeit möglichen Lockerung werden selbstverständlich weiterhin Abstands- und Hygieneregeln gelten müssen! Das heißt für uns, das zum Beispiel in unserer kleinen Sternwarte zusätzlich zu einem Sternführer der Volkssternwarte noch maximal zwei Gäste im Raum sein können. Und nach dem Blick durchs Okular muss dieses auch jedesmal desinfiziert werden (wobei darüber hinaus gar nicht klar ist, wie sich das auf die Linsen des Okulars auswirkt!).

Das eVScope verfügt zwar ebenfalls über ein elektronisches Okular, aber das Bild kann gleichzeitig auf einem Smartphone oder Tablet angeschaut werden, von dem aus auch die Steuerung erfolgt. Und zusätzlich ist das eVScope in der Lage, die aktuellen Bilder der Beobachtung an bis zu zehn verschiedene Geräte (!) zu streamen. Wenn also Besuche wieder möglich sind, können mit dem eVScope bis zu zehn Gäste gleichzeitig auf ihren privaten Smartphones oder Tablets die Sternführung vor Ort miterleben! Und bei Bedarf können  diese Bilder auch mit einem kleinen Beamer auf eine Leinwand projiziert werden, so dass wir – hoffentlich bald – auch für kleinere Gruppen (nach Anmeldung) wieder Sternführungen werden anbieten können!

Heute traf nun das eVScope ein und wir werden es in der nächsten Zeit, ehe es in der Öffentlichkeitsarbeit eingesetzt werden kann, ausführlich selbst testen und darüber berichten!

Noch vor Corona hatten wir in der Sternwarte Besuch von den beiden angehenden Technikjournalisten Jennifer Kosch und Dennis Weber, die im Rahmen einer Semesterarbeit über Astronomie und auch die Volkssternwarte Bonn berichten wollten.

Das Ergebnis findet sich hier: Bericht im Technikjournal