Sterne verstehen mit Lochkarten

0:53Karl Urban Hallo bei Astrogeo, dem Podcast der Weltraumreporter. Ich bin Karl Urban.

0:58Franziska Konitzer Und ich bin Franzi Konitzer.

1:00Karl Urban Und wir sind zwei Wissenschaftsjournalisten. Franzi ist Astrophysikerin, die neulich die Milchstraße gesehen hat. Sie hat sich erst mal geärgert, dass da eine komische Wolke die Sicht auf den Nachthimmel versperrt. Ich bin Geologe, der noch nie einen stratigrafisch korrekt geschichteten Kuchen backte.

1:20Karl Urban Wird wirklich mal Zeit, die müssen wir dann eigentlich zusammen essen. Genau. Genau. In diesem Podcast erzählen wir uns, wenn wir nicht gerade Kuchen backen, gegenseitig Geschichten, die uns entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert haben oder die wir in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben.

1:38Franziska Konitzer Und das letzte Mal hatte ich dir eine Geschichte aus den Untiefen oder den Tiefen des Universums ausgestöbert. Carl, weißt du denn noch, was für eine Geschichte das war?

1:48Karl Urban Also ich weiß noch, dass es um die hellsten Objekte des Sternenhimmels ging, die gar keine Sterne sind, sondern nur so Quasi-Sterne. Und dann ging es auch noch um einen Quasar, um einen speziellen Quasar, der den schönen Namen 3C273 hatte und das habe ich mir nicht gemerkt, sondern aufgeschrieben.

2:10Franziska Konitzer Ja, ich hätte dich ansonsten danach gefragt.

2:13Karl Urban Ich habe es gewusst.

2:16Franziska Konitzer Tatsächlich habe ich mir das selber gestern noch mal durchgelesen und ich so, ah, so hieß der Quasar eigentlich. Wahrscheinlich sollte ich es wissen. Ich tue es nicht. Aber das passt. Genau, ich habe dir eine Geschichte von den Quasaren und den Quasi-Sternen erzählt. Genau.

2:31Karl Urban Genau, wir hatten nicht wahnsinnig viel Feedback, eher ein bisschen Lobhudelei, müssen wir nicht vorlesen. Aber ich hatte den Eindruck, es war eine ganz schöne Weihnachtsfolge. Es war auch ein stimmungshaftes Bild dazu. Genau, hat schon sehr gut gepasst.

2:47Franziska Konitzer Prima.

2:47Karl Urban Genau, dann können wir direkt weitergehen, würde ich sagen. Ihr könnt uns natürlich auch weiterhin Feedback noch schicken, auch zu Folgen, die schon länger zurückliegen. Gehen wir gerne darauf ein. Aber für heute sind wir schon wieder weiter, nämlich bei Ausgabe 63 angelangt. Und das heißt, dass du mir eine Geschichte mitgebracht hast, Franzi.

3:08Franziska Konitzer Ja, ich habe dir eine Geschichte mitgebracht. Und zwar geht's heute nicht um Quasi-Sterne, sondern um echte Sterne. Wir hatten uns ja auch mal überlegt, ob ich das Ganze in Haiku-Form antiesere, in Kurzgedichten, aber dafür warte ich lieber, bis mich dann mal die Muse küsst. Denn was ich dir heute erzähle, ist eher weniger poetisch, wobei vielleicht doch, weil ich verrate dir heute, wie man einen Stern ausrechnet.

3:40Franziska Konitzer Also einen echten Stern. Also irgendeinen Stern, man kann es dir auch die Sonne vorstellen, wenn das die Vorstellung erleichtert. Und ja, wie rechne ich einen Stern aus? Die gute Nachricht ist da erst mal, dass das total einfach ist. So prinzipiell. Denn auf den ersten, den zweiten und auch dritten Blick ist ein Stern gar nicht mal so komplex, möchte ich mal sagen.

4:08Franziska Konitzer Also auf den vierten Blick ist er dann schon sehr komplex, aber letztendlich ist er ein Stern, ein riesiger heißer Gasball, in dessen inneren Kernfusion stattfindet. Und wenn ich jetzt einen Stern berechnen will, dann will ich ja ungefähr wissen oder dann kann ich ja unterschiedliche Dinge über ihn rausfinden.

4:28Franziska Konitzer Also ich kann dann prinzipiell ausrechnen, was zum Beispiel für uns recht relevant ist, wie hoch ist seine Temperatur an der Oberfläche, also wie hell leuchtet er? Wie ist der Druck im Inneren des Sterns? Wie schaut es im Inneren aus? Wie groß ist seine Masse? Oder wenn der Stern so und so schwer ist, wie hell ist er dann?

4:46Franziska Konitzer Also das meine ich mit, wie rechne ich einen Stern aus oder dass ich einen Stern ausrechne. So. Und da das jetzt aber auf den ersten, zweiten und dritten Blick, auf den vierten dann schon nicht so komplex ist, braucht man für diese Berechnung des Sterns erstaunlich wenig Gleichungen, Nämlich eigentlich nur vier.

5:05Franziska Konitzer Und ich erinnere mich, dass du mal gesagt hast, du fandest Mathe jetzt nicht so. Ist das richtig?

5:11Karl Urban Deswegen bin ich ja Geologe geworden, genau.

5:14Franziska Konitzer Ja. Ich sehe auch, du guckst ein bisschen skeptisch. Ich kann dir aber versprechen, ich werde dir diese Gleichungen nicht vorlesen. Das sind nämlich dann partielle Differenzialgleichungen und ich werde uns jetzt nicht in große Erklärungen verstricken, was genau das ist. Aber ich erzähle dir trotzdem, was diese vier Gleichungen sind.

5:32Franziska Konitzer Weil, wie gesagt, die sind, die werden wichtig für die Folge. Also vier Gleichungen, um den Stern auszurechnen. Gleichung Nummer eins ist letzten Endes eine Gleichung für die Massenerhaltung. Die besagt letztendlich, dass, naja, wenn man sich die Masse des gesamten Sterns anschaut, entspricht die Gesamtmasse der Sternenmasse, was irgendwo auch logisch ist, ne? Also so.

5:56Franziska Konitzer Anders ausgedrückt kann ich die Gleichung benutzen, um auszurechnen, wie groß die Masse vom Stern ist als Funktion von seinem Radius. Also bei Radius 1, der ganze Stern, ist die Masse auch die Sternmasse und bei Radius 1,5, wie groß ist die Masse dann, die von dieser imaginären Kugel eingeschlossen wird.

6:16Franziska Konitzer Also eine Gleichung der Massenerhaltung. Das ist die Gleichung Nummer 1. Dann habe ich eine Gleichung für das hydrodynamische Gleichgewicht, hydrostatic equilibrium. Das bedeutet im Grunde genommen, dass der Stern stabil ist. Das ist schön, weil das heißt, dass der, der zieht sich ja von außen zusammen aufgrund seiner eigenen Schwerkraft.

6:40Franziska Konitzer Das ist die Kraft, die ihn quasi nach innen schiebt, presst, wie auch immer. Und dann gibt es aber, dass der, der, der Stern selber erzeugt ja Strahlungsdruck, weil er ja scheint, weil er selber Energie erzeugt und die geht nach außen. Und dass diese beiden Kräfte, die eine nach innen, die andere nach außen, die balancieren sich aus und deshalb ist er im hydrodynamischen Gleichgewicht.

7:03Franziska Konitzer Das beschreibt diese Gleichung Nummer 2. Das ist schön. Danach wird es ein bisschen wild. Leider Gottes, die beiden Gleichungen sind super. Die Die schaut auch ganz einfach aus. Danach gibt es eine Gleichung für die Energiefreisetzung, weil der Stern, ein Stern auch wie die Sonne, erzeugt ja in ihrem Inneren Energie oder wandelt Energie um, wenn man jetzt streng sein will, wir nennen es jetzt mal trotzdem Energiefreisetzung und zwar aufgrund von Kernfusionen.

7:28Franziska Konitzer So, also in der Sonne verschmelzen Wasserstoffatome oder Wasserstoffkerne zu Heliumkernen über mehrere Zwischenschritte und dabei wird Energie freigesetzt. Also auch dafür brauche ich eine Gleichung und das ist dann schon unterschiedlich zwischen verschiedenen Sternen, weil zum Beispiel innerhalb der Sonne ist ein Mechanismus für diese Kernfusion verantwortlich und das ist bei, der nennt sich PP-Kette, Proton-Proton-Kette und in zum Beispiel massereicheren Sternen ist es dann ein anderer Umwandlungszyklus, der dann wichtiger ist, der CNO-Zyklus.

8:04Franziska Konitzer Das ist jetzt aber, also wichtig ist sich zu merken, verschiedene Massen von Sternen sind verschiedene Mechanismen dieser Energiefreisetzung, der Nummer drei relevant.

8:14Karl Urban Aber alles ist irgendwie basierend auf Kernfusion letztlich.

8:17Franziska Konitzer Alles ist basierend auf Kernfusion. Also es wird in allen Sternen, die sich quasi in der Mitte ihrer Entwicklung befinden, wird Wasserstoff zu Helium umgewandelt und die Sonne macht das eben mehr oder weniger direkt. Und was zum Beispiel massereiche Sterne machen, dieser CNO-Zyklus, das ist C ist Kohlenstoff, N ist Stickstoff, O ist Sauerstoff.

8:35Franziska Konitzer Die benutzen diese Elemente als Katalysatoren, also um diese Reaktionen anders anzuschieben. Aber damit diese Reaktion eben gut funktioniert, brauchst du andere Bedingungen und deshalb ist es nur in massereicheren Sternen so richtig entscheidend. Die Sonne macht ihren PP-Zyklus Wasserstoff zu Helium fertig.

8:53Franziska Konitzer Genau, also das ist diese dritte Gleichung der Energiefreisetzung, was ich brauche, um einen Stern zu berechnen, weil ich will ja wissen, wie viel Energie wird überhaupt freigesetzt. Und dann wird es eigentlich noch gemeiner, weil die vierte Gleichung ist eine Gleichung für den Energietransport. Also wie wird diese Energie, die ja freigesetzt wird, innerhalb des Sterns transportiert?

9:17Franziska Konitzer Auf Deutsch kann man auch Wärmetransport sagen und es gibt in Sternen prinzipiell drei Mechanismen, um die Energie nach außen zu bringen. Das eine ist Strahlung, das ist tatsächlich, wenn die Photonen, wenn die Lichtteilchen erzeugt werden, dann sind die ja energiereich und die nehmen die Energie mit raus auf ihrem Weg nach draußen, außerhalb des Sterns.

9:41Franziska Konitzer Dann gibt es Leitung, also Wärmeleitung im Grunde genommen, wo Elektronen aneinander dotzen letztendlich und dadurch Energie übertragen. Das ist in den meisten Sternen jetzt nicht so wichtig. Was mehr wichtig ist, ist tatsächlich die Konvektion, das ist das, Konvektion ist der Transport, wenn man liest oder hört, dass die Sonne so ein heißer, blubbernder Gasball ist, wo so Magma hoch, naja, nicht Magma, aber wo so heißes Gas hochsteigt und sowas, das ist also so Zellen von heißem Gas, die sich nach oben bewegen, oben ankommen, abkühlen, wieder nach unten sinken, das ist Sternkonvektion.

10:20Karl Urban Also ganz bisschen genauso wie in den Stickstoffgletschern des Pluto, da ist es auch Konvektion, was das Material bewegt, bloß auf einem anderen Temperatur- und Energieniveau.

10:31Franziska Konitzer Ja, aber Konvektion heißt letztendlich, das kann ich auch auf andere Sachen, die du selber sagst, Materie, heiße Materie bewegt sich, steigt, ist ja letztendlich auch in der Erde nichts anderes, da steigt ja letztendlich heißes Magma auch nach oben, kühlt ab. Fällt das oder steigt deswegen nach unten und dann so.

10:49Franziska Konitzer Aber das ist eben diese dritte Gleichung, die für den Energietransport diese verschiedenen Aspekte je nach Stern eben berücksichtigen muss. Und wenn das jetzt alles ein bisschen viel war, also das ist auch, dann zum Beispiel sind also massearme Sterne, also kleine Sterne, da ist das, das kommt nämlich dann darauf an.

11:10Franziska Konitzer Also Also massearme Sterne haben dann eher Kerne, in denen ist zum Beispiel die Strahlung wichtig und außenrum ist die Konvektion wichtig und massereiche Sterne, da ist es genau umgedreht. Da ist im Inneren ist die Konvektion wichtig und außen dann eher die Strahlung. Also es kommt auch darauf an, je nach Stern, was der Modus des Energietransports ist.

11:33Karl Urban Wie ist das bei der Sonne?

11:34Franziska Konitzer Das Verhältnis? die Sonne ist ein massearmer Stern und deshalb ist im Inneren der Strahlungstransport wichtig und außen die Konvektion. Sag ich jetzt mal einfach so, ohne dass ich es mir selber notiert hätte.

11:51Karl Urban Aber massearmer Stern heißt, also es gibt sehr viele deutlich massereichere Sterne letztlich da draußen.

11:58Franziska Konitzer Ja, also tatsächlich ist es ja so, dass die Sonne, naja, tatsächlich gibt es nicht so viele massereiche Sterne wie massearme Sterne. Die Masse der Sonne, wenn ich jetzt von Massearm spreche. Die Sonne ist ja unser Eichding. Also alles wird an einer Sonnenmasse gemessen und wenn ich sage ein massereicher Stern, wäre dann eher so ein Stern von fünf Sonnenmassen, sieben Sonnenmassen bis zu zehn Sonnenmassen.

12:20Franziska Konitzer Das sind dann die Sterne, die dann interessant am Ende von ihrer Entwicklung dann als Neutronenstern oder als schwarzes Loch enden. Und die sind die, die eher blauer leuchten. Massearme Sterne, die Sonne ist eigentlich so ziemlich langweilig in der Mittelmasse. Arme Sterne sind dann auch das, was man rote Zwerge nennt.

12:39Franziska Konitzer Die sind noch ein bisschen masseärmer als die sonne irgendwie so ja 0,7 0,8 sonnenmassen, Und deshalb sind die, weil die auch kühler sind, deshalb sind die röter. Und das sind dann eher massearme Sterne. Aber wenn man sich so anlehnt, würde man eher sagen, dass die Sonne auch ein massearmer Stern ist.

12:58Franziska Konitzer Aber masseärmere Sterne sind in unserer Galaxie und wahrscheinlich auch im ganzen Universum sind viel häufiger als massereiche Sterne.

13:04Karl Urban So. Ja, okay.

13:06Franziska Konitzer So. Und damit ich dich jetzt nicht endgültig verwirrt habe.

13:09Karl Urban Nee, noch nicht. Ich musste auch noch keine partielle Differenzialgleichung ableiten.

13:15Franziska Konitzer Tatsächlich hat mir Achim Weiß, den ich dir jetzt hiermit und gleich auch noch länger vorstellen werde, hat mir Achim Weiß erklärt, was eine partielle Differenzialgleichung ist. Das lassen wir jetzt weg, aber er hat noch mal die Kurzfassung von diesen vier Gleichungen mir erzählt und deshalb für uns alle nochmal.

14:21Karl Urban Okay, soweit hatte ich es verstanden. Sehr schön.

14:24Franziska Konitzer Okay, und Achim Weiß hat ja auch erzählt, er hat eben von einem eindimensionalen Sternenmodell gesprochen. Tatsächlich wird das Sternenmodell, von dem ich dir eben dann auch heute erzähle, wird eindimensional gerechnet. Also du berechnest den Stern, aber nur in einer Dimension. Das ist aber auch gar nicht schlimm, weil so ein Stern wird erstmal vereinfacht als kugelsymmetrisch angenommen.

14:49Franziska Konitzer Es ist ein großer heißer Ball, eine Kugel. Und ja, da reicht halt eine Dimension, weil ob jetzt oben nach vorne oder wie auch immer, ist ja eigentlich Wumpe. Also eine Dimension ist prinzipiell prima und dafür muss ich eben diese vier Gleichungen lösen.

15:04Karl Urban Es ist schon verblüffend, dass man das dann auf eine Dimension vereinfachen kann, vier Gleichungen hat und zack, ist der Stern grob berechnet.

15:13Franziska Konitzer Ja, tatsächlich. Das meinte ich vorhin auch mit dem Stern ist an sich auf dem ersten, zweiten und dritten Blick nicht so kompliziert, weil er ist eben zumindest erstmal eine Kugel und das ist erstmal schön und das macht das ein bisschen einfacher. Aber, und jetzt kommt das Aber, weil ich die ganze Zeit sage, oh, ist das einfach, einen Stern auszurechnen.

15:34Franziska Konitzer Diese vier Gleichungen sind so kompliziert dann wiederum, dass sie nicht analytisch gelöst werden können. Also unterm Strich hast du, um die Sternstruktur und dann vor allen Dingen später die Sternentwicklung zu berechnen, also wie sich der Stern im Laufe der Zeit verändert, wie seine Struktur sich im Laufe der Zeit verändert, das ist das, was ich vorhin schon angedroht habe. Das sind diese partiellen Differenzialgleichungen.

15:59Franziska Konitzer Deshalb ist es eigentlich nicht richtig, dass ich von Gleichung spreche, weil Gleichung wäre es ja erst, wenn ich diese partielle Differenzialgleichung gelöst hätte. Im Grunde genommen stehen da lauter Ableitungen. Raten, wie sich das verändert.

16:11Karl Urban Also mich gruselt es immer mehr, je länger du darüber redest.

16:14Franziska Konitzer Und damit bin ich jetzt aber auch fertig, dass das too long didn't read von dieser Ausführung ist, dass diese Gleichungen nicht analytisch gelöst werden können. Was meine ich damit? Das meine ich, dass du diese Gleichungen bekommst, du sagst löse bitte nach x auf oder nach Radius oder nach Masse oder nach whatever und dann fängt man an zu rechnen und wird feststellen, das geht nicht.

16:35Franziska Konitzer Du kannst es nicht analytisch lösen, dass du hinterher fein säuberlich aufstehst, die Masse vom Stern ist in Abhängigkeit seines Radius an jedem Punkt so und so. Das ist wie in der Schule, wenn du eine Kurvendiskussion bekommst, da konnte man ja auch nach X auflösen. Aber es geht nicht. Es ist tatsächlich unmöglich. Das meine ich mit, sie kann nicht analytisch gelöst werden, sondern du musst sie numerisch lösen.

17:01Franziska Konitzer Und numerisch lösen heißt im Grunde genommen, du steckst diese Gleichungen in einen Computercode und fütterst den Computercode mit Anfangsbedingungen, wie du denkst, dass es sein könnte und dann rechnet dir der Computer das Ding aus. Auch der Computer kann das nicht analytisch lösen, aber der Computer kann dir dann für jeden Abschnitt seine numerisch berechneten Werte geben.

17:26Franziska Konitzer Und damit sind wir bei dem Computer-Code, für dessen Erklärung ich einen Ausflug zu zwei Menschen unternommen habe, von dem wir eben einen schon gehört haben, und weil deren Code, der kann nämlich so einen Stern berechnen. Das ist Emmy Meyer-Hofmeister oder Emmy Meyer, wie sie inzwischen heißt. Die hat diesen Sternencode mit angefangen und die zweite Person ist die, die wir eben schon kurz gehört haben.

18:24Franziska Konitzer Achim Weiß und Emmy Hofmeister oder Emmy Meyer, sollte ich sagen, Verzeihung, die habe ich besucht am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching. Das ist ja bei mir mehr oder weniger um die Ecke hier in München. Und die Geschichte dieser Sternenberechnung für die beiden fängt an, als damals Emmie Hofmeister, jetzt Emmie Meyer, Anfang der 1960er Jahre an dieses Institut gekommen ist.

18:49Franziska Konitzer Das hieß damals auch noch anders, das war damals das Max-Planck-Institut für Physik und Astrophysik und war auch noch woanders. Und sie ist gekommen in die Gruppe von Rudolf Kippenhahn. Und Rudolf Kippenhahn war deutscher Astrophysiker, hat sich um seine Erkenntnisse und auch seine Berechnungen zur Sternstruktur und Sternentwicklung sehr verdient gemacht.

19:10Franziska Konitzer Und in den 1960er Jahren wollte Rudolf Kippenhahn damals eben nicht nur die Struktur von Sternen ausrechnen, was ich dir eben erzählt habe, also wie schaut es innen drin aus, sondern er wollte auch wissen, wie entwickeln die sich dann in der Zeit.

20:33Karl Urban Ich würde mich auch gerne in solchen Momenten immer in diese Zeit zurückbieben in so einen Computerraum und mir dieses Ding angucken und dann hören, wie es da boomt.

20:41Franziska Konitzer Absolut. Die Hennie-Methode, von der von der Emmy Meyer hier spricht, das ist eine Methode, wie ich diese Gleichungen lösen kann, numerisch. Also das ist dann innerhalb des Codes ein gewisser Ansatz, wie ich das lösen kann. Und gut, wie gesagt, zur Sternentwicklung gab es noch nichts und überhaupt war das Ganze erst am Anfang. Und wie kam Emmy Meyer eigentlich dazu, dass sie an dieses Institut gekommen ist?

21:27Franziska Konitzer Genau, weil es dann eben erst angefangen hat, dass man das überhaupt umsetzen kann auf den Rechnern, dass es die Rechenmaschinen erst gab und dass auch die Computersprachen es dazu gab. Also Emmy Meyer hat angefangen, sich erstmal in die Programmiersprache einzuarbeiten. Die Programmiersprache ist übrigens Fortran. Die gibt's in Varianten heute noch.

21:50Franziska Konitzer Und hat angefangen, sich einzuarbeiten und angefangen, an diesem, an dieses Programm zu entwickeln, diesen Code zu entwickeln, mitzuentwickeln. Und die Arbeit, wie man so einen Code programmiert und getestet hat. Das lief in den 1960er Jahren noch ein bisschen anders ab als heute.

23:08Karl Urban Das ist schon krass, dass die da mit Lochkartenmaschinen irgendwie Sterne berechnet haben. Absolut.

23:14Franziska Konitzer Also, ja, absolut. Und dieses, was sie damals geschrieben haben in FORTRAN, war eben für den IBM-Computer 7090, 7090 entwickelt worden. Wenn man den googelt, dann kriegt man meistens den ganzen Raum zu sehen. Also, in dem Raum mit irgendwelchen großen Magnetbändern und irgendwelchen OSCHI-Konsolen, ja, hat alles ein bisschen länger gedauert.

23:38Franziska Konitzer Aber die gute Nachricht ist, es hat überhaupt funktioniert. Emmy Meyer hatte mir auch die erste Publikation dazu mitgebracht tatsächlich. Die ist dann 1964 erschienen in der Zeitschrift für Astrophysik und heißt Sternentwicklung 1 – ein Programm zur Lösung der zeitabhängigen Aufbaugleichungen. Also genau, ein Programm, um diese vier Grundgleichungen zu lösen und auch schon erstmals so die Sternentwicklung zu rechnen.

24:07Franziska Konitzer Und das kann ich dazu sagen, ich fand es wirklich, ich kann mich nicht daran erinnern, weil ich das letzte Mal eine Fachpublikation auf Deutsch gelesen habe. Das ist, ich fand das, ich fand das sehr interessant, weil du liest dieses ganze Ding durch. Auch der deutsche Teil enthält keinerlei Anglizismen.

24:27Franziska Konitzer Also, wir würden ja heute immer von Code sprechen, das, was Emmy Meyer und ihre Kolleginnen und Kollegen da entwickelt haben, war ja ein Code und hier steht aber halt, Rechenmaschinenprogramm. Schön. Und ich find's großartig.

24:41Karl Urban Ich find, diesen Begriff sollten wir weiterverwenden. Rechenmaschinenprogramm? Einfach immer, wenn wir von Code sprechen.

24:47Franziska Konitzer Gut, dann ich geb mir mal Mühe. Mal schauen. Ob ich das schaffe, dieses Rechenmaschinenprogramm genau so zu titulieren. Also, aber ich habe es schon gesagt, Sie haben es geschafft. Sie haben dann erstmals eben die Sternentwicklung berechnen können und ja. Weißt du denn, was ein HR-Diagramm ist, Kai?

25:39Karl Urban Nee, sagt mir nichts. Also ich kenne den hessischen Rundfunk, der hat damit glaube ich nichts zu tun.

25:44Franziska Konitzer Das meint nicht das hr-Diagramm. Das hr-Diagramm ist in der Astronomie tatsächlich berühmt. Also es ist so der Grundplot. Ich weiß nicht, ob es das bei euch Geologen auch so gibt. So das eine Diagramm oder der eine Plot oder das eine Ding, was jeder quasi im Schlaf wissen muss, was das ist und runterrezitieren muss.

26:04Karl Urban Ja, gibt's auch, aber das machen wir wann anders.

26:06Franziska Konitzer Ja genau, das erzählst du mir in einer separaten Folge. Ich bitte darum, weil davon habe ich dann keine Ahnung. Das HR-Diagramm ist kurz für Herzsprung-Russell-Diagramm.

26:17Karl Urban Ach so, das sagt mir was, doch. Aber ich kannte die Abkürzung nicht.

26:21Franziska Konitzer Na dann, Kai, was ist das Herzsprung-Russell-Diagramm? Aha.

26:24Karl Urban Ha ha ha ha! Also, was ist denn da auf den Achsen drauf? Ich glaube, die spektrale Temperatur, also letztlich die Farbe über die Leuchtkraft der Sterne.

26:39Franziska Konitzer Ja, genau. Du kommst, du kommst, du kommst. Meine Familie hat gesagt, kommst in die Suppe, bist gut.

26:46Karl Urban Ich komme in die Suppe, super.

26:50Franziska Konitzer Also genau, das Herzsprung-Russell-Diagramm, dieses HR-Diagramm zeigt nämlich genau das. Das zeigt auf der X-Achse, zeigt es die Oberflächentemperatur eines Sterns und damit letztendlich auch die Farbe gegen seine Helligkeit. Also wie hell ist dieser Stern? Und das klingt erst mal furchtbar langweilig.

27:11Franziska Konitzer Astronominnen und Astronomen freuen sich aber darüber quasi ein Loch im Bauch, weil das dir die Entwicklung von einem Stern aufzeigen kann. Weil ein Stern wie die Sonne ist zum Beispiel halt bei diesen ungefähr 6000 Grad Celsius und dann bei der Leuchtkraft von 1, weil das haben wir an der Sonne halt auch so festgelegt, ne?

27:31Franziska Konitzer Und dann ist damit ist sie ein gelber Stern. Und dann ist aber ein sehr viel massereicherer Stern wie zum Beispiel Bellatrix. Bellatrix ist auch ein Stern. Bellatrix ist sehr viel heißer und damit auch sehr viel heller und deshalb ist die auf diesem Diagramm im Grunde genommen weiter, weiter oben auf der sogenannten Hauptreihe.

27:54Franziska Konitzer Und auf diesem Herzsprung-Russell-Diagramm, oder ich sage es einfach HR-Diagramm dann, auf diesem HR-Diagramm gibt es eben was, es nennt sich eine Hauptreihe. Alle Sterne, die gerade Wasserstoff verbrennen, die befinden sich auf dieser Hauptreihe. Also auch die Sonne, auch Bellatrix, auch Spica und so weiter und so fort, also alle Sterne, die gerade Wasserstoff in ihrem Inneren verbrennen, die sind da.

28:19Franziska Konitzer Interessant wird es dann und deshalb hat sich Amy Meyer auch gefreut, das auf dem HR-Diagramm zu sehen, interessant ist es dann eben, wenn die Sterne nicht mehr Wasserstoff verbrennen, sondern wenn sie den schon verbrannt haben und dann angefangen, andere Elemente zu fusionieren, also wenn sie sich weiterentwickeln, wenn sie altern, wenn du das so anthropomorphisieren möchtest, dann fangen die an, sich auf diesem Herzsprung, auf diesem HR-Diagramm zu bewegen.

28:44Franziska Konitzer Und zwar nicht entlang der Hauptreihe, weil die verlassen sie nämlich dann, sondern die wandern dann mehr oder weniger nach rechts. Also sie wandern nach rechts, weil sie werden eigentlich in dem Sinne verbrannt, Kühler, aber heller. Weil sie blähen sich auf. Und damit wandern sie nach rechts. Und das kannst du eben, und wenn sie dann weiße Zwerge sind, dann wandern sie woanders hin. Aber der Punkt ist der, du kannst Sterne auf diesem HR-Diagramm so einsortieren.

29:13Franziska Konitzer Also sind sie gerade auf der Hauptreihe und verbrennen sie ihren Wasserstoff oder sind sie schon weiße Zwerge oder sind sie schon rote Riesen, wie zum Beispiel Bittergeuze, Beetlejuice, im Sternbild Orion. Der ist ja inzwischen schon ein Stern, der in den nächsten Millionen Jahren als Supernova explodieren wird. Der ist nicht mehr auf dieser Hauptreihe, schon lange nicht mehr. Der ist ganz rechts weit drüben, wenn du auf dem HR-Diagramm guckst.

29:37Franziska Konitzer Und das ist natürlich der Witz, wenn du ein Programm hast, was nicht nur die Sternstruktur berechnet, sondern auch die Sternentwicklung, dann möchtest du im Grunde genommen, dass wenn du eingibst, hier, ich habe meinen Stern mit sieben Sonnenmassen, hatten sie damals, möchtest du, dass der sich auf diesem hr-Diagramm so bewegt, wie man das auch in echt anhand von vielen Sternen beobachtet.

29:59Franziska Konitzer Daran eichst du ja letztendlich den Erfolg von deinem Programm, kannst es einschätzen. Also kriegt es das hin, dieses hr-Diagramm dir richtig zu bespaßen?

30:10Karl Urban Was heißt genau, dass der Stern sich darauf bewegt?

30:13Franziska Konitzer Also der Stern selber bewegt sich gar nicht, weil der Stern, wenn wir ihn beobachten, wir beobachten ihn ja vielleicht ein paar Jahrzehnte lang und da bewegt sich gar nichts, aber du weißt, also du weißt auch aufgrund von einfacheren physikalischen Überlegungen, dass Beta Goitse jetzt, nehmen wir einfach mal Beta Goitse, der war früher mal auf der Hauptreihe, muss er gewesen sein, weil du alle Sterne waren mal auf der Hauptreihe, weil er Wasserstoff gebrannt hat und da muss es ein massereicher Stern gewesen sein. und dann, Weißt du aber auch zum Beispiel von der Beobachtung von Beta Goetze, der auf dem HR-Diagramm viel mehr weiter rechts ist, dann weißt du, er muss irgendwann nach rechts gewandert sein.

30:50Franziska Konitzer Und wenn du jetzt halt aber, und das weißt du in echt, also Astronomen und Astronominnen wissen das in echt, indem sie viele einzelne Sterne beobachten, die sich alle in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden.

31:01Karl Urban Aber letztlich kann man sozusagen da auch sozusagen in die Vergangenheit oder auch in Zukunft extrapolieren, sagen, da kommt er her, da geht er hin. Genau.

31:11Franziska Konitzer Und das ist nämlich der Witz von so einem Sternprogramm, weil wenn ich diesen Stern, im Moment dieses Rechenmaschinenprogramm rechne, dann fange ich mit einem Stern an, der gerade damit begonnen hat, Wasserstoff zu verbrennen und dann die Sternentwicklung von diesem einzelnen Stern nachzuvollziehen. Also dann in Zeitschritten von, weiß ich nicht, einen Millionen Jahre ist eigentlich schon ein bisschen zu wenig, aber dann in Zeitschritten die Entwicklung dieses einzelnen Sterns zu berechnen.

31:39Franziska Konitzer Also wenn ich den dann hätte, auf meiner imaginären HR-Diagramm, auf meinem simulierten, dann fängt er quasi auf der Hauptreihe an, macht dann sehr viele, ein paar Milliarden Jahre im Fall von der Sonne oder von der simulierten Sonne, nichts anderes als auf dieser Hauptreihe zu sein, weil da tut sich ja recht wenig.

31:56Franziska Konitzer Und dann fängt er an, simuliert, sich auf diesem ebenfalls simulierten HR-Diagramm zu bewegen, weil ich die Entwicklung des einzelnen Sterns nachvollziehen kann und berechnen kann, was natürlich in echt nicht geht, weil ich kann in echten Sternen nicht eine Milliarde Jahre lang beobachten, tragischerweise.

32:13Karl Urban Genau. Aber diese ganze Berechnung basiert letztlich auf diesen vier Differenzialgleichungen, ne? Das ist das Coole, ja.

32:21Franziska Konitzer Genau, das ist das Coole. Also diese ganze Rechnung basiert auf diesen vier Differenzialgleichungen und dann werden die eben noch ein bisschen fieser, weil für die Struktur brauchst du die Gleichungen nur einmal zu lösen, Struktur zu einem gewissen Zeitpunkt, du löst diese Gleichungen einmal, aber wenn du dann in der Zeit die Entwicklung hast, dann musst du eben die Zeit als weiteren Faktor reinbringen und damit wird das so kompliziert, weil die hängen ja auch alle voneinander ab und dann noch die Zeit, dann musst du sie für den Zeitpunkt lösen und für den und für den und für den und für den.

32:53Franziska Konitzer Du musst immer, immer, immer, immer wieder lösen. So.

32:57Karl Urban Das klingt so, als bräuchte man eine lochkartengetriebene Rechenmaschine, definitiv.

33:01Franziska Konitzer Ja, absolut, mindestens, mindestens. Aber ich habe mich ja nicht nur mit Emi Maya unterhalten, sondern Achim Weiß saß ja auch dabei, weil tatsächlich, wenn man, das ist, diesen Code, den da Emi Maya und ihr Team damals geschrieben haben, den gibt es bis heute Und Achim Weiß ist inzwischen sein Entwickler.

33:25Franziska Konitzer Also, der Code, der in den 1960er Jahren angefangen wurde, jetzt habe ich schon wieder Code gesagt und nicht Rechenmaschinenprogramm. Dieses Rechenmaschinenprogramm, was in den 1960er Jahren angefangen wurde, darf sich inzwischen Code nennen und das gibt es immer noch. Und ich habe mich quasi mit den beiden Entwicklern davon unterhalten, eben Amy Meyer und Achim Beiss.

33:45Franziska Konitzer Das war damals natürlich noch, dieser Code hatte damals, ich glaube, sie hat geschätzt 200 Zeilen vielleicht. War noch nicht mal besonders so lang. Man musste ja damals auch ein bisschen sparsam sein in seinen Methoden, weil eben die Rechenleistung begrenzt war. Achim Weiß schätzt, dass dieses Programm, dieses jene welche, heute 60 bis 70.000 Zeilen hat.

34:09Franziska Konitzer So, also dieses Programm gibt es immer noch, es wurde weiterentwickelt. Erst von Emmy Meyer und ihrem Team und später eben von Achim Weiß und seinem Team. Herr Weiß hat mir aber auch erzählt, dass sich der Code an sich, vom mathematischen hat er sich gar nicht so sehr geändert. Also der grundlegende, diese, ich glaube, diese Hennie Methode oder sowas, das Grundlegende, die Mathematik darunter, das ist eigentlich gleich gewesen.

34:33Franziska Konitzer Was sich geändert hat, sind die numerischen Methoden, also tatsächlich, wie dieser Code diese Gleichungen löst, ne? Also, also, also, hmm, im Grunde genommen die Infrastruktur des Ganzen, wenn man so will. Und was sich auch geändert hat, sind physikalische Aspekte. Weil wenn ich dir vorhin erzählt habe, dass ein Stern auf den ersten, zweiten und dritten Blick eigentlich recht simpel ist, ist es natürlich nicht die ganze Wahrheit.

34:59Franziska Konitzer Sondern auf dem vierten Blick, dann wird es dann trotzdem sehr viel komplizierter. Und dieses recht einfache Sternenmodell hat man im Laufe der Zeit, haben sehr viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weiter ausgebaut und da eben neue physikalische Aspekte reingebracht, wie zum Beispiel... Die Reaktionsraten, also wie die Kernfusion im Sterninneren wirklich funktioniert.

35:22Franziska Konitzer Ich habe dir ja vorhin erzählt, das eine ist irgendwie diese PP-Kette und das andere der 10U-Zyklus und so weiter und das klingt erstmal alles einfach, wenn man sagt, die Sonne fusioniert Wasserstoff zu Helium, aber das ist es natürlich im Grunde genommen nicht wirklich und deshalb gibt es jetzt sogenannte Reaktionsnetzwerke, also super große Tabellen und Berechnungen mit den Reaktionsraten wie ein Kern genau wann bla bla. Also das ist das eine.

35:49Franziska Konitzer Dann gibt es noch etwas, das nennt sich die Zustandsgleichung vom Stern und dann lasse ich dich auch mit den Gleichungen für heute zufrieden, ich verspreche es. Mit der Zustandsgleichung kannst du den Zustand vom Stern ausrechnen als Funktion vom Gas, vom Druck von Temperatur. Zustandsgleichung kennt man vor allen Dingen aus der Thermodynamik, wenn man so ein ideales Gas hat und du willst wissen, okay, so und so groß ist der Druck, welches Volumen hat es dann. Das ist im Grunde eine Zustandsgleichung.

36:13Franziska Konitzer Das ist für die Sonne natürlich auch, oder für einen Stern auch sehr viel komplizierter als nur eine Zeile Gleichung. Da hat man jetzt Tabellen, auch viele Sachen, die aus Beobachtungen gewonnen sind, sind reingeflossen. Dann hat was gefehlt zum Beispiel, was sich Neutrinokühlung nennt. Jetzt wird es immer abgefahrener.

36:33Franziska Konitzer Das sind nicht die Neutrinos, die bei der Kernfusion selbst entstehen und rauskommen, die hatte man schon vorher, sondern man hat herausgefunden, dass in sehr heißen und dichten Gasen Neutrinos entstehen können aufgrund von quantenphysikalischen Prozessen und diese Neutrinos gehen aus dem Stern raus, nehmen natürlich auch Energie mit und kühlen ihn dadurch ein bisschen.

36:55Franziska Konitzer Und dadurch war zum Beispiel am Anfang, in den 1960er, 70er Jahren, denke ich, war dann in diesem speziellen Code war dann die Rechnung für Sterne ab fünf Sonnenmassen nicht mehr so ganz richtig, weil dann dieser Prozess wichtig wird. Also das sind alles, klingt erstmal alles wie Kleinkram, aber das kam alles eben im Laufe der Zeit dazu und dazu und dazu.

37:17Franziska Konitzer Und deshalb hat der Code heute ein paar zehntausend Zeilen und nicht mehr nur ein paar hundert.

37:21Karl Urban Und warum hat man das gemacht? Also letztlich ging es darum, so diese letzten Abweichungen, diese kleinen Abweichungen zum beobachteten Herzsprung-Rassel-Diagramm dann noch zu einzubauen und zu erklären.

37:33Franziska Konitzer Genau. Du willst ein Modell bauen und letztendlich ist es ja, du willst ein Modell bauen, was letztendlich die Wirklichkeit so gut wie möglich abbildet. Du willst alle physikalischen Aspekte damit reinnehmen, die du nur irgendwie kriegen kannst. Damit es eben auch genauer ist. Genau, das stimmt schon.

37:52Franziska Konitzer Damit du es besser vorhersagen kannst und natürlich auch, weil ich meine, sage ich mal so, du hast diese Neutrido-Kühlung nicht. Dann rechnest du deinen Stern aus mit über, mit sechs Sonnenmassen, sage ich mal und merkst, irgendwas an seiner Entwicklung stimmt nicht. Also das ist nicht so, wie wir das in Wirklichkeit beobachten.

38:10Franziska Konitzer Dann fängst anzuüberlegen, ja, was passt denn jetzt an meinem Modell nicht? Irgendwas scheint ja zu fehlen, ne? Und dann kommst du eben irgendwann auf diesen physikalischen Prozess oder vielleicht wurde der auch im Labor beobachtet oder man weiß, dass es ein Ding ist und dann fängst du an zu überlegen, könnte das eine Rolle spielen und schreibst es in diesen Code rein und nimmst diesen Aspekt mit rein und wenn dann der Code besser mit der beobachteten Wirklichkeit übereinstimmt, weißt du okay, das war ein sinnvolles dazunehmen in meinem Modell.

38:42Franziska Konitzer Also letztendlich, das ist sehr vereinfacht das Vorgehen, was man dann macht, um Modelle allgemein immer näher an die Wirklichkeit heranzubringen. Aber bis heute ist dieser Code eindimensional, also tatsächlich wird immer noch in einer Dimension gerechnet, was natürlich der Wirklichkeit ganz und gar nicht entspricht, aber gut, es wird immer noch in einer Dimension gerechnet.

39:05Franziska Konitzer Bis heute rotiert der Stern nicht, es ist kein rotierender Stern. Die Sonne zum Beispiel rotiert auch, aber da nimmt man eben an, dass es so langsam passiert, dass es keinerlei Einflüsse hat auf das, was man berechnet. Und bis heute ist es ein Einzelstern, den die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Max Planck für Astrophysik da immer simulieren, wenn sie diesen Code laufen lassen. Also es ist kein Doppelsternsystem oder kein Mehrfachsternsystem oder wie auch immer es ist.

39:31Karl Urban Die sind ja wahnsinnig häufig, ne? Eigentlich.

39:34Franziska Konitzer Ja, die sind wahnsinnig häufig. Es ist also ein eindimensionaler, nicht rotierender Einzelstern. Das sind Vereinfachungen.

39:42Karl Urban Das klingt nach der Kuh im Weltraum als Punktmasse.

39:46Franziska Konitzer Die Kuh? Was?

39:47Karl Urban Naja, man nimmt an, dass die Kuh im Vakuum ist und eigentlich nur eine Punktmasse ist, wenn man mit ihr rechnet, ne?

39:53Franziska Konitzer Wir hatten immer nur kugelsymmetrische Trutäne, die wir auf der Erde berechnet haben, aber Kühe im Weltall sind ja auch super.

39:59Karl Urban Total, ne? Jetzt habe ich dich rausgebracht.

40:02Franziska Konitzer Ich finde das total gut, warum habe ich denn eine Kuh im Weltall berechnet? Aber müsste die im Vakuum dann sowieso nicht inkludieren, weil die Kuh, oder ist die dann so eine Art Schutzblase drin?

40:11Karl Urban Ja, als Punktmasse weiß ich nicht, was sich da verändert. Lassen wir das. Okay.

40:17Franziska Konitzer Vereinfachungen im System.

40:18Karl Urban Genau.

40:21Franziska Konitzer Also, unser eindimensionaler, nicht rotierender Einzelstern. Ja, auch Achim Weiß sagt natürlich, als der Entwickler, als der Hauptentwickler von diesem Code heute, das sind Einzel-, das sind halt Vereinfachungen. Aber er sagt zum Beispiel auch beim Thema Doppelsterne, warum kann man das nicht mit simulieren?

40:37Franziska Konitzer Achim Weiß verfolgt da eher einen perfektionistischen oder einen sehr gründlichen. Er sagt, dass wir haben genau solche Einzelsterne auch noch immer nicht genau verstanden. Und deshalb...

40:49Karl Urban Deswegen erst mal beim Einzelstern anfangen, bevor man es vielfach komplexer macht, ja.

40:54Franziska Konitzer Eben, er hat mir nämlich auch erzählt, was wir da noch nicht genau verstanden haben. Also das sind so Vereinfachungen in diesem Modell, wo eben durchaus noch Handlungsbedarf da wäre, wenn man wollen würde. was halt aber auch nur teilweise geht, weil dieser Code, dieses Modell ist eben eindimensional.

42:45Franziska Konitzer Wenn man sich jetzt fragt, gibt's auch zweidimensionale oder gar dreidimensionale Sonnenmodelle? Ja, jein, die gibt's, aber die rechnen dann nicht den ganzen Stern. Also ich denke auch bis zum heutigen Tag hat sich noch nie jemand den Spaß gemacht, um einen ganzen Stern 3D durchzurechnen. Ich weiß, für Supernova-Explosionen wird das gemacht, aber das ist halt auch ein sehr kurzer Zeitraum, ne?

43:08Franziska Konitzer Aber wenn du dann über Milliarden Jahre einen ganzen Stern in 3D rechnest, das lohnt sich im Grunde genommen, glaube ich, auch nicht, weil da passiert halt nicht genug. Aber ich habe es ja auch schon gesagt, es erscheint jetzt so, dass dieses Rechenmaschinenprogramm, das übrigens GARSTEC heißt, für Garching Stellar Evolution Code, das ist nicht das einzige auf der Welt.

43:26Franziska Konitzer Also es gibt an vielen Forschungsinstituten und Unis und so weiter, pipapo, gibt es auch noch andere Sternstruktur- und Sternentwicklungscodes. Das ist nur ein Beispiel dafür, dieser spezifische zu kochen. Ich hoffe es hat euch gefallen. Wenn ja, dann lasst mir ein Abo da und aktiviert die Glocke, um mehr Videos zu sehen.

43:42Franziska Konitzer Und vielleicht fragst du dich jetzt, wo ich gegen Ende meiner Geschichte, zu Ende meiner Geschichte komme, wofür man überhaupt solche Sternentwicklungscodes braucht.

43:51Karl Urban Wofür braucht man die eigentlich, Franzi?

43:54Franziska Konitzer Außer das schöne Gefühl, um recht zu haben.

43:56Karl Urban Ja, und das schöne Hedge-Progressory-Diagramm nachzubauen.

43:59Franziska Konitzer Nee, also das ist natürlich an sich ein Faktor, dass man die Sternentwicklung an sich theoretisch modelliert eben gut versteht. Aber auch andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler brauchen solche Sternentwicklungscodes, weil zum Beispiel, wenn du Galaxien beobachtest, wenn du Galaxienentwicklung nachvollziehen möchtest, dann basieren ja die Beobachtungen von Galaxien größtenteils darauf, dass du das Sternenlicht beobachtest.

44:31Franziska Konitzer Wenn du eine Galaxie anschaust, siehst du ja das Licht ihrer Sterne. Also du kannst die Sterne nicht mehr einzeln auflösen, aber nur so. Und wenn du eben die Entwicklung von so einer Galaxie nachvollziehen möchtest, dann musst du eben wissen, welche Sterne zu welchem Zeitpunkt geleuchtet haben, sozusagen, um daraus deine Schlüsse ziehen zu können.

44:53Franziska Konitzer Weil das kannst du nämlich mit solchen Sternentwicklungs-Codes natürlich auch machen. Du kannst natürlich sagen, wie sah ein typischer Stern vor zehn Milliarden Jahren aus? Hat der vielleicht anders geleuchtet als Sterne heute? Sind die Eigenschaften anders? Und das ist dann wiederum wichtig, wenn du verstehen willst, wie eine Galaxie sich damals entwickelt hat und wie sie vielleicht auch heute leuchten würde.

45:17Franziska Konitzer Also das ist ein Beispiel für die Galaxienentwicklung, braucht man das beispielsweise. Oder, was ich persönlich sehr spannend finde, weil ich ein Fable für Entfernungsmessungen im All habe, du hast Zephiiden. Cepheiden sind eine besondere Art von Stern. Deren Helligkeit sich ändert, deren Leuchtkraft sich ändert.

45:40Franziska Konitzer Und das ist streng periodisch, also wiederkehrend. Und der Witz ist, dass Henrietta Swan-LeVitt in den 1920er Jahren, wenn mich nicht alles täuscht, hat herausgefunden, dass diese Leuchtkraft, diese beobachtete Helligkeitsveränderung hängt von der absoluten Leuchtkraft der Cepheiden an. Und die absolute Leuchtkraft, also wie hell das Ding wirklich ist, das kannst du damit, das kannst du eben verwenden, um Entfernungen in unserer Galaxie und auch in nahen Galaxien zu messen.

46:16Franziska Konitzer Entfernungsmessungen sind schwierig im Weltall, deshalb sind Cepheiden super nützlich, aber dafür musst du eben wissen, wie diese Cepheiden eigentlich wirklich funktionieren. Also ist es wirklich so streng periodisch? Hängt es wirklich so eng miteinander zusammen? Gibt es Sonderfälle, weil diese Entfernungsmessung über Zephiiden wird eben ganz viel benutzt, um alle anderen Entfernungsmessungen im Universum zu eichen.

46:39Franziska Konitzer Und wenn das auf der untersten Leiter oder auf der untersten Stufe dieser Leiter quasi falsch ist, ist alles andere auch verkehrt. Und da können auch Sternentwicklungscodes eben helfen, die berechnen, wie diese Zephiiden eigentlich leuchten und wie sich ihre Leuchtkraft verändert.

46:53Karl Urban Also irgendwie das Fundament der Astronomie letztlich, der astrophysikalischen Forschung.

46:57Franziska Konitzer Genau. Und dafür brauchst du eben derartige Codes, um das eben auch theoretisch nachzuvollziehen. Und ein weiteres Beispiel ist auch zum Beispiel unsere eigene Milchstraße und galaktische Archäologie. Heißt das, wenn du wissen willst, wie sich unsere Milchstraße entwickelt hat, kannst du zum Beispiel anhand von Sternentwicklungscodes nachvollziehen, Das war's für heute. Wir sehen uns beim nächsten Mal.

47:24Franziska Konitzer Okay, dieser Stern, den ich beobachte, passt der in seinen Sternstrom rein? Passt der in seine Region rein, vom Alter her oder von der Leuchtkraft her? Oder kam der vielleicht woanders her? Ist der vielleicht von einer anderen Galaxie reingewandert oder einfach nur so? Und dafür musst du halt auch wissen, wie hell sollte dieser Stern leuchten, wenn er so und so alt ist, zum Beispiel.

47:48Franziska Konitzer Und dafür sind eben diese Sternentwicklungscodes auch sehr nützlich. Also das sind jetzt drei Beispiele, wofür man diese Sternentwicklungscodes heute braucht und auch heute benutzt, aktiv in der Forschung einsetzt. Und deshalb wirst du dich auch nicht wundern, dass es eben diesen Sterncode, zumindest Max Planck-Institut für Astrophysik, den gibt es auch heute noch, wie gesagt, sehr weiterentwickelt.

48:12Franziska Konitzer Und die gute Nachricht ist zum Schluss, du könntest ihn auf deinem Handy rechnen, weil – und damit komme ich wieder zurück, mit Sterne sind eigentlich nicht so kompliziert – während Emmy Meyer damals noch wie Elian Lochkarten durch die Gegend fahren musste, dauert es heutzutage noch nicht mal eine Sekunde, um diesen Code zu rechnen.

48:29Franziska Konitzer Also wenn du willst, kannst du es auch auf deinem Handy machen. Ja, und das ist dann eigentlich meine Geschichte. Ich habe auch noch gefragt am Ende vom Interview, ob noch Teile vom Code von Emmy Meyer in diesem jetzigen, in der jetzigen Variante noch enthalten sind. Das konnte mir Achim Weiß nicht sagen, aber ausschließen tut er es auch nicht.

48:50Franziska Konitzer Und das, lieber Karl, war meine Geschichte für dich heute von einem Rechenmaschinenprogramm, mit dem man einen Stern und seine Entwicklung ausrechnen kann.

48:59Karl Urban Ja, danke schön. Das war… Bitteschön. Das waren mal wieder so ein paar Punkte, die so lose in meinem Hirn herumlagen, verbunden, sehr gut.

49:08Franziska Konitzer Aber ich habe… es war garantiert, dass die nördigste Geschichte, die ich je irgendjemandem in einem Hörfunkmedium angetan habe.

49:18Karl Urban Ja, das ist aber gut. Also ich finde, das ist ja so das Fundament. Also auch das mit diesen Zephyriden, hat man irgendwie auch schon mal gehört, aber warum man das glaubt, machen zu können mit diesen Entfernungsbestimmungen und was da alles so darunter noch liegt, das scheint mir sehr wichtig zu sein.

49:35Franziska Konitzer Ja, es ist halt, es ist, ja eben, es ist halt auch das Fundament, diese ganzen Modelle und diese ganzen Codes, ich meine, es gibt ja auch diese, diese kosmologischen Simulationen und so weiter, pipapo. Das wird dann alles immer eigentlich nur einen Moment lang bekannt, wenn jemand eine sexy Visualisierung dazu gemacht hat.

49:52Franziska Konitzer Hat. Aber das ist halt eigentlich echt, dass all diese Modelle und Simulationen halt echt, die, die ein großer Teil der Infrastruktur inzwischen da sind und nötig sind, das... Wird dabei ganz oft gerne vergessen, weil es ist halt kein sexy Forschungsergebnis, wenn Achim Weiß sagt, oh übrigens, ich habe eine neue Subroutine für diesen Code geschrieben. Das ist so, das macht jetzt nicht gerade Schlagzeilen, aber es ist eben super wichtig.

50:21Karl Urban Mir kommt gerade so eine andere Analogie, nämlich die Software-Architektur der Welt, die wir heute haben. Du hast da irgendeinen Programmierer, der irgendein Tool macht, seit 40 Jahren, das als Open Source ins Internet stellt. Und das interessiert keinen, so lange bis dieser Mensch das aus irgendeinem Grund nicht mehr macht und da drin ein Bug erkannt wird und plötzlich die gesamten sonst verschlüsselten Verbindungen nicht mehr verschlüsselt sind.

50:45Karl Urban Das ist auch so was. Also irgendwie, es muss funktionieren, weil sonst irgendwie das Kartenhaus der Astronomie im Zweifel zusammenbricht, weil irgendwie irgendeine Grundannahme nicht gestimmt hat.

50:56Franziska Konitzer Wobei, wie gesagt, bei dem Code ist es ... Achim Weiß hat mir auch erzählt, er weiß tatsächlich nicht, geht in einiger Zeit in Rente. Er weiß tatsächlich nicht, ob dieser Code danach weiterentwickelt wird, weil er hat mir auch erzählt, für ihn gibt es bislang keinen direkten Nachfolger, keine direkte Nachfolgerin.

51:12Franziska Konitzer Und er hat halt aber auch gemeint, genau wie du, ein Code braucht einen aktiven Entwickler, der das Ding halt auch im Grunde genommen von innen auswendig kennt und sich aktiv drum kümmert und ansonsten schläft die Sache einfach irgendwann ein. Aber es ist nicht der einzige Stellentwicklungscode. Es gibt noch viele andere auf der Welt. Das ist jetzt nicht der einzige.

51:33Franziska Konitzer Aber ich fand es halt auch trotzdem krass, dass dieses, ja, dieses Rechenmaschinenprogramm gibt es halt seit 60 Jahren. Das ist lange. Ja, genau.

51:43Karl Urban Kann man an den Rechner-Generationen ablesen, die seitdem passiert sind.

51:46Franziska Konitzer Ja, tatsächlich, am Anfang irgendwie auf diesen ganzen IBM-Rechnern, die den ganzen Raum ausfüllen. Und inzwischen hat dein Föhn mehr Rechenleistung, wie Achim Weiß gesagt hat. Also es ist schon, doch, ja.

52:00Karl Urban Super, dann hast du sicher ein Quiz für mich, oder?

52:04Franziska Konitzer Ja, ich habe noch ein paar Fragen für dich vorbereitet.

52:06Karl Urban Ich freue mich schon. Warte.

52:08Franziska Konitzer Ist es reine Freude oder auch ein bisschen?

52:12Karl Urban Ja, doch, reine Freude. Genau, mal schauen. Also ich lasse mich überraschen, ich ziehe hier mal den Wecker auf. Für dich, damit du mir Fragen stellen kannst. Super.

52:25Franziska Konitzer Und meine Frage Nummer 1 lautet, mit wie vielen Gleichungen lässt sich prinzipiell ein Stern beschreiben?

52:32Karl Urban Mit 4.

52:36Franziska Konitzer Also, Frage Nummer 2 kannst du dir eine von den 4 raussuchen. Was beschreibt eine dieser 4 Gleichungen? Ich brauche nur ein Beispiel.

52:44Karl Urban Nur eine. Das hydrostatische Gleichgewicht.

52:48Franziska Konitzer Ja, genau. Warum braucht man ein Rechenmaschinenprogramm, um die Entwicklung eines Sterns berechnen zu können?

52:58Karl Urban Weil das alle vier, was hast du gesagt, partielle Differenzialgleichungen sind, die sich analytisch nicht lösen lassen, sondern nur numerisch.

53:13Franziska Konitzer Ja! Frage Nummer vier ist eher was Spezielles, in welcher Programmiersprache ist der Code von dem ich dir heute erzählt habe. – Fortran?

53:23Karl Urban – Ja! – Du bist ausgezeichnet!

53:29Franziska Konitzer Und die letzte Frage ist, ich habe dir drei Beispiele erzählt, braucht man denn heute in der Forschung derartige Sternentwicklungscodes? Ich brauche auch nur ein Beispiel.

53:39Karl Urban – Ein Beispiel dafür, wo man sie heute braucht. Zum Beispiel, um sicherzustellen, dass die Entfernungsbestimmung über Zephiden wirklich stimmt? Genau!

53:50Franziska Konitzer Perfekt! Jawohl!

54:00Karl Urban Super, sehr gut.

54:01Franziska Konitzer Carles, der Held des Arbeits in der ersten Folge des neuen Jahres, hat alle meine Fragen richtig beantwortet.

54:07Karl Urban Du hast aber sehr nette Fragen, muss ich sagen. Also ich musste keine partielle Differenziergleichung lösen oder sowas.

54:13Franziska Konitzer Ich habe mir noch überlegt, ich kann dir das hier, ich kann dir das, gut, das ist natürlich im Podcast mit dem Zeigen immer so ein bisschen schwierig. Aber hier...

54:21Karl Urban Mach mal dein Fenster groß, warte mal. Ich sehe viele, viele, viele Formeln.

54:27Franziska Konitzer Ja, genau, das sind die vier Grundgleichungen. Ich habe mir gedacht, ich lese das jetzt nicht vor. DL über DM etc. etc. Blablabla. Von daher, gibt es eigentlich einen Mathe-Podcast? Wie kommen Leute von einem Mathematik-Podcast damit klar, wenn sie die ganze Zeit über etwas sprechen, was sie einem nicht zeigen können? können.

54:48Karl Urban Das genau das habe ich mich gerade gefragt. Die haben die machen das wahrscheinlich nur als YouTube Shows und haben eine Whiteboard, wo sie die ganze Zeit das Bild streamen oder so.

54:57Franziska Konitzer Also liebe Hörerinnen und Hörer, falls ihr einen Mathematik Podcast kennt, dann bitten wir an dieser, bitte ich an dieser Stelle ganz rotzfrech um Feedback mit einem Link zu diesem jemen Podcast, weil da würde ich echt mal gerne reinhören. gerne reinhören.

55:10Karl Urban Ja, spannend. Ja, auch wie man über Formeln redet. Also das Medium ist nicht so ganz gut geeignet eigentlich, weil man kriegt das nicht so gut gepasst. Also ich jedenfalls nicht. Andere vielleicht schon. Das weiß ich.

55:20Franziska Konitzer Ich habe es gar nicht erst versucht, aber ich hoffe, ich habe dir heute von diesen vier Gleichungen erzählen können, ohne dass du schreiend in die Nacht gelaufen bist. Bist du offensichtlich nicht.

55:28Karl Urban Nee, ist okay. Ich habe auch über die Jahre ja gelernt, über solche Bereiche einfach rüber zu hören und irgendwie das Wesentliche zu versuchen, wenigstens rauszuziehen. Ich hatte noch einen Gedanken, also ich fand das schon recht verblüffend, dass man zwar heute irgendwie mit dem Handy diesen Code, also das ist nicht verblüffend, das ist einfach Moore's Law, dass man das heute mit dem Handy machen kann, aber dass die zwei- oder dreidimensionale Modelle eigentlich nicht wirklich rechnen irgendwo, weil die Rechenleistung ja irgendwie schon da ist.

56:03Karl Urban Und ich habe mich auch gefragt, so Dinge, also ein Bereich, wo es vielleicht auch relevant ist, sind ja gerade diese Magnetfelder, die hast du ja auch erwähnt, ne? Und damit zusammenhängen ja auch so Strahlungsausbrüche von Sternen und das ist ja eine Exoplanetenforschung und gerade wenn man jetzt sagt, irgendwie, ja, wir haben ja einen Planeten in der habitablen Zone, der ist irgendwie erdgroß und vielleicht müsste eigentlich flüssiges Wasser auf ihm geben, aber wir wissen nicht genau, was dieser Stern eigentlich macht und der ist irgendwie vielleicht wahnsinnig aktiv, aktiv, aber so richtig gut können wir es nicht modellieren.

56:32Karl Urban Das finde ich, ja, da könnte es vielleicht noch mal interessant und relevant werden, da irgendwie genauer reinzuschauen.

56:38Franziska Konitzer Ja, ja, also wenn es dich wirklich interessiert, ich kann dir hier bei Sternmodelle so viel zulammern, wie du möchtest, auch in weiteren Folgen. Nein, dieser, dieser, dieses, dieses Programm GAS, denke ich, das ist eins und das rechnet ja halt den ganzen Stern. Es gibt, es gibt auch sicherlich Codes, die zum Beispiel gerade versuchen, so Strahlungsausbrüche zu modellieren.

56:59Franziska Konitzer Und dann, und dann brauchst du auch zwei oder wenn nicht sogar drei Dimensionen, weil der Witz ist, dann fängt das an, du kriegst dann Turbulenzen, ne? Der Stern ist ja auch ein bisschen turbulent und Turbulenzen sind im Grunde genommen immer chaotisch, sprich, kleine Abweichungen in den Anfangsbedingungen können zu sehr großen Unterschieden führen in den verschiedenen Szenarien.

57:24Franziska Konitzer Und deshalb sind Turbulenzen berechnen richtig, richtig fies, Auch das geht natürlich überhaupt nicht analytisch. Aber eben, deshalb würdest du solche, ich weiß tatsächlich gar nicht, ob es 3D-Modelle gibt, ich denke schon, aber die würden immer nur die Hülle von dem Stern rechnen. Die würden immer nur so wenig nehmen wie möglich und nicht den ganzen, aber dieser Code ist eben von seinem Fundament so darauf angelegt, dass er den ganzen Stern rechnet von innen nach außen.

57:47Franziska Konitzer Genau, das ist ein anderer Ansatz. Und deshalb ist der fundamental nicht dafür geeignet, um jetzt irgendwelche, also sag ich jetzt einfach mal so, ich glaube, ich lebe mich damit nicht weit aus dem Fenster, um irgendwelche Strahlungsausbrüche von roten Zwergen zu simulieren. Dafür bräuchte man dann andere Codes, die aber … Und da reicht dann die Oberfläche unter Umständen ja schon aus.

58:03Franziska Konitzer Genau, aber es ist wirklich, es ist halt wirklich, wenn du, wenn du 2D und 3D rechnest, das geht inzwischen auch, aber ich weiß, das ist aber auch schon ein paar Jahre her, da war ich auch an demselben Institut, am Max-Planck-Institut für Astrophysik und habe mich mit einem Forscher unterhalten, der Supernova-Explosionen simuliert hat, weil das kann dieser Code zum Beispiel auch nicht.

58:22Franziska Konitzer Der macht weiter, bis wirklich Kernfusion zum Erliegen kommt, denke ich, und dann ist er fertig, ne? Aber eine Supernova-Explosion kommt ja danach, das macht er ja nicht mehr. Und da habe ich mich mit diesem Forscher unterhalten und da war damals das große Ding, dass sie in 2D so eine Supernova-Explosion gut schaffen.

58:40Franziska Konitzer Also eine Supernova-Explosion ist ja kurz, ne? Dauert nur wenige Minuten.

58:43Karl Urban Gut schaffen klingt gut, ja.

58:44Franziska Konitzer Also das funktioniert. Aber in 3D, ja, aber in 3D, da schien alles richtig zu sein, aber die Supernova ist einfach nicht explodiert. Das haben sie nicht geschafft. Inzwischen, das ist auch ein paar Jahre her, inzwischen haben sie das geschafft. Das ist alles super, die Supernova explodiert auch in 3D. Aber das war damals noch nicht, weil wirklich die Zeitschritte, das ist ja auch so ein Zeitskalenproblem.

59:08Franziska Konitzer Wenn du sagst, du berechnest jetzt zur ganzen Sternentwicklung, das geht ja über Milliarden von Jahren, bei massereichen Sternen über Millionen von Jahren, aber dann diese Strahlungsausbrüche sind sehr kurzskalige Phänomene. Und dann musst du also variable Zeitschritte haben und sowas. Und auch eine Supernova-Explosion ist super, super kurz. Das dauert ja, ich glaube, innerhalb von wenigen Millisekunden fällt dieser Stern wirklich in sich zusammen. Also die Zeitschritte sind dann auf einmal das Entscheidende und der Teufel steckt da halt echt im Detail.

59:37Franziska Konitzer Also es geht alles inzwischen prima, glaube ich, mehr oder weniger, aber es ist immer noch so. Es ist natürlich immer noch nicht so, wie kosmologische Simulationen, wo du dann irgendwie einen Monat Rechenzeit an irgendeinem fetten Rechenzentrum brauchst. Also das nicht. Die Supernova-Explosion glaube ich schon, die braucht ein Rechenzentrum.

59:54Franziska Konitzer Aber der Code ist noch nicht mal parallelisiert. Also der ist, der ist, also dieser Sternentwicklungscode ist seriell. Das heißt, das Computerprogramm geht tatsächlich eins, zwei, drei, einfach runter. Parallelisiert heißt ja, wenn du mehrere Prozessoren hast, ich habe auch Achim Weiß gefragt und er hat auch gesagt, er hat sich mal überlegt, den zu parallelisieren, aber ganz ehrlich, das lohnt sich nicht, weil das ganze Ding Sekunde braucht, auf dem Handy.

1:00:18Franziska Konitzer Was soll's, ne? Also ja.

1:00:20Karl Urban Und dann habe ich noch noch einen Gedanken, einen letzten, weil der Achim Weiß ja in dem einen O-Ton über Seismologie gesprochen hat, da zucke ich als Geologe immer kurz und dann wird mir klar, dass es da um Astro-Seismologie geht, Das ist auch ein Bereich, über den ich eigentlich fast gar nichts weiß, aber ich glaube, er ist recht spannend, weil es letztlich auch so ein...

1:00:40Karl Urban Ich glaube, da geht's ja so um Wellen, Schallwellenfortpflanzung in der Sternoberfläche oder ein bisschen tiefer. Und das ist ja so ein Beobachtungsansatz auch.

1:00:48Franziska Konitzer Das ist ein Beobachtungsansatz. Tatsächlich weiß ich darüber auch so gut wie gar nichts und würde dir deshalb zu irgendeinem späteren Zeitpunkt in diesem Jahr einmal eine Geschichte dazu erzählen, damit ich mich damit auseinandersetzen darf.

1:00:59Karl Urban Das ist, glaub ich, auch so was, was aus der Exoplanetenforschung rausfällt, weil man diese Helligkeitsunterschiede, diese sehr subtilen, das können Planeten sein, des Sterns sein?

1:01:11Franziska Konitzer Ja, genau. Und vor allen Dingen kannst du mit Astroseismologie kannst du auch irgendwie das Alter von Sternen bestimmen. Das finde ich so spannend. Also wenn ein Stern auf dieser Hauptreihe ist, wo er ein paar Milliarden Jahre lang rumdümpelt im Zweifelsfall, kannst du das irgendwie dazu benutzen, um das Alter von dem Stern festzulegen.

1:01:25Franziska Konitzer Aber ich finde das auch furchtbar spannend. Habe es auch noch nie geschafft, irgendeiner Redaktion irgendwas dazu anzudrehen, weil alle sagen, das ist langweilig. Ich finde das super spannend und deshalb kann ich an der Stelle schon versprechen, gibt es dazu noch in diesem Jahr eine Folge.

1:01:39Karl Urban Weil ich es auch super interessant finde. Das klingt nach einem Nerd-Level für Astrogeo, definitiv. Und vielleicht machen wir dann einfach ein Doppel und ich mache was zur geologischen Seismologie. Ja, bitte darum. Schön, dann haben wir das Thema eingefangen.

1:01:56Franziska Konitzer Haben wir es für heute.

1:01:58Karl Urban Genau. Das war sie jetzt nämlich, die 63. Ausgabe von Astrogeo. Wir danken allen, die unsere Arbeit unterstützen. Das sind die regelmäßigen AbonnentInnen der Weltraum Reporter, dem Online-Magazin. Das Abonnement kostet 3,49 Euro pro Monat.

1:02:14Franziska Konitzer Und genauso danken wir den Flatrate-Abonnentinnen der Riff Reporter. Die Riff Reporter sind eine Genossenschaft von über 100 freien und unabhängigen Journalistinnen und Journalisten, die zu vielen relevanten Themen arbeiten. Alles frei von Werbung und Trackern und recherchiert unter strengen journalistischen Standards.

1:02:30Franziska Konitzer Jedes Abo bei den RIV-Reportern hilft uns, aber auch euch, denn ihr erhaltet Zugang zu allen vielfältigen und tiefgründigen Recherchen.

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1:03:28Karl Urban Und zuletzt danken wir euch fürs Zuhören, wir sagen tschüss, ad astra und Glück auf!