Ungewohnte Klänge
Tasteninstrumente werden so gestimmt, dass nebeneinander liegende Tasten immer Töne mit einem gleichen Frequenzverhältnis erzeugen. Innerhalb einer Oktave gibt es 12 Tasten, also muss dieses Verhältnis benachbarter Frequenzen gleich der 12. Wurzel aus 2 (= 1:0,944...)sein.
Dadurch können die Tonfrequenzen von Akkorden in Zahlenverhältnissen stehen, die sich nicht mehr durch Brüche mit möglichst kleinem Zähler und Nenner ausdrücken lassen, also rational sind.
Die reine Stimmung orientiert sich nur an solchen rationalen Frequenzverhältnissen. Dadurch gibt es Abweichungen, die vor allem wenn man über eine Oktave geht, das Transponieren in andere Tonarten verhindern.
Auf dem Workshop 2010 "Kosmische Klänge im Harz " haben wir eine Panflöte in temperierter Stimmung gebaut. Da zwei benachbarte Rohre eben dieses konstante Längenverhältnis von 0,944 haben, bilden die Rohrlängen eine geometrische Folge und die Rohrenden liegen auf einer Exponentialkurve.
Wie eine solche Flöte klingt, wie also eine temperierte Tonleiter klingt, kennn wir alle.
Eine Panflöte in reiner Stimmung hat dagegen keine festen Längenverhältnisse. Das sieht man (siehe Bild, reine Stimmung: obere Panflöte) und das hört man:
Tonleiter in reiner Stimmung: Hier klicken!
Panflötentöne in reiner Stimmung (Film, mit Sicherheit mit VLC Player abspielbar): Hier klicken!
Passt man beide Stimmungen für einen Ton (hier: c) an, so stimmen die Frequenzen für andere Töne nicht mehr genau überein. Es ergeben sich also beim gleichzeitigen Spielen des gleichen Tones in unterschiedlicher Stimmung Schwebungen, die man leicht hören kann.
Schwebung zwischen reiner und temperierter Stimmung: Hier klicken
Bildbericht zum Workshop: Hier klicken!
Detaillierte Analyse widerspricht anderslautender Hypothese zum Klimawandel
Änderungen der kosmischen Strahlung, wie sie durch Schwankungen der Sonnenaktivität auf der Zeitskala von einigen Tagen verursacht werden, haben keine Veränderungen der globalen oder regionalen Wolkenbedeckung zur Folge. Das zeigen detaillierte Analysen von Wissenschaftlern einer schweizerisch-deutschen Kollaboration. Somit ist es sehr unwahrscheinlich, dass kosmische Strahlung das Klima beeinflusst. (Geophysical Research Letters 37, L03802, 03.02.2010)
Wolken spielen für das Klima der Erde eine doppelte Rolle. Einerseits reflektieren sie auf den Planeten einfallendes Sonnenlicht zurück in den Weltraum, andererseits behindern Wolken die Wärme-Abstrahlung von der Erdoberfläche in den Weltraum. Je nach ihrer Höhe und Beschaffenheit wirken Wolken also entweder wärmend oder kühlend. Nach heutiger Auffassung dominiert der kühlende Einfluss der Wolken.
Vor einigen Jahren haben dänische Wissenschaftler die Hypothese aufgestellt, dass die galaktische kosmische Strahlung die globale Wolkenbedeckung beeinflusst. Dies leiteten sie aus der Auswertung von Strahlungs- und Wolkendaten über einen Sonnenzyklus ab. Während eines 11-jährigen Sonnenzyklus nimmt die Aktivität der Sonne und damit die Zahl der Sonnenflecken zu und wieder ab, wodurch die Stärke der im Sonnenwind eingefrorenen und die kosmische Strahlung ablenkenden Magnetfelder entsprechend schwankt. Das hat zur Folge, dass bei aktiver Sonne weniger kosmische Strahlung die Erde erreicht. Da insgesamt die Sonnenaktivität im vergangenen Jahrhundert zugenommen hat, vermuteten die dänischen Autoren, dass die Wolkenbedeckung und somit die Wolkenkühlung abgenommen haben. Sie spekulierten, dass die beobachtete globale Erwärmung darauf zurückzuführen sei. Dies löste eine kontroverse Debatte aus.
Für einen unabhängigen Test dieser Hypothese haben Frank Arnold vom Max-Planck-Institut für Kernphysik und seine Schweizer Kollegen von der Universität Bern und der Eawag Dübendorf nun sogenannte Forbush-Ereignisse analysiert. Dabei verursachen sporadisch auftretende Sonneneruptionen einen plötzlichen Rückgang der in die Erdatmosphäre eindringenden kosmischen Strahlung, der innerhalb weniger Tage wieder abklingt. Die Abnahme ist ähnlich stark ausgeprägt wie im Maximum des Sonnenzyklus.
Wie können kosmische Strahlen die Wolkenbildung beeinflussen? Wolken brauchen zu ihrer Entstehung Kondensationskeime, die dann zu Tröpfchen anwachsen. Solche Kondensationskeime sind Aerosolteilchen, die im Prinzip auch aus Ionen (elektrisch geladenen Atomen oder Molekülen) entstehen können. Die Ionen werden durch die kosmische Strahlung aus neutralen Luftmolekülen gebildet.
Die Gruppe um Frank Arnold hat in Laborexperimenten die Bildung von Aerosolteilchen aus Ionen untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Ionen hauptsächlich durch Anlagerung von gasförmiger Schwefelsäure wachsen. Nach einigen Tagen sind die Teilchen so groß, dass Wasserdampf darauf kondensieren kann. Schwefelsäure entsteht in der Atmosphäre aus Schwefeldioxid, das hauptsächlich bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie bei Vulkanausbrüchen in die Luft geblasen wird. Allerdings wird in der Atmosphäre nur selten genügend Schwefelsäure gebildet, um die winzigen Aerosolteilchen bis zur Größe von Wolkenkondensationskernen anwachsen zu lassen. Das begrenzte Angebot an Schwefeldioxid ist somit ein Flaschenhals für die Wolkenbildung durch kosmische Strahlung.
So lag es nahe, aus Messdaten der galaktischen kosmischen Strahlung die Ionenkonzentration in der Atmosphäre zu berechnen und mit Satellitendaten der Wolkenbedeckung zu vergleichen. Als Ergebnis der Analyse von 6 markanten Forbush-Ereignissen steht fest, dass sich Ionenkonzentration und Wolkenbedeckung völlig unkorreliert zeitlich ändern. In keinem Wolkenstockwerk fanden die Forscher der schweizerisch-deutschen Kollaboration globale oder regionale Effekte, weder für ein einzelnes Ereignis noch gemittelt über alle 6 Ereignisse.
Analysiert haben die Wissenschaftler nur solche Forbush-Ereignisse, die nicht durch andere Effekte überlagert waren. Sie berechneten für alle 6 Ereignisse über je 20 Tage alle 3 Stunden die Ionenkonzentration in einem 5°×5°-Gitter über den Globus und die gesamte Troposphäre. Diese verglichen sie dann mit ebenfalls 3-stündlich vorliegenden Satellitendaten zur Wolkenbedeckung in 3 Höhenstufen. Sie betrachteten nur relative Werte, so dass eventuelle systematische Messfehler keine Rolle spielen. Die Methode ist empfindlich genug, um Effekte in der von den dänischen Wissenschaftlern postulierten Größenordnung zu entdecken.
Die Spurengase Schwefelsäure und Schwefeldioxid sowie Schwefelsäure enthaltende gasförmige Ionen sind überall in der Troposphäre, der Wetterschicht unserer Atmosphäre, vorhanden. Das konnten die Max-Planck-Forscher um Frank Arnold in Zusammenarbeit mit dem DLR (Deutsches Zentrums für Luft- und Raumfahrt) mit flugzeuggetragenen Messinstrumenten nachweisen. Das Foto zeigt das hierfür eingesetzte Forschungsflugzeug Falcon des DLR bei der Vorbereitung eines Messfluges.
Presseinformation des Max-Planck-Instituts für Kernphysik
Internationale Forschergruppe wertet Informationen der letzten Jahre aus.
Meteoriteneinschläge legen Marseis frei:
In Aufnahmen Mars Reconnaissance Orbiter aus dem Jahre 2006 fanden Wissenschaftler 6 m und 12 m große Krater mit Einschlägen von Meteoriten, bei denen weißes Material zum Vorschein kam. Drei Monate später war ein großer Teil verschwunden. Es muss sich um reines Wassereis handeln, denn dieses verdampft in der Marsatmosphäre genau mit der beobachteten Geschwindigkeit.
Mond hat Wassereis:
Messungen der indischen Sonde Chandrayaan - 1 zeigen im IR - Bereich Absorptionen bei der Wellenlänge von 3 Mikrometern, die von Wassermolekülen bzw. OH erzeugt werden. Diese Beobachtungen wurden auch durch andere Sonden bestätigt.
Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass gerade an den Polen im Inneren der Krater große Wasservorräte als Eis vorkommen.
Vermutlich stammt das Wasser aus den Protonen des Sonnenwindes, die mit dem im Gestein gebundenen Sauerstoff Wassermoleküle oder OH bilden.
Wasservorkommen auf dem Mond sind wichtig als Rohstoff für zukünftige bewohnte Mondstationen.