Planet Mars (40) - Magnetosphäre

Magnetosphäre

Eine genauere Analyse des Marsmagnetfeldes wurde ab 1997 durch die Magnetometermessungen der amerikanischen Marssonde Mars-Global-Surveyor (MGS) möglich. Vorangegangene Missionen (beginnend mit Mariner 4) hatten bereits erste Hinweise auf die Existenz eines sehr schwachen Magnet­feldes ergeben, dessen Stärke 0.5 nT im Wesentlichen nicht übersteigt. Mars 2 und Mars 3 (UdSSR) fanden darüber hinaus Hinweise auf eine Stoßregion, da ihre Meßgeräte beim Einflug zum Mars eine deutliche Erhöhung der lokalen Elektronendichte und Elektronentemperatur erfaßten. Der subsolare Punkt der Stoßfront befand sich dabei ca. 1.5 Marsradien (3394 km) vom Planeten entfernt. Auch hier entsteht die Stoßfront genauso wie bei der Venus durch eine direkte Wechselwirkung mit der Ionosphäre, denn das Eigenfeld von Mars ist viel zu gering, um bei der Ausbildung einer Magnetosphäre eine größere Rolle zu spielen (schwache induzierte Magnetosphäre mit unterscheidbarer Magnetopause und Plasmaschicht). 

Während in der Erdatmosphäre der Übergang zwischen der neutralen Atmosphäre zur Ionosphäre sehr scharf ausgeprägt ist, ist das beim Mars nicht der Fall. Eher pragmatisch als durch scharfe Grenzen festgelegt bezeichnet man hier den Bereich zwischen 100 und 500 km Höhe als Ionosphäre. Die Ionisierung der darin enthaltenen Atome geschieht einmal durch die elektro­magnetische Strahlung der Sonne (Photoionisation) und zum anderen durch die Teilchen des Sonnenwindes selbst, der aufgrund des fehlenden globalen Magnetfeldes bis in eine Tiefe, die ~270 km über der Oberfläche liegt, eindringen kann. Der Bereich zwischen 650 und 1200 km Höhe, also die Schicht, die genau unterhalb der induzierten Magnetosphärengrenze liegt, enthält fast nur Protonen (d.h. Wasserstoff-Ionen) und ionisierten Sauer-stoff. In den oberen Bereichen der Ionosphäre ist dagegen die Dichte freier Elektronen, die bei photoelektrischen Prozessen (solare UV-Strahlung) freigesetzt werden, besonders groß. Wesentlich ist, daß die induzierte Magnetosphäre nicht in der Lage ist, die Marsatmosphäre von dem geladenen Teilchenstrom des Sonnenwinds effektiv abzuschirmen. Das Sonnenwindplasma kann dagegen sehr leicht in den Raumbereich unterhalb der induzierten Magnetosphärengrenze eindringen und dort mit den darin enthaltenen Ionen in Wechselwirkung treten.

Mars besitzt kein inhärentes, Dynamo-induziertes Magnetfeld. Lediglich Regionen mit remanenter Magnetisierung bilden lokale Magnetfelder aus, die in der Lage sind, den einfließenden Sonnenwind über deren normale hydrodynamische Ablenkung hinaus zu stören. Da auf diese Weise die Hochatmosphäre des Mars direkt mit dem Sonnenwindplasma wechselwirkt, kommt es zu einer kontinuierlichen Erosion dieser Schichten. Quelle NASA

Konkret bedeutet das, daß der Sonnenwind in der Lage ist, diese Ionen aufzunehmen (Ionen pick up) und mit der Sonnenwindströmung mitzureißen. Daß das wirklich so ist, hat zum ersten Mal 1989 die russische Marssonde Phobos beim Durchfliegen der Nachtseite des Planeten nachgewiesen. Eine Hochrechnung der Ergebnisse zeigt, daß die heute sehr dünne Kohlendioxidatmosphäre des Mars in der Vergangenheit überaus mächtiger gewesen sein muß und vielleicht sogar in großen Mengen Wasserdampf enthalten hat (was das gemessene Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis auch nahelegt). Auf das Vorhandensein von flüssigem Wasser in der Vergangenheit des heute staubtrockenen Planeten weisen ja deutlich entsprechende morphologische Strukturen auf der Planetenoberfläche hin. Die gegenwärtige Ionenverlustrate, die aus den Daten von Phobos errechnet wurden, liegt in der Größenordnung von rund 100 g/s für Sauerstoffionen. Auch der geringe Stickstoffanteil der Marsatmosphäre hat wahrscheinlich seine Ursache in den durch den Sonnenwind verursachten Erosionsprozessen. 

Genauere Ergebnisse konnten ab 2004 mit dem Ion Mass Analyzer (IMA) des ASPERA-3 – Detektors (Analyzer of Space Plasma and Energetic Atoms) der Sonde Mars-Express gewonnen werden. Das Resultat von Phobos, daß Sonnenwind-Ionen (H+, He+ He++) tief in die Ionosphäre des Mars eindringen können (d.h. bis in eine Höhe von ca. 270 km), wurde damit eindrucksvoll bestätigt. Das bedeutet, daß die induzierten Magnetosphären­grenze für einen Teil des Sonnenwinds durchlässig ist mit der fatalen Folge, daß planetare Ionen bei der Wechselwirkung mit dem Sonnenwind auf 400 bis 500 km/s beschleunigt werden und damit das Schwerefeld des Planeten in den freien Weltraum verlassen. Es entsteht damit ein kontinuierlicher Massestrom, welcher über die Nachtseite des Planeten in den freien interplanetaren Raum abfließt. Die Marsatmosphäre verlor auf diese Weise über Jahrmilliarden hinweg dramatisch an Substanz, was ihre heutige geringe Dichte erklärt und darüber hinaus Rückschlüsse auf ihre Vergangenheit zuläßt. 

Begonnen hat die Erosion der Marsatmosphäre wahrscheinlich im späten Noachian, als der davor noch vorhandene geody­namische Dynamo seinen Betrieb einstellte und das Eigen­magnetfeld des Planeten zusammenbrach. Modellrechnungen, die auf dem ersten Mars-Express Kongreß 2005 vorgestellt wurden, gehen davon aus, daß in der Frühzeit des Mars ein mildes Klima, eine wasserreiche Oberfläche und eine dichte Atmosphäre bestanden hat. In dem seitdem vergangenen ca. 3.5 Milliarden Jahren ist diese ehemals dichte Atmosphäre jedoch weitgehend verlorengegangen. Die in die Ionosphäre gelangten Wassermoleküle wurden z.B. photochemisch dissoziiert. Der leichte Wasserstoff diffundierte in den Weltraum und die schwereren Sauerstoffionen konnten aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem ungebremsten Sonnenwind den Planeten verlassen. Abschätzungen ergaben, daß seit dieser Zeit eine Wassermenge, die ungefähr einem planetenumfassenden Meer mit einer Tiefe von 10 bis 20 m entsprochen hat, in den Weltraum entwichen ist. Da aber um die vielfältigen, von flüssigen Wasser hervorgerufenen morphologischen Strukturen der Marsoberfläche zu erklären, eine Wassermenge, die einer globalen Schicht mit einer Tiefe von ungefähr 150 m entspricht, erforderlich ist, kann man davon ausgehen, daß sich der größte Teil davon immer noch im gefrorenen Zustand auf dem Planeten befindet. 

Oberflächenmagnetisierung

Als besonders aufregend erwies sich die magnetische Kartierung der Marsoberfläche mit dem MAG/ER-Experiment des Mars Global Surveyor. Die Magnetisierung der Oberflächengesteine ist offensichtlich nicht gleichmäßig über den Planeten verteilt. Es existieren vielmehr Magnetfeldanomalien, die besonders im Bereich südlich der großen Vulkanprovinzen (Terra Cimmeria) eine gewisse Ähnlichkeit mit den magnetic stripes der irdischen Ozeanbecken zeigen. Die Tharsis- und Elysium-Region sind dagegen frei von derartigen Anomalien. Sie müssen also älter sein. Unter den Geologen herrscht mittlerweile Einigkeit darüber, daß man es hier mit den Relikten einer Art von Plattentektonik zu tun hat, die vor mehr als 4 Milliarden Jahren die Marskruste formte. Während dieser Zeit muß der Mars noch einen inneren Dynamo besessen haben, der um den Planeten ein Dipolfeld aufgebaut hat und das mehrmals seine Richtung (Polarität) gewechselt haben muß.

Globale Magnetfeldkarte des Mars nach Messungen mit dem MAG/ER (Magnetometer and Electron Reflectometer). Blaue und rote Farbtöne geben jeweils eine unterschiedliche Polarität an (Legende). Die Streifen unterschiedlicher Magnetisierung werden analog zur Erde als Folge einer bis in das Noachien hineinreichenden frühen Plattentektonik gewertet. Quelle NASA 

Man kann sogar relativ genau angeben, wann der Geodynamo des Mars seine Tätigkeit eingestellt hat. Die Magnetfeldkarte zeigt deutlich, daß die großen Einschlagbecken wie z.B. Hellas, Chryse und Argyre sowie eine Anzahl großer Einschlagkrater, deren Entstehungszeit in das späte Noachian datiert wird, frei von Magnetfeldanomalien sind. Eine genaue Analyse dieser Beobachtung (J.H.Roberts et.al. 2009) kam zu dem Ergebnis, daß das vom Mars-Dynamo erzeugte Dipolfeld ungefähr zur Mitte des Noachians, und zwar ziemlich abrupt (d.h. innerhalb von gerade einmal 100 Millionen Jahren), zusammengebrochen ist. Da weiterhin diese Impaktbecken bzw. Krater noch relativ gut erhalten sind, kann man davon ausgehen, daß die plattentektonischen Prozesse auf dem Mars noch vor deren Entstehung aufgehört haben.

Geographische Verteilung der stärksten Magnetfeldanomalien auf der Marsoberfläche. Sie kennzeichnen zugleich auch die nach Kraterzäh­lungen ältesten Krustenbereiche. Quelle NASA 

Eine weitere interessante Entdeckung war der Nachweis von Polarlichtern mit Hilfe des SPICAM-Instruments (Spectroscopy for the Investigation and the Characteristics of the Atmosphere on Mars) der Sonde Mars Express. Zuvor waren Auroras nur von der Erde und von den Riesenplaneten Jupiter und Saturn bekannt. Beim Mars bilden die „Polarlichter“ jedoch keinen Kranz um die Pole (was das Vorhandensein eines magnetischen Dipolfeldes voraussetzen würde), sondern sind auf Oberflächengebiete mit lokalen Magnetanomalien beschränkt. Die von dort ausgehenden Felder fokussieren den Elektronenfluß in der darüber liegenden Marsatmosphäre (220 bis 250 km Höhe), wobei die in diesen Magnetfeldern beschleunigten Elektronen in Wechselwirkung mit in tieferen Regionen vorhandenen Sauerstoffatomen und Kohlendioxid-Molekülen treten und dabei Leuchterscheinungen im UV-Bereich auslösen.

Nächstes Mal: Es gibt kein "Nächstes Mal". Hier ist Schluß mit Mars...

Hinweis:  Alle Postings finden Sie über die Randleiste des Blogs unter "Beliebte Reihen"

www.wincontact32.de    

Die "Sprotte" aus dem Jurakalk...

Aufnahme:  Werner Schorisch, Zittau

So wie heute, im Holozän, in Schwärmen das Moderlieschen den Olbersdorfer See beschwimmt, so schwammen im Jura, d.h. vor 150 Millionen Jahren, die ungefähr genauso großen "sprottenähnlichen Zartschupper" (Leptolepides sprattiformis) durch die Jurameere. Ein paar von ihnen haben im Altmühltal in Mittelfranken, eingebettet in Schieferkalke, als Fossilien überdauert. Es soll gar nicht so schwer sein, sie zu finden (Sammel-Equipment kann man dort ausleihen). Für Moderlieschen gilt das nicht. Von ihnen ist noch keine "Versteinerung" bekanntgeworden. Wahrscheinlich werden sie zuvor vom Haubentaucher, Zwergtaucher oder dem Hecht aufgefressen. Die "Zartschupper" hatten dagegen nur andere Fische oder Fischsaurier als Feinde. Wasservögel gab es vor 150 Millionen Jahren noch nicht - aber immerhin schon den (wahrscheinlich wasserscheuen) Archaeopteryx...

Aufnahme:  Werner Schorisch, Zittau

Aufnahme:  Werner Schorisch, Zittau
Und hier ein paar Details...

Aufnahme:  Werner Schorisch, Zittau

www.wincontact.de

Dendriten auf einem Phonolith-Handstück

Auf plattigen Phonolith-Abschlägen findet man manchmal dunkle, fein verzweigte fraktale Strukturen, die von manchen Leuten für "versteinertes Moos" gehalten werden - sogenannte Dendriten. Natürlich ist "Moos" Quatsch. Es handelt sich hier um Auskristallisationen von (wahrscheinlich) Manganoxid. Man kann sie noch am ehesten mit den "Eisblumen" vergleichen, die sich im Winter bei starkem Frost auf Glasscheiben bilden, da ihre Entstehungsweise Parallelen aufweist. Dendrit kommt übrigens von griech. dendron - Baum.

www.wincontact.de

Vipernatter

Sie kommt in Europa hauptsächlich auf der Iberischen Halbinsel und in Frankreich vor - die mit der Ringelnatter eng verwandte Vipernatter (Natrix maura). Als Wassernatter, dis bis zu 1 m Länge erreichen kann, bewohnt sie auch ähnliche Biotope. Man beachte die runde Pupille, durch die sie leicht von echten Vipern (z.B. die Kreuzotter) leicht zu unterscheiden ist. Auch auf Mallorca kann man sie mit etwas Glück beobachten.

www.wincontact.de

Früher nur im Zoofachhandel zu haben - jetzt endlich auch in Gourmet-Restaurants - Mehlwürmer

Mehlwürmer sind die Larven des Mehlkäfers (Tenebrio molitor). Während der normale Mehlwurm eher als Futter für Ziervögel oder Terrarientiere geeignet ist, ist der Bio-Mehlwurm (ihn gibt es in verschiedenen Farbvarianten und Geschmacksrichtungen, je nach dem, ob man ihn mit Biomöhrchen, Öko-Spinat oder Kleie gefüttert hat) tot oder lebendig eine Spezialität für jeden echten Gourmet, die nur in ausgewiesenen Spezialitätenrestaurants zu haben ist. Die Zunge kann übrigens bei den Würmern einen nussigen Geschmack ausmachen, die Zähne knirschen knusprig. Na dann Guten Appetit!

www.wincontact32.de

Planet Mars (39) - Biosphäre?

Biosphäre

Die Frage, ob es auf dem Mars leben gibt oder ob es auf diesem Planeten einmal Leben gegeben hat (d.h. als dafür die Bedingungen noch günstig waren), ist immer noch unbeantwortet und damit spannend (2012). So gesehen erübrigt es sich eigentlich, etwas über die Biosphäre des Mars zu berichten. Anderseits gibt es auf der Erde Lebensformen, die an wirklich extremste Umweltbedingungen angepaßt sind. Diese speziellen Formen von Archaebakterien werden deshalb auch als „Extremophile“ bezeichnet. Einige Arten davon können jeden­falls unter heutigen Marsbedingungen durchaus gedeihen und sich sogar vermehren, wie eine ganze Reihe von Experimenten gezeigt hat. Und einige davon haben es, so verrät es die Statistik, ihren Weg zum Mars mit hoher Sicherheit geschafft – als blinde Passagiere der Landesonden, die wir zum roten Planeten geschickt haben... Unabhängig davon sind z.Z. noch alle Mutmaßungen über marsianisches Leben reine Spekulation. Wenn es aber im Sonnensystem außer auf der Erde doch noch irgendwo Leben geben sollte, dann ist der Mars ohne Zweifel die erste Adresse dafür. Aus diesem Grund war es ganz natürlich, daß man (wie bereits berichtet) die ersten Marslander, die Mitte der 70ziger Jahre des vorigen Jahrhunderts die Marsoberfläche erreichten (Viking 1 und 2), mit ausgeklügelten Experimenten ausgestattet hatte, um zumindest einen Hinweis auf außer­irdisches Leben zu finden. Die Ergebnisse waren leider indifferent und im Lichte der Erkenntnisse jener Zeit auch nicht vernünftig interpretierbar, so daß diese Bemühungen leider nicht von Erfolg gekrönt waren. Die Folgemissionen waren nur mittelbar der Lebenssuche gewidmet (z.B. Phoenix 2008), da man der Meinung war, daß man erst einmal die Bedingungen der Marsoberfläche, insbesondere in Hinsicht auf die Präsenz von Wasser, erkunden muß, bevor man gezielt dort nach „Mikroben“ suchen kann. 

Marsmeteorit ALH 84001

Besondere Aufmerksamkeit auch außerhalb der wissenschaftlichen Community erregte die 1996 bekanntgegebene Ent­deckung von vermeintlichen Lebensspuren in einem Meteoriten aus der Antarktis (Allan Hills 84001), der zweifelsfrei vom Mars stammte (B.Clinton, 1996). Es handelt sich dabei um einen kataklastischen (bruchdeformiertes) Orthopyroxenit, der entsprech­end seines Bestrahlungsalters vor ca. 15 Millionen Jahren den Mars bei einem Impakt verlassen haben muß. Vor etwa 13000 Jahren ist er dann im Eis der Antarktis gelandet, wo er dann auch prompt 13000 Jahre später bei der systematischen Absuche der Blaueisfelder um die Allans Hills aufgefunden wurde. 

Bei der elektronenmikroskopischen Untersuchung fielen David S. McKay und seinen Mitarbeitern längliche Strukturen im Nanometer-Bereich auf, die verblüffend (bis auf ihre zu geringe Größe) irdischen Bakterien ähnelten. Heute ist diese Deutung weitgehend umstritten und nur noch sehr wenige Wissenschaftler, die sich mit dieser Materie beschäftigt haben, gehen davon aus, daß man es mit fossilierten „Marsbakterien“ zu tun hat. Wenn es sich wirklich um Mikrofossilien handeln sollte (was in keinster Form klar ist), dann handelt es sich eher um Verunreinigungen irdischen Ursprungs (man hat vor einiger Zeit auf der Erde sogenannte „Nanobakterien“ entdeckt, die von ihrer Länge her passen würden). Auch gibt es mittlerweile sicherlich ein halbes Dutzend „anorganische“ Erklärungsmodelle für die von McKay gefundenen Nanostrukturen. Auch die Entdeckung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) im gleichen Meteoriten ist kein Beweis für außerirdisches Leben, obwohl diese Stoffe häufig beim Zerfall von Bakterien entstehen.

Mars-Meteorit ALH 84001,0, der am 27. Dezember 1984 im Bereich der Allan Hills (Victoria Land, Antarctica) aufgefunden wurde und der zweifelsfrei vom Mars stammt. Quelle USGS

In genau einer Probe von ALH 84001 glaubte man 1996 erste Spuren außerirdischer Lebewesen in Form von „Nanobakterien“ gefunden zu haben – eine Deutung, die heute kaum noch ernsthaft vertreten wird. Quelle NASA

Da man weiß, das Leben auf der Erde relativ schnell entstanden ist (innerhalb von wenigen 100 Millionen Jahren, nachdem die Umweltbedingungen dafür geeignet waren), gibt es auch eine gewisse Wahrscheinlichkeit, daß dieselben oder ähnliche bio­chemische Prozesse auch auf einem „feuchten“ und „warmen“ frühen Mars stattgefunden haben. Da sich aber anschließend die Umweltbedingungen relativ schnell verschlechterten (es wurde bekanntlich „trocken“ und „kalt“), dürften heute nur noch wenige ökologische Nischen auf dem Mars vorhanden sein, in die sich primitive Mikroorganismen zurückgezogen haben könnten. Das betrifft insbesondere die im Untergrund wasser(eis)reichen gemäßigten Breiten sowie die Polarregionen mit ihren permanenten Wassereiskappen. Glaubt man den Evolutionsbiologen, dann stehen die Chancen jedoch ziemlich schlecht, endemische Marsorganismen zu finden. Eher kann es sein, daß der Mars einmal in früher Zeit von der Erde „angesteckt“ wurde. Denn wenn ein Meteorit vom Mars auf die Erde gelangen konnte, dann ist sicherlich auch der umgekehrte Weg möglich. 

Methananomalie der Marsatmosphäre

Der 2003 gelungene Nachweis von größeren Mengen Methan in der Marsatmosphäre (Konzentration ca. 10 ppbv – parts per billion by volume) hat besonders unter den Astrobiologen zu einigem Aufsehen geführt. Dazu muß man wissen, daß dieses Gas auf der Erde vorwiegend biologischen Ursprungs ist, wobei die wichtigsten Methanbildner spezielle Bakterien sind. Um die heute in der Erdatmosphäre beobachtete Methankonzentration von ca. 1750 ppbv aufrechtzuerhalten (Methanmoleküle werden in der Atmosphäre kontinuierlich abgebaut, wobei die durch­schnittliche Lebensdauer eines Moleküls ca. ein Jahrzehnt beträgt), müssen pro Jahr über 500 Millionen Tonnen erzeugt werden. Auf dem Mars sind die Verhältnisse dagegen vollkommen anders. In der fast reinen Kohlendioxid-Atmosphäre ist Methan lediglich ein Spurengas. Dort überlebt ein Methanmolekül im Mittel rund 600 Jahre. Das bedeutet, daß bei einer stabilen Konzentration von 10 ppbv pro Jahr rund 100 Tonnen von diesem Gas neu entstehen müssen. Da stellt sich natürlich sofort die Frage nach der Natur der Methanquellen auf dem Mars. 

Weiterhin ist auffällig, daß die Methankonzentration nicht gleichmäßig über den Planeten verteilt ist, sondern saisonal regelrecht „Methanwolken“ auftreten. So konnten im nördlichen Sommer Methanschwaden detektiert werden, die bis zu 19000 Tonnen dieses Gases enthalten haben. In den Wintermonaten scheint dagegen die Methanfreisetzung zu stoppen. Offen­sichtlich spielt die Temperatur dabei eine gewisse Rolle. 

Vulkanismus, der auf der Erde ca. 0.2% der Methanmenge liefert, sollte nach heutigen Kenntnissen auf dem Mars aus­scheiden, da trotz genauester Fernerkundung keine Anzeichen eines aktiven rezenten Vulkanismus gefunden werden konnte. Eine weitere denkbare Methanquelle wäre der Eintrag durch Kometenkerne, die ab und an den Mars treffen. Das sollte aber keine saisonale Abhängigkeit zeigen. Vielmehr würde man in diesem Fall nur eine temporäre Anreicherung in der Marsatmo­sphäre beobachten und andere Erklärungsmodelle wären obsolet. Lokale Entstehungs- bzw. Freisetzungsmechanismen können die beobachtete Verteilung sehr viel besser erklären, wobei aber, und das ist der Knackpunkt, denkbare Mechanismen der Methanbildung nur sehr begrenzt sind. Es kommen genau genommen nur mikrobiologische und anorganisch-chemische Bildungsmechanismen in Frage. Seitdem man weiß, daß es im Marsboden relativ viel Wasser gibt, könnte ein spezieller geochemischer Vorgang, der als Serpentinisierung bezeichnet wird, des Rätsels Lösung sein. Die Zutaten, Wasser, Kohlendioxid und das Mineral Olivin (ein wichtiger Bestandteil vieler Vulkanite wie z.B. der Basalte) sind auf dem Mars reichlich vorhanden. Wenn Olivin (aber auch andere Minerale wie z.B. Amphibole oder Pyroxene) mit kohlesäurehaltigen Wasser in Kontakt kommen, dann wandeln sich die genannten Minerale im Rahmen einer exothermen Reaktion in weißliche Serpentine (das sind gesteinsbildende Schichtsilikate, die sehr viel Magnesium enthalten) um, wobei Wasserstoff freigesetzt wird. Die metamorphen Gesteine, die sehr viel von dem Silikat Serpentin enthalten, bezeichnet man als Serpentinite. Auf der Erde kann man ihre Entstehung im Bereich heißer untermeerischer Quellen, den sogenannten Black und White Smoker, beobachten. Der bei der Umwandlung freigesetzte Wasserstoff kann anschließend mit Kohlenstoff und einfachen Kohlenstoffverbindungen (Kohlenmonoxid, Kohlendioxid) reagieren und dabei Methan bilden. Man schätzt, daß pro Jahr ca. 80000 Tonnen Olivin umgewandelt werden müssen, um die heutige mittlere Methankonzentration in der Marsatmosphäre stabil zu halten. Das ist nicht soviel, daß es nicht möglich wäre. Das Problem ist eher die notwendige Präsenz von flüssigem Wasser. Auf jeden Fall gibt es aber durchaus Möglichkeiten, die Methanvorkommen auf dem Mars auch ohne methanbildende Mikroorganismen zu erklären. Um Leben auf dem Mars zu postulieren, braucht man stichhaltigere Beweise. 

Wenn das Methan in den Krustengesteinen gebildet wird, muß es irgendwie an die Planetenoberfläche gelangen. Solche Orte könnten z.B. Schlammvulkane sein, wie man sie auch von einigen Gegenden der Erde (z.B. Aserbaidschan) her kennt. In ihnen strömt methanhaltiger Matsch aus der Erdkruste an die Erdober­fläche. Dabei entstehen morphologische Strukturen, die wie Vulkane (mit Zentralkrater) aussehen. Und genau solche Strukturen konnten auf dem Mars in der Chryse-Tiefebene entdeckt werden (Komatsu, 2009). Ob sie noch aktiv sind (was durchaus möglich wäre), müssen zukünftige Untersuchungen klären. Wenn ja, könnten sie methanhaltige Gase an die Oberfläche befördern.

Methankonzentration in der Marsatmosphäre während des nördlichen Sommers. Die Methanwolken enthalten insgesamt bis zu 17000 t Methan. Quelle NASA

Die größten Methankonzentrationen wurden in Gebieten beobachtet (z.B. Nili Fossae, Teile von Syrtis Major), wo in ferner Vergangenheit einmal Wasser geflossen ist. Quelle NASA

Diese vom Mars Reconnaissance Orbiter aufgenommenen Objekte stellen mit hoher Wahrscheinlichkeit Schlammvulkane dar. Sie könnten große Mengen Methan freisetzen. Quelle NASA

Schlammvulkane auf dem Mars erscheinen auf dem ersten Blick etwas sehr exotisches zu sein, erfordert ihre Entstehung doch das „Aufquellen“ von sehr plastischem, d.h. wasserreichen Materials mit einer Konsistenz zumindest von der von Tonen. Es ist aber durchaus nicht von der Hand zu weisen, daß es in mehreren Kilometern Tiefe Bereiche mit warmen, flüssigen Wasser gibt, die Sedimentschichten durchsetzen. Wenn dieses feinkörnige, dick­flüssige Material durch Risse und Verwerfungen zur Oberfläche dringt, dann kann man erwarten, daß sich an den Austrittsstelen Schlammvulkane bilden. Und im gleichen Maße ist es möglich, daß sowohl anorganisch gebildetes Methan bzw. Methan, welches von methanbildenden Mikroorganismen stammt, in größerer Menge an die Oberfläche gelangt. Auch auf der Erde hat man Bakterien gefunden, die mehrere Kilometer unter der Erdoberfläche in den Poren von Gesteinen leben und sich völlig autotroph ernähren. Also, wenn einmal Leben auf dem Mars entstanden sein sollte oder eingetragen wurde (Panspermie), dann könnten es sich in wasserhaltige Schichten unterhalb der Marsoberfläche zurückgezogen haben. Denn dort sind sie von den gefährlichen kosmischen Einflüssen weitgehend geschützt. 

Methanal (Formaldehyd)

Methanal oder, wie dieser Stoff meist genannt wird, Formaldehyd, konnte auch in der Marsatmosphäre nachgewiesen werden (Peplow, 2005). Anfänglich hat man dies als ein Zeichen biologischer Aktivität gewertet (V. Formisano, 2005), heute ist man sich da nicht mehr so sicher. Auf jeden Fall ist Methanal dahingehend ein außergewöhnlicher Stoff, da er sehr schnell (innerhalb von 7.5 Stunden) in der Marsatmosphäre abgebaut wird. Um die vom Planetary Fourier Spectrometer der Sonde Mars Express gemessene Konzentration von ~130 ppb konstant zu halten, muß dieses Spurengas kontinuierlich aus einer noch unbekannten Quelle nachgeliefert werden. Chemisch wird Methanal durch Oxidation von Methan gebildet. Wie diese Oxidation im konkreten Fall unter Marsbedingungen stattfindet, abiotisch oder biotisch, ist aber weiterhin umstritten. Ein Teil könnte aus vulkanischen Exhalationen stammen. Nimmt man die Erde zum Vergleich, dann ist die Menge, die der Mars heute noch maximal jährlich emittieren kann, auf jeden Fall zu gering. Auch in die Atmosphäre eindringende Kometenkerne reichen dazu nicht aus. Deshalb ist die „biologische“ Erklärung auch lange noch nicht vom Tisch.

Nächstes Mal: Die Magnetosphäre

Hinweis:  Alle Postings finden Sie über die Randleiste des Blogs unter "Beliebte Reihen"

www.wincontact32.de    WINcontact 32 - Blog

Das (neue) Riesenfaß auf dem Jaberlich im Land hinter dem Jeschken (Nordböhmen)

Ein Gastbeitrag von Björn Ehrlich, Hörnitz.

Etwas bergauf hinter der Felsenkapelle unter dem Jaberlich bei Liebenau in Nordböhmen erhebt sich im bergigen Land hinter dem Jeschken (Podjestedi ) der 684 m hohe Jaberlich (Javornik), von dem sich eine schöne Fernsicht u.a. zum 1010 m hohen Jeschken bietet und auf dessen Gipfel mal das größte Faß der Welt gestanden hat. 

Weil es so groß war (14 m lang, 12 m hoch) und man darin theoretisch 10238 Hektoliter besten böhmischen Biers hätte einlagern können (aber auch ungarischen Rießlings), wurde es kurz das „Riesenfaß“ genannt. Es diente aber nicht als Bier- oder Weinbehälter, sondern beherbergte in mehreren Ebenen eine Gaststube für bis zu 400 Gäste. Leider ist es – da aus Holz – im Jahre 1974 niedergebrannt. Seitdem ist sein nur wenig kleinerer Bruder, das „Riesenfaß“ oberhalb von Bad Liebwerda (Lázně Libverda) im Vorland des Isergebirges das größte Riesenfaß der Gegend. Auf dem Jaberlich baute man stattdessen später eine große, weithin sichtbare Antennenanlage und nur noch wenige Einheimische und Touristen hatten Lust den Berg zu besteigen. Das hat sich nun wieder geändert. Denn vor gerade einmal 2 Jahren (2010) wurde der Neubau einer gastronomischen Einrichtung begonnen und bereits ein Jahr später eröffnet. 

Es handelt sich dabei um ein sehr modernes Etablissement, welches mit dem Auto erreichbar ist. Das gastronomische Angebot ist vorzüglich. Leider wurde bei der Gelegenheit unterhalb des Riesenfasses am Jaberlichsattel eine Skipiste mit Sessellift sowie eine Sommerrodelbahn in die einmalige Landschaft oberhalb von Schimsdorf gezimmert, wodurch das landschaftliche Ensemble nachhaltig gestört ist. 

Ob diese Investition zudem noch wirtschaftlich betrieben werden kann, möchte ich bezweifeln. Am besten sie fahren, radeln oder wandern selbst mal hin. Der Berg jedenfalls ist nicht zu übersehen. 

Aber zurück zum Riesenfaß. Wenn das Orginal auch abgebrannt ist, so hat es doch eine interessante Geschichte hinter sich gebracht. Das Jahr 1898 war auf zweierlei Art bemerkenswert, einmal dadurch, weil drei Jahre später daß weitgehend sehr unglücklich verlaufende 20. Jahrhundert begann und zweitens, weil in diesem Jahr Kaiser Franz Joseph sein 50. Dienstjubiläum als regierender Kaiser der k. und k.-Monarchie begehen konnte. Auch Böhmen feierte mit, gehörte es doch schon seit Jahrhunderten zur Donaumonarchie. Zu Ehren dieses Dienstjubiläums wurde in Wien so etwas wie eine „Weltausstellung“ veranstaltet und als Attraktion und Regenschutz das genannte „Riesenfaß“ errichtet und als Weinstube genutzt. Danach sollte es – wie weiland der ein paar Jahre zuvor errichtete Eiffelturm – wieder abgebaut werden, was man im Gegensatz zum Eiffelturm auch tat. Nur zuvor war ein Kneiper aus Langenbrück bei Reichenberg genau bei dieser Ausstellung in Wien anwesend, wo er sich wahrscheinlich bei einem (oder zwei, oder drei – die Anzahl ist nicht überliefert und wäre vielleicht ein schönes Thema historischer Forschungen) Schoppen Wein von dem Faß so begeisterte, daß er es mit ein paar seiner Freunde für 600 Goldmünzen erwarb und es in handlichen Teile zerlegt auf den Jaberlich schleppen ließ (die Anlieferung erfolge von Wien nach Reichenberg per Eisenbahn und den restlichen Weg per Pferdewagen – Benzin-Preise waren damals noch kein Thema – eher Haferpreise). Dort wurde es von einheimischen Handwerkern wieder zusammengesetzt und als Berggaststätte genutzt. 

 

1924 kam dann noch ein hölzerner Aussichtsturm dazu, der aber bereits Ende der vierziger Jahren (1948) wegen Baufälligkeit wieder abgerissen werden mußte. Am 20. September 1974 war dann endgültig Schluß – das hölzerne Faß und seine Nachbargebäude brannte bis auf die Grundmauern nieder. Sogar die Sächsische Zeitung (SZ) hat damals darüber berichtet – Schade war‘s allemal. Aber jetzt steht wieder eine Gaststätte als Zentrum des Wintersportkomplexes Jaberlich an der alten Stelle. Wenn Sie aber das Flair des "alten Riesenfasses" erleben möchten, müssen Sie weiterhin nach Bad Liebwerda ins nahe gelegene Isergebirge reisen. Dabei dürfen Sie aber auf keinen Fall auf einen Abstecher zur Basilika Maria Heimsuchung in Haindorf verzichten...

www.wincontact32.de

La fusion froide est mort, vive LENR!

So oft eine neue überraschende Erkenntnis durch die Wissenschaft gewonnen wird, ist das erste Wort der Philister: es sei nicht wahr; das zweite: es sei gegen die Religion; und das dritte: so etwas habe Jedermann schon lange vorher gewußt.

Wilhelm Raabe (1831-1910)


Der Pons-Fleischmann-Effekt – Warum LENR richtig, „cold fusion“ aber Humbug ist

In meinem Blogbeitrag „Kalte Fusion – doch keine Chimäre?“ habe ich im Eindruck des Vortrages von Prof. Francesco Celani geschrieben, daß an der Sache (der „Kalten Fusion“) vielleicht doch etwas dran ist. Dabei ist mir der interessantere Teil, nämlich der Vortrag von Prof. Yogendra Srivastava erst mal durch die Lappen gegangen. Es ging da um eine theoretische Erklärung von LENR, die sogenannte Wisdom-Larson-Theorie. Grundlegende Artikel dazu kann man auf ArXiv finden (z.B. http://arxiv.org/pdf/cond-mat/0505026.pdf), die aber naturgemäß sehr technisch gehalten sind. Bevor ich näher darauf eingehe, noch ein paar Worte zum Pons-Fleischmann-Effekt. Vor nunmehr 23 Jahren (1989) begann der Wirbel um ein Experiment, welche von den genannten beiden Autoren durchgeführt wurde und daß unter dem Stichwort „Kalte Kernfusion“ eine Zeitlang die Presse beschäftigte, bis es als fehlerhaft und als nicht reproduzierbar hingestellt wurde. Danach sollte es zu Verschmelzungen von Deuteriumkernen innerhalb des Kristallgitters der Oberflächenschicht einer Palladium-Kathode während eines Elektrolyse-Vorgangs gekommen sein. Es wurde behauptet, daß die Messungen einen Energieüberschuß ergeben haben, der mit elektrochemischen Phänomenen allein nicht erklärbar ist (wenn Sie mehr darüber wissen möchten, sollten Sie den englischen Wikipedia-Artikel zur „Cold Fusion“ studieren). Da der Energie-Exzeß recht hoch war und man glaubte, He-Atome als Reaktionsprodukte gefunden zu haben, diskutierte man Fusionsreaktionen der Art: 

d) p+p->He+Positron+Elektronenneutrino (D Deuterium, T Tritium, p Proton, n Neutron, He(M) Helium der Massezahl M; bei derartigen Experimenten verwendet man Metalle wie Palladium, Nickel oder Titan, die mit Wasserstoff- oder Deuteriumgas quasi „vollgesogen“ sind)

Die Crux ist jedoch, daß derartige Reaktionen bei „Zimmertemperatur“ schlichtweg unmöglich sind. „Deuteriumbrennen“ findet in der Natur „frühestens“ in Braunen Zwergsternen sowie konvektiven Protosternen ab einer Temperatur von ~ 1 Million K statt („normales“ Wasserstoffbrennen erfordert eine Zündtemperatur von mindestens 10 Millionen K in Sternen und 100 Millionen K in Kernfusionsreaktoren). Warum das so ist, liegt an der sogenannten Coulomb-Barriere, die ein Proton durchdringen muß, um in den Atomkern seines Stoßpartners zu gelangen. Oder anders ausgedrückt, man muß zwei Protonen (welche die gleiche positive Ladung besitzen) so nahe aneinander heranführen, daß die kurzreichweitigen Kernkräfte die langreichweitigen elektrischen Abstoßungskräfte überwinden können. Und selbst das ist nur die halbe Wahrheit, denn z.B. in der Sonne kommt es nur deshalb zur Wasserstoff-Fusion, weil dort erst ein quantenmechanischer Effekt die Durchdringung der Coulomb-Barriere ermöglicht, der "Tunneleffekt". Erst bei Temperaturen oberhalb 100 Millionen K ist die kinetische Energie einiger thermischer Protonen ausreichend, um auch ohne Tunneleffekt bei Stößen miteinander verschmelzen zu können.

Die „Höhe“ der Coulomb-Barriere läßt sich größenordnungsmäßig über eine Faustformel abschätzen. Bezeichnet Z1 und Z2 die Kernladungszahl zweier Atomkerne und A die Massezahl des Target-Kerns, dann gilt näherungsweise 

was z.B. für die Reaktion b) einen Wert von ~0.7 MeV ergibt, was wiederum einer kinetischen Temperatur von über einer Milliarde K entspricht.

Ein Mechanismus, der auf kaltem Wege eine „echte“ Kernfusion ermöglicht, müßte nicht nur die exorbitant hohe Coulomb-Schwelle überwinden, sondern auch die dafür typischen Reaktionsprodukte (He, T, schnelle Neutronen und Gammastrahlung) liefern. Da insbesondere Letzteres nicht der Fall ist (Herr Rossi wäre sonst schon lange tot), kann nach allem, was wir in den letzten 100 Jahren über Kernphysik gelernt haben, eine "echte" Kernfusion keine Erklärung für den ohne Zweifel realen Pons-Fleischmann-Effekt sein. Was ist es aber dann? Das Schlüsselwort hier ist „neutron capture“, wenn man den Arbeiten von Alan Widom und Lewis Larsen (2005) folgen möchte. Neutroneneinfangreaktionen spielen auch in der Astrophysik eine große Rolle bei der Synthetisierung von Elementen (insbesondere) mit ungradzahliger Kernladungszahl sowie von Elementen oberhalb von Eisen (s-Prozeß, r-Prozeß). Dazu muß man wissen, daß freie Neutronen mit einer Halbwertszeit von 881 Sekunden (eine knappe viertel Stunde) in Protonen und Elektronen (+ Elektronen-Antineutrinos) zerfallen – was man als ß-Zerfall bezeichnet. Das Interessante ist, daß diese Zerfallsart nicht auf freie Neutronen beschränkt ist, sondern auch in instabilen Isotopen auftreten kann. Das ist immer dann der Fall, wenn bei einem radioaktiven Zerfall der entstehende Tochterkern energetisch stabiler ist (also eine geringere Energie aufweist) als der Mutterkern. Dann passiert Folgendes: Ein Neutron zerfällt in ein Proton (dabei erhöht sich die Kernladungszahl Z um 1 –> „Transmutation des Elements“ – der Traum jedes Alchimisten), wobei zusätzlich noch ein Elektron (+Neutrino) emittiert wird. Das radioaktive Isotop ist in diesem Fall ein sogenannter Beta-Minus-Strahler. Ein typischer Beta-Minus-Strahler ist z.B. (198)Au, welches bei diesem Prozeß quasi zu Quecksilber mit der gleichen Massezahl A=198, aber der Kernladungszahl Z=80 „mutiert“ (ein echter Alchimist hätte es gerne anders herum).

In AGB-Sternen (AGB – Asymptotic Giant Branch) könnte eine solche „langsam“ verlaufende Neutroneneinfangs-Neutronenzerfallskette ungefähr wie folgt aussehen:

Dabei entsteht aus einem Silberkern mit der Kernladungszahl 47 letztendlich ein Antimon-Kern mit der Kernladungszahl 51. Bedingung sind extrem starke Neutronenflüsse aus der Brennzone, die den Stern durchfluten. Näheres dazu findet man z.B. in dem Buch „Nuclear Physics of Stars“ von Christian Iliadis. Das Wesentliche hier ist, daß ein Atomkern solange Neutronen einsammelt (die Coulomb-Barriere spielt hier keine Rolle, da Neutronen elektrisch neutral sind) bis es energetisch instabil wird und deshalb seine „Energie“ durch den ß-Zerfall eines Neutrons auf einen stabilen Wert erniedrigt. In der Natur ist aber auch der gegenläufige Prozeß möglich, der dementsprechend „inverser ß-Zerfall“ genannt wird. Er tritt in verschiedenen Spielarten auf. So kann z.B. ein im Kern angeregtes Proton ein Elektron aufnehmen (z.B. aus der innersten Schale der Elektronenhülle) und dabei ein Elektronen-Neutrino sowie ein Röntgen-Photon (wenn die innerste Schale durch ein „nachrutschendes“ Elektron wieder besetzt wird) emittieren - ein Vorgang, der gewöhnlich als „Elektroneneinfang“ bezeichnet wird. Erfolgt der Prozeß dagegen „strahlungslos“, dann nennt man das Auger-Effekt. Energetisch muß dabei aber immer die Massedifferenz zwischen Neutron und Proton (~1.3 MeV/c²) ausgeglichen werden. Das kann auch durch die Bildung eines Elektron-Positron-Paares erfolgen, wobei das Elektron zur Umwandlung des Neutrons in ein Proton benötigt und das Positron zusammen mit einem Elektronenneutrino emittiert wird. Dieser Vorgang ist als Beta-Plus-Zerfall wohlbekannt. In der Grundvorlesung „Atomphysik“ lernt man, daß sich instabile Isotope mit Neutronenüberschuß gewöhnlich in Kerne mit gleichbleibender Massezahl, aber um 1 erhöhte Kernladungszahl umwandeln (Beta-Minus-Zerfall). Kerne mit Protonenüberschuß wandeln sich dagegen gewöhnlich in Kerne gleicher Massezahl, aber um 1 erniedrigter Kernladungszahl um und zwar entweder durch Beta-Plus-Zerfall (d.h. unter Emission eines Positrons) oder durch Elektroneneinfang. Auf jeden Fall muß die Zerfallsenergie die doppelte Ruheenergie eines Elektrons (1.022 MeV/c²) übersteigen, damit dieser Vorgang spontan ablaufen kann.

Das sind erst einmal Vorbetrachtungen, die aber für das Verständnis des Pons-Fleischmann-Effekts nützlich sind, wie wir noch sehen werden. Denn genau hier setzen Widom, Larsen, Srivastava und Kollegen an – an der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton auf der Oberfläche eines Metallgitters während eines elektrolytischen Vorgangs. Bei ihnen ist nicht die starke Wechselwirkung, sondern im Wesentlichen die schwache Wechselwirkung (aber nicht allein) für LENR (Low Energy Nuclear Reactions) verantwortlich. 

Kapitulieren wir, bevor ich auf die Widom-Larsen-Theorie zu sprechen kommen, was die „Cold Fusion“-Experimente bis heute ergeben haben (Folie 42 in Celanis CERN-Vortrag):

1. Der Effekt, den Fleischmann und Pons 1989 beschrieben haben, ist bestätigt. (!) 
2. Diese Reaktionen (LENR genannt) treten in kondensierter Materie normalerweise in den Kristallgittern von Metallen auf. 
3. Die Reaktionen sind Oberflächen-sensitiv. Vergrößert man die Oberfläche, dann vergrößert sich die Reaktionsrate. 
4. Das Gitter, in dem die Reaktion stattfindet, zeigt in einigen physikalischen Eigenschaften Veränderung. 
5. Die komplexe Reaktionsumgebung bietet viele Gelegenheiten für eine strikte Kontrolle der Randbedingungen. In den produktivsten Experimenten, in denen das Gitter mit molekularen Wasserstoff oder Deuterium gesättigt ist, wird sie durch eine chemische Umgebung beherrscht, die viele Ähnlichkeiten mit chemischen Prozessen auf der Grundlage heterogener Katalyse hat. 
6. Die produktivsten Experimente, die ohne unabhängige wissenschaftliche Kontrolle ausgeführt wurden, behaupten, daß geheime Katalysatoren für die Erhöhung der Reaktionsrate und für die thermischen Effekte verantwortlich sind.

Weiterhin beobachtet man bei den Experimenten weder schnelle Neutronen noch nennenswerte kurzwellige elektromagnetische Strahlung, die man bei einer „klassischen“ Fusionsreaktion erwarten würde.

• a) Der Energiegewinn (in %, was mehr „heraus“ kam als „hinein“ gesteckt wurde) lag bei der Vielzahl publizierter Experimente zwischen 2% und 200% (die Angaben von A. Rossi und Defkalion ausgenommen (600%-2500%), da nicht unabhängig verifiziert. Außerdem wird vereinzelt auch von „Selbstläufern“ berichtet (Arbeitsgruppe Yoshiaki Arata, Japan), deren prozentuale Energieausbeute dann quasi „unendlich“ wäre ;-)). 
• b) Die besten Resultate werden mit Pa / Ni –Kathoden erzielt, wenn das Kathodenmaterial in Form von Nanopartikeln vorliegt. Auch Ti ist als Kathodenmaterial geeignet, also alles Metalle, die leicht mit Wasserstoff oder Deuterium „befüllt“ werden können (sie saugen diese Gase wie ein Schwamm auf. Pa kann z.B. das 900-fache seines eignen Volumens an Wasserstoff- oder Deuteriumgas binden). 
• c) Man hat massenspektroskopisch Mutationsprodukte beobachtet, z.B. He-4, weniger He-3, aber auch andere Elemente.

Mit der Widom-Larsen-Theorie, deren physikalischen Grundlagen im Folgenden stark vereinfacht behandelt werden sollen, liegt eine m.E. weitgehend plausible Theorie vor, die insbesondere die Punkte 1- 3 sowie c) ohne „neue Physik“ zu erklären in der Lage ist. Es handelt sich dabei um die theoretische Beschreibung einer Art „Transmutation“, wie sie atomphysikalisch seit langem bei Beta-Plus-Strahlern beobachtet wird und die mit einer Energiefreisetzung verbunden ist. 

Wie bereits erwähnt, sind radioaktive Prozesse der Art

seit langem bekannt: Ein Elektron gelangt in einen Kern, der aus Z Protonen und N=A-Z Neutronen besteht, wobei ein Proton das Elektron einfängt und sich in ein Neutron sowie ein Elektronenneutrino umwandelt. Übrig bleibt ein „transmutierter“ Kern mit Z-1 Protonen und N+1=A-(Z-1) Neutronen. Die Reaktionskette

ist ein sogenannter „schwacher Prozeß", bei dem ein u-Quark in ein d-Quark umgewandelt wird. Für diesen Prozeß stellt der Coulomb-Wall keine Barriere dar, da das Elektron negativ geladen ist und der positive Ladungsüberschuß des Kerns den Vorgang des Elektroneneinfangs eher befördert. 

Im Unterschied zum gewöhnlichen Beta-Plus-Zerfall haben wir es hier aber mit keinem Kern mit Protonenüberschuß (und damit bereits verfügbarer „überschüssiger“ Energie) zu tun, sondern mit einem freien einzelnen Proton (oder Deuteron). Das bedeutet, daß das Elektron mit seiner Gesamtenergie die Differenz in der Ruheenergie zwischen Neutron und Proton von 

ausgleichen muß. Und hier beginnt das eigentliche Problem. Die Ruheenergie eines Elektrons liegt bekanntlich bei 0.51 MeV, was weit unterhalb der Schwellenergie von 1.29 MeV liegt. Geht man von dem (unrealistischen) Fall aus, daß im Elektrolysekasten eine Gleichspannung von 100 V anliegt, dann beträgt der Energiegewinn des Elektrons beim Durchlaufen dieser Potentialdifferenz bescheidene 100 eV – um Größenordnungen zuwenig, um die für den Elektroneneinfang notwendige Schwellenergie zu erreichen. Die Frage ist nun, existieren überhaupt physikalische Prozesse, die in der Lage sind, quasi das Energieäquivalent eines Elektrons mehr als zu verdoppeln? Und die Antwort lautet „ja“. Stark fluktuierende elektromagnetische Felder, wie sie z.B. in Laserstrahlen auftreten, sind sehr wohl in der Lage, das Trägheitsverhalten eines Elektrons so zu verändern, daß sich das elektromagnetische Feld (ausgedrückt durch ein Potential U) durch Einführung einer effektiven Masse m* in dessen Bewegungsgleichung quasi weg renormieren läßt (siehe z.B.  Landau / Lifschitz Bd. IV, „Ein Elektron im Feld einer ebenen elektromagnetischen Welle“):

(U ist genaugenommen der Mittelwert eines sogenannten Viererpotentials, das nicht nur aus einer zeitabhängigen Komponente – das gewöhnliche Potential - besteht, siehe Landau, Lifschitz, Bd. II). Ein Elektroneneinfang durch ein ungebundenes Proton erfolgt also in dieser Sichtweise immer dann, wenn für die effektive Masse des Elektrons

gilt. So weit, so gut. Wie kommt es aber zu diesem enormen Massezuwachs des Elektrons? Hier muß man nun die Festkörperphysik von Metallen bemühen und das Stichwort lautet „Heavy mass surface plasmon polaritron electrons – SPP-Elektronen). Beginnen wir mit dem Begriff des Plasmons. Das klingt erst einmal nach einem Teilchen – es handelt sich dabei aber nicht um „ein“ Teilchen, sondern um eine kollektive Anregung von sehr vielen Teilchen (hier von freien, entarteten Elektronen des Fermigases, die ein Metall als freie Ladungsträger ausfüllen), die man quantisiert quasi wie „ein“ Teilchen – ein Quasiteilchen eben – behandeln kann. Ein Plasma ist bekanntlich ein nach außen neutrales, aus geladenen Teilchen (z.B. Ionen und Elektronen) bestehendes Gas. Solch ein „Gas“ befindet sich auch in jedem Metall – das Elektronengas, welches sich frei zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen des Metallgitters (deshalb Quasineutralität) bewegen kann. Wenn wir uns jetzt vorstellen, daß sich durch irgendeine äußere Einwirkung die Elektronendichte an einem Ort ändert (sie wird z.B. größer), dann entstehen dort Abstoßungskräfte zwischen den Elektronen. Diese führen dazu, daß die Elektronen aus dem betrachteten Ort als Reaktion darauf heraus verschoben werden, wobei effektiv an diesem Ort eine überschüssige positive Ladung entsteht (die Elektronendichte wird geringer). Diese positive Ladung holt dann die Elektronen quasi wieder zurück und so entsteht eine Art von Plasmaschwingung, kurz gesagt, ein Plasmon. Plasmonen können z.B. mit Photonen in Wechselwirkung treten (die „Mischung“ von beiden nennt man Polaritron) und sind, wenn sie auf der Oberfläche eines Metalls auftreten, für deren Farbe / Metallglanz verantwortlich. Ihre Frequenz f (die über E=h f ihre Energie festlegt) ist von der Größe her mit der Frequenz von Licht vergleichbar. Dieser interessante Fakt soll hier aber nicht weiter vertieft werden. Für die Widom-Larsen-Theorie spielen jedoch gerade diese Oberflächen-Plasmonen (SPP – Surface Plasmon Polaritron) eine wichtige Rolle, da sie einzelne Elektronen energetisch aufschaukeln können (es werden lokal Feldstärken von mehr als 10^11 V/m erreicht!), bis sie eine effektive Masse annehmen, welche die Schwellenergie für den Elektroneneinfang übersteigt. Und solch ein Elektron kann nun einen inversen Beta-Zerfall verursachen, bei dem aus einem (niederenergetischen) Proton, daß sich zwischen dem Metallgitter der Kathode aufhält, ein niederenergetisches Neutron (ULM-Neutron, ULM = ultra-low momentum) und ein Neutrino entsteht. Bloß ein solches Neutron konnte in der Nähe eines Elektrolysekastens noch niemals beobachtet werden. Der Grund dafür könnte z.B. an ihrer Seltenheit liegen (man rechnet mit lediglich 10^9 bis 10^16 inversen ß-Zerfällen pro cm² und Sekunde). Er ist es aber nicht. Die Neutronen können nämlich das Metallgitter gar nicht verlassen, weil sie sofort von den Metallkernen, die das Gitter bilden (oder Fremdatomen im oder auf der Oberfläche des Gitters), sofort eingefangen werden. Der Grund dafür liegt an ihrem geringen Impuls p, der eine besonders große „Materiewellenlänge“

impliziert. Das ist weit mehr als der Atomdurchmesser (~ 1 nm) der Ni- , Pa- oder anderer Atome im Gitter oder auf der Metalloberfläche (hier paßt die Einheit barn = "Scheunentor" einmal ganz gut für den Einfangquerschnitt). Ein ULM-Neutron kann so gesehen gar nicht anders, als mit ihnen zusammenzustoßen und sich mit ihnen zu einem (meist instabilen, da Neutronenüberschuß) Isotop zu vereinen (ein Akt der starken Wechselwirkung). Und nun beginnt die fröhliche Energieproduktion. Ich halte mich jetzt einmal an das Beispiel der Originalveröffentlichung. Mit Hilfe von www.chemglobe.org oder Wolfram Alpha (z.B. „Li 8“ eingeben) kann man sich eigene, mögliche Zerfallsprozesse selbst zusammenbasteln. Angenommen, die Oberfläche des Kathodenmaterials ist mit Lithium-Atomen verunreinigt. Dann könnte ein UML-Neutroneneinfang folgende Zerfallskette initiieren:

Dabei wird eine Energie von ~26.9 MeV freigesetzt, was vergleichbar mit der Energie ist, die bei der Reaktion c) bei einer „heißen“ Fusion frei wird! Sie kann direkt noch in der Kathode thermalisiert werden, was u.U. zu deren Zerstörung (Schmelzung) führt. 

Die Reaktion könnte sogar weiter geführt werden in der Art

womit der Kreislauf geschlossen ist und weitere 2.95 MeV an Energie produziert werden (ein hübscher Zyklus, erinnert ein wenig an den Bethe-Weizsäcker-Zyklus im Innern massereicher Hauptreihensterne). 

Also noch mal der wichtigste Punkt der Theorie. Es gibt auf Festkörperoberflächen kollektive Phänomene, die in der Lage sind, hohe Energiebeträge auf ansonsten „langsame“ Elektronen zu übertragen wobei eine Reaktionskette angestoßen wird, die in etwa dem s-Prozeß der Elementebildung in Sternen entspricht. Experimente an bestimmten hydratisierten Metallen (Pa, Ni, Ti) zeigen, daß es dort zu einem Energieexzeß kommt (Pons-Fleischmann-Effekt), der nicht auf chemische bzw. elektrochemische Prozesse zurückgeführt werden kann. Die Widom-Larsen-Theorie (pre reviewed) gibt dafür eine logisch schlüssige Erklärung, die auf „bekannte“ Physik aufbaut und in all ihren Schritten theoretisch plausibel ist. Man sollte deshalb nicht mehr von „Kalter Fusion“ sprechen, denn diese ist schon aufgrund der Coulomb-Barriere physikalisch in einem Elektrolysekasten nicht realisierbar, sondern besser von LENR: 

La fusion froide est mort, vive LENR!

Man hat mittlerweile nicht nur in der Festkörperphysik Anwendumgen von LENR gefunden. Prof. Srivastava geht in seinem Vortrag auch auf Prozesse ein, die z.B. in der Sonnenkorona stattfinden bzw. die mit dem Phänomen der solaren Flares zu tun haben. Auch hier spielen kollektive Phänomene offensichtlich eine Rolle, die es erlauben, in magnetischen Flußröhren gespeicherte Energie via LENR in die kinetische Energie von Teilchenströme zu transformieren. Das würde u.a. das alte Rätsel lösen, wie bestimmte kurzlebige Isotope in die Sonnenkorona gelangen, für die es dort überhaupt keine Entstehungsmechanismen gibt. 

Damit will ich meine kleine physikalische Abhandlung schließen und kurz noch meine Meinung zu LENR als zukünftige „grüne“, CO2-freie, die Landschaft nicht verschandelnde Energiequelle kund tun. 

Die absoluten Leistungen, die in den dokumentierten Experimenten gemessen wurden, sind ohne Zweifel noch bescheiden (einige Dutzend Watt). Was Rossi und sein e-Cat betrifft, da will ich erst einmal abwarten, wie sich die (crime?) Story weiterentwickelt. Solange sein „Gerät“ nicht zu kaufen ist und jedermann feststellen kann, daß es, auch, wie behauptet, funktioniert und er sein „Geheimnis“ verständlich und nachvollziehbar offen gelegt hat, bin ich geneigt, ihn als Scharlatan (der Begriff stammt übrigens von Johann Burkhard Mencke aus Leipzig) zu betrachten. Andernfalls sind die Energien, die pro Zerfallsvorgang der oben beschriebenen Art frei werden so enorm, daß ein Weiterverfolgen der Experimente – jetzt von einer plausiblen Theorie unterstützt – auf jeden Fall anzuraten ist (wird eh gemacht). Was am Ende raus kommt – ein Flop oder eine neue, effektive Energiequelle, wird die Zukunft zeigen. Aber auf jeden Fall sind m.E. Stanley Pons und Martin Fleischmann (ein gebürtiger Böhme aus Karlsbad) mittlerweile rehabilitiert – und das sollte man langsam auch mal wieder der Öffentlichkeit sagen…

DAS KÖNNTE AUCH INTERESSIEREN...

Observation of abundant heat production from a reactor device and of isotopic changes in the fuel (13.10.2014, Universität Bolognia)

http://ecat.com/files/Indication-of-anomalous-heat-energy-production-in-a-reactor-device.pdf

Wer zündet das Sonnenfeuer zuerst? (Focus 27.01.2013)

Zweifelhafte Erfindung (Spiegel 2013)

www.wincontact32.de

Wasserläufer

Wasserläufer (Gerris spec.) sind Wanzen, die unter Ausnutzung der hohen Oberflächenspannung des Wassers auf dem Wasser laufen können und dabei interessante Schatten werfen...

Hier ein Pärchen, die gemeinsam auf Jagd nach kleinen, auf die Wasseroberfläche gefallenen Insekten machen...

Bei uns gibt es 10 nur sehr schwer unterscheidbare Arten, von denen der Große Wasserläufer einer der Häufigeren ist. Hier scheint es sich aber um eine andere Art zu handeln.

www.wincontact32.de

Moderlieschen

Irgendwas muß der Haubentaucher ja auch fressen - z.B. Moderlieschen (Leucaspius delineatus), ein kleiner Schwarmfisch (um die 6 cm lang), den es im Olbersdorfer See in großer Zahl gibt.

Man erkennt sie u.a. an ihren auffällig großen Augen und daß, wenn man einen Moderlieschen-Schwarm z.B. im Flachwasser des Olbersdorfer Sees beobachtet, ab und an ihre silbrige Unterseite aufblitzen sieht. 

www.wincontact32.de