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entdeckt_01_2013

entdeckt 01 .13 TITEL WWW.Hzdr.DE che vorstoßen, die für numerische Simulationen noch lange unzugänglich sein werden. Getreu dem Motto von Richard Feynman: „What I cannot create I do not understand“. Dazu benötigen wir einen um zwei Achsen kreisenden Behälter, der flüssiges Natrium in seinem Inneren ohne Propeller, Leit- bleche oder sonstige Einbauten in Bewegung versetzt. Die Strömung des homogenen Flüssigmetalls soll aus sich heraus ein Magnetfeld erzeugen, wie es beim Magnetfeld der Erde ja auch der Fall ist. Flüssiges Natrium ist ein etwas gewöhnungsbedürftiges Ma- terial, weil es nicht mit Luft und gleich gar nicht mit Wasser in Berührung kommen darf. Doch für unsere geo- und astrophy- sikalisch motivierten Versuche ist die hohe Leitfähigkeit von Natrium, bei gleichzeitig geringer Dichte, ein echter Glücksfall. In puncto Sicherheit können wir dabei auf reichlich Erfahrung mit unserer eigenen kleinen Natriumanlage NATAN, aber auch mit der großen Dynamo-Anlage in Riga zurückgreifen. Dort war ja im November 1999 das erste erfolgreiche hydromag- netische Dynamo-Experiment überhaupt gelaufen – fast gleichzeitig mit dem Dynamo-Experiment am Forschungszen- trum Karlsruhe, heute KIT. 2006 folgte dann das Experiment im französischen Cadarache, zu dem wir ebenfalls mit vielen numerischen Simulationen beigetragen haben. All das waren ganz wichtige Meilensteine bei der experi- mentellen Untersuchung homogener Dynamos, die für die Entstehung planetarer, stellarer und galaktischer Magnetfel- der verantwortlich sind. Erfolgreiche Versuche zu magnetisch getriggerten Strömungs-Instabilitäten kamen in den letzten Jahren dazu. Solche Instabilitäten erklären zum Beispiel die extreme Schnelligkeit, mit der Sterne und Schwarze Löcher wachsen. Diese Experimente konnten wir bei uns bisher nur mit ungefährlichen, aber eben auch schlechter leitfähigen Flüssigmetallen durchführen, und haben nun vor, sie im Rahmen von DRESDYN mit Natrium fortzusetzen. Der Präzes- sionsdynamo spielt aber sowohl aus mechanischer als auch aus sicherheitstechnischer Sicht in einer ganz anderen Liga. _PK . Ja, wir haben es mit etwa einer Größenordnung mehr Natrium zu tun. Hinzu kommt, dass Sicherheitsfragen für den Präzessionsdynamo ungleich schwieriger zu lösen sind, weil die gängige Sicherheitsmethodik einfach nicht greift. Wenn etwas schief läuft, beispielsweise weil ein Flansch bricht, kön- nen wir das Natrium nicht sofort ablassen, sondern müssen warten, bis die Maschine wieder steht. Acht Tonnen heißes, flüssiges und brennbares Natrium in einem knapp 20 Tonnen schweren Behälter! Dieser Koloss kann in seiner Neigung zwi- schen 90 und 45 Grad in Stufen à fünf Grad verstellt werden und rotiert gleichzeitig um zwei Achsen – alles Freiheitsgrade, um die gewünschten Strömungsparameter zu erreichen. Eine gigantische Maschine! Was genau ist Präzession? Warum existiert dazu bislang kein einziges Experiment, obwohl die Präzessionsbewe- gung der Erde weltweit gerade auch von Klimaexperten heiß diskutiert wird? _FS . Dieses ganze Thema ist ziemlich komplex. Für die Klimaänderungen spielen insbesondere auch Änderungen der Erdumlaufbahn und des Neigungswinkels der Erdachse eine wichtige Rolle. Zunächst aber zur Präzession, die man gut selbst an einem kleinen Kinderkreisel studieren kann: Steht dieser beim Kreiseln kerzengerade, dann verändert er trotz der Rotation seine Drehachse nicht und rührt sich nicht vom Fleck. Setzt man den rotierenden Kreisel dagegen schräg zur Unterlage auf, bewirkt das Kippmoment, dass seine Dreh- achse taumelt – und diese Bewegung nennt man Präzession. Wenn wir dies auf die Erde übertragen, so steht die Rotations- achse der Erde nicht senkrecht auf der Ebene der Erdbahn, sondern ist ihr gegenüber um einen Winkel von rund 67 Grad gekippt. Sonne wie Mond üben zudem Kräfte auf die Erde aus. Deshalb führt sie, einem Kinderkreisel ähnlich, eine Präzes- sionsbewegung mit einer Periode von knapp 26.000 Jahren aus. Das ist einer der sogenannten Milankovitch-Zyklen, die anderen beziehen sich auf die Umlaufbahn der Erde und die Neigung der Erdachse. Beide Parameter ändern sich auf langen Zeitskalen. PRÄZESSION DER ERDE: Lässt man einen Kreisel schräg zur Unterlage rotieren, löst das Kippmoment ein Taumeln der Drehachse aus – diese Bewegung nennt man Präzession. Ge- nauso steht die Rotationsachse der Erde nicht senkrecht auf der Ebene der Erdbahn. Sie ist ihr gegenüber um einen Winkel von rund 67 Grad gekippt und Sonne wie Mond üben Kräfte auf die Erde aus. Deshalb führt sie, einem Kreisel ähnlich, eine Präzessionsbewegung aus. Schema: Robert Simmon (NASA GSFC)

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