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Letzte Änderung: 15.06.2003
Einführung: Strahlung und Wellen
Prinzipiell muß man zwei verschiedene Arten von Strahlung unterscheiden: Die Partikelstrahlung, die aus sehr schnellen Materieteilchen besteht, und elektromagnetische Wellen. Wir werden hier beide Formen kurz kennenlernen. Und um die Verwirrung vollständig zu machen: Unter gewissen Gesichtspunkten kann man beide Strahlungsarten nicht auseinanderhalten.Elektromagnetische Wellen
Hierzu zählt eine Strahlung, mit der wir alle bestens vertraut sind: Das Licht. Es ist eine masselose Strahlung, quasi reine Energie, die sich als Schwingung im Raum fortpflanzt. Wenn wir - z.B. mit Hilfe eines Prismas - das sichtbare weiße Licht, das von der Sonne kommt zerlegen, finden wir verschieden Farben. Diese Farben repräsentieren die Wellenlänge einer Schwingung. So sind die roten Lichtstrahlen langwelliger als die blauen.Das Licht bewegt sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit, der Lichtgeschwindigkeit eben. Das heißt aber, daß in einer bestimmten Zeit das Licht einer bestimmten Wellenlänge eine genau definierte Zahl Schwingungen vollführt. Man spricht hier von der Frequenz.
Das sichtbare Licht stellt aber nur einen kleinen Wellenlängenbereich aus dem Spektrum der elektromagnetischen Strahlung dar. Im kurzwelligeren Bereich folgen das Ultraviolett, die Röntgen- und schließlich die Gammastrahlung. Größere Wellenlängen als Licht haben das Infrarot, Mikrowellen und Radiostrahlung.
Je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher ist die Strahlung. Was das im Einzelnen bedeutet, werden wir später sehen.
Paradoxerweise zeigt die elektromagnetische Strahlung manche Eigenschaften, die man nur mit einer Interpretation als Partikelstrahlung erklären kann; auf diesen Welle-Teilchen-Dualismus soll hier nicht weiter eingegangen werden. An manchen Stellen werde ich Photonen oder Quanten erwähnen; dies sind die einer bestimmten Wellenlänge korrespondierenden "Lichtteilchen". Wenn diese Interpretation nötig ist (z.B. beim Photoelektrischen Effekt), bedeutet "1 Quant" soviel wie "eine Welle".
Partikelstrahlung
Im Gegensatz zur elektromagnetischen Strahlung finden wir hier hochbeschleunigte Partikel - Elementarteilchen bis hin zu ganzen Atomkernen. Die "klassischen" Beispiele sind die Alpha- und die Betastrahlung; hierunter verbergen sich hochenergetische (d.h. sehr schnelle) Heliumkerne bzw. Elektronen. Diese Partikel tragen Ladung - positive im Falle der Atomkerne, negative bei den Elektronen. Es gibt aber auch ungeladene Partikelstrahlung, z.B. Neutronenstrahlen, wie sie in manchen Kernreaktionen erzeugt werden.Geläufige Beispiele für Partikelstrahlung im Weltall sind der Sonnenwind (im Wesentlichen Alpha- und Betastrahlung) sowie die Kosmische Strahlung, in der man neben Elektronen, verschieden Atomkernen und Elementarteilchen auch Antimaterie findet.
Auch hier weist die moderne Physik auf den Welle-Teilchen-Dualismus hin; zum Beispiel läßt sich ein Elektron im Atomverbund als "stehende Welle" interpretieren, und die Elektronenmikroskopie benutzt Elektronen als sehr kurzwellige Strahlung, um viel kleinere Strukturen sichtbar zu machen, als sie der Lichtmikroskopie zugänglich wären. In der Astronomie interessieren aber mehr die "Partikelaspekte" dieser Strahlung.
Neutrinos
Neutrinos sind Elementarteilchen, die bei fast allen Kernreaktionen entstehen (in den Reaktionsgleichungen werden sie durch den Buchstaben 'v' dargestellt). Ob sie eine Ruhemasse haben ist noch nicht ganz gewiß, aber wahrscheinlich stellen sie eine Partikelstrahlung dar. Der Unterschied zu anderen Partikeln ist, daß sie jegliche Materie fast unbeeindruckt durchdringen - die durchqueren unsere Erde (und uns!), als ob nichts da wäre.Obwohl sie so schwer nachzuweisen sind, ist die Rolle der Neutrinos in der Weltraumforschung in den vergangenen Jahrzehnten so wichtig geworden, daß man von einer regelrechten Disziplin "Neutrinoastronomie" reden kann.
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