Supernova als Blitzlicht: Physiker wollen das Erdinnere durchleuchten - wissenschaft.de
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Supernova als Blitzlicht: Physiker wollen das Erdinnere durchleuchten

Ein wenig aufwändiger als mit einem Fotoapparat ein Bild zu schießen ist das Verfahren, das sich Manfred Lindner von der Technischen Universität München und seine Kollegen ausgedacht haben, schon. Um Informationen über das Innere der Erde zu erhalten, wollen die Physiker Neutrinos auffangen, die vorher die Erde durchquert haben. Statt wie bei einem Foto einfach ein Blitzlicht zu zünden, müssen sie dazu auf die Explosion der nächsten Supernova warten. Die Forscher stellen ihr Verfahren im e-Print-Archiv arXiv.org (hep-ph/0207238) vor.

Grob gesprochen besteht das Innere der Erde aus drei Schichten: Der mit der dünnen Erdkruste überzogene Erdmantel reicht bis in eine Tiefe von 2.900 Kilometern. Darunter liegt der flüssige äußere Erdkern und ab einer Tiefe von 5.100 Kilometern folgt der feste innere Erdkern. Die Geologen wissen das von der Auswertung von Erdbebenwellen. Genau wie Lichtwellen beim Übertritt von Luft in Glas oder Wasser zum Teil reflektiert und zum Teil gebrochen werden, geschieht das auch mit den Erdbebenwellen an den Grenzen zwischen den verschiedenen Schichten im Erdinnern.

Aus den an der Erdoberfläche aufgefangenen Erdbebenwellen können die Geologen Rückschlüsse auf die Lage der Grenzen zwischen den Schichten und auf die Dichte der Schichten ziehen. Dabei sind aber Informationen über die beiden Erdkernschichten am schwierigsten zu erlangen. Außerdem liefern die Erdbebenwellen in erster Linie zuverlässige Werte über die Dichtedifferenzen zwischen zwei Schichten, nicht aber über die absoluten Dichtewerte.

Nach einer theoretischen Rechnung von Lindner und seinen Kollegen ist das bei dem von ihnen vorgeschlagenen Verfahren genau umgekehrt: Aus der Messung von Neutrinos, die die Erde durchdrungen haben, kann man die mittlere absolute Dichte der durchdrungenen Schichten gut berechnen, nicht aber lokale Dichteschwankungen. Außerdem erlaubt der Vorschlag der Münchner Physiker bei entsprechender Anordnung der Neutrinodetektoren eine Vermessung des Erdkerns.

Bei diesem Rückschluss machen sich die Münchner Forscher die erst kürzlich bestätigte Theorie der Neutrino-Oszillationen zunutze: Demnach wandeln sich die drei Neutrino-Sorten Elektron-, Mü- und Tau-Neutrino fortwährend ineinander um. Der Clou dabei: Die Umwandlungsrate wird von der Dichte des durchdrungenen Mediums beeinflusst, was die Bestimmung der Dichte der Erdschichten möglich macht.

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Für dieses Verfahren kommen nach der Berechnung von Lindners Team nicht die von der Sonne abgestrahlten Neutrinos in Frage, sondern nur die energiereicheren Neutrinos, die eine kollabierende Supernova mit mindestens achtfacher Sonnenmasse in den ersten zehn Sekunden ihres Kollapses aussendet. Aufgefangen werden können die Neutrinos von den schon existierenden Neutrinodetektoren wie beispielsweise dem japanischen Super-Kamiokande.

Axel Tillemans
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