Erd-Atmosphäre und Vakuum?
Hey Leute :) Ich hab mal ne Frage, wir haben gerade in der Schule Atmosphäre und die ganzen Schichten. Aber was ich mich frage ist wie geht das wenn der Weltraum ein Vakuum ist? Da ist doch gar keine Wand dazwischen? Also Nichtvakuum ist direkt neben Vakuum, ist das nicht unmöglich?
Ich verstehe das nicht und meine Lehrerin hat gesagt da reden wir nach den Sommerferien drüber wenn ich die Klasse geschafft habe, aber bis dahin hab ich die Frage doch 3mal vergessen:D
Mein Papa hat gesagt wegen der Gravitation, aber ich verstehe das trotzdem nich, das erklärt irgendwie gar nichtt wie genau das gehen soll, Raum mit Teilchen direkt neben Raum ohne Teilchen?
Könnt ihr mir das erklären? Danke schonmal :)
Francis
8 Antworten
Gratuliere, Du hast völlig richtig erkannt, dass ein "Raum mit Teilchen direkt neben Raum ohne Teilchen" nicht existieren kann. Tatsächlich ist das natürlich ein so allmählicher Übergang wie z.B. die nachlassende Helligkeit des Lichtkegels einer Stablampe mit der Entfernung in der Dunkelheit. Da verständigen wir uns irgendwann einmal auf "dunkel", auch wenn es da keine natürliche Grenze gibt.
Aufgrund der Schwerkraft wird die Luft mit abnehmender Höhe über dem Boden immer dichter, nach oben wird sie also zunehmend dünner. Beim Aufstieg in der Atmosphäre kommen wir einmal in eine Höhe von ca. 100 km, wo vielleicht nur noch 1 oder 2 Moleküle pro Kubikmeter herum schweben. Dann reden wir nicht mehr von Atmosphäre, sondern von Weltraum. Das ist aber letztlich immer eine Definitionsfrage, weil es auch hier keine natürliche Grenze gibt. Selbst im tiefsten Weltraum ist das Vakuum kein ganz absolutes, selbst wenn die Moleküle Tausende von Kilometern voneinander entfernt sein sollten.
Erstmal ein Kompliment an dich. Du hast eine gewisse Vorstellung und durch logische Überlegung kommst du dahinter, dass da was nicht stimmen kann und willst es jetzt unbedingt genau wissen. So denken Wissenschaftler. Und dein Papa hat auch Recht.
Das Vakuum im Weltraum ist kein absolutes Vakuum. Die Sonne, Kometen und alle Planeten mit Atmosphäre geben Materie ans Universum ab. Dann gibt es Sternenexplosionen, die enorm große Gas- und Staubwolken ins All schleudern. Auch die Bildung von Sonnensystemen hinterlässt immer Staub- und Gasreste im All. Also egal wo du im All bist, es finden sich auch immer Materieteilchen, wenn auch in extrem dünner Konzentration. Dennoch spricht man von Vakuum. Auf ihrem Weg um die Sonne sammelt die Erde einiges von dieser Materie ein. Pro Tag fällt auf diese Weise eine Masse von durchschnittlich 40 Tonnen auf die Erde.
Betrachten wir nun ein einzelne Gasteilchen in der Atmosphäre. Auf das wirken zwei Kräfte. Das eine wäre die Gravitation, die es an der Erde hält und die entgegengesetzte Kraft, die das Vakuum "ausübt". Das Gasteichen hat das Bedürfnis, sich vom hohen zum niedrigen Druck zu bewegen. Beide Kräfte sind aber unterschiedlich stark, je nachdem, wie weit sich das Gasteilchen über der Erdoberfläche befindet. Direkt an der Erdoberfläche wirkt praktisch nur die Gravitation, aber schon in geringer Höhe wirkt sich das Vakuum immer stärker aus.
An der Stelle muss ich auf einen Irrtum in der normalen Vorstellung hinweisen. Wir denken aus Erfahrung, die Lufthülle sei ja ganz schön dick. Ist sie aber nicht, die ist nur hauchdünn. Das Verhältnis Atmosphäre/Durchmesser Erde ist ungefähr das selbe wie die Dicke einer Apfelschale im Verhältnis zu seinem Durchmesser.
Die Höhe der Atmosphäre ist ein menschliches und praktisches Konstrukt. Da legt man einfach einen Grenzwert fest und sagt, ab hier gilt nicht mehr die Atmosphäre, das ist jetzt Weltraum. Diese Grenze ist aber real nicht vorhanden. Tatsächlich wird die Atmosphäre nach oben hin immer dünner und von der "Oberfläche" verdunstet auch ständig Gas ins All. Pro Sekunde verliert die Erde ca. 3 Kilogramm Wasserstoff und 50 Gramm Helium. Diese dünnen Dunstschleier kann man bis in eine Entfernung von rund 10.000 km von der Erde noch deutlich messen. Danach werden die Dunstschleier aber so dünn, dass sie sich kaum noch von der üblichen Materiendichte im All groß unterscheiden. Aber auch hier gibt es nirgends eine harte Grenze, auch hier sind alle Übergänge fließend.
Hallo, auch dir vielen Dank für diese extrem ausführliche Antwort!
Irgendwie gibt es scheinbar viele verscheidene Antworten darauf aber keine macht für mich so richtig Sinn?!
Ich glaube das was du geschrieben hast ist die 'offizielle Meinung' wenn man das so sagen kann, weil du viele Zahlen und Daten hast. Aber ich verstehe einfach nicht das ich schon als kleines Kind die Gravitation so leicht überwinden konnte indem ich springe oder auch nur was aufhebe, und das sogar dort wo sie in dieser Schicht wo ich bin am allerstärksten ist wie du schreibst.
Und ein Vakuum hat doch so viel Kraft! Selbst ein kleines. Es gab doch da schonmal so ein Experiment wo Pferde so einen leergepumpten Ball versucht haben auseinander zu ziehen. Da steckt doch Kraft dahinter! Bestimmt viele PS!
Und ein Teilchen ist doch ganz leicht, also kann die Gravitation doch gar nicht so stark wirken wie z.b. auf mich oder einen Elefant. Irgendwo in einer Schicht der Atmosphäre muss ja das vakuum beginnen, es geht ja nicht anders, wenn es sich immer mehr steigert zu einem unglaublich starken extremen Hochvakuum wie ich auf Wikipedia gelesen habe. Und trotzdem ist also jede Stufe des vakuums schwächer also die sogar immer schwächer werdenede Wirkung der Gravitation auf ein winzigges Gasteilchen Kilometer von der Erdoberfläche entfernt.
Ich verstehe das einfach nicht.
In meiner Kindheit sind die Menschen zum Mond geflogen, und da hab ich mir zwei Geschwindigkeiten gemerkt:
- Um in eine Erdumlaufbahn zu kommen, muss man 28.000 km/h haben, 8 km/s
- Um die Erde zu verlassen, muss man 40.000 km/h haben, 11 km/s
Die Teilchen in der Luft haben aber im Durchschnitt nur Schallgeschwindigkeit, nicht ganz zufällig, denn die Teilchen geben ja den Schall weiter.
Das sind dann ganz grob 1000 km/h oder 300 m/s. Ein Vierzigstel!
Selbst die schnellsten Luftteilchen fallen also ganz einfach wieder zurück auf die Erde, oder in die Luft.
Und die allerschnellsten Teilchen (was in Deutsch falsch ist) sind so wenige, dass es nicht drauf an kommt.
Vor allem, weil da der Sonnenwind wesentlich wichtiger ist.
Hallo Francis
Das ist sozusagen eine 1-Trillionen-Dollar-Frage und zudem eine sehr Gute.
Ich kann Dir keine abschliessende Antwort liefern, ich möchte aber einmal die sogenannten "Fakten", welche uns in den Lehrmitteln präsentiert werden beleuchten.
Wie Du weisst, hat ja der gute Newton einen Apfel fallen lassen und daraus die Kraft formuliert, welche den Apfel gegen die Erde beschleunigt. Ohne Zweifel ein mathematisches Modell, dass innerhalb der Erdatmosphäre funktioniert und uns in der Statik, Aviatik sowie in anderen Disziplinen hilft.
Einstein (oder aber wahrscheinlich eher mehrheitlich seine Frau) hat dann die allgemeine und spezielle Relativitätstheorie formuliert, in welcher sich das 3. Newtonsche Gesetz einfügt. Seine Beobachtungen und Berechnungen können z.B. anhand dem Einfluss des Mondes auf die Erde (Gezeiten aufgrund der Fernwirkungskraft) nachgeprüft werden. Aber auch hier handelt es sich schlussendlich auch "nur" um - jedoch beeindruckende - mathematische Modelle, welche die Raum-Zeit-Krümmung miteinschliesst (Anm.: Modell der Planeten und Monde und deren Umlaufbahnen).
So, das hat jetzt Deine Frage auch noch nicht genauer beleuchtet, deshalb nun folgendes: Die wirkliche Ursache für Gravitation kann man bis heute nicht erklären, deshalb sucht man nach einem hypothetischen Teilchen "Graviton" innerhalb der Quantenmechanik, das bis heute nicht gefunden wurde. Man ist auch der Meinung, dass es ein Anti-Graviton geben müsste (Vakuum?).
Deine Überlegungen sind aber trotzdem richtig. Warum bleibt die Atmosphäre auf der Erde? Zudem rotiert die Erde scheinbar am Äquator noch mit 465 m/s (1674 km/h)!. Also ganz zu schweigen davon, dass die Atmosphäre eigentlich aufgrund der Zentrifugalkraft ins Weltall hinausgeschleudert werden sollte!
Raum-Krümung? Wirklich Gravitation resp. was ist Gravitation? Die Beantwortung dieser Frage beantwortet Deine. Und: Ja, das Vakuum im Weltall müsste eigentlich die Atmosphäre, inkl. Bäume etc. absaugen. So wie es einem Astronauten die Luft aus den Lungen saugen würde, wenn er den Helm im Weltraum öffnen würde. Der Mond hat scheinbar keine Atmosphäre und das Mondgestein und der Mondstaub bleibt dort ja auch liegen. Also ist die Antwort "Gravitation" nicht ganz falsch, sie klärt aber Deine Frage nicht. Die korrekte Antwort ist also: Keine Ahnung! (Einstein, Newton, Deine Lehrerin, Dein Papa und alle scheinbar soooo intelligenten Starphysiker mit unendlichem IQ.....hust ;-).
Meine persönliche These: Materie besteht ja aus Atomen und Atome aus Elektronen, Protonen, Neutronen und im Kleineren aus Quarks, etc. Die Atome kommen bei tieferen Temperaturen immer mehr zur Ruhe, im Weltall und beim absoluten Nullpunkt fast zum Stillstand, dafür treten andere quantenmechanische Effekte auf wie beispielsweise beim Supraleiter, wo dann ein zum absoluten Nullpunkt hin gekühlter Gegenstand über einem Dauermagneten "schwerelos" schwebt. Fällt Dir etwas auf? Nehmen wir an, die Erde ist der Dauermagnet (was er ja auch ist) und alle bewegenden Atome selber sind auch magnetisch resp. elektromagnetisch. Also nicht nur die klassischen Magnete, sondern eben alles zu einem gewissen Teil (Haut, Haare, Wolken, etc.). Die Atome bewegen sich, weil die Erde aufgrund der Sonne aufgeheizt wird. D.h. der Sauerstoff, das Wasser und alles andere wird von einem grossen Elektromagneten angezogen, aber eben nur über eine gewisse Distanz, dann abnehmend magnetisch (Übergang Atmosphäre zu Weltall mit all ihren Schichten). Stell Dir vor Du bewegst ein Magnet von einem Stück Eisen langsam weg. Die Anziehung wird also auch immer weniger. Und ein Astronaut ist eigentlich, ähnlich wie Supraleiter, im Weltall schwerelos - wobei dieser Vergleich natürlich etwas hinkt. Das Weltall ist halt einfach kalt und nach meiner These weniger elektromagnetisch ggü. der Erde, obwohl dort ja hauptsächlich keine Materie vorkommt. Jetzt könnte man argumentieren, dass der Mond ja aber nicht mehr elektromagnetisch ist und dort trotzdem Menschen gelandet sind. Dann muss ich sagen, ich würde das lieber anders erklären.... Der hat immer noch Temperaturen zwischen 123 und -233 Grad, also sich bewegende Atome und wird gleichzeitig von der Erde angezogen. Wenn meine These richtig wäre, würde der Astronaut im Sonnenschatten (bei -233 Grad) praktisch davonfliegen, wobei aber davon ausgegangen werden kann, das der Boden wärmer ist.... Naja, wie gesagt, es ist eine These.
So, das gesuchte Graviton ist deshalb vielleicht viel eher der Elektromagnetismus der Erde, welcher auf alle sich bewegende Atome bis hin zu einer bestimmten Distanz (Orbit) wirkt. Deshalb hätte die Erdtemperatur wichtige Zusammenhänge mit der sogenannten "Gravitation".
Ich stelle also die These auf, dass Gravitation etwas mit Magnetismus, Elektromagnetismus oder aber auch Elektrostatik zu tun haben muss und dies selbst in den Erden-Atomen und deren Menge begründet sein muss.
Vielleicht war ja Tesla doch viel näher an der Wahrheit dran...
Anregungen, Meinungen und Nobelpreise ;-) sind herzlich Willkommen. Die Kopierrechte dieses Textes liegen bei mir (ThinkTrifold).
Erstens: im weltraum ist keinabsolutes Vakuum. Da is Luft, halt wenig.
Zweitens: die erde "Saugt" die Luft aus dem Weltraum und die klebt dann als Atmosphäre auf der Erde. Stell dir vor du legst einen Magnet in in ein becken voller Eisenspäne. Es werden nicht alle hängen bleiben, aber die meisten.
Hoffe ich habs verständlich ausgedrückt.
Was du gelernt hast, ist hier - ehrlich gesagt - sowas von egal.
Und was du dir aus gelerntem zusammenreimst, ist einzig dein Problem.
Und wenn du alles besser weißt, geht es den Experten hier sonstwo vorbei.
Stirb halt dumm, es ist deine Entscheidung.
Was macht dich denn so wütend?!
Ich will es genau wissen und hinterfrage und das ist mein gutes Recht! Das ist doch wissenschaft oder?
Ich sterbe bestimmt nicht dumm!
Nein, ehrlichgesagt überhaupt nicht :(
Wir haben gelernt das der Weltraum ein perfekteres vakuum ist als alle auf der Erde hergestellte und deshalb hochvakuum genannt wird.
Wie genau soll jetzt aber ein magnetischer Steinklumpen mit Wasser ausgerechnet das gasgemisch Luft (und kein anderes) aus einem Hochvakuum saugen, anreichern und ohne Grenze festhalten? (Mal ganz abgesehen davon wie das auch entstanden sein soll.)
Saugt nicht ein Vakuum alles auf?
sorry aber das scheint einfach nicht nicht zu stimmen.