Ich blicke zurück auf das Jahr 2013 und sage danke!

Das Jahr 2013 geht dem Ende zu - dies möchte ich als Anlass für einen kurzen Rückblick nehmen.

Das (bald) vergangene Jahr war für dieses Blog ein ganz besonderes Jahr, nämlich aus dem einfachen Grund, dass es sein erstes war. Ich habe ungefähr im April 2013 angefangen, halbwegs regelmäßig Blogartikel zu schreiben. Seitdem wurden 80 Einträge veröffentlicht, in welchen ich immer wieder versucht habe, die Themenwahl abwechslungsreich zu halten und die Artikel möglichst verständlich zu formulieren. Vor allem das verständliche Formulieren und Erklären stellt für mich manchmal eine große Herausforderung dar - besonders weil die Themen mancher Artikel, die ziemlich tief in den Wissensbereich der Physik eindringen und unsere Alltagserfahrung auf den Kopf stellen, ohne die Verwendung von Mathematik nur sehr oberflächlich - ja vielleicht sogar undurchsichtig - zu behandeln sind. Dennoch wollte ich es immer wieder versuchen.

"Golden Record Cover" - Wie kann man diese Botschaft an Außerirdische lesen?
(Credit: NASA, via Wikimedia Commons)

Was waren die Höhepunkte im Blog?

Um die Highlights der Leser nennen zu können, muss ich mich auf die Statistiken verlassen. Die meistgelesenen Artikel im Jahr 2013 waren:

1. Somnium - Der erste Sci-Fi-Roman,
   welcher im Wesentlichen eine Besprechung des ersten Science-Fiction-Werkes ist. Somnium wurde von niemand anderem als von Johannes Kepler um 1610 geschrieben.
2. Entwicklung der Quantenphysik VII - Wie sehen Atome aus?
   In diesem Artikel geht es hauptsächlich darum, warum und wie man die Frage nach der Gestalt der Atome stellen muss.
3. Feynmans inverser Wassersprinkler - Die Auflösung,
   in welchem der berühmte inverse Wassersprinkler mit grundlegenden physikalischen Konzepten und möglichst einfach erklärt wird.
4. Unsere Botschaften an Außerirdische + Leitfaden für den Erstkontakt.
   Hier erkläre ich einige Botschaften, die im Laufe der Geschichte ins All geschickt wurden, um vielleicht von einer außerirdischen Intelligenz gefunden zu werden.
5. Entwicklung der Quantenphysik X - Der verblüffende Versuch (2/2).
   Ein weiterer Teil aus der Artikelserie zur Entwicklung der Quantenphysik. Es geht um den bekannten Doppelspaltversuch. (Ich empfehle allerdings, den ersten Teil zum Doppelspaltversuch vorher zu lesen ...oder noch besser: die ganze Artikelserie! ;-) )

Etwa 360 Jahre nach "Somnium" reisen Menschen auf den Mond.
Das hätte wohl damals selbst dem ersten Sci-Fi-Autor Kepler zu viel Vorstellungskraft abverlangt.
(Quelle: http://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/apollo/apollo16/html/as16-113-18339.html) 

Welche Artikel machten mir beim Schreiben besonderen Spaß?

Für viele Artikel habe ich zuvor in Büchern, im Internet, etc. gelesen und recherchiert. Dabei habe ich selbst viele Details dazugelernt, sodass ich beim Schreiben mancher Artikel fasziniert war und selbst Freude hatte.
Hier sind also meine "Lieblingsartikel":

1. Artikelserie zur Entwicklung der Quantenphysik.
   Durch das Schreiben dieser Artikel konnte ich meine Gedanken zu diesem Thema strukturieren und somit einen klareren Kopf bekommen. Außerdem ist Quantenphysik cool, nicht wahr? ;-)
2. Somnium - Der erste Sci-Fi-Roman.
   Nach dem Lesen von Keplers Werk und einigen Erörterungen des Buches hatte ich das Gefühl, mich mit einem Thema ganz gut auszukennen, von dem ich zuvor nicht einmal wusste, dass es existierte. So etwas ist immer toll!
3. Feynmans inverser Wassersprinkler - Die Auflösung.
   Wie dieser inverse Sprinkler wirklich funktioniert, habe ich mich bereits Jahre zuvor gefragt. Schließlich stolperte ich über ein Paper, welches diesen Versuch auf sehr verständliche Art erklärt. Nach dem Schreiben dieses Artikels habe ich Feynmans inversen Wassersprinkler endlich verstanden.
4. Einstein, Prinzessin Leia und das Telefon-Hologramm.
   Man kann sich denken, dass sich jeder Körper ein bisschen verformt, wenn man auf ihn draufdrückt. Was ich allerdings sehr erstaunlich finde, ist, dass man z. B. tatsächlich die Verformungen eines Telefonapparates unter der Gewichtskraft des Hörers sichtbar machen kann. In diesem Artikel erkläre ich, wie das geht.
5. Im Erdkern sitzt ein riesiger Stabmagnet, oder?
   Die Erde hat ja bekanntlich ein Magnetfeld, welches von weitem aussieht, als würde es von einem Stabmagneten im Inneren kommen. Ist unter unseren Füßen tatsächlich ein gigantischer Stabmagnet? Oder wird das Magnetfeld durch etwas anderes hervorgerufen? Können wir diese Frage überhaupt beantworten? Antworten auf diese Fragen im Artikel...

Die Verformung eines Telefonapparates unter Einwirkung der Gewichtskraft des Hörers.
Sichtbar gemacht mit Hilfe der Methode der holographischen Interferometrie.
(Bildquelle: Homepage von Jakob Woisetschläger)

Weniger anspruchsvolle, unterhaltsame Artikel

Viele der oben angeführten Artikel sind vermutlich bereits relativ anspruchsvoll, wenn man sich nicht alltäglich mit Physik beschäftigt. Deshalb möchte ich hier noch einmal auf ein paar weniger anspruchsvolle, vergleichsweise unterhaltsame Artikel hinweisen:

1. Was haben der Herrscher der Unterwelt, das 94. Element und Micky Maus gemeinsam?
   ...und was Venetia Burney aus Oxford damit zu tun?
2. Sind gerade Zahlen böse? / Beziehungstipps für Pythagoräer.
   Ein paar witzige, zahlensymbolische Spielereien.
3. Typisch Feynman...
   Eine weitere Anekdote aus dem Leben des Physikers Richard P. Feynman.
4. Ein Physiker geht duschen...
   Harald Lesch erklärt, warum einem der Duschvorhang beim Duschen immer entgegen kommt. Ich ergänze seine Erklärungen, indem ich die Bedeutung einer wichtigen physikalischen Formel etwas erläutere.
5. Atombomben: Explosionen seit 1945.
   Das ist einfach nur ein Video, in welchem alle Explosionen von nuklearen Sprengköpfen (bis auf die erst kürzlich getätigten Versuche von Nordkorea) gezeigt werden. Sehr befremdlich anzusehen!

Chris Cassidy und Karen Nyberg sind schwerelos in der Kuppel der Internationalen Raumstation, 7. August 2013.
(Credit: NASA)

Anspruchsvollere Artikel

Es hat auch einige Artikel gegeben, beim Lesen derer man sicherlich konzentriert mitdenken musste, um nicht den roten Faden zu verlieren. Für alle, die an detaillierteren Ausführungen interessiert sind, führe ich ein paar der vergleichsweise anspruchsvollen Artikel hier noch einmal an:

1. Artikelserie zur Entwicklung der Quantenphysik.
   Um wirklich etwas von dieser Artikelserie mitnehmen zu können, sollte man sie wahrscheinlich von Anfang bis Ende lesen und dabei ständig möglichst viele der vorgestellten Konzepte im Gedächtnis behalten.
2. Artikel zur Fresnel-Beugung: Es geht um eine spezielle Art der Lichtbeugung und eine mögliche Anwendung derer.
   1) Ein Loch als Intensitätsverstärker von Licht
   2) Lupeneffekt durch Lichtabsorption
3. Ist der Dopplereffekt falsch? - Rotverschiebung der Sonne.
   Wie immer, wenn es um Einsteins Relativitätstheorie geht, muss man sich von den Alltagserfahrungen befreien, um etwas verstehen zu können. Das ist schwierig. Doch wenn man es schafft, wird man mit einer völlig neuen Sichtweise der Realität belohnt.
4. Ein oft vernachlässigtes Detail der Entropie.
   Die Entropie in abgeschlossenen Systemen bleibt ohne Fremdeinwirkung immer gleich oder wächst an - von alleine wird sie nie weniger. So liest man das in den meisten Büchern. Warum mich diese Formulierung lange davon abgehalten hat, das Entropiekonzept zu verstehen, erkläre ich in diesem Artikel.
5. Ein Raumanzug für Mona Lisa - Fehlerkorrigierende Codes (Gastbeitrag).
   Wie kann man Codes generieren, die nach einer fehlerhaften Übertragung wieder vollständig rekonstruierbar sind? Lasst euch dies von Jakob Kogler erklären!

Feynman-Diagramm, in dem ein Elektron ein Photon emittiert, und danach wieder eines absorbiert.
Antiteilchen kann man als Teilchen interpretieren, die sich rückwärts in der Zeit bewegen.

An dieser Stelle möchte ich mich auch bei allen Lesern fürs Vorbeischauen in meinem Blog bedanken!

Ich wünsche euch allen, dass das kommende Jahr 2014 mindestens so gut wird, wie ihr es euch erhofft!

Wir sehen uns wieder im neuen Jahr!

Kein Feuerwerk, sondern eine Simulation des Erdmagnetfelds.
(Credit: Gary A. Glatzmeier, von Wikimedia Commons)

Skipisten-Wissenschaft: Die Frage nach der Skibrillen-Farbe

Eben war Weihnachten, der Winter hat zumindest für diejenigen begonnen, die auf der Nordhalbkugel leben, viele haben Ferien. Und einige von euch wird es vermutlich auf die Skipisten ziehen!
SkifahrerInnen wissen, dass diverse Schutzkleidung (Helm etc.) ratsam ist. Insbesondere hilfreich beim Skifahren ist auch eine Skibrille - sie dient als Schutz vor gefährlicher Sonnenstrahlung, vor Wind und Schnee und zur Verbesserung der Umgebungswahrnehmung.
Doch welche Farbe der Skibrille sollte man wählen? Welche Tönung der Scheibe sieht am besten aus? - Tja, tatsächlich ist die Frage der Farbwahl keine Geschmackssache, sondern eine Frage der Physik und der Anatomie des menschlichen Auges.
Inwiefern können diese beiden Disziplinen beim Thema Skibrillen mitreden? - Darüber werde ich im Folgenden etwas erzählen.

Dieser Skifahrer trägt eine Skibrille.
Ob er sonst noch (Schutz-)Kleidung trägt, ist auf diesem Bild nicht zu erkennen, aber für den weiteren Verlauf des Artikels sowieso unerheblich.
(Quelle: http://www.photorack.net)

Warum und wie eine Skibrille Wind, Schnee, usw. von den Augen abhalten kann, ist relativ einsichtig und klar, denke ich. Viel interessanter werden die Überlegungen, wenn man sich zum Ziel setzt, dass eine Skibrille (neben Schutz vor schädlicher Sonnenstrahlung) auch die Wahrnehmung der Umgebung verbessern sollte. Mit Skibrillen sollte man im Schnee also irgendwie "besser sehen" können.

Um zu verstehen, wie dieses Ziel zu erreichen ist, könnten wir uns zuerst fragen, wie wir eigentlich unsere Umgebung wahrnehmen.

"Das ist einfach!", werdet ihr euch denken, "Das von der Umgebung reflektierte Licht trifft in unsere Augen, worauf wir irgendwie mit Hilfe unseres Gehirns ein Bild der Außenwelt erstellen." Und so ist das auch richtig: Licht, das von der Sonne kommt, wird an allem Möglichen gestreut, bevor es die Netzhaut in unseren Augen erreicht. Dort löst es verschiedene Reize aus, die in Form von elektrischen Signalen über den Sehnerv in die dahinter befindliche große Rechenmaschine - das Gehirn - gelangen, um zu etwas für uns Sinnvollem verarbeitet zu werden.
Man kann das Sonnenlicht in seine verschiedenen Wellenlängen aufspalten und sich ansehen, wie viel Licht für jede Wellenlänge auf der Erde ankommt. Dabei verändert die Atmosphäre die spektrale Zusammensetzung des Sonnenlichts deutlich, wie man in der folgenden Abbildung sieht (vgl. extraterrestrische und terrestrische Sonnenstrahlung).

Die extraterrestrische Sonnenstrahlung kann näherungsweise mit einem idealen schwarzen Strahler von 5900 Kelvin beschrieben werden.
Für unsere Überlegungen spielt allerdings nur das Spektrum der terrestrischen Strahlung eine Rolle, davon insbesondere der sichtbare Bereich des Lichts, der zwischen ultraviolettem (UV) und infrarotem (IR) Licht eingezeichnet ist.
(Credit: Degreen / Quilbert, via Wikimedia Commons)

Warum es vielerorts zu "Einschnitten" im terrestrischen Spektrum kommt, habe ich in schon einmal erklärt. (Dort könnt ihr auch nachlesen, wie man die chemische Zusammensetzung von fernen Sternen herausfinden kann.)


Wie bereits erwähnt, wird Sonnenlicht an allem Möglichen reflektiert - nicht nur an Gegenständen und am Boden, sondern auch an Teilchen in der Luft. Mit Hilfe des Modells der Rayleigh-Streuung kann man erklären, warum der Himmel blau ist: Die Luftmoleküle und "Luftteilchen" streuen blaues Licht stärker und öfter als z. B. rotes. Deshalb treffen stets blaue Lichtstrahlen auf unsere Netzhaut, egal in welche Himmelsrichtung wir blicken.
Es ist somit vergleichsweise viel blaues Licht in unserer Atmosphäre unterwegs. Das ändert sich auch kaum, wenn die Witterungsverhältnisse schlecht sind und der Boden mit Schnee bedeckt ist.
(Ich habe übrigens ein Paper namens "Optical Properties of Snow"[1] gefunden - da drinnen könnt ihr vermutlich alles über Skipisten-Licht nachlesen.)

Fürs Erste merken wir uns also:
Auf der Skipiste gibt es viel blaues Licht.

Auf der Skipiste gibt es viel blaues Licht!
Dass ich gerade hier ein so blaulastiges Foto eingefügt habe, ist natürlich reiner Zufall!
(Quelle: http://www.photorack.net)

Nun machen wir einen Abstecher in den Bereich der Anatomie des menschlichen Auges und versuchen, uns einen Eindruck von der Funktionsweise unseres Sehorgans zu verschaffen!

Einstein, Prinzessin Leia und das Telefon-Hologramm

Stell dir vor, du hast einen langen Stab in der Hand - einen ganz langen Stab, der bis zum Mond reicht. Auf der Mondoberfläche steht dein Freund und hält das weit entfernte Stabende fest. Zeitgleich läuft im Fernsehen ein wichtiges Fußballspiel, welches euer Kumpel auf dem Mond zwar sehen kann (die NASA hat ihm freundlicherweise erlaubt, einen (akkubetriebenen) Fernseher auf seinen Spaziergang mitzunehmen), jedoch aufgrund der Zeitverzögerung das "Echtzeit-Feeling" vermisst. (Die Funksignale der Erde brauchen immerhin etwa 1,2 Sekunden, bis sie den Mond erreichen.) Deshalb habt ihr euch ausgemacht, dass du jedes Mal, wenn seine Lieblingsmannschaft ein Tor schießt, den Stab bewegst. So weiß er, dass ein Tor fällt, noch bevor es ihm der Fernseher 1,2 Sekunden später mitteilt. Die Information wurde ihm somit mit Überlichtgeschwindigkeit übermittelt.
Doch halt - hier haben wir einen Widerspruch zu Einsteins Relativitätstheorie, laut welcher sich nichts (nicht einmal irgendeine Art von Information) schneller als das Licht fortpflanzen kann! Irgendetwas stimmt hier nicht! (Und wie ihr bereits vermutet habt, ist es nicht die Relativitätstheorie!)
Vielmehr liegt der Gedankenfehler bei der Signalübertragung über den Stab: Die "Information der Bewegung" kann sich auch im Stab nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sobald du das erdnahe Ende des Stabes bewegst, wandert eine Welle (mit Unterlichtgeschwindigkeit!) entlang des Stabes. Solange diese Welle nicht bei deinem Freund ankommt, weiß dieser gar nicht, dass du den Stab bereits bewegt hast. Er erfährt es erst später, sogar erst nachdem ihn die Funksignale erreicht haben. (Die ganze Sache mit dem Stab hättet ihr euch also sparen können.)
Eine Folge der Relativitätstheorie ist also, dass es keine Körper geben kann, die vollkommen starr sind. Alles muss bis zu einem gewissen Grad elastisch, verformbar und biegsam sein, denn sonst wäre eine Informationsübertragung schneller als das Licht in der Tat möglich.

Doch wir kennen aus dem Alltag zahlreiche Objekte, die absolut starr und fest erscheinen. Setzt man diese einer Kraft aus, müssten sie sich ja eigentlich verformen, egal wie schwach die Kraft ist, oder? Nehmen wir an, du hast von der Unmöglichkeit der überlichtschnellen Übertragung erfahren und rufst deinen Freund am Mond an, um ihm diese schlechte Nachricht zu überbringen. Nach einigen Erklärungen über die Interferometrieexperimente von Albert Abraham Michelson und Edward Morley, welche die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen nahelegten, und zahlreichen Ausschweifungen über die Form der Lorentztransformationen legst du enttäuscht den Hörer auf das Telefon. Dabei wird dir bewusst, dass sich der ganze Telefonapparat aufgrund des Gewichts des Hörers ja eigentlich verformen müsste. Kann man diese winzigen Verformungen irgendwie sichtbar machen?
Die Antwort ist: Ja, kann man. Und der heutige Artikel soll eine Methode vorstellen, die dies ermöglicht.

Ein "Fernsprechtischapparat" aus den 1970ern, oder wie ich gerne sage: "Telefon".

Würde uns die Physiologie und die Physik nicht einen Strich durch die Rechnung machen, könnten wir die kleinen Verformungen aufgrund des Hörergewichts direkt sehen. Bei derart kleinen Krafteinwirkungen sind die Verformungen womöglich kleiner als die Wellenlänge des Lichts, das vom Telefonapparat reflektiert wird und unser Auge erreicht. Daher reicht die Auflösung einfach nicht aus, um kleine Strukturen und Verformungen zu erkennen.

Wir werden daher tief in die physikalische Trickkiste greifen und uns der Methode der holographischen Interferometrie bedienen.

Prinzessin Leia als Hologramm
(Szene aus Star Wars, Episode IV - Eine neue Hoffnung)

Wenn es um Hologramme geht, denken viele vielleicht an die Szene aus Star Wars, in welcher der Droide R2-D2 den Hilferuf der Prinzessin Leia in Form eines Hologramms überbringt. (Zumindest ich denke an Star Wars, da ich es mir vor kurzem wieder angesehen habe.)
Vielleicht denken manche aber auch an die etwas realistischere Form von Hologrammen, wie sie z. B. in diesem Video recht eindrucksvoll gezeigt wird.

Um das Kernthema des Artikels (die holographische Interferometrie) zu verstehen, werde ich nun ein bisschen etwas über Hologramme schreiben.

Als "Erfinder" der Holographie gilt der Ingenieur Dennis Gábor, der für das Konzept der Holographie im Jahr 1971 den Nobelpreis für Physik erhielt. Die Motivation hinter seiner "Erfindung und Entwicklung der holographischen Methode" bestand allerdings nicht in der dreidimensionalen Abbildung von Objekten, sondern vielmehr in der Verbesserung des Auflösungsvermögens von Mikroskopen. Die technische Umsetzung der Holographie war allerdings bis zur Erfindung des Lasers nur sehr begrenzt möglich.

Ein Raumanzug für Mona Lisa - Fehlerkorrigierende Codes (Gastbeitrag)

Heute gibt's etwas Besonderes, etwas Erstmaliges: einen Gastartikel.
Es werden Methoden vorgestellt, die uns in unserem technischen Alltag eine Vielzahl von Sorgen nehmen. Dank der folgenden klugen Überlegungen ist es z. B. möglich, diesen Artikel fehlerfrei auf eure Bildschirme zu bringen - und alleine deswegen hat die Technik der fehlerkorrigierenden Codes bereits ihre Berechtigung, wie ihr nach dem Lesen des folgenden Textes von Jakob Kogler sicher auch denken werdet! ;-)

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Einleitung

Vergangene Woche wurde von der NASA der Rekord für die schnellste Datenübertragung durch das Weltall gebrochen. Seit eh und je verwendet die NASA zur Kommunikation mit Satelliten, der Crew von der ISS, usw. sogenannte RF-Systeme, sprich Radiowellen. Mittlerweile gerät diese Technik aber an ihre Grenzen. Durch bessere Messgeräte, größere Auflösung bei Kameras,... entstehen immer mehr Daten, die zur Erde gesendet werden sollen. Doch die Geschwindigkeit bei Funkübertragungen ist begrenzt. Dadurch treffen wichtige Ergebnisse erst verspätet an bzw. HD-Videos können nicht live angesehen werden. Deshalb experimentiert die NASA seit einiger Zeit mit alternativen Techniken. Letzte Woche ist es ihnen bei der LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration) gelungen, den alten Rekord zu brechen. Bei dieser neuen Technik werden pulsierende Laserstrahlen verwendet, die für eine deutlich schnellere Übertragung sorgen. Im vergangenen September wurde dazu der Satellit LADEE in den Orbit des Mondes geschossen. Über die große Distanz von 385.000 Kilometern wurde eine Downloadgeschwindigkeit (Mond → Erde) von 622 Mbps und Uploadgeschwindigkeit (Erde → Mond) von 20 Mbps gemessen, was ungefähr der 5-fachen alten Geschwindigkeit entspricht.

Satellit LADEE und die Kommunikation über Laserstrahlen
(Credit: NASA)

Bereits im Januar dieses Jahres ist diese neue Technik in die Medien gerückt, als ein ähnliches Experiment stattfand. Damals wurde allerdings nicht die Geschwindigkeit untersucht, sondern die Fehleranfälligkeit. Wie man sich denken kann, ist so eine Übertragung nicht perfekt, schließlich liegt die Erdatmosphäre zwischen Sender und Empfänger. Bei diesem Experiment wurde eine digitale Version der Mona Lisa mit einer Auflösung von 152x200 Pixel zu einem mondnahen Satelliten geschickt. Zum Testen der Fehleranfälligkeit schickten sie das Bild einmal in Rohform und einmal veränderten sie die Daten vorher mit einem bestimmten mathematischen Verfahren, das ich in diesem Artikel vorstellen möchte. Das Ergebnis sieht man in der folgenden Grafik. Links ist das Ergebnis der normalen Übertragung, bei welcher große Teile des Bildes nicht richtig angekommen sind, wobei weiße Pixel fehlende und schwarze Pixel falsche Daten indizieren. Rechts hingegen kann man keine Fehler beobachten.

Ergebnis der Übertragung der Mona Lisa
(Credit: Xiaoli Sun, NASA Goddard)

Dieses mathematische Verfahren nennt sich "fehlerkorrigierende Codes"; in diesem Fall verwendete die NASA einen speziellen Reed-Solomon-Code. Diese Codes sind alltäglicher als man glaubt. Jeder von uns verwendet tägliche diese Technik. Schließlich übertragen wir ständig Daten, sei es übers Handy (Anrufe, SMS, Internet), am PC, wo Daten von der Festplatte oder von der RAM gelesen werden, wenn wir uns eine CD anhören, ... An all diese Übertragungen stellen wir eine wichtige Anforderung. Die Daten sollen genauso ankommen, wie sie ursprünglich waren. Eine CD bekommt nach kurzer Zeit Kratzer, doch wir möchten die Musik rauschfrei genießen, bei Funkübertragungen stören kosmische oder elektromagnetische Strahlen, trotzdem möchten wir keine SMS der Art "Tref/*n um 1%:00" entziffern müssen, und wir wollen keine wichtigen Daten verlieren, nur weil irgendwo beim Speichern ein kleiner Fehler passiert ist.

Die wie wird man diese Fehler los? Die Physik kann keine hundertprozentig fehlerfreie Übertragung gewährleisten. Neben dem Interpolieren der fehlerhaften Daten gibt es ein anderes mathematisches Verfahren. Man greift schon vor dem Versenden mittels fehlerkorrigierenden Codes ein. Bei diesem Verfahren bringt man die Daten vor dem Senden auf eine spezielle Gestalt, sodass man, falls bei der Übertragung Fehler passieren, diese erkennen und korrekt ausbessern kann.

Im Erdkern sitzt ein riesiger Stabmagnet, oder?

Betrachtet man das Magnetfeld der Erde in größerer Entfernung, so sieht es aus, als ob dieses von einem riesigen, gekippten Stabmagneten kommt, der um ca. 450 Kilometer aus dem Erdmittelpunkt in Richtung 140° östlicher Länge verschoben ist.¹ Und obwohl eine Kompassnadel immer nach Norden zu zeigen scheint, stimmen die magnetischen Pole nicht ganz mit den geographischen Polen überein. Der "Magnet" im Inneren der Erde ist momentan um etwas mehr als 11° gegenüber der Erdrotationsachse geneigt.

Bild des Erdmagnetfeldes, welches gegenüber der Erdachse geneigt ist.
(Credit: Universität Bremen, von Wikimedia Commons)

Doch wie kommt dieses Magnetfeld überhaupt zustande? Sitzt wirklich ein gigantischer Stabmagnet mit einer roten und einer grünen Hälfte inmitten des Erdballs? (Sind seine Hälften womöglich sogar mit "N" und "S" beschriftet?)
Wissen wir eigentlich etwas über die Ursache unseres globalen Magnetfeldes? Ich meine, das tiefste Loch, das Menschen jemals gegraben haben, ist nur ein paar lächerliche Kilometer tief - nichts im Vergleich zu den etwa 6400 Kilometern bis zum Erdmittelpunkt! Noch nie konnte also jemand direkt in den Erdkern schauen und einen großen Stabmagneten sehen.
Naja, dass ein Stabmagnet, wie man ihn aus den Physikschulbüchern kennt, tatsächlich in dieser Form im Inneren der Erde steckt, ist von vornherein wohl eher unwahrscheinlich. Doch wäre eine andere Form eines solchen Magneten denkbar, die das gleiche Magnetfeld erzeugt und natürlich entstanden sein könnte?

Nun ja... Da wir, wie es aussieht, nicht hinuntergraben und nachsehen können, müssen wir versuchen, den Ursprung des Erdmagnetfelds auf eine andere Art herauszufinden.