Das Gewicht von Licht

[Bynaus]

Ich glaube, ein Sonnensegel wird doch primaer von den Photonen angetrieben. Jemand koennte mal den Druck ausrechnen, dann haetten wir Gewissheit. Der Sonnenwind selbst spielt sicher auch eine Rolle.
Die Neutrinos hingegen? Hast du mal gehoert, dass ein Neutrino zig tausend Kilometer Blei durchfliegen wuerde, bis es auf ein Atom trifft? Da scheint mir ein Mikromilimeter duennes Segel ziemlich durchsichtig zu sein... :-)

[Sternengucker]

HAst mal wieder recht gehabt *seufz,warumversuchich'süberhauptnoch?*

Auf Astroinfo findet sich folgende Rechnung (kein Gewehr eh Keine Gewähr)

Was treibt ein Sonnensegler an? Der Sonnenwind oder das Licht der Sonne?
Entscheidend für die Nutzbarkeit ist der Impulsfluss pro m2 also Impuls pro Sekunde und Quadratmeter (= Newton pro Quadratmetr, 1 Newton entspricht etwa der Gewichtskraft einer 100g Schokoladentafel), den der entsprechende Partikelstrom Photonen oder Protonen mitbringt. Die Elektronen des Sonnenwinds sind 1500 mal leichter und müssen hier nicht berücksichtigt werden.

Für die Protonen des Sonnenwinds gilt folgendes:
In Erdentfernung von der Sonne gibt es 1E7 (10 Millonen) Protonen pro Kubikmeter, die mit 470 km/s fliegen. D.h. auf jeden Quadratmeter Sonnensegels treffen 4.7E12 (4.7 Billionen) Protonen pro Sekunde. Die fuer die Kraftwirkung entscheidende physikalische Groesse - ist der durch die Teilchen uebertragene Impuls p (p = Teilchenmasse mal Geschwindikeit) pro Zeitintervall und Quadratmeter. Fuer die Protonen - jedes von ihnen ist 1.7E-27 kg schwer - des Sonnenwinds ergibt sich so 4.7E12*470'000*1.7E-27 = 3.7E-9 kg/m/s^2 = 3.7 Nanonewton pro m2

Nach den Physiklehrbuechern (z.B. Paul A. Tipler, "Physik", Seite 1005) ist der Strahlungsdruck (Druck = Kraft pro Quadratmeter) für das Licht die Intensitaet (in Watt pro Quadratmeter) geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde (m/s). In der Entfernung der Erde von der Sonne bestrahlt die Sonne jeden Quadratmeter mit einer Leistung von 1350 Watt. Somit ergibt sich bei einer Lichtgeschwindigkeit von ca. 3E8 m/s eine Kraft von = 4.5E-6 N/m2 = 4.5 Mikronewton pro Quadratmeter Sonnensegel.

Fazit: Die Kraft des Lichts auf ein gegebenes Sonnensegel ist 1000x groesser als die Kraft, die der Sonnenwind verursacht, da die Teilchendichte des Sonnenwinds und die Solarkonstante quadratisch zur Entfernung zur Sonne abnehmen, gilt für jede Stelle im Sonnensystem dieser Unterschied. Für reflektierende Flächen, wie das wohl für ein Sonnensegler der Fall wäre, ist die Kraft des Lichts sogar noch doppelt so gross wie für absorbierende Flächen, in Erdentfernung von der Sonne sind das also 9 Newton pro Quadratkilometer (= eine Million Quadratmeter) Segelfläche.

Mir widerstrebt aber die Idee extrem, daß Licht dermaßen stark sein soll. Das "klingt" falsch

[Spocky]

Es ist schon eine recht sonderbare Vorstellung, aber galt dies nicht auch für die Relativitätstheorie im Allgemeinen? Trotzdem sind bisher alle vorhergesagten Effekte eingetreten.
Dass Licht eine Masse haben muss ist aber einleuchtend (im wahrsten Sinne des Wortes ), da ja E=mc² und Licht ist ja Energie. bei m=0 währe auch E=0.

[Sternengucker]

Naja, aber wenn man bedenkt wie schnell das Licht ist hätte es auch sein könnnen, daß das Gewicht nicht weiter in sich selbst fällt (einer zum Mitdenken ) weil die Bewegungsenergie den größten Teil der Lichtenergie ausmacht.

Hmm, btw hat jemand grad die Fläche einer Erdhälfte greifbar? Wie groß ist dieser Lichtdruck auf unser aller heimat denn nun? denn getroffen wird die Erde ja (sichtlicherweise) pausenlos, aber halt nur auf einer Hälfte. ISt die wirkende Kraft vernachlässigbar in Bezug auf Bahngeschwindigkeit, fluchtgeschwindigkeit (mir fällt diese Kraft die dich aus der Kurve wirft mal wieder nicht ein) und Sonnenanziehung? Oder hat sie letztendlich doch etwas mit der Abbremsung der erde zu tun, indem sie jedes Jahr ein paar cm zum Bahnradius hinzufügt

[Spocky]

Der Erdradius beträgt durchschnittlich 6371km. Die Formel für die Oberfläche ist 4r²xPi, hier also 2r²xPi macht 255.032.236km²
Danach kannst du aber nicht gehen, da der größte Anteil alles andere als senkrecht zum Lichteinfall steht. Meines Wissens liegt die größer werdende Umlaufbahn wirklich an der Abbremsung.

[Bynaus]

Um hier mal zu entwirren:

- Wird die Erde abgebremst (in ihrer Umlaufbewegung um die Sonne), bewegt sie sich auf die Sonne zu.
- Wird die Erde beschleunigt (in ihrer Umlaufbewegung um die Sonne), bewegt sie sich von der Sonne weg.

Der Lichtdruck auf die Erde ist wahrscheinlich vernachlässigbar, nur schon deswegen, weil die Erdbahn seit Milliarden Jahren mehr oder weniger konstant ist, dh, höchstens die Exzentrizität ändert sich ein wenig. Vielleicht (man müsste es ausrechnen, um wirklich sicher zu sein) kompensiert der Strahlungsdruck des Lichts (der eine Beschleunigung bewirkt) gerade etwa den abbremsenden Effekt des Staubes, der noch im Sonnensystem ist, und durch den die Erde abgebremst wird...

[Spocky]

Original geschrieben von Bynaus

Der Lichtdruck auf die Erde ist wahrscheinlich vernachlässigbar, nur schon deswegen, weil die Erdbahn seit Milliarden Jahren mehr oder weniger konstant ist

Das stimmt nicht!
Nicht nur die Exzentrizität ändert sich. Es gibt die sogenannten Milankovich-Zyklen. Darin wird die Zyklizität im Verhältnis der Erde zur Sonne in 3 unterschiedlichen Intensitäten beschrieben:

Zitat aus einem meiner Berichte für die Uni entnommen:
Der Obliquitätszyklus beschreibt, wie die Schräge der Erdachse im Vergleich zur Bahn um die Sonne schwankt. Sie kann mehr oder weniger stark geneigt sein und liegt zur Zeit bei etwa 23,5º. Dem Obliquitätszyklus werden Auswirkungen auf die globale Windzirkulation zugemessen, wodurch die Durchmischung des Meerwassers mit Sauerstoff gesteuert wird und somit auch die Produktivität des Planktons. Davon wiederum hängt die Produktion von Kalkskeletten ab. Über den Obliquitätszyklus werden auch die Meeresströmungen kontrolliert, die sich ebenfalls auf den Erhalt organischer Überreste auswirken können. Dieser Zyklus dauert ungefähr 41.000 Jahre.
Der Exzentrizitätszyklus beschreibt die Schwankungen in der Form der Umlaufbahn, die mehr oder weniger kreisförmig bzw. elliptisch sein kann. Seine Periode liegt bei 92 - 100 ka. Ihm werden Meeresspiegelschwankungen und Änderungen in der Stärke der Gezeiten zugerechnet. Somit sorgt er auch für eine stärkere vertikale Durchmischung in der Wassersäule und kann die Ablagerung größerer Kalkmengen verhindern, da er sie immer wieder in den Kreislauf zurückführt.
Mit heute 20 - 21 ka ist der Präzessionszyklus der kürzeste der drei Zyklen. Während des hier zu betrachtenden Oberjuras lag er noch bei etwa 16 - 17 ka. Er beschreibt die eiernden Bewegungen der Erdachse auf ihrer Bahn um die Sonne. Mit seinen Einflüssen auf Stürme kontrolliert er ebenfalls die marinen Kalkablagerungen. Da er sich darüber hinaus auch auf den Regen auswirkt, steuert er zusätzlich noch das Verhältnis zwischen Pflanzenbedeckung und Erosion auf dem Land und somit auch auf den Eintrag von Siliziklastika über die Flüsse ins Meer.

Wen das Geologische nicht interessiert mag das überlesen. War nur zu faul, das rauszusuchen und zu streichen

[Sternengucker]

Original geschrieben von Bynaus
- Wird die Erde abgebremst (in ihrer Umlaufbewegung um die Sonne), bewegt sie sich auf die Sonne zu.
- Wird die Erde beschleunigt (in ihrer Umlaufbewegung um die Sonne), bewegt sie sich von der Sonne weg.

Eywei ich wußte doch, daß ich es hätte anders formulieren sollen

Ich meinte, daß das Jahr immer wieder ein bisschen länger wird (also nur subjektiv die Erde "langsamer" wird) weil die Bahn durch diesen Druck eventuell ein wenig vergrößert (und damit verlängert) werden könnte.

Aber wenn das nicht nachweisbar ist, hat sich die Frage ja sowieso erledigt

[Bynaus]

Spocky: Was du da beschreibst, hat aber nichts mit der Erdumlaufbahn an sich zu tun: Die Neigung der Erdachse, sowie die Richtung, in welche die Erdachse zeigt (Präzession) haben nichts mit der Konstanz der Erdumlaufbahn zu tun, die ich meinte. Das sind sozusagen "Probleme der Erde". Was ich meinte, war, dass die Erdumlaufbahn an sich, also die Ellipse mit Abständen zur Sonne zwischen ca. 148 und 151 Mio km, seit Jahrmilliarden konstant geblieben ist, ausser eben, dass sich diese beiden Zahlen zyklisch (und damit, im Schnitt, überhaupt nicht) ändern. Würde die Erde vom Sonnenwind aber beschleunigt, würde man über Jahrmillionen, Jahrmilliarden eine Vergrösserung dieser Ellipse erwarten, also z.B. zu Entfernungen zwischen 150 und 153 Mio km. Da dies nicht der Fall ist, kann man getrost davon ausgehen, dass der Lichtdruck der Photonen keinen Einfluss auf die Erde hat.

[Sternengucker]

Nur noch eine kleine Nachfrage: Man ist sich also sicher, daß die ellipse ungefähr denselben Radius hat wie zu Zeiten der Entestehung der Erde?

Wie kann man denn da sicher sein? Ich meine es war schließlich niemand dabei und die Steine werden wohl auch kaum erzählen"Ich war einmal 2 mio km näher an der Sonne aber heute mag ich nimmer".

[Spocky]

Du wirst lachen, wie viel die Steine dir erzählen können. So ist zum Beispiel bekannt, dass Korallen nicht nur einen Jahreszeitlichen Schwankungszyklus in ihrem Wachstum haben, sondern auch einen Tageszeitlichen, da sie in Symbiose mit sonnenlichtabsorbierenden Organismnen leben. So hat man herausgefunden, dass das Jahr im Devon, also vor etwa 380 Mio Jahren etwa 400 Tage hatte. Die Differenz liegt allerdings begründet in der Abbremsung der Erdrotation durch die Gezeitenwirkung des Mondes. Die von mir erwähnten Zyklen lassen sich ebenfalls feststellen. Ich weiß allerdings nicht, ob es auch Beispiele gibt, die direkt die Erdentfernung belegen. Allerdings ist bekannt, dass die Zyklen früher eine kürzere Dauer hatten.

@ Bynaus: Dasw gilt allerdings nur, wenn es keinen Effekt gibt, der dem entgegenwirkt.

[Bynaus]

Die von dir erwähnten Zyklen mögen sich ändern. Die Erdentfernung hingegen ist ziemlich genau konstant geblieben, zumindest spricht nichts dafür, dass sie sich gross verändert hatte.

Apropos Gegeneffekt: Zwei Postings weiter oben hatte ich ja einen möglichen Gegeneffekt geliefert: die Abbremsung durch den verbliebenen Staub im Sonnensystem.

Im allgemeinen würde ich sagen, dass es statistische Überlegungen sind, die zum Schluss führen, dass die Erdentfernung in etwa gleich geblieben ist.

[Spocky]

Hatten Photonen mal eine Ruhemasse?

in diesem Artikel versucht der Autor auf diese Weise zumindest rätselhafte Magnetfelder im Universum zu erklären. Irgendwie erscheint mir die Sache aber reichlich obskur...

[Bynaus]

Das erscheint mir recht seltsam, vor allem die Sache mit dem "polarisieren" des Vakuums: Denn man sollte ja meinen, dass rein statistisch gleich viele Teilchen der einen oder anderen Sorte nach allen Seiten gezogen werden, so dass sie keine "Netto"-Aufladung ergeben sollte.

Auch ansonsten finde ich die Theorie etwas... nun... unelegant. (das ist jetzt aber ein rein subjektives Argument) Die meisten Dinge im Universum, denke ich, bestehen konstant, zerfallen langsam oder entstehen allmählich, wobei die "Zeiten" hier beliebig verkürzt und verlängert werden können. Eine Photonmasse, die mal da ist und dann ganz plötzlich nicht mehr (nicht mal ein kleiner Rest) finde ich daher irgendwie unpassend.

[Ezri Chaz]

Oha... Achtung, blonde Frage...

Ich les hier gern und fleissig mit, auch wenn ich nicht alles verstehe..

Also, ich hab hier oft das Wort Lichtgeschwindigkeit, Licht hat Masse, Photonen und sowas gelesen...

Und nun kommts:

Wenn Licht sich fortbewegt in besagter Geschwindigkeit, muss folgerichtig ein Antrieb vorhanden sein, oder?

Ich meine, wie kann Masse ohne Antrieb bewegt werden?

Welche Kraft steht denn dahinter?