Weihnachten wissenschaftlich betrachtet

Wie wird das Weihnachswetter? Was ist ein Zeitkristall? Und was haben Schwarze Löcher mit dem Weihnachtsmann gemeinsam? Diese Fragen beantworten Forschende aus den Exzellenzclustern der Universität Hamburg.

Exzellenzcluster „Climate, Climatic Change, and Society“ (CLICCS):
Wie wird das Weihnachtswetter?

Am Exzellenzcluster CLICCS forschen wir üblicherweise an den ganz großen Fragen zu Klima und Gesellschaft. Aber die große Frage zu Weihnachten lautet auch für uns alle Jahre wieder: weiß oder nicht weiß?

Dabei ist die Antwort für uns in Hamburg recht einfach: Für Schneefall am 24. Dezember sind die Aussichten generell recht trüb. Woran liegt das? Zwei Dinge brauchen wir, damit weiße Flocken vom Himmel rieseln: feuchte Luft, die in Wolken all das nötige Wasser herantransportiert, und natürlich Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, damit sich die weiße Pracht nicht schon beim Fallen in schnöde Regentropfen auflöst. Die erste Bedingung ist häufig erfüllt, schließt aber leider die zweite fast automatisch aus: Denn unser Wetter kommt oft aus dem Westen vom Atlantik, der zwar viel Wasser in die Atmosphäre pumpt, aber im Winter auch rund zehn Grad warm ist. Kommt die Luft dagegen mal aus dem Osten, kann sie äußerst frostig sein, dafür aber meist auch knochentrocken. Dann heißt es immerhin Sonnenschein statt Schnee.

Betrachten wir die letzten 20 Jahre, erkennen wir schnell, was bei uns zu Weihnachten die Regel und was die Ausnahme ist: In den meisten Jahren liegen die Temperaturen deutlich im Plus, meist verbunden mit Regen verschiedenster Ausprägung. Wirklich nachhaltigen Schneefall, der auch nicht gleich wieder geschmolzen ist, können wir nur für Heiligabend 2002 melden. Weiße Weihnachten in Hamburg sind also ein echter Glücksfall. Und auch wenn das Wetter jedes Jahr neu ausgewürfelt wird: Irgendwie ist dieser Glücksfall doch längst überfällig…

Autor: Ingo Lange, Exzellenzcluster „Climate, Climatic Change, and Society“ (CLICCS)

Exzellenzcluster „Quantum Universe“:
Was haben Schwarze Löcher und der Weihnachtsmann gemeinsam?

Was auf den ersten Blick so aussieht wie ein Meer bunter Flecken, ist die Aufnahme einer Himmelsregion im Radio- und Röntgenlichtbereich. Die Radioquellen, in gelb dargestellt, sind extrem helle Lichter, die von riesigen Schwarzen Löchern verursacht werden. Mit Schwarzen Löchern verhält es sich etwas ähnlich wie mit dem Weihnachtsmann: Wirklich gesehen hat sie noch niemand, aber es gibt zahlreiche Beweise dafür, dass sie existieren. Die energiereiche Strahlung, die aus ihrer direkten Umgebung ins Weltall gefeuert wird, ist so ein Beweis. Ein sehr auffälliger zudem, denn die Strahlung ist so stark, dass man die Schwarzen Löcher aus mehreren Millionen Kilometern Entfernung lokalisieren kann. Wie diese Strahlung genau zu Stande kommt, ist allerdings noch wenig verstanden. 

Auf den neuen Himmelskarten, an denen die Forschenden im Moment arbeiten, werden Millionen solcher Schwarzen Löcher auftauchen. Mithilfe von Radioteleskopen, die aussehen wie überdimensionale Satellitenschüsseln, und Röntgenkameras, die sich auf Satelliten befinden, erforschen Hamburger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dieses Phänomen und hoffen, Licht ins Dunkel zu bringen.

Wenn Sie an Heiligabend in den Himmel schauen, dann erinnern Sie sich daran, was es hinter den ganzen funkelnden Sternen noch alles gibt. Vielleicht keinen Weihnachtsmann, aber dafür unvorstellbare Welten. An diesen und anderen Phänomenen arbeitet das Exzellenzcluster „Quantum Universe“.

Autor: Prof. Dr. Marcus Brüggen, Hamburger Sternwarte und leitender Wissenschaftler am Exzellenzcluster „Quantum Universe“

Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“:
Weihnachtsstern reloaded 

Es ist Tradition, dass in dieser festlichen Zeit die Weihnachtslichter blinken. Dieses Jahr haben wir noch ein ungewöhnliches, blinkendes Licht hinzugefügt, einen sogenannten Zeitkristall, der periodisch Lichtpulse ausstrahlt. Der Name dieses neuartigen Materiezustandes rührt daher, dass die Lichtpulse periodisch in der Zeit angeordnet sind, vergleichbar mit einem normalen Kristall, bei dem die Atome periodisch im Raum angeordnet sind. Als Material, das wir für diesen Zeitkristall vorschlagen, haben wir Hochtemperatursupraleiter gewählt, deren Faszination in der hohen Übergangstemperatur in den supraleitenden Zustand besteht. Dieses Material versetzen wir nun mithilfe von Laserlicht in einen zeitkristallinen Zustand, um einen neuartigen Materiezustand zu erzeugen. 

Autor: Prof. Dr. Ludwig Mathey vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter"