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Physik

Gestern hat die Kollaboration um das LIGO-Experiment bei einer Pressekonferenz bekannt gegeben, dass erstmals Gravitationswellen direkt gemessen worden sind. Die Stimmung unter Physikerinnen und Physikbegeisterten, von denen zweifellos viele überall auf der Welt in Grüppchen die Übertragung verfolgt haben, erinnerte an die Verkündung der Higgs-Entdeckung vor fast vier Jahren. Das frei zugängliche Paper der Wissenschaftler bei Physical Review Letters, einer der wichtigsten Adressen für physikalische Entdeckungen, hat stundenlang sogar den Webserver des Verlags lahmgelegt. Der reagierte souverän und lagerte die entscheidenden Graphen kurzerhand auf Twitter aus:

Der seinerzeit 83-jährige Peter Higgs sagte 2012 am CERN, dass er nicht gedacht hätte, die Theorie des Higgs-Bosons noch in seiner Lebenszeit bestätigt zu sehen. Nun hat Albert Einstein nicht dasselbe Glück, doch es gibt auch diesmal einen ähnlich spektakulären Fall.

Wie der Physiker und Leiter des GEO600-Experiments Karsten Danzmann bei einer Pressekonferenz in Hannover erzählte, hat Heinz Billing, Pionier für den Aufbau von Gravitationswellen-Experimenten, einst erklärt, er wolle „so lange am Leben zu bleiben, bis der Nachweis gelungen ist“. Verständlich, denn er hat unter anderem dafür gesorgt, dass mit GEO600 viele Messtechniken entwickelt wurden, die schließlich in den LIGO-Detektoren die erfolgreiche Entdeckung ermöglicht haben. Außerdem hat er sein Versprechen gehalten: Geboren im Jahr 1914, kurz bevor Einstein die Allgemeine Relativitätstheorie überhaupt veröffentlichte, hatte Heinz Billing nun mit 102 Jahren die Gelegenheit dazu.

Worin besteht die Sensation?

Aber Hand aufs Herz: Dass die Allgemeine Relativitätstheorie bestätigt wird, ist schon ein bisschen so, als wenn Bayern München Meister wird. So aufregend einzelne Spiele sein können, das Resultat kommt einfach immer wieder! Die erste Bestätigung der Vorhersagen der Theorie gelang schon 1919 und verschaffte Einstein plötzlichen Weltruhm. Seitdem haben Physiker Atomuhren mit Flugzeugen um die Welt geflogen, haben durch Schwerkraft verzerrte Bilder im All beobachtet und die relativistische Zeitverzerrung der GPS-Satelliten korrekt berechnet.

Und nun, fast genau 100 Jahre nach der Veröffentlichung der ART, wurden die von ihr vorhergesagten Gravitationswellen erstmals direkt gemessen (wobei es durchaus vorher überzeugende Hinweise auf ihre Existenz gab). In der Physik zweifelt niemand mehr ernsthaft daran, dass die Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie zutreffend sind. Zugegeben: Sie ist wahrscheinlich unvollständig, weil sie nicht von sich aus mit der Quantenmechanik zusammenspielt. Aber auch die Newtonschen Gesetze wurden durch Einsteins Arbeit nicht widerlegt, sondern entscheidend erweitert. Wenn es eines Tages eine Lösung für die Frage gibt, wie Quantenmechanik und Gravitation zusammenhängen, wird die ART trotzdem eine enorm nützliche, präzise und für über 100 Jahre unübertroffene Beschreibung des Universums bleiben.

Ist also Bayern bloß wieder Meister geworden? Mitnichten! Die Sensation liegt darin, was die Entdeckung für die Astronomie bedeutet.

Astronomie: Die Wissenschaft des Hinguckens

In gewisser Weise könnte man meinen, die Astronomie müsste die frustrierendste Wissenschaft überhaupt sein: Experimente sind praktisch unmöglich, weil man kein einziges der Untersuchungsobjekte anfassen, geschweige denn präparieren kann. Alles passiert so weit außerhalb unseres Einflusses, dass wir nur zuschauen können. Alle paar Jahre schicken wir zwar Roboter zu anderen Planeten los, aber „Experimentelle Astronomie“ ist das genausowenig, als würde man zum Bäcker laufen und behaupten, man hätte eine Europa-Rundreise gemacht.

Ein riesiges Teleskop vor einem Sternenhimmel. Aus der Kuppel schießt ein Laserstrahl in den Himmel.

Das Very Large Telescope in Chile. Mit Laser! Pew-pew! (Bild: G. Hüdepohl/ESO, CC-BY 4.0)

Gerade deshalb versteht sich die Astronomie auf das Hingucken wie kaum eine andere Wissenschaft. Linsenteleskope, Spektroskopie, Spiegelteleskope, Interferometrie, riesige Spiegelteleskope, Teleskope im Weltraum, Teleskope mit Laserunterstützung, zweidimensionale Spektroskopie, … – fast alles, was man mit Licht machen kann, hat die Astronomie schon gemacht, und dabei immer Neues über Orte herausgefunden, die keine Wissenschaftlerin jemals auch nur träumen könnte zu besuchen. Dabei kommt ihr sehr zugute, dass das elektromagnetische Spektrum nicht nur aus sichtbarem Licht besteht. Beinahe alle Wellenlängen/Frequenzbereiche werden für die Beobachtung des Universums eingespannt.

Manchmal müssen wir dafür Instrumente außerhalb der Erdatmosphäre platzieren, weil diese Teile der Strahlung aus dem All einfach schluckt. Ein Beispiel für ein solches Instrument ist das Infrarot-Teleskop Herschel, das von 2009 bis 2013 den Himmel nach Quellen für Infrarotstrahlung abgesucht hat, wie es zum Beispiel die Oberflächen kalter Körper im Sonnensystem oder die Gaswolken sich neu bildender Sterne in der galaktischen Nachbarschaft sein können. Es ist besonders schade, dass Herschel nicht mehr in Betrieb ist, weil es besonders geeignet gewesen wäre, nach dem kürzlich vorgeschlagenen neunten Planeten zu suchen.

Das Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico, prominent geworden durch meinen absoluten Lieblingsfilm, Contact.

Das Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico, prominent geworden durch meinen absoluten Lieblingsfilm Contact. (Bild: H. Schweiker/WIYN/NOAO/AURA/NSF, gemeinfrei)

Ein weiteres Beispiel sind Radioteleskope – diese riesigen Antennen, die nur mit Phantasie als astronomische Instrumente zu erkennen sind. Sie können etwa Strahlung entdecken, die von geladenen Teilchen ausgesendet wird, wenn sie extremen Magnetfeldern ausgesetzt sind. Solche Magnetfelder gibt es etwa in der Nähe bestimmter Neutronensterne, sogenannter Pulsare und Magnetare.

Eine tolle, knappe Übersicht der verschiedenen Wellenlängenbereiche und ihrer Bedeutung für die Astronomie gibt es hier in der englischsprachigen Wikipedia. Doch spannend wird es nun, wenn neben elektromagnetischer Strahlung noch andere Signale aus dem All ins Spiel kommen.

Mehr als Licht

Die erste solche Erweiterung des Horizonts der Astrophysik nahm um das Jahr 1911 ihren Anfang. Bei Ballonflügen entdeckten Physiker, dass ionisierende Strahlung in der Erdatmosphäre vorhanden war. Im Laufe der Zeit bestätigte sich die These, dass die Strahlung durch Teilchen ausgelöst wird, die ständig aus dem All auf die Erde treffen. Es war die Geburtsstunde der Astroteilchenphysik, welche diese Teilchen untersucht und etwas über die Gegenden in Erfahrung bringt, aus denen sie ausgesendet werden. Das kann zum einen die Sonne sein, die wir praktisch vor der Haustür haben, zum Anderen aber auch die Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs in einer ganz anderen Ecke des Universums.

Blick in ein Neutrino-Teleskop: Das Super-Kamiokande-Experiment in Japan. Der Gnubbel rechts ist ein Gummiboot. (Bild: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo, Lizenz: aaa)

Blick in ein Neutrino-Teleskop: Das Super-Kamiokande-Experiment in Japan. Der Gnubbel rechts ist ein Gummiboot. (Bild: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo, Lizenz: siehe hier)

Eine der jüngsten „Neueröffnungen“ der Astroteilchenphysik war das Gebiet der Neutrinoastronomie. Neutrinos sind Teilchen, die so selten in Erscheinung treten, dass sie extrem schwierig nachzuweisen sind und zumeist riesige, hochkomplexe Instrumente erforderlich machen. Im Jahr 1970 gelang es erstmals, Neutrinos aus der Sonne zu messen, und den Sprung aus unserem Sonnensystem schaffte der spektakuläre Nachweis von Neutrinos aus einer Supernova-Explosion in einer unserer Nachbargalaxien im Jahr 1987. Weil sie fast ungestört etliche Millionen von Lichtjahren zurücklegen können und dabei sogar feste Materie durchdringen, sind Neutrinos  perfekte Botschafter aus weit entfernten Regionen.

Neutrino-Observatorien gehören zweifellos zu den skurrilsten „Teleskopen“. Gigantische Wassertanks umringt von tausenden Kameras, tausende Kameras verteilt in einem Kubikkilometer antarktischem Eis oder versenkt im Mittelmeer. Konkurrenz machen ihnen bei diesem Exotenstatus nur noch die Gravitationswellen-Observatorien, von denen gestern das erste eine erfolgreiche Beobachtung vermeldet hat. Doch schauen wir zunächst darauf, welches Verhältnis zur Astronomie dieser Entdeckung zugrunde liegt.

Die Astronomie und die Allgemeine Relativitätstheorie

Die „Beziehungsgeschichte“ von ART und Astronomie ist so facettenreich, kompliziert und verblüffend, dass man sie locker in 30 bis 40 Staffeln „How I Met Your Metric“ auswalzen könnte. Flitzen wir also nur mal durch ein paar Highlights dieser Geschichte:

Smile! Die „Gesichtszüge“ dieses Galaxienclusters in einem Hubble-Foto sind verzerrte Bilder dahinter liegender Galaxien.

Smile! Die „Gesichtszüge“ dieses Galaxienclusters in einem Hubble-Foto sind verzerrte Bilder dahinter liegender Galaxien. (Bild: NASA/ESA/Hubble, gemeinfrei)

  • Einstein konnte mithilfe der ART als erster einen rätselhaften Effekt erklären, der die Umlaufbahn des Merkur um die Sonne betrifft: Da er der Sonne mit ihrer riesigen Masse vergleichsweise nahe kommt, verschiebt sich der sonnennächste Punkt seiner Umlaufbahn laufend. Diese sogenannte Periheldrehung konnte mithilfe der ART präzise berechnet werden.
  • Die Expansion des Universums, wie sie in den 1920er- und 30er-Jahren von Astronomen wie Edwin Hubble nachgewiesen wurde, lässt sich mithilfe der Einsteinschen Feldgleichungen modellieren. Ich erinnere mich noch gut, wie mich in der Kosmologie-Vorlesung die Idee der Friedmann-Lemaître-Gleichung fasziniert hat: Wie wäre es mit einer Differentialgleichung, welche die Entwicklung der gesamten Raumzeit des Universums beschreibt?
  • Der Gravitationslinseneffekt beruht auf der von Einstein vorhergesagten Tatsache, dass Massen die Raumzeit krümmen und so Licht ablenken können. Dies war nicht nur die Grundlage der allerersten unabhängigen Bestätigung seiner Theorie bei einer Sonnenfinsternis im Jahr 1919, sondern beschert der Astronomie bis heute Bilder von bizarrer Schönheit.

Aber wie kann die ART helfen, nicht nur das Gesehene zu verstehen, sondern auch Neues zu sehen? Da kommen die Gravitationswellen ins Spiel.

Gravitationswellensignale als „Fenster“ ins Universum

Mitnichten wurden die Gravitationswellen nämlich einfach nur gemessen im Sinne von: „Jawoll, sie sind da.“ Man hat ein spezielles Signal gesehen, und dieses deutet unmissverständlich auf ein bestimmtes Ereignis hin: Die Kollision zweier Schwarzer Löcher.

Einer der beiden senkrechten Strahlwege eines der beiden LIGO-Detektoren (Bild: Umptanum/Wikimedia Commons, gemeinfrei)

Einer der beiden senkrechten Strahlwege eines der beiden LIGO-Detektoren (Bild: Umptanum/Wikimedia Commons, gemeinfrei)

Gravitationswellen werden immer dann ausgesendet, wenn Massen beschleunigt werden. Sie tragen quasi die Information, dass mit gewissen Massen irgendetwas passiert ist, ins Universum hinaus, und zwar mit Lichtgeschwindigkeit. Um ein beliebtes Beispiel zu bemühen: Wenn die Sonne plötzlich verschwinden würde, so würde die Erde noch acht Minuten lang um den Ort kreisen, an dem sie gewesen ist – dann erst erreichte sie mit den Gravitationswellen, die das Ereignis ausgelöst hat, die Information: Das Schwerefeld hier in der Nachbarschaft hat sich verändert. Aber selbst die Gravitationswellen eines so monumentalen Ereignisses wären zu schwach, um von unseren Instrumenten entdeckt zu werden. Nur die gewaltigsten Ereignisse, die im Rahmen der ART erklärbar sind, senden ausreichend starke Wellen aus.

Die kann man dafür wunderbar vorausberechnen: Man nehme die Einsteinschen Feldgleichungen, stecke die Informationen zweier sich umkreisender Schwarzer Löcher hinein und löse die Gleichungen um zu erfahren, wie das Gravitationwellen-Signal aussehen müsste. Ganz so einfach ist es allerdings nicht: Die Gleichungen sind so kompliziert, dass es für diesen Fall keine vollständige Lösung gibt. Stattdessen lässt man Supercomputer monatelang herumrechnen, um dem tatsächlichen Ergebnis möglichst nahe zu kommen. (Das kann man dann vornehm eine „numerische Simulation“ nennen, damit es nicht so behelfsmäßig klingt.)

Und was soll man sagen! Im September haben die beiden mehrere Tausend Kilometer voneinander entfernten Gravitationswellen-Observatorien wenige Millisekunden nacheinander praktisch das gleiche Signal gemessen. Die gestern präsentierten Daten dieser Messung passen so wunderschön zu der Vorhersage eines Signals verschmelzender Schwarzer Löcher (dünne Linie, Beschriftung: „Predicted“), dass einem der Atem stockt:

Beweis und Beobachtung in Einem

Wir haben es also mit zwei handfesten Sensationen zugleich zu tun:

  1. Gravitationswellen gibt es wirklich!
  2. Schwarze Löcher, die sich umkreisen und dann ineinaderfallen gibt es wirklich!

Die Theorie und das Experiment haben uns gelehrt: Das Universum hat eine Menge zu bieten, wenn wir nur die richtigen Instrumente hinstellen. Dass es nun schon mit LIGO geklappt hat, war für mich persönlich eine handfeste Überraschung. Ausreichend empfindlich konstruierte Instrumente am Erdboden habe ich kaum für möglich gehalten. Stattdessen hätte ich auf das eLISA-Projekt gewettet, das in 20 Jahren mit drei Satelliten im Abstand von einigen Millionen Kilometern voneinander eine Rekordpräzision erreichen soll.

Doch nun besteht sogar die Aussicht darauf, dass mit dem Ausbau der amerikanischen Detektoren zu aLIGO sowie weiteren geplanten Instrumenten wie KAGRA in Japan schon die erdgebundene Gravitationswellen-Astrophysik Einiges zu messen haben wird. Wer sich ein bisschen mit den Fachbegriffen auseinandersetzt, kann auf dieser wundervollen Seite mit den Empfindlichkeiten aktueller und geplanter Instrumente herumspielen und sehen, welche Ereignisse sie theoretisch messen könnten.

Wovon können wir hoffen, in Zukunft Signale zu sehen? Vielleicht sehen wir Gravitationswellen von sich umkreisenden Neutronensternen, von Supernova-Explosionen sterbender Sterne oder von Schwarzen Löchern, in die Materie hineinstürzt.

Was wir gestern gesehen haben, was nichts Geringeres als das Aufstoßen eines neuen Fensters in das Universum. In diesem Sinne:

Aufbauend auf dem hervorragenden Artikel „Some Notes on Winter Blues“ von Frank Rieger möchte ich hier meine Recherchen und Erfahrungen zur Bekämpfung des weithin bekannten Stimmungstiefs im Winter dokumentieren. In Deutschland ist der Begriff „Winterdepression“ gebräuchlich, den ich allerdings für irreführend halte, weil eine tatsächliche Depression eine ganz andere Hausnummer ist. Passender ist der englische Name „seasonal affective disorder (SAD)“, auf Deutsch etwa „jahreszeitliche Gemütsstörung“. Wurzel des Problems ist offenbar, dass Menschen im Winter wesentlich weniger Sonnenlicht ausgesetzt sind als in anderen Jahreszeiten. Die geographische Lage (Nord)deutschlands und die Witterungsverhältnisse verschwören sich zu einer Situation, in der schon mal etliche Tage oder Wochen ins Land gehen, ohne dass man einen Sonnenstrahl abbekommt.

Die berüchtigte „Hamburger Sonnenfinsternis“, oft ab etwa 13 Uhr zu bewundern. Foto: elbpresse.de, CC-BY-SA 4.0

Die berüchtigte „Hamburger Sonnenfinsternis“, oft ab etwa 13 Uhr zu bewundern. Foto: elbpresse.de, CC-BY-SA 4.0

Für gewöhnlich komme ich gut damit zurecht, mit der ganzen Natur draußen wenig zu tun zu haben, aber wenn die Bedingungen vor der Tür die eigene Lebensfreude und Leistungsfähigkeit stark beeinträchtigen, sollte man sich schon mal damit beschäftigen. Sich bei Gelegenheit so lange wie möglich in die Sonne zu stellen oder Sport bei Tageslicht zu machen ist sicher hilfreich, aber Sonnenstunden und Zeit für Spaziergänge sind oft Mangelware. Mein bevorzugter Lösungsansatz ist daher, die offenbar stimmungsaufhellenden Effekte des Sonnenlichts auf anderem Wege zu erzeugen.

Physikalisch gesehen unterscheiden sich Sonnenlicht und das Licht aus einer geeigneten „künstlichen“ Lichtquelle durch nichts. Von Frank Riegers diversen Lösungsvorschlägen habe ich mich daher auf geeignete Lampen konzentriert. Eine von Frank zitierte medizinische Studie stellt fest, dass LED-Licht einer Wellenlänge zwischen 450 und 480 Nanometern (ein kräftiges Blau) bei Probanden das Hormon Melatonin unterdrückt, und zwar umso stärker, je mehr sie diesem Licht ausgesetzt sind. Ein zu hoher Melatoninspiegel kann offenbar ein Stimmungstief bedingen (Disclaimer: Ich habe keine Ahnung von diesem Kram, es klingt für mich lediglich plausibel), sodass ein Senken des Melatoninspiegels durch geeignetes Licht im Winter hilfreich sein kann.

Eine geeignete Lampe muss vor allem das entsprechende blaue Licht abgeben – die Sonne tut das in Hülle und Fülle, die allermeisten Lampen in unserem Alltag aber nicht. Frank empfiehlt, Datenblätter und Spektraldaten zu konsultieren um Lampen mit einem starken ~470-Nanometer-Anteil zu finden. Allerdings sind für die allermeisten Leuchtmittel kaum ausführliche Produktinformationen zu bekommen. Dazu kommt, dass etliche Spezialprodukte mit blödsinnigen Angaben werben, gnadenlos überteuert sind und die Leute verwirren. Ich möchte deshalb hier zunächst mit einigen Mythen aufräumen.

Überteuerte Spezialprodukte

Zunächst habe ich mich gefragt, ob das, was gern als „Tageslichtlampe“, „Lichttherapiegerät“ oder „Lichtdusche“ gehandelt wird, überhaupt irgendetwas Besonderes kann. Die Preise (siehe Screenshots) sind astronomisch – als ich diese Produkte aber in einem Elektronikhandel einmal in der Hand hatte, war ich regelrecht erschüttert, was das alles für schamlos überteuertes Plastikgeraffel ist. Man merkt den Produkten sofort an, dass sie für das Zehn- bis Zwanzigfache ihres tatsächlichen Materialwerts gehandelt werden – der Preis ist eine regelrechte Beleidigung für jeden, der auch nur ein wenig Gefühl für Elektrogeräte hat.

Philips EnergyUp: Klobig und unpraktisch. Verkaufspreis: 200 Euro; gefühlter Warenwert: 40 Euro.

Ich sehe keine physikalischen Gründe dafür, dass diese Produkte irgendetwas Besonderes an sich haben, und weder Hersteller noch Verkäufer konnten mir plausibel machen, dass dem so wäre. Dass die Lampen ein geeignetes Licht abgeben und wie versprochen wirken, glaube ich sofort – wenn ich so viel Geld dafür ausgeben würde, würde ich als Kunde auch eine Fünf-Sterne-Bewertung verfassen – aber ich bin auch sicher, dass man den gleichen Effekt auch für einen Bruchteil der Kosten erreichen kann. Meine Vermutung ist, dass diese Produkte nur zu so lächerlich hohen Preisen über den Ladentisch gehen, weil es geht. Wer sich ernsthaft um sein Befinden sorgt und sich des Problems bewusst ist, greift eben auch eher entsprechend tief in die Tasche, und glaubt dann umso stärker an einen Erfolg. Zum Anderen habe ich gehört, dass solche Geräte unter Umständen von Ärzten verschrieben und von Krankenkassen bezahlt werden – dann ist natürlich sofort klar, warum die Hersteller fünf- bis zehnmal soviel verlangen können, wie angemessen wäre. Einen handfesten Vorteil haben diese Lampen tatsächlich: Sie haben eine ausgedehnte Leuchtfläche und lassen sich gut auf dem Tisch in der Nähe des Gesichts platzieren. Dieser Effekt ist mit günstigen Lampen und Leuchten etwas schwieriger zu erreichen – aber auch nicht so sehr, dass es die Mondpreise dieser Geräte rechtfertigen würde.

Worauf man achten sollte

Kommen wir also zu der Suche nach vernünftigen Alternativen: Wie finden wir eine Lampe, die zu einem vernünftigen Preis tut, was wir wollen? Was sind die wirklich relevanten Kriterien für unseren Sonnenersatz? Leider werfen Hersteller und Verkäufer auch hier mit Halbwissen um sich. Versuchen wir mal, die verschiedenen Kriterien zu ordnen.

  • Beleuchtungsstärke: „10.000 Lux!“, schreit einem alles entgegen: man brauche 10.000 Lux, unter 10.000 Lux wirke eine Lampe nicht, dieses oder jenes Produkt hätte 10.000 Lux. Alles Blödsinn, oder mindestens unvollständig und grob irreführend. Zunächst mal hängt die Beleuchtungsstärke, die in Lux gemessen wird, vom Abstand zu einer Quelle ab. Wenn Sie also vor einer Lampe stehen, die „10.000 Lux hat“, und einen Schritt nach hinten machen, ist es schon essig mit 10.000 Lux Beleuchtungsstärke. Für welchen Abstand eine konkret angegebene Beleuchtungsstärke berechnet ist, wird selten dazugesagt. Natürlich sollte eine Lampe eine gewisse Stärke haben, um gut zu wirken – aber damit sie überhaupt wirken kann, muss erstmal das Spektrum stimmen. Die Beleuchtungsstärke allein anzugeben ist genauso sinnlos, als würde man sagen: „Gegen Eisenmangel solltest Du am Tag 800 Gramm Nahrung zu Dir nehmen!“ – wer die falsche Nahrung wählt, kann trotzdem an Eisenmangel leiden.
  • Lichtstrom: Statt der Beleuchtungsstärke (in Lux) bietet sich eher der Lichtstrom (in Lumen) einer Lampe als Maß dafür an, wie hell sie ist. Der Lichtstrom in Lumen gibt an, wie viel Licht eine Lampe insgesamt abgibt – schließlich hat man von Glühbirnen früher auch die Leistung in Watt angegeben, um sich über die Helligkeit zu unterhalten. Diesem Wert entspricht bei modernen Lampen der Lichtstrom in Lumen noch am direktesten. Eine kleine Eselsbrücke für Freunde der Astronomie: Die Angabe in Lux ist so etwas wie die Helligkeit (Magnitude) eines Sterns, während die Angabe in Lumen eher der Leuchtkraft entspricht. Als Richtwert: Ich habe mich für eine Energiesparlampe entschieden, die 810 Lumen hat. Ich betreibe sie in einem Abstand von etwa 90 bis 100 Zentimetern zu meinem Gesicht, und sie ballert ganz ordentlich – so, dass es manche schon als störend empfinden dürften.
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    Das Spektrum der Sonne entspricht einer Farbtemperatur von rund 5.500 Kelvin. Es hat einen starken Blau-Anteil. Bild: © Charles Chandler

    Spektrum: Das Spektrum ist der eigentliche Schlüssel! Hier muss genügend blaues Licht, also Licht der Wellenlängen 450 bis 480 Nanometer enthalten sein, damit der Trick mit dem Melatonin klappt. Wenn dieser Anteil des Lichts fehlt, kann die Lampe noch so stark sein und trotzdem nicht helfen. Leider geben Hersteller von Lampen fast nie ein ordentliches Spektrum an. Deshalb muss man behelfsweise auf die „Farbtemperatur“ in Kelvin (K) achten. In grober Näherung wird mit höherer Farbtemperatur die Wellenlänge immer kleiner. Das Sonnenlicht entspricht etwa 5.500 Kelvin, aber die meisten Glühbirnen und Lampen in unserem Alltag dümpeln um die 2.500 bis 3.000 Kelvin herum. Das ist dann „schön warmes Licht“, aber es enthält kaum Wellenlängen, die hilfreich wären, um Sonnenlicht zu ersetzen. Für unsere Zwecke sollte die Lampe also eine Farbtemperatur von mindestens 5.500 Kelvin, am besten sogar 6.000 oder 6.500 Kelvin haben. Bei Leuchtstofflampen ist offenbar gleich eine ganze Reihe seltsamer Nummern (830, 850, 880) und nichtssagender Bezeichnungen („Warm White“, „Cool White“ oder „Sky-White“) üblich, die man dankenswerterweise mithilfe dieser Webseite einer vernünftigen Angabe als Farbtemperatur zuordnen kann.

  • Lichtquelle: Akzeptable Preise und Energieeffizienz bieten vor allem Energiesparlampen und LED-Lampen. Allerdings haben LEDs die Eigenschaft, kein so schön „bauchiges“ Spektrum wie die Sonne abzuliefern, sondern eher „zackige“ Spektren zu haben – da wird weißes Licht auch schon mal aus einer roten, einer gelben und einer blauen Linie zusammengesetzt, und wenn man Pech hat sind die gewünschten 450 bis 470 Nanometer gar nicht dabei. Ich würde deshalb zu Energiesparlampen raten, außer man kann von einer konkreten LED-Lampe anhand des Spektrums sicherstellen, dass sie die gewünschten Wellenlängen am Start hat – so wie es augenscheinlich für dieses Produkt ausweislich dieses Spektrums (gerade noch) der Fall ist.

Die Lampe meiner Wahl

Conrad-Artikelnummer: 574668. Farbtemperatur: 6.500 Kelvin; Lichtstrom: 810 Lumen.

Conrad-Artikelnummer: 574668. Farbtemperatur: 6.500 Kelvin; Lichtstrom: 810 Lumen.

Baumärkte sind scheiße.

Baumärkte sind scheiße.

Ich habe mich letztlich für die rechts gezeigte Energiesparlampe entschieden. Ich musste durch fünf Bau- und Elektromärkte laufen und mir jede Menge Unfug anhören, bis ein Verkäufer bei (meinem zweiten) Conrad endlich wusste, was Sache ist. Ich war sogar in einem edlen, teuren, wunderhübschen „Beleuchtungshaus“ in der Hamburger Innenstadt, wo es hieß: „Lampen mit Farbtemperaturen von 5.000 Kelvin oder höher führen wir gar nicht.“ Hallo?! Das ist als würde einem an einer riesigen Käsetheke erklärt, dass man grundsätzlich keinen Käse mit Löchern im Sortiment habe. Saftladen.

Wie dem auch sei – mit E27-Fassung und Stromkabel mit Schalter kostete mich der Spaß knapp 18 Euro. Ich hätte auch eine fertige Leuchte aus Fassung+Kabel+Lampenschirm kaufen können, aber nirgendwo war etwas Geeignetes für den Schreibtisch zu finden – das ist wie oben erwähnt die eine Stärke, die spezielle „Tagelichtlampen“ haben. Ich habe letztlich einen alten Plastik-Trinkbecher zweckentfremdet, der sich gut als umgedrehter Lampenschirm und Aufsteller eignet. Dieser steht nun ganz in der Nähe des Monitors, in dessen Richtung ich ohnehin immer schaue, wenn ich am Schreibtisch sitze. Das Licht trifft deshalb ziemlich direkt mein Gesicht und meine Augen, obwohl ich nicht reinschaue. Um – falls ich doch mal hinschaue – nicht so direkt auf die „nackte Birne“ zu gucken, habe ich eine doppelt gefaltete Klarsichthülle mit Klebeband an dem Trinkbecher befestigt. Die zerstreut das Licht angenehm, ohne allerdings zuviel davon zu schlucken.

Man lasse sich von der automatischen Blenden-Korrektur in den folgenden Fotos nicht täuschen: Die Lampe ist ausgesprochen hell.

Anwendung und Wirkung

BlindingLight Es wird empfohlen, Tageslichtlampen am Morgen für 15 bis 30 Minuten einzusetzen. Ich habe gute Erfahrungen damit gemacht, nach dem Aufwachen nicht zum Smartphone zu greifen, sondern aus dem Bett zu stolpern und mit angeschalteter Lampe vor dem Rechner Nachrichten zu lesen. So kann ich die „Dosis“ für den Tag aufnehmen, ohne mir extra Zeit dafür zu nehmen. Wenn ich die Artikel über die Wirkung von Melatonin richtig verstanden habe, kann die Lampe abends und nachts auch dabei helfen, Müdigkeit hinauszuzögern. (Einige mögen darin einen „gefährlichen Eingriff“ in irgendeinen „natürlichen Schlafrhythmus“ sehen, aber ich halte es für ein Instrument der Chronoemanzipation.)

Auch wenn ich erst seit einigen Wochen dabei bin und die Lampe nicht konsequent jeden Tag nutze, habe ich durchaus positive Effekte beobachtet. Ich bemerke meist am späteren Nachmittag und im Laufe des Abends einen Unterschied, ob ich morgens vor der Lampe saß oder nicht.

Sicherlich wird das Gemüt im Wechsel der Jahreszeiten auch durch Ernährung, Bewegung, psychosoziale und weitere Faktoren beeinflusst. Ich denke aber, dass jeder nach den hier vorgestellten Maßgaben die Chance hat, für wenig Geld zu überprüfen, ob Sonnenlicht-Ersatz eine angemessene Hilfestellung für die dunklen Monate sein kann. Viel Erfolg!

Im Rahmen des 6. Forum Wissenschaftskommunikation, das 2013 in Karlsruhe stattfand, gab es ein Science Tweetup, das von @ScienceTweetup organisiert wurde. Das Format bringt twitternde Menschen an Orte, an denen spannende Wissenschaft passiert, wo sie dann seltene Einblicke bekommen und ihren Timelines berichten können.

Die Begleitung findet durch WissenschaftlerInnen statt, die seelisch darauf vorbereitet sind, dass während des Gesprächs alle Teilnehmer aktiv twittern. Einige von ihnen stehen dann auch zum Speed Dating bereit, wo man in wechselnder Gesellschaft Fragen aller Art loswerden kann.

In Karlsruhe ging es schließlich zum KATRIN-Experiment. Dessen Ziel ist es, die bisher nur sehr grob geschätzte Masse der Neutrinos zu vermesse, weshalb KATRIN auch „Neutrinowaage“ genannt wird. Bekannt ist sie fast allen den Physikstudenten der letzten Jahre von diesen Fotos:

Was auf dem Foto nicht sofort rüberkommt, aber mich in echt sofort ergriffen hat: KATRIN ist wunderschön! Es war toll, vor dem riesigen Spektrometer zu stehen. Das Experiment wurde außerdem von einer Physikerin sehr kompetent erklärt, die auch Fragen zum „großen Ganzen“ wie der Bedeutung des Experiments und der nie ganz auszuschließenden Möglichkeit, dass alles die Katz war, souverän beantwortet hat.

Nachdem ich meine Augen mühsam von KATRIN gelöst hatte, ging es zum Speed Dating. Zwei Fragen hatte ich mitgebracht, und eine konnte ich genau der richtigen Expertin stellen:

Die Frage war, warum das AMS-02-Teilchenexperiment ausgerechnet auf der ISS betrieben wird, und nicht auf einem eigenen Satelliten, was einfacher und billiger sein könnte. Die Antwort ist: Die Leistungsaufnahme von 2500 Watt ist für Satellitenverhältnisse so groß, dass es keine andere Gelegenheit gäbe, dieses Experiment mit Strom zu versorgen. Der Strom wird vor allem dafür gebraucht, ein starkes Magnetfeld aufzubauen, mithilfe dessen in dem Instrument Materie von Antimaterie unterschieden werden kann.

Die zweite Frage nagte schon eine Weile an mir: In einem Video erklärt der bekannte Fernseh-Physiker Harald Lesch, dass sich das Higgs-Boson heutzutage nicht mehr regulär im Raum um uns herum zeigt, und dass es sogar desaströs wäre, wenn das täte. Nanu? Das widerspricht ja der auch häufig vermittelten Ansicht, dass ständig und überall um uns herum Higgs-Teilchen damit beschäftigt sind, den anderen Teilchen Masse zu verleihen. Des Rätsels Lösung ist – wie so häufig in der Teilchenphysik – kompliziert, und wirft reichlich weitere Fragen auf. In 140 Zeichen heißt sie:

Das vernünftig zu erklären, ist eine Mammutaufgabe! Die hebe ich mir für ein anderes Mal auf 🙂

Im Interview erklärt der Organisator auch nochmal das Event – im Hintergrund sieht man natürlich ausgerechnet mich in meiner natürlichen Haltung – beim Essen und Quatschen^^

Es lohnt sich auf jeden Fall, @ScienceTweetup zu folgen! Jede(r) kann beim Science Tweetup dabei sein, wie neulich z.B. auch der Comiczeichner beetlebum, der das Tweetup prompt gezeichnet hat.

PS: Ein Foto, auf dem ich auch sehr naturnah getroffen bin, hat auch @micialmedia geschossen, der in einem eigenen Blogpost vom Science Tweetup berichtet:

Foto von Michael M. Roth, http://micialmedia.de

Foto von Michael M. Roth, http://micialmedia.de