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Die Schülerinnen und Schüler der Computer-Mathe-AG erstellten über mehrere Wochen mit Hilfe eines selbstgeschriebenen Codes in der Programmiersprache Java und der Software Gnuplot Simulationen (sogenannte "N-Body-Simulationen") von Sonnensystemen. Dabei untersuchten sie u.a. den Einfluss anderer astronomischer Objekte auf das jeweilige System. In Folge sollen ein paar Untersuchungen vorgestellt werden.
 
- Wenn uns ein schwarzes Loch zu nah kommt -
 
Lars Baumann (9d) demonstriert in seiner Simulation eindrucksvoll die Auswirkungen des Vorbeiflugs eines supermassiven schwarzen Lochs (hier Sagittarius A*) an unser Sonnensystem. Hierzu modellierte er das Sonnensystem nicht nur mit den 8 größten Planeten, sondern berücksichtigte noch weitere Zwergplaneten wie etwa Pluto und Eris. Insgesamt umfasste seine Simulation 21 Planeten, welche einen Zeitraum von 50 Jahren umfasst. Für die Berechnung  benötigte sein Programm eindrucksvolle 7 Stunden und 40 Minuten.
 
Seine Simulation, die die weiter entfernten Objekte nicht anzeigt, ergab folgende Ergebnisse:     
 
"Sagittarius A* zieht direkt alle Objekte an, was am besten an den Zwergplaneten zu sehen ist. Während Sagittarius A* an den Planeten vorbei fliegt, werden viele Objekte so stark beschleunigt, dass sie aus dem Sonnensystem katapultiert werden (u.a. Uranus, Neptun, Orcus, Pluto, Ixion, Varuna, Haumea, Quaoar und Makemake). Saturn (bei Position x = 10) wird hier am
stärksten beschleunigt. Selbst das schwarze Loch ist von der Gravitation des Sonnensystems betroffen und kommt leicht vom Kurs ab.
Die Objekte in der Nähe der Sonne werden auch von der Gravitation des schwarzen Lochs beeinflusst und von ihrer Umlaufbahn abgelenkt, bewegen sich aber immer noch als ein gebundenes System weiter."
 
von Lars Baumann (9d)

Die Animation kann hier heruntergeladen werden (Zum Abspielen der Animation muss die Datei heruntergeladen werden).

Beschriftung der Simulation: Schwarzes Loch (schwarz), Zwergplaneten (rot), Gasriesen (orange), terrestrische Planeten (grau), Erde (blau), Sonne (gelb)
 
 
- Zwei Sonnen in unserem Sonnensystem -
 
"Bei dieser Simulation wird Neptun als letzter Planet in unserem Sonnensystem durch eine zweite Sonne ersetzt. Daraus ergibt sich ein System mit zwei Sonnen.
 
Doch was passiert, wenn sich zwei solcher Sonnen in unserem Sonnensystem befinden?
 
Die Simulation zeigt, dass sich der Großteil der Planeten zu unserer Sonne hinbewegt und diese auf engen Bahnen umkreist (Die Größenunterschiede dienen nur der Veranschaulichung, die Planeten sind immer noch von der Sonne entfernt).
Zu Beginn wird ein Planet weg katapultiert, was unphysikalisch ist, jedoch durch einen Kompromiss aus Zeitgründen und einem daraus folgenden Rechenfehler entstanden ist. Die Simulation deckt einen Zeitraum von 20 Jahren ab.
Nur Uranus hält sich bei der neuen Sonne auf und bleibt dort auf einer engen Umlaufbahn. Saturn befindet sich anfangs noch in der Mitte der beiden Sonnen, wird jedoch gegen Ende von unserer alten Sonne angezogen und würde im nächsten Simulationsschritt aus seiner Bahn geworfen werden. Die Simulation zeigt, dass in einem Doppelsternsystem die meisten Umlaufbahnen aufgelöst werden und die beiden Sonnen umeinander kreisend alle Planeten auf engen Umlaufbahnen mit sich ziehen.“

Die Animation kann hier heruntergeladen werden (Zum Abspielen der Animation muss die Datei heruntergeladen werden).

von Michel Werner (8d)

- Kollision zweier Sonnensysteme -
   
Die Simulation zeigt einen Zusammenstoß bzw. den Vorbeiflug zweier identischer extrasolarer Sonnensysteme. Als System dient Gliese 581. Ziemlich früh in der Simulation wird der orangene Planet so stark beschleunigt, dass er das Sonnensystem verlässt (oder in der Realität mit der Sonne verschmilzt).
Beim hellblauen Planeten kann man erkennen, dass er von der zweiten Sonne angezogen wird und aus seiner Umlaufbahn gebracht wird. Auch die anderen Planeten scheinen keine festen Umlaufbahnen mehr zu haben. Ausnahmen bilden die Planeten, die sich auf sehr engen Umlaufbahnen um die Sonnen bewegen.
 
Legende:
Lila + Gelb : Sonnen (Gliese 581, verkleinerte Darstellung zur besseren Übersicht, hinter Gliese 581 b)
Grün + Dunkelblau: Planet Gliese 581 b
Hellblau + Rot :  Planet Gliese 581 c
Orange + Schwarz:  Planet Gliese 581 e

Die Animation kann hier heruntergeladen werden (Zum Abspielen der Animation muss die Datei heruntergeladen werden).

von Nicholas Hatterscheid (8d)
 
Stabile Umlaufbahnen im Doppelsternsystem -
 
„Die Animation zeigt das Doppelsternsystem "Alpha-Centauri", in dem zufällige Planeten platziert wurden.
Zwei der Planeten kommen recht schnell in eine Umlaufbahn des Typs S. Das heißt, dass der
Planet nur um eine der beiden Sonnen kreist. Dabei muss sich der Planet sehr nahe an der Sonne befinden.
Der Planet, welcher sich am nächsten an der Sonne befindet, scheint eine stabilere Umlaufbahn zu
besitzen, da er kaum von der anderen Sonne beeinflusst wird.  Der orangene Planet könnte auch in eine Typ S Umlaufbahn gelangen. Neben den Typ S Umlaufbahnen kann es in Doppelsternsystemen auch zu Typ P Umlaufbahnen kommen. Dabei ist der Planet soweit weg von den Sonnen, dass er um beide kreisen kann. Einer der braunen Planeten verlässt im Laufe der Animation
das Doppelsternsystem, ebenso wie die beiden grauen Planeten zu Beginn.“

Die Animation kann hier heruntergeladen werden (Zum Abspielen der Animation muss die Datei heruntergeladen werden).

von Tobias Thomas (8a)


R. Laufenberg
 
Artikel für die Homepage
 
Schülerinnen und Schüler untersuchen den Einfluss astronomischer Objekte auf unser Sonnensystem
 
Die Schülerinnen und Schüler der Computer-Mathe-AG erstellten über mehrere Wochen mit Hilfe eines selbstgeschriebenen Codes in der Programmiersprache Java und der Software Gnuplot Simulationen (sogenannte "N-Body-Simulationen") von Sonnensystemen. Dabei untersuchten sie u.a. den Einfluss anderer astronomischer Objekte auf das jeweilige System. In Folge sollen ein paar Untersuchungen vorgestellt werden.
 
- Wenn uns ein schwarzes Loch zu nah kommt -
 
Lars Baumann (9d) demonstriert in seiner Simulation eindrucksvoll die Auswirkungen des Vorbeiflugs eines supermassiven schwarzen Lochs (hier Sagittarius A*) an unser Sonnensystem. Hierzu modellierte er das Sonnensystem nicht nur mit den 8 größten Planeten, sondern berücksichtigte noch weitere Zwergplaneten wie etwa Pluto und Eris. Insgesamt umfasste seine Simulation 21 Planeten, welche einen Zeitraum von 50 Jahren umfasst. Für die Berechnung  benötigte sein Programm eindrucksvolle 7 Stunden und 40 Minuten.
 
Seine Simulation, die die weiter entfernten Objekte nicht anzeigt, ergab folgende Ergebnisse:     
 
"Sagittarius A* zieht direkt alle Objekte an, was am besten an den Zwergplaneten zu sehen ist. Während Sagittarius A* an den Planeten vorbei fliegt, werden viele Objekte so stark beschleunigt, dass sie aus dem Sonnensystem katapultiert werden (u.a. Uranus, Neptun, Orcus, Pluto, Ixion, Varuna, Haumea, Quaoar und Makemake). Saturn (bei Position x = 10) wird hier am
stärksten beschleunigt. Selbst das schwarze Loch ist von der Gravitation des Sonnensystems betroffen und kommt leicht vom Kurs ab.
Die Objekte in der Nähe der Sonne werden auch von der Gravitation des schwarzen Lochs beeinflusst und von ihrer Umlaufbahn abgelenkt, bewegen sich aber immer noch als ein gebundenes System weiter."
 
von Lars Baumann (9d)
 
Beschriftung der Simulation: Schwarzes Loch (schwarz), Zwergplaneten (rot), Gasriesen (orange), terrestrische Planeten (grau), Erde (blau), Sonne (gelb)
 
 
- Zwei Sonnen in unserem Sonnensystem -
 
"Bei dieser Simulation wird Neptun als letzter Planet in unserem Sonnensystem durch eine zweite Sonne ersetzt. Daraus ergibt sich ein System mit zwei Sonnen.
 
Doch was passiert, wenn sich zwei solcher Sonnen in unserem Sonnensystem befinden?
 
Die Simulation zeigt, dass sich der Großteil der Planeten zu unserer Sonne hinbewegt und diese auf engen Bahnen umkreist (Die Größenunterschiede dienen nur der Veranschaulichung, die Planeten sind immer noch von der Sonne entfernt).
Zu Beginn wird ein Planet weg katapultiert, was unphysikalisch ist, jedoch durch einen Kompromiss aus Zeitgründen und einem daraus folgenden Rechenfehler entstanden ist. Die Simulation deckt einen Zeitraum von 20 Jahren ab.
Nur Uranus hält sich bei der neuen Sonne auf und bleibt dort auf einer engen Umlaufbahn. Saturn befindet sich anfangs noch in der Mitte der beiden Sonnen, wird jedoch gegen Ende von unserer alten Sonne angezogen und würde im nächsten Simulationsschritt aus seiner Bahn geworfen werden. Die Simulation zeigt, dass in einem Doppelsternsystem die meisten Umlaufbahnen aufgelöst werden und die beiden Sonnen umeinander kreisend alle Planeten auf engen Umlaufbahnen mit sich ziehen.“
 
von Michel Werner (8d)
 
- Kollision zweier Sonnensysteme -
   
Die Simulation zeigt einen Zusammenstoß bzw. den Vorbeiflug zweier identischer extrasolarer Sonnensysteme. Als System dient Gliese 581. Ziemlich früh in der Simulation wird der orangene Planet so stark beschleunigt, dass er das Sonnensystem verlässt (oder in der Realität mit der Sonne verschmilzt).
Beim hellblauen Planeten kann man erkennen, dass er von der zweiten Sonne angezogen wird und aus seiner Umlaufbahn gebracht wird. Auch die anderen Planeten scheinen keine festen Umlaufbahnen mehr zu haben. Ausnahmen bilden die Planeten, die sich auf sehr engen Umlaufbahnen um die Sonnen bewegen.
 
Legende:
Lila + Gelb : Sonnen (Gliese 581, verkleinerte Darstellung zur besseren Übersicht, hinter Gliese 581 b)
Grün + Dunkelblau: Planet Gliese 581 b
Hellblau + Rot :  Planet Gliese 581 c
Orange + Schwarz:  Planet Gliese 581 e
 
von Nicholas Hatterscheid (8d)
 
Stabile Umlaufbahnen im Doppelsternsystem -
 
„Die Animation zeigt das Doppelsternsystem "Alpha-Centauri", in dem zufällige Planeten platziert wurden.
Zwei der Planeten kommen recht schnell in eine Umlaufbahn des Typs S. Das heißt, dass der
Planet nur um eine der beiden Sonnen kreist. Dabei muss sich der Planet sehr nahe an der Sonne befinden.
Der Planet, welcher sich am nächsten an der Sonne befindet, scheint eine stabilere Umlaufbahn zu
besitzen, da er kaum von der anderen Sonne beeinflusst wird.  Der orangene Planet könnte auch in eine Typ S Umlaufbahn gelangen. Neben den Typ S Umlaufbahnen kann es in Doppelsternsystemen auch zu Typ P Umlaufbahnen kommen. Dabei ist der Planet soweit weg von den Sonnen, dass er um beide kreisen kann. Einer der braunen Planeten verlässt im Laufe der Animation
das Doppelsternsystem, ebenso wie die beiden grauen Planeten zu Beginn.“
 
von Tobias Thomas (8a)