Animationen zu Schwarzen Löchern

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Wie sieht ein Schwarzes Loch aus ?
Wir sollten besser fragen:
Wie sieht ein kugelsymmetrisches, nicht rotierendes Schwarzes Loch vor dem Hintergrund eines sternenübersäten Himmels aus ?
Das Schwarze Loch an sich erscheint als schwarze Scheibe. Allerdings wird das Licht, dass nahe an diesem exotischen Objekt vorbei geht, durch gravitative Kräfte derart abgelenkt, dass man die Umgebung stark verzerrt wahrnehmen müsste.
Kein Mensch hat bisher ein Schwarzes Loch aus der Nähe gesehen.
Daher ist man auf Computeranimationen angewiesen.
Auf Grundlage des Buches von Wheeler und Taylor "Exploring Black Holes" programmierte ich die Simulation "AllRel.exe", ein Programm, dass die Lichtablenkung in der Nähe massiver Körper mit Hilfe der Formeln der Schwarzschildmetrik berechnen kann.
Dieses Programm, das Sie auch auf dieser Homepage finden,  diente dann als Basis für die Programmierung von Animationen, welche die optische Verzerrung eines Schwarzen Loches vor dem Himmelshintergrund darstellen.
Einige Bilder und Videoclips, die so entstanden sind, können Sie von dieser Seite herunterladen.
Genauere Informationen, wie ein Relativistisches Raytracing-Verfahren funktioniert und wie die Bilder entstanden sind, finden Sie in meinem Artikel bei "Lehrer-Online" unter dem Link http://www.lehrer-online.de/wie-sieht-ein-schwarzes-loch-aus.php .
Um bestimmte Phänomene der Allgemeinen Relativitätheorie anschaulicher darstellen zu können, wurden die folgenden Computersimulationen von mir programmiert, die Sie ebenfalls auf diese Homepage finden:
  • Darstellung der "Raumkrümmung" durch ein simuliertes Gummituch: Die Seite finden Sie
  • hier.
    Eine ausführliche Beschreibung, was sich mit dieser Simulation darstellen lässt und welche Möglichkeiten sich damit im Unterricht ergeben, finden Sie bei Lehrer-Online unter dem Titel:
    Das simulierte Gummituch - Raumkrümmung am Computer.
  • Die Lichtablenkungen am Sonnenrand, Neutronensternen und Schwarzen Löchern sowie die Simulation der Periheldrehung der Merkurellipse und die Darstellung des Shapiro-Effekts werden mit Hilfe des Programms "AllRel.exe" berechnet. Diese Computersimulation finden Sie
  • hier.
    Zu den vielfältigen Möglichkeiten dieser Software sind einige Artikel bei Lehrer-Online erschienen:
    Relativitätstheorie - Lichtablenkung am Sonnenrand
    Relativitätstheorie - Die Periheldrehung der Merkurellipse
    Relativitätstheorie - Der Shapiro-Effekt
    Relativitätstheorie - Lichtablenkung bei Schwarzen Löchern
    Desweiteren verweise ich auf einen Artikel zu dieser Thematik im Heft 3/4 - Juni 2010 (S. 56 - 60)  der Reihe "Astronomie und Raumfahrt im Unterricht" des Friedrich Verlags
    (Borchardt, M.: Eine Computersimulation zur Allgemeinen Relativitätstheorie).


    Animationen zu Schwarzen Löchern:


    Anmerkungen:
  • Da das Computerprogramm, mit dem die folgenden Bilder und Videosequenzen hergestellt wurden, noch im Entwicklungsstadium ist, möchte ich es hier noch nicht veröffentlichen.
  • Die Bilder und Animationen sollen vor allem die geometrischen Verzerrungen demonstrieren, die das Licht in der Nähe Schwarzer Löcher erfährt. Die Positionen von Objekt und Beobachter sind dabei weniger realistisch - man denke nur an die unglaublich starken Gravitationskräfte, die in einer Entfernung von nur 500 km vom Schwarzen Loch herrschen müssen.
  • Die Verwendung der hier angebotenen Bilder und Videosequenzen ist auf den privaten Gebrauch und den unterrichtlichen Einsatz beschränkt. Veröffentlichungen anderer Art bedürfen der Zustimmung des Autors.



  • Bilder 1, 2 und 3 :  Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse, Schwarzschildradius 30 km) vor der Erde. Entfernung des Beobachters ca. 500 km.
    Zum Download der Bilder in Originalgröße (1000 x 800) clicken Sie auf den Link unter dem Bild.
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    Bild 4 :  Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse, Schwarzschildradius 30 km) vor der Andromedagalaxie. Entfernung des Beobachters ca. 500 km.
    Zum Download des Bildes in Originalgröße (1000 x 800) clicken Sie auf den Link unter dem Bild.
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    Bild 5 :  Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse, Schwarzschildradius 30 km) vor dem Hubble-Deep-Field. Entfernung des Beobachters ca. 500 km.
    Zum Download des Bildes in Originalgröße (1000 x 800) clicken Sie auf den Link unter dem Bild.
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    Bild 6 :  Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse, Schwarzschildradius 30 km) vor dem Milchstraßen-Panorama. Entfernung des Beobachters ca. 500 km.
    Zum Download des Bildes in Originalgröße (1000 x 800) clicken Sie auf den Link unter dem Bild.
    Download von Bild 6 (125 KB)


    Video 1: Ein Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse) wandert langsam vom rechten zum linken Bildrand. Der Hintergrund ist die Erde. Die Entfernung des Beobachters zum Schwarzen Loch beträgt ca. 600 km. Die Videosequenz ist 30 Sekunden lang.
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    Video 2: Ein Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse) wandert langsam vom rechten zum linken Bildrand. Der Hintergrund ist die Andromeda-Galaxie. Die Entfernung des Beobachters zum Schwarzen Loch beträgt ca. 600 km. Die Videosequenz ist 30 Sekunden lang.
    Download von Video 2 (4,5 MB)


    Video 3: Ein Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse) wandert langsam vom rechten zum linken Bildrand. Der Hintergrund ist das Hubble-Deep-Field. Die Entfernung des Beobachters zum Schwarzen Loch beträgt ca. 600 km. Die Videosequenz ist 30 Sekunden lang.
    Download von Video 3 (4,5 MB)


    Video 4: Ein Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse) wandert langsam vom rechten zum linken Bildrand. Der Hintergrund ist das Milchstraßen-Panorama. Die Entfernung des Beobachters zum Schwarzen Loch beträgt ca. 600 km. Die Videosequenz ist 30 Sekunden lang.
    Download von Video 4 (4,5 MB)


    Video 5:  Reise zum Schwarzen Loch: Die Kamera wandert langsam aus einer Entfernung von 2000 km auf ein Schwarzes Loch (10-fache Sonnenmasse)  zu und stoppt in einer Entfernung von ca. 100 km. Der Hintergrund ist ein Milchstraßen-Panorama. Die Videosequenz ist 30 Sekunden lang.
    (Anmerkung: Das unregelmäßige Aufblitzen des hellen Kreises um die schwarze Scheibe wird in meinem Artikel bei Lehrer-Online erklärt)
    Download von Video 5 (4,5 MB)