Im März und Mai 2023 haben wir in der AGL Jugendgruppe eine paar coole Experimente durchgeführt, um einige Grundlagen der Optik anschaulich zu erleben und zu verstehen.
Beugung und Interferenz
Am ersten Abend schauten wir uns zuerst das Prinzip der Beugung von Licht an. Dazu haben wir das Licht von einem Stern (simuliert mit einem Lichtpointer) durch verschiedene Medien hindurch angeschaut. Durch Beugung verändert sich das Bild des Sterns jeweils.



Nachher haben wir mit der Erscheinung der Interferenz anschaulich gesehen, dass Licht eine Welle ist. Es war sehr überraschend, dass ein Stern plötzlich dunkle Linien zeigt, wenn man ihn GLEICHZEITIG durch ZWEI kleine Löcher betrachtet! Niemand hatte im Voraus erraten, was passieren würde 🙂





Spektroskopie
Schliesslich haben wir uns das Spektrum einer brennenden Kerze angeschaut und gesehen, dass die heisse Flamme alle Regenbogenfarben (von Blau über Grün und Gelb bis zu Rot) aussendet. Sobald wir aber mit einer Gewürzmühle einige Salzkörner in die Kerzenflamme gestreut haben, dann ist genau eine Farbe ganz hell aufgeleuchtet! Salz ist chemisch Natriumchlorid (NaCl) und wir sehen hier Licht des chemischen Elementes Natrium. Diese Methode nennt sich Spektroskopie und damit können wir genau herausfinden, aus welchen chemischen Elementen z.B. die Sonne und alle Sterne bestehen.
24. März 2023: anwesend waren Gian-Andrin Bruggmann, Cedric Ettlin, Milan Geuss, Dorian Horber, Gilles Koch, Luca Tresch, Elmar Wüest und Roland Stalder
Teleskopspiegel testen
Am zweiten Abend haben wir gesehen, wie hochpäzise Teleskopspiegel optisch getestet werden können. Ein Teleskopspiegel muss das parallel einfallende Sternenlicht in einen Punkt fokussieren (das ist der Brennpunkt). Die richtige Spiegelform dafür ist eine konkave, rotationssymmetrische Parabel. Ein „Kugelspiegel“ (seine konkave Spiegelfäche ist ein Teil einer Kugeloberfläche) würde das Licht aus dem Kugelmittelpunkt wieder genau dorthin zurück spiegeln – ein flacher Spiegel (Planspiegel) fokussiert das Licht gar nicht.
Die einfachste Methode, um einen Teleskopspiegel sehr genau zu testen ist der sogenannte Foucault Test. Der Aufbau besteht nur aus einer kleinen Lichtquelle (künstlicher Stern) und einer beweglichen Rasierklinge.
Ein perfekter Teleskopspiegel sollte eine Oberflächenform haben, die möglichst nicht mehr als etwa 1/20 Wellenlänge von der korrekten Parabelform abweicht. Die optische Wellenlänge beträgt etwa 500 Nanometer (ein Nanometer ist 10-9 oder 0.000000001 Meter!) – das heisst die tolerierbaren Fehler sind nur 25 Nanometer. Solche winzigen Fehler kann der Foucault Test problemlos zeigen.
Wir haben das sehr eindrücklich direkt erleben können mit einigen Experimenten zu Schlierenoptik vor einem Kugelspiegel mit 200 mm Durchmesser. Der Foucault Test zeigt sogar die optischen Störungen, welche unsere, durch die Nase ausgeatmete Luft verursacht. Auch die von unserer Hand aufsteigende, warme Luft ist problemlos sichtbar. Wenn wir Gas aus einem Feueranzünder ausströmen lassen, können wir sehen, wie dieses vor dem Spiegel absinkt. Dramatische Effekte erzeugen dann ein brennender Feueranzünder oder eine Kerzenflamme.
12. Mai 2023: anwesend waren Gian-Andrin Bruggmann, Milan Geuss, Gilles Koch, Joy Sigrist, Luca Tresch, Elmar Wüest und Roland Stalder
Sonnenspektrum und Fraunhofer Linien
Am dritten Abend haben uns mit dem Spaltspektrografen des Sonnenteleskops das Sonnenspektrum genauer angeschaut. Im etwa 50 cm langen Spektrum sind zahlreiche dunkle Linien sichtbar, die sogenannten Fraunhofer Linien. Jede dieser Linien entspricht dem Fingerabdruck eines chemischen Elements. Mit der Analyse dieser Linien (man nennt das Spektroskopie) wird es möglich, die genaue Zusammensetzung der Sonne zu bestimmen.


Wenn wir das Sonnenlicht durch verschiedene Filter hindurch gehen lassen, dann wird klar, dass jeweils ein Teil des Lichtes absorbiert wird.
Im Bild anbei wurden von oben nach unten folgende Filter verwendet:
1) ohne Filter
2) Grünfilter (blaues und rotes Licht wird absorbiert)
3) Gelbfilter (blaues Licht wird absorbiert)
4) Rotfilter (blaues und grünes Licht wird absorbiert)
sowie die drei schmalbandigen Interferenz Filter
5) UHC Filter
6) H-beta Filter
7) OIII Filter

26. Mai 2023: anwesend waren Gian-Andrin Bruggmann, Milan Geuss, Gilles Koch, Joy Sigrist, Luca Tresch, Livio Nussbaumer, Valentin Perrez, Elmar Wüest und Roland Stalder