Wie sieht ein Schwarzes Loch aus?

Didaktisch-methodischer Kommentar

Ablenkung von Lichtstrahlen

Wie sehen Schwarze Löcher aus? Eine nur auf den ersten Blick einfache Frage. Natürlich schwarz - die Frage erscheint einigermaßen unsinnig. In der Tat hätten wir sie besser formulieren können, zum Beispiel so: "Wie sieht ein Schwarzes Loch vor dem Hintergrund eines sternenübersäten Himmels aus?" Nun könnte man meinen, auch diese Frage sei leicht zu beantworten, denn ein Schwarzes Loch müsste doch einfach als dunkle Scheibe vor dem funkelnden Sternenzelt erscheinen. Dies ist allerdings nur die halbe Wahrheit, denn aufgrund der enormen Gravitationswirkung ist eine so starke Ablenkung der Lichtstrahlen zu erwarten, dass uns die Umgebung dieser exotischen Objekte optisch stark verzerrt erscheinen muss.

Wie entstehen Visualisierungen Schwarzer Löcher? Was erkennt man darauf?

Kein Mensch hat bisher ein Schwarzes Loch aus der Nähe gesehen und daher ist man für die Beantwortung der oben aufgeworfenen Frage auf Computersimulationen angewiesen. Dass solche Verfahren physikalisch begründete und gleichzeitig optisch sehr attraktive Bilder von Schwarzen Löchern und ihrer Umgebung liefern können, haben Ute Kraus und Corvin Zahn (Arbeitsgruppe Physikdidaktik der Universität Hildesheim) mit einer Vielzahl von Computeranimationen auf ihrer Homepage "Tempolimit-Lichtgeschwindigkeit" (siehe Internetadressen) gezeigt. Angeregt durch diese Arbeiten entwickelte der Autor eigene Programme, mit deren Hilfe er die Umgebung von nicht rotierenden, kugelsymmetrischen Schwarzen Löchern in Bildern und Videoclips darstellen kann.

Fachunterricht - Vertretungsstunden - Schülerreferate

Die Programme sind zwar noch nicht veröffentlichungsreif, die Simulationsergebnisse jedoch so interessant, dass sie für die Verwendung im Physik- und Astronomieunterricht, für die Gestaltung von Vertretungsstunden oder für Schülerreferate von Nutzen sind. Dieser Artikel zeigt nicht nur, wie solche Bilder aussehen, sondern erklärt auch ihre Entstehung und den physikalischen Hintergrund. Unabhängig von den didaktischen Vorteilen der Simulationsergebnisse sollte im Unterricht natürlich auch der Frage nachgegangen werden, wie realistisch die Beobachtungssituationen sind, auf der die Berechnungen basieren.

• Hintergrundinformationen
  Nicht nur Schwarze Löcher lenken Sternenlicht ab, sondern auch unsere Sonne. Hier finden Sie grundlegende Informationen zum Schwarzschildradius und der Raytracing-Methode.
• Relativistisches Raytracing
  Wie werden die Pixelkoordinaten beim Relativistischen Raytracing berechnet? Das visuelle Ergebnis wird am Beispiel eines Schwarzen Lochs vor der Andromeda-Galaxie vorgestellt.
• Welche Teile des Himmels werden wo abgebildet?
  Zur Beantwortung dieser Frage werden die Strahlengänge in vier Szenarien genauer betrachtet und dabei verblüffende Effekte erläutert.
• Videosequenzen - wie entstehen sie und wie "real" sind sie?
  Hier finden Sie Hintergrundinformationen zur Erstellung der Videosequenzen durch Relativistisches Raytracing.
• Schwarze Löcher - Videosequenzen und Grafiken
  Darstellungen Schwarzer Löcher können Sie hier einzeln herunterladen. Wie "realistisch" sind diese Grafiken und Animationen?