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S2 - Bestimmung der Magnetfeldstärke eines Sonnenflecks
Aufgabe
Bestimmen sie die Magnetfeldstärke eines Sonnenflecks aus der Aufspaltung der Spektrallinien durch den Zeeman-Effekt.
Beobachtung
Die Beobachtung wird mit dem Sonnenteleskop im Einsteinturm durchgeführt.
Datenreduktion
Auswertung
Für die Auswertung kann das aus dem Versuch S1 bekannte Python-Skript comparespecs.py verwendet werden. Die Angaben sind entsprechend anzupassen und es ist zu beruecksichtigen, dass nun beide Spektren in einer Datei stehen. Verwenden Sie den Editor ihrer Wahl. Die Spektren sollten wiederum über einige Reihen gemittelt werden, um potentielle Pixelfehler auszugleichen, wobei die Bereiche maximaler Aufspaltung auszuwählen sind. Speichern Sie das Skript und führen es mit
./comparespecs.py
aus. Dies ergibt eine PS-Datei mit den überlagerten Spektren, die mittels
gv speccmp.ps &
betrachtet werden kann. Der Dateiname kann auch innerhalb des Skripts angepasst werden. Die Verschiebung der Zeeman-Komponenten $\Delta \lambda$ muss ausgemessen werden. Für die Wellenlängeneichung werden die atmosphärischen Sauerstofflinien (nach unten stehender Tabelle) benutzt. Die magnetische Induktion ergibt sich zu:
$B[\mathrm{T}] = \frac{4\pi m_\mathrm{e} c}{e} \cdot \frac{\Delta \lambda}{g\lambda_0^2} = 2.142\cdot 10^7\cdot\frac{\Delta \lambda[\mathrm{nm}]}{g\lambda_0^2[\mathrm{nm}^2]} = 2.142\cdot 10^4\cdot\frac{\Delta \lambda[\mathrm{pm}]}{g\lambda_0^2[\mathrm{nm}^2]}$
mit den Wellenlängen $\lambda_0$ und Landé-Faktoren $g$:
$\lambda_0\,[\mathrm{nm}]$ | ||
---|---|---|
Fe | 630,151 | $g = \frac{5}{3}$ |
Fe | 630,250 | $g = \frac{5}{2}$ |
O2 | 629.846 | |
O2 | 629.923 | |
O2 | 630,200 | |
O2 | 630,276 |
Protokoll
Es ein Praktikumsbericht nach den ueblichen Richtlinien anzufertigen, der S1 und S2 beinhaltet. Allgemine Hinweise und Details zur Ausarbeitung eines Praktikumsberichts koennen hier eingesehen werden.
Fuer diesen Versuch (S1+S2) soll im Rahmen des theoretischen Hintergrundes eine Einfuehrung und Beschreibung des Einsteinturms und der dortigen Instrumentierung gegeben werden. Beschreibe dann wie die Rotation der Sonne bestimmt wird aus einer beobachtbaren Linienverschiebung und erlaeutere die physikalischen Grundlagen. Beachte hierbei auch moegliche geometrische Korrekturen, die in Betracht gezogen werden muessen. Erlaeutere die Grundlagen des Zeeman Effekts und wie sie fuer S2 genutzt werden. Das beihnaltet eine Herleitung der obigen Formel fuer die Magnetstaerke. Diskutiere dabei auch die Wichtigkeit des Zeeman Aufspaltung fuer unser Experiment, insbesondere die Polarisation des Lichtes und welche Komponenten wir messen.
Die Datenauswertung beschreibt die Extraktion des Spektrums aus den Daten. Stelle hierbei die Punkte heraus, die von der allgemeinen Beschreibung, die hier gegeben wird, abweichen und liste alle gesetzten Parameter im Rahmen des Auslesens auf. Suche anschliessend ein Bild des Sonnenflecks heraus, z.B. vom SOHO-Archive und klassifizieren den Fleck anhand des Waldmeier-Schemas.
Der Analyseteil des Reports praesentiert und beschreibt das extrahierte Sonnenspektrum. Beschreibe hier die Messungen von Linienverschiebungen und die Berechnung des Radialgeschwindigkeit, Rotationsperiode und der Magnetfeldstaerke. Vergiss nicht, die Details der genutzten Linien (Wellenlaenge, Verschiebung, etc), anzugeben.
Diskutiere zum Abschluss die Ergebnisse. Bringe sie dazu in den groesseren Kontext und vergleiche mit Literaturwerten. Identifiziere moegliche Probleme in der Datenauswertung und denke ueber Loesungen nach. Gibt es Inkonsistenzen zwischen Literaturwerten und euren Ergebnissen? Erfuellen die Ergebnisse oder die Daten selbst eure Erwartungen? Wenn nicht, was genau ist unerwartet, und was sind moegliche Erklaerungen dafuer?
Empfohlene Literatur
Zum Zeeman Effekt: Joachim Stöhr - Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Ausgabe in der Bibliothek Golm, IKMZ)