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Web Log Teil 396: 25.8.2014 - 29.8.2014

25.8.2014: Kann man durch Tiefgefrieren Keime abtöten?

Ich greife mal die Frage von Hans auf:

"Wie kalt muss man Lebensmittel einfrieren, damit auch jene Keime und Bakterien absterben, die die Standard-Temperatur in Tiefkühltruhen/ -schränken von -18°C in der Regel überleben?", gestellt bei der Fragenaktion. Ich würde mich noch über weitere Fragen freuen, denn für einen Band 2 von Was Sie schon immer über Lebensmittel und Ernährung wissen wollten brauche ich noch einige. Mir fallen vielleicht noch 20 Fragen ein, das ist etwas wenig. 100 sollten es schon sein.

Fangen wir zuerst mal an, warum tiefe Temperaturen etwas abtöten. Die Wirkung beruht darauf dass beim Gefrieren sich Eiskristalle in den Zellen bilden, die die Zellwände durchlöchern und so beim Auftauen die Zellen zerstören, weil der Inhalt austritt. Jeder kennt das, wenn man etwas auftaut und Saft austritt oder es ganz weich wird, weil die Zellstruktur zerstört ist. Betroffen ist Fleisch, aber auch Früchte wie z.B. Erdbeeren.

Nun lehrt uns aber die Natur, dass es zahlreiche Lebewesen gibt die sehr kalte Winter überleben, obwohl sie nicht aktiv ihren Körper mit Wärme versorgen. Das passiert im Prinzip den meisten Insekten, Amphibien, Echsen jeden Winter. Die meisten Pflanzen überstehen auch wesentlich tiefere Temperaturen als -18°C. Höhere Organismen haben dazu einige Möglichkeiten. Pflanzen haben viele verholzte Teile die kaum Wasser enthalten. Das Holz stabilisiert die Zellwände, die bei Pflanzen in der Regel sowieso dicker sind als bei Tieren und wenig Wasser bedeutet wenige Eiskristalle. Viele Tiere haben natürliche Frostschutzmittel. Das gebräuchlichste ist es ins Blut oder andere Körperflüssigkeiten Substanzen abzugeben, welchen den Gefrierpunkt absenken wie Glycerin, Zucker oder Salze. Die Konzentration ist meist nicht so hoch, dass sie verhindert dass die Organismen bei tieferen Temperaturen nicht doch einfrieren, doch verhindern sie als Folge auch die Bildung großer Eiskristalle. Stattdessen entstehen zahlreiche kleine Kristalle die die Zellen nicht schädigen.

Ein Irrtum wäre es zu glauben, dass die Kälte per se selbst tödlich ist. Der Stoffwechsel wird gesenkt und dies in gleichem Maße überall sowohl bei nützlichen Reaktionen wie auch bei giftige Stoffe bildende Reaktionen. Es wird praktisch alles "eingefroren".

Im Allgemeinen gilt: Je höher entwickelt ein Organismus und um so größer er ist, desto anfälliger ist er für Kälte. In Norwegen gibt es im ewigen Eis eine Pflanzengendatenbank - dort werden Samen eingelagert - bei konstant -18°C. Damit dürfte klar sein, dass -18°C zumindest für Samen nicht abtötend ist. Bei Mikroorganismen ist die Sache noch einfacher. Ihre Zellen sind erheblich kleiner als menschliche Zellen und es können in ihnen bei dem kleinen Volumen keine Eiskristalle entstehen. Daneben sind sie einfacher aufgebaut mit weniger Möglichkeiten das etwas kaputt geht. Zuletzt entstehen die Eiskristalle dadurch, dass Gewebe langsam abkühlt. Das kann bei einem einzelligen Organismus nicht passieren, die zudem meist an der Oberfläche sitzen. Wenn man etwas schnell genüg abkühlt überstehen selbst menschliche Zellen sehr tiefe Temperaturen - Spermien und Eizellen werden in flüssigem Stickstoff sofort "schockgefroren" und überstehen das sehr gut. So werden zum einen Samenspenden aufbewahrt wie auch Eier, die entnommen wurden (zum einen weil die Frau eine Operation vor sich hat und danach keine Eier mehr produzieren kann oder weil es einfacher ist bei einem Eingriff mehrere Eizellen zu entnehmen als viele durchzuführen). Mit Gewebe kann man das nicht durchführen, die Kälte wurde zu langsam ins innere vorstoßen.

Kurzum: Mikroorganismen kann man beliebig tiefen Temperaturen aussetzen das überleben sie. Daneben haben viele Bakterien die Möglichkeiten Sporen zu bilden. Das sind Dauerformen, die praktisch wasserfrei sind und von einer derben Hülle umgeben. Die sind extrem wiederstandfähig gegen fast alle Umgebungseinflüsse.  Streptokokken in der Surveyor 3 Sonde überstanden mehrere Jahre auf dem Mond bei Temperaturwechseln von +130 bis -160°C im 28 Tage Rhythmus. Es sterben zwar viele Bakterien beim Gefrieren ab, in einem versuch waren es 98%, doch da sie sich bei Wärme extrem schnell wieder vermehren und nun auch ein durch das Gefrieren beschädigte Nahrungsmittel mit austretenden Zellflüssigkeiten (Nahrung) stoßen erreicht die Population bald wieder den Ausgangswert.

Wenn man in der Industrie mit tieferen Temperaturen als -18°C  arbeitet, dann aus zwei Gründen. Zum einen weil wie schon erwähnt um so kleinere Eiskristalle entstehen je schneller etwas abgekühlt wird. Das ist bei -24°C als Zieltemperatur schneller der Fall als bei -18°C, das schont die Lebensmittel und verbessert die Konsistenz beim Auftauen. Das zweite ist beim Transport das man eine Sicherheit braucht das die -18°C nicht überschritten werden, sobald etwas nicht mehr gekühlt wird erwärmt es sich und es gibt immer Zeiten wo es nicht gekühlt werden kann. Vor allem beim Be- und Entladen und im Supermarkt auch beim Einräumen in die Tiefkühltruhe.

Die -18°C haben sich eingebürgert, weil diese Temperatur tiefer ist als die bekannten Wachstumsgrenzen aller Mikroorganismen. Die meisten Bakterien stellen bei -7°C das Wachstum ein, Schimmelpilze oft bei -10°C. Bei -12 bis -15°C wachsen auch die widerstandsfähigsten Organismen nicht mehr. Sie können bei tiefen Temperaturen wachsen, weil nicht das ganze Wasser gefriert sondern geloste Stoffe konzentriert werden und das senkt den Gefrierpunkt ab. Erst bei -35°C beobachtet man ein vollständiges Gefrieren. Da durch den einfachen Aufbau der Organismen es reicht das die Enzyme in einem Restvolumen noch aktiv sind wachsen sie auch bei Minustemperaturen.

Das erklärt übrigens auch warum man selbst bei -18°C Lebensmittel unterschiedlich lange aufbewahren kann und nicht unendlich lange. So kann man Rindfleisch länger tiefgefrieren als Schweinefleisch. Der Grund sind Enzyme, die auch bei Minustemperaturen noch aktiv sind und Abbaureaktionen verursachen können. Das bekannteste Beispiel ist die Lipidperoxidase die auch bei tiefen Temperaturen noch aktiv ist und so das Fett ranzig werden lässt. Das ist bekannt von Schweinefleisch (fetthaltiger las Rindfleisch) und Bohnen die besonders viel des Enzymes enthalten. Daher wird auch oft geraten die Lebensmittel vor dem Tiefgefrieren zu evakuieren.

26.8.2014: Was sind Puffer?

Nein, das sind nicht die Besucher eines Puffs. Es sind auch keine Reserven jeglicher Art, und es sind keine Stoßdämpfer. Es wird dieser Begriff zwar in mehreren Bedeutungen verwendet, doch heute geht es, wie man an dem Kategorientag sehen kann um die Chemie.

Bevor ich erkläre was ein Puffer ist will ich mal auf die Neutralisation eingehen. Wie verhalten sich Säuren wenn man Laugen zugibt (das gleiche gilt natürlich auch umgekehrt)? Nehmen wir zuerst einmal eine starke Säure wie z.B. Salzsäure. Mit einer starken Lauge wie z.B. Natronlauge wird sie neutralisiert, z.B. um durch Änderung des pH-Wertes deren Gehalt zu bestimmen. (Das wird auch heute noch gemacht z.B. um die freien Fettsäuren im Fett zu bestimmen, die ein Maß für den Verderb sind. Es passiert folgendes:

HCl + NaOH -> H2O + NaCl

Es entsteht Wasser und Kochsalz, da dabei Säure verbraucht wird, steigt der pH-Wert an. Das Problem ist das bei 90% Verbrauch der pH-Wert nur um 1 angestiegen ist, bei weiteren 9% (99%) um eine weitere Stufe. Bei Zugabe des restlichen Prozentes steigt er dann um sehr viele pH-Stufen: bei einem Ausgangs pH von 2 (Magensäure) z.B. drei Stufen. Anfänger neigen daher überzutitrieren, weil am Schluss schon ein Tropfen den Umschlag von sauer in alkalisch bedeuten kann und sich vorher lange gar nichts tut.

Nun gibt es bei Organismen, zahlreiche Flüssigkeiten bei denen der pH konstant bleiben muss, Im Blut wird z.B. Kohlendioxyd zur Lunge transportiert. Kohlendioxid reagiert aber sauer, da es aber das Anhydrid der Kohlensäure ist, setzt es diese frei und damit sinkt der pH-Wert ab, Die Niere scheidet umgekehrt H+-Ionen aus und senkt so den pH-Wert des Blutes ab. Würde nun der pH-Wert bei der Zugabe von kleinen Mengen sehr stark schwanken, so würde das die Funktion des Körpers stark beeinträchtigen. Eiweiße verändern z.B. ihre Form sehr schnell bei sich veränderndem pH-Wert, da die intramolekularen Kräft sehr empfindlich auf Veränderung der elektrischen Ladung reagieren. Dann funktionieren z.B. Enzyme nicht mehr. Man braucht also eine Möglichkeit den pH-Wert trotz Zugabe von Säuren aber auch Laugen konstant zu halten. Das genau sind Puffer.

Mit starken Säuren geht das nicht, doch werfen wir einen Blick auf schwache Säuren, wie z.B. die Essigsäure, Auf den ersten Blick reagiert sie identisch:

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Der Unterschied liegt darin, dass die Säure selbst in einem Gleichgewicht steht:

CH3COOH ↔ CH3COO- + H+

Nur das H+ Ion wird eigentlich umgesetzt. Bei der Essigsäure liegt das Gleichgewicht stark links, weniger als 1% setzt H+ frei, 99% bleibt als undissozierte Essigsäure in der Lösung. Deshalb sind 5% Essigsäure (normale Konzentration in Essig) lange nicht so sauer ist wie dieselbe Salzsäurenkonzentration. Wenn nun Natronlauge zugegeben wird, so werden die freien H+ Ionen umgesetzt, und gemäß des Gleichgewichts werden weitere H+ Ionen aus der freien Essigsäure freigesetzt solange bis die ganze Essigsäure verbraucht ist. Das bedeutet bei dieser Titration bleibt der pH-Wert konstant bis die ganze Essigsäure verbraucht ist, dann steigt er erst an. Essigsäure ist ein Puffer. Allerdings nur einer gegen Zugabe von Lauge. Wird Säure zugegeben, so sinkt der pH-Wert wie bei reinem Wasser. Für das abpuffern in beide Richtungen (Säure und Laugenzugabe) braucht man noch eine Substanz die Lauge aufnimmt oder H+ abgibt. Das leistet das Salz der Essigsäure z.B. Natriumacetat. Auch es dissoziiert im Wasser:

CH3COONa → CH3COO- + Na+

Die Actetanionen fangen wiederum H+ auf:

CH3COO- + H+ → CH3COOH

Das bedeutet ein Gemisch aus Essigsäure und Natriumacetat hält den pH-Wert konstant bei Säure und Laugenzugabe. Es ist ein Puffersystem. Salze aus schwachen Säuren und schwachen Laugen z.B. Ammoniumacetat (Das Salz aus Ammoniak als Lauge und Essigsäure als Säure) haben diese Eigenschaft in einem Molekül

Ch3COONH4 + H+ ↔ CH3COOH + NH4+

CH3COONH4 + OH- ↔ CH3COO- + NH3 + H2O

Aus der starken Säure H+ wird die schwache Säure NH4+ (Ammoniumion) und aus der starken Lauge OH- wird die schwache Lauge CH3COO-. Beide verändern den pH-Wert anders als die starken Vertreter kaum.

Nun Säuregruppen und Aminogruppen haben auch Eiweiße und in der Tat wirken einige Eiweiße auch als Puffer im Blut hat das Hämoglobin Puffereigenschaften. Das Blut enthält aber auch noch zwei anorganische Puffer: Einen Karbonatpuffer und einen Phosphatpuffer.

Der Kohlensäurepuffer besteht aus der Kohlensäure und Natriumhydrogencarbonat, die wie folgt im Gleichgewicht stehen:

H2CO3 ↔ H+ + HCO3-

NaHCO3 ↔ Na+ + HCO3-

In beiden Gleichungen kommt das HCO3- Ion vor. Wird nun H+ zugegeben so verschiebt sich das Gleichgewicht in freie Kohlensäure (H2CO3) und wenn Lauge zugegeben wird, so verschiebt sie sich in Richtung Hydrogencarbonat (HCO3-). Der zweite Puffer nutzt zwei Salze, nämlich Natriumdihydrogenphosphat und Dinatriumhydrogenphosphat:

NaH2PO4 + OH- ↔ NaHPO4- + H2O

Na2HPO4 + H+ ↔ NaH2PO4 + Na+

Das geht weil die Phosphorsäure in der ersten Stufe zwar eine starke Säure ist, das zweite Proton wird aber nicht so leicht abgegeben. Das ist eine schwache Säure. Beide Systeme zusammen halten den pH-Wert des Blutes konstant zwischen 7,3 und 7,5. Sinkt er unter 7,3 ab, so spricht man von einer Acidose. Dies kann vorkommen bei Diabetes Melitus oder bei Diäten die kaum Kohlenhydrate enthalten, vorkommen, dabei werden Ketokörper gebildet die sauer wirken. Umgekehrt kann man durch schnelles, tiefes Ausatmen den Kohlensäuregehalt so stark absenken, dass vermehrt Natriumhydrogencarbonat dissoziiert und sich der pH ins Alkalische verschiebt. Das bezeichnet man als Alkalose. Beides ist nicht gesund. Bei bestimmten Krankheiten verschlimmert eine Alkalose oder Acidose noch die Krankheit, so fällt die Harnsäure bei einem niedrigen pH-Wert schneller aus und verschlimmert die Hyperuricämie (Gicht).

29.8.2014: Neues von einem Verwurster

Die Firma Rügenwalder habe ich noch in guter Erinnerung: sie hat vor einigen Jahren mit Jörg Pilawa Werbung gemacht und im ersten Werbespot gleich gegen das gesetzliche Verbot der Werbung mit Selbstverständlichkeiten verstoßen. Daraufhin hat sie versucht mich mit einem Anwalt mundtot zu machen, musste letztendlich dann aber zuerst ihre Spots abändern und dann wurde das Bewerben von Selbstverständlichkeiten ganz eingestellt. Offensichtlich waren auch einige Staatsanwaltschaften der gleichen Meinung wie der Autor. Nun ja bei einem Rechtsanwalt, der meint, nur weil das Lebensmittelgesetz vor einigen Jahren mit dem Futtermittelgesetz zusammengelegt wurde und daher einen anderen Namen hat, würde es nicht mehr gelten würde als Berater ist das auch nicht verwunderlich.

Google Earth FotoNun versucht die Firma mit Mitarbeitern die die Produkte bewerben. Das wohl authentischer sein, doch bei abhängig Beschäftigten wird man wohl kaum erwarten, dass sie in die Kamera sagen das ihnen die Produkte nicht schmecken. Am Anfing des Spots sieht man dann einige Mitarbeiter vor einer Mühle stehen. Das soll wohl suggerieren das es sich um ein Familienunternehmen handelt. Das ist bei einem Umsatz von 172 Millionen Euro aber vielleicht noch der Fall wenn man die Firmenleistung sieht, sicher aber nicht das was die Werbung suggeriert oder man allgemein unter einem Familienunternehmen versteht.

Die Werbung war ja schon früher nicht so besonders intelligent. Ich erinnere mich noch an den ersten Spot. Da kam ein Reiter in eine Metzgerei und kaufte dort die Teewurst leer. Das war schon unstimmig weil der Anzug des Reiters und seiner Kumpanen so war als hätten sie vor einigen Jahrhunderten gelebt, (dazu auch der Einkauf mit einem Reiter anstatt mit dem Auto) die Metzgerei war von heute und die Mühle ein rot angestrichenes Modell ohne historische Vorbilder. Mal davon abgesehen dass man die Produkte der Firma nicht in Metzgereien kaufen kann, die machen ihre Teewurst selber sondern nur in Supermärkten und der Reiter offensichtlich nicht sagen kann welche Wurst er will, sondern nur "Rügenwalder". (Offensichtlich haben sie damals nur Teewurst produziert).

Die Fima hat enorm in Werbung investiert. Der Etat ist dafür ist auf 19 Millionen gewachsen, und man hat nachdem Pilawa noch vor einem Mühlenmodell posierte (das konnte man offensichtlich sehen) nun tatsächlich eine Mühle gebaut, denn die Mühle gab es weder im pommerschen Rügenwald (heute: Darlowo) wo die Firma gegründet wurde, noch im heutigen Firmenzentrum Bad Zwischenahn.

Nun macht die Firma Werbung für ihre Currywurst. Der Soit fiel mir gleich besonders nervig auf. Daran ist die Firma selbst schuld, denn es gibt ihn auch als Langfassung und die Kurzzusammenfassung ist so zusammengeschnitten, dass sie einen völlig anderen Tenor bekommt. Hier mal der Text den ein Produktionsleiter sagt, also jemand mit Verantwortung und man kann unterstellen, etwas Grips: "Currywurst muss mit Bratwurst. Ah das muss lecker sein. In diesem Moment hast Du Heißhunger drauf. Auch die Frikadellen sind wunderbar. Superlecker, hhhhhmmm."

Okay, ich entnehme dem Spot dass mein Namensvetter geistig beschränkt ist. denn in der Art wie er das präsentiert mit Drei Wort Sätzen ohne tiefere Aussage oder mit Selbstverständlichkeiten z.B. das man Curryurst aus Bratwürsten macht. Woraus sonst? Aus aufgebrühten Würsten oder gar nicht erhitzt? kommt es extrem provinziell und plump daher. Eine Aussage über das Produkt fehlt völlig außer das es lecker oder wunderbar sei. Ich habe auch noch nie gehört das jemand sein Produkt als "kann man gerade noch essen" anpreist, also eigentlich ist die Werbung überflüssig. Darüber hinaus scheint er der deutschen Sprache nicht mächtig zu sein, das fällt selbst mir auf, und da ich ja bekannterweise mit der Orthographie auf Kriegsfuß stehe ist das schon recht peinlich.

Natürlich hat die Szene nichts mit der Wirklichkeit zu tun, das ist eine fertig geschnittene Currywurst in Soße eingelegt und anders als die vom Imbiss ist sie da einige Tage drin gewesen und das verändert garantiert den Geschmack., Dort wird aber eine auf dem Grill im Freien frisch gemachte, frisch geschnittene und mit Soße übergossene Wurst gezeigt.

Nun ja man wird kaum von Lebensmitteln mehr erwarten als Aussagen zum Geschmack, oder doch? Was die Würste nach Greenpeace auch auszeichnet ist die Verwendung von Nitritpökelsalz (in manchen Würsten wegen der Farbe nötig, aber leider sehr oft in zu vielen Würsten und in zu hoher Konzentration eingesetzt um den Geschmack aufzupeppen), Fleisch aus Massentierhaltung, gemästet mit Gensoja und Zucker (klar dann braucht man keine Laktose und kann damit Werbung mit Selbstverständlichkeiten machen). Der Firma scheint die Zusammensetzung der Wurst und die Herkunft des Fleischs egal zu sein, Hauptsache man kann die Wurst verkaufen. Dabei könnte sie sich mit Bioqualität wirklich von den Konkurrenten abheben. Aber stattdessen baut man lieber eine Mühle auf dem Gelände, damit auch mit dem Firmenlogo stimmt ....

Nimmt man die ganze Werbung die seit den Neunzigern von Rügenwalder nach, so versucht sie vor allem ein Image zu pflegen: Das des Familienunternehmens und der leckeren Produkte, wohl zusammenhängend, weil die Wurst vom Metzer eben meistens besser als die von einem Großbetrieb ist. Das ging los mit dem Reiter, über Pilawa der vor nicht existierenden Mühlen posiert, von sich als Papa redet und dabei werden Kinder gezeigt die nicht seine eigenen sind und das ganze wurde noch in Südafrika gedreht hat also geographisch nichts mit dem Unternehmen zu tun. Nun sind es wieder die Mitarbeiter. Gab es mit dem Hervorheben der Kontrolle noch 2009 einen Akzent das man mehr auf Sachaussagen oder Qualität allgemein setzt so scheint nun wieder der Schwenk zurück zu erfolgen.

Die Firma ist aber kein Familienbetrieb. Das zeigt auch das Google Earth Foto des Firmengeländes. Bei 172 Millionen Euro Umsatz (2012) und 10 kg Verkaufspreis pro Kilo Wurst muss die Firma 17,2 Millionen Kilo Fleisch verarbeiten, dass sind bei 60 kg Fleisch pro Schwein und 240 Arbeitstagen im Jahr 1200 Schweine pro Tag! Es ist Massenware. Ich persönlich würde Produkte dieser Firma nie kaufen. Denn mir ist wie immer mehr Verbrauchern wichtig auch mit gutem Gewissen zu essen. dazu gehört dass ich Massentierhaltung ablehne und wenn es Wurst vom Supermarkt ist dann nur Bioware, ansonsten gehe ich lieber zu Metzgerei im Ort, wo ich weiß woher das Fleisch kommt. Aber da es genügend Leute gibt die beim Wurst vor allem auf den Preis achten wird es wohl auch in Zukunft genügend Kunden für Rügenwalder geben.

27.8.2014: Wie groß ist das Sonnensystem?

Auf diese Frage kam ich als eine Folge von Alpha Centauri anschaute. Die Serie wurde ja schon vor mehr als einem Jahrzehnt produziert, lief damals aber im Nachtprogramm nach Sendeschluss, was sehr gut beschreibt was dem Fernsehen der Bildungsauftrag wert ist. Seit ich auf einen Tipp im Blog hin Mediathekview installiert habe kann ich mir alle Folgen runterladen und anschauen. Interessanterweise gibt es nämlich viele Sendungen nicht nur 7 Tage lang im Netz "hitec" von 3Sat z.B. noch über mehrere Jahre. In dieser Sendung ging es um den Sonnenwind und dabei auch wo er abgebremst wird und das interstellare Medium beginnt.

Aber zurück zur Frage: Es soll eigentlich mehr eine geschichtliche Auseinandersetzung sein Das erste was man überhaupt mal haben muss, ist die eines Sonnensystems als abgegrenzten Raum zum restlichen Weltall. Zwar konnte man schon in der Antike feststellen, das einige Sterne sich bewegen und die meisten nicht, doch sah man sie noch nicht als getrennt von den anderen Sternen an und bezeichnete sie daher als Wandelsterne. Man hatte auch keine Vorstellungen über die Abstände und das Sterne um mindestens den Faktor 40000 weiter von uns entfernt sind als die damals bekannten Wandelsterne. Das änderte sich auch bei Kopernikus nicht. Nur rückte er die Sonne in die Mitte, sodass man ab jetzt von einem Sonnensystem sprechen kann.

Die erste grundlegende Vorstellung, das es einen grundlegenden Unterschied zwischen den "Wandelsternen" und den Sternen gab, lieferte die Erfindung des Teleskops durch Galileo Galilei, 1610. Damit konnte man erstmals erkennen, das die Planeten kleine Scheiben waren, also Körper in einer großen Entfernung. Die Sterne blieben dagegen punktförmig. Die Planeten mussten also viel näher als die Sterne bei der Sonne sein. Man konnte daher die Erde mit den Planeten als ein System ansehen und die Sterne als weitere Systeme, die aber viel weiter entfernt sind. Damit gab es erstnals das Sonnensystem als Vorstellung. Wie weit die Sterne entfernt sind, konnte man erst um 1830 feststellen, als man mit besseren Instrumenten erstmals auch bei einem nahen Stern eine Bewegung sehen konnte. Die kam zustande weil die Erde sich um die Sonne bewegt und man den Stern nach 180 Tagen aus einer Position, 300 Millionen km von der ersten entfernt, sieht. Dadurch sieht man ihn gegenüber noch weiteren Sternen leicht verschoben - doch selbst bei den nächsten Sternen um weniger als eine Bogensekunde verschoben. Dadurch konnte man die Entfernung auf mehrere Lichtjahre festlegen.

Bis dahin war das Sonnensystem schon um Uranus erweitert worden. 1846 folgte dann Neptun und 1930 Pluto. Bleiben wir zuerst einmal bei den Planeten. Mit der Einführung besserer Instrumente entdeckte man ab 1990 Körper jenseits von Pluto. Zuerst nur kleine, später auch welche die so groß wie Pluto waren und dann noch größere. Inzwischen sind es über 1000. Als Folge wurde 2006 Pluto der Planetenstatus entzogen. Er war nun nur noch ein großer Himmelskörper in einem Gürtel vieler kleiner und großer Eisplaneten, ebenso wie Ceres der größte Asteroid im Asteroidengürtel ist. Mit den elliptischen Umlaufbahnen steigt der Durchmesser des Sonnensystems an, zumindest wenn man darunter den Raum ansieht, der durch die Himmelskörper die man beobachten kann abdeckt.

Dosch schon 1962 kam eine weitere Bedeutung der Grenze des Sonnensystems hinzu. Damals entdeckte die Raumsonde Mariner 2 den Sonnenwind, der von Ludwig Bierman einige Jahre vorher postuliert war. Die Sonne sendet einen Strom von Protonen aus mit einer Geschwindigkeit von rund 450 km/s, manchmal bei aktiver Sonne auch viel schneller. Dieser Strom umgibt die Sonne aber auch alle Planeten. Es ist wie ein Strom von einem Fön. Nahe des Föns ist der Strom laminar und es ist heiß, wenn er sich verdünnt und abkühlt, wird er auf die Umgebungsluft treffen die er nun nicht mehr wegschieben kann. Es bildet sich eine Schockfront aus. Genau dasselbe passiert dem Sonnenwind. Er wird immer dünner und irgendwann dünner als das galaktische Medium und dort wird der Sonnenwind abgebremst und bildet auch dort eine Schockfront aus. Voyager 1 maß Radiowellen dieser Schickfront schon in den frühen Neunziger Jahre, inzwischen ist die Raumsonde in einer Region im interstellaren Raum angekommen.

Diese Grenze ist variabel, weil sich die Sonne um das galaktische Zentrum bewegt, ist sie in Bewegungsrichtung recht nahe, in der anderen weit abgesteckt und hat Tropfenform. Sie liegt in ungefähr 150 AE Entfernung, also rund 23 Milliarden Kilometern Entfernung. Zahlrieche der inzwischen entdeckten Kuiper Gürtelobjekte wie z.B. Sedna haben so elliptische Umlaufbahnen, dass sie sich zeitweise jenseits der vom Sonnenwind dominierten Zone bewegen. Sedna entfernt sich z.B. bis auf 900 astronomische Einheiten von der Sonne. Diese Planetoiden bezeichnet man als Kuiper-Gürtel Objekt, englisch als KBO (Kuiper Belt Objects) da Gerard Kuiper diesen schon vorher postuliert hat.

Doch schon längst hat die Astronomie eine neue Grenze ausgemacht. Bei der Erklärung der Kometen die seit Beginn des Sonnensystems jedes Jahr auftauchen hatte der Holländer von Oort eine Erklärung gefunden. Sie sollen aus einem weiteren Gürtel von Körpern bilden, 1 Lichtjahr von der Sonne entfernt, an der Grenze wo sie noch Gravität gebunden werden. Nach ihm als "Oortsche Wolke" bezeichnet. Da in dieser Entfernung schon kleinste Störungen ausreichen, dass die Körper entweder das Sonnensystem verlassen oder nach innen getrieben werden und die Sterne unterschiedlich schnell sind sich also auch mal der Sonne nähern und so Störungen verursachen, kann man so die Kometen erklären von denen man inzwischen über 100 pro Jahr entdeckt.

Ich selbst habe ein bisschen Probleme mit den Konzept der Oortschen Wolke. Nicht das es nicht einleuchtend ist und eine gute Erklärung für die Kometen. Was mich ein bisschen stört, ist die Differenz zwischen der Oortschen Wolke und den Kuiper-Gürtel. Bisher war es so, dass es keine Region im Sonnensystem gab die leer war. Auf die Hauptplaneten folgten die KBO, doch dann gibt es eben eine Riesenlücke. Sedna entfernt sich bis auf 130 Milliarden Kilometer Entfernung. Die OOrtsche Wolke ist dagegen in rund 10.000 Milliarden Kilometern Entfernung und dazwischen ist nichts?

Meine Ansicht: Der Raum ist auch noch gefüllt, aber wir können die Körper (noch) nicht entdecken. Denn als Trend werden die Körper auch immer kleiner, je weiter man von der Sonne entfernt ist, weil auch das Material immer weniger wird und sich auf einen immer größeren Raum verteilt. Kometenkerne sind nur noch einige Kilometer groß, die meisten KBO dagegen einige Hundert Kilometer. Eventuell entdecken wir von ihnen bisher auch nur die größten und nächsten. Schon Sedna, immerhin größer als Pluto, wurde nur entdeckt weil sie gerade nahe des Perihels ist. Das mit dem Entdecken ist auch ein Problem für New Horizons, die gerade Neptuns Bahn passiert hat und nun auf dem weg zu Pluto ist den sie in 11 Monaten passieren wird. Danach sollte sie zu einem KBO umgelenkt werden, die Weichen werden bei der Pluto Passage gestellt, aber man hat (zumindest bis heute) noch nicht gefunden, obwohl man schon seit dem Start nach ihm suchte. Nun soll Hubble über Wochen bis ende August assestieren.

Zusammenfassend: Nach unseren heutigen Erkenntnissen hat das Sonnensystem eine Ausdehnung von 1 Lichtjahr, rund 10 Billionen km.

28.8.2014: Galileo - Das hätte nicht sein müssen

Wie bereits in den Nachrichten vermeldet sind die beiden letzten Galileosatelliten in einem falschen Orbit ausgesetzt worden, er ist elliptisch mit einem deutlich zu niedrigen Perigäum (weniger als 14.000 km) und einem 2.000 km zu hohen Apogäum und die Inklination ist auch um 6 Grad zu niedrig. Spekuliert wird nun ob die Satelliten die Bahn mit ihrem eigenen Treibstoff ausgleichen können - ich denke eher nicht.

Was mich verwundert ist, warum man die Satelliten nicht mit einem Apogäumsmotor ausstattet. Dann hätten sie selbst den Orbit anheben können. Wenn sowieso schon Treibstoff für Korrekturen an Bord ist, dann bietet es sich an das System auch für den Antrieb zu nutzen. Sicher es kostet dann mehr, aber der Nutzen dürfte größer sein. Denn die Situation ist derzeit diese:

Die Sojus startet zwei Galileosatelliten (jeder 730 kg schwer) mit Adaptern beträgt die Nutzlast 1600 kg. Das geht in zwei Schritten: zuerst in einem elliptischen Orbit mit einem Perigäum von 200 bis 300 km und einem Apogäum in 23.700 km Höhe. Das wird dann durch eine zweite Zündung zirkularisiert. Der Geschwindigkeitsbedarf ist in etwa genauso hoch wie beim Transfer in den GEO - die etwas geringere Geschwindigkeit um den niedrigeren Orbit zu erreichen wird durch die höhere Bahnneigung von 55 Grad wieder ausgeglichen.

Ab 2015 sollen Ariane 5 ES jeweils 4 Satelliten starten. Die Kosten sind fast gleich: 70 Millionen Euro pro Sojus Start oder 500 Millionen Euro für drei Ariane 5 Starts.

Das grundsätzliche Problem: es gelangen in den Endorbit nicht nur die Satelliten sondern auch die Oberstufen mit Adaptern. Das sind bei einer Sojus 1090 kg mehr Masse (verglichen mit 1460 kg Masse der Satelliten und bei der Ariane 5 sind es 2450 kg + Adapter (wahrscheinlich 2730 kg) verglichen mit 2920 kg für die Satelliten. Das ist also ineffektiv. Zwar wiegen Treibstofftanks, Druckgase und Triebwerk auch etwas aber typisch ein Viertel bis Fünftel der Treibstoffmenge bei kleinen Satelliten. Mit einem Apogäumsantrieb würde die Startmasse von 730 auf 1350 kg steigen, diese müssten aber auf eine Bahn gebracht werden deren Geschwindigkeitsbedarf mit der einer GTO vergleichbar ist. In diesen transportiert eine Sojus 2-1B aber 3060 kg und eine Ariane 5 ECA über 10 t. Bei der Sojus macht es keinen Unterschied. Es reicht nicht für einen dritten Satelliten, aber bei der Ariane 5 kann man schon in der ES-Variante fünf anstatt vier Satelliten transportieren und noch besser, man kann die ECA Oberstufe einsetzen. Die geht beim derzeitigen Profil nicht, weil sie nicht wiederzündbar ist.  Die Ariane 5 ECA könnte sieben anstatt vier Satelliten transportieren - das würde echt Geld sparen, da wäre sogar noch Masse übrig für eine Doppelstartstruktur, denn nebeneinander bekommt man sie nicht unter.

Man hätte Geld gespart, Mit vier Starts einer Ariane und ein Sojus Starts wäre die Konstellation im Orbit - Kosten rund 730 anstatt 1060 Millionen Euro - nicht viel bei dem so teuren Galileo Projekt allerdings etwas was billiger wird. Weiterhin hätte es das CSG entlastete wenn 5 anstatt 12 Starts anstehen. Und so was wie heute wäre wohl vermeiden worden, denn die Bahnen werden schrittweise angehoben und vorher der Satellit jeweils von der Bodenkontrolle ausgerichtet. Selbst wenn ein Manöver schief geht dann kann man es weil es nur eine Teilgeschwindigkeitsänderung ist eher korrigieren und es betrifft nur einen anstatt zwei Satelliten.

Auch sonst scheint es Probleme zu geben. Man hat nach einem Verlust an Leistung im Mai bei den schon im Orbit befindlichen vier Satelliten nun die Leistung um 1,5 db reduziert. Es gibt also neben finanziellen (rund 50% teurer als geplant). daran sind übrigens nicht die Satelliten schuld - jeder kostet rund 40 Millionen Euro und ist damit billiger als der Start - ein guter Beweis, das Satelliten auch "preiswert" sein können, zumindest wenn man 22 identische baut.


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