Wie groß müsste ein Teleskop sein?

  • Lustige Idee mit dem Mond ein Streichholz anzuzünden. Rechnen wir mal:


    Die maximale Strahlungsdichte des Mondscheins (nehmen wir Vollmond an) auf der Erdoberfläche ist gemäß der Solarkonstanten, der geometrischen Mondalbedo (der IR-Anteil der Mondstrahlung ist zu vernachlässigen, da größtenteils von der Erdatmosphäre absorbiert und gestreut), des Halbkugeldurchmessers des Mond und die Kugelfläche im Erdabstand:


    L = Eo * a * A(Mondscheibe) / A(Kugeloberfläche im Erdabstand)
    = 1360 W/m² * 0,12 * 9,49*10^12m² / 464*10^15m² = 3,3 mW/m²


    Ein Streichholz braucht zum Entzünden einiges an Temperatur, wenn man von Sicherheitshölzern ausgeht und nicht von einem phosphorhaltigen Überallzünder, mit dem sich John Wayne im Western die Zigarillo anzündet.


    Hier wurden 220°C ermittelt, ohne die Exotherme Reaktion mit dem Phosphor auf der Reibefläche:
    http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/11_08.htm


    Wir benötigen also die Leistungsdichte die einen 2 mm Stecknadelkopf (Halbe Oberfläche) mit dem Schwefel und Oxidationsmittel wie Kaliumchlorat auf 220°C erhitzt. Ich gehe in etwa von einer Reflexion von a = 0,2 für den Strahlungsaustausch an der Zündkopfoberfläche aus.


    P = sigma * A * (1-a) * (T2^4 - T2^4)
    = 5,67*10^-8 * 6*10^-6 * (1-0,2) * (493^4 - 273^4) W =
    = 15 mW


    Dafür reichen 5 Quadratmeter Spiegel, also ein 2,5 Meterspiegel aus. Diese Lichtleistung des Vollmondlichts auf einen Zündholzkopf konzentriert und *zisch*. Das wird aber schwierig. Das 200 Inch vom Palomar-Observatorium müsste es zwar von der Fläche her schaffen. Jedenfalls grob diese Größenordnung. Natürlich müsste man das Mondbild bei der kürzesten Brennweite von 16 Metern der varialben Fokuslänge noch irgendwie verkleinern, weil der Mond selbst da noch 14 cm groß wäre. Das Mondbild hätte die 5000-fache Fläche des Streichholzkopfes und seine Intensität reicht so nicht aus. Man kann also gefahrlos ein Streichholz in den Fokus halten. Es würde sich nur um Bruchteile eines Kelvins erwärmen. 5000-fach weiter das Licht konzentriert, dann zündet es.


    Hätte man nicht geglaubt.

  • Hallo "Kreislauf",


    danke für die Begründung, warum man die Albedo des Mondes doch reinrechnen muss ;)


    Aber 5000fach weiter konzentrieren geht halt leider nicht, wenn Du schon bei f/3.2 bist. Bis zur maximalen Verkleinerung bei einer bildseitigen numerischen Apertur von 1 geht da nur noch ein Faktor von (näherungsweise) (2*3.2)^2 = 41. Danach ist definitiv Schluss. Reicht das wenigstens für die John Wayneschen Überallzünder?


    Gruß, Holger


    EDIT: Zahlen nochmal korrigiert...

    :milky_way: 10" f/5 Newton-Bino :comet: 120mm f/5 Achromaten-Bino :hammer_and_wrench: 8" f/8 Jones-Schiefspiegler-Bino

  • Ich würde sagen das klappt auch noch nicht, da-selbst wenn man maximal Verkleinert- immernoch so ca. 70°C notwendig wären da könnte man mit einem "Nein" rechnen wenn wir den Bruchteil eines Kelvins bei 5000-fach zu groß hätten, macht das geteilt durch 44 zumindest 113 es könnte ausreichen für (nach Verhältnisgleichung) ca. 1,94 Kelvin


    Viele Grüße
    Paul

  • <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Cleo</i>
    <br />Hallo "Kreislauf",


    danke für die Begründung, warum man die Albedo des Mondes doch reinrechnen muss ;)


    Aber 5000fach weiter konzentrieren geht halt leider nicht, wenn Du schon bei f/3.2 bist. Bis zur maximalen Verkleinerung bei einer bildseitigen numerischen Apertur von 1 geht da nur noch ein Faktor von (näherungsweise) (2*3.2)^2 = 41. Danach ist definitiv Schluss. Reicht das wenigstens für die John Wayneschen Überallzünder?


    Gruß, Holger


    EDIT: Zahlen nochmal korrigiert...
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Wenn ich wüsste was Du da gerechnet hast Holger. Welche optische Bedeutung hat das und an welche praktische Realisation hast Du da gedacht? Kannst Du das ein wenig ausführen?


    Nur um einem evtl. Mißverständnis vorzubeugen, die Zahl 5000 ist das Flächenverhältnis, nicht das Längenverhältnis der Bildweite zur Streichholzkopfgröße. Letztere ist 70 und nicht 5000. Das Bild muß um den Faktor 70 verkleinert werden.


    Letztlich benötigt man natürlich ein zusätzliches optisches Systen, das nicht mehr notwendigerweise eine gute Abbildung produziert, sondern primär auf Brennweitenverkürzung optimiert ist.


    Das könnte man möglicherweise über Kaskadierung von Fresnellinsen (als Quasi-Super-Shapley-Reducer) realisieren, wie sie etwa in Leuchttürmen oder in der Solartechnik zur Lichtkonzentration eingesetzt werden.


    Ein völlig anderer Weg wäre von vorneweg dem Parabol einen viel kleineren Halbparameter zu geben, womit sich ganz andere Dimensionen hinsichtlich des Öffnungsverhältnisses realisieren lassen und man recht leicht auf die nötige Konzentration kommt. Ein Teleskop ist das dann aber nicht mehr und ein Bild erhält man auch nicht mehr. Es ist dann von der Bauform ein kurios und enorm langgestreckter "Lunarkocher" bei dem der Brennpunkt nur 8,5 cm vom Scheitel entfernt ist. Die Länge dieses monströsen Streichholzanzünders mit 5 Meter Durchmesser wäre dann 18 Meter!


    Rechnung: Mondscheibe Palomar 14 cm groß. Verkleinerung auf Streichholzkopf über Brennweitenreduzierung um Faktor 70. 6 m / 70 = neue Brennweite 85 mm. Neuer Halbparameter p = 2 * f = 170mm.
    Nach Parabelgleichung y=x²/2p:
    2,5 m ²/0,340 m = 18,3 m


    Da wäre das Bedienpersonal aber ziemlich böse, wenn man versucht ihren schönen Spiegel so zu verbiegen...Das gibt mächtig Haue. [:o)]


    Gruß,
    Jo

  • Also wenn man den Mond im FACT einstellt(f/1,2) hätte man doch so etwas...aber den Durchmesser finde ich nicht aber ein Riesen FACT nur um den schnöden Beweis, dass dieses Streichholz nun wirklich mit Mondlicht anzündbar ist zu bauen wäre verrückt.....da bleiben wir beim Gedankenexperiment


    EDIT: Das FACT hat eine Spiegelfläche von 9,5m^2 also 4m Durchmesser




    Viele Grüße und CS
    Paul

  • <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Paule00</i>
    <br />Ich würde sagen das klappt auch noch nicht, da-selbst wenn man maximal Verkleinert- immernoch so ca. 70°C notwendig wären da könnte man mit einem "Nein" rechnen wenn wir den Bruchteil eines Kelvins bei 5000-fach zu groß hätten, macht das geteilt durch 44 zumindest 113 es könnte ausreichen für (nach Verhältnisgleichung) ca. 1,94 Kelvin


    Viele Grüße
    Paul
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Hi Paul,


    das ist komplizierter, siehe


    http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz


    Was immer da Holger gerechnet hat, und vorausgesetzt es wäre ein neuer Verkleinerungsfaktor für die Mondfläche, dann gilt nicht deltaT = 220K/(5000/41) sondern
    T2 = ((P/sigma*(1-a)*A)+T^4)^0,25
    T2 = ((0,015/(sigma * 0,8 * 3,78*10^-4))+273^4)^0,25 K.
    T2 = 283K.



    Das sind 10K mehr als der vorausgesetzten 0°C Normaltemperatur
    Das spürt man also schon wenn man die Hand in den Fokus hält.


    Hier nochmal T2 mit 14 cm Mondscheibe:
    T2 = ((0,015/(sigma * 0,8 * 0,015))+273^4)^0,25 K.
    T2 = 273,26K.


    Das ist nur 0,26 K über T1.


    Man könnte auch ausrechnen wie weit man den Palomar-Mond noch verkleinern müsste damit man auf die 60°C, bz. 333K für das Überallzündholz kommt:


    A = P /(sigma * (1-a) * (333^4 - 273^4) m²
    = 4,9-10^-5 m².


    Also 305 mal kleiner, bzw. die Wurzel davon 17-fach kleinere Brennweite, also effektiv 91 cm.


    Gruß,
    Jo

  • <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: AS-Fan</i>
    <br />Hab mal gelesen,mit nem 100m Teleskop könnte man mit Mondlicht ein Streichholz entzünden.Ich glaub das ging da ums OWL-Teleskop.Aber bei 2m Öffnung passiert noch nichts.
    Gruß Armin
    <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    Hi Armin,


    das geht nicht. Auch mit einem 100 Kilometer Teleskop nicht. Die geometrische Optik verlangt ein Mindestöffnungsverhältnis für Bilddarstellungen und daher verlängert sich mit der Öffnung auch die Brennweite und das Öffnungsverhältnis, welches ja die Strahlungsdichte in der Bildebene charakterisiert. Und damit bleibt das Verhältnis immer gleich. Ein 100 Kilmeter großes Teleskop hat bei f/4 die gleiche Strahlungsdichte wie ein Opernglas mit f/4 und erzeugt somit auch die gleiche Temperatur.


    Was man machen müsste wäre viele Spiegel nehmen wie bei einem Heliostaten oder eine enorm gekrümmten langgezogenen Parabolspiegel bzw. spezielle Linsen die das Mondbild enorm verkleinern.


    Gruß,
    Jo

  • Hallo Jo,
    ich hab eure Diskussion interessiert verfolgt und muß euch recht geben.
    So werd ich mir denn wieder nen Feuerzeug kaufen[:D][:D]
    Gruß Armin

  • Mit der Bratwurst ist es gar nicht so schwierig.Acht Zoll bei f 10 gibt knapp zwei cm Sonnenbild.Die Wurst wie ne Dönerrolle drehen und noch längs bewegen...könnte klappen[:D]
    Gruß Armin

  • Jo, stimmt, man muß ab und zu ein bischen am Fokusdrehgriff drehen, damit die Wurst auch in der Länge schön gleichmässig durch wird.
    Und zwischendurch immer auch mal das andere Ende reinschieben. Dabei schön auch die Klemmschraube kontrollieren, damit die Wurst nicht auf den Hauptspiegel fällt.


    Die Refraktorbesitzer habens hier eindeutig leichter mit dem Reinigen, das Fett tropft praktischerweise nicht in den Tubus sondern einfach raus.
    [:D]

  • Schönes Argument für Refraktoren[:D].Jetzt können wir die Diskussion Spiegel/Linse wieder anheizen[:D]. Refraktorbesitzer überleben länger,da sie auch im Outdoor nicht verhungern.[8D].
    Ich empfehle aber keine zu schlimmen Farbwerfer,da meine Bratwurst schön gleichmäßig durch sein soll[:)].
    Schönen 4.Advent
    Gruß Armin

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