Universität Stuttgart
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Item Open Access Simulation mit Supercomputern : ein neues Werkzeug der Physik(1990) Ruder, Hanns; Ertl, Thomas; Geyer, Florian; Herold, Heinz; Kraus, Ute; Nollert, Hans-Peter; Rebetzky, Andreas; Schweizer, Wolfgang; Zahn, CorvinUnser Wissen über die Struktur des Kosmos und die darin enthaltenen Objekte stammt aus der sorgfältigen Analyse der auf der Erde einfallenden elektromagnetischen Strahlung,verbunden mit einer theoretischen Modellierung im Rahmen der von uns erforschten Naturgesetze. Die sprunghafte Zunahme unserer Kenntnisse in den letzten zwei Jahrzehnten verdanken wir vor allem den vielen Forschungssatelliten, die die Beobachtung kosmischer Objekte ohne die störenden Einflüsse unserer Atmosphäre erlauben. Speziell im weichen Röntgenbereich ist dadurch eine Beobachtung überhaupt erst möglich , und es ist gerade dieser Spektralbereich, der uns wesentlich neue Erkenntnisse über hochinteressante Objekte geliefert hat, da intensive Röntgenstrahlung nur unter sehr extremen physikalischen Bedingungen entsteht. Die in diesen Röntgenemissionsgebieten vorherrschenden Temperaturen, Magnet- und Gravitationsfelder sind so extrem, daß sie in irdischen Labors nicht realisiert werden können. Folglich bleibt nur die Möglichkeit, die Eigenschaften der Materie und die unter diesen Bedingungen ablaufenden physikalischen Prozesse theoretisch zu berechnen, um so - im Vergleich mit den Beobachtungen - zu zuverlässigen Aussagen über die Struktur dieser kosmischen Objekte zu gelangen.Item Open Access Numerical modeling of the non-isothermal positive column of an Ar+-laser(1992) Zech, Ingrid; Ertl, Thomas; Herold, Heinz; Ruder, Hanns; Köhler, Walter E.; Tiemann, WilhelmA hydrodynamic description of the positive column is used to study the radial variation of particle densities, drift velocities, temperatures and heat fluxes of electrons, singly-charged ions and neutral atoms and the radial electric field. Elastic collisions between the plasma particles and neutrals as well as Coulomb collisions between ions and electrons are taken into account. The relevant equations to solve are the balance equations of particle densities, momentum, energy and the equations for the heat fluxes for each of the three studied particle types; the Poisson equation has to be added for closure. They form a system of 13 nonlinear differential equations with critical points. One singularity occurs when the ions reach the ion sound velocity which is the case inside the positive column. Therefore, a numerical method for multipoint boundary value problems was used which can also successfully handle removable singular points. The applied relaxation method is an iterative method which demands some preliminary knowledge of the solution looked for. The necessary knowledge can be retrieved from the quasineutral model and from a simplified two-fluid model.Item Open Access Self-consistent numerical modelling of pulsar magnetospheres(1992) Herold, Heinz; Ertl, Thomas; Finkbeiner, Bernd; Ruder, HannsThe magnetosphere of a rapidly rotating, strongly magnetized neutron star with aligned magnetic and rotational axes (parallel rotator) is modelled numerically. Including the radiation of the particles accelerated to relativistic energies as an efficient damping mechanism, we obtain a quasi-stationary self-consistent solution to this classical problem. The numerical simulation,which was started from the well-known vacuum solution, yields a global magnetospheric structure that can be characterized by two regions of oppositely charged particles, which eventually produce a relativistic pulsar wind, separated by a vacuum gap of considerable extent.Item Open Access Computersimulation in der Astrophysik(1990) Ruder, Hanns; Ertl, Thomas; Geyer, Florian; Herold, Heinz; Kraus, Ute; Nollert, Hans-Peter; Rebetzky, Andreas; Zahn, CorvinUnser Wissen über die Struktur des Kosmos und die darin enthaltenen Objekte stammt aus der sorgfältigen Analyse der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, verbunden mit einer theoretischen Modellierung im Rahmen der von uns erforschten Naturgesetze. Die Beobachtungen erstrecken sich dabei heute vom Radiowellenbereich über den Infrarot-, den optischen, den Röntgenbereich bis hin zum Höchstenergie-Gamma-Bereich, also über mehr als 20 Dekaden des elektromagnetischen Spektrums. Eine realistische Modellierung der Systeme im Rahmen einer beobachtungsnahen Theorie erfordert vor allem bei Systemparameterstudien im allgemeinen den Einsatz der größten verfügbaren Rechenleistungen.Item Open Access Fremde Welten auf dem Graphikschirm : die Bedeutung der Visualisierung für die Astrophysik(1991) Ertl, Thomas; Ruder, Hanns; Geyer, Florian; Herold, Heinz; Kraus, Ute; Münzel, Stefan; Nollert, Hans-Peter; Rebetzky, Andreas; Schweizer, Wolfgang; Zahn, CorvinUnsere Vorstellung von der uns umgebenden Welt ist im wesentlichen durch optische Eindrücke geprägt. Durch die Beschränkungen des menschlichen Auges können wir viele Bereiche nicht direkt visuell wahrnehmen, wie z. B. atomare und kosmische Objekte, mit Lichtgeschwindigkeit ablaufende Vorgänge und elektromagnetische Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs. Die Menschen versuchen aus diesem Grund seit Jahrhunderten durch kunstvolle Instrumente wie Mikroskope, Fernrohre sowie schnelle und multispektrale Detektoren die Grenzen ihrer Wahrnehmung zu erweitern . Dies ist jedoch aufgrund physikalischer Gesetze nicht im beliebigen Maße möglich. Obwohl auch die Computer selbst diesen grundsätzlichen physikalischen Beschränkungen unterliegen, sind sie doch ein Instrument, um mit Simulationsrechnungen im Rahmen der gültigen physikalischen Gesetze und durch Visualisierung der Ergebnisse diese fremden Welten sichtbar zu machen. Dies soll an einigen Beispielen, bei denen der Graphikschirm als Supermikroskop, als Riesenfernrohr und als Fenster zur Welt von Einstein dient, demonstriert werden.