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 Elektronen entschlüsseln die Himmelsscheibe
Er ähnelt einer riesigen Glühbirne – der Elektronenspeicherring BESSY II in Berlin. Mit dem Licht, das hier entsteht, haben Forscher die etwa 3600 Jahre alte Himmelsscheibe von Nebra untersucht.
von Monika Seynsche
Die runde, grüne Bronzescheibe mit kleinen und großen Goldplättchen darauf könnte einer der aufregendsten Funde aus der Jungsteinzeit sein: die weltweit älteste Abbildung des Sternenhimmels. Raubgräber haben die Metallscheibe vor vier Jahren in der Nähe von Nebra in Sachsen-Anhalt gefunden. Nach etlichen Umwegen gelangte sie 2002 zum Landesamt für Archäologie in Sachsen-Anhalt. Die Forscher dort waren von dem Fund begeistert. „Man kann mit der Scheibe den täglichen Lauf der Sonne bestimmen und weiß, wo man sich im Jahr befindet“, so der Archäologe Dr. Harald Meller, „es ist also eine Art Taschenkalender.“
Aber ist die sogenannte „Himmelsscheibe von Nebra“ echt? Und wenn ja, woher stammt sie? Um diese Fragen zu beantworten, mußten die Forscher in den vergangenen Monaten klären, woraus sich die Scheibe zusammensetzt. Nur wie findet man heraus, woraus ein Kunstwerk besteht, wenn man es nicht beschädigen will? Mit Licht.
BESSY II
Dieses Licht wird im Südosten von Berlin hergestellt, in einem großen kreisrunden Gebäude. Im Inneren des Gebäudes liegt eine runde Experimentierhalle. Verschiedene Forscher arbeiten mit dem extrem hellen Licht, das im Zentrum der Halle entsteht. Hier, hinter meterdicken Strahlenschutzwänden aus Beton verbirgt sich der  Elektronenspeicherring der Gesellschaft für Synchrotronstrahlung (BESSY II). Der Ring misst 240 Meter im Durchmesser und besteht aus einem dünnen vakuumgefüllten Rohr. Durch das Rohr sausen Elektronen mit fast Lichtgeschwindigkeit im Kreis, etwa 1 Million Mal pro Sekunde.
Synchrotronstrahlung
Die Forscher nutzen ein physikalisches Phänomen, um das helle Licht zu erzeugen: alle elektrisch geladenen Teilchen geben Strahlung ab, wenn sie gebremst oder beschleunigt werden oder wenn sie ihre Flugrichtung ändern. In dem Elektronenspeicherring in Berlin werden die Elektronen mit Hilfe von elektrischen Magneten ständig von ihrer geraden Bahn abgelenkt und auf eine Kreisbahn gezwungen. Dabei senden sie Strahlung ab.
Solange die Elektronen langsam unterwegs sind, geben sie sowohl nach vorne als auch nach hinten Strahlung ab. Je schneller die Elektronen sind, desto intensiver ist die Strahlung, die sie aussenden. Wenn man die Elektronen so stark beschleunigt, dass sie mit fast Lichtgeschwindigkeit durch den Kreis fliegen, senden sie fast ihre gesamte Strahlung in Fahrtrichtung aus.
Um die Strahlungsintensität des „Elektronenlichts“ zu verstärken, sind in den Elektronenspeicherring Parcours von Magneten eingebaut, in denen die Elektronen auf einen Schlingerkurs gebracht werden. Durch die vielen Richtungswechsel in diesen Wigglern, Undulatoren und Wellenlängenschiebern strahlen die Elektronen hier tausendmal stärker als in den Kurven des Rings. Die intensive Strahlung, die dabei abgegeben wird, heißt Synchrotronstrahlung.
Helles, breites Licht
Licht für viele Fälle Das helle Licht der Synchrotronstrahlung wird nicht nur zum Enträtseln von Kunstwerken genutzt. Auch die Struktur von Viren, Zellen und Eiweißmolekülen kann mit der Synchrotronstrahlung entschlüsselt werden. Außerdem können mit Hilfe der Strahlung Mikrobauteile von Computerchips hergestellt werden. |
Zwei Eigenschaften machen diese Synchrotronstrahlung so einzigartig. Sie deckt einen breiten Bereich verschiedener Wellenlängen ab, vom langwelligen Infrarotlicht, über das sichtbare Licht und die kurzwellige UV-Strahlung bis hin zur sehr kurzwelligen Röntgenstrahlung. Und die Synchrotronstrahlung ist extrem intensiv. Keine andere Strahlung, die über einen breiten Frequenzbereich reicht, ist heller als die Synchrotronstrahlung. Nicht einmal die Sonne.
In den Wellenlängenschiebern werden die Elektronen durch Magneten so abgelenkt, dass extrem kurzwellige Röntgenstrahlung entsteht. Mit dieser Röntgenstrahlung wurde die Himmelsscheibe von Nebra untersucht. Die Strahlung verlässt den Elektronenspeicherring durch ein gerades, dünnes Rohr, die sogenannte Beamline, und gelangt in den Monochromator. In diesem großen metallenen Topf wird ein bestimmter Wellenlängenbereich aus dem Spektrum der Röntgenstrahlung herausgesucht. Die Strahlung in diesem Wellenlängenbereich gelangt dann durch eine weitere Beamline zur Experimentierstation.
Himmelsscheibe von Nebra
An der Experimentierstation trifft die Strahlung der ausgesuchten Wellenlängen auf die Scheibe. „Die Röntgenstrahlung regt die Atome im Material an“, sagt Dr. Martin Radtke  von der Bundesanstalt für Materialprüfung, „dabei gibt es für jedes Metall einen günstigsten Wellenlängenbereich, in dem besonders viele Atome angeregt werden“. Bei der Anregung der Atome werden Elektronen von der ersten Schale auf die zweite angehoben. Wenn die Elektronen dann wieder auf ihre ursprüngliche Schale zurückfallen, geben sie Strahlung ab, die Atome fluoreszieren, wobei die Atome eines Elements immer dieselbe Fluoreszenz zeigen. An der Intensität der jeweiligen Fluoreszenz kann man feststellen, wieviel von einem bestimmten Element in dem Metall enthalten ist.
„Mit der Röntgenfluoreszenzanalyse haben wir zwei Dinge klären können,“ so Radtke, „wir wissen jetzt mit ziemlicher Sicherheit, woher das Gold kommt und wir wissen, dass die Scheibe in verschiedenen Phasen hergestellt wurde, denn die einzelnen Goldteile enthalten unterschiedlich viel Zinn". Das Gold, das für die Himmelsscheibe benutzt wurde, ähnelt in seiner Zusammensetzung sehr stark den Goldlagerstätten in Siebenbürgen, stammt also wahrscheinlich aus Rumänien. Noch sind nicht alle Geheimnisse der Himmelsscheibe gelüftet, aber die Synchrotronstrahlung hat viel Licht ins Dunkel gebracht.
 Monika Seynsche
ist Diplom-Landschaftsökologin und studiert den Zusatzstudiengang Wissenschaftsjournalismus an der Freien Universiät Berlin
Der Beitrag entstand im Rahmen eines Seminars für Online-Journalismus im WS 03/04 an der Freien Universität Berlin, Inst. f. Publizistik.
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