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Chapter 1: What is the Very Large Telescope (VLT)?
Welche Beiträge hat es zu der Wissenschaft gemacht? I'm Alex McColgan and you're watching Astrum. Join with me today as we investigate how this incredible piece of engineering works and see its discoveries behind black holes, neutron stars and even how it helped prove general relativity.
The Very Large Telescope finished construction in the year 2000, although that sentence is a little misleading on two different levels. Das Erste ist, dass das VLT nicht nur ein einziger Spiegel-Teleskop ist. Ein verletzter Name dann? Vielleicht. Schauen wir uns an, warum es nur einen Teleskop betrifft.
Initiale Designs hatten es als eine unabhängige Array von vier BMF-Teleskopen, 25 Meter groß, mit Spielen, die 8,2 Meter über sich strecken. Diese wurden Unit-Teleskope genannt, und sie könnten unabhängig davon arbeiten, die Sterne zu studieren.
Jedes von ihnen hat eine angulare Resolution von 50 Milliarcsekunden, was gut genug ist, um Details kleiner zu sehen als ein DVD auf der Internationalen Spacestation. Der zweite Niveau ist, dass das VLT ständig wächst. In irgendeinem Sinne ist es noch nicht fertig. Im Jahr 2004 und 2007 wurden ein Total von vier neuen Auxiliary-Teleskopen in das Array des VLTs eingeführt.
Jeder dieser Auxiliarien hat ein kleineres Fenster, nur 1,8 Meter lang. Zusätzliche Instrumente wurden über die Jahre regelmäßig eingeführt, einige bis 2018. Es sind gerade 16 in Funktion, von Spektrometern bis zu Infrarotbildern, mit mehr zu kommen in der Zukunft, z.B. Foremost, was ein Upgrade zum Vista-Teleskop-Instrument ist, das auch Teil des VLT-Sites ist.
Es kann schwierig sein, so einen massiven Array zu behalten, Die VLT-Mirror werden jedes Nacht in der Öffentlichkeit veröffentlicht. Der Atacama-Desert in Nordchile, wo es sich befindet, kann ideal für Observationen aussehen. Es hat nicht regnet, seit die Rekorde begonnen, aber Stoff kann manchmal einfließen.
Jede 18 Monate müssen die Mirrors mit Chemikalien delikat gewaschen, um ihre Aluminium-Beleuchtung zu entfernen, und dann wird ein neuer verwendet. Dieser Prozess benötigt nicht sehr viel Aluminium. Nur ca. 12 Gramm wird verwendet, um ein ganzes 8-Meter-Mirror aufzudecken, weniger als das, was in einem Trinkkasten verwendet wird. Das ist, weil das Aluminium auf dem Mirror ca.
80 Nanometern dick ist. Jedes Unite-Teleskop ist eine präzise Technik. Die 430-Tonnen-Strukturen sind alle ungefähr das Gewicht eines Jumbo-Jets. And yet they're so perfectly balanced on their hydrostatic oil film bearings that they can be rotated by hand. The mirrors are so precise. If you scaled them up to the size of the whole Earth, the imperfections on them would be smaller than a pebble.
But the truly impressive feats are still to come. As powerful as each unit telescope is on its own, it is when they work together that they can act as one telescope. Let's talk about the telescope's technique, known as interferometry. Light travels in waves, and when you combine two waves just right, their peaks can amplify each other.
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Chapter 2: How does the VLT contribute to scientific discoveries?
Nun, das führt zu einigen grundlegenden Fakten über das Universum selbst. Wissenschaftler glauben, dass das Universum, wie wir es kennen, für rund 13,8 Milliarden Jahre existiert hat. Wie es alles begann, ist eine faszinierende Frage, und eine, die viele übertheorisiert haben.
Die aktuellen Mainstream-Theorien bewegen sich auf die Idee eines großen Wachstums, wo alles existierte in einem Raum so klein, dass es effektiv null war. Atome existierten nicht mal an dieser Stelle, sie wären zu groß gewesen. Suddenly, everything expanded outwards at once.
Matter began to coalesce into atoms, and then dust, then stars and planets, and the universe has expanded and cooled ever since. But wouldn't it be helpful to be able to look back and see for ourselves those first moments of creation, or the formation of those first galaxies? That might give us insights into exactly how all of it happened.
The James Webb Space Telescope will either provide evidence for the Big Bang, or completely change our theories, thanks to the way light travels. To a point at least. While light is blindingly fast, it's not instantaneous. There is a tiny time delay between when light is emitted and when we see it. Photonen, oder Partikel der Lichtfläche, reisen auf konstantem Niveau.
299.792.458 Meter pro Sekunde genau. Unser Sonnenschein sitzt an einem Punkt von 148 Millionen Kilometern von uns. Das bedeutet, dass es ungefähr 500 Sekunden dauert, um Licht von uns zu reisen. Also, was du jetzt im Himmel siehst, ist nicht das Sonnenschein, wie es ist, sondern das Sonnenschein, wie es 8 Minuten und 20 Sekunden zuvor war.
Dieser Zeitverlust wird schwer, auch wenn du Dinge, die relativ nahe zu uns sind, anschaust. Der nächste naheste Stern, Proxima Centauri, ist so weit entfernt von der Erde, dass es vier Jahre dauert, bis seine Lichter uns erreichen. All of this means that for objects that are further and further away from us, we would see it as it was further and further back in time.
If there was an object sufficiently far away, we would see it as it was 13.8 billion years ago, near the origin of the universe. And fortunately, as some speculate, we exist in an infinite universe, so such far away objects should in fact exist. Mit dem James-Webb-Spaceteleskop hoffen wir, sie zu sehen. Aber warum sieht der James-Webb-Spaceteleskop im Infrarot?
Nun, einer der Gründe ist, dass Infrarot-Licht besser durch die Flüsse der kosmischen Materie fließt, um uns zu erlauben, über sonstige Opak-Gasflüsse zu sehen, um zu sehen, was auf der anderen Seite liegt. Aber der Hauptgrund, und der, der relevant ist, um diese frühen Galaxien zu sehen, ist wegen eines zweiten Witzes des Universums, dem Faktum, dass die Welt wächst.
Für Gründe, die wir nicht vollständig verstehen, aber welche Wissenschaftler momentan theorisieren, sind das Ergebnis der dunklen Energie, bewegt sich alles im Universum ständig weg von allem anderen. Sobald eine Sterne weg von uns bewegt, ist das Licht daraus gestreckt, in einem Prozess, der den Doppler-Effekt genannt wird.
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Chapter 3: What is the James Webb Space Telescope and its significance?
Die Ressourcen dieser Wälder kommen aus wirklich großen Events, wie Neutronensternen oder schwarze Löcher, die einen Rippel in der Zeitung erzeugen, der von der Location des Events nach außen propagiert wird. Diese Events sind normalerweise so weit weg, dass wir, wenn sie uns erreichen, ein sensitives Observatorium wie LIGO benötigen, um sie zu entdecken.
Gravitationswälder reisen bei der Geschwindigkeit von Licht, also wenn wir Gravitationswälder entdecken, Es sollte auch Licht aus der Anlage kommen. Mit solchen Ereignissen kennen wir nur ungefähr die Richtung, von der es kommen könnte, wegen der Art und Weise, wie wir Ereignisse mit LIGO entdecken.
Um es mit einem Teleskop visuell zu sehen, braucht man Zeit, um den Himmel zu scannen, bei welchem Punkt wir es wohl verpasst haben. Aber wenn du ein Teleskop hast, das einen großen Teil des Skis sehen kann, mit einer super hohen Resolution Kamera, kannst du viele Fotos nehmen und die Daten später suchen, um das Event zu beurteilen und zu sehen, ob es sichtbar war.
So, how will it be able to achieve these science goals? The telescope will typically observe a section of the sky for 15 seconds. A 15-second exposure is a compromise between being able to see faint objects like distant stars and moving objects like asteroids.
If you have much more of an exposure, you may see more faint objects, but streaks across the image will ruin the shots from the moving objects. Um die Geräusche aus kosmischen Rädern des Kamera-Sensors zu entfernen, werden zwei Bilder aus der gleichen Region immer genommen und dann gemergt. Die Bilder der Kamera werden so groß sein, dass ein Jahr langsame Daten etwa 1,28 Petabyte werden.
Und weil das Observatorium in Chile ist und die Datenprozessfazilität in den Staaten ist, musste eine spezielle Internetverbindung von 100 Gigabit pro Sekunde zwischen den beiden Lokationen geschaffen werden. Leider gibt es allerdings ein ziemlich großes Problem, das die Designers nicht vollständig erwartet haben, wenn es um die Planung und frühere Bauphase dieses Projekts geht.
Gibt es irgendwelche Überraschungen, zu welchen Auswirkungen ein hochsensitiver, grundbasierter Teleskop, der nicht so ein Problem war, vor zehn Jahren, hat? Nicht die Pollution, nicht das Licht aus den Städten, sondern tatsächlich die Tens von Tausenden von Cube-Satelliten, die momentan in der Welt ausgeliefert werden, von SpaceX und Amazon.
Wenn ein Satellit durch ein Bild fliegt, wird es die Ausbeutung zerstören, weil es so kalt ist, wie die dünnsten Objekte, die der Teleskop sucht. Als Ergebnis haben SpaceX sich auf die Farbe ihrer zukünftigen Satelliten verabschiedet, oder sie mit einem Art Sonnenschein aufgerufen, um zu reduzieren, wie kalt sie sind. Aber das wird sicher nicht das Problem verhindern.
Und in der Realität wird die Low-Earth-Orbite nur jünger werden. Das stellt einen ernsthaften Dampfer auf die Zukunft von hochsensitiven, grundbasierten Teleskopen. In reality, the serious issue here is that there are currently no internationally agreed regulations about what can be put into low Earth orbit. It's the Wild West right now.
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Chapter 4: What challenges did the James Webb Space Telescope face?
Das Design dieses Teleskops wird immer mehr beeindruckend, wenn man sieht, wie sie mit den Distortionen, die in der Atmosphäre der Erde erzeugt werden, und auch mit den Variationen, die durch Wind und Temperaturveränderungen erzeugt werden.
Das Problem mit grundbasierten Teleskopen ist, dass man eine Atmosphäre über sich hat, die sich bewegt und die vorliegenden Lichtphotonen wabbelt, so zu sprechen.
Dies stellt eine harte Grenze dar, wie viel Detail man in der Welt sehen kann, nicht zu erwähnen die Vibrationen auf dem Fenster, die durch den kleinsten Wind verursacht werden, oder die kleine Erweiterung oder Kontraktion der Struktur, die durch Temperaturveränderungen verursacht wird, also die segmentierten Fenster gehen aus der Gleichung immer so wenig.
Wie erwähnt, haben die Ingenieure versucht, diese Probleme so schnell wie möglich zu reduzieren. Wenn man sie in den Andes auf 3000 Meter Höhe baut, gibt es weniger Atmosphäre zwischen dem Teleskop und der Welt, als am Meer. Auch mit dem Windbrecher und der mächtigen Ventilation und der Luftverschmutzung sollten Wind- und Temperaturveränderungen zu einem Minimum gehalten werden.
Aber das ist nicht genug, um die Qualität der Bilder, die ESO hofft, zu bekommen. Dies hat die brightest-minds in der Astronomie und der Ingenieurarbeit nicht unterbrochen, da sie einen Prozess namens Adaptive Optics entwickelt haben. Wie ich schon erwähnt habe, wird das vierte Bildschirm auf dem Teleskop ein riesengroßes Adaptive Bildschirm sein.
A computer will keep track of turbulence in the atmosphere by observing the movement of guide stars, or even artificial stars created by these powerful lasers, and send corrections to the fourth mirror's 8000 actuators to distort the mirror so that light reflecting off it hits the fifth mirror almost as if the atmosphere was not there.
Wenn man die Sterne anschaut und bemerkt, dass sie wabbeln, ist das die Atmosphäre, die die Sterne wabbeln lässt. Wabbeln passiert schnell und das zerstörte Bildschirm muss diese Veränderungen im Alltag behalten. Der Computer wird auch die primären Bildschirmsegmenten bemerken, um sicherzustellen, dass sie sich an der Linie 2 befinden.
Adaptive Optik bedeutet, dass Bilder, die von der ELT erzeugt werden, schärfer sein können als Space-Teleskope, wegen ihrer viel größeren Bildschirme. While adaptive optics don't completely eliminate atmospheric distortions, the fact its mirror is so big means it will easily keep up with or even exceed the James Webb Space Telescope in some observations. So, where does this light end up?
Well, into a variety of instruments, all designed to do something slightly different. Some of the highlights include three powerful spectrographs and two cameras that will put the one on the James Webb Space Telescope to shame. Here you can see an expected spatial resolution difference between the Hubble Space Telescope, the James Webb Space Telescope and the ELT.
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Chapter 5: What is the Vera C. Rubin Observatory?
Es wurde früher geglaubt, dass nur Supernovae das tun könnten, also hat die Erfindung, dass normale Sterne das gleiche tun, eine wichtige Erfindung in der Veränderung der Formation von Sternen im frühen Universum.
Die stellaren Winde verhindern, neue Sterne zu formen, die zu nah an der heutigen sind, während sie auch die Stoffe weiter entfernen, um die Chancen, dass Sterne weiter entfernt werden, zu erhöhen. Und was ist mit dieser planetären Nebula, NGC 7027? Durch die Analyse ihres Lichtsignatures konnten Wissenschaftler zum ersten Mal Heliumhydrid in der Welt entdecken.
Diese Moleküle hat lange als ein wichtiges Bildungsblock für eine komplexere Chemie gesetzt, als das Universum nur 100.000 Jahre alt war. Aber bis Sophia es hier beobachtete, hatten Wissenschaftler keine Beweise dafür, dass es wirklich in der Welt gefunden werden könnte, nachdem sie es nur in Laborbedingungen erschaffen hat. Eines der vielen Beispiele einer Theorie, die die Überwachung auslöst.
Sophias Fähigkeit, in Infrarot zu sehen, gibt es Hinweise auf die Temperatur des Universums.
Zum Beispiel, als man bemerkte, dass die Infrarot-Britannien in diesem Doppelstar-System 10% breiter waren als es eine Dekade hervorragend war, konnten Wissenschaftler entdecken, dass zwei große Exoplaneten wahrscheinlich in einem System gewalttätig zusammengefallen sind, das Material und das Wasser um sie herum heizt. Diese kataklysmische Kollision wäre sonst sehr schwierig zu entdecken gewesen.
Aber meine persönlichen Lieblingsfaktoren von einigen der meisten mesmerisierenden Bilder sind diese. Diese seltsamen Linien, die man hier durch die Bilder der Sterne sehen kann, sind magnetische Felder, die Masse channelieren, wie es die Wissenschaftler nur bis Sophia bemerkt hatten.
Diese Felder können die Masse von Galaxien entfernen, sie können sie von Black Holes entfernen, wie die in der Mitte unseres Milky Way, die es sauber und ruhig hält, oder sie können Masse nach Black Holes funnelieren, um die Masse ständig zu konsumieren.
Wenn du wissen willst, warum das Universum so funktioniert, dann verstehst du, dass die Rolle von magnetischer Erweiterung so wichtig ist, wie das Verständnis von Gravität. Und das ist etwas, was Sophia uns wie kein anderes Teleskop gibt.
Von Nebulas bis zu Planeten, von der Formierung von Sternen bis zu den grundlegenden Bildungsblöcken des Universums, hat Sophia die Tür zurückgezockt, um faszinierende Geheimnisse zu entdecken, und das in einer wirklich einzigartigen Art und Weise gemacht. Männer und Frauen haben mit ihr reisen, die Wissenschaft in der Realität zu tun, als sie ihren Blick über das Universum ausweist.
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Chapter 6: How does the Rubin Observatory differ from previous telescopes?
Vielleicht war es ein Relikt von einem vergangenen Zeitpunkt und Flugzeuge sind nicht das echte Zukunft der Sprechexploration. Aber ohne Dinge auszuprobieren und innovieren, würden wir es nie wirklich wissen. Was denkst du? War es gut, dass wir Sophia hatten, auch wenn wir nur sagen, dass es nicht so viel erreicht hat, wie wir es gehofft hätten? Oder hätte das Geld besser andersherum gespart?
Was ist der Preis, den wir auf Erfahrung und Wissen einbringen können? Egal ob besser oder schlimmer, für fast eine Jahrhunderte hat NASA und deutsche Wissenschaftler wirklich versucht, einen Teleskop an die Seite eines Flugzeugs zu stecken. Und das ist ein Fakt, das mein Verständnis für das Mögliche erweitert hat.
Ich wäre überrascht, wenn ihr die News letzte Woche über das dunkle Loch, das im Zentrum von M87 beobachtet wurde, überrascht. Eine elliptische Galaxie, ungefähr 55 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Dieser Mammut eines Black Holes ist einer der größten, die wir kennen, mit einer erwarteten Masse von ca. 4 Billionen Sonnen.
Dies macht den supermassiven Black Hole am Zentrum unserer eigenen Galaxie vergleichbar müde, Sagittarius A-Star nur 4 Millionen Solarmassen. M87s Black Hole, bekannt als M87-Star, ist nicht nur massiv, sondern auch riesig. Die Weise, wie wir einen Black Hole messen, kommt von seinem Eventhorizont, oder dem Punkt, an dem nicht mal Licht die Gravität des Black Holes entfernen kann.
Nur um euch einen Sinn für die Größe zu geben, wenn unser Solarsystem am Zentrum des M87 war, würde die Orbit von Neptun nicht mal so nah an den Eventhorizont kommen. Es bewirft sogar den größten Stern, den wir kennen, UY Scuti, welcher in diesem Video der Stern auf der Seite unseres Solarsystems ist. So why not use Hubble to image M87 Star? It's the best telescope we've got at the moment, right?
Well, in some ways, yes. But not all telescopes do the same thing. The Hubble telescope has indeed looked at M87, but Hubble can only see predominantly invisible light wavelengths. Das ist nicht so gut, wenn man durch Objekte schaut, wie Gas und Stoff, die die Aussicht blockieren. Deshalb sieht Hubble die Aussicht von Nebulen und Galaxien so beeindruckend aus.
Sie sieht alle Stoffstrukturen und molekulare Flügel. Schwarzhäuser, unerwartet, produzieren keine Licht, was sie extrem schwierige Kandidaten zu beobachten macht. Was wir sehen können, ist das glatte Material, das in einem Schwarzhäuser-Akkretionsdisk gefunden ist.
Still, due to the vast amount of material in a black hole's accretion disk, actually observing a black hole is very difficult in the visible light spectrum. This video shows what the accretion disk of a black hole would look like through different wavelengths of light, starting with shorter wavelengths. As the wavelength decreases, the material surrounding the black hole becomes more visible.
So the secret to imaging a black hole is to get the frequency just right, to give a good balance of what's visible. Und das ist das, was das Event Horizon Teleskop ist. Es ist ein riesiges Array von landbasierten Radio-Teleskopen, die durch die Welt zusammenarbeiten, um scharfe Löcher wie dieses zu bilden.
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Chapter 7: What is the Extremely Large Telescope (ELT)?
As it happens, yes we have. There are a few ground-based programs on the hunt for rogue planets operating right now, like OGLE, MOA and SuperMacho. At present they have found 22 rogue planet candidates in all, with the most exciting one being OGLE2012BLG1323. If this rogue planet gets confirmed,
Es wird in manchen Fällen der kleinste verrückte Planete entdeckt werden, also ungefähr die Masse der Erde. Wie ein Körper wie dieses frei fließend in der Welt fliegt, wissen wir noch nicht wirklich. Wir sind noch sehr früh in diesem Bereich der Erfindung.
Aber sobald der James-Webb-Spaceteleskop und der Romans-Spaceteleskop laufen, hoffentlich werden wir viel mehr Informationen über diese faszinierenden Objekte finden. So, there we have it. How we can detect the invisible objects that are rogue planets. If I tell you to imagine a telescope, what do you see?
Perhaps you picture an old wooden cylinder with lenses at both ends, similar to the one that Galileo Galilei first used to gaze up at the heavens and see the moons of Jupiter. Or maybe your mind is constructing a cathedral-sized dome with mirrors as big as tennis courts wie die Teleskope hoch in den Bergen von Chile und Hawaii.
Oder du könntest sogar auf Visionen von enormen Teilen driften, wie das berühmte Arecibo-Teleskop, das einmal Radiowälder von über dem Kosmos gefangen hat. Was du wahrscheinlich nicht vorstellst, ist ein Kubikkilometer ähnlicher Eis unter der Oberfläche unseres Planeten Südpol. Und yet, deep below the frigid landscape of Antarctica, there lies precisely this.
A strange telescope in one of the most inhospitable environments on Earth, designed to observe not visible light, but instead one of the most unusual and elusive particles in the universe. I'm Alex McColgan and you're watching Astrum. And today we're joining the Ice Cube Observatory in its hunt for neutrinos, also known as ghost particles.
Wenn Sie auf dieser eisenen Oberfläche standen, könnten Sie sich nicht erinnern, dass einige der rarsten Events im Universum unter Ihren Füßen beobachtet werden. Lociert an der weltweit größten menschlich besorgten Basis der Welt, der Munson-Scott-South Pole Station, macht IceCube den Einsatz der ganzen Eis, in der sie gebaut ist, um hohe Energie-Neutrinopartikel zu beobachten. Aber warum?
Warum dieses extreme Umfeld und das seltsame Design? weil Neutrinos seltsam sind. Echt seltsam. Neutrinos sind grundlegende Partikel, wie Quark und Elektronen. Die meisten dieser Neutrinos kommen auf der Erde aus der Sonne, wo sie von den Nuklearfusion-Reaktionen, die sich in ihrem Kern befinden, ausgelöst werden. Andere Neutrinos werden von kataklysmischer Herkunft kommen, wie z.B.
ein supermassives dunkles Loch, Supernovae oder irgendein anderes kosmisches Event, das genug Energie braucht, um Atome in ihre subatomischen Partikel zu rippen.
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Chapter 8: What groundbreaking capabilities will the ELT have?
Da die neu erschaffene Muon durch das unglaublich leichte und dünne Eis fliegt, kann sie die Geschwindigkeit überstehen, es braucht Licht, um durch das gleiche Eis zu fliegen. Nun, lasst uns klar sein, dass nichts schneller als Licht fliegt, in einem Vakuum, aber in anderen Materialien, wie Eis, flüssiges Wasser und Glas, kann Licht ausgelöst werden.
Dies ist keine Verletzung der Physik, sondern eher eine Konsequenz eines Lichts, das mehr ausgelöst wird als andere Partikel im Eis. Sobald das Muon über seine Photon-Verteidigungen rast, erzeugt es eine Schockwelle von blauem Licht, das sich in einem Kondensformat aus dem Weg ausbreitet. Ein ehrlicher Phänomen, der Cherenkov-Radiation genannt wird.
Die Trenckhoff-Radiation ist meistens mit Nuklearreaktoren verabschiedet, die durch das Wasser, das ihre Körbe befindet, ehrgeizig eminieren. Diese blaue Farbe in den Nuklearkörben und, seltsam, auch in den Eisern des Südpols, kann glücklich und atmosphärisch aussehen, aber es ist im Grunde das Quanten-Equivalent des sonnigen Bums, das aus einem supersonicen Flugzeug fliegt.
In diesem Fall geht das Flugzeug durch die Luft und die Druck- oder Lautflächen werden in alle Richtungen ausgelöst. Mit der Geschwindigkeit des Flugzeugs, die sich nach der Geschwindigkeit des Lautspreches erhöht, fangen die Flächen vorne an, eine Schockfront von hohem Druck zu formen.
When the plane exceeds the speed of sound, it smashes through the shock front, causing a rapid change of air pressure. This is the sonic boom. The shock front then travels out in a cone, trailing behind the aircraft, which observers will hear as a thunderous clap.
In the case of the muon, the particle is not pushing air, but instead disturbing the electric fields of atoms in the ice with its electromagnetic charge, polarizing the water molecules. As the molecules depolarize back to their usual state, they release the energy that forced them into polarization as photons of blue light traveling out in all directions.
This is happening all along the path the muon takes through the ice. The traveling muon is triggering emission of electromagnetic waves from the water ice molecules, which radiate out into all directions, producing a cone of emission in the direction of the muon's motion.
If the muon was travelling slower than light in the ice, there would be no wavefront and all the expanding light spheres would destructively interfere with each other, cancelling out to complete darkness. But since the muon IS travelling faster than light, the shockfront of constructive waves in the form of blue light is created.
Die Tausende von digitalen optischen Modulen des Eisbüchers sind vorhanden, um dieses signaturierte blaue Licht zu entdecken, das durch das Eis flasht.
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