Fritz Krause (Physiker)

Fritz Krause (* 1927 in Großsärchen) ist ein deutscher Mathematiker und Astrophysiker.

Leben

Gustav Emil Fritz Krause besuchte seit Januar 1946 die Pädagogische Fachschule Gotha und ging von dort zum Studium an die Friedrich-Schiller-Universität Jena. Er legte die Reifeprüfung 1947 an der Vorstudienschule der Universität ab, begann aber schon im Wintersemester 1946 mit dem Studium der Mathematik bei Walter Brödel und Physik bei Friedrich Hund. Das Mathematik-Studium wurde 1951 mit der Arbeit „Die Ponceletschen Polygone“ abgeschlossen. Die Promotion erfolgte 1958 bei Walter Brödel mit der Arbeit „Zur konformen Geometrie der dreifachen Orthogonalsysteme“ am Institut für Reine Mathematik.

1958 wurde Krause wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Magnetohydrodynamik Jena der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin unter Leitung von Max Steenbeck. Er arbeitete hier zuerst über Niederdruckplasmen und die Thermodynamik irreversibler Prozesse, später über den Ursprung des kosmischen Magnetismus als Ergebnis eines universellen magnetohydrodynamischen Dynamoprozesses. Im Rahmen dieser Arbeiten habilitierte er sich 1968 an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Jena mit der Thesis „Eine Lösung des Dynamoproblems auf der Grundlage einer linearen Theorie der magnetohydrodynamischen Turbulenz“.

Seit 1972 leitete Fritz Krause den Bereich „Physik kosmischer Magnetfelder“ am damaligen Zentralinstitut für Astrophysik Potsdam, zu dem auch Abteilungen zur Photometrie und Spektroskopie magnetischer Sterne gehörten. Er ist seit 1980 Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina.[1] Er gehörte seit dieser Zeit viele Jahre dem Redaktionskollegium der Fachzeitschrift Astronomische Nachrichten an.

Wissenschaftliches Wirken

Fritz Krause entwickelte die Mathematik der Dynamotheorie kosmischer Magnetfelder und wandte sie auf Planeten, Sterne und später auch Galaxien an.[2] Die in den ersten Publikationen vorgestellten mathematischen Methoden für eine Elektrodynamik turbulenter Medien[3] entwickelten sich zum Auftakt zahlreicher späterer Untersuchungen anderer Autoren. Die ursprünglich deutsch geschriebenen Publikationen sind bald nach ihrem Erscheinen von P. H. Roberts und M. Stix ins Englische übersetzt worden und gehören seitdem zu den Grundsteinen des mittlerweile eigenständigen Wissenschaftszweiges Dynamotheorie. Die damals eingeführten Benennungen (α-Effekt, α-Ω-Dynamo, Schraubensinn) sind größtenteils noch heute im Gebrauch.

Die aus der Mathematik folgende neue Idee war, dass in Turbulenzen mit einem bevorzugten Schraubensinn – wie er in rotierenden Himmelskörpern allgemein existiert – die stochastischen Bewegungen nicht nur großräumige Magnetfelder zerstören, was schon bekannt war, sondern über den α-Effekt auch gleichzeitig erzeugen. Die auf diese Weise modifizierte Grundgleichung der Elektrodynamik erlaubt Lösungen mit großräumigen Magnetfeldern von Dipol- oder Quadrupolgeometrie, die man – wie es in der Astrophysik und der Geophysik seit Jahrhunderten geschieht – im Außenraum vermessen kann. Je nach Stärke der differentiellen Rotation im Inneren der Himmelskörper bilden sich Gleich- oder Wechselfelddynamos, die sich im zeitlichen Verhalten und in der Geometrie der induzierten Magnetfelder stark voneinander unterscheiden.[4][5]

Einen Sonderfall bilden die Magnetfelder der Galaxien, deren Inneres durch direkte Beobachtungen gut bekannt ist.[6] Unter dem Einfluss der galaktischen Rotation führt die vertikal stark geschichtete interstellare Turbulenz zu einem komplizierten tensoriellen α-Effekt, der im Zusammenspiel mit der differentiellen Rotation und dem galaktischen Wind („galactic fountains“) ausgedehnte Magnetfelder vom Quadrupoltyp erzeugt, so wie sie auch beobachtet werden. Ein noch ungelöstes Problem stellt die Herkunft der nötigen schwachen Saatfelder dar, die nicht die falsche Symmetrie haben dürfen.[7]

Bücher

  • mit K.-H. Rädler: Elektrodynamik der mittleren Felder in turbulenten leitenden Medien und Dynamotheorie. In: R. Rompe, M. Steenbeck (Hrsg.): Ergebnisse der Plasmaphysik und der Gaselektronik. Band II, Akademie-Verlag, Berlin 1971.
  • mit K.-H. Rädler: Mean-field magnetohydrodynamics and dynamo tΩheory. Pergamon Press, Oxford/ Akademie-Verlag, Berlin 1980.
  • mit K.-H. Rädler und G. Rüdiger: The cosmic dynamo. Proceedings of the 157th International Astronomical Union Symposium. Kluwer, Dordrecht 1993.

Einzelnachweise

  1. Mitgliedseintrag von Fritz Krause bei der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina, abgerufen am 1. Februar 2016.
  2. M. Steenbeck, F. Krause: Erklärung stellarer und planetarer Magnetfelder durch einen turbulenzbedingten Dynamomechanismus. In: Zeitschrift für Naturforschung. 21, 1966, S. 1285.
  3. M. Steenbeck, F. Krause, K.-H. Rädler: Berechnung der mittleren Lorentz-Feldstärke für ein elektrisch leitendes Medium in turbulenter, durch Coriolis-Kräfte beeinflußter Bewegung. In: Zeitschrift für Naturforschung. 21, 1966, S. 369.
  4. M. Steenbeck, F. Krause: On the dynamo theory of stellar and planetary magnetic fields. I. AC-dynamos of solar type. In: Astronomische Nachrichten. 291, 1969, S. 49.
  5. M. Steenbeck, F. Krause: On the dynamo theory of stellar and planetary magnetic fields. II. DC-dynamos of planetary type. In: Astronomische Nachrichten. 291, 1969, S. 271.
  6. F. Krause, R. Wielebinski: Dynamos in galaxies. In: Reviews in modern astronomy. 91, 1991, S. 260.
  7. F. Krause, R. Beck: Symmetry and direction of seed fields in galaxies. In: Astronomy and Astrophysics. 335, 1998, S. 789.

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