Jack Wisdom

Jack Wisdom

Jack Leach Wisdom (* 28. Januar 1953 in Lubbock, Texas) ist ein US-amerikanischer Physiker, bekannt für himmelsmechanische Untersuchungen, die Hinweise auf chaotisches Verhalten im Sonnensystem erbrachten.

Wisdom studierte an der Rice University Physik (Bachelor-Abschluss 1976) und promovierte 1981 am Caltech. Er ist Professor of Planetary Science am MIT.

Forschung

Wisdom ist bekannt für verschiedene Resultate, die chaotisches Verhalten in himmelsmechanischen Problemen unseres Sonnensystems zeigen. Beispielsweise fand er mit Gerald Jay Sussman Anzeichen dafür, dass die Plutobahn chaotisch ist und im Vergleich zu den Bahnen der anderen äußeren Planeten auf großen Zeitskalen (simuliert wurden 1988 auf dem Digital Orrery 845 Millionen Jahre) sehr kompliziert.[1] Nachdem Jacques Laskar 1989[2], eine Langzeit-Simulation des Sonnensystems (ohne Pluto) für etwa 100 Millionen Jahre durchführte, die Anzeichen chaotischen Verhaltens zeigte, wiederholten und bestätigten dies Sussman und Wisdom auf dem Supercomputer Toolkit, einem Spezialcomputer für solche Simulationen.[3] Die Zeitskala für die Ausbildung chaotischen Verhaltens (entsprechend dem Ljapunow-Exponenten) beträgt dabei 4 bis 5 Millionen Jahre.

Eines der augenfälligsten Beispiel für chaotische Bewegung im Sonnensystem ist die Orientierung der Rotationsachse und die Rotationsrate des äußeren Saturn-Mondes Hyperion, die Wisdom ebenfalls untersuchte. Sie wird verursacht durch eine stark unregelmäßige Form und die schwachen Gezeitenkräfte des Saturn und tritt außerdem besonders in Erscheinung wegen der großen Ekzentrizität der Bahn. Nach Wisdom treten chaotische Phasen bei jedem unregelmäßig geformten Mond auf, kurz bevor seine Rotation sich mit der des Planeten synchronisiert (Resonanzfall). Mit Touma zeigte er auch, das die Neigung der Rotationsachse des Mars zur Bahnebene starken chaotischen Schwankungen ausgesetzt ist, mit Auswirkungen auf das Marsklima.[4]

Wisdom erklärte auch verschiedene Lücken im Asteroidengürtel, wie die Kirkwood-Lücke.[5] Sie ergeben sich zwar grob aus einer Resonanz mit der Bahnperiode des Jupiter (bei der Kirkwood Lücke im Verhältnis 3:1), zu ihrer genauen Erklärung reicht das aber nicht aus, da bei einigen Resonanz-Bahnen keine Lücke auftritt. Dazu waren Simulationen der Bahnen über lange Zeitperioden nötig (Millionen von Jahren), erst dann zeigten sich Spitzen in der Ekzentrizität der Bahn, die ein Herauskicken und damit die Entstehung der Lücke erklärten.

Dafür entwickelte er einerseits neue numerische Methoden (wie eine symplektische Abbildung des gravitativen N-Körper-Problems mit Matthew Holman[6]), andererseits spezielle Computer-Hardware, wie den Digital Orrery in den 1980er Jahren mit Sussman. Die Verwendung verschiedener Verfahren erlaubte auch eine gegenseitige Kontrolle der Rechnungen.

Wisdom untersuchte auch das Erde-Mond System und die Entwicklung der Rotationsparameter des Mondes, die Wechselwirkung von Erdkern und Erdmantel, und den durch Gezeiteneffekte, die den Mond „durchkneten“, angetriebenen Vulkanismus auf dem Saturn-Mond Enceladus. Er befasste sich auch mit der Entdeckung extrasolarer Planeten (wie 55 Cancri f).

Wisdom schlug 2003 einen Fortbewegungsmechanismus in der allgemein-relativistischen Raum-Zeit allein aufgrund von Formänderungen des Körpers vor, er nannte dies Schwimmen in der Raum-Zeit (Swimming in Spacetime).[7]

Mit Sussman und Mayer verfasste er ein Algorithmen-orientiertes Lehrbuch der Klassischen Mechanik.

Auszeichnungen und Mitgliedschaften

1986 erhielt er den Harold-C.-Urey-Preis, 1987 den Helen-B.-Warner-Preis und 2002 den Dirk Brouwer Award der American Astronomical Society (AAS). 1988 bis 1994 war er Presidential Young Investigator der National Science Foundation. 1994 erhielt er eine MacArthur Fellowship. Er ist seit 1992 Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und seit 2008 der National Academy of Sciences.

Schriften

  • mit Gerald Jay Sussman, Meinhard E. Mayer: Structure and Interpretation of Classical Mechanics, MIT Press 2001
  • Chaotic behaviour in the solar system, Proceedings Royal Society A, Bd. 413, 1987, S. 109, Online hier pdf-Datei

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Sussman, Wisdom, Science Bd. 241, 1988, S. 433.
  2. Nature, Bd. 338, 1989, S. 237.
  3. Wisdom, Sussman: Chaotic evolution of the solar system, Science Bd. 257, 1992, S. 56–62.
  4. Wisdom, Touma, Science, Bd. 259, 1993, S. 1294. Vor 4 Millionen Jahren war danach die Neigung um 45 Grad, viel größer als die etwa 25 Grad heute.
  5. in seiner Dissertation. Veröffentlicht als: The origin of Kirkwood gaps, Astron. Journal, Bd. 87, 1982, S. 577.
  6. Wisdom, Matthew Holman: Symplectic maps for the n body problem, Astronomical Journal, Bd. 102, 1991, S. 1528. Von Touma und Wisdom erweitert, so dass auch die Rotationsdynamik eingeschlossen ist, Lie Poisson Integrators for rigid body dynamics in the solar system, Astron.J. Bd. 107, 1994, S. 1189.
  7. Wisdom: Swimming in spacetime: motion by cyclic changes in body shape, Science, Bd. 299, 2003, S. 1865–1869.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


27.07.2021
Topologie in der Biologie
Ein aus Quantensystemen bekanntes Phänomen wurde nun auch im Zusammenhang mit biologischen Systemen beschrieben: In einer neuen Studie zeigen Forscher dass der Begriff des topologischen Schutzes auch für biochemische Netzwerke gelten kann.
26.07.2021
Nadel im Heuhaufen: Planetarische Nebel in entfernten Galaxien
Mit Daten des Instruments MUSE gelang Forschern die Detektion von extrem lichtschwachen planetarischen Nebeln in weit entfernten Galaxien.
26.07.2021
Langperiodische Schwingungen der Sonne entdeckt
Ein Forschungsteam hat globale Schwingungen der Sonne mit sehr langen Perioden, vergleichbar mit der 27-tägigen Rotationsperiode der Sonne, entdeckt.
26.07.2021
Ein Stoff, zwei Flüssigkeiten: Wasser
Wasser verdankt seine besonderen Eigenschaften möglicherweise der Tatsache, dass es aus zwei verschiedenen Flüssigkeiten besteht.
26.07.2021
Ins dunkle Herz von Centaurus A
Ein internationales Forscherteam hat das Herz der nahegelegenen Radiogalaxie Centaurus A in vorher nicht erreichter Genauigkeit abgebildet.
26.07.2021
Ein möglicher neuer Indikator für die Entstehung von Exoplaneten
Ein internationales Team von Astronomen hat als erstes weltweit Isotope in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesen.
26.07.2021
Auf dem Weg zur Supernova – tränenförmiges Sternsystem offenbart sein Schicksal
Astronomen ist die seltene Sichtung zweier Sterne gelungen, die spiralförmig ihrem Ende zusteuern, indem sie die verräterischen Zeichen eines tränenförmigen Sterns bemerkten.
26.07.2021
Quantenteilchen: Gezogen und gequetscht
Seit kurzem ist es im Labor möglich, die Bewegung schwebender Nanoteilchen in den quantenmechanischen Grundzustand zu versetzen.
26.07.2021
Ein Kristall aus Elektronen
Forschenden der ETH Zürich ist die Beobachtung eines Kristalls gelungen, der nur aus Elektronen besteht. Solche Wigner-​Kristalle wurden bereits vor fast neunzig Jahren vorhergesagt, konnten aber erst jetzt direkt in einem Halbleitermaterial beobachtet werden.
26.07.2021
Neue Erkenntnisse zur Entstehung des chaotischen Terrains auf dem Mars
Gebiete wie diese gibt es auf der Erde nicht: Sie sind durchzogen von Kratern, Rissen, Kämmen, Tälern, großen und kleinen eckigen Blöcken.
26.07.2021
Synthese unter Laserlicht
Eine Forschungsgruppe hat neue Methode zur Bildung von protoniertem Wasserstoff entdeckt. Mit starken Laserpulsen erzeugen Physiker des attoworld-Teams am Max-Planck-Instituts für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München erstmals protonierten Wasserstoff an Nanooberflächen.
26.07.2021
Materiestraße im All lässt Galaxienhaufen wachsen
Vor einem halben Jahr meldeten Astronomen der Universität Bonn die Entdeckung eines extrem langen intergalaktischen Gasfadens mit dem Röntgenteleskop eROSITA.
26.07.2021
Kosmischer Treffpunkt für Galaxienhaufen
Was treibt Galaxien an, oder führt zu ganzen Ansammlungen von Galaxien – sogenannte Galaxienhaufen? Obwohl kosmologische Modelle und Simulationen diese Strukturen und die Rolle, die sie spielen könnten, vorausgesagt haben, ist die Bestätigung ihrer Existenz durch die Beobachtung mit dem Röntgen-Weltraumteleskop eROSITA ziemlich neu.
28.06.2021
Quantensimulation: Messung von Verschränkung vereinfacht
Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem bisher kaum zugängliche Größen in Quantensystemen messbar gemacht werden können.
28.06.2021
Exotische Supraleiter: Das Geheimnis, das keines ist
Wie reproduzierbar sind Messungen in der Festkörperphysik? Ein Forschungsteam analysierte wichtige Messungen neu. Sie fanden heraus: Ein angeblich sensationeller Effekt existiert gar nicht.
28.06.2021
Paradoxe Wellen: Gefangene Lichtteilchen auf dem Sprung
Physikern ist es gelungen, ein neuartiges Verhalten von Lichtwellen zu beobachten, bei welchem Licht durch eine neue Art von Unordnung auf kleinste Raumbereiche begrenzt wird.
28.06.2021
Isolatoren bringen Quantenbits zum Schwitzen
Schwachleitende oder nichtleitende Materialien haben Innsbrucker Physiker als wichtige Quelle für Störungen in Ionenfallen-Quantencomputern identifiziert.
23.06.2021
Fürs Rechenzentrum: bisher kompaktester Quantencomputer
Quantencomputer waren bislang Einzelanfertigungen, die ganze Forschungslabore füllten.
17.06.2021
Helligkeitseinbruch von Beteigeuze
Als der helle, orangefarbene Stern Beteigeuze im Sternbild Orion Ende 2019 und Anfang 2020 merklich dunkler wurde, war die Astronomie-Gemeinschaft verblüfft.
17.06.2021
Das Elektronenkarussell
Die Photoemission ist eine Eigenschaft unter anderem von Metallen, die Elektronen aussenden, wenn sie mit Licht bestrahlt werden.
17.06.2021
Ultrakurze Verzögerung
Trifft Licht auf Materie geht das an deren Elektronen nicht spurlos vorüber.
17.06.2021
Entdeckung der größten Rotationsbewegung im Universum
D
13.06.2021
Die Taktgeber der Sonne
Nicht nur der prägnante 11-Jahres-Zyklus, auch alle weiteren periodischen Aktivitätsschwankungen der Sonne können durch Anziehungskräfte der Planeten getaktet sein.
13.06.2021
Wenn Schwarze Löcher den Weg für die Sternentstehung in Satellitengalaxien freimachen
Eine Kombination von systematischen Beobachtungen mit kosmologischen Simulationen hat gezeigt, dass Schwarze Löcher überraschenderweise bestimmten Galaxien helfen können, neue Sterne zu bilden.
13.06.2021
Flüssiges Wasser auf Monden sternenloser Planeten
Monde sternenloser Planeten können eine Atmosphäre haben und flüssiges Wasser speichern. Münchner Astrophysiker haben berechnet, dass die Wassermenge ausreicht, um Leben auf diesen wandernden Mond-Planeten-Systemen zu ermöglichen und zu erhalten.