Die Anfänge der „Nutzung“
-
Die Astronomie ist eine der ältesten und zugleich modernsten Wissenschaften
Man begann sich damit zu beschäftigen, als der Ackerbau entstand, denn man brauchte einen zuverlässigen
Kalender
Für Seefahrer war es wichtig, wann mit Stürmen oder Flauten zu rechnen war, und in welche Richtung zu
segeln mussten
Mittelamerika, Ägypten, Babylonien und China waren die Vorreiter im Beobachten
Aufzeichnungen reichen bis ins 3. und 4. Jahrtausend vor Chr. zurück
Lokale Blase
-
Galaktische Region in der sich unser Sonnensystem befindet
Beinahe frei von interstellaren Staub
Blase erstreckt sich ca. 200 Lichtjahre entlang der galaktischen Ebene
und ca. 600 Lichtjahre senkrecht dazu
besteht aus sehr heißen und extrem verdünnten Gas
hauptsächlich aus Wasserstoff der interstellaren Staub von der Erde fernhält
extrem geringe Dichte
Blase wurde entdeckt, weil sie intensive Röntgenstrahlung aussendet
Wahrscheinlich durch die Druckwelle einer Supernova vor 4 Milliarden Jahren entstanden
Sonnensystem
-
-
Planetenumlaufbahnen sind Ellipsen mit der Sonne im Brennpunkt, nur Pluto und Merkur haben fast
kreisförmige
Besteht aus:
der Sonne ( 1. Mio. faches Volumen der Erde)
acht Planeten
68 Satteliten der Planeten
einer großen Anzahl kleiner Körper (Planetoiden, Asteroiden und Kometen)
dem interplanetarischen Medium
Klassifikationsmöglichkeiten der Planeten
Nach der Zusammensetzung
-
terrestrisch (felsig)  aus Felsen und Metallen, hohe Dichte, feste Oberfläche, wenig Monde, keine Ringe,
geringe Rotationsgeschwindigkeit
jovianisch ( gasförmig)  aus Wasserstoff und Helium, geringe Dichte, tiefe Atmosphären, Ringe, viele
Monde, hohe Rotationsgeschwindigkeit
Nach der Größe
-
kleine Planeten  Durchmesser unter 13.000 Kilometer
große Planeten  Durchmesser über 48.000 Kilometer
dazwischen?
Nach der Position
-
Position zu Sonne  innere und äußere Planeten
Position zur Erde  niedrigere und höhere Planten
Sonne
-
Befindet sich in einer Balkenspiralgalaxie mit 100-400 Milliarden weiteren Sternen
Balkenspiralgalaxie hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren
Sonnensystem liegt im Orionarm
Ist das größte Objekt im Sonnensystem ( fast 99,9% der Gesamtmasse)
Durchmesser: 1.390.000 km
Masse: 1,989 * 1030 kg
Temperatur: 5.800 K (Oberfläche)
Temperatur: 15.600.000 K (Kern)
Besteht aus Wasserstoff, Helium, Methan
Pro s werden 564 Mio. Tonnen Wasserstoff zu 560 Mio. Tonnen Helium fusioniert, wobei eine
Gesamtleistung von etwa 370 Quadrillionen Watt freigesetzt wird
rotiert in ca. vier Wochen um die eigene Achse
Wirkung nach außen  Wärmestrahlung, Sonnenwind
Merkur
-
Der nächste Planet zur Sonne und der kleinste
Nur von einer Sonde besucht
Kleines Magnetfeld und keine bekannten Satteliten
Venus
-
Der zweite von der Sonne aus
Von 20 Sonden besucht
Starke Winde, kein Magnetfeld, keine Satteliten
Giftige Atmosphäre
Oberfläche von Kratern übersäht
Venus dreht sich entgegengesetzt der Umlaufbahn um die Sonne
Auf der Venus geht die Sonne also im Westen auf und im Osten unter
Erde
-
Dritte Planet von der Sonne aus
6 größte Planet
Umlaufbahn: 150 Mio. km von der Sonne entfernt
Durchmesser: 12.756,3 km
Masse: 5,972*1024 kg
71% der Oberfläche mit Wasser bedeckt
der einzige Planet, an dessen Oberfläche Wasser in flüssiger Form bestehen kann
Erdatmosphäre besteht aus 77% Stickstoff und 21% Sauerstoff mit Spuren von Argon, Kohlendioxyd und
Wasser
schwaches Magnetfeld, das elektrische Ströme im Erdkern induziert
Erdmagnetfeld wirft in Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind den Van Allen- Gürtel auf
Mars
-
Verschiedene Sonden unteranderem der Pathfinder
Kleiner als die Erde
Olympus Mons: der größte Berg im Sonnensystem mit 24 km Höhe
Tharsis: riesige Ausbuchtung auf der Oberfläche
Valles Marineres: Schluchten System gegen die der Grand Canyon im Verglich winzig ist
Hellas Planitina: Einschlagskrater auf der Südhalbkugel
-
besitzt eine sehr dünne Atmosphäre aus einem verschwindend geringem Anteil des ursprünglichen
Kohlendioxyds, Stickstoff, Argon, und Spuren von Sauerstoff und Wasser
Am Südpol ein Meer aus Eis (beim Schmelzen wäre der gesamte Planet elf m. mit Wasser bedeckt)
Leichte Winde
Aufgrund von Staubteilchen in der Luft erscheint der Marshimmel leicht rot
Eisen und Gesteinskern, der ein Magnetfeld erzeugt
Monde: Phobos und Daimos
Asteroiden Gürtel
-
Umlaufbahn der Asteroiden: zwischen drei und sechs Jahren
Gesteinsbrocken die es nicht geschafft haben zu einem Himmelkörper zu verschmelzen?
Oder vielleicht ein Planet zwischen Mars und Jupiter der zersprengt wurde?
Das größte bekannte Objekt im Asteroidengürtel heißt Ceres ( ¼ der Masse von Gürtel)
Jupiter
-
Der bei weitem größte Planet
Besitzt doppelt so viel Masse als alle anderen Planeten zusammen
Besteht hautsächlich aus Wasserstoff und Helium und Spuren von Methan, Wasser und Ammoniak
Gasplanet
Wird im Moment von der Sonde „Galileo“ umkreist
Winde, wie alle Gasplaneten ( Diese wehen in Streifen, die aneinander grenzen; interessant ist, dass in
nebeneinanderliegenden Streifen die Winde in entgegengesetzte Richtung wehen)
Starkes Magnetfeld
16 Satteliten
Jupiter verlangsamt sich allmählich durch seine 4 „Galileischen Monde“
Durch die schnelle Rotation gibt es starke Wirbelstürme ( z.B. einer, der schon seit 350 Jahren an der selben
Stelle wirbelt)
Saturn
-
Zweitgrößte Planet
Besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, Spuren von Wasser, Methan, Ammoniak
18 Satteliten und 16 Ringe
Uranus
-
Drittgrößter Planet (nach Durchmesser)
Erstmals 1986 besucht
Verschiedenen Eisenarten und Felsen sind Hauptbestandteile
Besonders ist, dass er eine gekippte Rotationsachse hat
27 Monde und etwa 9 Ringe
Neptun
-
Der viertgrößte Planet von der Sonne aus
Eine einzige Sonde
Ungewöhnlich ausgerichtetes Magnetfeld wie Uranus
13 Monde
Die Wirbelstürme auf Neptun sind die schnellsten im ganzen Sonnensystem (20.000 km/h)
Auf dem größten Mond Neptuns ist es am kältesten im Sonnensystem (Triton)
Pluto
-
Seit Sommer 2006 kein Planet mehr
Noch nie von einer Sonde besucht
Schwankende Oberflächentemperatur
Nur ein Satellit
Randgebiet des Sonnensystems
-
Mehr als 500 Objekte entdeckt, die sich jenseits der Neptunbahn befinden
Diese bilden den Kuipergürtel
Die Objekte sind nahezu unveränderte Überbleibsel aus der Entstehungsphase des Sonnensystems =
Planetesimale
Sedna
-
Planetoid im Kuipergürtel
2003 entdeckt
Neuer Planet UB313
-
Im Kuipergürtel
Wahrscheinlich größer als Pluto
Forscher meinen, dass er wegen seiner Größe zu den Planeten gehört
Oortsche Wolke
-
Jenseits des Kuipergürtels
Vermutung, dass aus dieser herausgerissene Körper als Kometen in innere Bereiche des Sonnensystems
gelangen
Planet X
-
Da Kometen aus der Oortschen Wolke meist aus bestimmten Bereichen ins Sonnensystem gelangen, wird
angenommen, dass es einen weiteren großen Planeten gibt
Dieser soll für die Gemeinsamkeiten der Bahnen von Kometen und Asteroiden verantwortlich sein
Müsste aber wesentlich größer als Jupiter sein
Es könnte sich aber auch um einen braunen Zwerg handeln
Ob diese Vermutungen richtig sind, und wir tatsächlich einen "Dark Star", einen kleinen Zwilling der Sonne
haben, wird die neue Generation von Teleskopen uns vlt. sagen können.
Sternentwicklung
Vor dem „Ausbrennen“ stehen astrophysikalische Umwandlungsprozesse:
Protostern
- riesige Gas- und Staubwolke zieht sich aufgrund einer Störung von außen (Sternexplosion) unter eigener
Schwerkraft zusammen
- In der Wolke wird Materie immer dichter zusammengepresst
- Druck und Temperatur steigen
- Große Energiemengen in Form von Strahlung abgegeben
- Temperatur und der Druck im Zentrum stiegen so weit an, dass Kernfusionsprozesse einsetzen.
- Der so entstehende Strahlungsdruck wirkt der Schwerkraft entgegen
- Die weitere Kontraktion wird aufgehalten
- der Stern stabilisiert sich
- Bei unserer Sonne vor etwa 4,6 Milliarden Jahren
Wasserstoffbrennen
- Stern ballt sich unter seiner eigenen Schwerkraft zusammen, die Temperatur im Zentrum erreicht bis zu 30
Mio. Grad
- H fusioniert zu He
- Temperatur 6 107 °K, Dauer 7 106Jahre
Heliumbrennen
- Kontraktion des Zentrums des Sterns
- Helium fusioniert zu C im Sterninneren
- Kontraktion erhitzt auch H
- Stern wird größer
- Dauer 5 105 Jahre Temperatur 2,3 108 °K
- In der nun folgenden Endphase kommt es zu PulsationenTemperatur und Größe des Sterns verändern sich
Kohlenstoffbrennen
- Dauer 600 Jahre Temperatur 9,3 109 K; 12C + 12C zu Neon
Neonbrennen
- Neon verbrennt zu Sauerstoff
- Dauer ca. 7 Jahre, Temperatur 1,3 109 K
Sauerstoffbrennen
- 16O + 16 O und 12C + 16O Si
Dauer 6 Monate; T 2,3 109 K
Siliziumbrennen
- 28Si + 28Si zu Fe Temperatur 4,1 109Grad
- Dauer 1Tag
- eine weitere Fusion würde keine Energie mehr freisetzen, sondern aufzehren
- Die Fusion stoppt
Nova oder Supernova
- bei mehr als 1,5facher Sonnenmasse = Supernova
- Im Zentrum nun ein Fe Kern
- Temp. auf 8 109 Grad
- Stern kollabiert
- Materie stark komprimiert Explosion
- Kern schnellt zurück
- enorme Neutrinomenge abgestrahlt, Schockwelle rast durch Sternverschmilzt Sauerstoff-Atome zu
schwereren Elementen
- Erreicht die Schockwelle die Sternoberfläche, wird Sternenmaterial weit ins Weltall geschleudert
Mögliche Endstadien
Weißer Zwerg
- voraussichtliches Endstadium unserer Sonne
- bei Sterne < 1,4 Sonnenmassen bildet sich nach dem Abklingen der Kernfusionen ein kompakter Kern aus
Helium und anderen schwereren Elementen
- alle weißen Zwerge haben etwa 0,5 Sonnenmasse
- geringer Strahlungsleistung aber hohe Oberflächentemperatur
- Durchmesser ca. 107m
- Hohe Dichte, hohe Schwerkraft an der Oberfläche dieser Sterne (meist gasförmig)
- je nach Temperatur fester oder kristalliner Kern
- Leuchtkraft etwa 0,1 bis 1% eines „gewöhnlichen“ Sternes
- Bleiben nach dem Auskühlen stabil ( Elektronendruck = Gravitationsdruck)
- Ein W.Z. besteht fast völlig aus entarteter Materie
- Nur Oberflächenschicht enthält noch intakte Atome
- Die Dichte nimmt nach innen zu
- Wenn er abkühlt leuchtet er nicht mehr und wird zum Schwarzen/Braunen Zwerg
Neutronenstern
- Bei Sternen mit mehr als 1,4facherSonnenmasse kann der Druck entarteter Elektronen
nicht mehr durch Gravitationsdruck kompensiert werden
- der Stern kollabiert bis er beinahe die Dichte des Atomkerns erreicht hat
- freiwerdende Gravitationsenergie kann zu einem gewaltigen Abstoßen der äußeren Sternmaterie führen
- Die ausgestoßene Materie (bis zu 90% der Gesamtmaterie des Sterns) wird mit bis zu 107 m/s
ausgeschleudert
- Bei Sterndichte zwischen 1014kg/m³ und 1018 kg/m³ kommt es zum inversiven Betazerfall
- Die entstehenden Neutrinos können als Neutrinoschauer vor dem Lichtblitz der Supernova nachgewiesen
werden
- Es entstehen immer neutronenreichere Atomkerne, bis bei einer Dichte von über 1016 kg/m³
nur mehr Neutronenmaterie vorliegt
- Ist die Sternmasse kleiner als 2,5 Sonnenmassen, kommt der Kollaps bei einem zum Stillstand
Schwarzes Loch
- Hat ein Stern mehr als 2,5 Sonnenmassen, kann der Zusammenbruch auch durch den Quantendruck der
Neutronen nicht mehr zum Stillstand gebracht werden
- Der Radius des Sterns verkleinert sich immer mehr, bis die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit
überschreitet
- Schwarzschildsingularität: Mittelpunkt, in dem die gesamte Masse vereint ist
- Superdichtes Objekt, ist dunkel, schwarz, Masse nach oben unbegrenzt
- Die theoretische Lebensdauer eines Schwarzen Loches von der Größe der Sonnenmasse wäre 1067 Jahre
- Im Sternbild Schwan vermutet man Schwarze Löcher auch bei Doppelsternsystem HD226868
Nachweis möglich durch :
-
Abstrahlung von Energie, der in das Schwarze Loch stürzenden Materie: stürzende Materie erreicht
Geschwindigkeiten knapp unter c.
Umkreist eine Gasmenge ein Loch, kann ein Gasteilchen nur unter Energieverlust auf tiefere Bahnen
gelangen „Todesschrei“ ( Röntgenstrahlen)
-
Krümmung der Lichtstrahlen: (Gravitationslinse) Das Licht eines einzigen Objekts wird durch die
Gravitationslinse in zwei spektroskopisch gleiche Bilder aufgespalten
-
Verdampfen durch Elektron-Positron Paarbildung: Findet eine Elektron-Positron Paarbildung in der Nähe
des Schwarzschildradius statt, könnte eines der beiden Teilchen in das Schwarze Loch gezogen werden. Die
Masse des Schwarzen Loches müsste um die Masse des freien Teilchens abnehmen, bis es nach sehr vielen
solcher Prozesse verschwindet
Entfernungsbestimmungen (Astronomische Entfernungsbestimmung)
Parallaxenmethode
-
Wenn man ein Objekt von verschiedenen Standorten aus betrachtet, so sieht man es unter verschiedenen
Winkeln
Je weiter die verschiedenen Standorte voneinander entfernt sind, umso größer ist die Winkelverschiebung
Wenn an den Sternenhimmel betrachtet, so verschiebt sich auch unser Standort
Vor dem Hintergrund von weit entfernten Sternen verschiebt sich somit die Position von nahen Sternen um
einen messbaren Betrag
Somit lässt sich aus Basislänge und Parallaxenwinkel die Entfernung berechnen
Keine hohe Genauigkeit
Parallaxensekunde=parsec ( die Entfernung aus der der Erdbahnradius unter einem Winkel von einer
Bogensekunde erscheint)
1 parsec entspricht ungefähr einer Entfernung von 3,26 Ly
Cepheidenmethode
-
Cepheiden sind pulsierende Sterne
Sie dehnen sich aus und schrumpfen wieder, was eine Änderung der Leuchtstärke mit sich bringt
es besteht ein Zusammenhang zwischen der Leuchtstärke und der Pulsationsperiode
Somit kann die Leuchtstärke anhand der Pulsationsperiode gemessen werden
Wird die Helligkeit, mit der von der Erde aus gesehenen verglichen, kann man seine Entfernung bestimme
Hubble-Gesetz
-
Wenn die Entfernung zu groß ist, versagt die Cepheidenmethode
Mit dem Hubble-Gesetz funktioniert es trotzdem
Denn Licht, das von weit entfernten Galaxien zu uns kommt zeigt im Spektrum eine Verschiebung zu Rot
Dies liegt am Doppler-Effekt und zeigt, dass sich die Galaxien von uns entfernen
Das Hubble-Gesetz an sich kann dazu verwendet werden, um aus der Fluchtgeschwindigkeit auf die
Entfernung zu schließen
Unverlässlich, weil Hubble-Konstante mit großer Unsicherheit behaftet ist (75+-25)
Temperatur, Leuchtstärke und Größe
-
Weitere Informationen können aus dem Sternspektrum gewonnen werden
Die Oberflächentemperatur eines Sterns kann anhand seiner Farbe des Lichtes ermittelt werden
Eine genaue Bestimmung der Temperatur ist durch die Wien´schen Verschiebungsgesetzte möglich
Das Boltzmann Gesetz ermöglicht es aus der Temperatur die Strahlungsleistung zu berechnen
Helligkeit eines Stern nimmt mit der Entfernung quadratisch ab
Stellt man die Gesamtstahlungsleistung in Beziehung zur spezifischen Strahlungsleistung, so lamm man die
Größe des Sterns berechnen
Formeln auf Seite 253
Das Hertzsprung-Russel Diagramm
-
Hat zum Verständnis der Sternentwicklung beigetragen
Entlang der Diagonalen ist die Sterndichte am größten  Hauptreihe
Rechts ist der Riesenast und unten der der weißen Zwerge
Die Flächen dazwischen sind fast leer
Die Hauptreihe
-
Dort sind die Sterne die sich auf einer Phase mit stabilen Gleichgewicht befinden
Ihr Energiebedarf wird durch H-Fusion gedeckt
Links oben sind die blauen Riesensterne (hoher Gasdruck, hohe Temperaturen, große Masse, hohe
Leuchtkraft)
Rechts unten sind die roten Zwergsterne
Diese haben eine kleine Masse und geringeren Gravitationsdruck, also niedrige Temperatur
Der Riesenast
-
Dort haben die Sterne trotz niedriger Temperatur hohe Leuchtkraft
Die Roten Riesen sind die wahren Giganten des Himmels
Diese haben aufgrund der großen Oberfläche eine so hohe Leuchtkraft
Herunterladen

Entfernungsbestimmungen (Astronomische Entfernungsbestimmung)