Inhaltsverzeichnis
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Inhaltsverzeichnis Aufbau und Entwicklung des Weltalls • Kosmische Entfernungen .................................................................. • Die Entstehung und die Entwicklung des Weltalls ............................ • Das Sonnensystem ............................................................................ Die Sonne ............................................................................... Energieproduktion ....................................................... Die Sonnenatmosphäre ............................................ Die Sonne am irdischen Himmel ............................... Die Ekliptik ................................................................ Sonnenfinsternisse ................................................... Der Mond ............................................................................... Die Planeten .......................................................................... Die Bahnen der Planeten .......................................... Der Merkur ................................................................ Die Venus .................................................................. Der Mars ................................................................... Der Jupiter ................................................................ Der Saturn ................................................................ Uranus und Neptun .................................................. Kleinkörper des Sonnensystems .............................. • Der Lebensweg der Sterne ............................................................... • Galaxien und Galaxienhaufen ........................................................... Blicke zum Himmel • Orientierung am Himmel ................................................................... Die drehbare Sternkarte ......................................................... Die Erkundung des Nordhimmels .......................................... Der Sommerhimmel ............................................................... Der Herbsthimmel .................................................................. Der Winterhimmel .................................................................. Der Frühlingshimmel .............................................................. • Sonne, Mond und Planeten .............................................................. • Finsternisse ...................................................................................... • Was es sonst noch zu sehen gibt ..................................................... Kometen ................................................................................. Sternschnuppen (Meteore) .................................................... Das Tierkreisleuchten (Zodiakallicht) ..................................... Der Erdschatten ..................................................................... Astronomische Instrumente • Das Fernglas als Beobachtungsinstrument ...................................... Prüfliste Fernglas ................................................................... • Das erste Fernrohr ........................................................................... Leistungswerte astronomischer Fernrohre ............................ Linsenfernrohre ...................................................................... Das Newtonteleskop .............................................................. Schmidt-Cassegrain und Maksutow-Cassegrain Fernrohre Die Montierung ....................................................................... Etwas Fernrohrmathematik .................................................... Okulare .................................................................................. Sonstiges Zubehör ................................................................. 6 6 10 15 15 15 17 18 21 22 23 29 30 32 32 33 33 34 35 36 38 41 43 43 43 44 45 47 48 50 52 53 56 56 56 57 57 58 58 59 60 60 62 63 64 64 67 69 71 Zenitprisma oder Zenitspiegel ...................................................................... Sucher .......................................................................................................... Taukappe ...................................................................................................... Filter .............................................................................................................. Welches Fernrohr ist für mich geeignet? Eine Zusammenfassung Beobachtungspraxis • Ermutigung ............................................................................................................ • Der Umgang mit Himmelskarten .............................................................................. Die Helligkeit der Sterne ................................................................................ Himmelskoordinaten ...................................................................................... • Die Sonne ................................................................................................................. • Der Mond .................................................................................................................. Formationen auf dem Mond ........................................................................... Die Beobachtung des Mondes ....................................................................... • Planeten und andere Körper des Sonnensystems ................................................... Merkur ............................................................................................................ Venus ............................................................................................................. Mars ............................................................................................................... Jupiter ............................................................................................................ Saturn ............................................................................................................ Uranus, Neptun und Planetoiden .................................................................. • Kometen ................................................................................................................... • Weiter draussen ....................................................................................................... Sterne ............................................................................................................ Kataloge für Sternhaufen und nebelartige Beobachtungsobjekte ................. Beobachtungstechniken ................................................................................ Sternhaufen ................................................................................................... Gas- und Staubnebel ..................................................................................... Planetarische Nebel ....................................................................................... Galaxien - Millionen von Lichtjahren entfernt ................................................. Himmlische Erinnerungsfotos • Sternfeldaufnahmen ................................................................................................. • Aufnahmen von Sonne, Mond und Planeten ............................................................ • Aufnahmen schwacher Nebel ................................................................................... • Aufnahmebeispiele ................................................................................................... Wie geht es weiter? 71 71 72 72 73 75 75 76 76 77 78 81 81 82 83 83 84 84 86 88 89 90 92 92 94 94 95 96 97 97 98 98 99 100 101 103 Anhang 1: Informationsquellen und Materialien ...................................................................... Drehbare Sternkarten - Sternkarten - Mondatlanten - Beobachtungshinweise Anleitungen zur Himmelsfotografie - Zeitschriften (Deutsch) - Software - Internetforen Im Buch erwähnte Deep-Sky Objekte ......................................................................... Anhang 2: Astronomiehändler und Adressenhinweise ............................................................. Anhang 3: Kleines Astronomisches Lexikon ............................................................................ Bildergalerie: Größen von Teleskopen im Vergleich ................................................................ Bildgalerie: Fotografische Beispiele ......................................................................................... Impressum ................................................................................................................................ 104 107 108 110 116 118 120 Kleinkörper des Sonnensystems Neben den Planeten ist das Sonnensystem von einer Vielzahl von kleineren Körpern bevölkert. Zwergplaneten und Asteroiden (Planetoiden) sind planetenartig, aber so klein, dass man nicht von richtigen Planeten sprechen kann. Zwergplaneten sind wenigstens noch einigermaßen kugelförmig, während Asteroiden eine unregelmäßige Form haben. Die meisten dieser kleinen Planeten befinden sich auf Umlaufbahnen, die zwischen Mars und Jupiter liegen. Hier ist eine Lücke im Sonnensystem für stabile Bahnen. Andere Objekte liegen weit außerhalb der Bahnen der großen Planeten und werden deshalb als transneptunische Objekte bezeichnet. Das prominenteste Beispiel ist der Pluto, der 75 Jahre lang zu den Planeten gezählt wurde. All diesen Körpern ist gemeinsam, dass sie mit kleinen und mittleren Fernrohren nur sternförmig zu sehen sind, auch bei hoher Vergrößerung. Sie verraten ihre Zugehörigkeit zum Sonnensystem aber durch die Bewegung vor dem Sternenhintergrund. Selbst mit dem Fernglas können einige dieser Körper beobachtet werden. Planetoiden erscheinen von der Erde aus sternförmig. Sie verraten ihre Zugehörigkeit zum Sonnensystem durch ihre Bewegung vor dem Sternenhintergrund. [NASA] Kometen hingegen bewegen sich auf stark elliptischen Bahnen um die Sonne. Dabei kommen sie unserem Zentralgestirn sehr nahe und werden stark erwärmt. Leichtflüchtige Substanzen wie Wasser und gefrorene Gase verdampfen, der eingeschlossene Staub wird frei. Diese Substanzen werden von den Sonnenteilchen fortgeweht und bilden den Kometenschweif. In Ausnahmefällen sind Kometen so hell, dass sie am Tage sichtbar sind. Neben Gasen enthalten Kometen auch mineralische Bestandteile, den sogenannten Staub. Dieser wird mit freigesetzt und verteilt sich längs der Kometenbahn. Wenn die Erde diese Bahn kreuzt, dann verglühen diese Staubteilchen als Sternschnuppen (Meteore) in der Atmosphäre. Größere Stücke erreichen die Erdoberfläche und können als Meteorit gefunden werden. Im Verlaufe der Zeit verteilt sich der Staub auch außerhalb der ehemaligen Bahn. So entsteht ein Staubgürtel um die Sonne. Auch dieser Staub ist sichtbar: Von der Sonne angeleuchtet bildet er das Zodiakallicht, eine dämmerungsähnliche Erscheinung des dunklen Abend- oder Morgenhimmels. Abb. unten: Der Komet Hale-Bopp kam im Jahr 1997 der Sonne sehr nahe. Der blau leuchtende Gasschweif und der weiße Staubschweif waren mit dem bloßen Auge deutlich zu sehen. Foto: Winfried Berberich, Aufnahmeort: Gerchsheim. Daten: Canon F1, 2,8/200mm. Kamera aufgesattelt auf einem Meade LX-6 zur Nachführung, belichtet 17 Minuten auf Kodak GPY Negativfilm, 400 ASA. 36 Planet Kugelförmig - Besitzt genügend Gravitation, um die eigene Bahn von Kleinkörpern zu säubern Zwergplanet Die eigene Masse genügt zur Ausbildung eines kugelförmigen Körpers. Die Gravitation ist jedoch zu schwach, um die eigene Bahn von Kleinkörpern zu säubern. Durchmesser ab ca. 1000 km. Komet Kleinkörper, der auf einer stark elliptischen Bahn um die Sonne läuft und bei Sonnenannäherung Staub und Gas freisetzt. Asteroid Unregelmäßig geformter Kleinkörper, welcher der Sonne nicht so nahe kommt, dass er verdampft. Asteroiden können durch Änderung der Umlaufbahn zu Kometen werden. Staub Winziger Körper, der zu klein ist, um von Astronomen als Asteroid klassifiziert zu werden. Die Grenzen zu Asteroiden sind fließend. Alles, was bei Einschlag auf der Erde Verwüstungen anrichten kann, wird als Asteroid bezeichnet, also bis hinunter zu etwa 10 Metern Durchmesser. Klassifikation von Körpern, welche die Sonne umkreisen Abb. oben: Der Komet Hyakutake (C/1996 B2 Hyakutake) nahm fast 35 Grad am Himmel ein. Aufnahme: Winfried Berberich, Gerchsheim (Baden-Württemberg). Kamera: Zeiss Contarex SE-electronic, Distagon 28 mm, Kodak Tri-X-Pan. Abb. rechts: Der Komet Holmes (17P-Holmes), Zeichnung am 8“ f/6 Galaxy Dobson bei 34-facher Vergrößerung. Beobachtung und Zeichnung: am 1.11.2007, Stefan Schuchhardt, Königsbrunn. 37 Der Lebensweg der Sterne Der Geburtsort von Sternen sind große Molekülwolken, die sich infolge ihrer Gravitation verdichten. Solche „Klumpungen“ geschehen innerhalb der Wolke nicht gleichmäßig: Anfangs dichtere Gebiete ziehen mehr Materie aus der Umgebung an und werden immer schwerer und dichter. Wenn sich der Vorläufer eines Sterns weiter zusammenzieht, dann wird er immer heißer, da die Verdichtung Energie freisetzt. Schließlich ist die Temperatur so hoch, dass die Kernverschmelzung von Wasserstoff zu Helium einsetzt: Ein Stern ist geboren. Der Strahlungsdruck der freiwerdenden Energie gebietet der weiteren Verdichtung Einhalt und der junge Stern gelangt rasch in ein Gleichgewicht. In der ersten, längsten Lebensphase aller Sterne wird die Energie durch die Wasserstoff-Fusion erzeugt. Sterne untereinander unterscheiden sich hauptsächlich in der anfangs vorhandenen Masse. Schwere Sterne erzeugen etwa zehntausend Mal mehr Energie als durchschnittliche Gestirne wie die Sonne. Dies rührt daher, dass sich das Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und Strahlungsdruck bei diesen Riesensternen erst bei einer sehr hohen Temperatur einstellt. Die Plejaden (M 45) Sterne entstehen nicht isoliert, sondern gemeinsam aus einer Molekülwolke. Es bildet sich ein Sternhaufen. In der Anfangszeit des Universums waren außerordentlich große Molekülwolken das typische Sternentstehungsgebiet. Hieraus entstanden so viele Sterne, dass der Sternhaufen infolge der Eigengravitation eine Kugelgestalt annimmt. Aus weniger massereichen Gaswolken bilden sich die lockeren offenen Sternhaufen. Sternhaufen zerstreuen sich im Laufe der Zeit. Durch nahe Begegnungen von Sternen untereinander und Wechselwirkung mit der Heimatgalaxie werden nach und nach Sterne herauskatapultiert. Sowohl bei glühenden Festkörpern als auch bei leuchtenden Gasen besteht ein Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Farbe des abgestrahlten Lichtes: Rotglühendes Eisen ist nicht so heiß wie weißglühendes. Auch bei Sternen findet sich ein ähnlicher Zusammenhang: Sterne, die in einer niedrigen Temperatur strahlen, senden rötliches Licht aus, während heiße Sterne bläulich leuchten. Die Farbunterschiede der Sterne sind mit dem bloßen Auge am Himmel zu sehen. Da sowohl die gesamte Leuchtkraft als auch die Temperatur von der Masse abhängen, lässt sich der Zusammenhang der beiden beobachtbaren Größen graphisch darstellen, im Farben-Helligkeitsdiagramm. Im Verlauf der ersten Lebensphase werden Sterne etwas heißer und leuchtstärker, so dass sie ein Stück auf der „Hauptreihe“ nach links oben wandern. Irgendwann ist der Wasserstoffvorrat aufgebraucht und die Kernfusion kommt allmählich zum Erliegen. Schwere, heiße Sterne (Blaue Riesen) gehen so verschwenderisch mit ihrem Brennstoff um, dass bei ihnen diese Brennphase in wenigen Millionen Jahren beendet ist. Kleinere Sterne können viele Milliarden Kugelsternhaufen (M 15) Abb. oben: Die Sterne des Siebengestirns (M 45) bilden einen offenen Sternhaufen. Sie sind in die Reste der Molekülwolke eingehüllt, aus denen sie ehemals entstanden sind. [NASA] Abb. unten: Der Kugelsternhaufen M 15 ist am Herbsthimmel bereits mit einem Fernglas zu sehen. [NASA] 38 Jahre leuchten, ehe der Wasserstoff zur Neige geht. Der Wasserstoff wird bevorzugt im Sterninneren verbraucht, da hier Druck und Temperatur und damit die Fusionsgeschwindigkeit sehr hoch ist. Wenn hier die WasserstoffFusion zum Erliegen kommt, dann teilt sich die Energieerzeugung in zwei Bereiche: Im Inneren zieht sich der Stern zusammen, bis die Temperatur hoch genug ist, um weitere Kernfusionen zu entzünden. Hierbei entstehen die schweren Elemente bis zum Eisen. Die Energieausbeute dieser Verschmelzungen ist geringer als beim Wasserstoff-zu-Helium-Prozess. In den äußeren Teilen der Sternatmosphäre ist jedoch noch genug Wasserstoff vorhanden, so dass in einer Schale um den Kern herum weiter Helium gebildet wird. Diese Verhältnisse sind ganz anders geartet als die der ersten Lebensphase und der Stern gerät in einen anderen inneren Zustand: Er wird viel größer, aber auf der Oberfläche kühler und damit röter. Man nennt solche Sterne auch Rote Riesen. Die zwei unterschiedlichen Brennphasen innerhalb eines Sternes beeinflussen sich gegenseitig und erzeugen Instabilitäten. Aus diesem Grund kommt es bei den Roten Riesen periodisch zu Strahlungsausbrüchen, welche Teile der Sternatmosphäre in das umgebende Weltall drücken. Irgendwann ist der Kernbrennstoff im Inneren aufgebraucht und die Verschmelzungsprozesse im Sterninneren kommen zum erliegen. Grafik oben: Sterne, welche im ersten Lebenszyklus Wasserstoff zu Helium umsetzen, bilden im Farben-Helligkeitsdiagramm die sogenannte Hauptreihe, die von links oben nach rechts unten verläuft. Grafik unten: Wenn im Kern eines Sterns schwere Elemente synthetisiert werden, wird er zum leuchtstarken Roten Riesen. Diese sind im Farben-Helligkeits-Diagramm rechts oben zu finden. (Beide Grafiken: Uwe Pilz) 39 Mit Hilfe der drehbaren Sternkarte können Auf- und Untergangszeiten von Gestirnen bestimmt werden. Dies ist nur mit einer gewissen Genauigkeit möglich, da die Sternkarte ebenso wie die Sonnenuhr die wahre Ortszeit benutzt. Wichtig ist auch, wann Gestirne im Süden stehen. Dann ist ihre Höhe am größten, was die Beobachtung erleichtert: Der Einfluss der Lufthülle in Form von Streulicht und Luftunruhe ist am geringsten. • Die Erkundung des Nordhimmels Der Sternenhimmel rotiert um den Polarstern, der sich in unseren Breiten etwa 50 Grad über dem Horizont befindet. Dieser Stern steht fast still. Mit seiner Hilfe kann die Nordrichtung ziemlich genau gefunden werden. Die Sternbilder um den Himmelspol herum gehen niemals unter und heißen in der Fachsprache zirkumstellar. Unser kleiner Himmelsausflug beginnt deshalb im Norden: Zu jeder Jahreszeit kann der Große Wagen aufgefunden werden, aber in jeweils anderer Stellung. Eine Besonderheit bietet der mittlere Deichselstern Mizar: Nahe bei ihm steht ein viel schwächerer Stern mit dem Namen Alkor. Er ist auch als Augenprüfer bekannt. Vom großen Wagen aus ist der Polarstern leicht zu finden, wenn man den Abstand der hinteren Kastensterne 5-fach verlängert. Der Polarstern strahlt nicht sonderlich stark, wie oft vermutet wird. Dennoch ist er leicht auffindbar, da in seiner Nähe keine hellen Sterne stehen. An einem dunklen Standort kann man als nächstes den kleinen Wagen bzw. kleine Bärin „entdecken“. Dessen Sterne sind mit Ausnahme des Polarsterns deutlich schwächer als die des großen Wagens. Die leichte Sichtbarkeit aller Sterne des kleinen Wagens sind ein einfaches Anzeichen für einen brauchbaren Beobachtungshimmel. Auf jeden Fall sollten die beiden vorderen Kastensterne des kleinen Wagens zu sehen sein, ansonsten ist der Beobachtungsplatz stark „lichtverschmutzt“. Sonne, Mond und Planeten kann man von hier aus beobachten, aber für das Kennenlernen des Sternhimmels ist es an einem solchen Ort zu hell. Abb. oben rechts: Für den Anblick des Nordhimmels ist die Sternkarte um 180 Grad zu drehen. In Nordosten geht das Sternbild Bootes (Bärenhüter) gerade auf. – Abb. unten links: Das Sternbild Großer Wagen besteht aus hellen Sternen, die selbst von einer städtischen Umgebung aus gut sichtbar sind. Zumindest diese eine Konstellation ist auch den meisten bekannt. Der Polarstern lässt sich finden, in dem man den Abstand der hinteren Kastensterne 5x verlängert. 44 Wenn man von der Deichsel des großen Wagens aus eine Linie zum Polarstern zieht und diese verlängert, dann trifft man auf das Sternbild Himmels-W oder Cassiopeia auf der entgegengesetzten Seite des Nordhimmels. Dieses Sternbild liegt inmitten der Milchstraße, die in dunklen Winternächten, wenn das Sternbild hoch am Himmel steht, sanft schimmert. An einem richtig dunklen Beobachtungsplatz ist der Himmel um das Himmels-W herum so voller Sterne, dass es mitunter schwer fällt, das Sternbild zu erkennen. Ein viertes Sternbild des Nordhimmels ist der Drache. Diesen beobachtet man am besten im Sommerhalbjahr zwischen März und September. Es ist wunderschön anzusehen, wie sich der Schwanz des Drachen um den kleinen Wagen windet. • Der Sommerhimmel Wenn im August die hellen Sommernächte vorbei sind, dann können wir abends gegen 22h30 wieder den Sternhimmel in seiner vollen Pracht bewundern. Drei helle Sterne dominieren das Firmament, wenn wir nach Süden schauen: Deneb, Vega und Atair bilden ein einprägsames nahezu gleichschenkliges Dreieck, welches die Orientierung am Sommerhimmel erleichtert. Längs der schön bildhaften Konstellationen Schwan und Adler läuft die Milchstraße, deren Leuchten an dunklen Standorten die Augen übergehen lässt. Die Milchstraße ist ein Teil unserer Heimatgalaxis, von innen gesehen. Neben vielen Milliarden Sternen, die ihr Licht vereinen, enthält unsere kosmische Nachbarschaft auch nichtleuchtende Anteile, sogenannte Dunkelwolken. Am eindrucksvollsten ist der „große Riss“, der vom Adler beginnend bis zum Horizont (und darüber hinaus) die Galaxis scheinbar in zwei Teile spaltet. Beim genauen Hinsehen entdeckt man auch anderen Orts helle und dunkle Stellen. Besonders auffällig ist die kompakte Aufhellung südlich des Adlers, die nach dem dort befindlichen Sternbild „Schildwolke“ heißt. Abb. oben: Die Sternbilder um den Himmelspol. Abb. rechts unten: Das Sommerdreieck wird von den Hauptsternen der Sternbilder Schwan, Leier und Adler gebildet. (Grafiken: Uwe Pilz) 45
