Astronomie
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Astronomie Allgemeine Einleitung Danke für Ihr Interesse am Astronomie Kurs der Studienwelt Laudius. Die Astronomie ist die wahrscheinlich älteste Wissenschaft und führte lange Zeit ein wortwörtliches Schattendasein. In den Schulcurricula gehört es nicht mehr zum Standard Fächerkanon und wird höchstens noch im Rahmen des Physikunterrichts behandelt. Vielleicht hat das Schattendasein der Astronomie auch damit zu tun, dass in unseren hell erleuchteten Städten der sternenübersäte Nachthimmel vielfach kaum noch sichtbar ist. Aber jeder der einmal die Gelegenheit hatte in einer klaren Nacht an einem wenig beleuchteten Ort den Nachthimmel zu bewundern, wird verstehen warum sich Menschen schon immer für dieses Naturschauspiel begeistern konnten. Auch seit dem Jahr der Astronomie 2009 und durch die jährlich stattfindenden Tage der Astronomie entdecken immer mehr Menschen diese atemberaubend schöne Wissenschaft. Wenn auch Sie neugierig auf den Sternenhimmel und seine Geheimnisse sind und besser verstehen möchten was das Universum zusammenhält, dann freuen Sie sich auf diesen Kurs mit den vielen spannenden Themen der Astronomie und seiner angrenzenden Wissenschaften wie z.B. der Geodäsie( Ortsund Zeitbestimmung), der Navigation, der Chronologie ( Zeit- und Kalenderrechnung) und mit der Optik ( Entwicklung astronomischer Instrumente und Sensoren) und natürlich zu Technik, Mathematik, Physik und Raumfahrt. Entdecken Sie nun mit diesem Kurs die wunderbare Welt der Astronomie und verstehen Sie mehr über das Universum als Ganzes. © Copyright Laudius GmbH DE-1117-00-00 Allgemeine Einleitung Erklärung der Symbole Übungsaufgaben Hausaufgabe Zusammenfassung Hinweise/Tipps Lösungen zu den Übungsaufgaben Notizen Anhang Links zu interessanten Webseiten 2 Allgemeine Einleitung Inhaltsverzeichnis aller Lernhefte Lernheft 1: Grundbegriffe der Astronomie 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5 1.6 Einleitung Koordinaten des Himmels Das Horizontsystem Das Äquatorsystem Das ekliptikale System Das galaktische System Die Bewegung der Erde Bewegung der Erde um ihre Achse Bewegung der Erde um die Sonne Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen der Selbstlernaufgaben Lernheft 2 Der Planet Erde 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 Einleitung Die Entstehung und der Aufbau des Planeten Erde Die Erdatmosphäre Erdoberfläche und Plattentektonik Erdmagnetismus Die Erdgestalt und die Erdbewegung auf ihrer Bahn Daten der Erde auf einem Blick Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 3 Die erdähnlichen Nachbarplaneten 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.4 3.4.1 3.4.2 Einleitung Der Planet Merkur Atmosphäre Bahn und Rotation Oberfläche Missionen Der Planet Venus Atmosphäre Bahn und Rotation Oberfläche Missionen Der Planet Mars Atmosphäre Bahn und Rotation 3.4.3 3.4.4 3.5 3.6 3.7 Oberfläche Missionen Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 4 Die Gasplaneten 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.6 4.7 4.8 Einleitung Der Planet Jupiter Aufbau und Oberfläche Bahn und Rotation Der Planet Saturn Aufbau und Oberfläche Bahn und Rotation Der Planet Uranus Aufbau und Oberfläche Bahn und Rotation Der Planet Neptun Aufbau und Oberfläche Bahn und Rotation Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 5 Wichtige Maßeinheiten in der Astronomie 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.4 5.5 5.6 Einleitung Entfernungen in der Astronomie Die Astronomische Einheit Das Lichtjahr Das Parsec Winkelmaße in der Astronomie Parameter zur Sternenklassifizierung Die Leuchtkraftklassen Die Spektralklassen Die Helligkeit Nützliche Präfixe und physikalische Größen Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 3 Allgemeine Einleitung Lernheft 6 Lernheft 9 Unsere Sonne Sternkunde II – Sterne und ihre Klassifizierung 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 Einleitung Der Aufbau der Sonne Das Sonneninnere Die Sonnenatmosphäre Die solaren Parameter Temperatur und Dichte Oberflächenmerkmale Sonnenwind Sonnenflecken und Sonnenfackeln Sonneneruptionen Sonnenrotation Solarer Magnetismus Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 7 Der Erdmond 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 Einleitung Der Aufbau des Mondes Die Oberfläche des Mondes Mondatmosphäre Mondbewegung Scheinbare Mondbewegung Mondrotation Mondumlauf und Mondphasen Mond- und Sonnenfinsternisse Gezeiten Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 8 Sternkunde I: Sternentstehung 8.1 8.2 8.3 8.4 8.4.1 8.4.2 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 Einleitung Die interstellare Materie Sternentstehung Fusionsmechanismen Die Proton-Proton-Reaktion Der Bethe-Weizsäcker-Zyklus Massebezogene Weiterentwicklung Entwicklungsende der Sterne Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 Einleitung Das Hertzsprung-Russell Diagramm Hauptreihensterne Unterriesen, Riesen und Überriesen Veränderliche Sternhaufen Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 10 Doppelsterne und Mehrfachsysteme 10.1 10.2 10.3 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.5 10.6 10.7 10.8 Einleitung Einteilung der Doppelsterne Die Roche Grenze Kataklysmische Veränderliche Novae Zwergnovae Polare Mehrfachsysteme Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 11 Supernovae (SNe) 11.1 11.2 Einleitung Mechanismen der Entstehung von Supernovae 11.3 Einteilung der Supernovae (SNe) 11.3.1 Supernovae vom Typ I 11.3.2 Supernovae vom Typ II 11.4 Supernovaüberreste (SNR) 11.5 Zusammenfassung 11.6 Glossar 11.7 Hausaufgaben 11.8 Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 4 Allgemeine Einleitung Lernheft 12 Neutronensterne 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 Einleitung Aufbau und Entstehung von Neutronensternen Pulsare Magnetare Quarksterne Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 13 Schwarze Löcher, Quasare und Gammablitze 13.1 13.2 13.3 13.4 Einleitung Grundlagen Einteilung der Schwarzen Löcher Methoden des Nachweises von Schwarzen Löchern 13.5 Quasare (QSO = quasistellares Objekt) 13.6 Gammablitze (GRB = Gamma-ray bursts) 13.7 Zusammenfassung 13.8 Glossar 13.9 Hausaufgaben 13.10 Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10 15.11 Grundlagen Die Zwergplaneten Der Asteroidengürtel Kategorien von Asteroiden Die erdnahen Asteroidengruppen Trojaner Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 16 Transneptunische Objekte und Kometen 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10 16.11 16.12 Einleitung Grundlagen Transneptunische Objekte (TNOs) Oortsche Wolke Kometen Einteilung Aufbau Kometen und Meteoströme Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 17 Lernheft 14 Kosmische Nebel 14.1 14.2 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.2.5 14.2.6 14.3 14.4 14.5 14.6 Einleitung Einteilung der Nebel Planetarischer Nebel Emissionsnebel Reflexionsnebel Supernovaüberreste Dunkelwolken Extragalaktische Nebel Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 15 Zwergplaneten und Kleinkörper 15.1 Einleitung Sternbilder I 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7 17.8 17.9 17.10 17.11 17.12 17.13 17.14 17.15 17.16 17.17 17.18 17.19 17.20 Einleitung Sternbilder Der Tierkreis (Zodiak) Die Bayer-Bezeichnung Das Sternbild Widder Das Sternbild Stier Das Sternbild Zwillinge Das Sternbild Krebs Das Sternbild Löwe Das Sternbild Jungfrau Das Sternbild Waage Das Sternbild Skorpion Das Sternbild Schütze Das Sternbild Steinbock Das Sternbild Wassermann Das Sternbild Fische Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 5 Allgemeine Einleitung Lernheft 18 21.4 21.5 Sternbilder II 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8 18.9 18.10 18.11 18.12 Einleitung Die Sternbahn Sternkoordinaten und Helligkeiten Zirkumpolarsternbilder der Nordhalbkugel Wintersternbilder der Nordhalbkugel Frühjahrssternbilder der Nordhalbkugel Sommersternbilder der Nordhalbkugel Herbststernbilder der Nordhalbkugel Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 19 Sternbilder III 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 Einleitung Die Parallaxenmethode Sternbilder der Südhalbkugel Lage der Sternbilder der Südhalbkugel Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 20 Grundlagen der Spektroskopie 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8 20.9 20.10 20.11 Einleitung Eigenschaften des Lichts Optische Spektroskopie Spektroskopie der Sonne Schwarzer Strahler Sternspektren Bewegung von Lichtquellen Zusammenfassung Glossar Hausaufgabe Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 21.5.1 21.5.2 21.5.3 21.6 21.7 21.8 21.9 21.10 21.11 21.12 Die Maya-Astronomie Griechische Astronomen und Philosophen Aristarch und das heliozentrische Weltbild Eratosthenes von Kyrene und der Umfang der Erde Das Weltbild des Claudius Ptolemäus Die Brahesche Supernova Die Planetenbahn nach Johannes Kepler Die Erfindung des Fernrohrs Die Galileischen Jupitermonde Zusammenfassung Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 22 Entwicklung der Astronomie II 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 22.6 22.7 22.8 22.9 22.10 22.11 22.12 22.13 22.14 22.15 22.16 22.17 22.18 22.19 Einleitung Die Entdeckungen des Simon Marius Das erste Spiegelteleskop Die Monde des Planeten Saturn Entdeckung des größten Saturnmondes Sir Isaac Newton und das Gravitationsgesetz Die Entdeckung der Planeten Uranus und Neptun Der Zwergplanet Ceres Vermessung der Erde Das erste Spektroskop Schwarze Löcher Das Hertzsprung-Russell-Diagramm Die Marsmonde Phobos und Deimos Die Erforschung des Mikrokosmos Hubble und das Weltraumteleskop Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 23 Johannes Kepler Lernheft 21 Entwicklung der Astronomie I 21.1 21.2 21.3 Einleitung Entstehung der Astronomie Das babylonische Weltbild 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 23.6 23.7 Einleitung Johannes Kepler Das Einkörperproblem Das Erste Kepler´sche Gesetz Das Zweite Kepler´sche Gesetz Das Dritte Kepler´sche Gesetz Epizykeltheorie 6 Allgemeine Einleitung 23.8 23.9 23.10 23.11 23.12 Rückläufigkeit und Schleifenbahn Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Zusammenfassung Glossar Hausaufgabe Lernheft 24 26.5 26.6 26.7 26.8 26.9 26.10 26.11 26.12 26.13 Elementarteilchen und ihr Spin Die physikalischen Grundkräfte Materieteilchen und Vermittler Das Standardmodell der Elementarphysik Kosmische Strahlung Zusammenfassung Glossar Hausaufgabe Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Albert Einstein I 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 24.6 24.7 24.8 24.9 24.10 24.11 24.12 24.13 24.14 24.15 24.16 Einleitung Albert Einstein Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) Das Inertialsystem Das Besondere der Lichtgeschwindigkeit Die Lorentztransformation Die Zeitdilatation Myonen und das Relativitätsprinzip Das Zwillingsparadoxon Das Minkowski-Diagramm Die Relativität der Gleichzeitigkeit Äquivalenz von Masse und Energie Zusammenfassung Glossar Hausaufgabe Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 27 Einblick in die Quantenmechanik 27.1 27.2 27.3 27.4 27.5 27.6 27.7 27.8 27.9 27.10 27.11 27.12 27.13 Einleitung Quantenmechanik Der Photoeffekt Der Comptoneffekt Der Welle-Teilchen-Dualismus Materiewellen Die Heisenberg´sche Unschärferelation Das Pauli-Prinzip (Ausschlussprinzip) Die Atomuhr Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 25 Lernheft 28 Albert Einstein II 25.1 25.2 25.3 25.4 25.5 25.6 25.7 25.8 25.9 25.10 25.11 Einleitung Die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) Das Äquivalenzprinzip Schwerkraft-Zeit-Theorie Lichtablenkung am Schwerefeld Raumkrümmung Das GPS (Global Positioning System) Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Entwicklung astronomischer Instrumente 28.1 28.2 28.3 28.4 28.5 28.6 28.7 28.8 28.9 28.10 28.11 Einleitung Der Gnomon Das Triquetrum Der Jakobsstab Die Armillarsphäre Das Astrolabium Der Mauerquadrant Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 26 Einteilung der Elementarteilchen (Quantenphysik I) 26.1 26.2 26.3 26.4 Einleitung Die Teilchenphysik Antiteilchen und Antimaterie Quarks 7 Allgemeine Einleitung Lernheft 29 Lernheft 32 Grundbegriffe der Teleskoptechnik I Radioastronomie 29.1 29.2 29.3 29.4 29.4.1 29.4.2 29.4.3 29.4.4 29.5 29.5.1 29.5.2 29.6 29.7 29.8 29.9 32.1 32.2 32.3 32.4 32.5 32.6 32.7 32.8 32.9 32.10 32.11 Einleitung Entwicklung des Teleskops Objektiv und Okular Kenndaten des Teleskops Objektivöffnung Austrittspupille Vergrößerung Okulargesichtsfeld Himmelsqualität Grenzgrößenbestimmung Bortle-Skala Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Einleitung Entdeckung der Radiostrahlung Kosmische Hintergrundstrahlung Radiostrahlung Funktionsweise von Radioteleskopen Die Winkelauflösung Bestehende Radioteleskope Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 33 Das Milchstraßensystem Lernheft 30 Grundbegriffe der Teleskoptechnik II 30.1 30.2 30.2.1 30.2.2 30.2.3 30.3 30.3.1 30.3.2 30.4 30.5 30.6 30.7 Einleitung Teleskoparten Der Refraktor Der Reflektor Katadioptrische Teleskope Montierungen Die azimutale Montierung Die parallaktische Montierung Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 33.1 33.2 33.3 33.4 Einleitung Lage und Struktur der Milchstraße Das galaktische Koordinatensystem Die galaktische Scheibe und die Spiralarme 33.5 Der galaktische Halo und der Bulge 33.6 Das galaktische Zentrum 33.7 Zusammenfassung der Sternpopulation 33.8 Rotation und Massenverteilung der Milchstraße 33.9 Zusammenfassung 33.10 Glossar 33.11 Hausaufgaben 33.12 Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 34 Galaxien Lernheft 31 Grundbegriffe der Teleskoptechnik III 31.1 31.2 31.2.1 31.2.2 31.2.3 31.3 31.4 31.5 31.6 31.7 Einleitung Okulare Okularaufbau Okulartypen Linsen Sonnenbeobachtung Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 34.1 34.2 34.3 34.4 34.5 34.6 34.7 34.8 34.9 34.10 Einleitung Galaxientypen Zwerggalaxien Aktive Galaxien Die Lokale Gruppe Galaxienhaufen Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 8 Allgemeine Einleitung Lernheft 35 Lernheft 38 Dunkle Materie und Dunkle Energie Die Geschichte der Raumfahrt 35.1 35.2 35.3 35.4 35.5 35.6 35.7 35.8 35.9 38.1 38.2 38.3 38.4 38.5 38.6 38.6.1 38.6.2 38.7 38.8 38.9 38.10 38.11 38.12 38.13 38.14 Einleitung Nachweis Dunkler Materie Galaxien und Dunkle Materie Der Gravitationslinseneffekt Dunkle Energie Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 36 Kosmologie 36.1 36.2 36.3 36.4 36.5 36.6 36.7 36.8 36.9 Einleitung Was ist Kosmologie Die Hubble-Beziehung Die Urknalltheorie Entwicklung des Universums Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 37 Extrasolare Planetensysteme 37.1 37.2 37.3 37.4 37.4.1 37.4.2 37.4.3 37.4.4 37.4.5 37.5 37.6 37.7 37.8 37.9 Einleitung Geschichte der Exoplaneten Beispiele von Exoplaneten Nachweismethoden von Exoplaneten Radialgeschwindigkeitsmethode Astrometrische Methode Mikrogravitationslinsen-Methode Transitmethode Direkte Beobachtung Planetenentstehung Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Einleitung Geschichte der Raumfahrt Pioniere der Raumfahrt Aufbau einer Rakete Das Rückstoßprinzip Der flüssige chemische Raketenantrieb Der spezifische Impuls Raketenstufen und Booster Stabilisierungseinheit, Steuereinheit Nutzlast Hülle, Tanks, Schubgerüst Ariane 1 Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 39 Chemische Raketenantriebe und ihre Treibstoffe 39.1 39.2 39.3 39.4 39.5 Einleitung Arten der chemischen Raketentriebwerke Das Flüssigkeitstriebwerk Das Feststofftriebwerk Feststofftriebwerk und Flüssigkeitstriebwerk im Vergleich 39.6 Das Hybridtriebwerk 39.7 Chemische Treibstoffe 39.8 Zusammenfassung 39.9 Glossar 39.10 Hausaufgabe 39.11 Lösungen zu den Selbstlernaufgaben Lernheft 40 Satellitenbahnen 40.1 40.2 40.3 40.4 40.5 40.6 40.7 40.8 40.9 Einleitung Die kosmischen Geschwindigkeiten Satellitenorbits Perigäum, Apogäum, Inklination Umlaufzeit eines Satelliten Zusammenfassung Glossar Hausaufgaben Lösungen zu den Selbstlernaufgaben 9
