Astrophysik für Entdecker

27.03.2017
Kurs Grundschule Mühlenbeck
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Alexander Roelke (Mobil 01525 4031812)
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BASISREGELN





Jeder lässt den anderen ausreden. Die
Wissenschaft lebt vom freien Denken.
KEINER wird ausgelacht. Die meisten
Entdeckungen beruhen auf „kreativen“ Ideen
und Vorstellungen.
Aufkommende Fragen werden sofort gestellt
(ggf. kommen sie in den Themenspeicher),
damit sie nicht vergessen werden. Die Lösung
von Fragen treibt uns an.
Störungsfreies essen und trinken ist erlaubt.
Diskusionen sind erwünscht, Fremdgespräche
vermeiden wir.
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Alexander Roelke (Mobil 01525 4031812)
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Definition

Die Astrophysik beschäftigt sich mit den
physikalischen Grundlagen der Erforschung
von Himmelserscheinungen und ist ein
Teilgebiet der Astronomie. Als Erweiterung
der klassischen Astronomie (vor allem aus
Astrometrie und Himmelsmechanik
bestehend) macht sie heute große Bereiche
der astronomischen Forschung aus.
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Hinweis
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NICHTS ist die absolute Wahrheit, sondern
nur ein Stand des heutigen Wissens!!!!
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Theoretische Astrophysik

Die Theoretische Astrophysik versucht, anhand
von Modellen Himmelserscheinungen
vorauszusagen oder nachzubilden.. Eine weit
verbreitete Methode in der Astrophysik sind
daher numerische Berechnungen (Numerik)
und Simulationen, die mit einem üblichen PC
(2008) Tage bis Wochen dauern würden. In der
Praxis wird daher oft auf Supercomputer oder
Cluster zurückgegriffen. Die so gewonnenen
Resultate vergleicht man mit Beobachtungen
und überprüft, ob sie übereinstimmen.
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Inhalt / Themen des Kurses
Es war einmal…
• Astronomie von damals bist heute
• wichtige Persönlichkeiten
Big Bang…
• Stunde 0 bis zum Ende der Zeit
• Was war vor dem Urknall
• Was ist Zeit und Raum
Unser Sonnensystem…
• Besonderheiten
• Planet 9
• unser Nachbar
Grundlagen…
• E=mc²
• Rund um Lichtgeschwindigkeit
• kosmische Maßeinheiten
Das Universum…
• Woraus besteht es?
• Expansion
• Wie groß ist es?
• Die Milchstrasse
Genauer hingeschaut…
• Singularitäten
• Schwarze Löcher
• Supernova
• Sonnenwinde
• Gammablitz, u.a.
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Spezials des Kurses
Wie beobachtet man…
• Teleskope
• Sternwarten
• Satelliten, u.a.
Rund um SETI…
• Gibt es Außerirdische?
• Erde 2.0
• Sind Reisen zum anderen
Planeten möglich?
Von Warp-Antrieb bis
Traktorstrahl…
• Welche Technik ist möglich und
wenn wie?
Extras…
•Besuch einer Sternwarte /
Planetarium
•Simulation einer Sternenreise
(Planungsspiel)
• Geschichte der Sternbilder
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Lasst uns beginnen, mit kleinen
Fragen 
Wann war der Urknall?
Wie groß ist das Weltall/ Kosmos /
Universum?
 Ist das Universum unendlich?
 Wie viele Galaxien hat das Universum?
 Sind wir im Mittelpunkt des Universum?
 Wie sah das Universum vor dem Urknall
aus?


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Antike 1


Die alten Griechen glaubten, dass ein Riese namens Atlas an
den Grenzen der Erde stehe und den weiten Himmel mit
seinen unermüdlichen Armen und seinem Kopf hochhalte.
Die Anhänger der hinduistischen Religion glaubten, dass die
Erde auf den Rücken von Elefanten lege, die auf dem Panzer
einer riesigen Schildkröte stehen, die in einem kosmischen
See schwimmt.
Allen frühen Kulturen war die Anschauung gemeinsam, dass
die Erde eine flache Scheibe sei, die vom Meer umrahmt ist,
über der sich das Firmament wie eine Käseglocke wölbt, an
die die Sterne geheftet sind. Wenn mutige Seefahrer sich mit
ihren Schiffen zu nahe an den Rand dieser Scheibe wagen
würden, würden sie möglicherweise in einen Abgrund stürzen.
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Antike 2 (Pro Erdkugel)


Seit dem 3. Jahrhundert glaubte keine gebildete Person
in der Geschichte des Westens an eine Erdscheibe
Ebenso ging Platon von einer Kugelgestalt der Erde aus.
Sein Schüler Aristoteles gab in seiner Schrift Über den
Himmel aus dem 4. Jahrhundert v. Chr. folgende Gründe
für die Kugelgestalt der Erde an:
 Sämtliche schweren Körper streben zum Mittelpunkt des Alls. Da
sie dies von allen Seiten her gleichmäßig tun und die Erde im
Mittelpunkt des Alls steht, muss sie eine kugelrunde Gestalt
annehmen.
 Bei von der Küste wegfahrenden Schiffen wird der Rumpf vor
den Segeln der Sicht verborgen.
 In südlichen Ländern erscheinen südliche Sternbilder höher über
dem Horizont.
 Der Erdschatten bei einer Mondfinsternis ist stets rund.
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Antike 3 (Pro Erdscheibe)

U.a. Lactantius (* um 250, † um 320)
bezeichnete die Vorstellung als
unsinnig, da Menschen auf der
Unterseite („Antipoden“) auf dem Kopf
stehen und Regen von unten nach oben
fallen würde. Nikolaus Kopernikus
kritisierte ihn 1543 in de Revolutionibus.
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Frühe Neuzeit 1

Zur Zeit von Christoph Kolumbus
(ausgehendes 15. Jahrhundert) wurde,
entgegen einer heute weit verbreiteten
Ansicht, die Kugelgestalt der Erde längst
nicht mehr in Frage gestellt. Unklar war
der Erdumfangs sowie über die
Bewohnbarkeit der gegenüberliegenden
Erdhälfte.
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Frühe Neuzeit 2

Galileo Galilei hatte eine
Auseinandersetzung mit der
katholischen Kirche, ob die Erde
(→ geozentrisches Weltbild) oder die
Sonne (→ heliozentrisches Weltbild) im
Mittelpunkt des Universums steht, wofür
Galilei eintrat.
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Physiker aus dem Altertum
Aristoteles
Alle Materie bestehe aus vier Elementen (Feuer, Wasser, Luft Erde)
384 – 322 v. Chr. Alle unbelebte Materie strebe dem Zustand der Ruhe entgegen, im
Himmel und auf der Erde gelten unterschiedliche Naturgesetze. Diese
Vorstellungen wurden erst in der Neuzeit überwunden.
Aristarchos von Aristarch war ein griechischer Naturforscher. Er beschäftigte sich mit den
Samos
Größen und Abständen von Sonne und Mond und fand heraus, dass die
310 - 230 v. Chr. Erde etwa dreimal so groß ist wie der Mond, und dass die Sonne viel
größer und viel weiter von der Erde entfernt ist als der Mond. Er nahm
an, die Sonne könne im Mittelpunkt des Universums stehen.
Archimedes
Archimedes war ein griechischer Mathematiker und Ingenieur. Er fand
287 - 212 v. Chr. das Hebelgesetz und das Archimedische Prinzip. Er erfand verschiedene
Maschinenelemente und entwickelte die Grundlagen der Statik für
statisch bestimmte Systeme.
Claudius
Ptolemäus ist Verfasser von Büchern (Almagest), in dem das
Ptolemäus
astronomische Wissen der Antike systematisch dargestellt ist. Obwohl
100 - 160 n. Chr. das Werk ein geozentrisches Weltbild beschrieb, konnten mit den dort
dargelegten Methoden die Bahnen der Himmelskörper recht genau
vorausberechnet werden.
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Gelehrte aus dem Altertum
(außer Konkurrenz) 
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Physiker des Mittelalter
Isaac Newton
* 25. Dezember 1
642
† 20. März 1726
Der englische Naturforscher Isaac Newton verbesserte das Spiegelteleskop
und erkannte, dass sich weißes Licht aus Licht verschiedener Farben
zusammensetzt. Er erkannte die Gravitation als eine universale Fernwirkung,
die im Himmel und auf der Erde in gleicher Weise gilt, und formulierte die
Newtonschen Gesetze der Mechanik.
Johannes Kepler
1571 - 1630
Johannes Kepler war Mathematiker, Astrologe und Astronom. Er war
zeitweise kaiserlicher Hofmathematiker, musste aber viele Schicksalsschläge
erdulden, da er in unruhigen Zeiten lebte. Kepler leitete aus den genauen
Himmelsbeobachtungen von Tycho Brahe die Keplerschen Gesetze der
Planetenbewegungen ab.
Galileo Galilei
1564 - 1641
Galileo Galilei war ein Gelehrter, der sich für das heliozentrische Weltbild des
Kopernikus engagierte, dafür handfeste Beweise mit seinen FernrohrBeobachtungen fand und dabei in einen berühmten Konflikt mit der
katholischen Amtskirche geriet, der seine späteren Jahre überschattete. Er
nutzte als erster das damals neu erfundene Fernrohr für
Himmelsbeobachtungen.
Nikolaus
Kopernikus
1473 -1543
Nikolaus Kopernikus war ein kirchlicher Beamter, der seine freie Zeit der
Mathematik und Astronomie widmete. In seinem Werk De revolutionibus
orbium coelestium beschrieb er das heliozentrische Weltbild des
Sonnensystems, gemäß dem sich die Erde um die eigene Achse dreht und sich
zudem wie die anderen Planeten um die Sonne bewegt.
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Physiker der Neuzeit
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Erwin
Schrödinge
r
1885 1962
Der vor allem in Zürich, Berlin und zuletzt in Dublin wirkende vielseitige
theoretische Physiker Erwin Schrödinger war mit der auf die Born-Heisenbergsche
Matrizenmechanik folgenden Wellenmechanik und der Schrödinger-Gleichung von
1926 einer der Begründer der Quantenmechanik.
Stephen
Hawking
*1942
Stephen William Hawking ist ein britischer theoretischer Physiker und
Astrophysiker. Von 1979 bis 2009 war er Inhaber des renommierten Lucasischen
Lehrstuhls für Mathematik an der Universität Cambridge.
Stephen Hawking lieferte bedeutende Arbeiten zur Kosmologie, Allgemeinen
Relativitätstheorie und der Physik der Schwarzen Löcher. Durch
populärwissenschaftliche Bücher über moderne Physik ist er auch einem breiten
Publikum außerhalb der Fachwelt bekannt geworden.
Albert
Einstein
1879 1955
Einsteins Hauptwerk, die Relativitätstheorie, machte ihn weltberühmt. Im Jahr 1905
erschien seine Arbeit mit dem Titel Zur Elektrodynamik bewegter Körper, deren
Inhalt heute als spezielle Relativitätstheorie bezeichnet wird. 1915 publizierte er die
allgemeine Relativitätstheorie. Auch zur Quantenphysik leistete er wesentliche
Beiträge. Seine theoretischen Arbeiten spielten – im Gegensatz zur verbreiteten
Meinung – beim Bau der Atombombe und der Entwicklung der Kernenergie nur
eine indirekte Rolle.
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Lichtgeschwindigkeit
Unter der Lichtgeschwindigkeit c
versteht man meist die
Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht
im Vakuum. Neben Licht breiten sich
auch alle anderen elektromagnetischen
Wellen wie auch Gravitationswellen mit
dieser Geschwindigkeit aus.
 Licht hat die Geschwindigkeit im
Vakuum von 299.792.458 m/s = 299.792
km/s

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Lichtgeschwindigkeit
Das Licht braucht von der Sonne zu
Erde (149 Mio. Kilometer) 8min und 20s
 Das Licht braucht vom Mond zur Erde
(384.400 km) 1,3s
 Das Licht unseres Nachbarsystems
Alpha Centauri C benötigt (über 40
Billionen Kilometer) 4,2 Jahre zur Erde
 Das Licht der Andromeda Galaxis (2,5
Mio Lichtjahre) benötigt 2,5 Mio. Jahre

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Schneller als das Licht
(Überlichtgeschwindigkeit)?


Mehrheitliche Meinung: Nein
Theoretisch: Tachyonen, sind aber nicht
wirklich bewiesen worden
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Allgemeine Relativitätstheorie
E=mc²

Die allgemeine Relativitätstheorie
(kurz ART) beschreibt die
Wechselwirkung zwischen Materie
(einschließlich Feldern) einerseits sowie
Raum und Zeit andererseits.
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Allgemeine Relativitätstheorie
E=mc²
Egal von welchen Punkt man aus das Licht
betrachtet, Licht hat immer die selbe
Geschwindigkeit (299.792 km/s)
 Schlussfolgerung: Wenn
Lichtgeschwindigkeit immer gleich ist,
muss sich was mit Strecke und Zeit
verändern
 Fazit: Je schneller man sich bewegt, desto
langsamer vergeht die persönliche Zeit. Sie
wird also gedehnt, wohingegen der Raum
gestaucht wird.

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Kosmische Längen und Zeitmaße
Eine Astronomische Einheit (1 AE)
entspricht 149.597.871 km (mittlere
Entfernung von der Erde zur Sonne)
 Ein Lichtjahr entspricht einer Entfernung
von 9,5 Billionen km (9.500.000.000 km)
 Ein Parsec entspricht 3,26 Lichtjahren
und das entspricht 30.970.000.000 km.
Parsec wird zumeist in der Astrophysik
verwendet.

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Big Bang – Der Urknall
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Big Bang – Der Urknall

Tag 0 vor 0Uhr
Was war vor dem Urknall? Ein anderes Universum,
glauben einige Kosmologen. Es stürzte in sich
zusammen, bis alle Materie und Energie in einem
winzigen Punkt konzentriert waren. Dieser Kollaps
könnte den Urknall für unser Universum ausgelöst
haben.
Andere Kosmologen glauben, der Urknall sei durch die
Kollision von zwei Universen in einer Welt mit mehr
als drei Raumdimensionen ausgelöst worden.
Vielleicht ist der Urknall aber auch durch eine
spontane Fluktuation aus dem Nichts entstanden.
Oder er war nur einer von vielen in einem viel
größeren Multiversum. Die Theorien sind noch recht
vage.
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Big Bang – Der Urknall

Tag 0 um 0Uhr
Der Urknall. Was in diesem Moment passiert,
entzieht sich bislang allen Theorien. Die vier
fundamentalen Kräfte der Natur, darunter
die Schwerkraft, sind vermutlich in einer
einzigen Kraft vereint.
Das Universum beginnt dicht und heiß. Ein
Liter Urknall wiegt 1094 Kilogramm und hat
eine Temperatur von 1032 Grad Celsius
Dauer: 10-43 Sekunden (1 Planck)
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Big Bang – Der Urknall
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Tag 0 um 0Uhr
0,0000000000000000000000000
0000000000000000001s
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Big Bang – Der Urknall

Tag 0 um 0Uhr
Raum und Zeit entstehen erst mit diesem
Knall. Ein wichtiges Indiz für die
Urknalltheorie entdeckt Edwin Hubble in
den 1920er Jahren mit dem HookerTeleskop: Die Galaxien im Universum
entfernen sich voneinander, der Raum
dehnt sich aus. Es muss also einst einen
gemeinsamen Ausgangspunkt gegeben
haben.
Dauer: 10 -35 Sekunden
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Big Bang – Der Urknall
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Tag 0 um 0Uhr
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Big Bang – Der Urknall

Tag 0 um 0Uhr
Es werden die späteren Strukturen
angelegt: Wo die Energiedichte höher ist,
wird mehr Materie zusammenklumpen –
der Ursprung von Galaxienhaufen und
Galaxien.
Dauer: 10 -32 Sekunden
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Big Bang – Der Urknall

Tag 0 um 1Uhr
Protonen, Helium-Atomkerne und Elektronen
bevölkern den Raum: ein Plasma, ähnlich wie in
Leuchtstoffröhren. Es ist mehrere Millionen Grad
heiß.
Dauer 100.000 Jahre
Atomkerne und Elektronen schwirren durch das
Universum wie Sandkörner in einem Wüstensturm.
Lichtstrahlen kommen in diesem Chaos nicht weit,
das All ist undurchsichtig (dunkles Zeitalter).
Dauer 400.000 Jahre
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Big Bang – Der Urknall
Es wird hell. Die Atomkerne und Elektronen
sind so weit abgekühlt, dass sie zusammen
Wasserstoff- und Heliumatome bilden.
Elektromagnetische Strahlen können sich nun
ungehindert durchs All ausbreiten.
Diese Mikrowellenstrahlung, das Echo des
Urknalls, wird Mitte der 1960er Jahre
entdeckt, als eine Antenne zur
Satellitenkommunikation getestet wurde.
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Big Bang – Der Urknall
 Nach
300 Millionen Jahren entstehen
Zwerggalaxien und vereinigen sich zu
Galaxien.
 Unsere Milchstraße ist eine von
ihnen. Sie besteht heute aus
mindestens 100 Milliarden Sternen.
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Big Bang – Der Urknall

Nach 9 Milliarden Jahre entsteht unser
Sonnensystem an einem Seitenarm der
Galaxis aus einer kollabierenden
kosmischen Gaswolke. Sie ist umgeben
von einer Scheibe aus Staub und Gas.
Da, wo sich die meiste Materie befindet,
bilden sich Planeten, darunter die Erde.
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Big Bang – Der Urknall
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Big Bang – Es geht zu Ende

Nach 15 Milliarden Jahre geht der Sonne
der Brennstoff aus. Ihr Kern stürzt in sich
zusammen und heizt sich dabei noch einmal
gewaltig auf. Die Sonne schwillt auf das 250Fache ihrer derzeitigen Größe an und
schluckt dabei wohl auch die Erde.
Keine Panik, das dauert noch
ca. 6 Milliarden Jahre 
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Big Bang – Am Ende des
Universums
 In
100 Trillionen Jahren werden die
letzten Sterne verglüht sein und durch
die beschleunigte Expansion des
Raums inzwischen ohnehin außer
Sichtweite.
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Sind Zeitreisen möglich?
 In die Zukunft können wir uns bereits bewegen. Ein Besuch
in der Vergangenheit hingegen ist eine wesentlich kniffligere
Angelegenheit.
 Zeitreisen sind nicht nur möglich, sie haben sogar schon
stattgefunden – wenn auch nicht so, wie Wells es sich vorgestellt
hatte. Den bisherigen Rekord hält der Raumfahrer Sergei
Konstantinowitsch Krikaljow. Im Verlauf seiner Karriere hat der
russische Kosmonaut 803 Tage im Weltraum verbracht. Wie
Einstein bewies, vergeht die Zeit für Objekte in Ruhe schneller
als für solche, die sich relativ dazu in Bewegung befinden. An
Bord der Raumstation Mir raste Krikaljow mit 27 000 Kilometern
pro Stunde um die Erde. Insgesamt ist der Kosmonaut dadurch
weniger gealtert als seine am Boden gebliebenen Mitmenschen –
und zwar den 48. Teil einer Sekunde. Anders ausgedrückt ist
Krikaljow also eine 48stel Sekunde in die Zukunft gereist.
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Sind Zeitreisen möglich?

Größere Geschwindigkeiten und Entfernungen
machen den Effekt offensichtlicher. Ein
Astronaut verlässt die Erde für einen Rundflug
mit 99,995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit
zum 520 Lichtjahre entfernten Stern Beteigeuze
und kehrte ebenso rasant zurück. Aus seiner
Sicht für diese Reise insgesamt gerade einmal
zehn Jahre benötigen – dem fast lichtschnellen
Raumfahrer käme die Strecke durch die hierbei
auftretende relativistische Längenkontraktion
viel kürzer vor. Aber auf der Erde wären
inzwischen mehr als 1000 Jahre vergangen.
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Beispiel: 520 Lichtjahre von der Erde bis Beteigeuze und zurück
Mit 99,99% der
Lichtgeschwindigkeit
Astronaut Alexander
Alter: 36 Jahre
Start Erdjahr 2016
Reisezeit gesamt 10 Jahre
Ankunft Erdjahr 3016
Astronaut Alexander
Alter bei Rückkehr : 46 Jahre
Erwartes Erdjahr 2026
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Ist die Reise in die Vergangenheit
möglich?

Reise in die Vergangen ist nicht möglich!!! Aber warum?
 Folgendes spricht dagegen:
○ Was ist das Großvaterparadoxon?
○ Ursache und Wirkung Prinzip?
○ Man selbst würde auch in eine Vergangheitsform von sich selbst reisen.
○ Das ganze Universum müsste in die Vergangenheit versetzt werden. Das benötigt
mehr Energie, als das Universum zur Verfügung hat.

Der Witz daran: Wir können nicht beweisen, dass Zeitreisen in
die Vergangenheit unmöglich ist. Die allgemeine
Relativitätstheorie von Albert Einstein schließt es auch nicht
aus. Aber das Universum gibt uns dazu keine Erkennbare
Möglichkeit.
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Es gibt dennoch Hoffnung für
Reisen in die Vergangenheit
Eine Zeitreise in die Vergangenheit wäre auch in der Umgebung zweier
kosmischer Strings möglich, die hinreichend schnell aneinander
vorbeifliegen. Die Existenz solcher Strings ist jedoch umstritten.
 Nach der speziellen Relativitätstheorie würde Überlichtgeschwindigkeit
Zeitreisen oder zumindest in Form eines Antitelefons das Versenden von
Nachrichten in die Vergangenheit ermöglichen

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Kurs Grundschule Mühlenbeck
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Woraus besteht das Universum
Radius> 45 Mrd. Lj[1]
Masse (sichtbar) ca. 1053 kg
Mittlere Dichte ca. 4,7 · 10−30 g/cm3
Alter 13,799 ± 0,021 Mrd. Jahre[2]
Galaxienca. 100 Mrd. Temperatur
Hintergrundstrahlung 2,7 K
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Woraus besteht das Universum
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Woraus besteht das Universum
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Lokale Superstruktur
Die lokale Superstruktur ist ein
Gebiet im Umkreis von fünf bis
sieben Millionen Lichtjahren um
Sculptor. Es enthält etwa 550
Zwerggalaxien meist irregulärer
Natur, Zehntausende
Kugelsternhaufen, 2 große
Spiralgalaxien (Andromeda und
Sculptor) sowie 4 kleinere
Spiral- bzw. Balkengalaxien
(Menna, Lyria, Dru'Ki und
Keleus). Die Mitglieder der
lokalen Superstruktur sind
gravitativ aneinander
gebunden.
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Galaxiearten
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Galaxiearten
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Galaxiearten – Dragonlfy 44
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Schwarze Löcher
• Schwarze Löcher sind eigentlich gar keine Löcher,
sondern Überreste von toten Sternen.
• Schwarze Löcher sind aus noch massereicherern
Sternen entstanden. Sie werden nach ihrem Tod so stark
zusammengepresst, dass sie unendlich dicht sind. Das
heißt, dass unendlich viel Materie in einem einzigen Punkt
konzentriert wird.
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Unsere Milchstraße ZDF
Art: Balkenspiralgalaxie
Durchmesser Scheibe: 100.000–120.000 Lichtjahre
Durchmesser Zentrum: 3.000–16.000 (Wulst) Lichtjahre
Breite der Scheibe: Ca. 100 Lichtjahre
Masse: ca. 400 Milliarden M (Sonnenmassen)
Geschwindigkeit der Drehung: 552 ± 6 km/s (220 Millionen Jahre für eine
Umdrehung)
Nächste Galaxie: Andromeda Galaxie (aktuell 2.537.000 Lichtjahre
entfernt / fast 3mal größer)
Struktur:
Superhaufen: Virgo-Superhaufen / Laniakea
Galaxienhaufen: Lokale Gruppe
Untergruppe: Milchstraßen-Untergruppe
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Unsere Milchstraße
„Wulst“
100-200 LJ
Kugelsternhaufen
Ca. 10.000 Sterne
30.000 LJ
100.000 LJ
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Woraus besteht das Universum
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Unsere Milchstraße
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Unsere Milchstraße - Aufbau
Im Zentrum ist ein heller Kern umgeben von einer
Scheibe. Die Sterne im hellen Kern bewegen sich
zentrischen Bahnen.
Im galaktischen Zentrum wird ein schwarzes Loch
vermutet. Dazu wurden mittels Infrarot-Teleskope die
Bewegung der Sterne in der Umgebung gemessen.
Die Scheibe besteht aus immer neu bildenden
Spiralarme. Im Orion-Arm ist unser Sonnensystem
Das Zentrum enthält die ältesten Sterne (so alt wie das
Universum). In den Spiralarmen entstehen immer wieder
neue Sterne.
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Unsere Milchstraße – Das
Galaktische Zentrum
Es liegt im Sternbild
Schütze, wo auch
das sichtbare Band
der Milchstraße am
dichtesten erscheint.
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Unsere Milchstraße - Recycling
- Unsere Milchstraße ist eine riesige große
Recyclinganlagen:
- Material wird in Sterne zusammen geformt
- Hitze brütet chemische Elemente durch Kernfusion aus
- Sternen explodieren in Supernovas
Material wird ins All geworfen, sammeln sich in
Molekülwolken und bilden neue Sternen
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Unsere Milchstraße ZDF
Keine Sicht auf die gesamte Milchstraße. Erkenntnisse
erlangen wir aus unserer Nachbargalaxie
„Andromeda“
An dunklen Sternenklaren Tagen kann man einen
Streifen der Milchstraße sehen
Milchstraßenstreifen
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Unsere Milchstraße – Das Galaktische Zentrum
TL
27.03.2017
70
Unsere Milchstraße – Ein Normalfall
Unsere Milchstraße rotiert.
Am Rand ist die Geschwindigkeit genauso schnell wie
im Zentrum. Es entsteht ein „Zentrifugaleffekt“. Das
Halo aus dunkler Materie hält es zusammen. Dunkle
Materie leuchtet nicht, hat aber Masse.
Die Andromeda Galaxie bewegt sich auf uns zu. In ca.
4 Milliarden Jahre „stößt“ sie mit der Milchstraße
zusammen. Zur Zeit ist sie 2,5 Millionen Lichtjahre
noch entfernt.
Gas kann verloren gehen und es entsteht eine
Elliptische Galaxie. In ihr entstehen keine neuen
Sterne mehr und neues Leben mehr.
TL
27.03.2017
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Elliptische Galaxien
TL
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72
24
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Unsere Milchstraße
Astronomen der RuhrUniversität Bochum haben
das bislang größte Bild der
Milchstraße veröffentlicht.
Insgesamt 194 Gigabyte ist
das Bild groß und besteht
aus 46 Milliarden Pixel. Die
Astronomen sammelten
rund fünf Jahre lang die
benötigten Daten in der
chilenischen AtacamaWüste. Von der
Universitätssternwarte in
Chile aus, lässt sich ein
riesiger Himmelsabschnitt
beobachten.
TL
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Kurs Grundschule Mühlenbeck
TL
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Alexander Roelke
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Gibt es Aliens – Kurze
Zusammenfassung
Grundsätzlich:
Ob es Aliens gibt, kann keiner wirklich sagen. Es gibt keine Beweise für die
Existenz von Aliens, aber auch keine Gegenbeweise. Es ist aber aufgrund der
Massen an Galaxien und Sternsystemen wahrscheinlich, dass wir keine
Ausnahme darstellen. Inwieweit sie uns ähneln unterliegt der Fantasie eines
jeden Menschen. Zumindest sind sich die Wissenschaftler einig, wenn es Aliens
gibt, dann müssen sie grundsätzlich über eine Form von Kommunikation und
sensorische Wahrnehmung verfügen.
TL
27.03.2017
75
25
27.03.2017
Gibt es Aliens – Kurze
Zusammenfassung
Waren Aliens schon auf unseren Planeten?
Auch das kein keiner sagen. Sogenannte Beweise für einen Besuch waren nie
stichhaltig oder vollends glaubwürdig. Man kann sich in dem Fall nur mit
Wahrscheinlichkeiten behelfen.
Interstellare Reisen sind nur langfristig durchzuführen (durchaus mehrere 1000
Jahre bei annähender Lichtgeschwindigkeit)). Außerirdische unterliegen aber den
gleichen physikalischen Bedingungen wie wir. Also ist eine Reise schneller oder
gleich der Geschwindigkeit des Licht nicht möglich, da Masse bewegt werden
muss. Um uns zu erreichen, müssen sie mit riesigen Raumschiffen (mehrere
Kilometer für Nahrung, Ersatzmaterialien, Platz für genügend Lebensformen zur
Arterhaltung) unterwegs sein, damit ein Ankommen bei uns wahrscheinlich wird.
Ein solches Generationsraumschiff würde im Sonnensystem nicht unentdeckt
bleiben, schon gar nicht nahe der Erdumlaufbahn. Bis dato wurde ein solches
Raumschiff nicht gemeldet.
TL
27.03.2017
76
Gibt es Aliens – Kurze
Zusammenfassung
Erstkontakt
Wahrscheinlicher ist es daher, dass uns irgendwann ein Funkwellensignal von
einem anderen System erreicht und von SETI (Search for Extra-Terrestrial
Intelligence) entdeckt wird. Mit ein wenig Glück wird die einzige universelle
Sprache enthalten sein, die uns nur zeigen soll, dass dieses Signal von
intelligenten Leben stammt. Diese Sprache lautet: Mathematik
TL
27.03.2017
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Gibt es Aliens – Kurze
Zusammenfassung
Die Mission der Voyager 1 gilt als einer der größten Erfolge der NASA und der Raumfahrt
allgemein. Die Sonde sendet noch heute regelmäßig Daten zur Erde. Außerdem ist sie das
am weitesten von der Erde entfernte von Menschen gebaute Objekt überhaupt und wird
diesen Status auf absehbare Zeit auch behalten. Zurzeit (16. Januar 2017) ist Voyager 1 ca.
137,29 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt. Das sind etwa
20,54 Milliarden Kilometer. Jährlich nimmt die Entfernung um rund 3,6 AE (ca. 540 Mio. km)
zu, dies entspricht einer (Radial-) Geschwindigkeit von etwa 61.000 km/h. Von der Erde aus
betrachtet befindet sich Voyager 1 im Sternbild Schlangenträger.
Voyager 1 führt eine Datenplatte aus Kupfer mit sich, die als Schutz vor Korrosion mit Gold
überzogen ist, die sogenannte „Voyager Golden Record“. Auf ihr sind Bild- und AudioInformationen über die Menschheit gespeichert. Auf der Vorderseite befinden sich unter
anderem eine Art Gebrauchsanleitung und eine Karte, die die Position der Sonne in
Relation zu 14 Pulsaren anzeigt.
In etwa 40.000 Jahren wird Voyager 1 den aktuell rund 17 Lichtjahre von der Sonne
entfernten Stern Gliese 445 (Sternbild Giraffe) passieren.
Gliese 445 wird zu diesem Zeitpunkt nur noch 3,45 Lichtjahre von der Sonne entfernt sein,
da er sich mit hoher Geschwindigkeit auf uns zu bewegt. Wenn es im Sternensystem Gliese
TL
445 Planeten mit Leben geben sollte, bekommen wir vielleicht mal per Funk ein „Hallo, euer
Brief ist zugestellt worden“ zurück.
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26
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Gibt es Aliens – Voyager Golden Record
TL
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Kurs Grundschule Mühlenbeck
TL
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Alexander Roelke
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Unser Sonnensystem –
Vortragsreihenfolge
(nicht die planetare Reihenfolge)
Sonnensystem
allgemein
Planet
9
Die Sonne
• Sonnenzonen
Neptun
Uranus
Oortsche
Wolke
Kuipergürtel
(incl. Pluto)
Saturn
Jupiter
• Titan
• Europa
Mars
Zentauren und
Trojaner
Mars
Astroidengürtel
(Aten, Apollo,
Amor)
Venus
Merkur
Die Erde
• Mond
TL
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Unser Sonnensystem – Nicht nur
eine Stern mit 8 Planeten
TL
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Unser Sonnensystem – Nicht nur
eine Stern mit 8 Planeten
"Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten."
Merkur Venus Erde Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto
Da dem Pluto 2006 der Planetenstatus aberkannt wurde,
musste auch der Satz verändert werden.
Nun lautet er:
"Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.
Merkur Venus Erde Mars Jupiter Saturn Uranus Neptun
Durch Planet 9 könnte der obere Lernsatz irgendwann wieder korrekt sein.
Also nicht so weit weglegen
TL
27.03.2017
Zone
83
Planet
Extras
Aufteilung
Innere Planeten
1. Merkur
2. Venus
Aten-Typ-Asteroiden
3. Erde
Mond, Erdbahnkreuzer
Apollo-Typ-Asteroiden
4. Mars
Phobos, Deimos, Mars Trojaner
Amor-Typ-Asteroiden
Asteroidengürtel
Äußere Planeten
Transneptunische Objekte
Vesta, Juno, Ceres, Pallas
5. Jupiter
Io, Europa, Ganymed, Kallisto, Mars-Trojaner
Zentauren
Hidalgo
6. Saturn
Tethys, Dione, Rhea, Titan, Iapetus
Zentauren
Chariklo, Chiron
7. Uranus
Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberon
Zentauren
Pholus
8. Neptun
Triton, Nereid, Neptun-Trojaner
9. Planet 9
Nicht bestätigt
Kuipergürtel
Orcus, Pluto, Ixion, Varuna, Haumea, Quaoar, Makemake,
Eris
Sedna, 2012 VP
Oortsche Wolke
27.03.2017
TL
84
28
27.03.2017
Die Sonne
Die Sonne ist ein durchschnittlich großer
Stern im äußeren Drittel der Milchstraße.
Sie ist ein Hauptreihenstern (Zwergstern)
und bildet das Zentrum des
Sonnensystems, das sie durch ihre
Gravitation formt. Sie enthält 99,86 % der
gesamten Masse des Sonnensystems und
hat einen Durchmesser von 1,4 Millionen
Kilometern, dem 109-fachen der Erde.
Beobachtungsdaten[1]
Mittlere
Entfernung
149,6 Mio. km
= 1 AE
Kleinster
Erdabstand
Größter
Erdabstand
147,1 Mio. km
152,1 Mio. km
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Die Sonne
Physikalische Eigenschaften
Äquatordurchmesser
Masse (M)
Hauptbestandteile
(Stoffmenge in der Photosphäre)
Fallbeschleunigung
Fluchtgeschwindigkeit
Rotationsperiode
Leuchtkraft
Effektive Oberflächentemperatur
Alter
Planeten
1.392.684 km
1,9884 · 1030 kg ± 2 · 1026 kg
= 1 Sonnenmasse (M☉)
•Wasserstoff: 92,1 %
•Helium: 7,8 %
•Sauerstoff: 500 ppm
•Kohlenstoff: 230 ppm
•Neon: 100 ppm
•Stickstoff: 70 ppm
274 m/s2
617,3 km/s
25,38 Tage
3,846 · 1026 W
= 1 Sonnenleuchtkraft (L☉)
5.778 K
4,57 · 109 a
8
TL
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Die Sonne
Interessantes:
Die Sonne setzt damit pro Sekunde mehr Energie frei als alle im Jahr 2016
vorhandenen Kernkraftwerke der Erde in 750.000 Jahren.
In etwa 7 Milliarden Jahren wird die Sonne relativ schnell zum Roten Riesen.
TL
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27.03.2017
Die Sonne und ihre Zonen
Kern:
Die Hälfte der Sonnenmasse konzentriert sich im Kern der Sonne. Im Zentrum liegt er bei 200
Milliarden bar, entsprechend dem Gewicht der Cheops-Pyramide (ca. 6,5 Mrd. kg) auf einem
Stecknadelkopf (ca. 3 mm 2).
Die Sonne besteht aus Wasserstoff und Helium. Im Innern der Sonne herrscht ein enormer
Druck. Er ist so gewaltig, dass er die Kerne der Wasserstoff-Atome gegeneinander drückt
(obwohl sie sich sonst eigentlich abstoßen, da sie positiv geladen sind und sich gleiche
Ladungen abstoßen). Die Kerne der Wasserstoff-Atome verschmelzen und verwandeln sich
dadurch in Helium-Kerne. Pro Sekunde verliert die Sonne 4,2 Millionen Tonnen Masse! Wohin
„verschwindet“ aber diese Masse? Sie wird in Energie verwandelt. Die überzählige Masse wird
also in Form von Strahlung abgegeben (siehe ART). Dieser Prozess dauert nun schon knapp 5
Milliarden Jahre – und er wird sich auch noch einmal weitere 5 Milliarden Jahre so fortsetzen.
Dann hat die Sonne allen Wasserstoff in Helium verwandelt und ihr geht quasi der Brennstoff
aus.
Knapp unter der Oberfläche:
In ca. 1000 km Tiefe beträgt die Temperatur nur noch rund 10.000 K.
TL
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Die Sonne und ihre Zonen
Photosphäre:
Weil die Dichte immer schneller abnimmt – die Skalenhöhe sinkt mit der Temperatur - die Photonen
können nahezu ungehindert nach außen entweichen. Diese Zone heißt Photosphäre
Die Temperatur beträgt 5778 Kelvin.
Chromosphäre :
Oberhalb der Photosphäre liegt die Chromosphäre hat eine Dicke von ca. 2000 km und erreicht
eine Temperatur von etwa 7000 K ein, während die Dichte weiter abnimmt.
Äußere Atmosphäre/Korona:
Oberhalb der Chromosphäre befindet sich die Korona. Sie geht ohne scharfe Grenze in den
interplanetaren Raum über. In der Korona ist der Einfluss des Gasdrucks auf die Bewegung der
Materie vernachlässigbar, es regieren Magnetfelder und die Gravitation. Seit erkannt wurde, dass
sie von hochionisiertem Eisen mit nur noch ganz wenigen Elektronen stammen, entsprechend
Temperaturen von über 106 K, das Zweihundert- bis Fünfhundertfache der
Photosphärentemperatur, wird über den Heizmechanismus der Korona spekuliert.
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Unser Sonnensystem –
Die Oortsche Wolke
TL
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Unser Sonnensystem –
Die Oortsche Wolke
Der Theorie nach (1950 Jan Hendrik Oort) umschließt die
von Oort angenommene „Wolke“ die übrigen Zonen des
Sonnensystems kugelschalenförmig in einem Abstand zur
Sonne bis 100.000 Astronomischen Einheiten (AE), was
rund 1,6 Lichtjahren entspricht.
- Neptun nur ca. 4,2 Lichtstunden (30 AE)
- Stern Proxima Centauri ca. 4,2 Lichtjahre von der Sonne
entfernt.
Schätzungen der Anzahl der Objekte liegen zwischen
einhundert Milliarden und einer Billion. Vermutlich geht die
Oortsche Wolke kontinuierlich in den Kuipergürtel (30 bis
50 AE) über.
TL
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Unser Sonnensystem –
Die Kuipergürtel
Der Kuipergürtel ist eine ringförmige, relativ flache
Region, die sich in unserem Sonnensystem außerhalb der
Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis
50 Astronomischen Einheiten (AE) erstreckt und
schätzungsweise mehr als 70.000 Objekte mit mehr als
100 km Durchmesser sowie viele kleinere Objekte enthält.
Der ehemalige Planet Pluto (jetzt 134240(Pluto)) liegt in
der Kuiperregion.
TL
27.03.2017
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Planet 9
Planet Neun ist der vorläufige Name eines hypothetischen planetenartigen
Himmelskörpers, der im äußeren Sonnensystem weit außerhalb der Umlaufbahn des
Planeten Neptun vermutet wird.
Der Planet Neun wurde bisher nicht direkt beobachtet. Ein entdecken wird aber in
den nächsten 4 Jahren erwartet.
Es sind aber Auffälligkeiten auf der Bahnebene der transneptunischen Objekte.
Diese Bahnebenen verlaufen, nach gründlicher Beobachtung nicht so, wie sie nach
unserem alten Verständnis des Sonnensystems mit 8 Planeten sein sollten.
ZDF:
Planetenart: Eisriese
Masse: ca. 10 Erdmassen
Durchmesser: ca. 3,7 Erddurchmessern (46.600 km) etwas kleiner als Neptun
Oberflächentemperatur: ca. 47 K (−226 °C)
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27.03.2017
Planet 9
TL
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8. Planet Neptun
ZDF:
Viertgrößter Planet im Sonnensystem
Planetenart: Eisriese
Durchmesser: ca. 50.000 km (4fache der Erde)
Oberflächentemperatur: ca. 72 K (−201 °C)
Entfernung zur Sonne: 4,5 Milliarden Kilometern
Rotation: 15 h 57 min 59 s
Fallgeschwindigkeit: 11,15 m/s2 (9,81 m/s² auf der Erde)
Fluchtgeschwindigkeit: 23,5 km/s
Umlaufbahn: fast vollkommen Kreisförmig
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 5,43 km/s (Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 164,79 Jahre (a)
Masse: 1,0243 · 1026 kg (ca. 10 Erdmassen)
Magnetfeld: Neptun und auch Uranus besitzen nur eine dünne
Schicht leitenden, metallischen Materials und erzeugen deshalb
kein Dipol-, sondern ein Quadrupolfeld mit zwei Nord- und zwei
Südpolen
Hauptbestandteile
Wasserstoff (H2): 80,0 ± 3,2 %
Helium (He): 19,0 ± 3,2 %
Methan (CH4): 1,5 ± 0,5 %
Ethan (C2H6): ≈0,00015 %
Eise:
Ammoniak (NH3)
Wasser (H2O)
Ammoniumsulfid ((NH4)2S)
Methan (CH4)
Monde:
8 Monde; bekanntester Mond: Triton (Durchmesser: 2700km)
TL
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Neptun
Interessantes:
Neptun wurde im Jahr 1846 aufgrund von Berechnungen aus Bahnstörungen
des Uranus durch den französischen Mathematiker Urbain Le Verrier von
dem deutschen Astronomen Johann Gottfried Galle entdeckt
Wetter:
Durch die Achsenneigung des Neptuns (wie auch auf der Erde) ändert sich die
Wirkung des Sonneneinstrahlung und verursacht somit Jahreszeiten. Diese
dauern aber bis zu 40 Jahren an.
Zyklone:
1989 wurde durch Voyager 2 in der südlichen Hemisphäre
Neptuns der sogenannte „Great Dark Spot“ („Großer
Dunkler Fleck“) entdeckt. Dieses Zyklonesystem, das dem
„Kleinen Roten Fleck“ und „Großen Roten Fleck“ des
Jupiters ähnelt (Größe Eurasiens).
TL
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32
27.03.2017
Neptun
Ringsystem
Neptun hat ein sehr feines azurfarbenes Ringsystem, das aus mehreren
ausgeprägten Ringen und den ungewöhnlichen Ringbögen im äußeren
Adams-Ring besteht mit einem hohen Anteil mikroskopischen Staubes.
Die Ringe wurden 1980 erst entdeckt (mittels Sternverdunkelung)
TL
27.03.2017
97
7. Planet Uranus
ZDF:
Drittgrößter Planet im Sonnensystem
Planetenart: Eisriese
Durchmesser: ca. 51.000 km (4fache der Erde)
Oberflächentemperatur: ca. 76 K (–197 °C)
Entfernung zur Sonne: 2,9 Milliarden Kilometern
Rotation: 17 h 14 min 24 s
Fallgeschwindigkeit: 8,87 m/s2 (9,81 m/s² auf der Erde)
Fluchtgeschwindigkeit: 21,3 km/s
Umlaufbahn: annähernd Kreisförmig
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 6,81 km/s(Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 84,011 Jahre (a)
Masse: 8,683 · 1025 kg
Magnetfeld: Das Magnetfeld von Uranus ist ungewöhnlich und
hat die Form eines Quadrupols mit 2 Nord- und 2 Südpolen.
Hauptbestandteile
Wasserstoff: 82,5 ± 3,3 %
Helium: 15,2 ± 3,3 %
Methan: 2,3 %
Monde:
21 Monde; fast alle Uranusmonde sind nach Personen aus Stücken William
Shakespeares benannt
TL
27.03.2017
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Uranus
Interessantes:
•Er wurde 1781 von Wilhelm Herschel entdeckt und ist nach dem
griechischen Himmelsgott Uranos benannt.
•Uranus ist nur unter günstigen Umständen freiäugig sichtbar. Seine
blassgrüne Scheibe ist von der Erde aus betrachtet etwa 3,5″ groß.
•Am 24. Januar 1986 flog Voyager 2 an Uranus vorbei und machte viele
Fotos.
Wetter:
Bilder von Voyager 2 zeigten 1986 im sichtbaren Spektrum praktisch keine
Oberflächendetails. Man sah kaum Wolkenbänder oder Stürme, wie man sie
sonst auf anderen Gasplaneten beobachten kann
Ringsystem:
Uranus ist von einer Menge sehr kleiner Körper und Teilchen umgeben., die
den Planeten in Richtung seiner Rotation umrunden und mit ihren verschieden
dicht belegten. Das Ringsystem des Uranus wurde am 10. März 1977 von
James L. Elliot, Edward W. Dunham und Douglas J. Mink mit dem Kuiper
Airborne Observatory entdeckt.
27.03.2017
TL
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6. Planet Saturn
ZDF:
Zweitgrößter Planet im Sonnensystem
Planetenart: Gasriese
Durchmesser: ca. 120.500 km (9,5fache der Erde)
Oberflächentemperatur: ca. 134 K (−139°C)
Entfernung zur Sonne: 1,43 Milliarden Kilometern
Rotation: 10 h 33 min
Fallgeschwindigkeit: 10,44 m/s2 (9,81 m/s² auf der Erde)
Fluchtgeschwindigkeit: 35,5 km/s
Umlaufbahn: annähernd Kreisförmig
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 9,69 km/s (Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 29,457 Jahre (a)
Masse: 5,685 · 1026 kg (ca. 95 Erdmassen)
Magnetfeld: Das Magnetfeld entspricht dem eines Dipols
(ähnlich der Erde)
Hauptbestandteile
Wasserstoff (H2): 96,3 ± 2,4 %
Helium: 3,25 ± 2,4 %
Methan: 0,45 ± 0,2 %
Ammoniak: 0,026 ± 0,004 %
Monde:
62 Monde; bekanntester Mond: Titan (Durchmesser 5150km)
TL
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100
Saturn
Interessantes:
Saturn ist nach dem römischen Gott des Reichtums und der Ernte benannt.
Sein astronomisches Symbol ♄ repräsentiert die stilisierte Sichel des
Gottes.
Saturn wird auch der Ringplanet genannt.
Wetter:
Der Nordpol ist der Mittelpunkt eines Polarwirbels und einer stabilen Struktur in
der Form eines nahezu regelmäßigen Sechsecks mit einem Durchmesser von
fast 25.000 Kilometern.
Wissenschaftler entdeckten 2005 einen „Hot Spot“ (eine im Vergleich zur
Umgebung warme Stelle) am Südpol des Saturn. Damit unterscheidet sich
Saturn von allen anderen Planeten, bei denen die kältesten Orte in den
Polargebieten liegen
TL
27.03.2017
101
Saturn
Ringsystem
Den Saturn umgibt in seiner Äquatorebene ein auffälliges Ringsystem, das
bereits in einem kleinen Teleskop problemlos zu sehen ist.
Das Ringsystem wurde 1610 von Galileo Galilei entdeckt, der es aber als
„Henkel“ deutete. Giovanni Domenico Cassini vermutete als erster, dass die
Ringe aus kleinen Partikeln bestehen.
Es gibt mehr als 100.000 einzelne Ringe mit unterschiedlichen
Zusammensetzungen und Farbtönen, welche durch scharf umrissene
Lücken voneinander abgegrenzt sind.
Der innerste beginnt bereits etwa 7.000 km über der Oberfläche des Saturn
und hat einen Durchmesser von 134.000 km, der äußerste hat einen
Durchmesser von 960.000 km. Die größten Ringe werden nach der
Reihenfolge ihrer Entdeckung von innen nach außen als D-, C-, B-, A-, F-, Gund E-Ring bezeichnet.
Die Umlaufzeit der inneren Ringe beträgt sechs bis acht Stunden, die der
äußeren Ringe zwölf bis vierzehn Stunden.
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Saturnmond Titan
Titan (auch Saturn VI) ist mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern der größte Mond
des Planeten Saturn. Er wurde nach dem Göttergeschlecht der Titanen benannt.
Er ist ein Eismond, nach Ganymed der zweitgrößte Mond im Sonnensystem und der
einzige mit einer dichten Gashülle.
Titan wurde 1655 entdeckt. Beobachtungen von der Erde und vom Weltraumteleskop
Hubble aus erweiterten das Wissen über ihn, insbesondere jedoch Vorbeiflüge einiger
Raumsonden seit 1979. Die informativsten Bilder und Messdaten sind bei der Landung
der Sonde Huygens im Jahre 2005 erfasst worden.
Obwohl die Oberflächentemperatur des Titans weitaus niedriger ist als die der Erde, gilt er
hinsichtlich der dichten, stickstoffreichen Atmosphäre und des Auftretens von Flüssigkeit
als der erdähnlichste Himmelskörper des Sonnensystems. Seine Gashülle ist auf der
Oberfläche etwa fünfmal so dicht und der Druck etwa 50 % höher als auf der Erde. Sie
besteht überwiegend aus Stickstoff und enthält Kohlenwasserstoffe sowie Spuren anderer
organischer Verbindungen.
Die Oberfläche und die oberste Schicht des Mantels sind aus Eis und Methanhydrat.
Darunter befindet sich möglicherweise ein Ozean mit flüssigem Wasser, obgleich die
Temperaturen dort unter 0 °C liegen.
Für Leben, das auf Wasser basiert, kreist Saturn mit seinen Monden in einer viel zu kalten
Gegend um die Sonne (außerhalb der habitablen Zone). Dort ist das Entstehen von
Leben deshalb unwahrscheinlich, Vorstufen werden jedoch nicht ausgeschlossen.
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27.03.2017
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5. Planet Jupiter
ZDF:
Größter Planet im Sonnensystem
Planetenart: Gasriese
Durchmesser: ca. 143.000 km
Oberflächentemperatur: ca. 165 K (−108 °C)
Entfernung zur Sonne: 778 Millionen Kilometern
Hauptbestandteile
Wasserstoff: 89,8 ± 2,0 %
Rotation: 9 h 55 min 30 s
Helium: 10,2 ± 2,0 %
Fallgeschwindigkeit: 24,79 m/s2 (9,81 m/s² auf der Erde)
Methan: 0,3 ± 0,1 %
Fluchtgeschwindigkeit: 59,54 km/s
Ammoniak: 0,026 ± 0,004 %
Umlaufbahn: annähernd Kreisförmig
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 13,07 km/s (Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 11 Jahre und 315 Tage
Masse: 1,899 · 1027 kg (ca. 318 Erdmassen, 2,5fache aller
übrigen Planeten)
Magnetfeld: Jupiter besitzt das größte Magnetfeld aller
Planeten des Sonnensystems. Es ist 10- bis 20-mal so stark wie
das Erdmagnetfeld. Es handelt sich dabei um ein Dipol
Monde:
67 Monde; bekanntester Mond: Io (3643 km Durchmesser), Europa (3122 km
Durchmesser)
TL
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104
Jupiter
Interessantes:
Jupiter hat eine wichtige Funktion im Sonnensystem. Da er 2,47-mal
schwerer ist als alle anderen Planeten zusammen, bildet er eine wesentliche
Komponente des Massengleichgewichtes im Sonnensystem. Jupiter und
Saturn vereinen über 90 Prozent der Masse aller Planeten auf sich. Er
stabilisiert durch seine Masse den Asteroidengürtel. Ohne Jupiter würde
statistisch gesehen alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem Asteroidengürtel
die Erde treffen und Leben dadurch vermutlich unmöglich machen. Die
Existenz eines jupiterähnlichen Planeten in einem Sonnensystem könnte
darum Voraussetzung für Leben auf einem dem Stern näheren Planeten
sein; jedoch teilen nicht alle Astronomen diese Ansicht
Wetter:
Außer den hellen und dunklen äquatorparallelen Wolkenbändern fällt an
Jupiter vor allem der Große Rote Fleck auf. Erstmals wurde der Große
Rote Fleck 1664 beschrieben und hat sich seit der Zeit nur wenig
verändert.
Welche chemischen Elemente für die rote Färbung verantwortlich sind,
ist unbekannt. Jedoch ist Ende 2009 der „südliche äquatoriale Gürtel“
verschwunden, sodass der Große Rote Fleck jetzt noch besser sichtbar
auf
einem sehr breiten, weißen Band liegt
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Jupiter
Ringsystem
Jupiter hat ein sehr schwach ausgeprägtes Ringsystem, Es wurde seit 1974
vermutet aber erst 1979 von Voyager 1 erstmals durch Fotos bewiesen.
Lange Zeit blieb die Herkunft der Ringe unbekannt, und eine erdgebundene
Beobachtung erwies sich als außerordentlich schwierig, da die Ringe aus
Staubkörnchen bestehen, die zum Großteil nicht größer sind als die Partikel
des Rauches einer Zigarette.
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106
Wichtige Jupitermonde
Io hat einen Durchmesser von 3643 km und umkreist Jupiter in einem Abstand von
421.600 km. Sie besteht aus einem Eisenkern und einem Mantel. Io besitzt eine sehr
dünne Atmosphäre, hauptsächlich bestehend aus Schwefeldioxid. Da in ihrem Inneren
geologische Prozesse ablaufen, befinden sich auf ihrer Oberfläche zahlreiche Vulkane.
Europa besitzt einen Eisenkern und einen Steinmantel, über dem ein wahrscheinlich
100 km tiefer Ozean aus Wasser liegt, dessen Oberfläche 10 bis 20 km zu einer Eiskruste
gefroren ist. Ihr Durchmesser beträgt 3122 km, ihre Entfernung zum Jupiter 670.900 km.
Ganymed befindet sich in einer Entfernung von 1.070.000 km. Sein Durchmesser liegt bei
5262 km. Damit ist er der größte Mond im Sonnensystem. Er besteht aus einem
Eisenkern, einem Felsmantel und einem Eismantel. Außerdem besitzt er ein eigenes
Magnetfeld.
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107
Jupitermond Europa
Europa (auch Jupiter II) ist der zweitinnerste und mit einem Durchmesser von 3121 km
kleinste der vier großen Monde des Planeten Jupiter und der sechstgrößte im
Sonnensystem. Europa ist ein Eismond. Obwohl die Temperatur auf der Oberfläche von
Europa maximal −150 °C erreicht, lassen Messungen des äußeren Gravitationsfeldes und
der Nachweis eines induzierten Magnetfeldes in der Umgebung Europas mit Hilfe der
Galileo-Sonde darauf schließen, dass sich unter der mehrere Kilometer mächtigen
Wassereishülle ein etwa 100 km tiefer Ozean aus flüssigem Wasser befindet.
Das mögliche Vorhandensein von flüssigem Wasser ließ
Spekulationen darüber aufkommen, ob in Europas
Ozeanen Formen von Leben existieren können. Auf der
Erde wurden Lebensformen entdeckt, die unter extremen
Bedingungen auch ohne das Vorhandensein von
Sonnenlicht bestehen können, etwa in den
hydrothermalen Quellen (Schwarze Raucher) oder in der
Tiefsee.
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Jupitermond Europa
Für das Jahr 2020 plant die Raumfahrtagentur ESA den Start der Europa Jupiter
System Mission/Laplace Mission. Der JEO (Jupiter Europa Orbiter) sollten nach der
Planung 2028 den Orbit um Europa einschwenken und mehrere Jahre lang mit
verschiedenen on-board-Instrumenten Daten u. a. über Morphologie, Temperatur und
Schwerkraft des Mondes sammeln. Zusätzlich sollen mittels Ice Penetrating Radar die
Eigenschaften des Wassereises studiert werden, um Aufschluss über die Konsistenz
bzw. das Ausmaß des Eismantels und eines eventuellen flüssigen Ozeans geben zu
können.
Projekt JUICE soll nach ihrer Ankunft am Jupiter im Jahr 2030 zwei Vorbeiflüge an
Europa durchführen und klären, ob Europa den vermuteten Ozean unter seiner
Eiskruste hat.
Die NASA plant derzeit die Mission Europa Clipper mit dem Starttermin 2020. Geplant
sind mehrere Vorüberflüge an Europa, durch die detaillierte Bilder der Mondoberfläche
gesammelt werden sollen.Auch eine Schmelzsonde, die sich durch den Eismantel
bohren soll, könnte Teil der Mission sein: Mehrere wissenschaftliche Einrichtungen wie
das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeiten derzeit an
entsprechenden Prototypen.
TL
Kryobot
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4. Planet Mars
ZDF:
Zweitkleinster Planet
Planetenart: Erdähnlichen (terrestrischen) Planet
Durchmesser: ca. 6.800 km
Oberflächentemperatur: min:140 K (–133 °C) / mittel:
218 K (−55 °C) / max: 300 K (+27 °C)
Entfernung zur Sonne: 228 Millionen Kilometern
Rotation: 24 h 37 min 22 s
Fallgeschwindigkeit: 3,69 m/s² (9,81 m/s² auf der Erde)
Fluchtgeschwindigkeit: 5,03 km/s
Umlaufbahn: elliptische Umlaufbahn
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 24,13 km/s (Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 687 Tage
Masse: 6,419 · 1023 kg
Magnetfeld: vereinzelt schwaches Magnetfeld
Hauptbestandteile
Kohlenstoffdioxid: 95,97 %
Stickstoff: 1,89 %
Argon: 1,93 %
Sauerstoff: 0,146 %
Kohlenstoffmonoxid: 0,056 %
Wasser: 0,02 %
Monde:
2 Monde Phobos und Deimos (griech. Furcht und Schrecken
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3. Planet Erde
ZDF:
Fünfgrößter Planet im Sonnensystem
Planetenart: Gesteinsplanet
Durchmesser: 12.756,32 km
Oberflächentemperatur: min.: 184 K (−89 °C) / mittel: 288
K (+15 °C) / max: 331 K (+58 °C)
Entfernung zur Sonne: 147,1 Mio. km - 152 Mio. km
Rotation: 23 h 56 min 4,1 s
Fallgeschwindigkeit: 9,80665 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit: 11,186 km/s
Umlaufbahn: elliptische Bahn
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 29,78 km/s
Umlaufzeit: 365,256 Tage
Masse: 5,974 · 1024 kg
Magnetfeld: globales Magnetfeld, erzeugt von einem
Geodynamo, ähnelt einem Dipol. Das Magnetfeld schütz uns
vor den Sonnenwinden.
Hauptbestandteile
Stickstoff: 78,08 %
Sauerstoff: 20,95 %
Argon: 0,93 %
Kohlenstoffdioxid: 0,038 %
Neon: 0,002 %
Monde: 1
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Erde
Bislang wurde ein Quasisatellit (kleiner Begleiter eines größeren
Himmelskörpers (etwa eines Planeten), den er in größerem Abstand mit
derselben Umlaufdauer umkreist) der Erde beobachtet, der kleine
Asteroid 2003 YN107 in den Jahren von 1996 bis 2006, der seitdem wieder
eine Hufeisenumlaufbahn entlang der Erdbahn beschreibt. Im Jahr 2066 wird
er erneut ein Quasisatellit der Erde. Bei der darauf folgenden Begegnung im
Jahr 2120 ist es sogar wahrscheinlich, dass er von der Erde eingefangen
und so zum zweiten echten Mond der Erde wird.
Er hat eine Größe von ca. 20 – 30m.
.
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Der Mond
ZDF:
Durchmesser: 3476 km
Rotation: 23 h 56 min 4,1 s
Fallgeschwindigkeit: 1,62 m/s²
Fluchtgeschwindigkeit: 2,380 km/s
Entfernung zur Erde: 384.000 km
Umlaufzeit um die Erde: 27,3217 Tage
Masse: 7,349 · 1022 kg
Besuche: 9 Mondlandungen zwischen 1969 – 1976. Davon
waren 6 bemannte Landungen.
Erster Mensch auf dem Mond: Neil Armstrong mit Apollo 11
Der Mond hat keine Atmosphäre im
eigentlichen Sinn – der Mondhimmel ist nicht
blau – sondern nur eine Exosphäre.
Weil er sich relativ nahe der Erde befindet, ist er bisher der einzige fremde
Himmelskörper, der von Menschen betreten wurde, und auch der am
weitesten erforschte. Trotzdem gibt es noch viele Unklarheiten, etwa in
Bezug auf seine Entstehung und manche Geländeformen.
Die mittlere Entfernung zwischen dem Mond und der Erde wächst jährlich
um etwa 3,8 cm.
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2. Planet Venus
ZDF:
Zweitnahester Planet zur Sonne
Auch genannt: Morgenstern / Abendstern
Planetenart: Gesteinsplaneten
Durchmesser: 12.103,6 km
Oberflächentemperatur: zw. 437 °C und 497 °C
Entfernung zur Sonne: 108 Millionen Kilometern
Rotation: 243 Tage 27 min
Fallgeschwindigkeit: 8,87 m/s2 (9,81 m/s² auf der Erde)
Fluchtgeschwindigkeit: 10,36 km/s
Umlaufbahn: kreisförmigste Umlaufbahn aller Planeten im
Sonnensystem
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 35,02 km/s (Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 224,7 Tage
Masse: 4,869 · 1024 kg
Magnetfeld: Geodynamo, ähnlich dem der Erde, nur sehr
schwach
Hauptbestandteile
Kohlenstoffdioxid: 96,5 %
Stickstoff: 3,5 %
Schwefeldioxid: 0,015 %
Monde: Keine Monde, nur ein Quasisatellit
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Venus
Die Venus ist ungefähr genauso groß wie die Erde, aber ihr
Oberflächendruck ist 90mal höher als bei uns.
Die Venus ist der neben dem Mond, der hellste Gestirn am Himmel. Da sie
zu den unteren Planeten zählt, sieht man sie immer nur am Morgen- oder
Abendhimmel, nie um Mitternacht. Teilweise kann man sie auch mit bloßem
Auge auch am Tag sehen.
Die Venus liegt knapp außerhalb der habitablen Zone und ist der Sonne zu
nahe, um flüssiges Wasser zu besitzen.
38 Millionen Kilometern von der Erde entfernt (ca. 2100 Jahre zu Fuß mit
Pausen)
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1. Planet Merkur
ZDF:
Kleinster und sonnennächste Planet
Planetenart: Gesteinsplanet
Durchmesser: ca. 4880 km
Oberflächentemperatur: ca. 430 bis -170 Grad Celsius
Entfernung zur Sonne: 58 Millionen Kilometern
Rotation: 58 Tage 15 Stunden 36 Minuten
Fallgeschwindigkeit: 3,70 m/s2 (9,81 m/s² auf der Erde)
Fluchtgeschwindigkeit: 4,3 km/s
Umlaufbahn: annähernd Kreisförmig
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit: 47,36 km/s (Erde: 29,78 km/s)
Umlaufzeit: 88 Tage
Masse: 3,301 · 1023 kg
Magnetfeld: globales Magnetfeld (5% der Erdstärke)
Hauptbestandteile
Sauerstoff: 42 %
Natrium: 29 %
Wasserstoff: 22 %
Helium: 6 %
Kalium: 0,5 %
Monde: keine
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Merkur
Wegen seiner Sonnennähe ist er von der Erde aus schwer zu
beobachten. Freiäugig ist er nur maximal eine Stunde lang entweder
am Abend- oder am Morgenhimmel zu sehen, teleskopisch hingegen
auch tagsüber. Details auf seiner Oberfläche sind ab einer Fernrohröffnung
von etwa 20 cm zu erkennen, wenn er der Erde viermal im Jahr relativ nahe
steht.
2008 hat die Sonde MESSENGER 95% der Oberfläche des Merkurs in zwei
Swings erfasst.
Trotz der Sonnennähe werden Eismoleküle an den Polkappen vermutet.
.
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Kurs Grundschule Mühlenbeck
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Alexander Roelke
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Kosmische Gefahren für die Erde
Sonnenwinde / Sonnenstürme
Wandernde Schwarze Löcher
Eintrittswahrscheinlichkeit: Hoch
Eintrittswahrscheinlichkeit: Unwahrscheinlich
Gammablitz
Asteroideneinschläge
Eintrittswahrscheinlichkeit: Unwahrscheinlich
Eintrittswahrscheinlichkeit: Hoch
Globaler Killer: gering
In den letzten 600 Millionen Jahren musste die Erde einiges aushalten.
Mindestens sechzig Mal wurde sie von Asteroiden und Kometen getroffen, die
mehr als fünf Kilometer groß waren. Die Folgen waren jedes Mal verheerend.
Immer wieder kam es zu Massensterben, wie vor 65 Millionen Jahren, als die
Saurier einem Kometeneinschlag zum Opfer fielen.
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Killerasteroid in den nächsten hundert
Jahren auf die Erde prallt, liegen zwischen 1 zu 4.000 bis 1 zu 8.600.
Eindeutiger ist der Fall von Tscheljabinsk am Ural: Im Februar 2013 raste über
der Stadt ein Asteroid mit ca. 20m Durchmesser auf die Erde zu.
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600.000 Asteroiden wurden im Sonnensystem bisher entdeckt.
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Potenzielle Gefahren für die Erde
2016
Eindeutiger ist der Fall von Tscheljabinsk am Ural: Im Februar 2013 raste über
der Stadt ein Geschoss auf die Erde zu
2016 kamen „2016 NX22“ und „2016 QA2“ der Erde sehr nah.
2016 NX22:
Entdeckt: Juli 2016
Vorbeiflog: 2. August 2016
Nähe zur Erde: ca. 4.800.000 km
Größe: 87m
Bei Einschlag: 40-130m Krater
Ergebnis: Neue Eiszeit
2016 QA2:
Vorbeiflog: 28. August 2016
Nähe zur Erde: ca. 84.000 km
Größe: 34m
Bei Einschlag: 30-40m Krater
Ergebnis: Erheblicher Umwelt-und
Sachschaden
2013 flog der Asteroid 2012 DA14 in etwa 30.000 Kilometer vorbei.
2014 flog 2014 RC knapp 40.000 Kilometer vorbei.
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Tunguska-Ereignis
Das Tunguska-Ereignis bestand aus einer oder mehreren sehr großen
Explosionen (daher auch Tunguska-Explosion) am 30. Juni 1908 in Sibirien,
deren Ursache sich bisher nicht zweifelsfrei klären ließ. Als
wahrscheinlichste Ursache gilt zurzeit der Eintritt eines Asteroiden – des so
genannten Tunguska-Asteroiden – oder eines Kometen in die
Erdatmosphäre. Nach neueren Erkenntnissen ist auch eine vulkanische
Eruption nicht auszuschließen.
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Kurs Grundschule Mühlenbeck
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Erdähnliche Planeten
Als erdähnliche Planeten, terrestrische Planeten oder Gesteinsplaneten
werden in Astronomie Himmelskörper bezeichnet, die eine feste Oberfläche
besitzen, im Wesentlichen aus Gestein bestehen (ggf. mit einem metallischen
Kern) und durch die eigene Schwerkraft zu einer Kugel geformt werden.
Anzahl der Systeme
2003
382
123
47
24
Anzahl Planeten
1
2
3
4
5 und mehr
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Bedingungen für erdähnliche
Planeten, damit sich Menschen dort
ansiedeln können
Wasservorkommen H2O
Verhältnis zu anderen Planeten
(Schwerkraftverhältnis um
Astroiden abwehren zu können)
Habitate Zone des
Planeten zur Sonne
Masse darf nicht zu groß sein
und nicht zu klein
(Atmosphärenprobleme
sonst)
Nicht zu nahe im
Zentrum der
Milchstraße und
nicht zu weit am
Rand
Der Planet muss rotieren,
sonst könnte die
Atmosphäre auf der
Sonnenseite entweichen
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Definition für Leben
Lebewesen können Informationen (Reize) aus ihrer Umwelt aufnehmen
(diese wahrnehmen) und auf diese reagieren (Reizbarkeit).
Lebewesen sind in der Lage, sich fortzupflanzen und sich zu vermehren
(Fortpflanzung und Vermehrung).
Lebewesen besitzen zum Aufbau und Aufrechterhaltung ihres Körpers und
seiner Funktionen einen (eigenen!) Stoffwechsel.
Lebewesen wachsen und entwickeln sich (Wachstum und
Entwicklung).
Lebewesen können sich selbst bewegen oder zeigen zumindest innerhalb
ihres Körpers (bzw. innerhalb ihrer Zellen) Bewegungen (Bewegung,
Beweglichkeit bzw. Motilität).
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Neue Entdeckung Trappist 1
40 Lichtjahre entfernt haben Astronomen Großes entdeckt: Im System
Trappist-1 umkreisen sieben erdgroße Planeten einen Stern. Auf sechs
von ihnen könnte Wasser fließen.
Masse: 0,082 M☉
Radius: 0,117 R☉
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