Einstieg: Was ist Astrophysik?

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Einführung in die
Astronomie und Astrophysik I
Teil 1
Jochen Liske
Hamburger Sternwarte
[email protected]
Präliminarien: Kontakt

Email: [email protected]

Web: www.hs.uni-hamburg.de/jliske

STINE

Sprechstunde: nach Vereinbarung
(entweder an der Sternwarte in Bergedorf oder vor der
Vorlesung an der Jungiusstr.)

Übungsgruppenleiter:

Jochen Liske

Andreas Schweitzer
Präliminarien: Was, wo und wann?

Vorlesung:
 Do 14:15 – 15:45
 HS II

Übungen:

2 Gruppen

Do 16:00 – 17:15

HS II (Liske) und HS III (Schweitzer)

Übungszettel und Besprechung

Aktive und regelmäßige Teilnahme  Bonuspunkte

Start: 14.04.2016

Aufteilung in Gruppen am Ende der nächsten Vorlesung
Präliminarien: Leistungsnachweis

Benotete Modulabschlussklausur / Prüfungsklausur:
 Do, 21.07.2016, 10:00 – 12:00, HS III
 2. Termin: Di, 11.10.2016, 10:00 – 12:00, HS II
 Anmeldung erforderlich
 3 Versuche möglich
 Prüfungsstoff orientiert sich an den Übungszetteln
 Benotung:
Punktzahl
Note
< 50%
Nicht bestanden
50 – 54 %
4,0
55 – 69 %
3,7
70 – 74 %
3,3
…
…
90 – 94 %
1,3
≥ 95%
1,0
Präliminarien: Leistungsnachweis

Bonus:
 Voraussetzung: aktive und regelmäßige Teilnahme
an den Übungen  Präsentation von mindestens
2 Lösungen von Übungsaufgaben
 Bonus wird gewährt, wenn ≥ 60 % der für die
Übungsaufgaben zu vergebenen Punkte erreicht
worden sind
 Bonus besteht aus:
• Klausurpunktzahl ≥ 50%?  Note + 0,3
• Klausurpunktzahl < 50%?  Bis zu 20
Prozentpunkte (linear abhängig von der erreichten
Punktzahl für Übungsaufgaben), maximal
erreichbare Note = 3,7
Präliminarien: Literatur

Folien
 In STINE
 Kein Ersatz für Lehrbücher!

Astronomie und Astrophysik
Weigert, Wendker & Wisotzki
Wiley-VCH, 5. Auflage, 2009

Der neue Kosmos
Unsöld & Baschek
Springer, 7. Auflage, 2004

Abriss der Astronomie
Voigt, Hrsg. Röser & Tscharnuter
Wiley-VCH, 6. Auflage, 2012
Themen

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
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
Einstieg: Was ist Astrophysik?
Koordinatensysteme
Astronomische Zeitrechnung
Sonnensystem
Gravitation
Die Keplerschen Gesetze
Strahlung
Teleskope
Planeten
Sternaufbau
Sternentstehung
Sternentwicklung
Sternhaufen
Interstellare Materie
Die Exoten: Neutronensterne und Schwarze Löcher
Ausblick: Themen in EA&A II

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
Die Milchstraße
Die Lokale Gruppe
Galaxien
Aktive Galaktische Kerne
Galaxienhaufen
Intergalaktische Materie
Kosmologie
Einstieg: Was ist Astronomie?
Einstieg: Was ist Astronomie?





Eine der ältesten Wissenschaften der Welt
Alle frühen Hochkulturen (Babylonier, Ägypter, Chinesen, Inder,
Maya, ...) führten Beobachtungen des Nachthimmels durch.
 Kalender
 Zeitmessung
 Religiöse Aspekte
Grosser Stellenwert in der Antike (z.B. Griechenland, islamische
Welt)
 Erste „Experimente“
 Entwicklung von Weltbildern
 Frühe Form moderner Wissenschaft
Frühe Neuzeit
 Positionsastronomie
 Zeitmessung für die Seefahrt
Entwicklung zur Astrophysik im 17. – 19. Jahrhundert
Begrifflichkeiten: historische Entwicklung
Astrologie
Astronomie
Astrophysik
Begrifflichkeiten: heute
Astrologie
Astronomie
Astrophysik
Unterscheidung zwischen
Astronomie und Astrophysik
heute:
 Kein einheitlicher Gebrauch
 Beobachtung vs Theorie?
 “Klassisch” vs “modern”?
 Weitestgehend irrelevant!
Einstieg: Was ist Astrophysik?

Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt
Credit: NASA
Einstieg: Was ist Astrophysik?


Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt
Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde
Credit: ESO
Das Sonnensystem
Mond
Credit: G.H. Revera
Sonne
Credit: NASA / SDO / AIA / GSFC
Planeten – hier: Saturn
Credit: NASA / JPL / Space Science Institute
Credit: NASA / JHUAPL / SwRI
Zwergplaneten – hier: Pluto
Credit: ESA / Rosetta / NAVCAM
Kometen
Dimensionen
Das Sonnensystem im Maßstab 1:109 (1000 km ≙ 1 mm):
 Sonne:
1.4 m ⌀

Merkur:
Erbse (0.5 cm ⌀)
in 60 m Entfernung

Venus:
Haselnuss (1.2 cm ⌀) in 110 m

Erde:
Haselnuss (1.3 cm ⌀) in 150 m

Mars:
Erbse (0.69 cm ⌀)
in 230 m

Jupiter:
Apfelsine (14 cm ⌀)
in 800 m

Saturn:
Apfelsine (12 cm ⌀)
in 1.4 km

Uranus:
Mandarine (5 cm ⌀)
in 3 km

Neptun:
Mandarine (5 cm ⌀)
in 4.5 km
Dimensionen
“Planetenpfad” an der
Hamburger Sternwarte
in Bergedorf
Förderverein Hamburger
Sternwarte e.V. (FHS)
25
Dimensionen im Sonnensystem
 Radius Erde:
R♁ = 6382 km
 Radius Sonne:
R☉ = 696×103 km = 109 R♁
 Radius Jupiter:
RJup = 70×103 km = 11 R♁
 Entfernung Erde-Sonne:
~150×106 km = 1 AU = 215 R☉
 Entfernung Sonne-Jupiter: 5.2 AU
 Entfernung Sonne-Pluto:
39.5 AU
Exoplaneten
Credit: ESO
Credit: NASA, ESA, M. Livio and the
Hubble 20th Anniversary Team (STScI)
Interstellare Materie
Credit: ESA/Hubble & NASA
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team
(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration
Sterne
Credit: NASA, ESA and Allison Loll /
Jeff Hester (Arizona State University)
Explosionen!
Credit: NASA, ESA, and the Hubble
Heritage Team (STScI/AURA)
Sternhaufen
Galaxien
Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage
(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration;
Davide de Martin and Robert Gendler
Galaktische Dimensionen
 Entfernung zum nächsten Stern (Proxima Cen):
4.22 Ly ~ 1.3 pc ~ 27×103 AU ~ 4×1013 km
 1 Ly = 9.46×1012 km, 1 pc = 3.09×1013 km
 Entfernung zum Zentrum der Milchstraße: ~8 kpc
 Durchmesser der Milchstraße: ~30 kpc
Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage
(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration
Galaxien
Credit: NASA, ESA, and the Hubble
Heritage Team (STScI/AURA)
Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage
Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble
Collaboration and K. Noll (STScI)
Credit: NASA, ESA, and J. Lotz,
M. Mountain, A. Koekemoer, and
the HFF Team (STScI)
Galaxienhaufen
Credit: NASA , ESA; S. Beckwith
and the HUDF Team
Das Universum
Extragalaktische Dimensionen
 Entfernung zu den Magellanschen Wolken: ~50 kpc
 Entfernung zur Andromeda Galaxie: ~800 kpc
 Größe der Lokalen Gruppe (Galaxienhaufen): ~1.4 Mpc
 Entfernung zum Virgo Haufen (Zentrum des Lokalen
Superclusters): ~16 Mpc
 Entfernung zum entferntesten, je beobachteten Objekt (Gn-z11,
z = 11.1): ~4.1 Gpc (Lichtlaufzeit)
 Sichtbares Universum: ~4.2 Gpc (Lichtlaufzeit)
Kosmologie
Credit: NASA / WMAP Science Team
Der Urknall
Credit: ESA, Planck Collaboration
Einstieg: Was ist Astrophysik?


Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt
Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde
Einstieg: Was ist Astrophysik?



Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt
Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde
Sehr viele Teilbereiche, viele mögliche Unterteilungen

Theorie, Beobachtung, Instrumentierung, Laborexperiment
Einstieg: Was ist Astrophysik?

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
Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt
Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde
Sehr viele Teilbereiche, viele mögliche Unterteilungen

Theorie, Beobachtung, Instrumentierung, Laborexperiment

Nach Wellenlänge: Optisch, Infrarot, Radio, Röntgen, …

Nach Methode: Photometrie, Spektroskopie, Astrometrie, Interferometrie, …

Nach Entfernung: Galaktisch, Extragalaktisch, Kosmologie

Nach Objekt: Sonne, Planeten, Sterne, Galaxien, Schwarze Löcher, …

Nach Physik: Strahlungsprozesse, Hydrodynamik, Gravitation, …
Viele Überschneidungen mit anderen Teildisziplinen der Physik

Atomphysik, Nuklearphysik, Teilchenphysik, Gravitationsphysik, …

Alle 4 fundamentalen Wechselwirkungen spielen in der Astrophysik eine Rolle
… und mit anderen Naturwissenschaften


Chemie, Mathematik, Informatik, …, und neuerdings: Biologie
Sehr starker Bezug zum technologischen Fortschritt
Die Boten
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Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos
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Gravitationswellen
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Die Boten
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Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos
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Gravitationswellen
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Die Boten
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Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos
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Gravitationswellen
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Die Boten
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Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos
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Gravitationswellen
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Die Boten
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Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos
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Gravitationswellen!!!
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Die Boten
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Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos
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Gravitationswellen!!!
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Die Boten

Direkte Exploration
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Kosmische Strahlung
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Neutrinos

Gravitationswellen
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Elektromagnetische Strahlung (Licht)
Das elektromagnetische Spektrum
Das elektromagnetische Spektrum
Credit: ESO
Credit: NASA
Astronomie – warum?
Astronomie – warum?
Astronomie:
 liefert Kontext und setzt uns in Beziehung zum Rest des
Universums
 berührt fundamentale Fragen unserer Existenz
 ist vergleichsweise günstig
 führt bisweilen zu technischen Neuerungen von breitem Interesse
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