Astronomie

ASTRONOMIE
Mag. Sigrid Freinberger
1
Wozu ?
 Religiöse Gründe
 Interesse und Neugier
 Wunsch nach genauer Zeitrechnung Kalender
 Vorhersage wichtiger astronomischer
Ereignisse
 Landwirtschaft
Mag. Sigrid Freinberger
2
I. Geschichte der Astronomie
 1. Die Griechen: ~ 570 v. Chr. – 150 n. Chr .
 2. Astronomisches Mittelalter1: ~ 830 – 1680
 3. Astronomische Neuzeit²: Ab 1800
1 Die Abgrenzung
zum Mittelalter ist eher willkürlich gewählt.
² Der große Schub im astronomischen Wissen kam zustande:
 durch Verbesserung der Fernrohre
 durch verstärkten Wissensaustausch der einzelnen Forschungsstätten
 durch die die Ausnutzung der im Licht der Sterne selbst steckenden
Information (Spektralanalysehre)
 durch die Beobachtungen von Raumsonden und satellitengestützten
Teleskopen
 durch die Nutzung der Rechenkapazitäten großer Rechnersysteme
Mag. Sigrid Freinberger
3
Zur Zeit Christi glaubte man, dass
die Erde die Form einer großen
Scheibe hat, die überall vom Meer
umgeben ist. Darüber befindet sich
das Himmelsgewölbe, über das die
Götter in Gestalt von Sonne, Mond
und Sterne fahren und den Menschen
Licht und Wärme, Tag und Nacht
bringen.
Mag. Sigrid Freinberger
4
1. Die Epoche der Griechen
Die Griechen kannten zum Teil die
babylonischen und ägyptischen
Ergebnisse der Astronomen.
Da sie aber zu ihren Göttern ein etwas
anderes, offeneres Verhältnis hatten,
waren sie weniger stark von der Astrologie
geprägt und suchten stärker nach den
Hintergründen der Natur.
Mag. Sigrid Freinberger
5
Aristoteles
384 – 322 v. Chr
Aristoteles war sich sicher,
dass die Erde eine Kugel ist:
 Der Erdschatten auf dem
Mond ist kreisförmig
 Bei herannahenden
Schiffen sieht man zuerst
den Mast
Mag. Sigrid Freinberger
6
Das Geozentrische Weltbild
Die griechischen
Philosophen, unter ihnen die
wesentlichen
Repräsentanten
Aristoteles und
Ptolemäus nahmen an,
dass sämtliche
Himmelskörper auf
durchsichtigen Kristallkugeln
befestigt sind
Mag. Sigrid Freinberger
7
Die kugelförmige Erde steht
im Zentrum des Universum.
Alle weiteren
Himmelskörper umkreisen
die Erde in verschiedenen
konzentrisch angeordneten
Sphären (durchsichtigen
Hohlkugeln). Die äußerste
Sphäre wird von den
Fixsternen besetzt.
Mag. Sigrid Freinberger
8
Richtungsänderungen?
Eine Herausforderung an das
geozentrische Weltbild:

Bildquelle: leifi – Geschichte
der Astronomie
Wie kann man die
gelegentlich auftretende
rückwärtige Bewegung der
äußeren Planeten , v.a. Mars
und Venus, bei denen ihre
normale Bewegung (gegen
den Sternenhintergrund ) von
Ost nach West auch einmal
umkehrt erklären?
Mag. Sigrid Freinberger
9
Zusätzliche Kristallkugeln
 Dieses auch als „retrograde
Bewegung“ bezeichnete
Phänomen wird von
Ptolemäus durch weitere,
sekundäre, Kristallkugeln
modelliert an denen die
Planeten befestigt sein
sollten.
 Sie kreisten um einen festen
Punkt der primären Kugel .
Mag. Sigrid Freinberger
10
Ptolemäus ~ 100 – 175 n. Chr
Epizykel

Deferent
 Auf diese Weise ergaben
sich insgesamt 55
Kristallkugeln.
 Die Kreise der sekundären
Kugeln wurden Epizyklen
genannt und die primären
Kugelbahnen, nannte man
Deferenten (Trägerkreise).
Mag. Sigrid Freinberger
11
Der Almagest
 Claudius Ptolemaeus hat seine Ideen in
der großen Himmelskunde, der "Megalè
syntaxis mathematiké", welche die Araber
später "Almagest" nannten, festgehalten.
 Der "Almagest", die erste systematische
Darstellung der antiken mathematischen
Astronomie, wurde für das ganze
Mittelalter zum Klassiker und
Standardwerk.
Mag. Sigrid Freinberger
12
2. Mittelalter
- Umsturz des Weltbildes
Die intensivere und stärker
systematistierte Beobachtung des
Himmels verbunden mit einer
Verbesserung der
Beobachtungsmöglichkeiten durch
Fernrohre führte zu vielen neuen
Erkenntnissen, die letztendlich zu einem
Umsturz des Weltbildes führten. Im
Wesentlichen beschränkte sich aber
damals die Forschung noch auf unser
Sonnensystem.
Mag. Sigrid Freinberger
13
Nicolas Kopernikus
1473-1543
 Kopernikus kam zu der Erkenntnis, dass
die Erde und die Planeten um die Sonne
kreisen (heliozentrisches Weltbild) =
Kopernikanische Wende.
 Sein Werk über die Bewegung der
Himmelskörper wurde erst 1543 in
Nürnberg veröffentlicht. (Kirche!)
Mag. Sigrid Freinberger
14
Das Heliozentische Weltbild
Geozentrisches
Weltbild
Heliozentrisches
Weltbild
Hauptwerk v. Kopernikus: „De Revolutionibus Orbium Coelestium“
Mag. Sigrid Freinberger
15
Ptolemäus gegen Kopernikus
 Das ptolemäische geozentrische Weltbild
war in der Genauigkeit seiner
Bahnvorhersage dem heliozentrischen
Weltbild des Kopernikus überlegen,
welcher annahm, dass die Planeten die
Sonne auf Kreisbahnen umliefen.
 Erst Keplers Entdeckung, dass die
Planeten auf Ellipsen um die Sonne
laufen, führte zu einem genaueren Modell
und letztendlich zur Annahme des neuen
Weltbildes.
Mag. Sigrid Freinberger
16
Tycho Brahe 1546-1601,
dänischer Hofastronom
 Mit seinem berühmten Mauerquadranten steigerte er die
Messgenauigkeit für die Sternpositionen auf 2 ', was
für eine Beobachtung ohne Fernrohr sensationell war.
Die große Bedeutung Tychos liegt in seinen sehr genauen
Beobachtungen
 Sein Weltsystem war ein Kompromiss zwischen dem
ptolemaiischen und dem kopernikanischen System. Die
Erde war noch im Zentrum. Um die Erde kreisen Mond
und Sonne. Die Planenten Merkur, Venus, Mars, Jupiter
und Saturn kreisen aber um die Sonne.
 Nach seiner Zeit in Dänemark wurde Tycho Hofastronom
bei Kaiser Rudolf dem II. in Prag. Hier lernte er Kepler
kennen. Mit Hilfe Brahes Daten entwickelte das
mathematische Genie Kepler die nach ihm benannten
Gesetze.
Mag. Sigrid Freinberger
17
Johannes Kepler
1571-1630
 Johannes Kepler nahm die Grundidee des
heliozentrischen Weltsystems von Kopernikus
auf und veränderte es zu einer praktikablen
Theorie. Unter Verwendung der äußerst genau
gemessenen Planetendaten Brahes, formulierte
er die drei keplerschen Gesetze der
Planetenbewegung.
 Indem er die klassische Theorie aufgab, dass
Planeten sich auf aus Kreisen
zusammengesetzten Bahnen mit
gleichbleibender Geschwindigkeit bewegen,
zeigte er, dass das Universum seinen eigenen
Gesetzen gehorcht und nicht
unbedingt den bis
Mag. Sigrid Freinberger
18
1. Kepler Gesetz
Ein Planet P bewegt sich
auf einer elliptischen Bahn
um die Sonne, die dabei in
einem der Brennpunkte F
oder S steht.
Mag. Sigrid Freinberger
19
2. Kepler Gesetz
Die Verbindungslinie
zwischen der Sonne und
einem Planeten P
überstreicht in gleichen
Zeitintervallen P1-P2 und
P3-P4 gleiche Flächen.
D.h. der Planet bewegt sich
umso schneller, je näher er
der Sonne kommt.
Mag. Sigrid Freinberger
20
Folge
 Das Sommerhalbjahr (21. März – 22. September)
dauert um 8 Tage länger als das Winterhalbjahr.
 Weil: Im Sommerhalbjahr der Planet von der Sonne
weiter entfernt ist als im Winterhalbjahr und daher
langsamer unterwegs ist.
Mag. Sigrid Freinberger
21
3. Kepler Gesetz
Dieses Gesetz bringt die
Umlaufzeiten T1 und T2 von
zwei Planeten mit ihren
Abständen A1 und A2 von der
Sonne in Beziehung:
(T1 / T2)2 = (A1 / A2)3
Das bedeutet, je weiter ein
Planet von der Sonne entfernt
ist, desto länger benötigt er für
seinen Umlauf um die Sonne.
Mag. Sigrid Freinberger
22
Galileo Galilei
1564 - 1642
 Er baute das in Holland erfundene
Fernrohr nach und machte damit
astronomische Beobachtungen. Galilei
vertrat das Heliozentrische Weltbild.
 Galilei entdeckte die Gebirgslandschaft
des Mondes, den Sternenreichtum der
Milchstraße, die Phasen der Venus und
die Jupitermonde.
Mag. Sigrid Freinberger
23
Galileis Buch „Dialogo“
Galilei wurde 1616 von dem Heiligen Offizium
ermahnt, davon abzulassen, die Wahrheit der
kopernikanischen Lehre zu behaupten. Die
Berechnung von Planetenpositionen nach der
kopernikanischen Hypothese, bei der
es sich nur um eine mathematische
Fiktion handelte, war erlaubt.
Daher durfte er auch das
kopernikanische System in seinem
Buch "Dialogo„ behandeln.
Mag. Sigrid Freinberger
24
Verbot der Veröffentlichung
 Auf päpstliche Anordnung wurde jedoch
der Verkauf des Buches untersagt, weil
man Galilei vorwarf, verabredete
Änderungen des Textes (z.B. eine
Schlussrede zugunsten des
ptolemäischen Systems) nicht
durchgeführt zu haben. Damit hatte Galilei
den Bogen überspannt und die Protektion
des Papstes verspielt. Der Prozess gegen
den Dialog begann.
Mag. Sigrid Freinberger
25
Inquisitionsgericht
 Der
Inquisitionsprozess
gegen Galilei endete
mit seiner
Abschwörung vom
kopernikanischen
System und
Verurteilung am 22.
Juni 1633. Sein
angeblicher Ausspruch
"Eppur sie muove"
d.h. "Und sie bewegt
Mag. Sigrid Freinberger
26
Das Urteil
 Galilei wurde zu unbefristeter Haft
verurteilt, die er in seinem Landhaus
zu Arceti bei Florenz verbrachte. Hier
entstand das für die weitere Entwicklung
der Physik wichtigste Werk die "Discorsi",
die 1638 in Leiden gedruckt wurde. Es
enthält die Lehre vom Fall und Wurf.
 Im Jahre 1993 !! rehabilitiert Papst
Johannes Paul II den großen
Wissenschaftler.
Mag. Sigrid Freinberger
27
Kirche und Naturwissenschaft
 Galilei war ein guter Katholik
Er wollte die kirchliche Lehre
in Einklang mit den
naturwissenschaftlichen
Fakten bringen.
 Er vergaß, dass 1600
Giordano Bruno für
ähnliches Bemühen auf dem
Scheiterhaufen sterben
musste.
Mag. Sigrid Freinberger
28
Sir Isaac Newton 1643 - 1727
 Newton wollte ein Fernrohr von großer
Schärfe bauen, konnte aber keine Linsen ohne
Farbzerstreuung schleifen. Um die Entstehung
dieser Farben zu prüfen, untersuchte er das
Licht mit einem Prisma.
 Astronomische Entdeckungen: Die
Anziehungskraft der Sonne schien die Planeten
auf ihrer Bahn zu führen; eine entgegenwirkende
Fliehkraft schien zu verhindern, dass sie gegen
die Sonne stürzen.
 Aus dem dritten keplerschen Gesetz, das die
Umlaufzeiten der Planeten mit ihren
Sonnenabständen in Beziehung setzt, folgerte
Newton, dass die Anziehung der Sonne mit dem
Mag. Sigrid Freinberger
Quadrate der Entfernung abnehme.
29
Bewegung der Planeten
Newton zerlegte die Kreisbewegung der
Planeten in zwei Komponenten:
1. In eine lineare Trägheitsbewegung (in
Richtung der Kreistangente)
2. In eine beschleunigte Radialbewegung
(Ursache: Zentripetalkraft)
Mag. Sigrid Freinberger
30
 Hauptwerk : 'Philosophiae naturalis principia
mathematica' (Mathematische Grundlagen der
Naturwissenschaft).
 Das Werk umfasst drei Teile und legt u.a. das
Prinzip der allgemeinen Gravitation dar, wonach
zwei Körper 1 und 2 sich im Verhältnis ihrer
Massen und im umgekehrten Verhältnis ihres
Abstandes anziehen (z. B. Sonne und Erde)
F = G M1M2/r²
Newtons Gravitationsgesetz
Mag. Sigrid Freinberger
31
Das Gravitationsgesetz
 Erklärte u.a. auch:
- die Entstehung der Gezeiten
- die Bahnen der Kometen:
Die Physik des 18. Jahrhunderts und
darüber hinaus wurde von Newton
geprägt.
Mag. Sigrid Freinberger
32
3. Astronomische Neuzeit
William Herschel (17381822):
Entwickelte
Spiegelteleskope,
entdeckte den Planet Uranus
und sein Ringsystem und
untersuchte Nebel
Mag. Sigrid Freinberger
33
Albert Einstein
(1879 – 1955)
 Entwickelte die
Spezielle und die
Allgemeine
Relativitätstheorie.
 Die
Lichtgeschwindigkeit
ist eine Konstante
und die
höchstmögliche
Geschwindigkeit
Stichworte:
 Raumkrümmung
 Gravitationswellen
 Gravitationslinsen
 Schwarze Löcher
Mag. Sigrid Freinberger
34
4. 10. 1957 Sputnik
 Der erste künstliche
Erdsatellit „Sputnik 1“
(UDSSR) umkreist
die Erde mit ~24
500km/h.
Der Sputnikschock
Es war klar, dass die
Sowjetunion nun in der
Lage war, mit ihren
Raketen nicht nur den
Weltraum zu erreichen,
sondern auch jeden
Punkt
auf der Erde.
Mag. Sigrid Freinberger
35
Juri Gagarin (1943 – 1968)
 Der Kosmonaut Gagarin
wurde ausgewählt, um als
erster Mensch die Erde zu
verlassen. Am 12. April 1961
absolvierte er mit dem
Raumschiff Wostok 1 seinen
spektakulären Raumflug und
umrundete dabei in 108
Minuten einmal die Erde.
Mag. Sigrid Freinberger
36
Erste Mondlandung 20. 07. 1969
 Neil Armstrong (USA)
übernahm mit seinem
Kollegen Edwin
Aldrin am 20. Juli
1969 er die manuelle
Steuerung der
Mondlandefähre
Eagle zu einer
sicheren
Mondlandung.
Armstrong
Aldrin
 „Houston, Tranquility
Base here. The Eagle has
landed.“ Er betrat am 21.
Juli 1969 um 2:56:20 Uhr
(UTC) als erster Mensch
die Mondoberflächemit
den Worten: That's one
small step for a man, one
giant step for mankind
Mag. Sigrid Freinberger
37
Das Weltraumteleskop Hubble
Das Teleskop entstand aus der
Zusammenarbeit von NASA und
ESA und wurde nach dem US –
Astronomen Edwin Hubble
benannt.
1980 startete das
Teleskop ins All.
Damit wurde es
erstmals möglich, die
Störungen durch die
Erdatmosphäre zu
umgehen. Es
umkreist die Erde in
590 km Höhe
innerhalb von 97
Minuten einmal.
Mag. Sigrid Freinberger
38
Sonden
 1997 US Sonde
Pathfinder landet uaf
dem Mars um
Gesteinsproben zu
sammeln.
 2004 Die
Raumsonde
Huygens-Cassini
erreicht nach 7
jähriger Reiszeit den
Saturn zu dessen
Erforschung.
Mag. Sigrid Freinberger
39