Astronomie WS 2010/11

Astronomie WS 2010/11
20.10.2010
1.Astronomische Geräte vor dem Teleskop:
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Armillaren (Äquinoktial)
Sextant (Tycho Brahe) Sechstel Kreis
Astrolabium (Beobachtungs-/Taschenrechnerseite) Lotrichtung als Referenz
Quadrant (Brahe, Mauer, Bird) Viertel Kreis
2.Werkstoff Glas:
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500 v. Chr. Linsen bei Griechen und Römern
Ab 1285 Brillen
1608 erstes Teleskop (Johannes Lipperhey)
3.Brechungsgesetz (Snelliuss):
Brechungsindex:
Luft ~1
Kronglas~1,52
Flintglas~1,62
4.Galileo Fernrohr 1609
konvexes Objektiv
konkaves Okular
Vergrößerung 30x
→ Entdeckung das die Venus Phasen wie der Mond hat
→ deutet auf heliozentrisches Weltbild
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Astronomie WS 2010/11
5.Keppler Fernrohr 1611
Refraktor (Linsenfernrohr)
Vergrößerung
Verschiedene Okulare → verschiedene Vergrößerungen
Fernrohr ist umkehrend → (Seitenverkehrt und auf den Kopf gestellt)
Chromatische Aberration → Lichtbrechung hängt von Wellenlänge ab
→ achromatische Linsen : mehrere Linsen unterschiedlichen Materials (unterschiedlicher
Brechungsindex) hintereinander
6.Spiegelfernrohr (Reflektoren) Newton 1670
Licht geht über das Objektiv auf einen Fangspiegel und
von dort weiter zum Okular
Kein Loch im Bild da Kohärenz
Durch sphärische Aberration kommt es zu unterschiedlichen Brennpunkten
→ Korrektionsplatte (Schmidtplatte)
7. Andere Reflektorsysteme
- Cassegrain
8.Linsen heutzutage
Glas mit Metallbeschichtung (Silber, Alu)
→ Temperaturstabile Gläser (Cerodur, Pyrex)
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Astronomie WS 2010/11
9.Reflektoren in verschiedenen Fokusanordnungen
Öffnungsverhältnis:
Conde-Fokus: Ortsfest, egal wohin Fernrohr blickt
→ Sonnenbeobachtung
Azimutale Montierung
Teleskop ist in zwei Achsen beweglich
Parallaktische Montierung
Auch in zwei Achsen beweglich, aber Ausrichtung auf Himmelspol
10.Sensoren: CCD
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Licht fällt auf Siliziumoberfläche und wird dort in eine elektrische Ladung umgewandelt und
ortsfest gespeichert
Die Ladungspakete werden verschoben ohne sich gegenseitig zu vermischen, danach werden
sie ausgemessen
In der Astronomie:
 Quadratische CCD
 60 Millionen Bildpunkte
 8192 x 8192
 Pixelgröße 8-9 μm
Vorteil:
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Optimales Eigenrauschverhalten da weniger als 15 Elektronen pro Pixel
Hohe Quantenausbeute von 90%, Fotoplatte hat nur 10%
Digitaler Datenfluss
Fehler:
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Blooming – Überlaufen von Ladungen
Dark Current – Ladungen durch thermische Effekte
Flat Field – Variation der Quantenausbeute
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Astronomie WS 2010/11
27.10.2010
11. Leistung eines Teleskops
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Abhängig von Objektivdurchmesser D
Lichtsammelnde Wirkung ∝D
Auflösung (A) (Trennschärfe
)
Dawes-Formel
Für λ
bei nicht allzu großen Objektivöffnungen
550nm (gelbes Licht)
→
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oft wird D auch in Zoll angegeben
12. Seeing
Bodengebundene Teleskope sind durch atmosphärische Turbulenzen begrenzt (ρ ≥ 0,2“)
Seeing-Scheibchen = diffuse, verschmierte Speckles
13.Adaptive Optik
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Korrekturspiegel aus vielen kleinen Segmenten (computergesteuert bewegt)
Man braucht punktförmige Referenzquelle
Laserstrahl erzeugt künstliche Referenzquelle (Anregung von NA-Atomen in Mesosphäre
in 90 km Höhe, typische Pulsrate liegt bei einigen pro Sekunde
14.Koppelung von Teleskopen
Interferometrisch: Überlagerung der Lichtsignale von mehreren Spiegeln über Vakuumröhren
→ Referenzmuster → Bild
15. Abkürzungen
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VLT – Very Large Telescope
HST – Hubble Space Telescope
GTL – Gran Telescopio Canarias
16.Aktive Optik
Durch Gravitation bedingte Beugungen bei Bewegung von Spiegeln von bodengebunden
Teleskopen werden durch Aktoren ausgeglichen
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Astronomie WS 2010/11
03.11.2010
17.Wellenlänge und Frequenz
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Hängen zusammen
Sichtbares Licht zwischen 400 und 700 nm
18. 21cm-Linie – Wasserstoff
Die Emissionslinie entsteht durch den Energieunterschied zwischen
der parallelen(F=1) und antiparallelen(F=0) Spinorientierung des
Elektrons relativ zum Spin des Protons.
→ EM-Strahl
→Synchrotron-Strahlung
19.VLBI –Radiointerferometrie
Unterschiedliche Bänder gleicher Stellen
→ Zusammenschluss (Korrelator)
20.Radiopulsar
Schnell rotierender Neutronenstern
H … Plancksches Wirkungsquantum
10.11.2010
21.Compton Telescope
Gammaquant trifft auf ein Elektron, es findet ein Energie und Impulsaustausch statt (ComptonEffekt). Die Richtung und Wellenlänge des Elektrons und des Gammaquant ändert sich und
kann gemessen werden.
22.Neutrinoastronomie
Methoden zur Neutrinodetektion:
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Perchlorethylen C Cl
Wassertanks (Deuterium) → Cerenkov-Strahlung
Gallium gelöst in GaCl
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Astronomie WS 2010/11
Neutrinoarten von der Sonne:
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Elektron-Neutrinos
μ-Neutrinos
τ-Neutrinos
23.Gravitationswellen:
Bei Ausbreitung unter Lichtgeschwindigkeit → Kraft bei Doppelsternen nicht in Richtung der
Verbindungslinie
Wellenförmige Störungen der Raum-Zeit die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet
Quadrupolformel:
Faktor:
3,6
10 W
Mögliche Quellen:
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kompakte Neutronensternsysteme (verschmelzend)
Was bewirken Gravitationswellen:
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Gezeitenkräfte
Detektoren:
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Zylinderdetektoren (Alu/Niob)
Laserinterferometer
24.11.2010
24.Erde
Polarlichter:
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Aurora Borealis im Norden
Aurora Australis im Süden
Die Sonnenwinde treffen auf das Erdmagnetfeld und werden dann entlang der
Magnetfeldlinien zu den Polen gelenkt
Einfallende Elektronen und Protonen aus den Sonnenwinden werden in der Regel in der
Ionosphäre (1000km Höhe) reflektiert
Bei Entstehung einer amoralen Potentialstruktur können die Teilchen weiter eindringen
Dort treffen sie auf die Moleküle in der unteren Ionosphäre und regen diese an
Wenn sich die Moleküle wieder abregen entsteht Licht
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Astronomie WS 2010/11
Erdatmosphäre:
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Troposphäre
o Durchschnittlich 1013 mbar
o Bis 8 km an den Polen und 18 km am Äquator
o Wetterzone
o Temperatur nimmt mit zunehmender Höhe ab
o Reicht bis zur Tropopause
Stratosphäre
o Reicht von ca. 15 km bis 50 km
o Enthält die Ozonschicht (25 – 40 km)
o Temperatur steigt wieder durch die Ozonabsorption an
o Reicht bis zur Stratopause
Mesosphäre
o Reicht von 50 bis ca. 85 km
o Temperatur nimmt wieder ab
o Reicht bis zur Mesopause
Thermosphäre
o Reicht von 85 bis ca. 400 km
o Temperatur nimmt wieder zu, da Sonnenstrahlung absorbiert wird
Exosphäre
o Beginnt ab ca. 400 km bis ca. 10000 km
o Temperatur bleibt fast konstant hoch
Ionosphäre
o Beginnt in der oberen Mesosphäre bei etwa 80 km und geht bis etwa 1000 km
o In dieser Zone herrscht eine vollständige Ionisation aller Teilchen vor
o Reflektiert Kurzwellen
Chemische Zusammensetzung der Atmosphäre
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Uratmosphäre
o Kondensation aus protoplanetarem Nebel
o Wenig Methan, wenig Ammoniak
o Bestand hauptsächlich aus Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff
bedingt durch ausgasende Vulkane
Sauerstoff
o Es gibt verschiedene Hinweise, dass es in der Uratmosphäre kein Sauerstoff gab
o Erster Sauerstoff durch Photolyse von Bakterien, Kohlenstoff wurde gebunden
und Sauerstoff erzeugt. Dieser wurde allerdings für lange Zeit durch
Oxidationsprozesse wieder gebunden. Erst viel später kam Sauerstoff in die
Atmosphäre (ca. 3%)
o Der Rest des Sauerstoffs ist biologischen Ursprungs → Photosynthese
Seismologie
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Erdbebenkunde, messbar mit Seismographen
Einteilung über Richterskala → Beziehung zwischen seismischer Energie E und
Magnitude M, log
4,4 1,5M
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Astronomie WS 2010/11
01.12.2010
Erdbebenwellen:
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In Schallrichtung (P-Wellen) v
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Transversalwellen (S-Wellen) v
Eigenschwingung der Erdkörpers:
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1829 Poisson – Eigenschwingung der elastischen Kugel
1911 Love – Anwendung auf Erdkörper
Isostatische Einlagerung:
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Gravitative Wirkung von Einlagerung eines Gebirges in der Asthenosphäre
Magnetfeld der Erde:
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Polt sich um
Variiert
15.12.2010
25.Mond
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1. Mondkarte Galilei 1610
Detaillierte Mondkarten von Lohrmann, erste 1824, 1878 Mondcharta
12.09.1959 erster Aufschlag auf dem Mond
Umlauf um Erde ist gleich lang wie seine Eigenrotation (27 Tage) → Man sieht nur seine
Vorderseite
6 Bekannte Landungen
2 typische Gebiete
o Flache mare Gebiete → Auffüllung durch Magma
o Raue Hochländer
Ursprung der Mondkrater
o Vulkanischen Ursprungs, aber Krater sind abgedeckt, Bodenmaterial fehlt
o Wahrscheinlicher Explosionskrater durch Meteorite
Mondgestein
o Generell Lavagestein, ähnlich Erdgestein
o Weniger leicht flüchtige Elemente → war heißer als Erde
o Ca. 4- 4,44 Mrd. Jahre alt
Entstehung des Mondes höchstwahrscheinlich durch Kollision der Erde mit einem
großen anderen Planeten
Radius beträgt 1738 km, besitzt dicke Lithosphäre
Eventuell Wasser an den Polen vorhanden
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Astronomie WS 2010/11
05.01.2011
26.Sonne
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Magnetfeldlinien der Sonne werden durch ihre Eigenrotation verdreht, dadurch sehr
hohe Energien
Protuberanzen→ Sonnenausbrüche entlang von Magnetfeldschleifen
Eigenschwingung der Erde → kollektive Schwingung
Sonnenkern ist 15 Mio. Kelvin heiß
Pro Sekunde fusionieren 700 Mio. t Wasserstoff
Physikalisches Prinzip ist der Massendefekt → bei Fusion wird ein Teil der Masse in
Energie umgewandelt
c
12.01.2011
27.Mars
Olympus Mons
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größter Vulkan auf dem Mars, 700 km Durchmesser und 25 km hoch
Dickere Lithosphäre → keine Kontinentalplatten
Wiederholte Eruptionen
Flach abfallend
Kreisrunde Kratermulde
Wahrscheinlich noch vulkanisch aktiv
Atmosphäre
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95% Kohlendioxid
3% Stickstoff
1,5% Argon
Extrem geringer Druck
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Polkappen bedecken bis zu 30% der Hemisphären
Vermutung von Wasser auf dem Mars, aber an der Oberfläche zu kalt und zu dünne
Athmosphäre
Marsmonde
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Phobos und Deimos
Im Gegensatz zum Erdenmond sind die Marsmonde zu leicht um die Ekliptik (Achse)
stabil zu halten → kein stabiles Klima
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