Entfernungsbestimmungen (Astronomische Entfernungsbestimmung)
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Die Anfänge der „Nutzung“ - Die Astronomie ist eine der ältesten und zugleich modernsten Wissenschaften Man begann sich damit zu beschäftigen, als der Ackerbau entstand, denn man brauchte einen zuverlässigen Kalender Für Seefahrer war es wichtig, wann mit Stürmen oder Flauten zu rechnen war, und in welche Richtung zu segeln mussten Mittelamerika, Ägypten, Babylonien und China waren die Vorreiter im Beobachten Aufzeichnungen reichen bis ins 3. und 4. Jahrtausend vor Chr. zurück Lokale Blase - Galaktische Region in der sich unser Sonnensystem befindet Beinahe frei von interstellaren Staub Blase erstreckt sich ca. 200 Lichtjahre entlang der galaktischen Ebene und ca. 600 Lichtjahre senkrecht dazu besteht aus sehr heißen und extrem verdünnten Gas hauptsächlich aus Wasserstoff der interstellaren Staub von der Erde fernhält extrem geringe Dichte Blase wurde entdeckt, weil sie intensive Röntgenstrahlung aussendet Wahrscheinlich durch die Druckwelle einer Supernova vor 4 Milliarden Jahren entstanden Sonnensystem - - Planetenumlaufbahnen sind Ellipsen mit der Sonne im Brennpunkt, nur Pluto und Merkur haben fast kreisförmige Besteht aus: der Sonne ( 1. Mio. faches Volumen der Erde) acht Planeten 68 Satteliten der Planeten einer großen Anzahl kleiner Körper (Planetoiden, Asteroiden und Kometen) dem interplanetarischen Medium Klassifikationsmöglichkeiten der Planeten Nach der Zusammensetzung - terrestrisch (felsig) aus Felsen und Metallen, hohe Dichte, feste Oberfläche, wenig Monde, keine Ringe, geringe Rotationsgeschwindigkeit jovianisch ( gasförmig) aus Wasserstoff und Helium, geringe Dichte, tiefe Atmosphären, Ringe, viele Monde, hohe Rotationsgeschwindigkeit Nach der Größe - kleine Planeten Durchmesser unter 13.000 Kilometer große Planeten Durchmesser über 48.000 Kilometer dazwischen? Nach der Position - Position zu Sonne innere und äußere Planeten Position zur Erde niedrigere und höhere Planten Sonne - Befindet sich in einer Balkenspiralgalaxie mit 100-400 Milliarden weiteren Sternen Balkenspiralgalaxie hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren Sonnensystem liegt im Orionarm Ist das größte Objekt im Sonnensystem ( fast 99,9% der Gesamtmasse) Durchmesser: 1.390.000 km Masse: 1,989 * 1030 kg Temperatur: 5.800 K (Oberfläche) Temperatur: 15.600.000 K (Kern) Besteht aus Wasserstoff, Helium, Methan Pro s werden 564 Mio. Tonnen Wasserstoff zu 560 Mio. Tonnen Helium fusioniert, wobei eine Gesamtleistung von etwa 370 Quadrillionen Watt freigesetzt wird rotiert in ca. vier Wochen um die eigene Achse Wirkung nach außen Wärmestrahlung, Sonnenwind Merkur - Der nächste Planet zur Sonne und der kleinste Nur von einer Sonde besucht Kleines Magnetfeld und keine bekannten Satteliten Venus - Der zweite von der Sonne aus Von 20 Sonden besucht Starke Winde, kein Magnetfeld, keine Satteliten Giftige Atmosphäre Oberfläche von Kratern übersäht Venus dreht sich entgegengesetzt der Umlaufbahn um die Sonne Auf der Venus geht die Sonne also im Westen auf und im Osten unter Erde - Dritte Planet von der Sonne aus 6 größte Planet Umlaufbahn: 150 Mio. km von der Sonne entfernt Durchmesser: 12.756,3 km Masse: 5,972*1024 kg 71% der Oberfläche mit Wasser bedeckt der einzige Planet, an dessen Oberfläche Wasser in flüssiger Form bestehen kann Erdatmosphäre besteht aus 77% Stickstoff und 21% Sauerstoff mit Spuren von Argon, Kohlendioxyd und Wasser schwaches Magnetfeld, das elektrische Ströme im Erdkern induziert Erdmagnetfeld wirft in Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind den Van Allen- Gürtel auf Mars - Verschiedene Sonden unteranderem der Pathfinder Kleiner als die Erde Olympus Mons: der größte Berg im Sonnensystem mit 24 km Höhe Tharsis: riesige Ausbuchtung auf der Oberfläche Valles Marineres: Schluchten System gegen die der Grand Canyon im Verglich winzig ist Hellas Planitina: Einschlagskrater auf der Südhalbkugel - besitzt eine sehr dünne Atmosphäre aus einem verschwindend geringem Anteil des ursprünglichen Kohlendioxyds, Stickstoff, Argon, und Spuren von Sauerstoff und Wasser Am Südpol ein Meer aus Eis (beim Schmelzen wäre der gesamte Planet elf m. mit Wasser bedeckt) Leichte Winde Aufgrund von Staubteilchen in der Luft erscheint der Marshimmel leicht rot Eisen und Gesteinskern, der ein Magnetfeld erzeugt Monde: Phobos und Daimos Asteroiden Gürtel - Umlaufbahn der Asteroiden: zwischen drei und sechs Jahren Gesteinsbrocken die es nicht geschafft haben zu einem Himmelkörper zu verschmelzen? Oder vielleicht ein Planet zwischen Mars und Jupiter der zersprengt wurde? Das größte bekannte Objekt im Asteroidengürtel heißt Ceres ( ¼ der Masse von Gürtel) Jupiter - Der bei weitem größte Planet Besitzt doppelt so viel Masse als alle anderen Planeten zusammen Besteht hautsächlich aus Wasserstoff und Helium und Spuren von Methan, Wasser und Ammoniak Gasplanet Wird im Moment von der Sonde „Galileo“ umkreist Winde, wie alle Gasplaneten ( Diese wehen in Streifen, die aneinander grenzen; interessant ist, dass in nebeneinanderliegenden Streifen die Winde in entgegengesetzte Richtung wehen) Starkes Magnetfeld 16 Satteliten Jupiter verlangsamt sich allmählich durch seine 4 „Galileischen Monde“ Durch die schnelle Rotation gibt es starke Wirbelstürme ( z.B. einer, der schon seit 350 Jahren an der selben Stelle wirbelt) Saturn - Zweitgrößte Planet Besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, Spuren von Wasser, Methan, Ammoniak 18 Satteliten und 16 Ringe Uranus - Drittgrößter Planet (nach Durchmesser) Erstmals 1986 besucht Verschiedenen Eisenarten und Felsen sind Hauptbestandteile Besonders ist, dass er eine gekippte Rotationsachse hat 27 Monde und etwa 9 Ringe Neptun - Der viertgrößte Planet von der Sonne aus Eine einzige Sonde Ungewöhnlich ausgerichtetes Magnetfeld wie Uranus 13 Monde Die Wirbelstürme auf Neptun sind die schnellsten im ganzen Sonnensystem (20.000 km/h) Auf dem größten Mond Neptuns ist es am kältesten im Sonnensystem (Triton) Pluto - Seit Sommer 2006 kein Planet mehr Noch nie von einer Sonde besucht Schwankende Oberflächentemperatur Nur ein Satellit Randgebiet des Sonnensystems - Mehr als 500 Objekte entdeckt, die sich jenseits der Neptunbahn befinden Diese bilden den Kuipergürtel Die Objekte sind nahezu unveränderte Überbleibsel aus der Entstehungsphase des Sonnensystems = Planetesimale Sedna - Planetoid im Kuipergürtel 2003 entdeckt Neuer Planet UB313 - Im Kuipergürtel Wahrscheinlich größer als Pluto Forscher meinen, dass er wegen seiner Größe zu den Planeten gehört Oortsche Wolke - Jenseits des Kuipergürtels Vermutung, dass aus dieser herausgerissene Körper als Kometen in innere Bereiche des Sonnensystems gelangen Planet X - Da Kometen aus der Oortschen Wolke meist aus bestimmten Bereichen ins Sonnensystem gelangen, wird angenommen, dass es einen weiteren großen Planeten gibt Dieser soll für die Gemeinsamkeiten der Bahnen von Kometen und Asteroiden verantwortlich sein Müsste aber wesentlich größer als Jupiter sein Es könnte sich aber auch um einen braunen Zwerg handeln Ob diese Vermutungen richtig sind, und wir tatsächlich einen "Dark Star", einen kleinen Zwilling der Sonne haben, wird die neue Generation von Teleskopen uns vlt. sagen können. Sternentwicklung Vor dem „Ausbrennen“ stehen astrophysikalische Umwandlungsprozesse: Protostern - riesige Gas- und Staubwolke zieht sich aufgrund einer Störung von außen (Sternexplosion) unter eigener Schwerkraft zusammen - In der Wolke wird Materie immer dichter zusammengepresst - Druck und Temperatur steigen - Große Energiemengen in Form von Strahlung abgegeben - Temperatur und der Druck im Zentrum stiegen so weit an, dass Kernfusionsprozesse einsetzen. - Der so entstehende Strahlungsdruck wirkt der Schwerkraft entgegen - Die weitere Kontraktion wird aufgehalten - der Stern stabilisiert sich - Bei unserer Sonne vor etwa 4,6 Milliarden Jahren Wasserstoffbrennen - Stern ballt sich unter seiner eigenen Schwerkraft zusammen, die Temperatur im Zentrum erreicht bis zu 30 Mio. Grad - H fusioniert zu He - Temperatur 6 107 °K, Dauer 7 106Jahre Heliumbrennen - Kontraktion des Zentrums des Sterns - Helium fusioniert zu C im Sterninneren - Kontraktion erhitzt auch H - Stern wird größer - Dauer 5 105 Jahre Temperatur 2,3 108 °K - In der nun folgenden Endphase kommt es zu PulsationenTemperatur und Größe des Sterns verändern sich Kohlenstoffbrennen - Dauer 600 Jahre Temperatur 9,3 109 K; 12C + 12C zu Neon Neonbrennen - Neon verbrennt zu Sauerstoff - Dauer ca. 7 Jahre, Temperatur 1,3 109 K Sauerstoffbrennen - 16O + 16 O und 12C + 16O Si Dauer 6 Monate; T 2,3 109 K Siliziumbrennen - 28Si + 28Si zu Fe Temperatur 4,1 109Grad - Dauer 1Tag - eine weitere Fusion würde keine Energie mehr freisetzen, sondern aufzehren - Die Fusion stoppt Nova oder Supernova - bei mehr als 1,5facher Sonnenmasse = Supernova - Im Zentrum nun ein Fe Kern - Temp. auf 8 109 Grad - Stern kollabiert - Materie stark komprimiert Explosion - Kern schnellt zurück - enorme Neutrinomenge abgestrahlt, Schockwelle rast durch Sternverschmilzt Sauerstoff-Atome zu schwereren Elementen - Erreicht die Schockwelle die Sternoberfläche, wird Sternenmaterial weit ins Weltall geschleudert Mögliche Endstadien Weißer Zwerg - voraussichtliches Endstadium unserer Sonne - bei Sterne < 1,4 Sonnenmassen bildet sich nach dem Abklingen der Kernfusionen ein kompakter Kern aus Helium und anderen schwereren Elementen - alle weißen Zwerge haben etwa 0,5 Sonnenmasse - geringer Strahlungsleistung aber hohe Oberflächentemperatur - Durchmesser ca. 107m - Hohe Dichte, hohe Schwerkraft an der Oberfläche dieser Sterne (meist gasförmig) - je nach Temperatur fester oder kristalliner Kern - Leuchtkraft etwa 0,1 bis 1% eines „gewöhnlichen“ Sternes - Bleiben nach dem Auskühlen stabil ( Elektronendruck = Gravitationsdruck) - Ein W.Z. besteht fast völlig aus entarteter Materie - Nur Oberflächenschicht enthält noch intakte Atome - Die Dichte nimmt nach innen zu - Wenn er abkühlt leuchtet er nicht mehr und wird zum Schwarzen/Braunen Zwerg Neutronenstern - Bei Sternen mit mehr als 1,4facherSonnenmasse kann der Druck entarteter Elektronen nicht mehr durch Gravitationsdruck kompensiert werden - der Stern kollabiert bis er beinahe die Dichte des Atomkerns erreicht hat - freiwerdende Gravitationsenergie kann zu einem gewaltigen Abstoßen der äußeren Sternmaterie führen - Die ausgestoßene Materie (bis zu 90% der Gesamtmaterie des Sterns) wird mit bis zu 107 m/s ausgeschleudert - Bei Sterndichte zwischen 1014kg/m³ und 1018 kg/m³ kommt es zum inversiven Betazerfall - Die entstehenden Neutrinos können als Neutrinoschauer vor dem Lichtblitz der Supernova nachgewiesen werden - Es entstehen immer neutronenreichere Atomkerne, bis bei einer Dichte von über 1016 kg/m³ nur mehr Neutronenmaterie vorliegt - Ist die Sternmasse kleiner als 2,5 Sonnenmassen, kommt der Kollaps bei einem zum Stillstand Schwarzes Loch - Hat ein Stern mehr als 2,5 Sonnenmassen, kann der Zusammenbruch auch durch den Quantendruck der Neutronen nicht mehr zum Stillstand gebracht werden - Der Radius des Sterns verkleinert sich immer mehr, bis die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit überschreitet - Schwarzschildsingularität: Mittelpunkt, in dem die gesamte Masse vereint ist - Superdichtes Objekt, ist dunkel, schwarz, Masse nach oben unbegrenzt - Die theoretische Lebensdauer eines Schwarzen Loches von der Größe der Sonnenmasse wäre 1067 Jahre - Im Sternbild Schwan vermutet man Schwarze Löcher auch bei Doppelsternsystem HD226868 Nachweis möglich durch : - Abstrahlung von Energie, der in das Schwarze Loch stürzenden Materie: stürzende Materie erreicht Geschwindigkeiten knapp unter c. Umkreist eine Gasmenge ein Loch, kann ein Gasteilchen nur unter Energieverlust auf tiefere Bahnen gelangen „Todesschrei“ ( Röntgenstrahlen) - Krümmung der Lichtstrahlen: (Gravitationslinse) Das Licht eines einzigen Objekts wird durch die Gravitationslinse in zwei spektroskopisch gleiche Bilder aufgespalten - Verdampfen durch Elektron-Positron Paarbildung: Findet eine Elektron-Positron Paarbildung in der Nähe des Schwarzschildradius statt, könnte eines der beiden Teilchen in das Schwarze Loch gezogen werden. Die Masse des Schwarzen Loches müsste um die Masse des freien Teilchens abnehmen, bis es nach sehr vielen solcher Prozesse verschwindet Entfernungsbestimmungen (Astronomische Entfernungsbestimmung) Parallaxenmethode - Wenn man ein Objekt von verschiedenen Standorten aus betrachtet, so sieht man es unter verschiedenen Winkeln Je weiter die verschiedenen Standorte voneinander entfernt sind, umso größer ist die Winkelverschiebung Wenn an den Sternenhimmel betrachtet, so verschiebt sich auch unser Standort Vor dem Hintergrund von weit entfernten Sternen verschiebt sich somit die Position von nahen Sternen um einen messbaren Betrag Somit lässt sich aus Basislänge und Parallaxenwinkel die Entfernung berechnen Keine hohe Genauigkeit Parallaxensekunde=parsec ( die Entfernung aus der der Erdbahnradius unter einem Winkel von einer Bogensekunde erscheint) 1 parsec entspricht ungefähr einer Entfernung von 3,26 Ly Cepheidenmethode - Cepheiden sind pulsierende Sterne Sie dehnen sich aus und schrumpfen wieder, was eine Änderung der Leuchtstärke mit sich bringt es besteht ein Zusammenhang zwischen der Leuchtstärke und der Pulsationsperiode Somit kann die Leuchtstärke anhand der Pulsationsperiode gemessen werden Wird die Helligkeit, mit der von der Erde aus gesehenen verglichen, kann man seine Entfernung bestimme Hubble-Gesetz - Wenn die Entfernung zu groß ist, versagt die Cepheidenmethode Mit dem Hubble-Gesetz funktioniert es trotzdem Denn Licht, das von weit entfernten Galaxien zu uns kommt zeigt im Spektrum eine Verschiebung zu Rot Dies liegt am Doppler-Effekt und zeigt, dass sich die Galaxien von uns entfernen Das Hubble-Gesetz an sich kann dazu verwendet werden, um aus der Fluchtgeschwindigkeit auf die Entfernung zu schließen Unverlässlich, weil Hubble-Konstante mit großer Unsicherheit behaftet ist (75+-25) Temperatur, Leuchtstärke und Größe - Weitere Informationen können aus dem Sternspektrum gewonnen werden Die Oberflächentemperatur eines Sterns kann anhand seiner Farbe des Lichtes ermittelt werden Eine genaue Bestimmung der Temperatur ist durch die Wien´schen Verschiebungsgesetzte möglich Das Boltzmann Gesetz ermöglicht es aus der Temperatur die Strahlungsleistung zu berechnen Helligkeit eines Stern nimmt mit der Entfernung quadratisch ab Stellt man die Gesamtstahlungsleistung in Beziehung zur spezifischen Strahlungsleistung, so lamm man die Größe des Sterns berechnen Formeln auf Seite 253 Das Hertzsprung-Russel Diagramm - Hat zum Verständnis der Sternentwicklung beigetragen Entlang der Diagonalen ist die Sterndichte am größten Hauptreihe Rechts ist der Riesenast und unten der der weißen Zwerge Die Flächen dazwischen sind fast leer Die Hauptreihe - Dort sind die Sterne die sich auf einer Phase mit stabilen Gleichgewicht befinden Ihr Energiebedarf wird durch H-Fusion gedeckt Links oben sind die blauen Riesensterne (hoher Gasdruck, hohe Temperaturen, große Masse, hohe Leuchtkraft) Rechts unten sind die roten Zwergsterne Diese haben eine kleine Masse und geringeren Gravitationsdruck, also niedrige Temperatur Der Riesenast - Dort haben die Sterne trotz niedriger Temperatur hohe Leuchtkraft Die Roten Riesen sind die wahren Giganten des Himmels Diese haben aufgrund der großen Oberfläche eine so hohe Leuchtkraft
