Astro_ModellEntfernung

Astronomie NWT9
GZG FN
Modelle
1
Astronomie, Kl. 9, Version
Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Entfernungen





Astronomische Einheit 1 AE = 1 AU = 150*106 km =
150 Gm= 1,495 978 706 91 · 1011 m = 1,581 · 10−5 Lj
= 8 Lmin und 19 Ls
Lichtjahr = Lj = 9,5*1012 km = 9,460 528 191 · 1015 m =
0,3066 pc = 63240 AE =
Parsec = pc = 3,262 Lj = 30*1012 km =
3,085 677 581 28 · 1016 m =
2,062.648.062.45 · 105 AE
Winkelauflösung heutiger Teleskope:
Astro_Sterne, Folien 8 und 9
Zentrum der Milchstraße = 28 000 Lj
Größe Planetensystem:
–
–
–




2
Bis zum Neptun: 250 Lmin / Bis zum Kuipergürtel = 20 .. 30 Lh
Bis zur Oortschen Wolke = 1,5 Lj (Grenze des Sonnensystems)
Nächster Stern = 4 Lj
Größe der Milchstraße = 110 000 Lj
Entfernung Andromedanebel = 2,5 Mio. Lj (Magellansche Wolken 165 TLj)
Virgosuperhaufen (sein Zentrum, der Virgohaufen ist 54 Mio Lj entfernt)
Größe All > 46 Mrd. Lj (Alter = 13,8 Mrd. Jahre = Radius ohne Relativitätstheorie, siehe / oder)
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Parallaxe beim Mond
3

Mit Stellarium kann man sich den Effekt der Parallaxe ansehen.

Wir können den Mond am 5.2.2015 um 2:30 einmal in FN (links) und
einmal am Äquator (rechts) ansehen.
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Parallaxe beim Mond
4

Mit Photoshop kann man
die Bilder gezielt drehen
und überlagern, so dass
die Sterne zur Deckung
kommen. Dann erkennt
man deutlich, dass der
Mond vor dem
Hintergrund der sehr
weit entfernten Sterne
springt.

Man kann damit die
Entfernung des Mondes
von der Erde berechnen.
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Ulan Bator / FN 28.4.2010
5
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Ulan Bator / FN 28.4.2010
6
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Der Mond
7
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Sonnensystem









8
Das Sonnensystem ist vor 4,6 Mrd. Jahren
entstanden (das Weltall ist 13,8 Mrd. Jahre alt)
Sonne enthält 99,9% der Gesamtmasse
Innere Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars)
bestehen aus Gesteinen wie die Erde
Asteroidengürtel (Ceres, Pallas, …) kleine
Gesteinsbrocken von 1 bis 100 km Durchmesser
Äußere Planeten (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun)
Gasplaneten, alle rund 10 mal so groß wie die Erde.
Sie haben sehr viele Monde.
Kuipergürtel (Pluto, Eris, Sedna, …)
Heliopause: Grenzschicht zwischen Sonnenwind und
interstellarem Medium
Oortsche Wolke
Merkspruch: Mein Vater erklärt mir an jedem
Sonntag unsere natürliche kosmische Ordnung
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Sonne
9
Entfernung von der Erde
149,6 e6 km
Alter
4,6 e9 Jahre
Durchmesser Sonne
1,4 e6 km
100 Erden
Masse
2 e30 kg
333 000 Erden
Dichte
1,4 g/cm^3
Temp Kern
15,7 e6 K
Temp außen
5770 K
Massenverlust durch Sonnenwind
1 106 t/s
Massenverlust durch Kernfusion
4 106 t/s
Entfernung vom Zentrum der Milchstraße
28 000 Lj
Umlaufsdauer um das Zentrum der Milchstraße
211 Mio Jahre
Umlaufgeschwindigkeit
250 km/s
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Erde




10
Große Halbachse der Erdbahn =
149,6 Millionen km = 1AE / siehe Internet
Perihel = 0,983 AE = 147 Mio. km (Januar)
Aphel = 1,017 AE = 152,1 Mio. km (Juli)
D.h. der Abstand von der Sonne schwankt
nur um ±1,7%.
Die (numerische) Exzentrizität ist 0,0167
Die Erde bewegt sich mit 30 km/s (29,78 km/s) um die
Sonne und mit 300 km/s um das Zentrum der
Milchstraße
Die Erde ist fast eine Kugel. Der Poldurchmesser ist
12 714 km, der Äquatordurchmesser ist 12 756 km, d.h.
am Äquator ist die Erde 21 km ausgebeult (der Grund
hierfür ist die Drehung der Erde)
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M1) Planetenmodell (1:109)









11
Machen wir die Sonne zu einem Ball von rund 1,4 m Durchmessern, so wird
die Erde eine Erbse von 1,2 cm, die in einer Entfernung von 150 m um die
Sonne kreist.
Der Abbildungsmaßstab ist dabei 1 : 1 Milliarde, d.h. 1 mm im Modell
entspricht einer Größe von 1000 km in Wirklichkeit (1 m = 10^6km)
Jupiter ist dann eine Orange in 800 m Entfernung von der Sonne
Die Planeten befinden sich innerhalb eines Radius von 10 bis 20 km, Pluto ist
6 km von der Sonne entfernt, also in Eriskirch
Der nächste Stern ist 40 000 km von dem Sonnenball der Größe 1,4 m
entfernt. Der Einflussbereich der Sonne geht etwa 10 000 km weit (1Lj).
Das Licht würde in einem Jahr 9 500 km zurück legen.
Regulus im Löwe wäre im Modell doppelt so weit von uns entfernt wie der
Mond in Wirklichkeit (77,5 Lj entfernt, im Modell 775 000 km) , die Milchstraße
hätte eine Ausdehnung bis über die Jupiterbahn hinaus (Durchmesser 100
000 Lj , Modell 1 Milliarde km, Entfernung Sonne - Jupiter: 780 Mio)
Der Andromedanebel wäre im Modell vier mal so weit entfernt wie Pluto in
der Wirklichkeit.
Siehe auch http://www.panoptikum.net/sonnensystem/
oder http://www.br-online.de/wissen-bildung/spacenight/sterngucker/planeten/sonnensystem.html
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M1: Planetenmodell (1:109) Aufgabe




12
Im folgenden wollen wir uns überlegen, wie sich
das Modell erarbeiten kann.
Bearbeite dazu AB_Modelle.doc, (HP GZG) Kap. 1
Schreibe die Tabelle von 1 a) ins Heft und ergänze
die fehlenden Zahlen mit Hilfe des Internets.
(Wer möchte kann auch das Word-File bearbeiten
und bei sich auf dem Stick abspeichern.)
Bearbeite die weiteren Punkte des
Arbeitsblattes 4.
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M1: Planetenmodell (1:109) Lös. Aufgabe
Durchmesser
Entfernung zum
Zentralgestirn
Sonne
1.392.000 km
----
Merkur
4.878 km
57.900.000 km
3,2 Lmin
0,5 cm
58 m
Venus
12.104 km
108.200.000 km
6,0 Lmin
1,2 cm
108 m
Erde
12.765 km
149.600.000 km
8,3 Lmin
1,2 cm
150 m
Mars
6.794 km
227.900.000 km
12,7 Lmin
0,7 cm
228 m
Jupiter
142.796 km
778.300.000 km
43,2 Lmin
14 cm
778 m
Saturn
120.000 km
1.427.000.000 km
79,3 Lmin
12 cm
1,4 km
Uranus
51.800 km
2.870.000.000 km
159,4 Lmin
5,1 cm
2,8 km
Neptun
44.660 km
4.496.000.000 km
249,8 Lmin
4,8 cm
4,5 km
Pluto
(Kuipergürtel)
2.390 km
5.966.000.000 km
331,4 Lmin
2,4 mm
5,9 km
Eris
2.400 km
10.150.000.000 km
563,9 Lmin
2,4 mm
10,2 km
Sedna
1.700 km
13.000.000.000 km
722,2 Lmin
1,7 mm
13 km
Mond (der
Erde)
3.476 km
384.400 km
0,3 cm
38,4 cm
Ganymed
(Mond des
Jupiter)
5.280 km
1.070.000 km
0,5 cm
1m
Titan (Mond
des Saturn)
5.190 km
1.222.000 km
0,5 cm
1,2 m
Name
13
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
Modell
1.000.000
km = 1 m
1,4 m
GZG FN W.Seyboldt
M1: Sterne im Planetenmodell (1:109)
Name
Sonne
Proxima Centauri
(nächster Stern)
Durchmesser
1 392 000 km
1.000.000 km =
1m
Modell
----
1,4 m
202 000 km
4,3 Lj
40 678 000 000 000 km
Sirius (hellster Stern im
großen Hund CMa)
2 366 400 km
8,6 Lj
81 356 000 000 000 km
2,4 m
81 356 km
Sirius B (Weißer
Zwerg, Sonnenmasse)
12 000 km
8,6 Lj
81 356 000 000 000 km
1,2 cm
81 356 km
Atair (Adler, Aqu)
2 227 200 km
16,5 Lj
156 090 000 000 000 km
2,2 m
156 090 km
Wega (Stern im
Schwan Cyg)
3 800 000 km
25,0 Lj
236 500 000 000 000 km
3,8 m
236 500 km
835 000 000 km
427 Lj
4 039 420 000 000 000 km
835 m
4 039 420 km
Pulsar im
Krebsnebel (M1)
20 km
6.300 Lj
59 598 000 000 000 000 km
1/50 mm
59 598 000 km
Krebsnebel (M1,
im Stier Tau)
11 Lj
6.300 Lj
59 598 000 000 000 000 km
105 km
59 598 000 km
Plejaden (Sternhaufen)
13 Lj
420 Lj
12 959 940 000 000 000 km
401 141 km
12 959 940 km
Beteigeuze (Stern im
Orion Ori)
Zentrum der Milchstr.
14
Entfernung
zur Erde
40 678 km
28 000 Lj
265 160 000 km
Milchstraße
110 000 Lj
---
1 040 605 500 000 000 000 km
Andromedanebel M31
150 000 Lj
2.500.000 Lj
23 650 000 000 000 000 000 km
23 650 000 000 km
1 Lj
9 460 000 000 000 km
9 460 km
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
1 000 000 000 km
1 040 605 500 km
GZG FN W.Seyboldt
M1: Die nächsten Sterne – Kugel mit r = 12 Lj
15
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M1: Umgebung der Sonne
16
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Sternenmodelle (1:1015)


Maßstab des Planetenmodells 1:109 ist viel zu groß.
Maßstab: 1:1012: d.h. das was im Sternenmodell 1000 km sind, ist
jetzt 1 km, was 1 m ist, wäre 1mm,
–
–
–
–
–

Besser: Maßstab: 1:1015: Was bisher 1000 km war, ist jetzt 1m, was
1 m war ist jetzt 1 mm
–
–
–
–
17
Die Sonne wäre 1,4mm groß
Erdbahn ≡ 15 cm, Erde Staubkorn (Größe 12 μm)
Größe der Menschen 1/100 Atomdurchmesser
Zum nächsten Stern ≡ 40 km
Milchstraße: 1 Mio km (also 1 Lj ≡ 9,5 km),
Die Sterne der Milchstraße wären dann 100 Milliarden Sandkörnern im
Abstand von jeweils einigen km! (Sandmenge etwa 200 m3)
Weltall ist etwa 50 mal so groß, wie das Sonnensystem
Milchstraße ≡ 1 000 km.
Sonne: 0,0014 mm, Erdbahn ≡0,15 mm,
nächster Stern 40 m (1 Lj ≡ 9,5 m = Einflussbereich der Sonne)
Andromeda ist im Modell 25 000 km entfernt.
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Sternenmodell (1:1015)
Name01
Entfernung
Modell
1,4 μm
Sonne
Nächster Stern: Alpha Centauri
4,22 ly
40 m
Sirius im gr. Hund
8,58 ly
81 m
Prokyon im kleinen Hund
11,40 ly
108 m
Wega in der Leier
25,30 ly
239 m
Arktur im Bootes
37,00 ly
350 m
Caph in der Kassiopeie
54,00 ly
511 m
Regulus im Löwe
78,00 ly
738 m
Beteigeuze im Orion
430,00 ly
4,1 km
Rigel im Orion
770,00 ly
7,3 km
3.200,00 ly
30,3 km
400,00 ly
3,8 km
Emissionsnebel M42
1.350,00 ly
12,8 km
284 m
Pferdekopfnebel
1.500,00 ly
14,2 km
28 m
Ringnebel M57 in der Leier
2.300,00 ly
21,8 km
9m
Omeganebel M17 im Schwan
5.500,00 ly
52,0 km
378 m
Krebsnebel M1, Supernovarest
6.300,00 ly
59,6 km
95 m
36.200,00 ly
342,5 km
1,4 km
Deneb im Schwan
Plejaden, offener Sternhaufen
Kugelsternhaufen, M2
18
r
Milchstraße
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
1,32 mm
GZG FN946,
W.Seyboldt
km
M2: Milchstraße, r = 50 000 ly = 1000 km
19
Quelle:
http://www.atlasoftheuniverse.com/galaxy.html
Astronomie,
Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Die Milchstraße
20
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Interessante Sterne


Wer sich für Sterne, nahe, große, mit Planeten
interessiert, findet diese im Internet unter =>
http://jumk.de/astronomie/sterne-4/index.shtml
Nahe Sterne:
–
–
–

Riesensterne siehe
Alpha
Centauri
–
VY Canis-Majoris
siehe Youtube
Sirius
–
Pollux
–
Arktur
–
Dubhe
–
Beteigeuze
–
Rigel
Procyon

Besondere Sterne
Altair
–
–
–

Kastor
Mizar und Alkor
Mit Planeten
– Fomalhaut
–
21
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
Wega
GZG FN W.Seyboldt
M2: Größe einiger Sterne und Galaxien





Kurzfilm 10 hoch: HP-GZG / lokal
Größenvergleich der Sterne (und Planeten):
HP-GZG / lokal
Wie groß ist das Weltall:
HP-GZG / lokal
Die größte bekannte Galaxis IC1101
YouTube
Das Hubble Ultra Deep Field
HP-GZG / lokal / YouTube
siehe auch
de.wikipedia.org/wiki/Hubble_Ultra_Deep_Field
22
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Milchstraßen / Sternenmodell (1:1015)
Name
Entfernung
Model
Milchstraße
1.000 km
große Magellansche
Wolke
157.000 ly
1.500 km
2.500.000 ly
23.800 km
Galaxis M64
24.000.000 ly
230.000 km
Sombrerogalaxis M104
30.500.000 ly
290.000 km
Virgohaufen, 2000
Galaxien
65.000.000 ly
617.500 km
Galaxis M58
68.000.000 ly
646.000 km
13.800.000.000 ly
130 Millionen km
Andromedanebel, M31
50 Milliarden Galaxien
23
Größe
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
1.300 km
8.936 km
GZG FN W.Seyboldt
M2: Nahe Umgebung der Milchstraße
24
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Lokale Gruppe (unserer Milchstraße)
25
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M2: Lokale Gruppe, r = 5 000 000 ly
26
http://www.atlasoftheuniverse.com/localgr.html
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M3: Galaxienmodell (1:1021)








27
Maßstab nochmals 1 Million mal kleiner als das
Sternenmodell
Maßstab: 1:1021: 100 Mio km Wirklichkeit sind im Modell
so groß wie ein Atom – d.h. die Erdbahn ist so groß wie
drei Atome (3*10-10 m)
Milchstraße ≡ 1 m Durchmesser
Andromeda ist im Modell 25 m entfernt.
Sonne ist im Modell etwas größer als ein Atomkern.
13,8 Milliarden Lj ≡ 130 km Kugelradius (besser 230 km).
Bei der Millenium-Simulation der Entstehung des Weltalls
ist jeder Punkt eine Galaxis.
Dasselbe gilt für die folgenden Fotos.
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M3: Lokaler Superhaufen
28
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M3: r = 1 Milliarde Lichtjahre
29
http://www.atlasoftheuniverse.com/superc.html
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M3: Struktur des Universums / Millenium-Simulation
30
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
M3: Millenium-Simulation




31
Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/MillenniumSimulation
Pressemitteilung MPE (Max-Planck-Institut
Extraterrestrik): http://www.mpagarching.mpg.de/galform/presse/
Video bei You-Tube
http://www.youtube.com/watch?v=Y9yQOb94yl0 //
http://www.youtube.com/watch?v=UC5pDPY5Nz4
Andromea und Milchstraße
http://www.youtube.com/watch?v=PrIk6dKcdoU //
http://www.youtube.com/watch?v=fWbDRJ5bWmM
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Geschwindigkeiten


32
Die Erde dreht sich in 23h 56 min um ihre
Achse. Wie groß ist die Geschwindigkeit eines
Punktes auf dem Äquator?
Die Erde bewegt sich in 365,25 Tagen um die
Sonne. Wie groß ist ihre Geschwindigkeit?
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Lösungen

A 1:
s 40000km
km
km
v 
 1668
 0, 46
t
24h
h
s
6
11
s
2

r
2

150

10
km
1,50

10
m
 A 2:
v 

 2

t
t
365, 25d
365, 25  24  3600s
1,50
11 2 13 m
2
10

3, 6525  2, 4  3, 600
s
km
5 m
0, 298 10
 29,8
s
s
33
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Pulsare


34
Der Pulsar SR J1745+10 (siehe) hat
eine Rotationszeit von 2,65 ms.
Welchen Radius kann dieser Pulsar
höchstens aufweisen, wenn man
bedenkt, dass die
Rotationsgeschwindigkeit an der
Oberfläche höchstens gleich der
Lichtgeschwindigkeit sein kann?
Tipp: nimm an, dass der Pular einen
Radius von x km hat, bestimme dann
seine Geschwindigkeit und löse die
Gleichung v = 300 000 km/s
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Lösung

Sei der Radius x km, dann gilt
s 2r 2 xkm 2000 xkm
v 


t
t
2, 65ms
2, 65s

Wenn dies die Lichtgeschwindigkeit ist, gilt
2000  x  km
km
 300000
2, 65  s
s
2  x

 300
2, 65
300  2, 65
x
 126
2

35
Also kann der Stern höchstens einen Durchmesser von
250 km haben
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Sternentwicklung 1



36
Ein Stern lebt 100 Millionen bis 30 Mrd. Jahre. Um so
kleiner ein Stern ist, umso länger lebt er.
Irgendwann ist der Wasserstoff in Helium verwandelt,
das Helium in C und O usw, bis zu Fe. Dann implodiert
der Kern des Sterns und wird sehr heiß. Die Hülle wird
abgestoßen. Der Stern gibt nochmals sehr viel Energie
ab – große Sterne werden eine Supernova. Das
Ergebnis ist
Weißer Zwerg
Neutronenstern
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
Schwarzes Loch
GZG FN W.Seyboldt
Weißer Zwerg






37
Ein Stern so groß wie die Sonne wird zu weißen
Zwergen (bis 1,4 Sm)
Er sind dann erdgroß (10 000 km statt 1 000 000 km)
Dichte: 1 t/cm3 – Kirche wiegt so viel wie ein Auto
Er besteht aus C und O
Temperatur 10 000 K
Je massereicher ein w.Z ist, desto kleiner ist er!
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Neutronenstern
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Neutronensterne entstehen, wenn die Sternmasse
zwischen 1,4 (Chandrasekhargrenze) und 3 Sm ist.
Oder wenn ein weißer Zwerg von einem Begleiter
Masse abzieht.
Elektronen werden in den Kern gepresst. Protonen und
Elektronen werden Neutronen.
Kernradius eines Atomes = 1/10 000 Atomradius
Neutronensterne 10-20 km
Nach der Geburt sind die NS 100 Mrd K heiß, kühlen
schnell ab.
Sie drehen sich sehr schnell
Rotationszeit ms bis s.
Magnetfeld läßt Strahlung nur in zwei
Richtungen entweichen
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
GZG FN W.Seyboldt
Pulsar
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Pulsare sind Neutronensterne, bei
denen die Achse des Magnetfeldes
nicht die Rotationsachse ist.
Er wirkt wie ein Leuchtturm: Eines
der Bündel schwenkt regelmäßig über die
Erde, jede s oder jede ms. Die Strahlen
sind Radiostrahlen (Relativitätstheorie)
Erste Pulsar 1967 entdeckt (Studentin
Jocelyn Bell) 1974 bekam der Doktorvater
von ihr den Nobelpreis.
In unserer Miclhstraße sind
2000 Pulsare bekannt.
Krebsnebel M1 (Tau), Supernova 1054
13 historische Aufzeichnungen, China,
Japan, Italien, Konstantinopel, …
Astronomie, Kl. 9, Version Sj 13/14
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