Sonnenflecke

SONNE, ERDE, MOND
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SS2013
Astronomie für Nicht-Physiker: Fendt/Fohlmeister/Just
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VORLESUNGSPLAN
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18.4. Astronomie heute (Just, Fendt)
‣ 25.4. Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister)
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SS2013
2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister)
16.5. Teleskope, Bilder, Daten (Fendt)
23.5. Geschichte der Astronomie (Just)
6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt)
13.6. Sterne - Entwicklung (Fendt)
20.6. Die Milchstraße (Just)
27.6. Astrochemie und Leben (Fendt)
4.7.Galaxien (Just)
11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt)
18.7. Urknall und Expansion des Universums (Just)
25.7. Weltmodelle (Just)
1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt)
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INHALT
Sonne, Erde, Mond
SS2013
✴
Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴
Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴
Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴
Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴
Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
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Jens Hackmann: Milchstraße über Weickersheim
HEIMATGALAXIE MILCHSTRAßE
Alter:
>10 Milliarden Jahre
Sterne:
100 bis 300 Milliarden
Umlauf Sonne: 220 Mio Jahre ~ 220km/s
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100 000 Lichtjahre
25 000 Lichtjahre
Bulge
Zentrum
Sonne
Scheibe
Kugelsternhaufen
Durchmesser: 100.000 Lichtjahre
Dicke:
3000 bis 16000
Lichtgeschwindigkeit
299 792 Kilometer pro Sekunde
maximale Geschwindigkeit im Universum
1 Lichtsekunde ≈ 300 000 Kilometer
1 Lichtjahr ≈ 10 Billionen Kilometer
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Entstehung und
Entwicklung des
Sonnensystems
heute
langsame Erwärmung
Roter Riese
Planetarischer
Nebel
Weißer Zwerg
Milliarden Jahre
Dr. Janine Fohlmeister - Zentrum für Astronomie Heidelberg - 10. März 2013 - Kinderuni
http://www.rt-go.de/weltall/4-sonnensystem/sonn-sys.htm
Entfernungen:
Erde-Sonne: 8 Lichtminuten ≈ 150 000 000 km = 1 AE
Erde-Mond: 1,3 Lichtsekunden ≈
380 000 km
Erde-Neptun: 4 Lichtstunden
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๏ Mondbahn ca. 5º gegen Ekliptik geneigt
๏ Durchmesser Sonne-Erde-Mond: 1400 000 : 12 000 : 3 500 km (ca. 100: 1 : 0.3)
๏ Sonne ist knapp 400 mal weiter entfernt von der Erde als Mond
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MONDPHASEN
๏Abhängig von der relativen Lage zu Sonne und Erde
๏Zunehmender Mond am Abendhimmel
๏Abnehmender Mond am Morgenhimmel
Sonne
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INHALT
Sonne, Erde, Mond
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✴
Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴
Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴
Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴
Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴
Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
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ASTRONOMISCHE ZEITSKALEN
Messung von Zeitpunkten und Zeitintervallen (Dauer)
gekennzeichnet durch den Ort und die Bewegung von Himmelskörpern
1 Tag: Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang, Erde dreht sich 1x um eigene Achse
Monat: abgeleitet vom Mond, eine Umdrehung um Erde
Jahr: Frühling, Sommer, Herbst, Winter; Erde umrundet einmal die Sonne
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JAHRESZEITEN
•
Erde: Frühling, Sommer, Herbst, Winter
•
auf Südhalbkugel um halbes Jahr versetzt
•
Ursache: Neigung der Erdachse um 23°
•
Abhängig von Sonnenstand und damit Strahlungsenergie pro Fläche
Wikipedia
Äquinoktum: Tag- und Nachtgleiche
Perihel: sonnennächster Punkt der Umlaufbahn
Aphel: sonnenfernster Punkt der Umlaufbahn
Solstitiallinie: Verbindung Sommer- und Wintersonnenwende
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FINSTERNISSE
 Sonnenfinsternis
✴Mond steht zwischen Sonne und Erde
✴Nur bei Neumond möglich
 Mondfinsternis
๏Erde steht zwischen Sonne und Mond
๏Nur bei Vollmond möglich
๏Mondbahn nicht in der Ekliptik (5º geneigt)
๏Finsternis nur möglich, wenn der Mond in der Nähe eines Knotens
(Kreuzungspunkt Ekliptik – Mondbahn) steht
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html
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FINSTERNISSE
 Lage der Mondbahn
๏Neigungsrichtung nicht raumfest
 Finsternisse nicht immer zur gleichen Jahreszeit
 Nutation der Mondbahn (wie Präzession der Erdachse)
 Torkelbewegung mit Periode 18.9 Jahre
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html
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FINSTERNISSE
Finsternistypen
 total (A), partiell (B,C), ringförmig (D)
Halbschatten
Sonne
Kernschatten
A
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B
C
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D
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MONDFINSTERNISSE (BEI VOLLMOND)
 Kernschatten der Erde in Mondentfernung etwa doppelter
Durchmesser wie Mond
 Dauer einer totalen Finsternis ca. 2 Stunden
 Erscheinung überall auf der Erde (Nachtseite) gleich
 Bedeckter Mond nicht total dunkel, sondern gelb-orange durch
Streulicht an der Erdatmosphäre
Mehrfachbelichtung einer zentralen totalen Finsternis relativ zum Erdschatten;
Belichtungszeiten verschieden
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SONNENFINSTERNISSE (BEI NEUMOND)
 Kernschatten des Mondes in Erdabstand sehr klein
✴Erscheinung der Finsternis von Ort zu Ort sehr verschieden
✴Perigäum (Mond erdnah)
 Kernschatten bis zu 269 km Durchmesser
 Dauer der totalen Finsternis bis zu 7½ Min.
 Totale Zone nur eine schmale Linie auf der Erde
✴Apogäum (Mond erdfern)
 Nur ringförmige (und partielle) Finsternis möglich
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html
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SONNENFINSTERNISSE
 Totale Finsternis: Sonnenkorona sichtbar
 Partielle Finsternis
Vom 4.1.2011
http://www.mreclipse.com/MrEclipse.html
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http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis
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KÜNFTIGE FINSTERNISSE
 Informationen zu Finsternissen
✴ http://astro.ukho.gov.uk/eclipse/
 Partielle Mondfinsternis
✴25. April 2013
✴In Europa sichtbar
 Nächste totale Sonnenfinsternis
✴3.11.2013, in Afrika sichtbar
✴3.9.2081 in Deutschland: Süddeutschland
 Nächste ringförmige Sonnenfinsternis
✴9. Mai 2013, in Australien sichtbar
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Ablauf der Partiellen Mondfinsternis am 25.04.2013
Eintritt in den Halbschatten (1. Kontakt):
Eintritt in den Kernschatten (2. Kontakt):
Maximale Verfinsterung:
Austritt aus dem Kernschatten (3. Kontakt):
Austritt aus dem Halbschatten (4. Kontakt):
SS2013
20:02 Uhr MESZ
21:52 Uhr MESZ
22:07 Uhr MESZ 13° über dem Ost-Horizont
22:23 Uhr MESZ
00:13 Uhr MESZ
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INHALT
Sonne, Erde, Mond
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✴
Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴
Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴
Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴
Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴
Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
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ERDE
Einziger Planet mit (viel) Wasser
Ozeane: bedecken 70% der Erdoberfläche,96,5% des
gesamten Wassers,3,5% Salz,
durchschnittl. Tiefe: 3800m, Marianengraben 11043m
Kontinentalplatten: 7 Kontinente;
durchschnittl. Höhe: 800m, Mount Everest: 8848m
Große Halbachse
1 AE
(149,6 Mio. km)
Perihel – Aphel
0,983 – 1,017 AE
Exzentrizität
0,0167
Neigung der Bahnebene
0°
Siderische Umlaufzeit
365,256 d
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit
29,78 km/s
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Die Erde, aufgenommen von
Apollo 17 am 7. Dez. 1972
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ERDE
Äquator- –
Poldurchmesser*
12.756,32 –
12.713,55[2] km
Masse
5,974 · 1024 kg
Mittlere Dichte
5,515 g/cm3
Fallbeschleunigung*
9,80665 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit
11,186 km/s
Rotationsperiode
23 h 56 min 4,1 s
Neigung der
Rotationsachse
23,44°
Geometrische Albedo
0,367
Eigenschaften der Atmosphäre
Druck*
1,014[1] bar
Temperatur*
Min. – Mittel – Max.
184 K (−89 °C)
288 K (+15 °C)
331 K (+58 °C)
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ERDE
Alter: 4,6 Milliarden Jahre
einziger sicher bekannter Planet mit Leben
dichtester Planet im Sonnensystem;
Zusammensetzung: Eisen (32,1 %), Sauerstoff (30,1 %), Silizium (15,1 %), Magnesium (13,9 %),
Schwefel (2,9 %), Nickel (1,8 %), Calcium (1,5 %), Aluminium (1,4 %), 1,2 % Spuren von anderen
Elementen
Gezeitenkräfte (Landmassen bis 0,5m)
Atmosphäre bis ca. 600km; 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 1 % Edelgasen, 0-5% Wasserdampf
http://mitglied.multimania.de/mariothuemmel/schale.jpg
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INHALT
Sonne, Erde, Mond
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✴
Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴
Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴
Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴
Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴
Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
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ERDE-MOND
 Mond umkreist die Erde
๏Abstand zur Erde von 356334 - 406610 km
๏Mittlerer Abstand: 384404 km (= 30 Erddurchmesser)
๏Mondbahn ~5º gegen Ekliptik geneigt
๏Rotationsperiode: 27d7h43m11.5s oder ca. 27 ⅓ Tage
๏Vollmond zu Vollmond: 29d12h44m2.8s oder ca. 29 ½ Tage
 Größe des Mondes
oben: Libration des Mondes
unten: Maßstabgetreues GrößenAbstand Verhältnis
Quelle: Wikipedia
๏Durchmesser: 3475.9 km (=1/4 des Erddurchmessers)
๏Scheinbare Größe am Himmel: ½ Grad wie die Sonne
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(ERD-)MOND
Albedo
0,12
Scheinbare Helligkeit
−12,74 mag
Mittlerer
Durchmesser
3476 km
Masse
7,349 · 1022 kg
Oberfläche
37 932 330 km²
Mittlere Dichte
3,341 g/cm³
Siderische Rotation
27,322 Tage
Achsneigung
6,68°
Fallbeschleunigung an
der Oberfläche
1,62 m/s²
Fluchtgeschwindigkeit
2380 m/s
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MOND
 Entstehung und Aufbau
✤Vor 4.4 Milliarden Jahren aus der Erde
durch Kollision herausgelöst
✤Form 3-achsiges Ellipsoid
✤Mantel auf erdabgewandter Seite dicker
✤Gebundene Rotation (immer gleiche
Seite zeigt zur Erde)
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MONDMISSIONEN
Mitte der 60er bis Mitte der
70er Jahre gab es 65
Mondlandungen
(allein 10 im Jahr 1971)
6 bemannte Landungen
(Apollo 11, 12, 14, 15, 16, 17).
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MONDMISSIONEN
Apolloprojekt:
Seismische Detektoren
Reflektionsprismen für Laser-ranging
Mondgestein
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MONDMISSIONEN
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MONDMISSIONEN
Anorthosite, Apollo 16
4.2 Milliarden Jahre alt
Mondboden (Staub)
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Basalt (Apollo 15)
3.3 Milliarden Jahre alt
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INHALT
Sonne, Erde, Mond
SS2013
✴
Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴
Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴
Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴
Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴
Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
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SONNE
 Aufbau
✴Kern
✴Photosphäre
✴Chromosphäre
✴Korona
 Aktivität
✴Sonnenflecken
✴Protuberanzen
✴Granulation
✴Schwingungen
 Abstrahlung
✴Licht
✴Sonnenwind
✴Neutrinos
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Sonne mit Sonnenflecken am 22. April 2013
http://www.spaceweather.com/
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STECKBRIEF DER SONNE
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Durchmesser (Photosphere)
1 391 980 km
Masse
1.99·1030 kg
Mittlere Dichte
1.41 g/cm3
Leuchtkraft
3.83·1033 erg/s = 3.83·1026 Watt
Rotationsperiode (Äquator)
25 Tage
Oberflächentemperatur
5800 K
Spektraler Typ
G2 V
Scheinbare Helligkeit
-26.7 mag
Absolute Helligkeit
4.8 mag
Mittlerer Abstand zur Erde
149 597 892 km = 1 AE
≈ 8 Lichtminuten
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AUFBAU
 Kern
✴Energieerzeugung durch Fusion von Wasserstoff zu Helium
 Photosphäre
✴Freisetzung der Strahlung
 Protuberanzen
✴Ausbrüche
 Korona
✴heißes Gas
✴Quelle des Sonnenwindes
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne
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AUFBAU
 Energietransport
✴Kern:
✴Erzeugung
✴Strahlungszone:
✴Diffusion (wie im Nebel)
✴Konvektionszone:
✴Durchmischung (wie im Kochtopf)
✴Photosphäre:
✴Abstrahlung des Großteils
✴Chromosphäre und Korona:
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne
✴Heizung durch Magnetfelder in den Protuberanzen
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AUFBAU
 Rand/Oberfläche
✴Photosphäre
 300-400km dick
 Starke Abnahme der Dichte
T~106 K
 Zunehmend durchsichtig
 Kühlste Region
✴Chromosphäre
 Einige tausend Kilometer dick
 Sehr dünnes Gas
T~25000 K
 Durchsichtig
T~5770 K
 Heizung durch Absorption in Spektrallinien des Wasserstoffs
✴Korona
 Fließender Übergang zum Sonnenwind (bis etwa 100AE)
Kern
T~107 K
 Sehr dünn und heiß und nach außen beschleunigt
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AKTIVITÄT
 Sonnenflecken
✴Älteste bekannte Aktivität
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SONNENFLECKEN
 Sonnenfleckenzyklus
✴11 Jahre Max- Max
✴1‰ Variation in der Strahlungsintensität
✴Schwankungen über die Jahrhunderte
✴Maunderminimum = „kleine Eiszeit“ (1645-1715)
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SONNENFLECKEN
 Schmetterlingsdiagramm
✴Anfang des Zyklus, Flecken bei ±30º Länge
✴Ende des Zyklus, Flecken nahe Äquator
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SONNENFLECKEN
Granulation
Penumbra
⇐ Umbra
⇐
Lichtbrücken
räumliche Auflösung ~ 0.2 arcsec = 150km
 Temperaturen
✴Oberfläche: 6000K, Umbra: 4000K, Penumbra: 5000K
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SONNENFLECKEN
✴Starke Magnetfelder bis 0.4T
 Konvektion unterdrückt
 Deshalb kühler
 Benachbarte Flecken haben umgekehrte Polarisation
 Polarisationsrichtung N
S wechselt; deshalb wahrer Zyklus 22 Jahre
✴Lebensdauer
 50% weniger als 2 Tage
 10% länger als 11 Tage
✴Aufbrechen der Magnetfeldlinien
 Protuberanzen
 Sonnenwind
Variation der Koronaaktivität über einen Sonnenzyklus
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PROTUBERANZEN
 Ausbrüche
✴Magnetfeldlinien geöffnet
✴Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen)
bewegen sich entlang der Feldlinien auf
Spiralbahnen: Lorentzkraft
Spektrallinie Hα, angeregter Wasserstoff
SOHO Satellit: UV 171Å Fe IX/X
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ROTATION
 Sonne rotiert differentiell
✴Periode am Äquator 25 Tage
✴Am Pol 30 Tage
Oberfläche ↑
← Rotationsfrequenzen im Inneren
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SONNENWIND
 Sonnenwind
✴Beschleunigt durch Magnetfelder
✴Abschirmung durch Erdmagnetfeld
✴Polarlichter durch Stöße mit Luftmolekülen
http://latitude64photos.com/
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VORLESUNGSPLAN
18.4. Astronomie heute (Just, Fendt)
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SS2013
25.4. Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister)
2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister)
16.5. Teleskope, Bilder, Daten (Fendt)
23.5. Geschichte der Astronomie (Just)
6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt)
13.6. Sterne - Entwicklung (Fendt)
20.6. Die Milchstraße (Just)
27.6. Astrochemie und Leben (Fendt)
4.7.Galaxien (Just)
11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt)
18.7. Urknall und Expansion des Universums (Just)
25.7. Weltmodelle (Just)
1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt)
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