Entfernung zur Sonne
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Kosmische Perspektiven Studium Fundamentale 2011 Dipl.-Phys. Mathias Scholz und hier in einer noch etwas anderen Perspektive … Eine Reise von unserem Sonnensystem bis zum Horizont unserer Welt Stationen Sonnensystem Sonnenumgebung Unsere Milchstraße Die Lokale Gruppe Der Virgo-Galaxienhaufen Super-Galaxienhaufen Lokale Hubble-Blase Entfernungen im Sonnensystem: Modell - 10 Milliarden mal kleiner … Sonne -> Grapefruit Erde -> Kugelschreibermine Jupiter -> Murmel Sonne – Erde ~15 m, Erde – Mond ~4 cm, Sonne – Pluto ~600 m, 1 Lichtjahr: 945 km (grob 1000 km) Sonnensystem 2200 km Bestandsaufnahme Sonne Durchmesser 109 x Erddurchmesser (1.39 Millionen km = 4.6 Lichtsekunden) Masse 1.9 x 10^30 kg (332 942 Erdmassen) Dichte 1408 kg/m³ enthält 99.9% der Gesamtmasse des gesamten Sonnensystems Leuchtkraft 3.8 x 10^26 W Alter 4.6 Milliarden Jahre endet in ca. 7.7 Milliarden Jahren als erdgroßer Weißer Zwerg mit 0.55 Sonnenmassen Dichte erreicht einen Wert von ~ 1 Tonne pro Kubikzentimeter Planeten, Monde, Kuiperoide Anzahl Objektgruppe Geschätzte Zahl 8 Planeten 5 Zwergplaneten (+7 Kandidaten) ~1200 Kuiperoide / TNO‘s Pl, Ce, Ma, Er, Ha, 70000 > 100 km ~477500 Hauptgruppen-Planetoiden 174 ? mehrere 10^6 > 1km Monde (J 63, S 62, U 27, N 13) Kometen 10^11 – 10^12 Staub (Zodiakallicht) Abstände von der Sonne Entfernung zur Sonne ( 1 Lichtminute = 18 Millionen km) Erde 8.3 Lichtminuten (~15 m) Jupiter 43 Lichtminuten (~77 m) Pluto 5.4 Stunden Sedna Aktuell 12 Lichtstunden (~600 m) (wegen Ellipsenbahn maximal 5.18 Lichttage) Unser Sonnensystem Äußere Grenze der Oortschen Wolke: 100 000 AU = 1.4 Lichtjahre Nächster Stern Proxima Centauri 4.2 Lichtjahre Unser Modell bis Jupiter 77 m bis Pluto 600 m bis Aphel Sedna 15 km bis Außengrenze Oortsche Wolke 1400 km Sonnensystemgrenze 2200 km nächster Stern 4200 km Die Sonne befindet sich mit einer Anzahl anderer Sterne in einem weitgehend staubfreien Raumgebiet – der „Lokalen Blase“ Entfernung zur Beteigeuze: 600 Lj Antares: 590 Lj ß CMa: 500 Lj Umgebung der Sonne in der Milchstraße Orion-Spiralarm Sonne bewegt sich in Richtung der Loop I – Superblase „Lokale Flocke“ mit erhöhter Dichte an interstellarer Materie 10 Lj -> 8 Sterne 20 Lj -> ~70 Sterne ~ 300 Lj -> 300.000 km Staubfreie „Blasen“ entstehen, wenn eine Nova oder Supernova explodiert -> Kandidat für die lokale Blase GEMINGA - Neutronenstern in ~600 Lj Entfernung - Entstand vor ca. 300 000 Jahren bei einer Supernovaexplosion ~ 1200 Lj Modell-> 1200.000 km Freies Auge: ~ 5000 Lj ~ 3000 Lj Sonne: Entfernung vom Zentrum ~ 26000 Lichtjahre Umlaufszeit ~ 230 Millionen Jahre (220 km/s) Pistolenstern „Blauer Hyperriese“ 25000 Lj entfernt 1.7 Millionen mal so hell wie die Sonne (4 Lj Entfernung -Vollmond 340 SonnenDurchmesser in 6 Sekunden strahlt er soviel Energie ab wie die Sonne in einem Jahr Wäre mit freien Auge noch in mehr als 100000 Lj Entfernung zu sehen Quintuplet Cluster Jetzt wollen wir uns etwas in der Milchstraße umschauen … Zweiarmige Balkenspirale ~ 300 Milliarden Sterne (0.3 % sonnenähnlich) ~ 1 Milliarde Sonnenmassen an Staub / Gas Durchmesser ~ 100000 Lichtjahre Bulge-Dicke ~ 16000 Lichtjahre Scheibendicke ~ 3000 Lichtjahre Wenn ein Stern genau 1€ kosten würde, dann könnten mit dem Geldbetrag der deutschen Staatsverschuldung 5.3 Milchstraßen erworben werden (meine Schulden reichen gerade mal für einen mittelprächtigen offenen Sternhaufen) Zentral-Blackhole ~ 4 Millionen M(S), 850 R(E) Wenn alle Sterne so groß wären wie die Sonne und man würde sie lückenlos hintereinander anordnen, dann ergäbe sich eine Strecke von 44000 Lichtjahren Länge Der Kosmos ist außergewöhnlich leer Objekte in unserer Milchstraße Offene Sternhaufen Planetarische Nebel Kugelsternhaufen Gasnebel und Dunkelwolken Supernova-Überreste Offene Sternhaufen ~1200 Sterne, 380 Lj 125 Ma M 11 ~ 2900 * 6000 Lj NGC 3603 22000 Lj W-R-Sterne, ~ 2 Ma alt Offene Sternhaufen enthalten Sterne, die alle ungefähr gleichzeitig entstanden sind. Sie zerstreuen sich im Laufe der Zeit … ~ 1000 katalogisierte offene Sternhaufen in unserer Milchstraße (~ 10 x mehr existieren) sind in der galaktischen Ebene konzentriert alte Sternhaufen befinden sich immer weit weg vom galaktischen Zentrum temporäre Gebilde (hängt u.a. von der Masse der Sterne ab) Sehr wichtig für die Astrophysik ! Hodge 301 Tarantelnebel Gasnebel und Dunkelwolken M 16 - 7000 Lj *800000 a 1350 Lj Interstellare Nebel Man unterscheidet a) Gasnebel, die selbst leuchten b) Reflexionsnebel Streuen Sternlicht (Polarisation – interstellares Magnetfeld) Ionisation – Rekombination Benötigen heiße Sterne zur Anregung Planetarische Nebel 2300 Lj 20000 a D 1.3 Lj cats eye nebula ~5000 Lj 10000 a 1360 Lj little ghost nebla NGC 6369 Planetarische Nebel entstehen, wenn Sterne in ihren späten Entwicklungsstadien ihre Außenhülle abstoßen. Sie sind deshalb nur kurze Zeit zu beobachten ~ 10000 Jahre Je nach dem, wie oft und mit welcher explosiver Gewalt Sterne Hüllen abstoßen, entstehen verschiedene Formen. -> reichern die interstellare Materie mit C, Si und O an -> 70 % H, 28 % He -> ~ 1500 bekannt Supernovaüberreste 6300 Lj Es gibt 2 Typen von Supernovae Massereiche Sterne mit einer Anfangsmasse von mehr als etwa acht Sonnenmassen beenden ihre Entwicklung mit einem Kernkollaps nach dem völligen Verbrauch ihres nuklearen Brennstoffs. Es kann ein kompaktes Objekt, etwa ein Pulsar oder ein Schwarzes Loch, entstehen. Sterne mit geringerer Masse können ebenfalls als Supernova explodieren, aber nur dann, wenn sie sich in einem engen Doppelsternsystem befinden und in ihrem vorläufigen Endstadium als Weißer Zwerg Material von ihrem Begleiter, typischerweise einem roten Riesen, akkretieren. Im Laufe der Zeit kann es dabei zu mehreren Nova-Ausbrüchen kommen, bei denen der Wasserstoff des akkretierten Gases fusioniert und Fusionsprodukte zurückbleiben. Das setzt sich so lange fort, bis die Masse des Weißen Zwergs die Chandrasekhar-Grenze überschreitet und er durch seine Eigengravitation zu kollabieren beginnt. Die dabei einsetzende Kohlenstoff-Fusion zerreißt den Stern völlig. Daher wird dieses Phänomen auch als thermonukleare Supernova bezeichnet, eine weitere Bezeichnung ist Supernova vom Typ Ia. Obwohl hier vergleichsweise massearme Sterne beteiligt sind, sind diese Ereignisse die mit Abstand hellsten Supernovae. Supernovaüberrest, aufgenommen im Röntgenbereich (Chandra) 1500 Lj 18000 a Kugelsternhaufen Kugelsternhaufen bilden ein sphärisches Halo um das Milchstraßensystem - bestehen aus einigen Hunderttausend Sternen - enthalten weder Gas noch Staub in merklichen Mengen - alle Sterne sind sehr alt (typisch 12.7 Milliarden Jahre) - metallarme Population II-Sterne, RR-Lyrae Veränderliche - Sterne besitzen keine Planetensysteme - manche haben im Kernbereich ein Schwarzes Loch (z.B. M 15, 20000 Sonnenmassen) - über ihre Entstehung gibt es nur Mutmaßungen Im Zentrum konzentrieren sich Röntgenquellen (47 Tuc) ~ 160000 Lj ~ 26000 Lj Die Begleiter der Milchstraße Große Magellansche Wolke Kleine Magellansche Wolke 12 Milchstraßenbegleiter Entfernung 450000 Lichtjahre Lokale Gruppe von Galaxien Durchmesser 5 – 7 Millionen Lichtjahre 40 bekannte Mitglieder Ausläufer des Virgo-Galaxienhaufens Andromedanebel Entfernung 2.5 Millionen Lichtjahre (das am weitesten entfernte Objekt, welches man mit freiem Auge wahrnehmen kann) Scheibendurchmesser 150000 Lichtjahre (Milchstraße 100000 Lichtjahre) 1 Billion Sterne (Milchstraße 300 Milliarden) ~ 500 Kugelsternhaufen katalogisiert Kern besteht aus zwei supermassiven Schwarzen Löchern (30 Millionen Sonnenmassen) Der Andromedanebel könnte in 4 bis 10 Milliarden Jahren mit der Milchstraße kollidieren M33 - Dreiecksnebel Die lokale Gruppe (Durchmesser ~ 7 Millionen Lichtjahre) ist nur ein Ausläufer des riesigen Virgo-Superhaufens (Durchmesser ~ 200 Millionen Lichtjahre) Virgo-Haufen ~2000 Mitgl. 65 Mill. Lj Die Galaxien sind im Universum in Galaxienhaufen und Galaxiensuperhaufen organisiert – getrennt durch riesige Hohlräume (Voids) Bewohner der Galaxienhaufen - Galaxien Abell 1689 Jagdhundenebel M51 M81 In Galaxienhaufen kommt es oft zu gravitativen Wechselwirkungen unter den Haufenmitgliedern Galaxienhaufen Gruppen: Ansammlung von bis zu 50 Galaxien in einem Raumbereich von 10 Millionen Lj Haufen: Ansammlung bis zu einigen 1000 Galaxien, einige 100 Millionen Lj Durchmesser typisch 10^14 bis 10^15 Sonnenmassen Superhaufen: Haufen von bis zu einigen Dutzend Galaxienhaufen 130 Superhaufen katalogisiert Galaxienhaufen und Superhaufen bilden im Kosmos eine schwammartige Struktur, wobei sie die Wände um große Hohlräume, den Voids, bilden. Im überschaubaren Kosmos (Radius ca. 50 Milliarden Lj. gibt es ungefähr 100 Milliarden Milchstraßensysteme -> Gesamtzahl der Sterne: ~ 70 Tausend Millionen Millionen Millionen = 70 Trilliarden =70 000 000 000 000 000 000 000 Sterne (7x10^22) Hubble Deep Field North Supercomputersimulation der Galaxienverteilung im Universum Die Strukturentwicklung hängt empfindlich von der Präsenz von „Dunkler Materie“ ab. Karte Mikrowellenhintergrund – Nachglühen des Urknalls vor 13.7 Milliarden Jahren Hinterm Horizont geht’s immer weiter … Aufgrund des endlichen Alters des Universums (13.7 Milliarden Jahren) und der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit (300000 km/s) gibt es einen „Horizont“, der beobachterisch nicht durchdrungen werden kann, sich aber mit jeder Sekunde weiter nach „Außen“ verschiebt. Der Bereich des Kosmos, der innerhalb dieses Horizonts (Radius ~ 47 Milliarden Lj) liegt , nennt man die „Lokale Hubble-Blase“. Was außerhalb der „Lokalen Hubble-Blase“ ist, werden wir nie erfahren. Aber wahrscheinlich sieht es dort genauso aus wie darin – ad infinitum … Die Folien dieser Vorlesung finden Sie neben anderen Material in dem Blog http://wincontact32Naturwunder.blogspot.com Wer weiterhin Interesse an Astronomie hat, in der Zittauer Volkssternwarte findet jeden Mittwoch, 19 Uhr, eine Vortragsveranstaltung statt - Platz im Vortragsraum ist noch genügend vorhanden ;-) Öffentliche Beobachtung am Spiegelteleskop der Zittauer Volkssternwarte jeden Donnerstag bei geeignetem Wetter (Sommerpause beachten).
