Das Milchstraßensystem (Galaxis) - Mirko Hans
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Das Milchstraßensystem (Galaxis) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 1 Begriffsdefinition Die Milchstraße ist ein schwach leuchtendes Band, das sich über den Himmel zieht. Das Milchstraßensystem (Galaxis) ist ein Sternsystem, dem die Sonne einschließlich der Erde angehört. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 2 Warum heißt die Milchstraße eigentlich Milchstraße? Von seiner Mutter als Knabe ausgesetzt, wurde Herkules von seiner Stiefmutter und Tante Hera, der Gemahlin und Schwester des Zeus, gefunden. Hera setzte das Kind an die göttliche Mutterbrust, ließ es aber sofort wieder fallen: Der kleine Herkules hatte zugebissen. Dabei schoss die Milch in einem kräftigen Strahl hervor und spritzte vom Olymp aus weit über den Himmel, wo sie bis heute als Milchstraße zu sehen ist. Der Begriff Galaxis stammt somit von dem griechischen Wort „gala“ (Milch) ab. Jacobo Tintoretto: Die Entstehung der Milchstraße, 1575 Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 8 Historische Betrachtungen Nach der Erfindung des Fernrohrs entdeckt Galileo Galilei 1610, dass das Band der Milchstraße aus einer dichten Ansammlung von Sternen besteht. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 9 Thomas Wright (1711-1786) Er nahm an, dass die Galaxis einer flachen Scheibe gleichen müsse. Die Milchstraße gleiche in ihrer Form einem riesigen Mühlstein, wobei sich Sonne und Erde fast im Zentrum befinden. Die Milchstraße besteht aus unendlichen vielen, in einer Scheibe angeordneten Sternen. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 10 Wilhelm Herschel (1738 – 1822) Stellarstatistik: Aus der Verteilung der Sterne (Anzahl der Sterne/Fläche) versuchte er die Gestalt der Milchstraße abzuleiten. Ergebnis: linsenförmige Ansammlung von Sternen Er nahm an, dass sämtliche Sterne dieselbe absolute Helligkeit haben. Somit glaubte er, aus der scheinbaren Helligkeit auf den Abstand schließen zu können. Falsche Annahme, da das Licht weit entfernter Sterne durch interstellaren Staub abgeschwächt wird und nicht alle Sterne dieselbe absolute Helligkeit besitzen. Deswegen hat er die Größe der Milchstraße falsch bestimmt. Aber bei ihm hat die Milchstraße schon einen „Rand“. Die Sonne befindet sich im Zentrum der Milchstraße. Das ist leider falsch. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 11 Jacobus Kapteyn (1851-1922) Er führte umfangreiche Sternzählungen in gleichmäßig über den Himmel verteilten Eichfeldern durch und kam zum Schluss: Die Sterne unserer Milchstraße bilden eine große Diskusscheibe mit maximal 2.000 Lichtjahren Durchmesser, wobei unsere Sonne nahe dem Zentrum steht. Hier fällt die Milchstraße noch zu klein aus. Er gilt als Entdecker der Rotation der Milchstraße. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 12 Harlow Shapley (1885-1972) Shapley fiel auf, dass die Kugelhaufen nicht gleichmäßig über den Himmel verstreut sind wie die übrigen Sterne, sondern fast alle Kugelhaufen finden sich in nur einer Hälfte des Himmels Er trug die Positionen und Entfernungen der Kugelhaufen, die er selbst bestimmt hatte, in das Schema von Kapteyns Milchstraßenmodell ein. Dabei nehmen die Kugelhaufen einen viel größeren Raumbereich ein als Kapteyns Sternensystem. 1915 formulierte er die „Big-GalaxyHypothese“, wonach die Milchstraße die einzige Galaxie im Universum sei und die bis dahin bekannten Spiralnebel innerhalb der Milchstraße liegen Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 13 Die große Debatte am 26. April 1926 zwischen den Astronomen Harlow Shapley und Heber Curtis Gegenstand: Größe unserer Milchstraße und die Frage, ob die damals als Spiralnebel bekannten Galaxien kleine Objekte in unserer Milchstraße oder sehr viel weiter entfernt und von der Milchstraße getrennt sind Shapley: Spiralnebel als Gaswolken in einer einzigen riesigen ‚Galaxie‘ Curtis: Spiralnebel als unabhängige der Milchstraße ähnliche Objekte in großer Entfernung Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 14 Edwin Hubble (1889 – 1953) Weltinseltheorie: Die Milchstraße ist nur eine von vielen Galaxien. Am Mount-WilsonObservatorium konnte er 1923 nachweisen, dass der Andromedanebel weit außerhalb unserer Galaxis liegt. Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 15 Struktur der Milchstraße Wir sehen die Milchstraße immer nur von „Innen“. Es ist deshalb schwierig auf die Struktur der Milchstraße als Ganzes (sozusagen „von außen“) zu schließen. Wir müssen deshalb andere Sternsysteme untersuchen und sie mit unserer Milchstraße vergleichen. Der Anblick anderer Galaxien im Fernrohr zeigt uns, dass sie eine Spiralstruktur aufweisen. Auch die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie! Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 16 Aufbau und Struktur der Milchstraße • Scheibe mit Staubring: Sterne, offene Sternhaufen, interstellare Materie (ISM) • Bulge: Sterne, ISM, schwarzes Loch • Halo: Kugelsternhaufen, alte Sterne • Korona: dunkle Materie Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 17 Die Position der Sonne in der Milchstraße Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 18 Einige Aufgaben zum Verständnis der Struktur der Milchstraße Der Durchmesser der Milchstraße wird mit ca. 30000 pc angegeben. Berechnen Sie wie lange das Licht von einem Ende der Milchstraße zum anderen Ende unterwegs ist. In der Sonnenumgebung sind die Sterne im Mittel 2 pc voneinander entfernt. Vergleichen Sie dies mit dem Sonnendurchmesser von ca. 1,4 Mio km. Die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne um das Zentrum der Galaxis beträgt etwa 225 km/s in der Entfernung von 8 kpc vom Zentrum. Schätzen Sie die Masse unserer Galaxis ab, wenn man annimmt, dass die gesamte Masse m, die sich innerhalb der Sonnenbahn um das Zentrum der Galaxis befindet, in diesem Zentrum konzentriert ist. Geben Sie das Ergebnis in Vielfachen der Sonnenmasse (rund 2 * 1030 kg) an. Schätzen Sie ab, wie viele Umläufe die Sonne seit ihrer Entstehung vor ca. 4,6 Mrd. Jahren um das Zentrum der Milchstraße ausgeführt hat. Berechnen Sie dafür zunächst die Dauer eines vollständigen Umlaufes (Annahmen: Kreisbahn, gleichförmige Bewegung). Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 19 Einige Daten Alter: ca. 13,6 Mrd. Jahre sichtbare Masse : ca. 400 Mrd. Sonnenmassen Masse insgesamt: ca. 1,0 bis 1,9 Billionen Sonnenmassen Zahl der Sterne: 100 – 300 Mrd. Durchmesser der Scheibe: ca. 100.000 ly Dicke der Scheibe: ca. 3000 ly Dicke des zentralen Wulstes: ca. 16000 ly Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 20 Materieformen in der Milchstraße (Gruppenarbeit) Lesen Sie das ausgegebene Material und bereiten Sie die wichtigsten Aussagen für Ihre MitschülerInnen auf. Präsentieren Sie Ihre gewonnenen Erkenntnisse in einem kleinen Vortrag. Sternpopulationen (Population I und Population II) Sternhaufen (Offene Sternhaufen, Kugelsternhaufen, Assoziationen) Interstellare Materie (Gas, Staub, Dunkelwolken, Molekülwolken, Emissionsnebel, Reflexionsnebel) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 21 Offene Sternhaufen h und chi Persei Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 22 Kugelsternhaufen M 53 mit Blue Stragglern (Sterne, die im Vergleich zu Sternen gleichen Alters blauer und leuchtkräftiger sind) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 23 Orion OB – Assoziation Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 24 Interstellares Gas (Emissionsnebel, Molekülwolken) Emissionsnebel im Sternbild Orion Molekülwolke Barnard 68 (Dunkelwolke) Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 25 Interstellarer Staub (Dunkelwolken, Reflexionsnebel) M45 – Plejaden im Sternbild Stier Staubsäulen im Adlernebel Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans 26
