Das Milchstraßensystem (Galaxis) - Mirko Hans

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Das Milchstraßensystem (Galaxis)
Christian-Weise-Gymnasium Zittau - FB Physik - Mirko Hans
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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.
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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
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Historische Betrachtungen
Nach der Erfindung des
Fernrohrs entdeckt
Galileo Galilei 1610, dass
das Band der Milchstraße
aus einer dichten
Ansammlung von
Sternen besteht.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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!
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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
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Die Position der Sonne in der
Milchstraße
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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).
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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
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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)
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Offene Sternhaufen
h und chi Persei
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Kugelsternhaufen
M 53 mit Blue Stragglern
(Sterne, die im Vergleich
zu Sternen gleichen Alters
blauer und leuchtkräftiger
sind)
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Orion OB – Assoziation
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Interstellares Gas (Emissionsnebel,
Molekülwolken)
Emissionsnebel im Sternbild Orion
Molekülwolke Barnard 68
(Dunkelwolke)
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Interstellarer Staub
(Dunkelwolken, Reflexionsnebel)
M45 – Plejaden im Sternbild Stier
Staubsäulen im Adlernebel
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