Das Sonnensystem - Teil 1
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Das Sonnensystem Teil 1 Peter Hauschildt [email protected] Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg 112 21029 Hamburg 6. Dezember 2016 1 / 42 Übersicht I I Allgemeiner Überblick Bahnen der Planeten I I I I historisch: geozentrisch modern: heliozentrisch Kepler’s Gesetze Finsternisse 2 / 42 Überblick I I I I Astronomie nicht mit Astrologie verwechseln! Astronomie ist vielleicht die älteste Wissenschaft dadurch viele seltsame Eigenheiten (Namen etc) praktische Bedeutung durch Zeitmessung 3 / 42 Überblick I I I I Moderne Astronomie ist Teil der Physik → Astrophysik Astronomie ist aber von je her interdisziplinär! Mathematik, Physik, Chemie, Philosophie seit neuestem: Informatik, Meteorologie, Biologie 4 / 42 “Powers of ten” I Astronomie überspannt “astronomische” Größenordnungen 5 / 42 Einige Zahlen I I I I I I I Radius der Erde: R⊕ = 6 382 km Radius von Jupiter: RJup = 11R⊕ Radius der Sonne R = 7 × 108 m = 109 R⊕ Entfernung Sonne-Erde: ≈ 150 × 106 km = 1 AU ≈ 214 R Entfernung Sonne-Jupiter: 5.2 AU Entfernung Sonne-Pluto: 39.5 AU Entfernung zum nächsten Stern (Proxima Cen): ≈ 1.3 pc ≈ 4.22 ly ≈ 267000 AU ≈ 4 × 1013 km 6 / 42 Einige Zahlen I I I I I I I Entfernung zum Zentrum der Milchstraße: ≈ 8 kpc Durchmesser der Milchstraße: ≈ 50 kpc Entfernung zu den Magellanschen Wolken: ≈ 50 kpc Entfernung zum Andromeda Nebel (M31): ≈ 778 kpc Radius der lokalen Galaxiengruppe: ≈ 1.4 Mpc Entfernung zum Virgo Cluster: ≈ 16 Mpc Radius des beobachtbaren Universums: ≈ 4 Gpc... 7 / 42 Sternbilder I Ein Blick an den Himmel sieht ungefähr so aus: 8 / 42 Sternbilder I Mythologisch wurde daraus 9 / 42 Sternbilder I und heute 10 / 42 Sternbilder I I Modern: 88 Sternbilder, definiert durch die IAU Sternnamen: I I I I Eigennamen: Vega Griechischer Buchstabe & Sternbild: α Lyrae Katalogname: BD +38◦ 3238, HD 172167, GC 25466, SAO 67174 etc. Sternbilder auch verwendet zur ungefähren Angabe der Position nicht-stellarer Objekte (z.B. Galaxien) 11 / 42 Übersicht Sonnensystem I I I I I I 1 Stern (333 × 103 M⊕ ) 8 Planeten (5 × 103 . . . 140 × 103 km, 448 M⊕ ) 2+ Zwergplaneten 62+ Monde (10 . . . 5000 km, 0.12 M⊕ ) 50000+ Planetoiden (1 . . . 800 km, 0.0005 M⊕ ) 107...11 Kometen (1 . . . 100 km, 0.1 M⊕ ) 12 / 42 Übersicht Sonnensystem I Sonne und Planeten im richtigen Verhältnis 13 / 42 Große Monde 14 / 42 Bahnbewegungen I Retrograde Bewegungen einiger Planeten (Movies) 15 / 42 Bahnbewegungen I Geozentrische Idee (Ptolemäus): I I I Erklärt sowohl normale wie retrograde Bewegungen Einstellungen: Radien Deferent/Epicyle & Perioden → guter Fit zu Beobachtungen möglich 16 / 42 Bahnbewegungen I I I I I Geozentrische Idee wurde als absolut richtig betrachtet → alle Objekte im Sonnensystem kreisen um die Erde passt auch gut zum damaligen religiösen Weltbild → keinerlei Hinterfragung über Jahrhunderte obwohl die richtigen Ideen schon im Altertum bekannt waren 17 / 42 Bahnbewegungen I I das ändert sich erst mit (u.a.) Galileo Gallilei 18 / 42 Bahnbewegungen I Probleme: I I I Keine physikalische Erklärung Fit nicht gut über lange Zeiträume Neue Beobachtungen: Jupiter hat Monde (Galileo, 1610) 19 / 42 Bahnbewegungen I Probleme: I I Neue Beobachtungen: Größe und Phasen von Venus (Galileo, 1610) Galileo beobachtet dies: 20 / 42 Bahnbewegungen I I I Geozentrisches Modell → Phase von Venus immer < 50% → nicht beobachtet! 21 / 42 Bahnbewegungen I Erklärung: Venus umkreist die Sonne 22 / 42 Heliozentrisches System I I Nikolaus Copernicus (1473–1543) Retrograde Bewegung → Erde überholt äußeren Planeten 23 / 42 Heliozentrisches System I I I I I I Planeten kreisen um die Sonne Kreisbahnen um Sonne Konstante Bahngeschwidigkeit innere Planeten ’schneller’ als äussere (Movie) schlecht für Vorhersagen! → Epizykel! 24 / 42 Johannes Kepler (1571–1630) I I I I I Copernicus’s System: Probleme mit Ephemeriden Kepler → Erweiterung des Modells Beobachtungen von Tycho Brahe → Marsbahn Kepler ’erbt’ die Daten und analysiert sie “trial and error” Methode → extrem aufwendig 25 / 42 Kepler’sche Gesetze I Kepler 1: Bahn ist Ellipse mit Sonne in Brennpunkt 26 / 42 Kepler’sche Gesetze I Kepler 1: Bahn ist Ellipse mit Sonne in Brennpunkt 27 / 42 Kepler’sche Gesetze I Kepler 2: gleiche Zeiten — gleiche Flächen 28 / 42 Kepler’sche Gesetze I I I Kepler 1: Bahn ist Ellipse mit Sonne in Brennpunkt Kepler 2: gleiche Zeiten — gleiche Flächen Kepler 3: P 2 = a3 (P in Jahren, a in AU) 29 / 42 Newton I I I I Isaac Newton → Kepler’s Gesetze sind Folge des Gravitationsgesetzes → gibt allgemeinere Version z.B. mögliche Bahnformen! 30 / 42 Newton I I I Test von Newton’s Ideen → Halley’s Komet → Bahnbestimmung 76yr Umlaufzeit 31 / 42 Bahnen der Planeten I I Inklinationen klein i ≤ 3◦ Exzentrizitäten klein e ≤ 0.1 I I I Ausnahme: Merkur i = 7◦ , e = 0.21 Ausnahme: Pluto i = 17◦ , e = 0.25 genaueste Bahnberechnung durch numerische Integration der Bewegungsgleichungen 32 / 42 Bahnen der Planeten I Abstände von der Sonne: Titius-Bode Reihe a = 0.4 + 0.3 · 2n I I I mit n = −∞, 0, 1, 2, . . . gute Wiedergabe aber Neptun ’fehlt’ und Asteroiden sind Nummer 3 Keine physikalische Bedeutung! Historisch wichtig (Entdeckung von Ceres und Pluto) 33 / 42 Erdbahn I I I I I a = 1 AU = 149.6 × 106 km e = 0.0167 Periheldistanz RP = a(1 − e) = 147 × 106 km (Ende Januar) Apheldistanz RA = a(1 + e) = 152 × 106 km ( Anfang Juli) Störungen → langsame Änderung der Erdbahn/drehung 34 / 42 Mondbahn I I I a = 384.4 × 103 km e = 0.0549 Neigungswinkel ≈ 5◦ 35 / 42 Mondfinsternisse I I Mond kann in den Schatten der Erde geraten → Mondfinsternis 36 / 42 Mondfinsternisse I I I Mond nicht voll verdunkelt Erdatmosphäre beugt bevorzugt rotes Licht → Mond erscheint rötlich 37 / 42 Sonnenfinsternisse I I I Winkeldurchmesser(Mond) ≈ Winkeldurchmesser(Sonne) → Erde kann in den Schatten des Mondes geraten → Sonnenfinsternis 38 / 42 Sonnenfinsternisse I Schatten des Mondes auf der Erde sichtbar 39 / 42 Sonnenfinsternisse I I Totale Sonnenfinsternis (≤ 7.3 min) Korona der Sonne wird sichtbar 40 / 42 Sonnenfinsternisse I Ringförmige Sonnenfinsternis 41 / 42 Sonnenfinsternisse I I I Saroszyklus → 18a 11d 150 Mondfinsternisse/100yr 250 Sonnenfinsternisse/100yr 42 / 42
