Formales und das Sonnensystem
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Scheinkriterien Sonnensystem Scheinkriterien Sonnensystem Grobe thematische Abriss Extrasolare Planeten und ihre Zentralsterne • Detektion von Exoplaneten • Eigenschaften von Exoplaneten • Praktische Aspekte von Transitbeobachtungen • Datenauswertung • Eigenschaften der Zentralsterne Scheinkriterien Sonnensystem Scheinkriterien Praktische Übung und Klausur Aufgabe: Durchführung und Auswertung einer eigenen Beobachtung 1) Planung der Beobachtung 2) Ausführung der Beobachtung mit dem PTST1 3) Reduktion der Daten 4) Analyse der gewonnen Daten Anforderung: Abgabe einer ca. 5-seitigen Ausarbeitung. Die Arbeit soll in 2er-Gruppen durchgeführt werden. Ziel: Praxisnaher Einblick in das wissenschaftliche Arbeiten 1 Planet Transit Search Teleskop Scheinkriterien Sonnensystem Planung der Beobachtung Ziel: Photometrische Beobachtung eines planetaren Transits Vorgabe: Objekt, Ephemeriden, Koordinaten Aufgabe: Berechnung der günstigsten Beobachtungsdaten Scheinkriterien Sonnensystem Ausführung der Beobachtung mit dem PTST Ziel: Durchführung der Beobachtung mit dem PTST PTST: Sternwarteneigenes 60 cm Teleskop auf Mallorca Ablauf: Die Beobachtungen werden an der Sternwarte (Bergedorf) durchgeführt. Das Teleskop wird vom Rechner aus ferngesteuert. Bei den Beobachtungen wird immer jemand anwesend sein. Dauer ca. 4-5 Stunden. Erreichen bzw. verlassen der Sternwarte mit öffentlichen Verkehrsmitteln können Nachts schwierig sein. Auto? Absprechen. . . Wetter. . . Scheinkriterien Sonnensystem Das PTST Scheinkriterien Sonnensystem Das PTST Scheinkriterien Sonnensystem Das PTST Scheinkriterien Sonnensystem Reduktion der Daten Ziel: Extraktion einer Transitlichtkurve aus den beobachteten Bildern Ablauf: Die Datenreduktion soll ebenfalls unter Anleitung an der Sternwarte durchgeführt werden (tagsüber als Blockveranstaltung). Scheinkriterien Sonnensystem Analyse der gewonnen Daten Ziel: Wissenschaftliche Auswertung der gewonnen Daten Aufgabe: Aus der Lichtkurve soll mittels eines physikalischen Modells die Eigenschaften des Planeten bzw. dessen Umlaufbahn rekonstruiert werden. Scheinkriterien Sonnensystem Ausarbeitung zu den „Übungen“ Ziel: Ca. 5-seitige Zusammenfassung des Projektes Inhalt der Zusammenfassung: • Kurze Einleitung und Transitmethode • Vorstellung des Beobachteten Objektes • Planung der Beobachtung • Beobachtung (Durchführung, Wetter, sonstige Besonderheiten) • Datenauswertung • Präsentation der Ergebnisse und Auswertung Scheinkriterien Sonnensystem Klausur Ca. einstündige Klausur zu Themen der Vorlesung. Der Termin wird rechtzeitig bekannt gegeben. Scheinkriterien Sonnensystem Das Sonnensystem Schön aber „wissenschaftlich aus der Mode“? Scheinkriterien Sonnensystem ESA’s Cosmic Vision Cosmic Vision: Langfristige (2015-2025) Planung für Weltraummissionen der „European Space Agency“ L-class mission: „Large missions “ mit einem Budget von etwa einer Milliarde Euro • ATHENA (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics, 2028) • JUpiter ICy Moon Explorer (JUICE, 2022) Scheinkriterien Sonnensystem Jupiter Jupiter: Größter Planet des Sonnensystems (2, 5 mal die Masse aller anderen Planeten) Radius Masse Dichte 70 000 km 1, 9 × 1027 kg 1, 3 g/cm3 ca. 11 R♁ ca. 320 M♁ ca. 1/4 ρ♁ Relevante Missionen (nicht komplett): Abbildung: Jupiter, Cassini • Pioneer 10 & 11 (1973, 1974) • Voyager 1 & 2 (1979) • Galileo (1995) Scheinkriterien Sonnensystem Die Galileischen Monde Abbildung: Die Oberflächen von Io, Europa, Ganymed und Kallisto. Mond Io Europa Ganymed Kallisto Radius [km] 1820 1560 2630 2410 Radius [% Mars] 54 46 77 71 Masse [1022 kg] 8,9 4,8 14,8 10,8 Masse [% Mars] 14 8 23 17 Scheinkriterien Sonnensystem Die Galileo-Mission Ziel: Start: Ankunft: Aufbau: Jupiter und seine Monde Okt. 1989 Dez. 1995 Orbiter + Eintrittssonde Ergebnisse (nur Höhepunkte): • Beobachtung des Vulkanismus of Io Abbildung: Galileo (1983), NASA/JPL • Anzeichen für Flüssigkeit unter der Oberfläche von Ganymed und Kallisto • Messungen aus Jupiters Atmosphäre Scheinkriterien Sonnensystem Ios Energiequelle(n) Über 400 aktive Vulkane → Energiefluss ca. 1014 W Abbildung: Io Woher stammt diese Energie?2 Abbildung: Links: Exzentrische Bahn, Rechts: Ios Formveränderung (beide stark übertrieben) 2 Figuren: www.astro.washington.edu/users/smith/Astro150/Tutorials/TidalHeat/ Scheinkriterien Sonnensystem Europa Abbildung: Die Oberfläche Europas. Links: Modell des Inneren Europas. Europa könnte von einem bis zu 100 km tiefen Ozean umgeben sein. Scheinkriterien Sonnensystem JUICE JUpiter ICy Moon Explorer Zeitplan: Ziele: Start 2022, Ankunft 2030 Ganymed, Kallisto und Europa Wissenschaftliche Zielsetzung: • Erforschung der Krusten und Erkundung möglicher Wasserreservoires • Topographische und geologische Kartierung • Studium der Eiskruste • Studium des Magnetfeldes Abbildung: JUICE, künstlerische Darstellung Scheinkriterien Sonnensystem Die Sonne Die Sonne • G2V Stern (5778 K) • Leuchtkraft 3, 846 × 1026 W • Vereint 99, 86% der Gesamt des Sonnensystems auf sich • aber nur 0, 5% des Gesamtdrehimpulses Abbildung: Die Sonne • 11 jähriger Aktivitätszyklus Scheinkriterien Sonnensystem Die terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars Fundamentale Daten Merkur Venus Erde Mars 3 Abstand [AE]3 0,387 0,72 1 1,5 Periode [Tage] 88 224,7 365,3 687 Masse [Erdmassen] 0,056 0,82 1 0,11 Astronomische Einheit (AE) = Abstand Erde-Sonne Radius [Erdradien] 0,382 0,95 1 0,532 Scheinkriterien Sonnensystem Merkur Das 7. hellste Objekt am Himmel, aber fast nie gesehen! Merkur: • Sonnennächster Planet • Höchste Exzentrizität • Höchste Bahnneigung (7, 2◦ ) → Sonnenäquator • Kleinste Masse (0, 055 Erdmassen) aber höchste (unkomprimierte) Dichte (5, 3 g/cm3 ) Abbildung: Merkur (Messenger) • 3:2 Spin-Bahn Resonanz (1965) • Periheldrehung (5.7400 /a) Scheinkriterien Sonnensystem Der Merkurtag Ein Tag dauert zwei Jahre Abbildung: Merkurs Bahnbewegung und Ausrichtung eines Beobachters. Scheinkriterien Sonnensystem Venus Venus: • Erdzwilling: – 81, 5% der Erdmasse – 6046 km Radius (325 weniger als die Erde) – Gleiche (unkomprimierte) Dichte wie die Erde (3, 95 g/cm3 ) • 243 Tage Rotationsperiode (gegenläufig) Abbildung: Venus (natürliche Farben, Mariner 10) • Kein Magnetfeld Scheinkriterien Sonnensystem Venus Die Atmosphäre Atmosphäre: • Dichte CO2 Atmosphäre (92 bar) • Superrotierende Hochatmosphäre (60× schneller als Rotation) • Albedo ca. 75% (Erde ca. 30%) → Treibhauseffekt Abbildung: Venus (natürliche Farben, Mariner 10) • Nur ca. 2% des Lichtes erreicht die Oberfläche (ca. 5000 Lux = trüber Wintertag) Scheinkriterien Sonnensystem Venus Die Oberfläche Abbildung: Oben: Foto der Venusoberfläche (Venera 13, 1982). Unten: Radarbild (Magellan, 1989-1994). Scheinkriterien Sonnensystem Venus Die Oberfläche Abbildung: Radarbild (Magellan, 1989-1994). Alter der Oberfläche: ca (nur) 700 Ma. Energietransport durch die Lithosphäre (steinernde Hülle): • Plattentektonik • Kontinuierlicher Vulkanismus • Katastrophales Ereignis Scheinkriterien Sonnensystem Das Erde-Mond System Erde-Mond System • Größtes Massenverhältnis • Außergewöhnlich großer Drehimpuls Mond • Bahn geneigt zu Ekliptik und Erdäquator • Geringe Dichte (3, 34 g/cm3 ) vergleichbar mit Erdmantel Abbildung: Der Mond (NASA) • Der Mond ist „knochentrocken“– arm an flüchtigen Elementen (z.B.: C, H, O, N) • Die Zusammensetzung des Mondes ist ähnlich (aber nicht gleich) der des Erdmantels Scheinkriterien Sonnensystem Das Erde-Mond System Die Entstehung des Mondes Die Hypothesen: 1. Einfang eines unabhängigen Körpers 2. Abnabelung von schnell rotierender Erde 3. Bildung als „Doppelplanet“ → Bahn fast in der Ekliptik (∆ = 5.1◦ ) Abbildung: Der Einschlag von Theia; benannt nach der Mutter der Mondgöttin Selene 4. Einschlag eines Körpers von der Größe des Mars → Einschlag erscheint momentan am wahrscheinlichsten Scheinkriterien Sonnensystem Das Erde-Mond System Die Entstehung des Mondes Die Hypothesen: 1. Einfang eines unabhängigen Körpers 2. Abnabelung von schnell rotierender Erde 3. Bildung als „Doppelplanet“ → Bahn fast in der Ekliptik (∆ = 5.1◦ ) Abbildung: Der Einschlag von Theia; benannt nach der Mutter der Mondgöttin Selene 4. Einschlag eines Körpers von der Größe des Mars → Einschlag erscheint momentan am wahrscheinlichsten Scheinkriterien Sonnensystem Mars Mars: • Dünne Atmosphäre (0.006 bar, CO2 ) • Geografischer Nord-Süd Gegensatz • Zwei Monde: Phobos und Daimos Abbildung: Mars (Viking 1) Die Polarkappen (H2 O und CO2 ) zeigen saisonale Veränderungen. Im Sommer verursacht sublimierendes CO2 starke Winde. Abbildung: Südpol) Scheinkriterien Sonnensystem Der Asteroidengürtel Abbildung: Der Asteroidengürtel Scheinkriterien Sonnensystem Der Asteroidengürtel Überbleibsel eines „explodierten“ Planeten? • Ca. 4000 bekannte Asteroiden • Gesamtmasse: ca. 1/1000 Erdmasse • 33% der Masse vereint Ceres (≈ 460 km Radius) auf sich Abbildung: Ceres im vergleich mit der Erde und dem Mond Scheinkriterien Sonnensystem Der Asteroidengürtel Struktur im Chaos Abbildung: Abstandsverteilung der Asteroiden – Kirkwood Lücken. Scheinkriterien Sonnensystem Die Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun Abbildung: Die Gasriesen im Vergleich Grundlegende Daten Jupiter Saturn Uranus Neptun Abstand [AE] 5,2 9,5 19,2 30,0 Periode [Jahre] 11,9 29,5 84,0 164,1 Masse [Erdmassen] 318,0 95,2 14,5 17,2 Radius [Erdradien] 11,2 9,4 4,0 3,9 Scheinkriterien Sonnensystem Zwei Arten von Riesenplaneten Gasriesen und Eisriesen Jupiter und Saturn Abbildung: Aufbau: Kern (Fe+Ni), metallischer Wasserstoff, Atmosphäre (H+He) Uranus und Neptun Abbildung: Aufbau: Kern (Fe+Ni), Mantel (Wasser, Ammoniak, Methan), Atmosphäre (H+He+Methan) Scheinkriterien Sonnensystem Saturn • Am wenigsten dichter Planet des Sonnensystems (0, 69 g/cm3 ) Abbildung: Saturn (Cassini) • Größte Abplattung (10% größer am Äquator) Die Ringe des Saturn (rechts): Hochstrukturiert und dünn (≤ 1 km). Abbildung: Saturn bedeckt die Sonne (Cassini) Scheinkriterien Sonnensystem Saturns Hexagon Abbildung: Blick auf Saturns Nordpol (Cassini). Das Hexagon ist klar zu erkennen. (NASA/JPL) Scheinkriterien Sonnensystem Uranus • Entdeckung: Wilhelm Herschel (1781) • Neigung der Rotationsachse (98◦ ) • Mond- und Ringsystem ist ebenfalls geneigt Abbildung: Uranus (Hubble, NIR) • Uranus ist der „kälteste“ Planet des Sonnensystems (Abstrahlung beträgt das 1, 06 ± 0, 08 der Einstrahlung) Scheinkriterien Sonnensystem Neptun Die äußere Grenze des Planetensystems • Äußerster Planet des Sonnensystems • Entdeckung durch Bahnstörung des Uranus (Le Verrier, Adams, Galle, d’Arrest 1846) • Exzentrizität 0, 01 → fast perfekter Kreis Abbildung: Neptun (Voyager 2) Scheinkriterien Sonnensystem Pluto und Charon Von einem der mal ein Planet war Abbildung: Die Entdeckung Plutos.
