Das Universum
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DAS UNIVERSUM Univ.-Prof Dr. Arnold Hanslmeier INHALT • Astronomie – geschichtlicher Überblick im Altertum praktische Anwendungen • Moderne Astrophysik • Was wollen wir wissen? • Beobachtungsmethoden • Große Frage der Astrophysik DIE DREI GROßEN KRÄNKUNGEN „ Drei große Kränkungen ihrer naiven Eigenliebe hat die Menschheit im Laufe der Zeit von den Wissenschaften erdulden müssen― S. Freud, Anf. 20. Jh. Nikolaus Copernicus Erde ist nicht Mittelpunkt der Welt, nur einer von vielen Himmelskörpern Charles Darwin Psychologie Entstehung der Arten durch Mensch wird getrieben Natürliche Selektion, vom Unbewußten Abstammung des Menschen Aus dem Tierreich DER BEGRIFF WISSENSCHAFT • Sokrates, Platon, Aristoteles: • Wissenschaft=rational begründetes Wissen • Historie: Überlieferung von Fakten • Aristoteles • Theoretische W.: auf die Erkenntnis zielend • Praktische W.: auf das Handeln zielend • Arbeitsverfahren: Schluss, Beweis, Definition • Descartes: Rationalismus • Bacon, Locke, Hume: Empirismus WISSENSCHAFT – METHODE WAS IST WISSENSCHAFTLICH? • Wissen • Gesichert angesehen • Begründungszusammenhang von Sätzen stehend • Intersubjektiv kommunizierbar • Nachprüfbar • Wissenschaftlichen Kriterien genügen • Allgemeingültigkeit • Systematisierbarkeit NATURWISSENSCHAFTEN • Beobachtung • Hypothese • Experiment • Theorie BEISPIEL • Galaxie: • Beobachtbar • Intersubjektiv • Messbar • Hypothese Einzelsterne • Theorie • Nachprüfbar Sternbild • Beobachtbar • Subjektiv (gr. Bär, Big Dipper…) • Messbar?? • Hypothese Historie DETERMINISMUS • Alles Geschehen ist kausal bestimmt durch Naturgesetze • Problem der Willensfreiheit Zukunft Gegenwart Vergangenheit KREATIONISMUS • Lat. Creare, erschaffen • Entstehung des Universums und des Lebens durch Eingriff eines Schöpfergottes Schöpfung: • Schöpfung aus dem Nichts creatio ex nihilo • Schöpfung aus dem Chaos (Tohuwabohu) • Schöpfung Teil des reliogiösen Glaubens • Vereinbar mit Naturwissenschaften oder unabh. Davon • Ablehung der wörtlichen Interpretation der Schriften; nur als Metapher • Kreationismus: im engeren Sinne, wörtliche Auslegung; Buch Genesis, Koran • Die meisten Kreationisten bestreiten auch die naturwissenschaftlichen Theorien über • den Ursprung des Lebens und der menschlichen Spezies, • die geologische Erdgeschichte, • die Entwicklung des Sonnensystems und den Ursprung des Universums. ; wissenschaftliche Methoden wie radiometrische Altersbestimmung, Isochronmethode, Eiskerndatierung und Dendrochronologie in Frage gestellt. Stattdessen werden die geologischen Belege hauptsächlich als das Resultat einer globalen Flut erklärt. Der ist die Selbstbezeichnung einer Richtung des Kreationismus, deren Anhänger glauben, dass Gott die Erde in jüngerer Zeit erschaffen hat und dass diese Auffassung durch wissenschaftliche Belege gestützt und somit in Form einer Schöpfungswissenschaft vertreten werden kann. Er beinhaltet Ideen zu einer Schöpfungskosmologie, die auf ein Alter des Universums in der Größenordnung von einigen tausend Jahren hinausläuft. • Evolutionistischer Kreationismus und Theologie • Der evolutionistische Kreationismus • Der Evolutionistische Kreationismus sieht Gott als Schöpfer, der die Lebensformen mittels Evolution erschuf und weiterentwickelt, wobei es unterschiedliche Auffassungen darüber gibt, wie stark er in diesen Prozess eingreift. Dennoch halten seine Anhänger die Evolutionstheorie, wie die Naturwissenschaft sie beschreibt, für unzureichend und sehen das zusätzliche Eingreifen eines Gottes als zwingend notwendig an. • Intelligent Design • Intelligent Design ist die Position, dass die Entstehung des Universums und des Lebens am besten durch eine Intelligenz als Ursache erklärt werden kann und nicht durch einen von solcher Leitung freien Vorgang wie Mutation und natürliche Selektion. Seine führenden Vertreter, die allesamt dem Discovery Institute angehören, sind der Meinung, dass Intelligent Design eine wissenschaftliche Theorie ist, die mit vorhandenen wissenschaftlichen Theorien zum Ursprung des Lebens auf einer Stufe steht oder ihnen überlegen ist. • Die Vermutung, dass die Welt und damit auch das Leben gezielt erschaffen worden sei, erscheint bereits in den (polytheistischen und monotheistischen) Götterlehren des Altertums; • auch in der griechischen (ionischen) Naturphilosophie wird nach einem Urheber (unbewegten Beweger) gesucht und z. B. von Anaxagoras (499-428 v. Chr.) als unpersönlicher Nous konzipiert. • Intelligent Design • physikalisch-quantitativ erklärtes Universum, • Komplexität und innere Stimmigkeit verweist auf Urheber Intelligent, überweltlich PHYSIKOTHEOLOGIE • Existenz Gottes folgt aus • Wundern seiner Schöpfung • Verwandtschaft zur • natürlichen Theologie, die mit philosophischen Mitteln (der "natürlichen Vernunft") anstatt • unter Rückgriff auf Offenbarungswissen Erkenntnisse über Gott zu erheben versucht. • Die Physikotheologie erlebt in neuerer Zeit eine unerwartete Renaissance in Form des sogenannten Intelligent Design, • I. Kant: Irrtum jeder Form von Physikotheologie: die Annahme, mittels Naturerkenntnis die Existenz Gottes beweisen zu können Das Auge wird - etwa von Anhängern wie Sarfati oftmals als Beispiel für nichtreduzierbare Komplexität angeführt, lässt sich jedoch über evolutionäre Zwischenschritte erklären. (a) Pigmentfleck (b) Einfache pigmentierte Vertiefung (c) Augenbecher der Seeohren (d) kompliziertes Linsenauge von Meeresschnecken • Nichtreduzierbare Komplexität (oder irreduzible Komplexität) ist ein von Michael Behe benanntes Konzept, mit dem er versucht, Intelligent Design zu stützen. Er definiert ein irreduzibel komplexes System als „ein einzelnes System, das aus mehreren zusammenpassenden und zusammenwirkenden Teilen besteht, die zur Grundfunktion beitragen, wobei das Entfernen irgendeines der Teile bewirkt, dass das System effektiv zu funktionieren aufhört.“ Mithilfe dieses Konzepts stellt er die Behauptung auf, dass die Theorie, dass das Leben sich durch biologische Evolution entwickelt hat, unvollständig und unzureichend ist und dass der Eingriff eines intelligenten Designers notwendig ist, um die Entstehung der Konstruktionen und Stoffwechselsysteme der Lebewesen zu erklären. funktioniert Funktioniert nicht CHARLES DARWIN • • Ließe sich irgend ein zusammengesetztes Organ nachweisen, dessen Vollendung nicht möglicherweise durch zahlreiche kleine aufeinanderfolgende Modifikationen hätte erfolgen können, so müßte meine Theorie unbedingt zusammenbrechen. Ich vermag jedoch keinen solchen Fall aufzufinden.― SELF ORGANISATION • a structure or pattern appears in a system without a central authority or external element imposing it. This globally coherent pattern appears from the local interaction of the elements that makes up the system, thus the organization is achieved in a way that is parallel (all the elements act at the same time) and distributed (no element is a coordinator). • structural (order-disorder, first-order) phase transitions, and spontaneous symmetry breaking such as • spontaneous magnetization, crystallization ) • the laser, superconductivity and Bose-Einstein condensation • second-order phase transitions, associated with "critical points" at which the system exhibits scale-invariant structures. Examples of these include: • critical opalescence of fluids at the critical point • percolation in random media • instabilities (e.g., Bénard cells) in fluid dynamics, • structure formation in astrophysics and cosmology (including star formation, planetary systems formation, galaxy formation) • self-similar expansion • the creation of structures by social animals, such as social insects (bees, ants, termites), and many mammals DAS UNIVERSUM • Descartes (1596-1650) • Methodischer zweifel (cogito ergo sum) • Gott täuscht nicht = Naturgesetze • Was ist der Weltraum? • Nicht leer • Kosmos ist aus Reibung riesiger Materieblöcke entstanden • Raum erfüllt mit kleinen Korpuskeln • Erfüllen Universum, rotiert um Zentren, bilden Sterne DAS UNIVERSUM UND ZEIT • Antike: • Welt ist • Statisch oder • Zyklisch erneuerbar • Christentum • Schöpfung aus dem Nichts Creatio ex Nihilo • Linear verlaufendes Heilsgeschehen, AnfangEnde • Dadurch ergibt sich neue Zeitperspektive • Antike: • Kosmisches Zeitbewusstsein • Augustinus: • subjektives Zeitbewusstsein • Newton: • Zeit ist eine starre unveränderliche Größe, die unabh. von allem physikal. Geschehen existiert • Quasi absolute Rolle der Zeit UNIVERSUM • Zeit • Raum • Klassische Mechanik: • Absolute Begriffe von Zeit und Raum • Zeit • Newton: Universum hat eine Uhr • Leibniz: Universum ist eine Uhr • Kant: Raum und Zeit sind apriorische Anschauungsformen, machen Erfahrungserkenntnis erst möglich ZEITBEGRIFF IM 20. JH. • • Husserl • Phänomenologie des inneren Zeitbewusstseins; • Erlebniszeit, objektiv messbare Zeit • Gegenwartsbewusstsein grundlegend für jede Zeiterfahrung Heidegger • • • Zeit=ursprgl. Horizont allen Seinsverständnisses, Sinn des Seins Bergson: • Erlebniszeit (temps inventuer) urpsrgl., schöpfersich • Objektive Zeit (temps longeur): Verstandeskonstruktion nach Modell des Raumes Moderne Physik (Einstein): • Konstanz der Lichtgeschwindigkeit • Ablauf der Zeit hängt ab vom Bewegungszustand des Beobachters DER BEGRIFF DES RAUMES • Antike • Raum ist endlich • Vom mythischen Raum (Apeiron) umgrenzt • Aristoteles: Raum begrenzt materielle Körper, Kontinuität • Welt des Wechselnden, Vergänglichen/Welt des Unvergänglichen • Raum und Leere: griech. Atomisten (Demokrit) • Leere in denen sich Atome bewegen • Gassendi, Locke: leerer Raum Leere Atome SEIN UND RAUM? • Parmenides • Sein = Raumfüllendes • Nichtsein=Leere • Christl. Mittelalter • Ausgehend von Aristoteles (Raum begrenzt Materie) • Es gibt keinen leeren Raum • Galilei: bekräftigt dass es keinen leeren Raum gibt • Torricelli • Steighöhe einer Quecksilbersäule Hängt vom Luftdruck ab • Wurde von Pascal bewiesen (vide dans le vide) • Descartes: • Räumlichkeit=Körperlichkeit • Vorstellung eines ruhenden homogenen unendlichen Raumes Newton • Englische Empiristen (Hume, Berkely): Raum=bloße Erscheinung • Leibniz: Raum ist relativ, Ordnung des Koexistierenden • Kant: Raum und Zeit a priori. • Klassische Mechanik • Raum absolut, unveränderlich • Raum euklidisch, dreidimensional • Raum und Materie • Raum existiert unabh. Von Materie (WW ist möglich) • Mach‘sches Prinzip: Raum wird erst durch Materie erzeugt RELATIVITÄTSTHEORIE • Spezielle Rth.: • Lichtgeschw. Für alle Beobachter gleich • Minkowski: Raum-Zeit • Damit ist der Raum nicht mehr absolut, sondern vom Beobachter (genauer: dem Inertialsystem) abhängig. Beispiel: Lorentzkontraktion, der zufolge relativ zueinander bewegte Beobachter für dasselbe Objekt eine unterschiedliche Länge messen. • Allgemeine Rth. • Raum – Zeit • Gravitation=Krümmung der Raum Zeit • Die Geometrie der Raumzeit hängt vom Energie-Impuls-Tensor, also von den im Raum vorhandenen Teilchen und Feldern ab. • Die Kaluza-Klein-Theorien und Stringtheorien • Vereinigen Gravitation mit den anderen Grundkräften • fügen der Raumzeit zusätzliche Dimensionen hinzu. • Diese zusätzlichen Dimensionen sind allerdings nicht, wie die bekannten 4 Raum-ZeitDimensionen, ins (beinahe) unendliche ausgedehnt; vielmehr sind sie von einer Ausdehnung von weniger als einem Atomkerndurchmesser. • Zusätzlich nimmt man an, dass sie periodisch „aufgerollt― sind. ASTRONOMIE • Wissenschaft von • Großen Massen • Leeren Räumen • Extremwerte • Fragen der Astronomie • Sonne, Planeten • Extrasolar Systeme • Galaxien • Aufbau, Entwicklung der Sterne • Das Universum WELTBILD DES ARISTOTELES Erde: Zentrum Himmelskörper auf durchsichtigen Kristallkugeln Problem: Schleifenbewegung der Planeten PTOLEMÄUS • Alle Himmelkörper bewegen sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit auf Kreisbahnen • Die Himmelskörper sind aus perfektem Material, das seine vorgegebenen Eigenschaften (z.B. die Helligkeit) nicht ändert • Die Erde ist im Zentrum des Universums KOPERNIKUS • Heliozentrisches Weltsystem ANTIKES GRIECHENLAND MODERNE ANSÄTZE • Anaxagoras von Klazomenai (499 - 428 v. Chr.) die Sonne als glühende Steinmasse • Demokrit von Abdera (460 - 371 v. Chr.) einer der Begründer der antiken Atomistik, vertrat die Ansicht, dass die Milchstraße das fließende Leuchten zahlloser, sehr weit entfernter Sterne sei. ARISTOTELES • 4 Elemente: • Erde • Feuer • Luft • Wasser • Planeten bewegen sich auf kristallinen Sphären • Fünftes Element, Äther • Kosmos: abgeschlossen hierarchisch • Bewegung: ein Prozeß, ein Zustand; nur gleichförmige Kreisbewegung, alle anderen Bewegungen folgen daraus • Stoff: stetig, nicht atomar • Aristarchos von Samos (um 310 - um 230 v.Chr.) entwickelte ein heliozentrischheliostatisches Weltmodell. Er rückte die Sonne in den Mittelpunkt des Alls und hatte auch bereits eine klare Vorstellung vom Material dieses zentralen Körpers: Er berechnete mittels geometrischer Überlegungen den Abstand Erde Mond und Erde Sonne. Er berechnete für die Sonne das 30fache Volumen der Erde. cos 𝑎 = 𝐴𝑛𝑘𝑎𝑡ℎ𝑒𝑡𝑒 𝐸𝑟𝑑𝑒 − 𝑀𝑜𝑛𝑑 = 𝐻𝑦𝑝𝑜𝑡ℎ𝑒𝑛𝑢𝑠𝑒 𝐸𝑟𝑑𝑒 − 𝑆𝑜𝑛𝑛𝑒 Winkel nahe 90 Grad • Aristarch: 87 Grad • Moderner Wert 89 Grad MONDPHASEN • bei Neumond geht der Mond in etwa zusammen mit der Sonne am Morgen auf und am Abend unter. • im ersten Viertel geht der Mond gegen Mittag auf und gegen Mitternacht unter. • bei Vollmond geht er in der Abenddämmerung auf und in der Morgendämmerung unter und ist die ganze Nacht sichtbar. • im letzten Viertel geht er gegen Mitternacht auf und gegen Mittag unter. MOFI SONNENFINSTERNIS SONNENUHR ANLEITUNG BAU EINER SONNENUHR • Schneidet aus einem Bogen Karton ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 20 Zentimetern. Zeichnet darauf mit dem Zirkel einen Kreis mit demselben Durchmesser. UNTERTEILT DEN KREIS MITHILFE DES GEODREIECKS IN 24 GLEICH GROßE "TORTENSTÜCKE". JEDES VON IHNEN SOLL EINEN WINKEL VON 15 GRAD HABEN. MIT EINEM STIFT BESCHRIFTET IHR NUN DIESES ZIFFERBLATT - SO WIE AUF DER ZEICHNUNG. • Damit eure Uhr richtig geht, muss eine Kante des so genannten Schattenwerfers parallel zur Erdachse stehen. Ihr könnt dieses Schatten spendende Dreieck daher nur richtig zuschneiden, wenn ihr wisst, auf welchem Brei-tengrad der Ort liegt, an dem ihr euren Zeitmesser aufstellen wollt. Das findet ihr heraus, indem ihr in einen Atlas oder auf eine Landkarte schaut: München liegt zum Beispiel ungefähr auf dem 48. Breitengrad nördlicher Breite, Graz auf dem 47. • Diese Gradzahl ist einer der Winkel des Dreiecks. Zeichnet auf einem zweiten Pappbogen eine Linie, die in diesem Winkel (in der Zeichnung: B) vom Blattrand wegführt. Von dieser Linie soll nun im rechten Winkel eine zweite zu demselben Blattrand zurückführen. Dieser Strich muss genau zehn Zentimeter lang sein. Schiebt das Geodreieck auf der ersten Linie entlang, bis ihr den Punkt gefunden habt, an dem die zweite beginnen muss. Dort, wo diese Linie auf den Blattrand trifft, ist die zweite Ecke des Dreiecks. Von hier zeichnet ihr eine dritte Linie senkrecht nach oben. Wo sie und die erste Linie zusammentreffen, bilden sie die dritte Ecke: Das Dreieck ist fertig; ihr könnt es mit dem Cutter ausschneiden. • Dann schlitzt ihr an der Zwölf- Uhr-Markierung das Zifferblatt fünf Zentimeter lang auf. Einen ebenso langen Schlitz schneidet ihr in das Dreieck, und zwar entlang der zehn Zentimeter langen Linie, die ihr als zweite angezeichnet habt. Jetzt könnt ihr die beiden Teile zusammenstecken. Aus der dritten Pappe schneidet ihr ein Rechteck mit 20 mal 25 Zentimetern Seitenlänge aus. Zeichnet darauf Linien wie auf dem Bild unten. Stellt die Sonnenuhr auf diese Bodenplatte ? sodass Zifferblatt und Schattenwerfer genau auf den Linien stehen. Fügt alle Teile mit Klebeband zusammen. • Aus der dritten Pappe schneidet ihr ein Recht- eck mit 20 mal 25 Zentimetern Seitenlänge aus. Zeichnet darauf Linien wie auf dem Bild unten. Stellt die Sonnenuhr auf diese Bodenplatte ? sodass Zifferblatt und Schattenwerfer genau auf den Linien stehen. Fügt alle Teile mit Klebeband zusammen. Um die Zeit abzulesen, muss der Pfeil auf der Bodenplatte genau nach Norden zeigen (hier kommt der Kompass zum Einsatz). An dem Schatten, den das Dreieck auf das Zifferblatt wirft, könnt ihr dann die so genannte "Sonnen-" oder "wahre Ortszeit" ablesen. Wundert euch nicht, wenn diese immer etwas von der Uhrzeit abweicht, die euer Reisewecker anzeigt. Der stellt nämlich die "Zonenzeit" dar. In fast ganz Europa gilt beispielsweise die Mitteleuropäische Zeit (MEZ): Wenn es in Budapest Mittag ist, schlägt's auch in Madrid zwölf - obwohl Spaniens Hauptstadt rund 2400 Kilometer weiter westlich liegt und die Sonne dort ihren höchsten Stand erst rund anderthalb Stunden später erreicht. In München ist es 12.00 Uhr Ortszeit, wenn die Mitteleuropäische Sommerzeit 13.10 und die Mitteleuropäische Winterzeit 12.10 Uhr ist. Bei vielen Wetterprognosen der örtlichen Zeitung ist Sonnenaufgang und Sonnenuntergang angegeben. Die Mitte zwischen diesen beiden Zeiten ist der "Mittag" also 12.00 Uhr Ortszeit. JAHRESLAUF DER SONNE Die Information "Der Herbst beginnt am 23.9.1999 um 12h31min " bedeutet, dass die Sonne genau zu dieser Zeit im Herbstpunkt steht. WANN WIRD ES FINSTER? DÄMMERUNG Von bürgerlicher Dämmerung spricht man, wenn h= -6 Grad ist, nautische Dämmerung entspricht h = -12 Grad und schliesslich astronomische Dämmerung entspricht h = -18 Grad. STERNBILDER • IAU: 88 Sternbilder • 12 Tierkreiszeichen Das Konzept geht auf eine in der altägyptischen Spätzeit (etwa 664–332 v. Chr.) erfolgte Verschmelzung der babylonischen und altägyptischen Sternbilder zurück, die bereits im dritten Jahrtausend v. Chr. in der altägyptischen, babylonischen und sumerischen Astronomie mythologisch in Gebrauch waren. Etwa im zweiten Jahrhundert v. Chr. sind auch im antiken Griechenland Übernahmen dieses Systems nachweisbar, wobei im ersten Jahrhundert v. Chr. der altägyptische Tierkreis von Dendera als Weiterentwicklung entstand. Der griechische Historiograph, Geograph und Völkerkundler Herodot beschrieb Mitte des fünften Jahrhunderts v. Chr. die mit den Sternbildern im Zusammenhang stehenden horoskopähnlichen Charaktereigenschaften: HIMMELSGÖTTIN NUT • Sie stellte den Himmel dar; ihr Lachen war der Donner und ihre Tränen der Regen. Der Körper der Nut symbolisierte das Himmelsgewölbe, er trennte die Erde von der sie umgebenden Urflut. Nach mythologischer Vorstellung spannte sich Nuts Körper schützend über die Erde; ihre Gliedmaßen, die den Boden berühren sollten, symbolisierten die vier Himmelsrichtungen. • Zugleich galt sie als die Mutter der Gestirne. Man glaubte, dass die Sonne abends in ihrem Mund verschwinde, um des Nachts durch ihren Körper zu reisen und morgens in ihrem Schoß im Osten wieder zu erscheinen. Im ewigen Kreislauf durchwanderten des Tages ebenfalls die Sterne ihren Körper. Nut morgens Nut abends zirkumpolaren Sternbildern, d.h. es verschwindet in unseren Breiten nie unter dem Horizont. TIERKREISBILDER WINTERSTERNENHIMMEL STERNBILDER UND GRIECHISCHE MTYHOLOGIE • • • Orion ist der Himmelsjäger und gilt als das Wintersternbild schlechthin. Durch seine drei Gürtelsterne ist er leicht zu finden - zwei weitere bedeutende Sterne sind die rötliche Beteigeuze und der blauweiße Rigel. Rechts von ihm, hinter dem Sternbild des Stieres, sind die Plejaden zu finden, das Siebengestirn. Mit bloßem Auge kann man nur sechs der Sterne erkennen, mit dem Fernglas sieht man neun hellere Sterne vor einem Dutzend Lichtschwächeren. Der Sage nach stellen die neun helleren Sterne die sieben Töchter des Atlas zusammen mit ihren Eltern dar. Die Anordnung der drei Sternbilder Orion, Stier und Plejaden kommt nicht von ungefähr. • • Orion, der große Jäger, hat eine sehr sonderbare Herkunft. Für die gute Gastfreundschaft des Königs Hyrieus von Bootien wollten sich die Götter Zeus, Poseidon und Ares bedanken, indem sie dem Sterblichen einen Wunsch erfüllten. Der kinderlose König erbat sich einen Sohn und die Götter füllten einen Beutel aus Stierhaut gemeinsam mit ihrem Samen und hießen den König, diesen zu vergraben. Zehn Monate später gebar die Erdgöttin Gaia einen Knaben, der Orion genannt wurde. Wie bei den göttlichen Vätern nicht anders zu erwarten, wurde aus Orion ein sehr großer, schöner Mann, der unermüdlich als Jäger durch das Land streifte. Wie sein Vater Zeus war auch er schönen Frauen nicht abgeneigt und zeigte dabei die gleiche Hartnäckigkeit und auch Skrupellosigkeit vieler machtvoller Männer in der griechischen Mythologie. So verfolgt er ohne Rast die sieben jungfräulichen Töchter des Atlas, die voller Angst vor ihm flohen. Die Götter zeigten Nachsicht und verwandelten die Mädchen in Vögel, die zum Sternenhimmel aufstiegen und dort in Sicherheit waren. • • • • Eines Tages jedoch verliebte sich dann die rosenfingrige Göttin der Morgenröte, Eos, in den Riesen Orion und entführte ihn - als Artemis, die Göttin der Jungfräulichkeit und der Jagd erkannte, dass Eos keine Jungfrau mehr war, schoß sie wütend ihre Pfeile auf Orion, um ihn zu vertreiben. Statt dessen jedoch führte diese Jagd die beiden zusammen und entdeckten ein gemeinsames Interesse. Sie gingen schließlich auf der Insel Chios zusammen auf die Jagd, doch Orion hatte aus seinem bisherigen Verhalten wenig gelernt; statt sich auf die Jagd zu konzentrieren, stelle er Artemis selber nach und wurde zudringlich. Erbost über die Anmaßung des Sterblichen, die Göttin der Jungfräulichkeit selbst verführen zu wollen, schickte Hades einen Skorpion aus der Unterwelt, der Orion in den rechten Fuß stach, so dass der Jäger sofort starb. Zwar wurde er von Asklepios, dem Gott der Heilkunst, wieder erweckt, doch Hades beschwerte sich bei Zeus über diese Einmischung und der Göttervater tötete den Heiler mit einem Blitz und versetzte dann alle Beteiligten zur Erinnerung an den Sternenhimmel - Asklepios in das Sternbild des Schlangenträgers und den Skorpion in den Sommerhimmel, so dass er immer aufgeht, wenn Orion in einer ewigen Flucht gerade versinkt. Nun war Orion jedoch wieder im gleichen Reich wie die Plejaden und diese erneut seinen Nachstellungen ausgesetzt. Um dem ein Ende zu machen, stellte sich Zeus selber in Gestalt des Stieres zwischen den Himmelsjäger und das Siebengestirn, so dass Orion für immer hinter seinem Schild gegen den Göttervater angeht und die Mädchen nie erreicht. • • • • • • Auch der Schwan, also Zeus in verwandelter Gestalt, der um Leda freit, ist am Sternenhimmel zu sehen, allerdings im Sommer. Kassiopeia war eine sehr schöne Frau und sich dieser Tatsache zu ihrem Leidwesen auch sehr bewußt. Sie prahlte vor den Meernymphen damit, dass sie noch schöner sei als alle Töchter des Nereus. Solchermaßen beleidigt wandten sich die Nymphen an ihren Freund, den Meeresgott, und ließen ihn nicht nur eine große Flut über das Land bringen, sondern auch ein alles verschlingendes Meeresmonster auftauchen. Ein Orakelspruch versprach nur dann die Befreiung von diesen Plagen, wenn die Tochter des Königs, die schöne Andromeda, an einen Felsen gebunden und dem Monster zum Fraß vorgeworfen würde. In ihrer Not stimmten die königlichen Eltern diesem Handel zu und banden ihre Tochter an die steile Küste. Perseus hilft der geretteten Anromeda von dem Felsen. Andromeda wurde nicht gefressen - der Held Perseus, der eben die schlangenhaarige Gorgone getötet hatte, kam gerade rechtzeitig vorbei, verlangte von den Eltern als Preis für die Rettung Andromedas die Hand der lieblichen Gefangenen und bekam gleich noch das Königreich als Mitgift angeboten. Perseus erschlug das Meeresmonster in einem dramatischen Kampf, rettete Andromeda und heiratete sie. Nach einigen anfänglichen Schwierigkeiten mit dem ehemaligen Freier der Prinzessin - ihrem Onkel Phineus, der sie in ihrer tödlichen Gefahr verlassen hatte -, die Perseus mit der versteinernden Wirkung des toten Gorgonenhauptes löste, lebten die beiden sehr glücklich miteinander. Kassiopeia aber wurde für ihre Anmaßung und das Unglück, das sie damit fast über ihre Familie gebracht hatte, zur Strafe "verkehrt herum" an den Himmel gesetzt. Auch das Meeresmonster findet sich in Form des Sternbildes Walfisch dort wieder, ebenfalls sein Bezwinger Perseus mit Schwert und Gorgonenhaupt und seine Geliebte Andromeda. DIE PLANETEN VENUSTRANSIT, VENUSPARALLAXE MERKUR • • • • • • Benannt nach dem Gott Merkur, sonnennächster Planet; der kleinste der erdähnlichen Planeten Er besitzt keinen Mond, seine mittlere Dichte ist (nach der Erde) die zweitgrößte. sehr exzentrischer Bahn um die Sonne, Entfernung zur Sonne schwanktzwischen 46 und 70 Mio. km . Sein Abstand von der Erde wechselt von 82 bis 217 Mio. km, sein scheinbarer Winkeldurchmesser entsprechend von rund 15'' bis 5''. • • • • • • Die Oberfläche des Merkurs ist - ähnlich der des Erdmondes - von Kratern bedeckt, hohe Dichte weist auf einen Eisenkern hin. Das durch die Sonnennähe geringe Schwerebeschleunigung (etwa 1/3 der der Erde) praktisch bedingte Fehlen einer Wärme speichernden Atmosphäre führt zu gewaltigen Temperaturdifferenzen; so schwankt die Äquatortemperatur im Sommer im Perihel zwischen etwa 430 ºC und 180 ºC nachts. Messungen der amerikanischen Raumsonde Mariner 10 (1975) lassen auf die Existenz einer außergewöhnlich dünnen Atmosphäre aus Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Natrium und Kalium schließen. schwaches Magnetfeld dessen Stärke an der Planetenoberfläche etwa 1 % der Magnetfeldstärke an der Erdoberfläche beträgt. Für die Polregionen von Merkur lassen die Ergebnisse von Radaruntersuchungen die Möglichkeit zu, dass dort kleine Mengen von Wassereis existieren könnten. Da Merkurs Rotationsachse mit 0,01° praktisch senkrecht auf der Bahnebene steht, liegt das Innere einiger polnaher Krater stets im Schatten. In diesen Gebieten ewiger Nacht sind dauerhafte Temperaturen von −160 °C möglich. Solche Bedingungen können Eis konservieren, das durch eingeschlagene Kometen eingebracht wurde. Die hohen Radar-Reflexionen können jedoch auch durch Metallsulfide oder durch die in der Atmosphäre nachgewiesenen Alkalimetalle oder andere Materialien verursacht werden. 2:3 Umlaufsdauer/Rotationsdauer VENUS • • • • • Die Venus ist von der Sonne aus gesehen der zweite Planet des Sonnensystems, der Erde ähnlich. Die Venus bewegt sich auf einer nahezu kreisförmigen Bahn (Exzentrizität 0,0068) um die Sonne, auf der sie der Erde von allen Planeten am nächsten kommt (bis auf 38 Mio. km). Je nach ihrem Abstand von der Erde schwankt ihr scheinbarer Winkeldurchmesser zwischen 65'' und 9,5''. Da ihre Bahn innerhalb der Erdbahn liegt, geht sie durch eine untere Konjunktion anstatt durch eine Opposition. Steht die Venus westlich der Sonne, geht sie vor ihr auf und erscheint als Morgenstern im Osten; bei östlicher Elongation ist sie als Abendstern nach Sonnenuntergang zu sehen. Die Venus ist nach Sonne und Mond der hellste Himmelskörper und zeigt wie der Mond Phasen. Oberflächentemperatur 460 Grad C • • • • • Die undurchsichtige, stark reflektierende Venusatmosphäre ( rund 250 km Höhe) besteht v. a. aus Kohlendioxid (rund 96 %); daneben wurden Stickstoff sowie u. a. Spuren von Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Schwefelsäure und Edelgasen gefunden. An der Planetenoberfläche herrscht ein Druck von rund 9 Mio. Pa bei einer mittleren Temperatur von etwa 460 ºC. Die aus mehreren Schichten bestehende, dichte, schwefelhaltige Wolkendecke erstreckt sich von etwa 45 bis 70 km Höhe. Hauptkennzeichen der Venusoberfläche sind riesige Ebenen (rund 70 %); daneben Tiefebenen, vulkanartige Erhebungen und Hochländer (über 80 % der Oberfläche sind mit erstarrter Lava und Vulkanbauten bedeckt), die auf zwei Hauptgebiete, etwa der Größe Afrikas beziehungsweise Australiens, mit mittleren Höhen von 11 km bis 3 km konzentriert sind. Trotz eines großen Nickel-Eisen-Kerns hat die Venus aufgrund der langsamen Eigenrotation kein inneres Magnetfeld. - Die meisten Kenntnisse über die Venus wurden von der sowjetischen Venera- und den amerikanischen Mariner- und Pioneer-Sonden sowie der amerikanischen Venussonde Magellan übermittelt, durch deren zweijährige Radarkartierung circa 99 % der Venusoberfläche erfasst wurden. MARS • • • • • Der Mars ändert seinen Abstand von der Erde zwischen 56 und 400 Mio. km. Damit verbunden sind Änderungen seiner scheinbaren Größe (zwischen etwa 3'' und 25'') und seiner scheinbaren Helligkeit (um fünf Größenklassen); zur Zeit seiner größten Helligkeit ist er beträchtlich heller als Sirius. Er ist etwa halb so groß wie die Erde, besitzt aber wegen der etwas geringeren Dichte nur etwa 1/10 von deren Masse. Die Schwerkraft an der Marsoberfläche erreicht nur 38 % des Wertes an der Erdoberfläche. Da auch die Rotationsachse des Mars ähnlich wie die der Erde gegen die Bahnebene geneigt ist, sind Tag und Nacht sowie die Jahreszeiten auf ihm denen der Erde ähnlich. Die Atmosphäre besteht zu 95 % aus Kohlendioxid, den Rest bilden v. a. Stickstoff (2,7 %) und Argon (1,6 %). Die Dichte der Atmosphäre ist so gering, dass ihr Druck an der Oberfläche nur etwa 5-10 hPa beträgt. • • • • • Polkappen im Winter besonders groß und helle ,aus gefrore nem Kohlendioxid (Trockeneis) sowie aus Wassereis bestehen und im Sommer stark abschmelzen. Die Temperaturen variieren je nach Jahreszeit zwischen etwa -140 ºC und -15 ºC. Die rötliche Färbung des Mars wird durch weite Gebiete rötlichen (eisenhaltigen) Staubes hervorgerufen, der durch unregelmäßig auftretende, gewaltige Stürme transportiert wird. Mit der Sonde Pathfinder (1997) wurde erstmals der Marsboden chemisch analysiert; er scheint danach das Verwitterungsprodukt basaltischen Eruptivgesteins zu sein. Während die Südhalbkugel von Einschlagkratern (ähnlich den Maria des Mondes) übersät ist, zeigt die Nordhalbkugel neben (jüngeren) Ebenen geringerer Kraterdichte gewaltige Schildvulkane (darunter Olympus Mons, mit 600 km Durchmesser und 27 km Höhe der größte Vulkan des Sonnensystems) sowie ein ausgedehntes Netz von Becken, Gräben und canonartigen Tälern, den 4 000 km langen Valles Marineris, die zum Teil 700 km breit und 6 km tief sind. Die erstmals von G. V. Schiaparelli 1877 beschriebenen und als »canali« (italienisch »Rinne«, »Furche«) bezeichneten Marskanäle, werden heute als Täuschung des menschlichen Auges angesehen. Diese »Kanäle« konnten nie auf fotografischen Aufnahmen des Mars nachgewiesen werden und treten auch bei visueller Beobachtung mit großen Teleskopen nicht auf. • Der Mars bewegt sich in 1 Jahr 321 Tagen und 18 Stunden auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Die Bahn ist 1,85° gegen die Ekliptik geneigt. Mars besitzt nach Merkur die exzentrischste Bahn aller Planeten im Sonnensystem. LEBEN AUF DEM MARS?? MARSMETEORIT Rasterelektronen-Mikroskopauf- nahmen von ALH 84001. Manche NASA- Wissenschaftler sehen in diesen Strukturen fossile Bakterien. WASSER AUF MARS MARSMOND PHOBOS JUPITER EIN STERN?? Jupiter mit seinem vier größten Monden Io Europa Ganymede Callisto JUPITERMOND EUROPA During its twelfth orbit around Jupiter, on Dec. 16, 1997, NASA's Galileo spacecraft made its closest pass of Jupiter's icy moon Europa, soaring 200 kilometers (124 miles) kilometers above the icy surface. This image was taken near the closest approach point, at a range of 560 kilometers (335 miles) and is the highest resolution picture of Europa that will be obtained by Galileo. The image was taken at a highly oblique angle, providing a vantage point similar to that of someone looking out an airplane window. The features at the bottom of the image are much closer to the viewer than those at the top of the image. Many bright ridges are seen in the picture, with dark material in the low-lying valleys. In the center of the image, the regular ridges and valleys give way to a darker region of jumbled hills, which may be one of the many dark pits observed on the surface of Europa. Smaller dark, circular features seen here are probably impact craters. North is to the right of the picture, and the sun illuminates the surface from that direction. This image, centered at approximately 13 degrees south latitude and 235 degrees west longitude, is approximately 1.8 kilometers (1 mile) wide. The resolution is 6 meters (19 feet) per picture element. AUFBAU VON EUROPA EUROPAS OZEAN SATURN SATURNMOND TITAN Umlaufbahn 1.221.830 km über Saturn Durchmesser 5150 km Masse 1,35·1023 kg Erde-Mond-Europa Erde-Mond-Titan TITAN ATMOSPHÄRE • Auf der Oberfläche ist ihr Druck mehr als 1,5 bar (50% höher als der auf der Erde). • Sie ist hauptsächlich aus molekularem Stickstoff (wie auf der Erde) mit nicht mehr als 6% Argon und ein paar Prozent Methan zusammengesetzt. • Spuren von mindestens einem Duzend anderer organischr Verbindungen (z. B. Ethan, Wasserstoffzyanid, Kohlendioxid) und Wasser. • Die organischen Verbindungen entstehen aus Methan, welches in der oberen Atmosphäre vorherrscht und vom Sonnenlicht aufgespaltet wird. Das Ergebnis ist vergleichbar zum Smog über großen Städten, aber viel dicker. • In vieler Hinsicht sind die Bedingungen ähnlich zu jenen der jungen Erde, als dort das Leben begann. TITAN OBERFLÄCHE Why would some regions on Titan reflect very little radar? The leading explanation is that these regions are lakes, possibly composed of liquid methane. 150 km KOMETEN Komet Tempel 1 Kometenimpakte Entfernungseinheiten im Sonnensystem: Astronomische Einheit = Mittlere Entfernung Erde/Sonne= 150 000 000 km BESTIMMUNG DES ERDRADIUS Sonne in Assuan Im Zenit Sonne in Alexandria nicht im Zenit, um 7.2 Grad Entfernt. b… 787,5 km Von zwei möglichst weit entfernten Punkten der Erdkugel (z.B. Wien mit der nördlichen geografischen Breite j1 = 48°15' und Kapstadt mit der südlichen Breite j2 = 33°58') die in etwa auf gleicher geographischer Länge liegen, wird ein bestimmter Punkt des Mondes angepeilt. Dabei hat man folgende Winkel zur Zenitrichtung gemessen: Wien z1 = 27°40' und Kapstadt z2 = 55°43'. WAS SIND STERNE? • Sonne: • 333 000 Erdmassen • Durchmesser=109 Erddurchmesser • Temperatur • Oberfläche: 6000 K • Zentrum:15 Millionen K ENERGIEERZEUGUNG • Kernfusion • Massenverlust • 4,295 × 109 kg/s = 4 Millionen Tonnen pro Sekunde PROTOSTERNE ENTSTEHUNG VON PLANETENSYSTEMEN BUBBLE NEBULA NGC 7635 Stern: 15 Sonnenmassen CHAOS IM FRÜHEN SONNENSYSTEM Entstehung des Mondes durch Impakt DIE SONNE WIRD ZUM ROTEN RIESEN WEIßE ZWERGE Vergleich Sirius B mit Erde NEUTRONENSTERNE 1 Teelöffel wiegt 100 Millionen Tonnen CRAB PULSAR CRABNEBEL Entf.: 6300 Lj SN Ia HUBBLE Geb. 1889 in Missouri Gest. 1953 in Cal. Bestimmte als erster Entfernungen von Galxien • • • • • • • • • • • • Galilei: (~1600) Physikalische Gesetze für Planetenbeweg. • Newton: (~1700) Gravitationstheorie der Planetenbewg. • ~1750: Milchstraße = Ensemble von Sternen, im Zentrum des Universums, Sonne in der Mitte • ~1800: Nebel und Galaxien • ~1900: Sonne nicht im Zentrum der Milchstraße • ~1925: Andromedanebel als Sternenansammlung identifiziert • ~1930: Expansion des Universums (Hubble) • ~1950: Milchstraße typische Galaxie, wie viele andere • 1965: Mikrowellenhintergrundstrahlung • 1980: Urknall-Theorie, Hot Big Bang • 1990: Inflation, Verbindung zur Teilchenphysik DIE MILCHSTRAßE (GALAXIS) Durchmesser: 100 000 Lj Entfernung Sonne-galakt. Zentrum: 30 000 Lj MASSE DER MILCHSTRAßE • Milchstraße: Sonne bewegt sich um deren Zentrum • Entfernung d. Sonne vom Zentrum: 30 000 Lj • Geschwindigkeit der Sonne um das Zentrum 250 km/s • Umlauf dauert t=2 p r/v • Masse innerhalb der Sonnenbahn: • GmSmG/r2 =msv2 /r Galaxie: ~ 100 000 000 000 Sterne Universum: ~ 100 Millionen Galaxien BEOBACVHTUNGSBEFUNDE • Universum • Expandiert • Hintergrundstrahlung • Primordiale Zusammensetzung Heiße Anfangsphase Expansion begann vor 14,6 Milliarden Jahren GALAXIEN ENTFERNEN SICH VON UNS AUS DER EXPANSION DAS WELTALTER Hubble Gesetz: H=50…100 km/s Mpc v=r H Hat eine Galaxie, die sich jetzt im Abstand r befindet, die Geschwindigkeit v, so benötigte sie die für alle Galaxien gleiche Zeit vom Ausgangspunkt (Urknall): t=r/v=1/H Seit dem Urknall sind 14,6 Milliarden Jahre vergangen! Stimmt überein mit radiaktiven Nukliden WIE GROß IST DAS UNIVERSUM Lichtgeschwindigkeit c: maximal mgl. Fluchtgeschwindigkeit: Daraus folgt Radius des Universums: c= r H r=c/H = c t = 14,6 Milliarden Lj HEUTE: UNIVERSUM=HOMOGEN UND ISOTROP COBE – LICHT VOM RANDE DER WELT Rohbild; asymmetrisch wegen eigener Bewegung relativ zum Mikrowellenhintergrund Strahlung der Milchstraße Korrigiertes Bild Fluktuationen im Mikrowellenhintergrund; 1/100 000. Temperaturfluktuationen Entfernung der Galaxien Hubble Gesetz Heißer Urknall: Hintergrundstrahlung 1964, Penzias, Wilson Erste Elemente entstehen: Nukleosynthese H, He3, He4, , D, T Computersimulation: Entwicklung von 50 Galaxien in einem Haufen. Die Simulation erstreckt sich über 16 Milliarden Jahre. LA VOIE LACTEE THE SOLAR NEIGHBORHOOD ENTFERNUNGSBESTIMMUNGEN • Parallaxen • 1 parsec=3,26 Lj • Haupteinwand gegen Kopernikus erste Messung erst vor 150 Jahren • 1 pc = 1‘‘ = 206265 AU • Voyager hat in 30 Jahren 5 10 -4 pc zurückgelegt. Galaxis 200-400 109 Sterne Durchm.: 100 000 Lj Rotation: Ort der Sonne etwa 200 Mill Jahre MASSENBESTIMMUNG 2 v Mm m G 2 r r Stern Galaktisches Zentrum Zentrifugalkraft Anziehung SONNENSYSTEM… Merkur: 88 Tage Erde: 1 Jahre Jupiter: 11,6 Jahre… GALAKTISCHE ROTATIONSKURVE v als Funktion von R KEPLER Kepler Rotation of a Galaxy 1,2 1 velocity 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 distance from galactic center 10 12 ROTATION DER GALAXIS Rotation curve of NGC 3198 velocity Kepler Rotation of a Galaxy 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 5 10 distance from galactic center 15 Composite image of the Bullet cluster shows distribution of ordinary matter, inferred from X-ray emissions, in red and total mass, inferred from gravitational lensing, in blue. Gravity lensing •Hot dark matter - nonbaryonic particles that move ultrarelativistically[19] •Warm dark matter - nonbaryonic particles that move relativistically •Cold dark matter - nonbaryonic particles that move non-relativistically • The best candidate for the identity of hot dark matter is the neutrino. Neutrinos have very small masses, and do not partake in two of the four fundamental forces, the electromagnetic interaction and the strong interaction. They do interact by the weak interaction, and gravity, but due to the feeble strength of these forces, they are difficult to detect. • Cold dark matter (or CDM) is a refinement of the big bang theory that contains the additional assumption that most of the matter in the Universe consists of material that cannot be observed by its electromagnetic radiation and hence is dark while at the same time the particles making up this matter are slow and hence are cold. • As of 2006[, most cosmologists favor the cold dark matter theory as a description of how the universe went from a smooth initial state at early times (as shown by the cosmic microwave background radiation), to the lumpy distribution of galaxies and their clusters we see today — the large-scale structure of the universe. • The CDM theory makes no predictions about exactly what the cold dark matter particles are, and one large weakness in the cold dark matter theory is that it is unclear what the dark matter consists of. The candidates fall into two categories which are "humorously" named. • WIMPs or Weakly Interacting Massive Particles assumes that the dark matter is some sort of heavy unknown particle. Unfortunately, there is no known particle with the required properties. The search for these involves attempts at direct dete ction by highly sensitive detectors and attempts at production by particle accelerators. • MACHOs or Massive Compact Halo Objects assumes that the dark matter consists of condensed objects such as black holes, neutron stars, white dwarfs, very faint stars, or non-luminous objects like planets. The search for these consists of using gravitational lensing to see the effect of these objects on background galaxies. SO WHAT ????????????? THE UNIVERSE CONSISTS OF…
