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Astronomie für Nicht­Physiker SS 2011 14.4. Astronomie heute (Just, Fendt) 21.4. Teleskope, Instrumente, Bilder, Daten (Fendt) 28.4. Sonne, Mond und Erde (Just) 5.5. Sonne und Planetensystem (Just) 12.5. Sterne: Zustandsgrößen (Fendt) 19.5. Sterne: Entwicklung (Fendt) 26.5. Die Milchstraße (Just) 9.6. Galaxien (Just) 16.6. Galaxienhaufen (Just) 30.6. Quasare und Schwarze Löcher (Just) 7.7. Materiekreislauf und Astrobiologie (Fendt) 14.7. Urknall und Expansion (Just) 21.7. Weltmodelle (Just) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 1. astronomische Objekte: Sonne, Sonnensystem, Planeten, Mond(e), Sterne, Molekülwolken, Sternhaufen, Galaxien (Milchstraße), Quasare (aktive Galaxienkerne), Galaxienhaufen, Universum 2. astronomische Entfernungen Astronomische Einheit, Lichtjahr, parsec 3. astronomische Zeitskalen Monat, Jahr .... 4. veränderliche Phänomene Leuchtkraft, Bewegung Christian Fendt, Max Planck Institute for Astronomy, [email protected] 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Die Sonne = ein Stern = der nächste Stern 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sonne: Heisse Gaskugel -> von Gravitation gehalten -> vom Gasdruck geheizt Temperaturen: 5000 Grad (außen) 14 Mio Grad (Zentrum) Sonnenmasse: 2 x 1030 kg = Einheitsmasse in der Astronomie Sonnenradius: 700000 km (= 100 x Erde) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sonne Sonnenflecken: dunkler Fleck: kühles Gebiet heller Fleck: heißes Gebiet -> zeitlich veränderlich -> Zeichen der Sonnenaktivität 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sonne Sonnenaktivität: - Eruptionen - “Fackeln” - Sonnenwind, heißes Plasma (-> Polarlichter) - Magnetfeld - Effekte - Einfluß auf irdisches Leben Protuberanz auf der Sonne, gemessen mit EIT (extremes UV Instrument) auf Sonnensonde SOHO, 14.9.1999. Bild: SOHO/EIT-Konsortium (ESA & NASA) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sonne Sonnenvariabilität , gemessen mit EIT (extremes UV Instrument) auf Sonnensonde SOHO, 2008. Bild: SOHO/EIT-Konsortium (ESA & NASA) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Planeten: -> Gesteinskugeln, Gaskugeln, umkreisen Sonne: Umlaufszeit abhängig vom Abstand (Keplergesetze) -> Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, (Pluto) Saturn (HST): Gasplanet 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Planeten: -> Gesteinskugeln, Gaskugeln, umkreisen Sonne: Umlaufszeit abhängig vom Abstand (Keplergesetze) -> Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, (Pluto) Mars (HST): Gesteinsplanet Mars Mars 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Mond(e): Gesteinskugel(n): = umkreist Erde = umkreisen Planeten (bzw. Kleinplaneten) etwa 200 Monde im Sonnensystem bekannt: Erde: 1 Mond Saturn: 28 Monde Erdmond “groß”: = 1/81 Erdmasse Monde z.T. größer als andere Planeten: Titan (Sat.), Kallisto & Ganymed (Jup.), Triton (Nep.) größer als Planet Merkur NASA Titan (Sat), Kallisto, Ganymed (Jup) Triton (Nep) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Meteore, Meteoriten, Kometen, Asteroiden, Zwergplaneten = “Gesteinsbrocken”: umkreisen Sonne; manche können Erde treffen Meteore = Leuchterscheinungen am Himmel = “Sternschnuppen” Meteroiden = Kleinkörper, die in die Erdatmosphäre eindringen Meteorite = herabgefallene Körper Halley Komet = (kleiner) Himmelskörper, erzeugt in Sonnennähe einen Schweif (Koma) Asteroid = Kleinkörper auf Keplerbahnen um die Sonne (~500000 bekannt) Zwergplaneten = Kleinkörper, massiv genug um Kugelgestalt zu formen (Beispiel: Pluto) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sonnensystem: = Sonne + Planeten + Monde + Asteroiden + .... Entfernungen: Mond =384000km Sonne =150 Mio km Sonne-Jupiter = 800 Mio km Durchmesser Sonnensystem = 100 AE (?) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 2. astronomische Entfernungen Astronomische Entfernungseinheiten: 1) “Astronomische Einheit”: 1 AE = 150 Mio km 2) Lichtjahr (Lj): Lichtgeschwindigkeit: 300000km/s 1 Lj = Enfernung, die Licht in 1 Jahr zurücklegt = 300000 km/s x (3600x 24x 365) s = 9 460 730 472 581 km = 9.5 x 1012km = 9500 Mrd km 3) Parsec (pc, “Parallaxensekunde”) = 206000 AE = 3.26 Lj = Entfernung, aus der 1 AE einer Bogensekunde entspricht (= 1 Grad /3600 = Euromünze aus 5 km Entfernung) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sterne: Sternbild Orion “Sonnen” wie “unsere”, aber in weiter Entfernung von unserem Sonnensystem -> heiße Gaskugeln -> Lichtpunkte (nicht aufgelöst) -> 5000 sichtbar mit bloßem Auge (von 100 Mrd.) -> nächster Stern ist 250000x weiter von Erde als Sonne Image courtesy Tyler Nordgren 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sterne: -> heiße Gaskugeln z.T. starke Unterschiede in - Größe (bis 300x Sonne) - Helligkeit (bis 10000 x Sonne, entfernungsabhängig) - Farbe, Temperatur: blau (100000 K) rot (3000K) Größen astronomischer Objekte Sterne: 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxien = Sternsysteme = Mrd. Sterne 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxien: Sternsysteme aus vielen Mrd. “Sonnen”, aber in riesiger Entfernung -> flächige Objekte (aufgelöst) -> verschiedene Formen, Farben, Gruppierungen Beispiel: Spiralgalaxie M101 Hubble Space Telescope 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxien: -> Galaxienkollision (Arp 274) Hubble Space Telescope 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxien: -> 80 verschiedene Galaxien Hubble Space Telescope 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxien: -> Andromeda-Galaxie unsere Nachbar-Galaxie Entfernung 2 Mio Lj mit dem Auge 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxien: -> Andromeda-Galaxie mit dem Teleskop Galaxien: die Milchstraße: -> unsere Heimatgalaxie Sonnensystem läuft in 200 Mio. Jahren um das galaktische Zentrum Abstand zum Zentrum: 26000 Lichtjahre = 1.6 Mrd x weiter v. Erde als Sonne = 1000x näher als bis zur nächsten ähnlichen Galaxie (Andromeda) Durchmesser = 100000 Lj Jens Hackmann: Milchstraße über Weickersheim Galaxien: -> Zentrum der Milchstraße 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sternhaufen: -> Sub-Systeme der Milchstraße (der Galaxien) gravitativ gebundene Sternsysteme 1000 - 1000000 Sterne “offene Haufen”: wenig gebunden, jung (Mio Jahre), lösen sich mit der Zeit auf “Kugelsternhaufen”: sternreich, alt (Mrd Jahre), stabile Bindung Sternhaufen: Kugelsternhaufen M55: 100000 Sterne, 20000 Lj Distanz, ~ 2/3 Vollmondgröße CFHT Teleskop Sternhaufen: Zentrum des Kugelsternhaufen Omega Herkules Hubble Space Telescope 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Sternhaufen: Offener Sternhaufen NGC 3603, mit Sternentstehung Hubble Space Telescope: 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Gasnebel: Wolken aus atomaren Gas, Molekülen und Staub: -> absorbieren Licht -> werden zum Leuchten angeregt -> sind Orte der Sternentstehung 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Gasnebel: Hubble Space Telescope: Sternentstehung in der großen Magellanischn Wolke 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Gasnebel: “Pferdekopfnebel” Hubble Space Telescope Gasnebel: Hubble Space Telescope: “Adler-Nebel” 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Galaxienhaufen: System aus vielen Galaxien (gravitativ gebunden) Beispiel: Haufen Abell 2218: mit 10000 Galaxien, Entfernung 2 Mrd Lj 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Universum: = Weltall = “Alles” ... Beobachtungen zeigen Expansion -> Urknall vor 13.75 Mrd Jahren -> sichtbares Universum (wegen endlicher Lichtlaufzeit): -> Ausdehnung: 80 Mrd Lj Sichtbare Masse: 1053 kg = 1030 Sonnenmassen Enthält etwa 100 Mrd Galaxien 1 Astronomie heute: Grundbegriffe Universum: Darstellung ? -> Himmelskarte der 3K Hintergrundstrahlung: “Reste” der Strahlung im Universum 380000 Jahre nach Urknall: Abkühlung -> durchsichtig 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 2. astronomische Entfernungen Astronomische Entfernungseinheiten: 1) “Astronomische Einheit”: 1 AE = 150 Mio km 2) Lichtjahr (Lj): Lichtgeschwindigkeit: 300000km/s 1 Lj = Enfernung, die Licht in 1 Jahr zurücklegt = 300000 km/s x (3600x 24x 365) s = 9 460 730 472 581 km = 9.5 x 1012km = 9500 Mrd km 3) Parsec (pc, “Parallaxensekunde”) = 206000 AE = 3.26 Lj = Entfernung, aus der 1 AE einer Bogensekunde entspricht (= 1 Grad /3600 = Euromünze aus 5 km Entfernung) 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 2. astronomische Entfernungen Beispiele: 1) Entfernung Erde-Mond = 384000 km = 1.3 Licht-Sek. 2) Entfernung Sonne-Erde = 1 AE = 150 Mio km = 8.3 Licht-Min. 3) Entfernung Sonne-Jupiter = 800 Mio km = 5.2 AE 4) Durchmesser Sonnensystem = 100 AE (unsicher) 5) Entfernung zum nächsten Stern Proxima Centauri = 4.2 Lj = 268000AE 6) Durchmesser Milchstraße = 100000 Lj 7) Entfernung Andromeda-Galaxie = 2.5. Mio Lj ....... x) Fernste Galaxien = 13 Mrd Lj 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 2. astronomische Entfernungen Sonnenumgebung: die 26 nächsten Sterne: Gebräuchlicher Name Sonne Proxima Centauri Rigil Kentaurus Barnard's Star Wolf 359 Luyten 726-8A Luyten 726-8B Sirius A Sirius B Ross 154 Ross 248 wiss. Name Distanz (Lichtjahre) 8 Lichtminuten V645 Cen 4.2 Alpha Cen A 4.3 Alpha Cen B 4.3 6.0 CN Leo 7.7 BD +36 2147 8.2 UV Cet A 8.4 UV Cet B 8.4 Alpha CMa A 8.6 Alpha CMa B 8.6 9.4 10.4 Gebräuchlicher Name Ross 128 Luyten 789-6 Procyon A Procyon B http://www.astro.wisc.edu/~dolan/constellations/extra/nearest.html wiss. Name Distanz (Lichtjahre) Epsilon Eri 61 Cyg A 61 Cyg B Epsilon Ind BD +43 44 A BD +43 44 B Alpha CMi A Alpha CMi B BD +59 1915 A BD +59 1915 B CoD -36 15693 10.8 10.9 11.1 11.1 11.2 11.2 11.2 11.2 11.4 11.4 11.6 11.6 11.7 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 2. astronomische Entfernungen Maßstäblicher Vergleich 1:100 Mrd (Entfernungen): -> Modell des Sonnensystems auf Fußballfeld (100m Durchmesser): 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 2. astronomische Entfernungen Maßstäblicher Vergleich 1:100 Mrd: -> Modell des Sonnensystems auf Fußballfeld (100m Durchmesser): Sonne-Erde: 1.5m, Sonne-Neptun (Pluto): 50m, nächster Stern: 300km, Grenzen der Milchstraße = Mondbahn, nächste Galaxie = 1000x weiter ... -> Größe Sonne = Golfball, Größe Erde = Stecknadelkopf, größte Sterne = 1.5m, Größe Milchstrasse (100Mrd Sterne) = Mondbahn -> Leere des Weltalls: Sonnensystem: Würfel mit 100m Kantenlänge enthält Golfball und 8 Stecknadelköpfe. Aber: bis zum nächsten Stern ist gar nichts ... 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 3. astronomische Zeitskalen 3C 273, KittPeak Obs Tag = Erdumdrehung Monat = Mondumlauf um die Erde Jahr = Erdumlauf um Sonne Vergleiche: 1) Entfernung nächster Stern 4 Lj -> Licht braucht 4 Jahre zur Erde Entfernung ferner Galaxienkerne (Quasare): 2.4 Mrd. Lj -> 2.4 Mrd Jahre Lichtlaufzeit -> Also: Blick in weite Entfernungen = Blick in ferne Vergangenheit 2) Radiopulsare: schnellrotierende kompakte Sterne: Rotation in Millisekunden!! 1 Astronomie heute: Grundbegriffe HUDF (Hubble Ultra Deep Field): 11 Tage Belichtung -> 10000 Galaxien -> 100 Galaxien im Alter von 13 Mrd. Jahren = 5% des Weltalters (im Bild klein & rot) -> Blick zurück in 13 Mrd Jahre Vergangenheit 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 4. zeitlich veränderliche Phänomene Nachthimmel = durch Rotation der Erde Sonnenaktivität = physikalische Prozesse auf der Sonnenoberfläche Relative Bewegung der Planeten am Himmel = orbitale Bewegung um die Sonne Leuchtkraft-Änderungen: Sterne: wie Sonnenaktivität, Rotation (Pulsare) Galaxien: Prozesse in Galaxienzentren (Akkretion, Auswürfe (Jets)), Quasare Andere Bewegungen: Schwierig zu beobachten: -> Weite Entfernung (D)= einige 1000 - Mrd Lj -> Geschwindigkeit (v) höchstens Lichtgeschwindigkeit (c) -> scheinbare Bewegung am Himmel: (in Grad/Jahr =2 Monddurchmesser/Jahr) tan = d vt ct ct 1 = ~ = ~ pro Jahr =0.0057 ° D D D 10000 Lj 10000 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 4. zeitlich veränderliche Phänomene Beispiel: “Jets” von jungen Sternen und Aktiven Galaxienkernen: Hochgeschwindigkeits-Jet eines jungen Sterns: HH30 mit: Jet-Geschwindigkeit 300 km/s Jet-Durchmesser ~ 100 AE Jetlänge einige Lj 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 4. zeitlich veränderliche Phänomene Beispiel: “Jets” von jungen Sternen und Aktiven Galaxienkernen: HochgeschwindigkeitsJet eines Galaxienkern: Radio-Jet 3C279: Bewegung fast mit Lichtgeschwindigleit 1 Astronomie heute: Grundbegriffe 4. zeitlich veränderliche Phänomene Beispiele Sterne nahe des Galaktischen Zentrums ~ 12000 km/s: 1 pc Bei bekannter Entfernung: aus Umlaufszeiten und -radien -> Masse des Zentrums der Milchstraße ~ 3.6 Mio Sonnenmassen innerhalb 0.0002 pc (Schwarzes Loch?? Ghez et al.; www.astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/ ESO Astronomie für Nicht­Physiker SS 2011 14.4. Astronomie heute (Just, Fendt) 21.4. Teleskope, Instrumente, Bilder, Daten (Fendt) 28.4. Sonne, Mond und Erde (Just) 5.5. Sonne und Planetensystem (Just) 12.5. Sterne: Zustandsgrößen (Fendt) 19.5. Sterne: Entwicklung (Fendt) 26.5. Die Milchstraße (Just) 9.6. Galaxien (Just) 16.6. Galaxienhaufen (Just) 30.6. Quasare und Schwarze Löcher (Just) 7.7. Materiekreislauf und Astrobiologie (Fendt) 14.7. Urknall und Expansion (Just) 21.7. Weltmodelle (Just)
