Einf¨uhrung in die Astronomie I
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Einführung in die Astronomie I 18. Mai 2004 Günter Wiedemann [email protected] Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg 112 21029 Hamburg Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.1/13 Übersicht kurze Wiederholung Physik der Planeten Oberflächentemperaturen Atmosphären Exkurs: Extrasolare Planeten Planeten: Innerer Aufbau Monde, Planetoiden, Kometen Entstehung des Sonnensystems Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.2/13 Dopplereffekt Messung von RADIALgeschwindigkeiten über Verschiebung (λ) von Linienspektren Für vr << c : ∆λ ∆ν vr = = λ ν c vr = vradial = vrad m beste Meßgenauigkeit vrad = 3 sec Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.3/13 Planeten: Temperaturen Energietransportmechanismen T-abhängig ΣEin (+int.Quellen) = ΣEout (+ Senken) → T 2 R TP4 = (1 − A)T4 2 a TP = (1 − A) TP0 = (1 − A) 1/4 1/4 T r R a T r R 2a Albedo A: AErde = 0.32, AM ond = 0.07 Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.4/13 Planeten: Atmosphären Atmosphren(!) der SoSy-Planeten stark unterschiedlich! Grund: m, T, (Ekin ) mittlere Geschwindigkeit der Gasteilchen, ≈ vs s r 3kT T /1 K −1 v̄ = = 0.16 km s m m/mp kinetische Temperatur Tkin k : Boltzmann-Konstante mp : Protonenmasse m: Masse der Gasteilchen Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.5/13 Planeten: Atmosphären Vergleiche mit der Entweichgeschwindigkeit [?] s 2GM ve = Rp → ve ∝ v̄ s Mm RP T Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.6/13 Planeten: Atmosphären ve v̄ → Planet kann stabile Gashülle haben leichte Gase entkommen leichter als schwere Gase (wg. E = E ) niedrige T , hohe M Atmosphäre ,kleiner RP → dichtere → leichte Gase (H, He) nur auf Gasriesen! [?] 51 Peg b ?, HD209458 ! Exkurs zu Extrasolaren Planeten Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.7/13 Andere Sterne- andere Planeten ? 1 Sonne, 9 Sonnensystemplaneten 1011 Sterne in der Milchstrasse davon 10x sonnenähnlich → y =? Planeten Entstehungsmechanismen,-wahrscheinlichkeit ??? Massenspektrum der Sterne mit Entstehungsmechanismus verbunden Extrapolation zu kleinen Massen (& T): Braune Zwerge, Planeten Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.8/13 Suche nach extrasolaren PLaneten ’Klassische’ Beobachtungen: aussichtslos (Helligkeit, Kontrast) Infrarotaufnahmen Radialgeschwindigkeitsmethode Otto Struve 1952: ’Planetenentdeckung’ durch stellaren Dopplereffekt Campbell & Walker 1979: Meßgenauigkeit ’Jupiter’, HF Mayor & Queloz 1995, Entdeckung 51 Peg b heute über 120 Entdeckungen, 5 % Teleskope und Instrumente FÜR Planetensuchen RV Bestätigung v. Entdeckungen m. anderen MethodenVorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.9/13 RV Exoplanetensuche: Wie? Kepler & Newton - Gesetze gelten überall m s vs = m p vp Jupiter bewirkt δvS ≈ ±12m/sec, P = 12yr beobachtbar über Dopplereffekt Sternspektrum mit vielen 100 Spektrallinien Dopplereffekt → Verschiebung aller Linien vrad (t) muß Kepler-Gesetz folgen! v << c → δλ << λ Messung möglichst vieler scharfer, starker Linien Messung gegen ultrastabile Referenz (HF,I2 ) Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.10/13 RV Exoplanetensuche: Was? Kepler & Newton - Gesetze gelten überall m s vs = m p vp Jupiter bewirkt δvS ≈ ±12m/sec, P = 12yr beobachtbar über Dopplereffekt Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.11/13 RV Planetensuche : Wo? Sonnenähnliche Sterne Planetenwahrscheinlichkeit > 0 (1 Fall: SoSy) sonnenähnliche Sterne sind inaktiv sonnenähnlich: vorteilhafte Spektren Riesensterne sind riesig → P helle Sterne Helligkeit → Messgenauigkeit heisse (O,B,A-) Sterne ungeeignet schnelle Rotatoren ungeeignet Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.12/13 51 Peg b : Schweizer Präzision Entdeckung 1995 51 Peg: G2IV, d = 15pc, mv = 5.5 Aus Doppler-Messungen: msin(i) = 0.46mJup e=0 Umlaufperiode P = 4.2d, => AE51P egB = 0.05AE! ’Hot Jupiters’, heisse Diskussionen alternative Erklärung: rotierender Sternfleck alternative Erklärung: leuchtschwacher Zwergstern mit sin(i) ≈ 0 0.05 AE : Entstehung?, woher?, wohin ? Temperatur : Atmosphäre? Zirkulation → Beobachtbarkeit der IR Phasen Vorl˙18˙Mai.tex – Einführung in die Astronomie I – Günter Wiedemann – 24/5/2004 – 11:13 – p.13/13
