einführung in die astronomie - Astronomische Jugendgruppe Bern

EINFÜHRUNG IN DIE ASTRONOMIE
ASTRONOMISCHE JUGENDGRUPPE
BERN
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Grundkurs Astronomische Jugendgruppe Bern
Inhaltsverzeichnis
1 Der Aufbau des Universums...........................................................................................................................6
1.1 Unser Sonnensystem..............................................................................................................................................6
1.2 Die Sonne................................................................................................................................................................6
1.3 Die Planeten............................................................................................................................................................6
1.4 Monde......................................................................................................................................................................7
1.5 Planetoid / Asteroid / Meteoride..............................................................................................................................7
1.6 Meteore....................................................................................................................................................................7
1.7 Meteorite..................................................................................................................................................................7
1.8 Kometen..................................................................................................................................................................8
1.9 Sterne......................................................................................................................................................................8
1.10 Nebel......................................................................................................................................................................9
1.11 Sternhaufen.........................................................................................................................................................10
1.12 Galaxien...............................................................................................................................................................11
1.13 Galaxienhaufen....................................................................................................................................................11
1.14 Universum............................................................................................................................................................11
2 Das Sonnensystem.......................................................................................................................................12
2.1 Merkur....................................................................................................................................................................12
2.2 Venus.....................................................................................................................................................................12
2.3 Erde.......................................................................................................................................................................13
2.3.1 Der Mond...............................................................................................................................................................................13
2.4 Mars.......................................................................................................................................................................14
2.5 Asteroidengürtel.....................................................................................................................................................14
2.6 Jupiter....................................................................................................................................................................14
2.6.1 Galileische Monde.................................................................................................................................................................15
2.7 Saturn....................................................................................................................................................................15
2.7.1 Monde des Saturn.................................................................................................................................................................16
2.8 Uranus/ Neptun......................................................................................................................................................16
2.9 Pluto.......................................................................................................................................................................17
2.10 Kuipergürtel.........................................................................................................................................................17
2.11 Oortsche Wolke...................................................................................................................................................17
3 Physik 1.........................................................................................................................................................19
3.1 Masseinheiten........................................................................................................................................................19
3.2 Mechanik................................................................................................................................................................19
3.2.1 Masse und Gewicht...............................................................................................................................................................19
3.3 Geschwindigkeit und Beschleunigung...................................................................................................................19
3.4 Trägheit..................................................................................................................................................................20
3.5 Kraft.......................................................................................................................................................................20
3.6 Arbeit......................................................................................................................................................................20
3.7 Energie..................................................................................................................................................................21
3.8 Die Erhaltungssätze...............................................................................................................................................22
3.8.1 Impulserhaltung.....................................................................................................................................................................22
3.9 Der Impuls.............................................................................................................................................................22
3.10 Kreisbewegungen................................................................................................................................................22
3.11 Drehimpuls...........................................................................................................................................................22
4 Geschichte der Astronomie...........................................................................................................................24
4.1 Astronomie in alten Kulturen.................................................................................................................................24
4.2 Astronomie in der griechischen Kultur...................................................................................................................24
4.3 Astronomie im frühen Mittelalter............................................................................................................................24
4.4 Die Revolution der Astronomie..............................................................................................................................25
4.5 Astronomie mit Instrumenten.................................................................................................................................25
4.6 Der Anfang der Astrophysik...................................................................................................................................25
4.7 Die Relativitätstheorie............................................................................................................................................26
5 Die Geschichte der Raumfahrt.....................................................................................................................27
5.1 Übersicht:...............................................................................................................................................................27
5.2 Geschichte - Kommentar.......................................................................................................................................27
6 Himmelsmechanik........................................................................................................................................31
6.1 Die wirkliche Bewegung der Planeten...................................................................................................................31
6.2 Die Keplerschen Gesetze......................................................................................................................................31
6.3 Die scheinbare Bewegung der Planeten...............................................................................................................31
6.4 Finsternisse...........................................................................................................................................................32
7 Orientierung am Himmel...............................................................................................................................34
7.1 Was ist und was wir sehen....................................................................................................................................34
7.2 Die Bezeichnungen................................................................................................................................................34
7.3 Der Himmel über dem Beobachter........................................................................................................................34
7.4 Koordination am Himmel.......................................................................................................................................35
7.5 Die Veränderung der Koordinaten im Verlauf der Zeit..........................................................................................35
8 Die Sternkarte...............................................................................................................................................36
8.1 Einstellen von Datum und Uhrzeit.........................................................................................................................36
8.2 Finden eines Objekts anhand seiner Koordinaten................................................................................................36
Grundkurs Astronomische Jugendgruppe Bern
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8.3 Finden der Koordinaten eines Objekts..................................................................................................................37
8.4 Aufgehende Objekte..............................................................................................................................................37
8.5 Untergehende Objekte...........................................................................................................................................37
8.6 Bestimmen der zirkumpolaren Objekte.................................................................................................................37
8.7 Gültigkeit der Sternkarte........................................................................................................................................37
9 Physik 2: Aufbau der Materie........................................................................................................................38
9.1 Elementarteilchen..................................................................................................................................................38
9.2 Atome....................................................................................................................................................................38
9.3 Die Elemente.........................................................................................................................................................39
9.4 Temperatur und Aggregatszustände.....................................................................................................................39
9.5 Kernreaktionen......................................................................................................................................................40
10 Sterne..........................................................................................................................................................41
10.1 Aufbau.................................................................................................................................................................41
10.2 Sterne kann man in 6 Schichten unterteilen (von innen nach aussen):..............................................................41
10.4 Schematischer Aufbau........................................................................................................................................41
10.5 Das Spektrum......................................................................................................................................................43
10.6 Absolute Helligkeiten...........................................................................................................................................44
11 Physik 3. Licht Wellen.................................................................................................................................45
11.1 Schwingungen und Wellen..................................................................................................................................45
11.2 Licht / elektromagnetische Wellen......................................................................................................................47
11.3 Brechung.............................................................................................................................................................48
11.4 Spektren..............................................................................................................................................................49
11.4.1 Die Strahlung des „Schwarzen Körpers“............................................................................................................................50
11.5 Spektrallinien.......................................................................................................................................................51
12 Optische Instrumente in der Astronomie....................................................................................................53
12.1 Das menschliche Auge........................................................................................................................................53
12.2 Linsen..................................................................................................................................................................55
12.3 Refraktoren..........................................................................................................................................................56
12.3.1 Galileiteleskop.....................................................................................................................................................................56
12.3.2 Keplerteleskop.....................................................................................................................................................................56
12.4 Reflektoren..........................................................................................................................................................57
12.4.1 Newton Reflektor.................................................................................................................................................................57
12.4.2 Cassegrain..........................................................................................................................................................................57
12.4.3 Schiefspiegler......................................................................................................................................................................58
13 Das Hertzsprung-Russel-Diagramm...........................................................................................................59
13.1 Leben der Sterne.................................................................................................................................................59
13.2 Der Tod eines Sterns...........................................................................................................................................61
14 Nebel...........................................................................................................................................................63
14.1 Die ungleichmässige Verteilung der Materie im Raum.......................................................................................63
14.2 Dunkelwolken und Molekülwolken.......................................................................................................................63
14.3 Dunkelmaterie......................................................................................................................................................66
15 Galaxien......................................................................................................................................................68
15.1 Milchstrasse.........................................................................................................................................................68
15.2 Lokale Gruppe.....................................................................................................................................................68
15.3 Galaxienhaufen, Superhaufen, Grosse Mauer, kosmische Leere.......................................................................69
15.4 Die Hierarchie im Universum...............................................................................................................................69
15.5 Zur Entdeckung und Benennung der Galaxien...................................................................................................69
15.6 Kataloge...............................................................................................................................................................69
15.7 Die Klassifikation von Galaxien...........................................................................................................................70
15.8 Spiralgalaxien......................................................................................................................................................70
15.9 Spiral-Balken-Galaxien........................................................................................................................................71
15.10 Linsenförmige Galaxien.....................................................................................................................................71
15.11 Unregelmässige Galaxien..................................................................................................................................71
15.12 Bewegung der Galaxien....................................................................................................................................72
16 Relativität....................................................................................................................................................73
16.1 Newtonsche Relativität........................................................................................................................................73
16.2 Einsteinsche Relativität.......................................................................................................................................73
17 Physik 4: Felder..........................................................................................................................................75
17.1 Felder...................................................................................................................................................................75
17.2 Das Gravitationsfeld............................................................................................................................................75
18 Urknall/ Big Bang/ Entstehung und Bildung des Universums.....................................................................77
18.1 Die GUT- Kraft und die TOE................................................................................................................................77
19 Extrasolare Planeten (Exo- Planeten).........................................................................................................78
19.1 Doppler- Methode................................................................................................................................................78
19.2 Planetentransit.....................................................................................................................................................78
19.3 Gravitationslinseneffekt.......................................................................................................................................78
20 Was wollen SETI und die Draksche Gleichung?........................................................................................79
20.1 SETI.....................................................................................................................................................................79
20.2 Drakes Gleichung................................................................................................................................................79
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Grundkurs Astronomische Jugendgruppe Bern
1. Auflage 1994- 1997
Autoren:
Leo von Wyss und Bernhard Seefeld
Dank an:
Bernhard Gerber und Simon Rohrer
Quellen:
Moor, Patrick (1993) Der grosse Atlas des Universums, Orbis Verlag
Meyers Handbuch Weltall, Bibliographisches Institut Mannheim (1984)
Cambridge Exzyklopädie der Astronomie, Orbis Verlag (1989)
2. komplett überarbeitete Auflage 2005
Autoren:
Christoph Keller, Barbara Muntwyler, Simon Rohrer
Dank an:
Matthias Ullrich, Sigrid Kleindienst, Simon Hofer, Mark Hinnen
Quellen:
Hathaway, Nancy (1994) Wie alt ist die Sonne und wie alt sind die Sterne, Bastei Lübbe
Moor, Patrick (1997) Grosser Atlas der Sterne, Naumann und Böbel
Oswald, Thomas (1934): Astronomie, Verlag „Das Bergland Buch“
© 1994-2005, Astronomische Jugendgruppe Bern. Alle Rechte vorbehalten.
Teile des Skripts sind unter www.ajb.ch online einzusehen. Auf dieser Seite können auch
Scriptexemplare bestellt werden.
Reproduktionspreis: 25.--
Grundkurs Astronomische Jugendgruppe Bern
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Vorwort
Nach langer Arbeit haben wir es doch endlich geschafft: Das komplett überarbeitete AJB Skript
ist fertig!
Man könnte sich natürlich fragen, wie ein kleiner Verein, wie wir es ja sind, auf die Idee kommt
ein solch umfangreiches Skript zu gestalten.
Zuerst einmal wollen wir damit unseren Einführungskurs unterstützen. Es ist nicht nur für die
Einführungskürsler selbst eine wunderbare Lernstütze, sondern auch für den Leiter ein gutes
Werk um die gemeinsamen Abende vorzubereiten, zumal ja auch ein Leiter seine Stärken und
Schwächen hat, und nicht in jedem Gebiet der Astronomie gleich bewandert sein kann.
Unser Skript dient aber auch den "alteingesessenen" Mitgliedern. Mit seinem Umfang ist es ein
wunderbares Nachschlagewerk, das alle Teilgebiete der Astronomie abdeckt und doch gut
verständlich ist. So können Vorträge und Führungen besser vorbereitet werden, oder auch
einfach einmal ein Anflug von Wissensdurst gestillt werden.
Natürlich hat der Einführungskurs den Aufbau und auch den Inhalt des Skripts zu einem grossen
Teil beeinflusst.
So sind am Ende jedes Kapitels Übungsaufgaben zu finden, sie sollen dazu anregen, sich das
gelesene noch einmal durch den Kopf gehen zu lassen. Bei diesen Aufgaben geht es also
keineswegs darum alles schon auswendig zu wissen und wieder zu geben. Es geht viel mehr
darum, das Gelesene in eigene Worte zu fassen und so zu erkennen wo es noch Unklarheiten
gibt. Es ist also durchaus erlaubt, für die eine oder andere Aufgabe noch einmal im Skript
nachzuschlagen.
Umfassende Lösungen (und Ergänzungen) sind im hintersten Teil des Skripts zu finden.
Mit dem Workshop werden Themen, die im Skript behandelt werden selbständig vertieft und
repetiert. Der Workshop soll auch dazu anregen, sich selbst Informationen zu suchen, und diese
anderen in angemessener Weise zu präsentieren.
Das der Einführungskurs der AJB das Skript beeinflusst hat, zeigt sich vor allem im Aufbau und
der Auswahl der Themen.
So wurden nur Themen der Physik berücksichtigt, die in der Astronomie eine wichtige Rolle
spielen.
Durch Interessen der Einführungskürsler wurden aber auch Kapitel ergänzt, so z.B. die Kapitel
über Extrasolare Planeten und Ausserirdisches Leben.
Der Aufbau der Themen entspricht grösstenteils dem Aufbau des Einführungskurses.
Also viel Spass beim lesen des Skripts und beim entdecken und erforschen des Weltalls!
wünschen
Barbara Muntwyler und das Einführungskursteam der AJB
Bern, 8.12.2005