Unser Sonnensystem

Unser Sonnensystem
von Aristoteles zu Cassini
Max Camenzind
Senioren-Uni
Bad Kissingen 23.2.2012
II. 8 Planeten im
Sonnensystem
Max Camenzind
Senioren-Uni
Bad Kissingen 27.2.2012
III. Exo-Planeten
Sind wir allein?
Max Camenzind
Senioren-Uni
Bad Kissingen @ 1.3.2012
• Max Camenzind
• http://www.lsw.uniheidelberg.de/
users/mcamenzi
Broschüre
DIN A4
180 Seiten
Preis:
ca. 16,- €
in Farbe
gebunden
Der Mensch &
Astronomie
“Der Mensch ist Teil des
Universums
und das Universum ist
Teil von uns.”
Vision der Hildegard von
Bingen (1098-1179) aufgeschrieben im
Liber Divinorum Operum
Universum besteht aus
sphärischen Schalen
Die Sonne –
unser Lebensspender
im Ultravioletten / SDO / AIA
http://sdo.gsfc.nasa.gov
Unsere Sonne
http://sdo.gsfc.nasa.gov
SDO – Solar Dynamics
Observatory
Unser Sonnensystem einzigartig
Planeten, Zwergplaneten sehr geordnet
Planeten
ZwergPlaneten
Exotisches Planetensystem
Alle Planeten innerhalb der Merkurbahn !
Unsere Themen
• 8000 Jahre Sonnenkult - Von Megalithen,
Kreisgrabenanlagen und Nebra.
• Vorstellungen zum Sonnensystem:
• Aristoteles  Geozentrisches Weltbild.
• Kopernikus  Heliozentrisches Weltbild.
•  Das Moderne Weltbild: kein Zentrum.
• Die Astronomische Einheit AE (AU).
• Direkte Sonnenbeobachtungen  SDO
• Sonnenfleckenzyklus von 11 Jahren 
Einfluss auf Klima?
8000 Jahre Sonnenobservatorien
Goseck
Sonnenobservatorium Goseck
Kreisgrabenanlage an der Saale (Naumburg) – 4800 v. Chr.
Sonnenobservatorium
Goseck –
Ringgraben an SW Seite
Sonnenobservatorium Goseck
• Die Kreisgrabenanlage liegt auf einem Plateau
oberhalb des Saaletals und besteht aus einem
deutlich erkennbaren, annähernd kreisrunden
Ringgraben von etwa 71 m Durchmesser. Es
konnte ein flacher Erdwall rund um den Graben
nachgewiesen werden. Die Anlage hat drei
grabengesäumte Zugangswege, die nach
Norden, Südwesten und Südosten ausgerichtet
sind. Im Inneren befinden sich Spuren zweier
konzentrischer Palisaden (ca. 56 und 49 m
Durchmesser) mit gleich ausgerichteten, zum
Zentrum hin schmaler werdenden Toren.
Sonnenobservatorium Goseck
Sonnenobservatorium
Goseck –
Sonnenwende 4800 v.Chr.
Meridian
4800 v.Chr.
Sonnenobservatorium Goseck
• Nach Untersuchungen des Astroarchäologen
Wolfhard Schlosser vom Astronomischen Institut
der Ruhr-Universität Bochum, der früher schon
die Himmelsscheibe von Nebra interpretiert hatte,
sind die beiden südlichen Tore und Zugangswege
vom Mittelpunkt der Anlage aus gesehen mit einer
Genauigkeit von drei bis vier Tagen auf den
Sonnenaufgang und -untergang zur
Wintersonnenwende um 4800 v. Chr.
ausgerichtet, das nördliche Tor weist annähernd
genau auf den astronomischen Meridian, also
nach Norden. Dass es sich um ein Observatorium
zur Bestimmung der Wintersonnenwende handelt,
gilt daher als wahrscheinlich.
Solstitien
• Eine Sonnenwende oder Sonnwende (lat.
Solstitium) findet zweimal im Jahr statt. Zur
Wintersonnenwende - auf der Nordhalbkugel der
Erde am 21. oder 22. Dezember – erreicht die
Sonne die geringste Mittagshöhe über dem
Horizont, während der Sommersonnenwende am
21. Juni (an Orten nördlich des nördlichen
Wendekreises) ihren mittäglichen Höchststand
über dem Horizont. Auf der Südhalbkugel sind die
Verhältnisse umgekehrt, während des dortigen
Winters ist auf der Nordhalbkugel Sommer.
Tägliche Sonnenbahn
Sommer - Winter
Winter-Solstitien
Sonne macht kleinsten Pendelbogen
Himmelsscheibe von Nebra
~ 2000 v. Chr.
Hier ein Bild aus der
Wikipedia  viel über
Fundgeschichte.
Alter und Interpretation:
Material: Bronze und Gold
Herstellungszeit ca. 2100
bis 1700 v. Chr.
Vergraben ca. 1600 v. Chr.
Gefunden bei Raubgrabung
1999
Sonne, Mond und Plejaden,
linker Bogen fehlt.
Die Plejaden galten
in fast allen Kulturen
als besondere Sterne.
Aufgang der Plejaden
signalisiert den Sommer
Plejaden galten bei Griechen
als Nymphen - alsTöchter des Atlas
Sonnenwagen von Trundholm
~ 1400 v. Chr.
SonnenBarke
des
Cheops
Museum
Ägypten
Cheopspyramide
In der Nähe der Stadt Nebra
im Ziegelrodaer Forst
Nebra Museum
Wangen (Sachsen-Anhalt)
3000 – 2000 v. Chr.
Stonehenge / Südengland
Sonnenwende in Stonehenge
bei Sonnenaufgang – zufällig?
Stonehenge Rekonstruktion
Sonnenwende in Stonehenge
FersenStein
Altar-Stein
Manhatten
Modernes
Stonehenge
28. Mai & 12. Juli
Sonnenwende | Ost - West
Stonehenge – Symbol oder
Beobachtungsinstrument?
• Untersuchungen anderer Steinkreise in Großbritannien
sowie in Stonehenge selbst zeigten jedoch, dass die
meisten dieser Ausrichtungen rein zufälliger Natur sind
und von den Menschen der Jungsteinzeit und Bronzezeit,
die diese Steine aufrichteten, nicht beabsichtigt waren.
Ausrichtungen hatten ihrer Absicht nach eher
Symbolgehalt als wissenschaftliche Grundlage, obwohl sie
in vielen Fällen ganz allgemein mit der Richtung des
Sonnenaufgangs und -untergangs verbunden waren. Der
Gebrauch von Stonehenge als astronomische
Beobachtungsstätte der vorgeschichtlichen Zeit wird
weiterhin eine Sache der Mutmaßung bleiben.
Archäologische Funde stützen diese Behauptung nicht.
Chichen Itza (Yucatan, 450 n.Chr.)
Chichen Itza (Yucatan, 450)
Vorstellungen Sonnensystem
- von der Antike zur Neuzeit
Raffael / Stanzen des Vatikans „Alles ist Geometrie“ / Camenzind
Aristoteles (384-322 v. Chr.) führte das Abendland in die Irre.
Geozentrisches
Weltbild
– Kristallsphären
Geozentrisches
Weltbild
Claudius Ptolemäus, 100 - 170 AD
Mond Erde Venus Sonne Mars Jupiter Saturn
FixsternSphäre
ist noch
heute in
Gebrauch
…“das ist die natürliche Bewegung der Erde ….ist in Richtung des
Zentrums des Universums; deshalb muss die Erde das Zentrum sein.”
Aristoteles, “De Caelo”
Geozentrisches Weltbild
• Im geozentrischen Weltbild steht die
kugelförmige Erde (griechisch γεοκεντρικό,
geokentrikó, „erdzentriert“; „Erde“) im Zentrum
des Universums. Alle weiteren Himmelskörper
(Mond, Sonne, Planeten) umkreisen die Erde in
verschiedenen, von innen nach außen
konzentrisch angeordneten Sphären
(durchsichtigen Hohlkugeln). Die äußerste Sphäre
wird von den Fixsternen besetzt.
• Das geozentrische Weltbild wurde im klassischen
Altertum in Griechenland eingeführt. Bis zum
Ende des Mittelalters war es in Europa
allgemein verbreitet; daneben wurde es auch im
alten China gelehrt.
Alle Körper
bewegen
sich auf
Kreisbahnen
um die Erde
 EpizykelBewegung
Problem: Retrograde
Marsbahn am Himmel
Paradigmenwechsel ~ 1600
Jedoch immer noch Kreisbahnen
Ptolemäus
Aristarch von Samos
(310 – 230 v. Chr.)
Kopernikus (1473-1543)
Kepler’s Revision 1609
Planeten bewegen sich auf Ellipsen;
Sie bewegen sich im Perihel F schneller
Isaac Newton 
Gravitation 1687
Alle Körper ziehen sich an
Sonnensystem 
Newton erklärt die Kepler-Gesetze
1976: eine Astronomische Einheit ist der Radius einer
kreisförmigen Umlaufbahn,
auf der ein Objekt mit vernachlässigbarer Masse und
frei von Störungen die Sonne in einem Jahr umläuft,
genauer in 2p/k = 365,256898326 Tagen.
1 Astronomische Einheit = 149.597.870.696,0 +/- 0,1 m
Faustformel: 1 AE ~ 150 Mio. km
Heliozentrisch
Distanz zu Pluto: ~ 40 AE
(~ 320 Licht-Minuten)
1 AU = 1 AE =
<Abstand Erde-Sonne>
Heliosphäre
Unsere Nachbarschaft
Oortsche Wolke
Interstellarer Raum
Eine Reise durchs Sonnensystem
Weder Erde noch Sonne
im Zentrum des Universums !
Kosmologisches Prinzip
(Milne 1933)
Wir befinden uns an keiner
ausgezeichneten Position des
Universums.
Das Universum ist um jeden Punkt
isotrop.
Milchstraße ist unsere Heimat
160.000 LJ
Mittlere Abstand zwischen Galaxien ~ Mio. LJ
Heute: Universum enthält Billionen von Galaxien
Die Sonne, ihre Flecken & Klima
• Beobachtung der Sonnenflecken,
Sonnenfleckenzahlen, Eruptionen, …
• Nachweis der Sonnenrotation.
• Analyse des Sonnenspektrums.
• Bestimmung der solaren Strahlungsleistung
(Solarkonstante) – jährliche Variationen.
• Bestimmung der Oberflächentemperatur.
• Sonne im Vergleich zu andern Sternen.
• Weltraumwetter-Vorhersagen  SDO
Sonnen-Beobachtung Galilei
1609 Galileo Gailei baut das erste Teleskop
und entdeckt die Sonnenflecken !
 Ungeheuerlichkeit zu jener Zeit !
48 Stunden Sequenz
SDO / optisch 450 nm
Sonnen-Beobachtung
mit Amateur-Teleskopen
Vorsicht – Augen schützen !
Erdatmosphäre
Solar Dynamics Observatory
SDO – 2010 – geosynchron / NASA
1 Monat Sequenz
SDO / UV 171 nm
 Rotation 27 Tage
 Aktivitäten bei
~ 30 Grad Breite
 Wandern zum
Äquator hin
Sonnenfleckenzahl & Zyklus
Apotheker Samuel Heinrich Schwabe aus Dessau entdeckte
zum ersten Male den Zyklus der Sonnenflecken (1828 – 1845)
Sternwarte ETH Zürich
erbaut 1861 – 1864
seit 1980 außer Betrieb
Johann Rudolph Wolf
ETH Zürich (1816-1893)
 Wolf´sche Relativzahl
Der 11-jährige Sonnen-Zyklus
Zählung beginnt mit Zyklus 0 im Max 1749
Kalter Winter
0
1
5
10
Kalter Winter
20
23
Der 11-jährige Sonnen-Zyklus
Maunder-Minimum / Modernes Maximum
Galilei sah Sonne zu sehr aktiven Zeit!
Galilei
Kleine Eiszeit
Die Kleine Eiszeit in Holland
1570 – 1630 / 1650 - 1715
Kalter Winter 1784
Alte Brücke Heidelberg
mehr als 1,5 m Schnee!
 Sonnenflecken-Minimum
Kalter Winter 1784
Hochwasser Würzburg
im Februar 1784  Rathaus
Sonnen-Zyklus nächstes Max
Einstrahlung variiert mit Flecken
Beobachtung
von Sonnenflecken
Die rote Linie markiert den rekonstruierten Verlauf in der
nördlichen Hemisphäre. Der schwarze Anstieg rechts ist
instrumentell gemessen.
Sonnenflecken treten immer
in Paaren auf
• Magnetfelder
werden am
Boden der
Konvektionszone
erzeugt.
• Starke
magnetische
Schleifen (Loops)
steigen auf und
werden verdreht.
• Magnetische
Loops treten aus
Photosphäre aus
und dissipieren.
Der Sonnen-Dynamo
Differentielle Rotation & mer. Strömung
Konvektionszone
EinsteinTurm
Potsdam
1919 – 1922
erbaut
Teide-Observatorium auf
Teide in Teneriffa - KIS
KIS = Kipenheuer Institut für Sonnenforschung Freiburg
Teide-Observatorium
GregorTeleskop
Teneriffa
Das neue Teleskop mit
offener Struktur, komplett
herunter fahrbarer Kuppel,
alt-azimutaler Montierung,
adaptiver Optik,
und einer Auswahl von neu
entwickelten
wie auch bewährten
wissenschaftlichen
Postfokusinstrumenten
ersetzt das 45 cm Gregory
Coudé Teleskop.
FokalSysteme
Reflektor
Primär-Fokus
Cassegrain
Fokus
Coude-Fokus:
ortsfester
Fokus
durch mehrere
Umlenkspiegel
Cassegrain Fokus
Sonnen-Teleskope Kitt Peak
McMath-Pierce Telescope
Aktive SDO Sonne
Magnetische Loops
Aktive SDO Sonne
Protuberanz
Aktive SDO Sonne
Aktive SDO Sonne
Das Sonnenspektrum
Solarkonstante = 1366 Watt/m²
schwankt 1325 – 1420 Watt/m²
Spektrum der einfallenden Strahlung
Schwarzer Körper T = 5800 K
Strahlung auf Meereshöhe
Sonneneinstrahlung & Solarenergie
Einstrahlung ~ 5000 mal Energieverbrauch der Menschheit bei 8% W´Grad
Mittel = 165 W/m²
Der Treibhauseffekt
• In der Erdatmosphäre bewirken Treibhausgase wie
Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon
seit Bestehen der Erde einen Treibhauseffekt, der
entscheidenden Einfluss auf die Klimageschichte der
Vergangenheit und das heutige Klima hat. Die Rolle des
Glases wird hier von den genannten Treibhausgasen
übernommen, die durchgängig für den kurzwelligen Anteil
der Sonnenstrahlung sind, langwellige Wärmestrahlung
hingegen je nach Treibhausgas in unterschiedlichen
Wellenlängen absorbieren und emittieren.
• Der größte Teil des Treibhauseffekts wird mit einem
Anteil von ca. 36-70 % (ohne Berücksichtigung der
Effekte der Wolken) durch Wasserdampf in der
Atmosphäre verursacht. Kohlendioxid trägt ca. 9-26 %
zum Treibhauseffekt bei, Methan ca. 4-9 %, und Ozon
ca. 3-7 %.
Fraunhofer–Linien 1815
Joseph von Fraunhofer katalogisierte 1815
mehr als 500 dunkle Linien ( Absorption),
die im Spektrum der Sonne auftreten.
Mittlerweile sind etwa
25000 solcher „Fraunhofer-Linien“ bekannt.
Inventar
des Sonnensystems
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1 Zentralgestirn: die Sonne  <Stern>;
8 Planeten: 4 Gesteins-, 4 Gasplaneten;
5 Zwergplaneten (Ceres, Pluto, …);
170 planetare Satelliten (Monde);
3079 Kometen (davon 318 mit Namen)
547.820 Asteroiden (davon 269.644
numeriert) – wahrscheinlich > 100 Mio.