Experimentelle Astrophysik

Transkript

1 Experimentelle Astrophysik Bachelor Freiwillige Veranstaltung Lehramt Wahlmodul Master in Kombination mit anderer 2 SWS Veranstaltung Experimentelle Astrophysik, 2 SWS, (4 Cr) 1. Vorlesung Montag 24. April 2014

2 Inhaltliches Konzept: Von Innen nach Aussen: Planeten Sterne Galaxien Kosmos Didaktisches Konzept: Clicker 3x Top 3 1 Note besser Ü-Gruppe Aufgaben + Vorträge Klausur / mündl. Prüfung Fragenliste

3 Homepage der Vorlesung

4 Literatur Astrophysik exp. Teil:

5 Beispiele Literatur A. Unsöld, B. Baschek Der neue Kosmos, 7. Auflage, Springer 2001 umfangreich, unübersichtlich, zum Nachschlagen Hans-Ulrich Keller "Astrowissen", Kosmos-Verlag, Stuttgart 2003 verständlich, qualitativ, kompakte Einführung, aber ohne Tiefgang Zimmermann & Weigert "Lexikon der Astronomie", Spektrum, Berlin Nachlagewerk Demtröder "Experimentalpyhsik 4", Springer, Berlin 1998 gutes Lehrbuch, ausgewogen

6 Vorläufiger Plan der Vorlesung Kernphysik WS 2016/2017 Inhalt 1. Doppelstunde: Planeten: Rotation, Entfernungen, Zeiten 2. Doppelstunde: Feiertag 3. Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Pfingsten 8. Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde Doppelstunde

7 1. Wie groß ist die Erde ungefähr (Durchmesser)? (1 Pkt) km km km km 79% 13% 3% 5%

8 2. Wie weit ist es bis zum Mond? (1 Pkt) km km km km 73% 27% 0% 0%

9 3. Wie weit ist es bis zur Sonne? (1 Pkt) km km km km 0% 11% 32% 57%

10 4. Wie ließ sich historisch die Entfernung zur Sonne bestimmen? (2 Pkt) Annahmen: Massen unbekannt, Abstände zu den Planeten und zum Mond unbekannt 1. Venustransit (Venusfinsternis) 2. Sonnenfinsternis 3. Umlaufzeiten der Planeten 4. Dreieck Erde-Mond-Sonne bei Halbmond 26% 16% 32% 26%

11 Sonnensystem 8 Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Saturn, Jupiter, Uranus, Neptun 4 Gesteinsplaneten 4 Gasriesen

12 Grundgesetze Nur Gravitationswechselwirkung Konservatives Kraftfeld, 1/r Potenzial Die Anziehungskraft nimmt quadratisch mit wachsender Entfernung ab 3 Keplersche Gesetze: - Bahnen sind Ellipsen (allg. Kegelschnitte) - Fahrstrahl-Gesetz - Umlaufzeit draußen länger t umlauf2 /d achse3 = const.

13 5. Umkreisen alle 8 Planeten die Sonne im gleichen Drehsinn? (1 Pkt) 1. Ja 2. Nein 69% 31%

14 6. Drehen sich alle 8 Planeten im gleichen Drehsinn um sich selbst? (1 Pkt) 1. Ja 2. Nein 36% 64%

15 7. Dreht sich die Sonne um sich selbst? (2 Pkt) 1. Nein, die Sonne hat sich nie gedreht 2. Ja, am Äquator schneller als nahe der Polen 0% 59% 3. Nein, die Rotation ist ähnlich wie beim Mond inzwischen relativ zum Merkur zum Stillstand gekommen 5% 4. Nein, die Sonne ist eine heisse, verwirbelte Gaswolke und eine kollektive Rotation kann nicht definiert werden 35%

16 Movie Asteriod Discovery

17 Längenskalen Innerhalb des Sonnensystems: 1 Astronomische Einheit (AE)= mittlere Entfernung Erde-Sonne = 8m 20s Lichtlaufzeit = 149,6 Millionen Kilometer Beispiel: zum Nachplaneten Mars sind es wie viele AE? 3. Keplersches Gesetz: t umlauf2 /d achse3 = const. (Mars: t umlauf = 1,8 Jahre) Minimaler Abstand zum Mars schwankt zwischen Millionen km.

18 Längenskalen Außerhalb des Sonnensystems: Parsec = Entfernung eines Stern mit einer Parallaxe von 1 Bogensekunde = 3,26 Lichtjahre Ein Stern ist ein Parsec von uns entfernt, wenn von ihm aus die Distanz Erde-Sonne unter einem Winkel von 1 Bogensekunde erscheint. Trigonometrische Parallaxe Sonnenparallaxe: der Winkel, unter dem der Erdradius von der Sonne aus gesehen erscheint (π = 8,794 ).

19 Größenskala: Parallaxe Grundsätzlich ist Entfernungsbestimmung schwierig. Selbst Hubble hat sich um einen Faktor 3 vertan. Parallaxe: Winkelmessung bzw. scheinbare Bewegung vor unendlich fernen Hintergrund Größte mögliche Abstände unserer Beobachtungsposten: - 1/2 Umdrehung ums Zentrum der Milchstrasse (200 MioJ) - 1/2 Umdrehung der Erde (Revolution) um die Sonne - 1/2 Umdrehung der Erde (Rotation) um sich selbst

20 8. Proxima Centauri ist rund 4 Lichtjahre von der Erde entfernt. Wie lange bräuchte ein raumtaugliches Auto mit 100 km/h bis dorthin? ( 1Pkt) Millionen Jahre Jahre Jahre Jahre. 76% 13% 8% 3%

21 Proxima Centauri Proxima Centauri ist der dem Sonnensystem nächstgelegene Stern, ein so genannter Roter Zwerg. Er gehört zum Mehrfachsternsystem Alpha Centauri im Sternbild Zentaur und ist 4,24 Lichtjahre entfernt (ca AE). Als roter Zwerg hat er trotz seiner Nähe nur eine scheinbare Helligkeit von 11m, rund 100-mal schwächer als der schwächste mit bloßem Auge noch sichtbare Stern. Proxima Centauri befindet sich etwa AE von den beiden Sternen A und B (Abstand nur 24 AE) des Doppelsternsystems α Centauri entfernt und befindet sich vermutlich in einer Umlaufbahn um dieses mit einer Umlaufdauer in der Größenordnung von Jahren (weshalb Proxima gelegentlich als α Centauri C bezeichnet wird).

22 9. Wie weit ist das am weitesten entfernte mit blossem Auge sichtbare Objekt entfernt? (1 Pkt) 1. 2 Millionen Lichtjahre Lichtjahre Lichtjahre Lichtjahre 42% 26% 24% 8%

23 Andromeda

24 Scheinbare Bewegungen der Sonne Umlauf der Erde um die Sonne definiert Ebene der Ekliptik Schiefe der Ekliptik : Winkel zum Himmeläquator= Winkel zwischen Erdachse und Ekliptik Schiefe bewirkt Jahreszeiten Die Sonne bewegt sich im Laufe des Jahres relativ zur Himmelskugel Tierkreis: Band an der Himmelskugel Ellipsenbahn der Erde: Perihel 2.Januar (Nähe) Aphel 2. Juli (Ferne) hat wenig mit Jahreszeiten zu tun

25 10. Wie lang war ein Tag (24 h) zu Beginn vor 4,6 Milliarden Jahren? ( 1 Pkt) 1. etwas länger (25,3 h) 2. erheblich kürzer (~12 h) 3. genauso lang wegen Drehimpulserhaltung 4. Die Erde hat erst nach Einschlägen von Meteoriten angefangen sich zu drehen. 29% 66% 5% 0%