Die erste Stufe der kosmischen Entfernungsleiter. Die Entfernung Erde-Sonne bestimmt mit einem Venusdurchgang

Transkript

1 Die erste Stufe der kosmischen Entfernungsleiter Die Entfernung Erde-Sonne bestimmt mit einem Venusdurchgang

2 Die kosmische Entfernungsleiter

3 Friedrich Wilhelm Bessel ( ) 1838: Bestimmung der ersten Fixsternparallaxe am Stern 61 Cygni (0.294'')

4 Johannes Kepler ( ) Mitarbeiter und Nachfolger Tycho Brahes am Hofe Kaiser Rudolphs II. in Prag leitet aus Brahes MarsBeobachtungen die Keplerschen Gesetze ab sagt einen Venusdurchgang vor der Sonne für den 6. Dezember 1631 voraus

5 Die Keplerschen Gesetze 1. Planetenbahnen sind Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. 2. Flächensatz (Erhaltung des Bahndrehimpulses) 3. Die Quadrate der Umlaufzeiten verhalten sich wie die Kuben der großen Halbachsen. P²/a³ (Erde) = P²/a³ ( ) relative Entfernungen im Planetensystem

6 Sir Isaac Newton ( ) Begründer der klassischen theoretischen Physik Newtonsche Mechanik Gravitationsgesetz (1666) Newtonsches Spiegelfernrohr Farbenlehre bedeutende Beiträge zur Mathematik Principia (1687)

7 Mit Hilfe der Newtonschen Mechanik sind die Bewegungen der Planeten mit sehr großer Genauigkeit zu beschreiben. Problem: absolute Entferungen.

8 Jeremiah Horrocks sagt einen Venustransit für den 4. Dezember 1639 voraus und beobachtet ihn zusammen mit William Crabtree.

9 Sir Edmond Halley ( ) Halley gibt 1679 an, wie die absolute Entfernung der Erde von der Sonne bei einem Venusdurchgang gemessen werden kann.

10 Von verschiedenen Orten auf der Erde aus beobachtet zieht die Venus auf verschiedenen Bahnen vor der Sonnenscheibe vorbei. Venusdurchgänge: 1761, 1769, 1874, 1882, 2004, 2012

11 Wie und wann kommt es zu einem Venustransit?

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14 Venusdurchgänge ereignen sich nur, wenn die Venus in der Nähe eines Bahnknotens steht. Periode: 5 synodische Venusumläufe = Tage 8 Erdumläufe = Tage Differenz 2.46 Tage entspricht Winkelverschiebung: 22'

15 Komplette Periode: 152 synodische Venusumläufe = Tage 243 Erdumläufe = Tage 395 Venusumläufe = Tage

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17 Venusdurchgang 6. Juni 1761: Verschiedene Expeditionen mit Ziel der Bestimmung der Sonnenentfernung

18 Joseph-Nicolas Delisle ( ) vereinfacht Halleys Methode der Bestimmung der Sonnenentfernung bei einem Venusdurchgang (nur Beginn oder Ende des Durchgangs sind zu messen) koordiniert die französischen Expeditionen

19 Abbé Jean-Baptiste Chappe d'auteroche ( ) beobachtet von Sibirien aus und hat gutes Wetter stirbt nach dem Venusdurchgang von 1769 bei einer Typhus-Epidemie in Mexiko

20 Alexandre Guy Pingré ( ) beobachtet 1761 von Rodriguez bei Madagaskar und 1769 von Haiti aus hat schlechtes Wetter

21 Guillaume Joseph Hyacinthe Jean Baptiste LE GENTIL DE LA GALAISIÈRE ( ) unglaublich abenteuerliche Expedition: soll nach Pondicherry (Indien) muss vor Mauritius vom Schiff aus beobachten bleibt gleich in der Gegend (Manila) für den Durchgang 1769 hat 1769 Pech mit dem Wetter wird in Frankreich für tot erklärt

22 Nevil Maskelyne ( ) Königlicher Astronom ( ) Expedition nach St. Helena Wetter schlecht Abrechnung für alkoholische Getränke während der Expedition überliefert beobachtet 1769 von Greenwich aus Weitere englische Expeditionen, z.b. Mason und Dixon (Kapstadt)

23 Resultat der Beobachtungskampagne 1761: 8,5 < <10,6 (richtig: 8,794 ) Genauigkeit enttäuschend Ursachen: Tropfeneffekt (Folge der Luftunruhe) und Atmosphäre der Venus erschweren Bestimmung des Ein-/Austrittsmoments Uhrenproblem

24 Nächster Versuch 1769: James Cook ( ) Expedition in die Südsee nach Tahiti erfolgreiche Beobachtung

25 David Rittenhouse ( ) Vater der amerikanischen Astronomie hyperventiliert und verpasst fast das Ereignis

26 Resultat der Beobachtungskampagne 1769: 8,5 < <8,88 (richtig: 8,794 ) Genauigkeit etwas besser, aber immer noch enttäuschend Johann Franz Encke ( ) wertet die Beobachtungen beider Transite erneut aus und kommt zu dem Ergebnis: = 8,571 ±0,037

27 Beobachtungskampagne 1874/1882: Hilfsmittel Fotografie

28 Lord James Ludovic Lindsay ( , links) finanziert eine britische Expedition nach Mauritius. Chefbeobachter: David Gill ( , rechts), der später die Messung der Marsparallaxe favorisierte (Fehler nur 0,2%).

29 Pierre Jules Janssen ( ) entwickelt Kamera zur schnellen Aufnahme von Bildsequenzen (Vorgänger der Filmkamera) entdeckt 1868 die gelbe Heliumlinie bei 587,5 nm im Sonnenspektrum wegen der Luftunruhe haben die Bilder nicht die erhoffte Schärfe und ergeben keinen großen Fortschritt für die Sonnenparallaxe

30 Alternative Methoden zur absoluten Entfernungsbestimmung im Sonnensystem Genauigkeit der Sonnenparallaxe aus Venustransit unbefriedigend, deshalb Suche nach Alternativen: Sonnenparallaxe aus Marsparallaxe (David Gill, 1877) Sonnenparallaxe aus Parallaxe des Kleinplaneten Eros (Gustav Witt, Spencer Jones 1941) = 8,790 Sonnenparallaxe aus Laufzeitmessungen von Radarsignalen zur Venus (seit 1960) = 8,79415 bzw. 1 AE=149, Mio km

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37 Herleitung einer Formel zur Bestimmung der Sonnenparallaxe

38 Venusparallaxe vor der endlich weit entfernten Sonne

39 Winkel sehr klein: Mit re, rv Entfernungen Erde und Venus zur Sonne: Winkelverschiebung als Bruchteil des scheinbaren Sonnenradius ausgedrückt: Mit senkrechter Komponente des tatsächlichen Abstands der beiden Beobachtungsorte (RE Erdradius):

40 Zu erwartender Effekt bei 8000 km Beobachterabstand: rund 25 Winkelverschiebung

41 Literatur: Eli Maor: June 8, 2004 Venus in transit, Princeton University Press, 2000 William Sheehan, The Transit of Venus: Tales from the 18th and 19th Century, Sky & Telescope 107, Feb./2004, S. 46ff bzw. May/2004, S. 32ff Udo Backhaus, Fachbereich Physik der Universität Duisburg/Essen, diverse Veröffentlichungen

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