Das Sonnensystem. Teil 1. Peter Hauschildt 6. Dezember Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg Hamburg

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1 Das Sonnensystem Teil 1 Peter Hauschildt yeti@hs.uni-hamburg.de Hamburger Sternwarte Gojenbergsweg Hamburg 6. Dezember / 42

2 Übersicht Allgemeiner Überblick Bahnen der Planeten historisch: geozentrisch modern: heliozentrisch Kepler s Gesetze Finsternisse 2 / 42

3 Überblick Astronomie nicht mit Astrologie verwechseln! Astronomie ist vielleicht die älteste Wissenschaft dadurch viele seltsame Eigenheiten (Namen etc) praktische Bedeutung durch Zeitmessung 3 / 42

4 Überblick Moderne Astronomie ist Teil der Physik Astrophysik Astronomie ist aber von je her interdisziplinär! Mathematik, Physik, Chemie, Philosophie seit neuestem: Informatik, Meteorologie, Biologie 4 / 42

5 Powers of ten Astronomie überspannt astronomische Größenordnungen 5 / 42

6 Einige Zahlen Radius der Erde: R = km Radius von Jupiter: R Jup = 11R Radius der Sonne R = m = 109 R Entfernung Sonne-Erde: km = 1 AU 214 R Entfernung Sonne-Jupiter: 5.2 AU Entfernung Sonne-Pluto: 39.5 AU Entfernung zum nächsten Stern (Proxima Cen): 1.3 pc 4.22 ly AU km 6 / 42

7 Einige Zahlen Entfernung zum Zentrum der Milchstraße: 8 kpc Durchmesser der Milchstraße: 50 kpc Entfernung zu den Magellanschen Wolken: 50 kpc Entfernung zum Andromeda Nebel (M31): 778 kpc Radius der lokalen Galaxiengruppe: 1.4 Mpc Entfernung zum Virgo Cluster: 16 Mpc Radius des beobachtbaren Universums: 4 Gpc... 7 / 42

8 Sternbilder Ein Blick an den Himmel sieht ungefähr so aus: 8 / 42

9 Sternbilder Mythologisch wurde daraus 9 / 42

10 Sternbilder und heute 10 / 42

11 Sternbilder Modern: 88 Sternbilder, definiert durch die IAU Sternnamen: Eigennamen: Vega Griechischer Buchstabe & Sternbild: α Lyrae Katalogname: BD , HD , GC 25466, SAO etc. Sternbilder auch verwendet zur ungefähren Angabe der Position nicht-stellarer Objekte (z.b. Galaxien) 11 / 42

12 Übersicht Sonnensystem 1 Stern ( M ) 8 Planeten ( km, 448 M ) 2+ Zwergplaneten 62+ Monde ( km, 0.12 M ) Planetoiden ( km, M ) Kometen ( km, 0.1 M ) 12 / 42

13 Übersicht Sonnensystem Sonne und Planeten im richtigen Verhältnis 13 / 42

14 Große Monde 14 / 42

15 Bahnbewegungen Retrograde Bewegungen einiger Planeten (Movies) 15 / 42

16 Bahnbewegungen Geozentrische Idee (Ptolemäus): Erklärt sowohl normale wie retrograde Bewegungen Einstellungen: Radien Deferent/Epicyle & Perioden guter Fit zu Beobachtungen möglich 16 / 42

17 Bahnbewegungen Geozentrische Idee wurde als absolut richtig betrachtet alle Objekte im Sonnensystem kreisen um die Erde passt auch gut zum damaligen religiösen Weltbild keinerlei Hinterfragung über Jahrhunderte obwohl die richtigen Ideen schon im Altertum bekannt waren 17 / 42

18 Bahnbewegungen das ändert sich erst mit (u.a.) Galileo Gallilei 18 / 42

19 Bahnbewegungen Probleme: Keine physikalische Erklärung Fit nicht gut über lange Zeiträume Neue Beobachtungen: Jupiter hat Monde (Galileo, 1610) 19 / 42

20 Bahnbewegungen Probleme: Neue Beobachtungen: Größe und Phasen von Venus (Galileo, 1610) Galileo beobachtet dies: 20 / 42

21 Bahnbewegungen Geozentrisches Modell Phase von Venus immer < 50% nicht beobachtet! 21 / 42

22 Bahnbewegungen Erklärung: Venus umkreist die Sonne 22 / 42

23 Heliozentrisches System Nikolaus Copernicus ( ) Retrograde Bewegung Erde überholt äußeren Planeten 23 / 42

24 Heliozentrisches System schlecht für Vorhersagen! Epizykel! Planeten kreisen um die Sonne Kreisbahnen um Sonne Konstante Bahngeschwidigkeit innere Planeten schneller als äussere (Movie) 24 / 42

25 Johannes Kepler ( ) Copernicus s System: Probleme mit Ephemeriden Kepler Erweiterung des Modells Beobachtungen von Tycho Brahe Marsbahn Kepler erbt die Daten und analysiert sie trial and error Methode extrem aufwendig 25 / 42

26 Kepler sche Gesetze Kepler 1: Bahn ist Ellipse mit Sonne in Brennpunkt 26 / 42

27 Kepler sche Gesetze Kepler 1: Bahn ist Ellipse mit Sonne in Brennpunkt 27 / 42

28 Kepler sche Gesetze Kepler 2: gleiche Zeiten gleiche Flächen 28 / 42

29 Kepler sche Gesetze Kepler 1: Bahn ist Ellipse mit Sonne in Brennpunkt Kepler 2: gleiche Zeiten gleiche Flächen Kepler 3: P 2 = a 3 (P in Jahren, a in AU) 29 / 42

30 Newton Isaac Newton Kepler s Gesetze sind Folge des Gravitationsgesetzes gibt allgemeinere Version z.b. mögliche Bahnformen! 30 / 42

31 Newton Test von Newton s Ideen Halley s Komet Bahnbestimmung 76yr Umlaufzeit 31 / 42

32 Bahnen der Planeten Inklinationen klein i 3 Exzentrizitäten klein e 0.1 Ausnahme: Merkur i = 7, e = 0.21 Ausnahme: Pluto i = 17, e = 0.25 genaueste Bahnberechnung durch numerische Integration der Bewegungsgleichungen 32 / 42

33 Bahnen der Planeten Abstände von der Sonne: Titius-Bode Reihe mit n =, 0, 1, 2,... a = n gute Wiedergabe aber Neptun fehlt und Asteroiden sind Nummer 3 Keine physikalische Bedeutung! Historisch wichtig (Entdeckung von Ceres und Pluto) 33 / 42

34 Erdbahn a = 1 AU = km e = Periheldistanz R P = a(1 e) = km (Ende Januar) Apheldistanz R A = a(1 + e) = km ( Anfang Juli) Störungen langsame Änderung der Erdbahn/drehung 34 / 42

35 Mondbahn a = km e = Neigungswinkel 5 35 / 42

36 Mondfinsternisse Mond kann in den Schatten der Erde geraten Mondfinsternis 36 / 42

37 Mondfinsternisse Mond nicht voll verdunkelt Erdatmosphäre beugt bevorzugt rotes Licht Mond erscheint rötlich 37 / 42

38 Sonnenfinsternisse Winkeldurchmesser(Mond) Winkeldurchmesser(Sonne) Erde kann in den Schatten des Mondes geraten Sonnenfinsternis 38 / 42

39 Sonnenfinsternisse Schatten des Mondes auf der Erde sichtbar 39 / 42

40 Sonnenfinsternisse Totale Sonnenfinsternis ( 7.3 min) Korona der Sonne wird sichtbar 40 / 42

41 Sonnenfinsternisse Ringförmige Sonnenfinsternis 41 / 42

42 Sonnenfinsternisse Saroszyklus 18a 11d 150 Mondfinsternisse/100yr 250 Sonnenfinsternisse/100yr 42 / 42