Astrophysik I WS 2017/2018 Stefanie Walch-Gassner I. Physikalisches Institut der Universität zu Köln

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1 Astrophysik I WS 2017/2018 Stefanie Walch-Gassner I. Physikalisches Institut der Universität zu Köln Vorlesung 1: Einführung/Weltbild Vorlesung 1: Einführung/Weltbild Organisation: Vorlesung (Stefanie Walch-Gassner, walch@ph1.uni-koeln.de) Hörsaal 3 der Physikalischen Institute Montag 12:00-12:45, Mittwoch 12:00-13:30 Anmeldung über KLIPS 2.0 Deadline für die Anmeldung (morgen) um 18:00! Rückfragen bitte an Daniel Seifried (s.u.) Webseite: Übungen: (5 Gruppen) Zeit: Montag 9:00-10:00 (Sem. I. Physik), 10:00-11:00 (Sem. Theor. Altbau),11:00-12:00 (Sem. Theor. Altbau), 13:00-14:00 (HS III), 14:00-15:00 (Konferenzraum Theor. Altbau) Ausgabe der Aufgaben: Montag nach der Vorlesung: Download auf der Kurs-Webseite! Abgabe: eine Woche nach Ausgabe bis Ende der Vorlesung um 12:45! in Gruppen zu 2 Personen, handschriftlich regelmäßige Teilnahme und erfolgreiche Mitarbeit, nachgewiesen durch 2-maliges Vorrechnen und Erreichen von mindestens 50% der Übungspunkte sind Voraussetzung für die Klausurteilnahme Nicht-Abgabe der Übungsblätter in maximal 2 Fällen! Übungsgruppenleiter Daniel Seifried (seifried@ph1.uni-koeln.de) Klausur Voraussetzung: erfolgreiche Teilnahme an den Übungen (s.o.) Anmeldung Inhalt: Stoff der Vorlesung und der Übungen Termin: 19. Februar 2018, 11:00-14:00, HS 1 Vorläufiger Termin der Nachklausur: 28. März 2018, 13:00-16:00, HS 2

2 Astrophysik I: 1. Einführung/Teleskope

3 Astrophysik 1: Übersicht und Historie Was ist Astrophysik? wörtlich: Gesetz der Sterne / Sternenkunde Aber: heute viel mehr als nur Sterne! Himmelskörper: Planeten, Monde, Asteroiden, Sterne, Sternhaufen, Galaxien, Galaxienhaufen, Dunkle Materie, exotische Objekte (schwarze Löcher, Neutronensterne) Gas in und um Galaxien Strahlung im Weltraum unter Anwendung der bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten (Laborphysik; theoretische Prinzipien) das beobachtbare Universum verstehen Experimentell: Beobachtungen ---> Astronomie (experimentelle Astrophysik) praktisch ausschließlich: elektromagnetische Strahlung plus kosmische Strahlung, Neutrinos, Gravitationswellen keine Manipulation der Versuchsbedingungen möglich gute Statistik ist gefragt! große Entfernungen <--> extreme Empfindlichkeit Wellenlängenbereiche, die nur vom Weltall aus zugänglich sind Theoretisch: Modellvorstellungen (Astrophysik, theoretische Astrophysik) Anwendung bekannter Gesetze auf Bedingungen, die im Labor nicht realisierbar sind die weit über den Parameterbereich hinausgehen, in dem sie entwickelt wurden die Zeitspannen und räumliche Dimensionen überbrücken, die nicht beobachtbar sind Heute: Computersimulationen als wichtiges Werkzeug! Aufgrund von nicht-linearer Dynamik, komplexen physikalischen Prozessen Antworten auf grundlegende Fragen Origins Warum ist das Weltall so, wie es ist? Woher kommt die Materie, aus der wir gemacht sind? Sind wir allein im Weltall?

4 Verständnis der Bewegung der Sterne (fix) und Planeten (Wandelsterne) nützlich für Navigation (Nomaden-Völker;...) Zeitberechnung (Ackerbau, Gezeiten;...) Verbindung zu Religion: Rolle des Menschen im Universum, aber auch Astrologie Beispiel: Himmelscheibe von Nebra Fundort: Mittelberg, Sachsen-Anhalt Datierung: ca v. Chr. oder älter! Bronzezeit Mitteleuropas Vermutlich religiöser Gebrauch Zweitälteste bekannte Himmelsdarstellung Hochkulturen Ägypten und Mesopotamien Indien China Zentralamerika Griechische Astronomie Erathostenes: 220 v. Chr.: Bestimmung des Erdradius aus Schattenlängen an verschiedenen Orten in Ägypten Aristarch von Samos: 3. Jhd v. Chr.: heliozentrisches System (Sonne im Zentrum!) Hipparchos: Sternkataloge (s.u. Magnitudines) Ptolomäus: geozentrisches Weltbild (Erde im Zentrum) Überlegungen aus Ästhetik, Symmetrie und Weltverständnis z.b. Epizyklen:

5 Arabische Astronomie: bewahrt das ptolomäische Wissen bis zur Renaissance viele arabische Sternnamen Renaissance Kopernikus ( ) Vereinfachung durch Hypothese, dass die Sonne im Zentrum steht, nicht die Erde Tycho Brahe ( ) Dänischer Adliger Hofastronom ( Hof-Astrologe ) unter Friedrich II von Dänemark

6 Tycho Brahe (Fortsetzung) noch ohne Fernrohr, d.h. Peilung mit Quadranten Genauigkeit wenige Bogen-Minuten (s.u.) Supernova-Entdeckung: Cass 1572 Weltbild Tycho Brahe's Kepler ( ), Astronom und Astrologe Assistent von Brahe leitet aus Brahe's Daten die Kepler'schen Gesetze elliptische Planetenbahnen Flächensatz (Drehimpuls) Umlaufzeiten ab Galileo Galilei ( ), Astronom und Physiker erster Einsatz eines Fernrohrs für astronomische Zwecke Mondkrater Phasen der Venus Monde des Jupiter (Modell des Sonnensystems)

7 Isaac Newton ( ), Physiker Bewegungsgleichungen Gravitationgesetz Spiegel-Teleskop Bessel, Herschel, Hubble, Einstein,... Entfernungen zu den Sternen Milchstraße als eine von Galaxien Ausdehnung des Universums Kosmologie... Physik Nobelpreis 2011: Permutter, Schmidt & Riess beschleunigte Ausdehnung des Universums ---> dunkle Energie