Astronomie und Astrophysik

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1 r J< Alfred Weigert, Heinrich X Wendker Astronomie und Astrophysik Ein Grundkurs Dritte, überarbeitete Auflage VCH Weinheim New York Basel Cambridge Tokyo 52

2 Inhaltsverzeichnis 1 Sphärische Astronomie Koordinatensysteme Das Horizontsystem Äquatorialsysteme Das Ekliptikalsystem Das Galaktische System Zeitliche Änderung der Koordinatensysteme Lunisolar-Präzession Die astronomische Nutation Die Planetenpräzession Koordinaten-Änderung durch Präzession Die Zeit Die Sternzeit Die wahre Sonnenzeit Die mittlere Sonnenzeit Ortszeit Zonenzeit Weltzeit Das Jahr Präzisionszeitmessungen Sternörter Sternbilder und Bezeichnungen von Sternen Die Messung von Sternörtern Die Refraktion Die Aberration Die Parallaxe Die Reduktion des gemessenen Ortes 21 2 Das Sonnensystem Mitglieder und Dimensionen des Systems Bahnbewegungen im Sonnensystem Zweikörperproblem Keplersche Gesetze Planetenbahnen Die Erdbahn Bahnen künstlicher Satelliten und Raumfahrzeuge Das System Erde Mond Bewegung um die Erde Bewegung um die Sonne Rotation des Mondes Finsternisse 36

3 XII Inhaltsverzeichnis 2.4 Physik der Planeten Oberflächentemperaturen Stabilität und Zusammensetzung der Atmosphären Gesamtaufbau Roche-Grenze Oberflächenformen terrestrischer Planeten Monde Planetoiden Kometen Bahnen und Anzahl Physik der Kometen Entstehung des Sonnensystems 50 3 Strahlung und Teleskope Elektromagnetische Strahlung Spektrum Hohlraumstrahlung Elementare Prozesse der Strahlungsemission und -absorption durch Partikel Scheinbare Helligkeiten Grundbegriffe und Definitionen Helligkeitssysteme Farben Teleskope Einige allgemeine Eigenschaften optischer Teleskope Typen optischer Teleskope Radioteleskope Empfänger - Montierungen - Observatorien 75 4 Charakteristische Beobachtungsgrößen von Sternen Strahlungsleistungen Die Leuchtkraft Absolute Helligkeiten Flächenhelligkeit und Effektivtemperatur Radius, Masse und hieraus abgeleitete Größen Sternradien Masse der Sterne Mittlere Dichte, Schwerebeschleunigung Spektralklassifikation Spektralklassen der Hauptsequenz Leuchtkraftklassen Praxis der Klassifikation Rotation und Magnetfeld Rotation der Sterne Magnetfelder der Sterne Korrelationen zwischen verschiedenen Meßgrößen Hertzsprung-Russell-Diagramm und Farbdiagramme Beziehungen zwischen R, L und M für Hauptreihensterne Übersicht über charakteristische Größen von Sternen 102

4 Inhaltsverzeichnis XIII Die Außenschichten von Sonne und Sternen Die Außenschichten der Sonne Die Photosphäre Die Chromosphäre Die Korona Der Sonnenwind Zeitliche Variationen Die Aktivität der Sonne Sonnenflecken Andere Aktivitätserscheinungen Radiostrahlung Aktivität bei anderen Sternen Physik der Sternatmosphären Strahlungstransport in Materie Modellatmosphären Analyse von Sternspektren Prinzipielles zur Spektralanalyse Absorptionskoeffizient a v pro Teilchen Anregung und Ionisation Frequenzabhängigkeit von n v und Sternspektrum Ergebnisse von Spektralanalysen Die chemische Zusammensetzung der Sternatmosphäre 129 Innerer Aufbau und Entwicklung der Sterne Grundgleichungen des Sternaufbaues Grundlagen Massenverteilung Mechanisches Gleichgewicht Energiesatz Energietransport Gesamtproblem Materialfunktionen Die Zustandsgieichung Der Absorptionskoeffizient Nukleare Energieerzeugung Einfache Sternmodelle Vorbemerkungen Sternmodell für eine Sonnenmasse Hauptreihensterne Weiße Zwerge Sterne mit Konvektion und die Hayashi-Linie Sternentwicklung Energiereservoire und Zeitskalen Sternentstehung Vom Wasserstoffbrennen bis zum Heliumbrennen Endstadien 158

5 XIV Inhaltsverzeichnis 7 Veränderliche Sterne Allgemeine Begriffe Regelmäßige Veränderliche Die Cepheiden RR Lyrae-Sterne und ö Scuti-Sterne Mira-Sterne Pulsare Eruptions-Veränderliche UV Ceti-Sterne R Coronae Borealis-Sterne RW Aurigae- und T Tauri-Sterne Novae U Geminorum-Sterne Supernovae Bedeckungsverändliche Röntgendoppelsterne Interstellare Materie Interstellarer Staub Interstellare Extinktion Wellenlängenabhängigkeit der Extinktion Zur Natur der Staubkörner Interstellare Polarisation Reflexionsnebel Der neutrale Wasserstoff Die 21-cm-Linie Beobachtungsergebnisse Emissionsnebel Strahlung von H II-Regionen Ausdehnung und Temperatur von H II-Regionen Entwicklung der H II-Gebiete Besondere Emissionsnebel Moleküle im interstellaren Medium Übersicht über die Ergebnisse Maser- und Antimaseraktivität Der Materiekreislauf des interstellaren Mediums Das Milchstraßensystem Entfernungsbestimmungen Trigonometrische Parallaxe Photometrische Parallaxen Andere Parallaxen Sterne der Sonnenumgebung Rotation der Milchstraße Sternhaufen Assoziationen Offene Sternhaufen Kugelsternhaufen 223

6 Inhaltsverzeichnis XV 9.5 Hauptstrukturen des Milchstraßensystems Die galaktische Scheibe und die Spiralstruktur DerHalo Das galaktische Zentralgebiet Die Populationen Extragalaktische Systeme Extragalaktische Entfernungsbestimmungen Verteilung der Galaxien Klassifikation von Galaxien Integrale Eigenschaften Durchmesser Helligkeit und Leuchtkraft Rotation Farben Massen und Masse-Leuchtkraft-Beziehung Interstellare Materie Spiralstruktur in Galaxien Aktive Galaxien und Quasare Sternentstehungsgalaxien Seyfert-Galaxien Radio-Galaxien Quasare Aktive Galaxienkerne Haufen von Galaxien Räumliche Verteilung Klassifikation von Galaxienhaufen Das intergalaktische Medium Masse und Stabilität von Haufen Zum Entwicklungszustand von Galaxienhaufen Zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien Der Gravitationslinseneffekt Kosmologie Die Rotverschiebung als Expansion Zur allgemeinen Relativitätstheorie Weltmodelle Die Vergangenheit des Weltalls Zurück zu den Anfängen Der Hochenergiekosmos Entwicklungsstufen der Materie 291 Anhang 295 Physikalische Konstanten und Einheiten 295 Astronomische Daten 296 yerzeichnis der Sternbilder 297 Übungsaufgaben 299 Lösungen der Übungsaufgaben 310 Literatur 313 Register 316