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1 SONNE, ERDE, MOND postkarten-shop.ch 1

2 VORLESUNGSPLAN Astronomie heute (Just, Fendt) Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister) 2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister) Teleskope, Bilder, Daten (Fendt) Geschichte der Astronomie (Just) 6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt) Sterne - Entwicklung (Fendt) Die Milchstraße (Just) Astrochemie und Leben (Fendt) 4.7.Galaxien (Just) Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt) Urknall und Expansion des Universums (Just) Weltmodelle (Just) 1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt) 2

3 INHALT Sonne, Erde, Mond Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse Erde: Aufbau, Besonderheiten Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung 3

4 HEIMATGALAXIE MILCHSTRAßE Jens Hackmann: Milchstraße über Weickersheim Alter: >10 Milliarden Jahre Sterne: 100 bis 300 Milliarden Umlauf Sonne: 220 Mio Jahre ~ 220km/s 4

5 Lichtjahre Lichtjahre Bulge Zentrum Sonne Scheibe Kugelsternhaufen Durchmesser: Lichtjahre Dicke: 3000 bis Lichtgeschwindigkeit Kilometer pro Sekunde maximale Geschwindigkeit im Universum 1 Lichtsekunde Kilometer 1 Lichtjahr 10 Billionen Kilometer 5

6 Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems heute langsame Erwärmung Roter Riese Planetarischer Nebel Weißer Zwerg Milliarden Jahre Dr. Janine Fohlmeister - Zentrum für Astronomie Heidelberg März Kinderuni

7 Entfernungen: Erde-Sonne: 8 Lichtminuten km = 1 AE Erde-Mond: 1,3 Lichtsekunden km Erde-Neptun: 4 Lichtstunden 7

8 Mondbahn ca. 5º gegen Ekliptik geneigt Durchmesser Sonne-Erde-Mond: : : km (ca. 100: 1 : 0.3) Sonne ist knapp 400 mal weiter entfernt von der Erde als Mond 8

9 MONDPHASEN Abhängig von der relativen Lage zu Sonne und Erde Zunehmender Mond am Abendhimmel Abnehmender Mond am Morgenhimmel Sonne 9

10 INHALT Sonne, Erde, Mond Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse Erde: Aufbau, Besonderheiten Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung 10

11 ASTRONOMISCHE ZEITSKALEN Messung von Zeitpunkten und Zeitintervallen (Dauer) gekennzeichnet durch den Ort und die Bewegung von Himmelskörpern 1 Tag: Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang, Erde dreht sich 1x um eigene Achse Monat: abgeleitet vom Mond, eine Umdrehung um Erde Jahr: Frühling, Sommer, Herbst, Winter; Erde umrundet einmal die Sonne 11

12 JAHRESZEITEN Erde: Frühling, Sommer, Herbst, Winter auf Südhalbkugel um halbes Jahr versetzt Ursache: Neigung der Erdachse um 23 Abhängig von Sonnenstand und damit Strahlungsenergie pro Fläche Äquinoktum: Tag- und Nachtgleiche Perihel: sonnennächster Punkt der Umlaufbahn Aphel: sonnenfernster Punkt der Umlaufbahn Solstitiallinie: Verbindung Sommer- und Wintersonnenwende Wikipedia 12

13 FINSTERNISSE Sonnenfinsternis Mond steht zwischen Sonne und Erde Nur bei Neumond möglich Mondfinsternis Erde steht zwischen Sonne und Mond Nur bei Vollmond möglich Mondbahn nicht in der Ekliptik (5º geneigt) Finsternis nur möglich, wenn der Mond in der Nähe eines Knotens (Kreuzungspunkt Ekliptik Mondbahn) steht 13

14 FINSTERNISSE Lage der Mondbahn Neigungsrichtung nicht raumfest Finsternisse nicht immer zur gleichen Jahreszeit Nutation der Mondbahn (wie Präzession der Erdachse) Torkelbewegung mit Periode 18.9 Jahre 14

15 Finsternistypen FINSTERNISSE total (A), partiell (B,C), ringförmig (D) Halbschatten Sonne Kernschatten A B C D 15

16 MONDFINSTERNISSE (BEI VOLLMOND) Kernschatten der Erde in Mondentfernung etwa doppelter Durchmesser wie Mond Dauer einer totalen Finsternis ca. 2 Stunden Erscheinung überall auf der Erde (Nachtseite) gleich Bedeckter Mond nicht total dunkel, sondern gelb-orange durch Streulicht an der Erdatmosphäre Mehrfachbelichtung einer zentralen totalen Finsternis relativ zum Erdschatten; Belichtungszeiten verschieden 16

17 SONNENFINSTERNISSE (BEI NEUMOND) Kernschatten des Mondes in Erdabstand sehr klein Erscheinung der Finsternis von Ort zu Ort sehr verschieden Perigäum (Mond erdnah) Kernschatten bis zu 269 km Durchmesser Dauer der totalen Finsternis bis zu 7½ Min. Totale Zone nur eine schmale Linie auf der Erde Apogäum (Mond erdfern) Nur ringförmige (und partielle) Finsternis möglich

18 SONNENFINSTERNISSE Totale Finsternis: Sonnenkorona sichtbar Partielle Finsternis Vom

19 KÜNFTIGE FINSTERNISSE Informationen zu Finsternissen Partielle Mondfinsternis 25. April 2013 In Europa sichtbar Nächste totale Sonnenfinsternis , in Afrika sichtbar in Deutschland: Süddeutschland Nächste ringförmige Sonnenfinsternis 9. Mai 2013, in Australien sichtbar 19

20 Ablauf der Partiellen Mondfinsternis am Eintritt in den Halbschatten (1. Kontakt): Eintritt in den Kernschatten (2. Kontakt): Maximale Verfinsterung: Austritt aus dem Kernschatten (3. Kontakt): Austritt aus dem Halbschatten (4. Kontakt): 20:02 Uhr MESZ 21:52 Uhr MESZ 22:07 Uhr MESZ 13 über dem Ost-Horizont 22:23 Uhr MESZ 00:13 Uhr MESZ 20

21 21

22 22

23 23

24 INHALT Sonne, Erde, Mond Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse Erde: Aufbau, Besonderheiten Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung 24

25 ERDE Einziger Planet mit (viel) Wasser Ozeane: bedecken 70% der Erdoberfläche,96,5% des gesamten Wassers,3,5% Salz, durchschnittl. Tiefe: 3800m, Marianengraben 11043m Kontinentalplatten: 7 Kontinente; durchschnittl. Höhe: 800m, Mount Everest: 8848m Große Halbachse Perihel Aphel 1 AE (149,6 Mio. km) 0,983 1,017 AE Exzentrizität 0,0167 Neigung der Bahnebene 0 Siderische Umlaufzeit Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 365,256 d 29,78 km/s Die Erde, aufgenommen von Apollo 17 am 7. Dez

26 Äquator ,32 Poldurchmesser * ,55 [2] km ERDE Masse 5, kg Mittlere Dichte 5,515 g/cm 3 Fallbeschleunigung * 9,80665 m/s 2 Fluchtgeschwindigkeit Rotationsperiode Neigung der Rotationsachse 11,186 km/s 23 h 56 min 4,1 s 23,44 Geometrische Albedo 0,367 Eigenschaften der Atmosphäre Druck * Temperatur * Min. Mittel Max. 1,014 [1] bar 184 K ( 89 C) 288 K (+15 C) 331 K (+58 C) 26

27 ERDE Alter: 4,6 Milliarden Jahre einziger sicher bekannter Planet mit Leben dichtester Planet im Sonnensystem; Zusammensetzung: Eisen (32,1 %), Sauerstoff (30,1 %), Silizium (15,1 %), Magnesium (13,9 %), Schwefel (2,9 %), Nickel (1,8 %), Calcium (1,5 %), Aluminium (1,4 %), 1,2 % Spuren von anderen Elementen Gezeitenkräfte (Landmassen bis 0,5m) Atmosphäre bis ca. 600km; 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 1 % Edelgasen, 0-5% Wasserdampf 27

28 INHALT Sonne, Erde, Mond Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse Erde: Aufbau, Besonderheiten Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung 28

29 ERDE-MOND Mond umkreist die Erde Abstand zur Erde von km Mittlerer Abstand: km (= 30 Erddurchmesser) Mondbahn ~5º gegen Ekliptik geneigt Rotationsperiode: 27 d 7 h 43 m 11.5 s oder ca. 27 ⅓ Tage Vollmond zu Vollmond: 29 d 12 h 44 m 2.8 s oder ca. 29 ½ Tage Größe des Mondes oben: Libration des Mondes unten: Maßstabgetreues Größen- Abstand Verhältnis Quelle: Wikipedia Durchmesser: km (=1/4 des Erddurchmessers) Scheinbare Größe am Himmel: ½ Grad wie die Sonne 29

30 Albedo 0,12 Scheinbare Helligkeit 12,74 mag (ERD-)MOND Mittlerer Durchmesser Masse Oberfläche Mittlere Dichte Siderische Rotation 3476 km 7, kg km² 3,341 g/cm³ 27,322 Tage Achsneigung 6,68 Fallbeschleunigung an der Oberfläche Fluchtgeschwindigkeit 1,62 m/s² 2380 m/s 30

31 MOND Entstehung und Aufbau Vor 4.4 Milliarden Jahren aus der Erde durch Kollision herausgelöst Form 3-achsiges Ellipsoid Mantel auf erdabgewandter Seite dicker Gebundene Rotation (immer gleiche Seite zeigt zur Erde) 31

32 MONDMISSIONEN Mitte der 60er bis Mitte der 70er Jahre gab es 65 Mondlandungen (allein 10 im Jahr 1971) 6 bemannte Landungen (Apollo 11, 12, 14, 15, 16, 17). 32

33 MONDMISSIONEN Apolloprojekt: Seismische Detektoren Reflektionsprismen für Laser-ranging Mondgestein 33

34 MONDMISSIONEN 34

35 MONDMISSIONEN Anorthosite, Apollo Milliarden Jahre alt Mondboden (Staub) Basalt (Apollo 15) 3.3 Milliarden Jahre alt 35

36 INHALT Sonne, Erde, Mond Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse Erde: Aufbau, Besonderheiten Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung 36

37 SONNE Aufbau Kern Photosphäre Chromosphäre Korona Aktivität Sonnenflecken Protuberanzen Granulation Schwingungen Abstrahlung Licht Sonnenwind Neutrinos Sonne mit Sonnenflecken am 22. April

38 STECKBRIEF DER SONNE Durchmesser (Photosphere) Masse km kg Mittlere Dichte 1.41 g/cm 3 Leuchtkraft Rotationsperiode (Äquator) Oberflächentemperatur Spektraler Typ Scheinbare Helligkeit Absolute Helligkeit Mittlerer Abstand zur Erde erg/s = Watt 25 Tage 5800 K G2 V mag 4.8 mag km = 1 AE 8 Lichtminuten 38

39 AUFBAU Kern Energieerzeugung durch Fusion von Wasserstoff zu Helium Photosphäre Freisetzung der Strahlung Protuberanzen Ausbrüche Korona heißes Gas Quelle des Sonnenwindes 39

40 AUFBAU Energietransport Kern: Erzeugung Strahlungszone: Diffusion (wie im Nebel) Konvektionszone: Durchmischung (wie im Kochtopf) Photosphäre: Abstrahlung des Großteils Chromosphäre und Korona: Heizung durch Magnetfelder in den Protuberanzen 40

41 AUFBAU Rand/Oberfläche Photosphäre km dick Starke Abnahme der Dichte Zunehmend durchsichtig Kühlste Region Chromosphäre Einige tausend Kilometer dick Sehr dünnes Gas Durchsichtig Heizung durch Absorption in Spektrallinien des Wasserstoffs Korona Fließender Übergang zum Sonnenwind (bis etwa 100AE) Sehr dünn und heiß und nach außen beschleunigt Kern T~10 6 K T~25000 K T~5770 K T~10 7 K 41

42 AKTIVITÄT Sonnenflecken Älteste bekannte Aktivität 42

43 SONNENFLECKEN Sonnenfleckenzyklus 11 Jahre Max- Max 1 Variation in der Strahlungsintensität Schwankungen über die Jahrhunderte Maunderminimum = kleine Eiszeit ( ) 43

44 Schmetterlingsdiagramm SONNENFLECKEN Anfang des Zyklus, Flecken bei ±30º Länge Ende des Zyklus, Flecken nahe Äquator 44

45 SONNENFLECKEN Granulation Penumbra Umbra Lichtbrücken Temperaturen räumliche Auflösung ~ 0.2 arcsec = 150km Oberfläche: 6000K, Umbra: 4000K, Penumbra: 5000K 45

46 SONNENFLECKEN Starke Magnetfelder bis 0.4T Konvektion unterdrückt Deshalb kühler Benachbarte Flecken haben umgekehrte Polarisation Polarisationsrichtung N S wechselt; deshalb wahrer Zyklus 22 Jahre Lebensdauer 50% weniger als 2 Tage 10% länger als 11 Tage Aufbrechen der Magnetfeldlinien Protuberanzen Sonnenwind Variation der Koronaaktivität über einen Sonnenzyklus 46

47 PROTUBERANZEN Ausbrüche Magnetfeldlinien geöffnet Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen) bewegen sich entlang der Feldlinien auf Spiralbahnen: Lorentzkraft Spektrallinie Hα, angeregter Wasserstoff SOHO Satellit: UV 171Å Fe IX/X 47

48 ROTATION Sonne rotiert differentiell Periode am Äquator 25 Tage Am Pol 30 Tage Oberfläche Rotationsfrequenzen im Inneren 48

49 SONNENWIND Sonnenwind Beschleunigt durch Magnetfelder Abschirmung durch Erdmagnetfeld Polarlichter durch Stöße mit Luftmolekülen 49

50 VORLESUNGSPLAN Astronomie heute (Just, Fendt) Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister) 2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister) Teleskope, Bilder, Daten (Fendt) Geschichte der Astronomie (Just) 6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt) Sterne - Entwicklung (Fendt) Die Milchstraße (Just) Astrochemie und Leben (Fendt) 4.7.Galaxien (Just) Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt) Urknall und Expansion des Universums (Just) Weltmodelle (Just) 1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt) 50

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