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1 Das Sonnensystem

2 Organisatorisches Bei Fragen an Prof. Hauschildt: Telefon: Nach der Vorlesung An der Sternwarte (Termin vereinbaren!) Bei Unklarheiten bitte sofort fragen! Diese Vorlesung ist geeignet für: Hörer aller Fakultäten ausser MIN... Kontaktstudenten An allg. Astronomie Interessierte Diese Vorlesung ist nicht geeignet für: BSc Physik Studenten BSc Studenten der MIN TUHH Studenten

3 Organisatorisches Vorkenntnisse: Mathematik / Physik: Abitur Astronomie: keine Format: Wöchentliche Vorlesung Material: Kaufman: Universe (current edition, US version) A. Weigert, H. J. Wendker, L. Wisotzki: Astronomie und Astrophysik - Ein Grundkurs A. Unsöld, B. Baschek: Der neue Kosmos

4 Geplanter Vorlesungsinhalt Heute: Überblick über die Astronomie Mechanik des Sonnensystems: Keplers Gesetze Sonnen-/Mondfinsternisse Entstehung des Sonnensystems Die Planeten und ihre Monde terrestrische Planeten (Merkur, Venus, Erde Mars) Gasriesen (Jupiter, Saturn) Eisriesen (Uranus Neptun) Transneptunische Objekte (Pluto) Asteroiden, Meteoriten, Kometen

5 Geplanter Vorlesungsinhalt Heute: Überblick über die Astronomie Mechanik des Sonnensystems: Geozentrik, Heliozentrik, Keplers Gesetze,... Sonnen-/Mondfinsternisse Entstehung des Sonnensystems Die Planeten und ihre Monde terrestrische Planeten (Merkur, Venus, Erde Mars) Gasriesen (Jupiter, Saturn) Eisriesen (Uranus Neptun) Transneptunische Objekte (Pluto) Asteroiden, Meteoriten, Kometen

6 Astronomie Astronomie ist vielleicht die erste systematisch betriebene Wissenschaft. Notwendig für Zeitmessung und Navigation. Aufgrund des Alters viele seltsame Eigenheiten (Namen, Einheiten, etc.). Nicht zu verwechseln mit Astrologie. Moderne Astronomie ist Teil der Physik Astrophysik Von je her interdisziplinär: Philosophie, Mathematik, Physik, Ingenieurwesen, Geologie, Chemie seit Kürzerem: Informatik, Meteorologie, Biologie

7 Powers of ten Astronomie überspannt Größenordnungen: < m... > m

8 Einige Zahlen Radius der Erde R = 6382km Radius des Jupiter R Jup = 11 R =69911km Radius der Sonne R = 10 R Jup =696300km Distanz Sonne-Erde 1AU = 215 R =1, km Distanz Sonne-Neptun D Nep = 30,4AU =4, km Radius der Oort Wolke R Oort = 1600 D Nep =7, km Dist. Proxima Centauri D PC = 5,35 R Oort =4, km Dist. Zentrum der Milchstr. D M = 6154 R PC =2, km Radius der Milchstraße R M = 3,12 D M =7, km Distanz Andromeda Galaxie D And = 17,6 R M =1, km Radius lokale Gruppe R Group = 3,18 D And =4, km Distanz Virgo Cluster D Vir = 11,4 R Group =4, km Radius Super-Cluster R SC = 31,3 D Vir =1, km Radius sichtb. Universum R SU = 28,2 R SC =4, km

9 Blick an den Nachthimmel Sternbilder

10 Eratosthenes ( , Alexandria) Frühe Erkenntnisse Messung des Erdradius mit nur 2% Ungenauigkeit. Messung von Entfernung zu Sonne und Mond mit <1% Ungenauigkeit. Jī Xíng ( , Jiaozhou)

11 Verschiedene Ansätze Hipparchos ( , Rhodos) Erste heliozentrische Berechnungen: Die Planeten kreisen um die Sonne. Entdeckte Präzession der Erdachse. Sternkatalog, Sonnenfinsternis-Tabellen... Jīng Fáng ( , Henan) Planeten / Monde sind von der Sonne beleuchtete Kugel. Aristoteles ( , Euboea) Geozentrisches Weltbild: Alle Objekte kreisen um die Erde. Das Universum jenseits der Erde ist unveränderlich.

12 Retrograde Bahnen Ptolemaios ( , Alexandria) Epizykeltheorie als Erweiterung des geozentrischen Weltbildes. 4 freie Parameter gute kurzfristige Übereinstimmung mit Beobachtungen. Blieb über 1000Jahre unangefochten. Movies

13 Eine neue Theorie Nikolaus Kopernikus ( , Thorn) Heliozentrische Theorie. Retrograde Bewegung nur ein Projektionseffekt: Erde überholt äußere Planeten Movie

14 Andere Welten & Aliens Giordano Bruno ( ,?) Die Sonne ist ein Stern. / Sterne sind Sonnen. Andere Sterne weisen ebenfalls Planeten (mit intelligentem Lebem) auf.

15 Galileo Galileo Galilei ( , Padua) Widerlegung von Aristoteles und Ptolemaios. Festigung des Heliozentrischen Weltbildes. Deutung von Supernova Beobachtung von Sonnenflecken....

16 Galileo... Beobachtung der 4 großen Jupiter-Monde....

17 Galileo... Beobachtung der Venus-Phasen (Form und Größe).

18 Keplers Gesetze Johannes Kepler ( , Prag) Aufwändige Analyse von Tycho Brahes Mars-Bahn-Daten. Ableitung der 3 Keplerschen Gesetze. Erweitertes Heliozentrisches System: wesentlich präzisere Planetenkoordinaten.

19 Keplers Gesetze 1. Gesetz: Form von Planetenbahnen Bahnen sind Ellipsen mit der Sonne in einem der Brennpunkte.

20 Keplers Gesetze 2. Gesetz: Bewegung entlang der Planetenbahnen Die Planet-Sonne-Achse überstreicht innerhalb gleicher Zeitintervalle identische Flächen. Im Perihel ist die Bahngeschwindigkeit höher als im Aphel.

21 Keplers Gesetze 3. Gesetz: Relation zwischen verschiedenen Bahnen ( T1 T 2 ) 2 = ( a1 a 2 ) 3 wobei T 1 und T 2 die jeweiligen Bahnumlaufzeiten zweier Planeten sind und a 1 und a 2 die entsprechenden Halbachsen.

22 Das Ende des Heliozentrischen Weltbildes Isaac Newton ( , Cambridge) Herleitung von Keplers Gesetzen aus Bewegungsgleichungen. Allgemeinere Form, zusätzliche Bahnformen Die Sonne ist nicht im Zentrum des Systems sondern kreist ebenfalls um den gemeinsamen Schwerpunkt mit den Planeten.

23 Bestandsaufnahme im Sonnensystem Objekte Anzahl Radien Massenanteil Sterne km 99,866% Planeten km 0,134% bekannte Zwergplaneten km 0,000002% vermutete Zwergplaneten ,00025% große Monde km 0,000032% kleine Monde km 0, % künstliche Satelliten ,0% Asteroiden (>1km) (Gürtel) km 0, % Kometen-artige Objekte km 0,000025%

24 Größenverhältnisse

25 Größenverhältnisse

26 Planetenbahnen Inklination typischerweise klein (i 3 ) Exzentrizitäten klein (e 0.1) Ausnahme: Merkur (i = 7, e = 0.21) (Pluto (i = 17, e = 0.25))

27 Grenzen von Keplers Gesetzen Keplers Gesetze gelten nur für das Zwei-Körper-Problem. Bei mehr als 2 Körpern sorgen Wechselwirkungen für teils starke Abweichungen von Vorhersagen. (Chaotisches System) Über lange Zeiträume schieben die Planeten gegenseitig ihre Bahnen umher, verformen diese und können sich sogar aus dem Sonnensystem katapultieren. Genaue Bahnberechnung bedürfen numerischer Integration der Bewegungsgleichungen.

28 Wo gibt es stabile Bahnen? Titius-Bode-Reihe: Abstand der Planeten von der Sonne entspricht a = 0, 4 + 0, 3 2 n [AU] mit n [, 0, 1, 2,...]. Neptun entspricht keinem n Asteroiden entsprechen n = 3 Vorhersage von Ceres (Zwergplanet) Vorhersage von Pluto Keine physikalische Grundlage!

29 Langfristig stabile Planetenbahnen Hill-Radius: R Hill = a 3 MPlanet 3 M Sonne Entspricht dem Bereich innerhalb dessen die Schwerkraft eines Planeten über die aller anderen Objekte dominiert. Grobe Regel für Bahnen die > 10 9 Jahre stabil bleiben: Planetenbahnen: Ausserhalb 10 R Hill der Nachbarplaneten. Mondbahnen: Innerhalb 1 3 R Hill des umlaufenen Planeten.

30 Sonnenfinsternis Winkeldurchmesser(Mond) Winkeldurchmesser(Sonne). Der Mondschatten kann die Erde treffen.

31 Sonnenfinsternis Beispiele

32 Mondfinsternis Der Erdschatten trifft den Mond. Die Erdatmosphäre beugt bevorzugt rotes Licht. Der Mond ist nicht vollständig dunkel sondern rötlich.

33 Statistik von Finsternissen Saros-Zyklus: 18a 11d 150 Mondfinsternisse/Jahrhundert 250 Sonnenfinsternisse/Jahrhundert

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