Unser Sonnensystem. Prof. Dr. Christina Birkenhake. 8. März
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1 Unser Sonnensystem Prof. Dr. Christina Birkenhake 8. März 2010
2 Heliozentrisches Weltbild des Kopernikus Ellipsen überspringen
3 Ellipsen und Planetenbahnen F 1 F 2
4 Ellipsen und Planetenbahnen
5 Bahn von Jupiter
6 Bestimmung des Erdradius nach Eratosthenes α Alexandria Syene α M
7 Ekliptik Herbst Sommer Winter Frühling
8 Berechnung der Erdneigung oder des Breitengrades I Winter Horizont α Sonnenstrahlen M φ ε Äquator Erde
9 Berechnung der Erdneigung oder des Breitengrades II Sommer Horizont Sonnenstrahlen α Äquator φ M Erde ε
10 Koordinatensystem auf der Erde
11 Koordinatensystem auf der Erde Vereinbarung: Erde = Kugel
12 Koordinatensystem auf der Erde Vereinbarung: Erde = Kugel Erdachse = Rotationsachse
13 Koordinatensystem auf der Erde Vereinbarung: Erde = Kugel Erdachse = Rotationsachse Pole, Äquator
14 Koordinatensystem auf der Erde Vereinbarung: Erde = Kugel Erdachse = Rotationsachse Pole, Äquator Großkreise durch die Pole Meridiane
15 Koordinatensystem auf der Erde Vereinbarung: Erde = Kugel Erdachse = Rotationsachse Pole, Äquator Großkreise durch die Pole Meridiane Parallelkreise zum Äquator Breitenkreise
16 Koordinaten eines Punktes auf der Erde
17 Koordinaten eines Punktes auf der Erde Erde mit Polen und Äquator
18 Koordinaten eines Punktes auf der Erde P Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde
19 Koordinaten eines Punktes auf der Erde P Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P
20 Koordinaten eines Punktes auf der Erde P Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P Längengrad durch P
21 Koordinaten eines Punktes auf der Erde P ϕ Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P Längengrad durch P ϕ Breite von P
22 Koordinaten eines Punktes auf der Erde G P ϕ Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P Längengrad durch P ϕ Breite von P G: Greenwich/London
23 Koordinaten eines Punktes auf der Erde G P ϕ Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P Längengrad durch P ϕ Breite von P G: Greenwich/London Nullmeridian
24 Koordinaten eines Punktes auf der Erde G λ P ϕ Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P Längengrad durch P ϕ Breite von P G: Greenwich/London Nullmeridian λ Länge von P
25 Koordinaten eines Punktes auf der Erde G λ P ϕ Erde mit Polen und Äquator Ein Ort P auf der Erde Breitengrad durch P Längengrad durch P ϕ Breite von P G: Greenwich/London Nullmeridian λ Länge von P (ϕ, λ) Koordinaten von P
26 Erdkoordinaten in der Praxis Breite ϕ und Länge λ werden in Grad angegeben: 0,..., 360
27 Erdkoordinaten in der Praxis Breite ϕ und Länge λ werden in Grad angegeben: 0,..., 360 z.b. Nürnberg, FAKS: , 19 N , 48 O
28 Erdkoordinaten in der Praxis Breite ϕ und Länge λ werden in Grad angegeben: 0,..., 360 z.b. Nürnberg, FAKS: , 19 N , 48 O G P ϕ ϕ = , 19 nördliche Breite
29 Erdkoordinaten in der Praxis Breite ϕ und Länge λ werden in Grad angegeben: 0,..., 360 z.b. Nürnberg, FAKS: , 19 N , 48 O G λ P ϕ ϕ = , 19 nördliche Breite λ = , 48 östliche Länge
30 Längengrad in Stunden, Minuten und Sekunden Erddrehung: 360 in 24 h
31 Längengrad in Stunden, Minuten und Sekunden Erddrehung: 360 in 24 h Längengraddifferenzen werden oft im Zeitmaß angegeben:
32 Längengrad in Stunden, Minuten und Sekunden Erddrehung: 360 in 24 h Längengraddifferenzen werden oft im Zeitmaß angegeben: Gradmaß Zeitmaß h λ Grad 1 15 λ Zeitmaß λ Grad 15 λ Zeitmaß
33 Längengrad in Stunden, Minuten und Sekunden Erddrehung: 360 in 24 h Längengraddifferenzen werden oft im Zeitmaß angegeben: Gradmaß Zeitmaß h λ Grad 1 15 λ Zeitmaß λ Grad 15 λ Zeitmaß λ Görlitz-Nbg,B7 = 15 λ B7 = = min 41, 33 s
34 Längengrad in Stunden, Minuten und Sekunden Erddrehung: 360 in 24 h Längengraddifferenzen werden oft im Zeitmaß angegeben: Gradmaß Zeitmaß h λ Grad 1 15 λ Zeitmaß λ Grad 15 λ Zeitmaß λ Görlitz-Nbg,B7 = 15 λ B7 = = min 41, 33 s Bei uns steht die Sonne 15 min 41, 33 s später im Zenit als in Görlitz. Ortszeit!
35 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Äquatorsystem
36 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Himmelsgewölbe: Hohlkugel Äquatorsystem
37 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Himmelsgewölbe: Hohlkugel Himmelskugel Äquatorsystem
38 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Himmelsgewölbe: Hohlkugel Himmelskugel Wie auf der Erde: Positionen von Sternen durch Kugelkoordinaten. Äquatorsystem
39 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Himmelsgewölbe: Hohlkugel Himmelskugel Wie auf der Erde: Positionen von Sternen durch Kugelkoordinaten. Dazu wählt man: Äquatorsystem
40 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Himmelsgewölbe: Hohlkugel Himmelskugel Wie auf der Erde: Positionen von Sternen durch Kugelkoordinaten. Dazu wählt man: Pole bzw. Achse Äquator. Äquatorsystem
41 Die Himmelskugel Von der Erde aus sehen wir Sterne. Himmelsgewölbe: Hohlkugel Himmelskugel Wie auf der Erde: Positionen von Sternen durch Kugelkoordinaten. Dazu wählt man: Pole bzw. Achse Äquator. Nullmeridian Äquatorsystem
42 Äquatorsystem Ekliptikebene
43 Äquatorsystem Achse = Erdachse (Pfeil zeigt Richtung Polarstern) Ekliptikebene
44 Äquatorsystem Achse = Erdachse (Pfeil zeigt Richtung Polarstern) Nullmeridian? Ekliptikebene
45 Äquatorsystem Achse = Erdachse (Pfeil zeigt Richtung Polarstern) Nullmeridian? Problem: Erdrotation Ekliptikebene
46 Ekliptikebene Erdbahn um Sonne Ekliptik
47 Ekliptikebene Erdbahn um Sonne Ebene Ekliptikebene Ekliptik
48 Ekliptikebene Erdbahn um Sonne Ebene Ekliptikebene Erdachse zur Ekliptikebene geneigt Ekliptik
49 Ekliptikebene Erdbahn um Sonne Ebene Ekliptikebene Erdachse zur Ekliptikebene geneigt Winkel ε = 23, 44 ε Ekliptik
50 Ekliptik Schnittkreis Ekliptikebene mit Himmelskugel: Ekliptik Jahreszeiten
51 Ekliptik Schnittkreis Ekliptikebene mit Himmelskugel: Ekliptik Auf Himmelskugel: Bahn der Sonne Jahreszeiten
52 Ekliptik Schnittkreis Ekliptikebene mit Himmelskugel: Ekliptik Auf Himmelskugel: Bahn der Sonne Ekliptik und Himmelsäquator: 2 Schnittpunkte Jahreszeiten
53 Jahreszeiten Polarstern Frühlingspunkt Astronav.
54 Jahreszeiten Polarstern Frühlingspunkt Astronav.
55 Frühlingspunkt und Äquatorsystem Sonnenposition am Horizontalsystem
56 Frühlingspunkt und Äquatorsystem Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Horizontalsystem
57 Frühlingspunkt und Äquatorsystem Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Horizontalsystem
58 Frühlingspunkt und Äquatorsystem S Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Koordinaten eines Sternes S: Horizontalsystem
59 Frühlingspunkt und Äquatorsystem S Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Koordinaten eines Sternes S: Meridian durch S Horizontalsystem
60 Frühlingspunkt und Äquatorsystem S δ Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Koordinaten eines Sternes S: Meridian durch S δ Deklination Horizontalsystem
61 Frühlingspunkt und Äquatorsystem p S δ Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Koordinaten eines Sternes S: Meridian durch S δ Deklination p = 90 δ Poldistanz Horizontalsystem
62 Frühlingspunkt und Äquatorsystem α p S δ Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Koordinaten eines Sternes S: Meridian durch S δ Deklination p = 90 δ Poldistanz α Rektazension Horizontalsystem
63 Frühlingspunkt und Äquatorsystem α p S δ Sonnenposition am Frühlingspunkt Υ Nullmeridian des Äquatorsystems Koordinaten eines Sternes S: Meridian durch S δ Deklination p = 90 δ Poldistanz α Rektazension (δ, α) Sternkoordinaten von S im Äquatorsystem Diese Daten stehen in Astronomischen bzw. Nautischen Jahrbüchern Horizontalsystem
64 Horizontalsystem Erde Zeitmessung
65 Horizontalsystem Erde mit Standort Zeitmessung
66 Horizontalsystem Erde mit Standort Himmelskugel Zeitmessung
67 Horizontalsystem Z Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Zeitmessung
68 Horizontalsystem Z Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Zeitmessung
69 Horizontalsystem Z Pn Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Zeitmessung
70 Horizontalsystem Z Pn Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian Zeitmessung
71 Horizontalsystem Z S Pn Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian S Stern Zeitmessung
72 Horizontalsystem Z S Pn Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian S Stern Meridian von S Zeitmessung
73 Horizontalsystem Z S h Pn Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian S Stern Meridian von S h Höhe Zeitmessung
74 Horizontalsystem Z z S h Pn Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian S Stern Meridian von S h Höhe z Zenitdistanz Zeitmessung
75 Horizontalsystem Z z Pn S h a Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian S Stern Meridian von S h Höhe z Zenitdistanz a Azimut Zeitmessung
76 Horizontalsystem Z z Pn S h a Erde mit Standort Himmelskugel Z Zenit Horizont Pn nördlicher Himmelspol Himmelsmeridian S Stern Meridian von S h Höhe z Zenitdistanz a Azimut (h,a) Sternkoordinaten von S im Horizontalsystem Zeitmessung
77 Zeitmessung
78 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne
79 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne
80 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ
81 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne
82 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne
83 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem Unterschied keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne WOZ MOZ 16 min
84 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma
85 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s
86 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s 24 Zeitzonen Breite = = 15
87 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s 24 Zeitzonen Breite = = 15 UT = MOZ 0 Ortszeit von Greenwich
88 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s 24 Zeitzonen Breite = = 15 UT = MOZ 0 Ortszeit von Greenwich MEZ = UT 1 h = MOZ 15 Ortszeit von Görlitz
89 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s 24 Zeitzonen Breite = = 15 UT = MOZ 0 Ortszeit von Greenwich MEZ = UT 1 h = MOZ 15 Ortszeit von Görlitz Allgemein: λ = (UT MOZ λ ) 15
90 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s 24 Zeitzonen Breite = = 15 UT = MOZ 0 Ortszeit von Greenwich MEZ = UT 1 h = MOZ 15 Ortszeit von Görlitz Allgemein: λ = (UT MOZ λ ) 15 λ Görlitz λ B7 = = 15 min 41, 33 s
91 Zeitmessung Sonnentag = ein Umlauf der (wahren) Sonne 12h = obere Kulmination (Höchststand) der Sonne WOZ λ (wahre Ortszeit), konstant auf Meridian λ Problem keine gleichmäßige Kreisbewegung der Sonne MOZ λ Ortszeit der mittleren Sonne Unterschied WOZ MOZ 16 min Zeitgleichung WOZ MOZ = z Analemma z = 9 min 55 s 24 Zeitzonen Breite = = 15 UT = MOZ 0 Ortszeit von Greenwich MEZ = UT 1 h = MOZ 15 Ortszeit von Görlitz Allgemein: λ = (UT MOZ λ ) 15 λ Görlitz λ B7 = = 15 min 41, 33 s WOZ B7 = MOZ B7 + z = MEZ + 15 min 41, 33 s + z Sternzeit Beispiel
92 Beispiel Wann steht heute, am , an der Pilotystraße die Sonne im Zenit?
93 Beispiel Wann steht heute, am , an der Pilotystraße die Sonne im Zenit? WOZ B7, = 12 h
94 Beispiel Wann steht heute, am , an der Pilotystraße die Sonne im Zenit? WOZ B7, = 12 h Formel: WOZ B7 = MEZ + 15 min 41, 33 s + z
95 Beispiel Wann steht heute, am , an der Pilotystraße die Sonne im Zenit? WOZ B7, = 12 h Formel: WOZ B7 = MEZ + 15 min 41, 33 s + z MEZ = WOZ 15 min 41, 33 s z = 12 h 15 min 41, 33 s 9 min 55 s = 11 h 34 min 23, 67 s
96 Sternzeit mittlerer Sonnentag Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen der mittleren Sonne
97 Sternzeit mittlerer Sonnentag Sterntag Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen der mittleren Sonne Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen des Frühlingspunktes
98 Sternzeit mittlerer Sonnentag Sterntag Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen der mittleren Sonne Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen des Frühlingspunktes eine Umdrehung der Erde 1 Sonnenjahr = 365, 25 So.Tage = (365, ) Sterntage
99 Sternzeit mittlerer Sonnentag Sterntag Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen der mittleren Sonne Zeitraum zwischen 2 oberen Kulminationen des Frühlingspunktes eine Umdrehung der Erde 1 Sonnenjahr = 365, 25 So.Tage = (365, ) Sterntage 1So.Tag 1 Sterntag + 4 min
100 Sternzeit and der Pilotystraße am um 11 h (MEZ) ϑ B7,11 h, = ϑ 0 + λ Zeit + 11 h = 19, = 19 h 29 min 21, 97 s 24 h 23 h + 56 min
101 Analemma über dem Tempel von Delphi an 38 Tagen zwischen dem 2.2. und jeweils 8 h OEZ Zeitmessung
102 Hyperbel Gleichung: x 2 a 2 y 2 b 2 = 1
103 Hyperbel Gleichung: x 2 a 2 y 2 b 2 = 1 Brennpunktgl.: PF 1 PF 2 = 2a
104 Hyperbel Gleichung: x 2 a 2 y 2 b 2 = 1 Brennpunktgl.: PF 1 PF 2 = 2a Anwendung: Loran=long range navigation GPS=global positioning system
105 Die Rotationskörper der Hyperbel einschaliges Hyperboloid zweischaliges Hyperboloid
106 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 F 1
107 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P F 2 F 1
108 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P Auf Schiff bekannt: Signal S i trifft zur Uhrzeit t i bei P an F 1
109 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 F 1 Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P Auf Schiff bekannt: Signal S i trifft zur Uhrzeit t i bei P an t = t 2 t 1 = T 2 T 1
110 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 F 1 Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P Auf Schiff bekannt: Signal S i trifft zur Uhrzeit t i bei P an t = t 2 t 1 = T 2 T 1 v T i = F i P (Geschw. Zeit = Weg)
111 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 F 1 P Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P Auf Schiff bekannt: Signal S i trifft zur Uhrzeit t i bei P an t = t 2 t 1 = T 2 T 1 v T i = F i P (Geschw. Zeit = Weg) F 2 P F 1 P = v (T 2 T 1 ) = v t
112 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 F 1 P Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P Auf Schiff bekannt: Signal S i trifft zur Uhrzeit t i bei P an t = t 2 t 1 = T 2 T 1 v T i = F i P (Geschw. Zeit = Weg) F 2 P F 1 P = v (T 2 T 1 ) = v t Schiff auf Hyperbel mit Brennpkten F i und a = v t 2
113 Loran Schiff mit unbekannter Position P empfängt Signale S 1, S 2 von zwei Sendern F 1, F 1 F 2 F 1 P Auf Schiff nicht bekannt: T i = Zeit des Signals S i von F i P Auf Schiff bekannt: Signal S i trifft zur Uhrzeit t i bei P an t = t 2 t 1 = T 2 T 1 v T i = F i P (Geschw. Zeit = Weg) F 2 P F 1 P = v (T 2 T 1 ) = v t Schiff auf Hyperbel mit Brennpkten F i und a = v t 2 Zur Ortsbestimmung mehrere Signale bzw. Hyperbeln nötig
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