Physik-Skript. Teil IV Astrophysik. Melanchthon-Gymnasium Nürnberg

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1 Physik-Skript Teil IV Astrophysik Melanchthon-Gymnasium Nürnberg

2 Volker Dickel 3. überarbeitete Auflage, überarbeitete Auflage, Auflage 2011

3 Inhaltsverzeichnis 1. ASTRONOMISCHE BEOBACHTUNGSOBJEKTE BEWEGUNG DER ERDE EIGENROTATION DER ERDE Tag und Nacht Geographisches Koordinatensystem Zeitzonen und das Längengradproblem Erd- und Sternzeit Rotationsachse und Himmelspole Scheinbare Bewegung der Sterne BEWEGUNG DER ERDE UM DIE SONNE Jahreszeiten Konsequenzen für die Himmelsbeobachtung ASTRONOMISCHE KOORDINATENSYSTEME Horizontsystem Äquatorialsystem OBERE UND UNTERE KULMINATION DER SCHEINBARE LAUF DER SONNE DIE PLANETEN DES SONNENSYSTEMS SCHLEIFENBAHNEN DER PLANETEN BESTIMMUNG DER UMLAUFDAUER BESTIMMUNG DES ABSTANDS BESTIMMUNG DES DURCHMESSERS BEWEGUNGSGESETZE (HIMMELSMECHANIK) DAS GRAVITATIONSGESETZ Bestimmung der Gravitationskonstante Zusammenhang zwischen F = m g und dem allgemeinen Gravitationsgesetz Bestimmung der Erdmasse Potentielle Energie im Gravitationsfeld DIE KEPLERSCHEN GESETZE Ellipsensatz (Kepler 1) Flächensatz (Kepler 2) Verhältnis von Abstand und Umlaufzeit (Kepler 3) AUSGEWÄHLTE PROBLEMSTELLUNGEN Massenbestimmungen Entfernungsbestimmungen Bestimmung der astronomischen Einheit Interplanetare Raumsonden DIE SONNE VERMESSUNG DER SONNE SONNENSPEKTRUM ENERGIEABSTRAHLUNG UND OBERFLÄCHENTEMPERATUR Solarkonstante Leuchtkraft der Sonne Strahlungsgesetze und Bestimmung der Oberflächentemperatur ENERGIEFREISETZUNG IM INNEREN DER SONNE Energiebilanzen bei Kernfusionen Kernfusionsprozesse beim Wasserstoffbrennen Masseverlust der Sonne Bedingungen der Kernfusion AUFBAU DER SONNE SONNENAKTIVITÄT WEITERE ENTWICKLUNG DER SONNE (AUSBLICK)... 38

4 6. STERNE TRIGONOMETRISCHE ENTFERNUNGSBESTIMMUNG Winkelgrößen und Winkelmaße Trigonometrische Funktionen Jährliche trigonometrische Parallaxe Die Parallaxensekunde Messung der Parallaxe p Entfernungsbestimmung mit Hilfe der Parallaxe BEWEGUNG VON STERNEN Der Doppler-Effekt Geschwindigkeiten STERNHELLIGKEITEN Das psychophysische Grundgesetz Die scheinbare Helligkeit Die absolute Helligkeit Zusammenhang zwischen absoluter Helligkeit und Leuchtkraft STERNSPEKTREN Zusammenhang zwischen Farbe, Oberflächentemperatur, Leuchtkraft und Sternenradius Bestimmung von Sternradien Spektralklassen Zusammenfassung HERTZSPRUNG-RUSSELL-DIAGRAMM (HRD) Leuchtkraftklassen Spektroskopische Entfernungsbestimmung STERNMASSEN Doppelsterne Masse-Leuchtkraft-Beziehung Massenbestimmung von Einzelsternen EXTRASOLARE PLANETENSYSTEME STERNENTWICKLUNG PHASE 1: STERNENTSTEHUNG PHASE 2: HAUPTREIHENSTADIUM PHASE 3: ROTE RIESEN UND PULSATIONSVERÄNDERLICHE PHASE 4: DAS ENDE EINES STERNS Endzustände Masseverlust beim Sternentod GALAXIEN KLASSIFIKATION KUGELSTERNHAUFEN IN DER MILCHSTRAßE ROTATIONSKURVEN VON GALAXIEN ENTFERNUNGSBESTIMMUNG Delta-Cepheiden Supernovae Ia GRÖßE VON GALAXIEN GALAXIENHAUFEN KOSMOLOGIE GALAXIENFLUCHT DIE EXPANSION DES UNIVERSUMS ALTER DES UNIVERSUMS GEOMETRIE DES UNIVERSUMS... 76

5 ANHANG: QUANTEN-, ATOM- UND KERNPHYSIK QUANTENTHEORIE ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG Wellencharakter elektromagnetischer Strahlung Teilchencharakter elektromagnetischer Strahlung Welle-Teilchen-Dualismus der elektromagnetischen Strahlung MATERIELLE TEILCHEN UND MATERIESTRAHLUNG Teilchencharakter materieller Quantenobjekte Wellencharakter materieller Quantenobjekte Der Welle-Teilchen-Dualismus der Materie VERHALTEN VON QUANTENOBJEKTEN Wellencharakter und Statistik Die Heisenbergsche Unschärferelation SPEZIELLE QUANTENEFFEKTE Die Schrödinger-Gleichung Quantenobjekte in gebundenen Zuständen Potentialtopf Tunneleffekt ATOMPHYSIK DAS WASSERSTOFF-ATOM Energiespektrum des H-Atoms Aufnahme und Abgabe von Energie Spektralserien WECHSELWIRKUNG VON STRAHLUNG MIT ATOMEN UND MOLEKÜLEN Resonanzabsorption Resonanzabsorption-Fluoreszenz Photoeffekt Compton-Effekt Rayleigh-Streuung Umwandlung in innere Energie MEHRELEKTRONENSYSTEME Die chemischen Elemente Quantenzahlen und das Pauli-Prinzip Das Schalenmodell Der Aufbau des Periodensystems Emissionsspektren SPEZIELLE EFFEKTE Aufspaltung von Spektrallinien im Magnetfeld (Zeeman-Effekt) Linienbreite STRAHLUNGSGESETZE KERNPHYSIK AUFBAU DES ATOMKERNS Streuversuche Entdeckung des Atomkerns Konstituenten des Atomkerns Die Nuklidkarte Die atomare Masseneinheit Massendefekt und Bindungsenergien Quantenmechanisches Kernmodell KERNUMWANDLUNGEN UND RADIOAKTIVE STRAHLUNG Zerfallsprozesse Wechselwirkung radioaktiver Strahlung mit Materie KERNFUSION Exotherme und endotherme Reaktionen Beispiel eines Fusionsprozesses INDEX

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