Einführung in die Astronomie und Astrophysik I

Transkript

1 Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Teil 1 Jochen Liske Hamburger Sternwarte jochen.liske@uni-hamburg.de

2 Präliminarien: Kontakt Web: STINE Sprechstunde: nach Vereinbarung (entweder an der Sternwarte in Bergedorf oder vor der Vorlesung an der Jungiusstr.) Übungsgruppenleiter: Jochen Liske Andreas Schweitzer

3 Präliminarien: Was, wo und wann? Vorlesung: Do 14:15 15:45 HS II Übungen: 2 Gruppen Do 16:00 17:15 HS II (Liske) und HS III (Schweitzer) Übungszettel und Besprechung Aktive und regelmäßige Teilnahme Bonuspunkte Start: Aufteilung in Gruppen am Ende der nächsten Vorlesung

4 Präliminarien: Leistungsnachweis Benotete Modulabschlussklausur / Prüfungsklausur: Do, , 10:00 12:00, HS III 2. Termin: Di, , 10:00 12:00, HS II Anmeldung erforderlich 3 Versuche möglich Prüfungsstoff orientiert sich an den Übungszetteln Benotung: Punktzahl Note < 50% Nicht bestanden % 4, % 3, % 3, % 1,3 95% 1,0

5 Präliminarien: Leistungsnachweis Bonus: Voraussetzung: aktive und regelmäßige Teilnahme an den Übungen Präsentation von mindestens 2 Lösungen von Übungsaufgaben Bonus wird gewährt, wenn 60 % der für die Übungsaufgaben zu vergebenen Punkte erreicht worden sind Bonus besteht aus: Klausurpunktzahl 50%? Note + 0,3 Klausurpunktzahl < 50%? Bis zu 20 Prozentpunkte (linear abhängig von der erreichten Punktzahl für Übungsaufgaben), maximal erreichbare Note = 3,7

6 Präliminarien: Literatur Folien In STINE Kein Ersatz für Lehrbücher! Astronomie und Astrophysik Weigert, Wendker & Wisotzki Wiley-VCH, 5. Auflage, 2009 Der neue Kosmos Unsöld & Baschek Springer, 7. Auflage, 2004 Abriss der Astronomie Voigt, Hrsg. Röser & Tscharnuter Wiley-VCH, 6. Auflage, 2012

7 Themen Einstieg: Was ist Astrophysik? Koordinatensysteme Astronomische Zeitrechnung Sonnensystem Gravitation Die Keplerschen Gesetze Strahlung Teleskope Planeten Sternaufbau Sternentstehung Sternentwicklung Sternhaufen Interstellare Materie Die Exoten: Neutronensterne und Schwarze Löcher

8 Ausblick: Themen in EA&A II Die Milchstraße Die Lokale Gruppe Galaxien Aktive Galaktische Kerne Galaxienhaufen Intergalaktische Materie Kosmologie

9 Einstieg: Was ist Astronomie?

10 Einstieg: Was ist Astronomie? Eine der ältesten Wissenschaften der Welt Alle frühen Hochkulturen (Babylonier, Ägypter, Chinesen, Inder, Maya,...) führten Beobachtungen des Nachthimmels durch. Kalender Zeitmessung Religiöse Aspekte Grosser Stellenwert in der Antike (z.b. Griechenland, islamische Welt) Erste Experimente Entwicklung von Weltbildern Frühe Form moderner Wissenschaft Frühe Neuzeit Positionsastronomie Zeitmessung für die Seefahrt Entwicklung zur Astrophysik im Jahrhundert

11 Begrifflichkeiten: historische Entwicklung Astrologie Astronomie Astrophysik

12 Begrifflichkeiten: heute Astrologie Astrophysik Astronomie Unterscheidung zwischen Astronomie und Astrophysik heute: Kein einheitlicher Gebrauch Beobachtung vs Theorie? Klassisch vs modern? Weitestgehend irrelevant!

13 Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt

14 Credit: NASA

15 Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde

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17 Credit: ESO

18 Das Sonnensystem

19 Mond Credit: G.H. Revera

20 Sonne Credit: NASA / SDO / AIA / GSFC

21 Planeten hier: Saturn Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

22 Zwergplaneten hier: Pluto Credit: NASA / JHUAPL / SwRI

23 Kometen Credit: ESA / Rosetta / NAVCAM

24 Dimensionen Das Sonnensystem im Maßstab 1:10 9 (1000 km 1 mm): Sonne: 1.4 m Merkur: Erbse (0.5 cm ) in 60 m Entfernung Venus: Haselnuss (1.2 cm ) in 110 m Erde: Haselnuss (1.3 cm ) in 150 m Mars: Erbse (0.69 cm ) in 230 m Jupiter: Apfelsine (14 cm ) in 800 m Saturn: Apfelsine (12 cm ) in 1.4 km Uranus: Mandarine (5 cm ) in 3 km Neptun: Mandarine (5 cm ) in 4.5 km

25 Dimensionen Planetenpfad an der Hamburger Sternwarte in Bergedorf Förderverein Hamburger Sternwarte e.v. (FHS) 25

26 Dimensionen im Sonnensystem Radius Erde: R = 6382 km Radius Sonne: R = km = 109 R Radius Jupiter: RJup = km = 11 R Entfernung Erde-Sonne: ~ km = 1 AU = 215 R Entfernung Sonne-Jupiter: 5.2 AU Entfernung Sonne-Pluto: 39.5 AU

27 Credit: ESO Exoplaneten

28 Interstellare Materie Credit: NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

29 Credit: ESA/Hubble & NASA

30 Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

31 Sterne Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

32 Explosionen! Credit: NASA, ESA and Allison Loll / Jeff Hester (Arizona State University)

33 Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Sternhaufen

34 Galaxien Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Davide de Martin and Robert Gendler

35 Galaktische Dimensionen Entfernung zum nächsten Stern (Proxima Cen): 4.22 Ly ~ 1.3 pc ~ AU ~ km 1 Ly = km, 1 pc = km Entfernung zum Zentrum der Milchstraße: ~8 kpc Durchmesser der Milchstraße: ~30 kpc

36 Galaxien Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

37 Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

38 Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and K. Noll (STScI)

39 Galaxienhaufen Credit: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI)

40 Das Universum Credit: NASA, ESA; S. Beckwith and the HUDF Team

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42 Extragalaktische Dimensionen Entfernung zu den Magellanschen Wolken: ~50 kpc Entfernung zur Andromeda Galaxie: ~800 kpc Größe der Lokalen Gruppe (Galaxienhaufen): ~1.4 Mpc Entfernung zum Virgo Haufen (Zentrum des Lokalen Superclusters): ~16 Mpc Entfernung zum entferntesten, je beobachteten Objekt (Gn-z11, z = 11.1): ~4.1 Gpc (Lichtlaufzeit) Sichtbares Universum: ~4.2 Gpc (Lichtlaufzeit)

43 Kosmologie Credit: NASA / WMAP Science Team

44 Der Urknall Credit: ESA, Planck Collaboration

45 Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde

46 Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde Sehr viele Teilbereiche, viele mögliche Unterteilungen Theorie, Beobachtung, Instrumentierung, Laborexperiment

47 Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde Sehr viele Teilbereiche, viele mögliche Unterteilungen Theorie, Beobachtung, Instrumentierung, Laborexperiment Nach Wellenlänge: Optisch, Infrarot, Radio, Röntgen, Nach Methode: Photometrie, Spektroskopie, Astrometrie, Interferometrie, Nach Entfernung: Galaktisch, Extragalaktisch, Kosmologie Nach Objekt: Sonne, Planeten, Sterne, Galaxien, Schwarze Löcher, Nach Physik: Strahlungsprozesse, Hydrodynamik, Gravitation, Viele Überschneidungen mit anderen Teildisziplinen der Physik Atomphysik, Nuklearphysik, Teilchenphysik, Gravitationsphysik, Alle 4 fundamentalen Wechselwirkungen spielen in der Astrophysik eine Rolle und mit anderen Naturwissenschaften Chemie, Mathematik, Informatik,, und neuerdings: Biologie Sehr starker Bezug zum technologischen Fortschritt

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52 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht)

53 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht)

54 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht)

55 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht)

56 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen!!! Elektromagnetische Strahlung (Licht)

57 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen!!! Elektromagnetische Strahlung (Licht)

58 Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht)

59 Das elektromagnetische Spektrum

60 Das elektromagnetische Spektrum

61 Credit: ESO Credit: NASA

62 Astronomie warum?

63 Astronomie warum? Astronomie: liefert Kontext und setzt uns in Beziehung zum Rest des Universums berührt fundamentale Fragen unserer Existenz ist vergleichsweise günstig führt bisweilen zu technischen Neuerungen von breitem Interesse