Das System Erde - Mond

Transkript

1 Das System Erde - Mond Mond Steht groß am Himmel Man kann mit dem bloßen Auge bereits Details erkennen Mondgesicht Krater Mond zeigt deutlich zu beobachtende Phasen

2 Entstehung der Mondphasen Mond dreht sich um die Erde Zeitraum 1 Monat Wird in dieser Zeit von der Sonne um verschiedene Seiten angestrahlt (siehe links)

3 Mond wann beobachten Nicht bei Vollmond, kein Kontrast Viertelmond, Halbmond sind gut geeignet

4 Halbmondbilder, Krater (Hobbyaufnahme)

5 Mondkrater Nasabilder

6 Krater warum so viele auf dem Mond? Mond hat keine Atmosphäre Nichts, was kleine Steine abbremst Daher: jeder Gesteinsbrocken verursacht einen Krater Auf Erde: Durch die Luft der Erdatmosphäre verglühen kleine Steinchen/Staubkörner Sternschnuppen!

7 Krater - Entstehung Krater entstehen, wenn kleine (oder große) Gesteinsbrocken auf eine Oberfläche auftreffen Geschwindigkeit dieser Gesteine ist im Weltall sehr groß, Vergleichbar: Stein wird mit Wucht auf Sand geschleudert

8 Krater auf der Erde Auf dem MondNördlinger Ries Auch auf der Erde finden sich Krater Sehr viel weniger als auf dem Mond (Atmosphäre) Mond ist von Kratern übersäht (Mikrokrater) Krater im Krater

9 Einfluß des Mondes auf die Erde Gezeiten Mond verursacht auf unserer Erde Ebbe und Flut Aber wie? Flut kommt am Tage zweimal, nicht nur einmal Genauer Verlauf von Ebbe und Flut zeigt, daß dabei der Mond nicht unbedingt am Horizont stehen muss.. Wie hängt das alles jetzt also zusammen?.

10 System Erde - Mond Der Mond umkreist nicht nur die Erde, auch der Mond fällt um die Erde. Konsequenz aus: 2 Massen ziehen sich gegenseitig an Mond und Erde rotieren gemeinsam um das gemeinsame Schwerezentrum des Systems Erde Mond:

11 Die Gezeiten Sie werden verursacht durch die Gravitationswirkung von Mond und Sonne auf die Erde Erde und Mond rotieren um den gemeinsamen Schwerpunkt S. Die Eigenrotation der Erde brauchen wir erstmal nicht beachten S

12 Die Gezeiten Für den das gemeinsame Schwerezenztrum gilt:die Fliehkraft (Zentripedalkraft) ist so groß wie die Anziehungskraft des Mondes: FZentri = FGrav Die Gravitationskraft des Mondes auf die Punkte der Erdoberfläche ist wegen der unterschiedlichen Entfernung zum Mond unterschiedlich groß: Auf der Abgewandten Seite ist sie kleiner als auf der mondzugewandten Seite Die notwendige Kraft wird von der Oberflächenspannung des erhöhten Wassers oder von den Scherkräften der gedehntenist Die Zentipedalkraft Erdkruste aufgebracht: Stets gilt FGrav + FErde FZentri nun= um so größer, je weiter sie vom Drehzentrum entfernt ist Steffen Schwientek Große 61169Flutberge Friedberg EsKlostergasse entstehen5zwei Tel: 06031/ schwientek@web.de Fluttäler und zwei

13 Gezeiten Es entstehen also immer ein "Fliehkraftberg" "Anziehungsberg" Vorsicht aber: Was wir hier gezeigt haben, sind nur die Kräfte, die wirken Das Wasser folgt einfach diesen Kräften(zeitverzögert)

14 Die Gezeiten weitere Auswirkungen Die Rotation der Erde um ihre eigene Achse bewirkt wegen der auftretenden Reibung ein Verdrehen der Flutberge. Die Gezeitenreibung bremst die Erdrotation um ca. 2 ms in 100 Jahren ab: Die Tage werden immer länger F1 F2 Die Gravitationswirkung F1des Flutberges beschleunigt den Mond auf seiner Bahn; F2 bremst ihn. Die Wirkung von F1 ist größer. Der Abstand Erde-Mond vergrößert sich jährlich um 1,5 cm.

15 Gezeiten gebundene Rotation Beim Mond: Gebundene Rotation Schicksal droht auch irgendwann der Erde Mond zeigt uns immer die gleiche Seite zu Erdmonat = Erdtag ist der Stabile Endzustand Gezeitenkräfte sorgen für Schaltsekunden, welche manchmal am Ende eines Jahres wieder eingeführt werden müssen

16 Gezeiten weitere Auswirkungen Die Gezeiten verursachen Kräfte, welchen das Wasser einfach folgt: Ebbe und Flut Zeitverzögert, schließlich liegen die Kontinente im weg Gezeitenkräfte wirken aber auch im Gestein Erde wird im Monat insgesamt um 20-30cm "durchgewalkt" Aufheizung des Gesteins Bei der Erde vernachlässigbar wenig, das Erdinnere ist heiß durch radioaktive Isotope, nicht durch Gezeitenkräfte des Mondes

17 Gezeitenkräfte Jupitermond Io Jupiter ist wesentlich schwerer als die Erde Abstand Jupiter Io ist etwa der gleiche wie Ede Mond Gezeitenkräfte sind wesentlich größer (Faktor 6000 gegenüber Erde-Mond) Starker Vulkanismus ist die Folge

18 Vulkanismus auf Io

19 Gezeitenkräfte auf dem Saturn: Saturnringe Sind die Gezeitenkräfte zu stark, können sie massive Monde vollständig zerstören: Saturnring: In einem Abstand von 2-3 Planetendurchmessern kann wegen den Gezeiten kein großer Mond bestehen bleiben!

20 Gezeitenkräfte: Galaxien file:///mnt/hda1/gmx/astronomie/astrovortrag%20-%20tag%202/ngc4676.jpg

21 Reise durch das Planetensystem

22 Merkur Bild: Raumsonde MESSENGER am 14. Januar Vorheriger Besuch: Mariner Grund: Sonnennächster Planet: Sonnenwind, Temperaturen Gefahren für die Raumsonde

23 Merkur Hat einen Durchmesser von 4887 km Sonnen nächster Planet Merkur Gott des Handels Alternativer Name: Götterbote Hermes Aufbau ähnlich der Erde: feste Oberfläche, flüssiger Kern

24 Merkur - Krater Merkur ist kraterübersäht Keine Atmosphäre! Hohe Tagestemperaturen: 400 C Tiefe Nachttemperaturen: -100 C nachts

25 Merkur Besondere Bedeutung für Relativitätstheorie Merkurs Bahnbewegung läßt sich mit Newtons Gravitationstheorie nicht erklären Bahnwegung Merkurs diente als ein Nachweis für Einsteins allgemeine Relativitätstheorie Einsteins Relativitätstheorie erklärt Merkurbahn, Newtons Theorie nicht

26 Venus Zweiter Planet des Sonnensystems Wolkenüberzogen 0,72 AE von der Sonne entfernt Rechts eine Venusaufnahme in echtfarben Erdähnlicher Planet, fast so groß wie die Erde 12103km durchmesser

27 Venus Temperatur am Boden sehr hoch: knapp 500 Tags wie nachts! Dichte Atmosphäre CO2 Teibhauseffekt hitzt Planeten auf! Rechts: Oberfläche Venus, aufgenommen von der Magellan Raumsonde

28 Venus - Treibhauseffekt Treibhauseffekt wird bei der Venus sowohl durch das CO2 als auch durch Schwefeldioxid und Wasserdampf

29 Venus gigantische Windgeschwindigkeiten Hohe Albedo Viel Licht wird von der Atmosphäre direkt ins Weltall zurückgestreut Planet also sehr hell Windgeschwindigkeiten 360km/h am Äquator Venus Express (Raumsonde) untersucht diese Winde zur Zeit

30 Venus beobachten von der Erde Als innerer Planet ist die Venus nie die ganze Nacht zu sehen Entweder am Morgen Oder am Abend Zur Zeitpunkt des Kurses (Februar 2007) ist die Venus als Abendstern sichtbar

31 Erde Am besten bekannter Planet Besonderheit: Wasser Gasförmig (Wolken) Flüssig (Ozean) Fest (Eis, Antarktis) Leben in Hülle und Fülle Bislang einzigartig im Weltall

32 Erde - Mond Erde bietet mit dem Mond ein System, das für Gezeiten verantwortlich ist Mehr Informationen über die Erde in VHS Kurs Meteorologie! VHS Kurs Geologie!

33 Mars Benannt nach dem Kriegsgott Mars Rötliche Färbung Rost (Eisenoxid) Erdähnlicher Planet Eis (zumeist Kohlendioxideis) Polkappen

34 Mars ein Blick durch ein Teleskop

35 Mars - Vulkane Mars besitzt den größten Vulkan im Sonnensystem: Olympus Mons Höhe 26,4km (Fuß des Berges bis zum Gipfel) Durchmesser 600km Vulkantyp: Schildvulkan Ähnlich dem Mauna Kea (Hawaii) Ähnlich dem Vogelsberg

36 Weshalb Vulkanismus Hitze im inneren Hervorgerufen durch Radioaktivität Sucht sich ein Ventil durch die Oberfläche (Vulkan) Mars kennt keine Kontinentalplatten Weniger Erdbeben als auf der Erde Mars ist zwar im inneren flüssig, hat aber eine dicke feste Erdkruste

37 Vulkan - Detailansicht Mars wurde von vielen Raumsonden angeflogen Mars Reconnaissance Orbiter (umkreist z.zt den Mars Mars-Express (umkreist z.zt ebenfalls den Mars Mars ist daher vollständig kartographiert und als 3D Bild zur Verfügung: Rechts eine Detailansicht von der Abbruchkante Steffen Schwientek Große Klostergasse Friedberg des5vulkans

38 Mars Atmosphäre Besteht größtenteils aus CO2 Sehr dünn Mars wäre auch nicht in der Lage, eine dichte Atmosphäre zu halten Er ist zu leicht! Temperaturen erreichen am Äquator 20 C Leben auf dem Mars möglich? Wasser

39 Mars - Wasser Mars Sedimente Mars Flußsystem Aber: Kein Wasser mehr auf dem Mars vorhanden

40 Erklärung Mars ist zu leicht, um eine Atmosphäre zu halten Flüssiges Wasser hat Flußbetten und Sedimentstrukturen hinterlassen Flüssiges Wasser ist verdunstet Dünne Marsatmosphäre konnte den Wasserdampf nicht halten Wasser einfach ins Weltall verschwunden Teil des Wassers kann auch in die Polkappen im gefrorenen Zustand gebunden sein (Polkappen bestehen aber größtenteils aus Kohlendioxideis)

41 Mars - Nordpol Pole bestehen hauptsächlich aus CO2 CO2 gefroren sublimiert CO2 kennt keinen flüssigen Zustand

42 Marsoberfläche Auf dem Mars sind schon viele Sonden gelandet Bekannteste Sonde: Pathfinder Mission Landemodul Sojourner Untersucht rechts einen großen Stein!

43 Furcht und Schrecken Mars hat 2 kleine Monde Phobos (Furcht) Deimos (Schrecken) Nicht kugelförmige Gestalt der Monde: Kein Zufall! Gravitation zwingt nur große Körper zur Kugel Kleine Objekte können beliebig geformt sein!

44 Reich der Gasriesen Alle Planeten bislang hatten: Feste Oberfläche Alle Planeten nach Mars bestehen aus Gas Haben viele Monde Haben keine feste Oberfläche Sind wesentlich größer als die Erde

45 Jupiter im eigenen Teleskop

46 Jupiter (von Raumsonden aus gesehen) Der größte Planet im Sonnensystem! km! Benannt nach dem römischen Göttervater Jupiter Bestehend aus Gas (Wasserstoff und Helium) Wolkenbänder sind zu analysieren Stürme

47 Jupiter mit Monden ein kleines Sonnensystem Jupiter mit 4 galileischen Monden

48 Jupiter eine kleine Sonne? Jupiter gibt mehr Energie ans Weltall ab, als er von der Sonne empfängt Jupiter ist aber keine Sonne Wie das? Es findet keine Kernfusion statt (siehe Vortrag nächste Woche) Aber: Jupiter gewinnt Energie durch Gravitationsenergie: Schwere Teile sinken immer noch in richtung Zentrum und setzen so Wärme frei Gas komprimiert sich adiabatisch Wärme wird frei

49 Jupiter Wolkenstrukturen Wolken zeigen Stürme und Winde an Meiste Strukturen verschwinden nach wenigen Tagen Große rote Fleck Sturm (hält sich seit über 400 Jahren!) Windgeschwindigkeiten bis zu 1000km/h

50 Jupiterstürme Hervorgerufen durch differentielle Rotation Beständige Wirbelstürme sind Folge Jupiter rotiert am Äquator schneller als an den Polen! Großer rote Fleck Wirbelstürme zeigen tiefere Gasschichten: Rote Farbe: phosphorreiches Gas

51 Jupiter Masse Jupiter ist so schwer,er bringt selbst die Sonne zum taumeln: Gem. Schwerezentrum:1 Sonnenradius außerhalb der Sonne Ist dadurch auch wichtig für die inneren Planeten: Lenkt größere äußere Himmelskörper ab Gefahr einer Kollision im inneren Sonnensystem wird geringer

52 Interessanter Jupitermonde Galileische Monde Io, Europa, Callisto, Ganymed Neben den 4 großen Moden hat Jupiter noch mind. 59 weitere Monde Mond Ganymed: größter Mond im Sonnensytem Io: Mond mit heftigen Vulkanismus

53 Jupitermond Europa Oberflächentemperatur -160 Aber: Ein Ozean aus Wasser wird unter dem Eispanzer vermutet Oberfläche: Eis Kaum Krater! (Krater werden vom flüssigen Wasser verdrängt) Also: riesiger Wassersee unter der Oberfläche

54 Europa - Impressionen

55 Leben auf Europa? Interessante frage, unter dem Eispanzer könnte tatsächlich Leben existieren Bei uns auf der Erde kennen wir ähnliche Orte, an denen dann Leben existiert Auf der Erde will man daher im Wostok See (unterirdischer See tief unter dem Eispanzer Antarktis) nach Leben bohren

56 Saturn Herr der Ringe Markanteste Merkmal: Ringe Gasriese (daher viele Ähnlichkeiten mit Jupiter) Besteht hauptsächlich aus Wasserstoff Differentielle Rotation Rotiert am Äquator schneller als am Pol Gewinnt Energie durch Kompression von Gasen Schwimmt in einem genügend großen Ozean Hat eine Dichte von 0,7g/ cm^3

57 Saturn im kleinen Teleskop

58 Saturnringe Ringe bestehen aus Eisbrocken, Gesteinen und gefrorenen Gasklumpen Ringe zeigen eine komplexe Struktur: rechts Speichen

59 Saturnring mit Hirtenmonde Komplexe Systeme sind das resultat aus Gezeitenkräften und resonanzphänomenen Kleinere Monde stehen häufig in ganzzahligen Verhältnissen ihrer Umlaufzeiten zueinander

60 Saturnmond Titan Titan: zweitgrößter Mond im Sonnensystem Größer als Merkur! Hat eine Methanhaltige Atmosphäre Möglichkeit für Leben?

61 Titan unterhalb der Atmosphäre Raumsonde ist auf Titan gelandet: Bild links Ozeane aus flüssigem Methan, Niederschläge Erosion Feste Bereiche aus Stein und gefrorenem Methan

62 Titan Leben möglich? Tiefe Temperaturen Aber: Ozeane, Niederschläge sorgen für Verwitterungsspuren ähnlich der der Erde Aber sehr kalt: Nur Methan wird flüssig Methan ist aber ein sehr einfaches Gas

63 Uranus

64 Uranus -Besonderheit Rotationsdauer: 17h 14min Aber: Rotationsachse 98 zur Bahnneigung geneigt! "Tage" sind etwa halb so lang wie die Umlaufdauer! Grund: unbekannt Kollision mit einem anderen Planeten?

65 Neptun Äußerster Planet Umlaufdauer: 165 Jahre Zeigt ähnlich komplexes Wolkenband wie Jupiter Großer blauer Fleck

66 Mond Triton

67 Triton Eigenschaft Triton rotiert entgegen der Bahnrichtung um seine eigene Achse. Vielleicht ein Anzeichen für eine größeres Ereignis in der Vergangenheit am äußeren Rand des Sonnensystems?

68 Weitere Objekte im Sonnensystem Neben den großen Himmelskörpen gibt es unzählige kleine Objekte, die unsre Sonne ebenfalls Umkreisen: Zwergplaneten Asteroiden Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter Kometen Kuypers Gürtel

69 Zwergplaneten Definition Umkreist die Sonne Kugelförmige Gestalt In seiner Umlaufbahn können sich weitere kleine Objekte befinden Mindestmasse Unterschied zu Planeten Beispiele für Zwergplaneten Pluto (galt bis letztes Jahr als Planet Ceres

70 Asteroidengürtel Zwischen Jupiter und Mars gibt es viele Gesteinsbrocken Größtes Objekt darunter: Jupiter verhindert dort die Entstehung eines Planeten Ceres (Zwergplanet) Kleinste Objekte: Unzählige Staubkörner

71 Kuipers Gürtel Weit hinter gibt es wieder eine Region, in der sich sehr viele Gesteinsbrocken befinden Zwergplaneten Eris (letztes Jahr Xena genannt) Pluto... Und viele Asteroiden

72 Oortsche Wolke Am Rande unseres Sonnensystems befinden sich wiederum viele eiskalte Steinbrocken Oortsche Wolke Material: uralt, vermutlich das gleiche wie bei der Entstehung der Sonne vorlag Kometen kommen u.a. von dort

73 Kometen

74 Kometen Sind "schmutzige Schneebälle", die der Sonne zu nahe kommen Bestehen aus: Gestein (gefrorenes) Gas Nahe der Sonne verdampft das Gas und erzeugt einen riesigen Schweif

75 Nahaufnahme eines Kometen Aufgenommen von der Raumfähre Giotto Flog direkt durch den Schweif!

76 Die Sonne Versorgt unser Sonnensystem mit Strahlungsenergie Ohne Sonne wäre die Erde sehr kalt (-270 C, Temperatur des Weltalls) Ist mit Abstand das markanteste Objekt am Himmel Ist der einzige selbstleuchtende Himmelskörper in unserem Sonnensystem

77 Die Sonne

78 Die Sonne - Daten Durchmesser: 1,4 Mio. km Entfernung zur Erde:150 Mio. km Strahlungsleistung: 109 facher Erddurchmesser 3,846 10^26 Watt Oberflächentemperatur:5700 C Masse: 1,9*10^30kg fache Erdenmasse

79 Sonne - Aufbau Energieerzeugung im inneren Sichtbares Licht aus der Photosphäre (das sehen wir, wenn wir in die Sonne schauen) Dünne Korona Temperaturen um Sehr hohe Temperaturen Protuberanzen Sonne verliert Materie Sonnenwind

80 Fusion Energieerzeugung im inneren der Sonne Bei der Fusion verschmelzen Wasserstoffatome zu Heliumatome: Aber: hohe Temperaturen notwendig: Atomkerne stoßen sich kräftig ab Man muss die Kerne sehr nah einander Bringen Kernkräfte (Kräfte innerhalb des Kerns Schwientek Große Klostergasse Friedberg wirken nursteffen auftel: sehr kurze schwientek@web.de 06031/ Distanz

81 Fusion - Fission Fusion: Kleine Atome verschmelzen zu einem größeren Energiegewinn, da das größere Atom etwas leichter ist als die 2 Einzelkerne Fission: Findet in bsp. Kernkraftwerken statt Sehr schwere, instabile Atomkerne zerfallen in 2 Schwientek Große Klostergasse Friedberg kleineresteffen Kerne

82 Sonne Energieerzeugung im inneren Wasserstoff wird durch Fusion in Helium umgewandelt file:///mnt/hda1/gmx/astronomie/astrovortrag%20-%20tag%202/sonne/wasserstoff-helium.jpg Formel: E=mc^2 Im Kern der Sonne werden pro Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 560 Millionen Tonnen Helium fusioniert, wobei eine Gesamtleistung von etwa 3, W = 370 Quadrillionen Watt freigesetztsteffen wird. Schwientek Große Klostergasse Friedberg

83 Energietransport - Strahlung Photonen werden von Atomen absorbiert Energie im Atom zwischengespeichert Und anschließend wieder emittiert. Emission von Licht (möglicherweise anderer Wellenlänge Funktioniert nur dann gut, wenn die Dichte sehr groß ist, also sehr viele Atome auf engstem Raum zusammen sind

84 Absorption - Emission Strahlung

85 Energietransport - Konvektion Weiter vom Kern entfernt ist die Dichte geringer Strahlungstransport wenig effektiv Wärmetransport muß anders gemacht werden Konvektion

86 Was ist Konvektion

87 Konvektion auf der Sonne Auswirkung: Granulation

88 Granulation Direkte Auswirkung der Konvektionszone (ähnliches Bild wie kochendes Wasser)

89 Sonnenflecken Sonnenflecken Dunkle Fecken auf der Sonne Dunklere Flecken: Temperatur ist dort niedriger als die Temperatur der restlichen Oberfläche: 4000 C Etwa 1000 niedriger als in der Umgebung

90 Niedrige Temperatur weniger Leuchtkraft? Je niedriger die Temperatur eines Objektes ist, desto leuchtschwächer ist es: Bsp: Eisen Niedrige Temperatur: keine (sichtbare) Lichtemission 800 C (Temperatur über einer Kerze/Bunsenbrenner): Schwachglühend -rotglühend In der Schmelze (Temperatur etwa 1600 hell leuchtend In der nächsten Woche werden wir den Zusammenhang zwischen Temperatur und Leuchtkraft/Farbe genauer betrachten

91 Sonnenkorona Oberhalb der Photosphäre befindet sich die Sonnenkorona Sichtbar, falls man die Sonnenscheibe abdeckt Temperatur: K (Heisser als die Sonnenoberfläche) Sonnenfinsternis! Ursache: Schallwellen Niedrige Dichte

92 Sonnenkorona

93 Sonnenprotuberanz Heisse Gasausbrüche auf der Sonne Temperatur dieses Gases C Material aus dem inneren der Sonne wird ins Weltall geschleudert

94 Sonnenprotuberanz

95 Sonnenaktivität Sonnenflecken, Protuberanzen und auch der Sonnenwind unteliegen einem 11 jährigem Zyklus Es gibt Phasen, wo kaum Sonnenflecken zu sehen sind Phasen, wo es ganz viele Flecken zu sehen gibt Zyklus wird wohl durch das Magnetfeld der Sonne gesteuert (Details noch unverstanden) Steffen Schwientek Große Klostergasse Friedberg

96 Sonnenwind Nicht nur durch Sonnenprotuberanzen verliert die Sonne ständig Materie: Korona nach "außen" offen: Die Materie, die die Sonne auf diese Weise verliert, gibt Sie in Form von Sonnenwind in unser Sonnensystem ab Sonnenwind besteht aus ionisierten Gas (Wasserstoff und Helium

97 Polarlichter Trifft Sonnenwind auf die Atmosphäre, so entstehen Polarlichter Geladene Teilchen werden abgebremst (in Atmosphäre) Regen Luftmoleküle zum leuchten an Sind in der nähe der magnetischen Erdpole sichtbar, da das Erdmagnetfeld geladene Teilchen ablenken kann

98 Nächste Woche Welt der Sterne