Astronomie. Wich7ge Folien (=Skript) zur Vorlesung: Vorlesung HS 2016 (21. Sept. 21. Dez. 2016) ETH Zürich, Mi 10-12, CAB G61,

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1 Astronomie Prof. Dr. H.M. Schmid, Ins7tut für Astronomie, ETH Zürich Prof. Dr. W. Schmutz, Physikalisch-Meteorolgisches Observatorium, World Radia7on Center, Davos Vorlesung HS 2016 (21. Sept. 21. Dez. 2016) ETH Zürich, Mi 10-12, CAB G61, Wich7ge Folien (=Skript) zur Vorlesung: hxp://

2 1. Grundlagen 1.1 Keplersche Gesetze 1. Planeten kreisen auf Ellipsenbahnen, Sonne befindet sich in einem Brennpunkt 2. Verbindungsstrecke Planet-Sonne r überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächenstücke, 3. P 2 /a 3 = const. für Planetenbahnen (P: Bahnperiode, a: grosse Halbachse der Bahnellipse) r v a ε a b =a(1-ε 2 ) 1/2 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 2

3 1.2 Newton sche Mechanik - Gravita7onskraa zwischen M (Sonne) und m (Planet): - 2. Keplersche Gesetz, der Flächensatz folgt aus Drehimpulserhaltung! L = m! v! r,(da = d! r / dt! r =! v! r) - 3. Keplersche Gesetz folgt aus Kräaegleichgewicht (z.b. für Kreisbahn gilt Gravita7onskraa = Zentrifugalkraa) P 4 m r m π π = ω = r = 2 3 GMm r P r GM 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 3

4 1.3 Distanzen zu den Sternen Basis für die Triangula7on ist die Erdbahn um die Sonne d π d Basislänge 1 AE = 1.5x10 8 km AE = Astronomische Einheit = mittlere Distanz Sonne-Erde Parallaxe (Winkel) für π = 1 = 2π / (360x60x60) = 1/ ist d = AE/π = x km Die Distanz d(1 ) = x km ist eine Einheitsdistanz in der Astronomie und wird als parsec bezeichnet. AE nächtster Stern: d ~1 pc (α Cen) Milchstrassenzentrum: d ~ 10 kpc (Sgr A) Nächste Spiralgalaxie: d ~ 1 Mpc (M31) 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 4

5 1.4 Absorp7onlinien im Sonnenspektrum (entdeckt von Frauenhofer 1814 à Frauenhofer-Linien) K H G F b E D C B A CaII CH HI MgI FeII NaI HI O2 terr O2 terr Linienverzeichnis von Frauenhofer mit 567 Absorptionslinien (heute sind um die Linien im Sonnenspektrum bekannt) Spektralanalyse: Kirchhoff und Bunsen zeigen um 1860, dass die D-Linie von Natrium stammt, à Astrophysik: der physikalischer Zustand (z.b. Temperatur und Zusammensetzung) von astronomischen Objekten kann untersucht werden. 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 5

6 1.5 Dopplereffekt: Δλ / λ = v r / c Die Wellenlänge λ verändert sich für eine Lichtquelle die sich in radialer Richtung zum Beobachter bewegt: ruhende Quelle: v r =0, Wellenlänge identisch sich entfernende Quelle v r >0, Wellenlänge wird gestreckt à Rotverschiebung sich nähernde Quelle v r <0, Wellenlänge wird gestaucht à Blauverschiebung 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 6

7 1.6 Koordinatensysteme sphärische Koordinatensysteme à Posi7on = 2 Winkel Horizontsystem Ursprung: Beobachter (Erdoberfläche) Polarer Grosskreis: Beobachter Zenit Referenzpunkt: Südhorizont (manchmal auch Nord) Winkel: z = Zenitdistanz (oft auch Höhe h) a = Azimut (gemessen von Süd über West) a und z sind für Himmelsobjekte orts- und zeitabhängig Äquatorsystem (geozentrisch) Ursprung: Erdmittelpunkt Polare Achse: Erdachse der Erde Referenzpunkt: Frühlingspunkt (Frühlingsdurchgang der Sonne durch Äquatorebene) Winkel: DEC (δ) = Deklination (Winkel zum Äquator +/- 90 Grad RA (α) = Rektaszension (Stundenwinkel zum Frühlingspunkt) RA und DEC sind mit dem rotierenden (von der Erde aus gesehen) Fixsternenhimmel verbunden à Koordinaten eines Himmelsobjekts sind im ICRS System zeitunabhängig 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 7

8 1.7 Himmelsreferenzsystem (ICRS) Ursprung des Äquatorsystems (RA=0, Dec=0) definiert durch das raumstabile International Celestial Reference System (ICRS) das durch die Definitionen des Barycentric Celestial Reference System (BCRS) und das Geocentric Celestial Reference System (GCRS) gegeben ist. Durch das raumstabile International Celestial Refernce System (ICRS) sind die Himmelskoordinaten Rektaszension und Deklination eines weit entfernten Himmelsobjekts langfristig stabil. Früherer war der Ursprung von RA der Frühlingspunkt, definiert durch den Schnittpunkt der Ekliptik mit dem Äquator. Der Frühlingspunkt definierte RA=0. Sternkoordinaten waren gültig für eine bestimmte Epoche, z.b. FK5 für J Der Frühlingspunkt ist nun im ICRS nicht mehr stabil und wandert mit einer Periode von rund Jahre rückwärts um den Himmelsäquator. 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 8

9 1.8 Zeit Zeiteinheit: Sekunde (seit 1956 definiert durch die Frequenz eines Atomübergangs von Cs; früher: 1s = 1/ d; d = mittlerer Sonnentag) IAT Internationale Atomzeit UTC koordinierte Weltzeit wird mit Schaltsekunden der UT angepasst (seit Rückstand auf IAT rund 30 sec, ca. 1 sec/jahr UT Weltzeit = mittlere Sonnenzeit auf dem Nullmeridian (Abweichungen eines UT-Tags von einem IAT-Tag: 1 bis 4 msec (Jahreszeitliche Schwankungen + unregelmässige Änderungen LT lokale Zeit = wahre Sonnenzeit an einem Ort à Zeitgleichung ST Sternzeit = Stundenwinkel des Frühlingspunkts auf dem Nullmeridian GMST = mittlere Sternzeit auf dem Nullmeridian GAST = wahre Sternzeit auf dem Nullmeridian 1 ST-Tag 23h 56m 04s (UT-Zeit = 24 h pro mittlerer Sonnentag) 1 Jahr UT-Tage ST-Tage 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 9

10 1.9 Zeitgleichung = wahre LT mixlere LT Deklination 21./28. Sept Astronomie, H.M. Schmid, W. Schmutz 10