Sterne und Weltraum. Herausgeber Wilhelm Raith

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1 Sterne und Weltraum Herausgeber Wilhelm Raith Autoren Hans Joachim Blome, Hilmar Duerbeck, Johannes V. Feitzinger, Josef Hoell, Wolfgang Priester, Helmut Scheffler, Fridtjof Speer 2., stark erweiterte und aktualisierte Auflage Walter de Gruyter 2002

2 Inhalt 1 Grundlagen der Astronomie... Hilmar W. Duerbeck 1.1 Kosmische Informationsträger Der Strahlungsstrom Die spektrale Zusammensetzung Die Richtung, aus der Strahlung zu uns dringt Koordinatensysteme Sternpositionen Inertialsysteme Die Zeit in der Astronomie Atomzeit TAI Koordinierte Weltzeit UTC Ephemeridenzeit ET, Terrestrische Zeit TT und andere Zeitskalen Der Kalender Astronomische Längenm Historischer Abriß der Astronomie Das Sonnensystem im Wandel Astronomische Forschung heute Informationsquellen und die Astronomie im Internet Zeitschriften Astronomische Bibliographie/virtueIle Bibliothek Astronomische Datenarchive Astronomische Software Terrestrische Observatorien und Beobachtungstechniken... Hilmar W. Duerbeck 2.1 Atmosphärische Fenster für elektromagnetische Strahlung Optische Teleskope Das Auflösungsvermögen Die Lichtstärke Die Apertursynthese Realisationen optischer Teleskope Astronomische Photometrie Meßtechnische Grundlagen

3 X Inhalt Photometer Anwendungen Astronomische Spektroskopie Meßtechnische Grundlagen Spektroskope Anwendungen Optische Polarimetrie Infrarotastronomie Radioastronomie Das Radiofenster Realisationen von Radioteleskopen Empfänger für Radiostrahlung Anwendungen Radarastronomie Suche nach extraterrestrischer Intelligenz (SETI) Neutrinoastronomie Hochenergetische Gammastrahlung Gravitationsstrahlung... Allgemeines. Quellen. Meßziele... Detektoren... Ausblick Extraterrestrische Observatorien Fridtjof Speer. Josef Hoell 3.1 Wissenschaftliche Satelliten Klassen von Extraterrestrischen Observatorien Die Satellitengruppe Great Observatories" Europäische Satellitenprojekte Observatorien im Sichtbaren Das Hubble-Teleskop Der Primärspiegel Der optische Fehler Das Stabilisierungssystem Die Instrumente Instandhaltungsflüge Space Telescope Science Institute Der Astrometrie-Satellit Hipparcos Das Compton-Observatorium im Gammastrahlenbereich Observatorien im Röntgenbereich

4 Inhalt XI Das Einstein-Observatorium Der Röntgensatellit ROSAT Das Chandra-Observatorium Das XMM Newton-Observatorium Observatorien im Infrarotbereich... Der Infrarot-Satellit IRAS... Das Infrarot-Observatorium ISO Das Infrarot-Teleskop SIRTF Der COBE-Satellit im Mikrowellenbereich Neue Pläne und Projekte Fundamentale Fragen der Astrophysik Sterne und interstellare Materie Helmut Scheffler, Johannes K Feitzinger 4.1 Einleitung Die Sternform der Materie Die Sonne, der nächste Stern Radius, Masse, Rotation Die Strahlung der Sonne Leuchtkraft und effektive Temperatur Fraunhofer-Linien und qualitative Analyse Phänomene der Sonnenatmosphäre Feinstruktur der Photosphäre Chromospäre und Korona, Sonnenwind Solare Radiofrequenzstrahlung Sonnenaktivität und Magnetfelder Zustandgrößen der Sterne Spektren und Spektralklassifikation Strahlungsstrom, Radius und effektive Temperatur Sternhelligkeiten und Leuchtkräfte Das Hertzsprung-Russell-Diagramm Sternmassen, Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Rotation Physik der Sternatmosphären Quantitative Analyse von Sternspektren Modelle von Sternatmosphären Halbempirisches Modell der Sonnenat Konvektionszone und Heizung der Sonnenkorona Innerer Aufbau und Entwicklung der Der Gleichgewichtszustand eines Sternes Energiequellen und Energiegleichgewicht Sternmodelle und Sternentwicklung Späte Entwicklungsphasen und Endstadien Veränderliche Sterne und andere Sondertypen Pulsierende Veränderliche Kataklysmische Veränderlic Supernovae und ihre Überr Of-Sterne, Wolf-Rayet-Sterne und Planetarische Nebel

5 XI1 Inhalt Sterne in frühen Entwicklungsphasen Interstellare Materie Interstellarer Staub I Interstellare Extinktion Streulicht und Wärmestrahlung von den Staubteilchen Interstellare Polarisation und galaktisches Magnetfeld Diffuse Wolken interstellaren Gases Interstellare Absorptionslinien in Sternspektren Die 21 an-linie des atomaren Wasserstoffs Modell des allgemein verbreiteten Mediums Kontinulierliche Radiofrequenzstrahlung und h HII-Regionen Diffuse Emissionsnebel Interpretation der optischen Beobachtungen Radioemission von HII-Regionen Molekülwolken und Sternentst Interstellare Moleküle Zustand der Molekülwolken Sternentstehung Ausblick Galaxien Johannes V. Feitzinger 5.1 Galaxien und Astrophysik Grundparameter der Galaxien Galaxienkataloge und Auswahleffekte Klassifikation der Galaxien Normale Galaxien Zwerggalaxien Wechselwirkende Galaxien Dynamische Reibung und verschmelzende Galaxien Sondertypen Der Aufbau der Galaxien Galaxiendurchmesser und Elliptizität Farben und Leuchtkräfte Interstellare Materie Massen Sternpopulationen Die physikalische Bedeutung der Galaxienklassifikation Dynamik von Galaxien Einfache Potentiale und Kraftgesetze Sternbahnen Elliptische Systeme Balkenstrukturen Scheibengalaxien Dunkle Materie Strukturbildung in Galaxien

6 Inhalt XI Energiegleichgewichte Spiralstruktur Dichte Wellentheorie Stochastische Sternents Stern- und Gasdynamik in Balkensystemen Chemische Entwicklung in Galaxien Magnetfelder in Galaxi Entferungsbestimmung von Galaxien Die weite und die kurz Die Hubble-Konstante Aktive Galaxien und Quasare Typenbeschreibungen u Jets Ursachen der Aktivität Gravitationslinsen Galaxien als Bausteine des Kosmos Morphologische Eigenschaften der Galaxienhaufen Dichteprofil, Größe, Masse Kühlströme Superhaufen und Leerräume... Die Stetigkeit der kosmischen Expansion... 6 Kosmologie Hans Joachim Biome, Josef Hoell, Wolfgang Priester 6.1 Einleitung Beobachtungsergebnisse Die Hubble-Beziehung Die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung Die Dichte der leuchtenden Materie Dunkelmaterie... Die heutige mittlere baryonische Dichte... Die großräumige Struktur des Universums... Das Alter der Galaxis Entfernungen im Kosmos e Die a(z)-relation (Winkeldurchmesser - Rotverschiebung)

7 XIV Inhalt Zählungen Analyse des Ly a-forest in Quasar-Spektren Temperaturfluktuationen in der kosmischen Hintergrundstrahlung Gravitationslinsen Das best-fit"-modell Standardmodell der kosmischen Entwicklung Elementarteilchen und ihre Wechselwirkung im Kosmos Quantenkosmos zur Planck-Zeit Inflationäre Expansion Der Zerfall des X-Bosons und das Problem der Antimaterie Hadronenära Leptonenära Elementsynthese im frühen Ko s Rekombination des Plasmauniversums Die Frühzeit des Materiekosmos Grenzen und Probleme der Kosmologie... Anfangssingularität des kosmologischen Modells... Kausalität und Horizonte im expandierenden Kosmos Isotropie und Mikrowellen-Hintergrundstrahlung Homogenität und Verteilung der Galaxien Zur euklidischen Metrik des Weltraums Das Materie-Antimaterie-Problem Die kosmologische Konstante und das Quantenvakuum Alternative Lösungen zur Urknallsingularität Eine de-sitter-lösung als Modell für den frühen Kosmos Quantentheorie und Gravitation Quantenkosmologie Stringkosmologie Anthropisches Prinzip Die Zukunft des Kosmos Bildanhang Zahlenwerte und Tabellen Register