Einführung in die Astronomie & Astrophysik Vorbemerkungen/Einführung

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1 Einführung in die Astronomie & Astrophysik Vorbemerkungen/Einführung Wilhelm Kley & Andrea Santangelo Institut für Astronomie & Astrophysik Kepler Center for Astro and Particle Physics Sommersemester 2013 Astronomie & Astrophysik (SS 2013)

2 Vorbemerkungen Organisation Basismodul: Experimentalphysik (1/5) Web-Page: Online-Skript, Übungsaufgaben, weitere Infos kley/lehre/astronomie/ Zeiten: Di , Do ohne Pause (im D4 A19) Teilnehmerliste: Vorlesungsevaluation Übungen: 5 Gruppen, Do , Fr % der Punkte erreicht Klausurteilnahme Bitte bei ILIAS anmelden, Details: Matthias Stute Klausur: Ende des Semesters / Mitte der Semesterferien? Schein: Benotet nach Klausurergebnis Sprache: Deutsch/Englisch Fragen/Questions? Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 1

3 Vorbemerkungen Literatur Weigert, Wendker, Wisotzky Astronomie & Astrophysik 5. Auflage, Wiley (2009), ca. 60 Unsöld & Baschek, Der neue Kosmos 7. Auflage, Springer (Nachdruck 2005), ca. 60 Karttunen et al. Fundamental Astronomy 5. Auflage, Springer (2007), ca. 60 Carroll & Ostlie Introduction to Modern Astronomy 2. Auflage, Pearson Addison-Wesey (2007), ca. 135 Bennett et al. Astronomie 2. Auflage, Pearson Studium (2009), ca. 80 Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 2

4 Vorbemerkungen Inhalt Einleitung: Überblick, Historisches Grundlagen: Orientierung, Koordinaten, Zeitmessung Sonnensystem: Planeten, Monde, Raumfahrt (Sonne) Beobachtungsmethoden: Teleskope, multi-messenger Stellare Astronomie: Zustandsgrößen, Spektren, Aufbau Veränderliche Sterne: Doppelsterne, instrinsische Milchstraße: Interstellare Materie, Aufbau, Struktur Galaxien: Strukturen, Dynamik, Haufen Kosmologie: Ursprung & Entwicklung des Universums In 16 Kapiteln: Vorlesungsplan im Internet Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 3

5 0. Einleitung Astronomie & Astrophysik Astronomie - Astrophysik: heute synonym verwendet Teilgebiet der Physik (oder auch Mathematik) Sehr vielfältige, interdisziplinäre Wissenschaft: Klassische Mechanik Atom und Molekülphysik Plasmaphysik Hydro-/Gasdynamik Festkörperphysik Kernphysik Allg. Relativitätstheorie Elementarteilchenphysik Astroteilchenphysik Sonnensystem, Chaos Spektrallinien, atomare Daten Sonne, Galaxien, Jets, kosmische Strahlung Sternentstehung, Supernovaexplosionen Planetenstruktur, Neutronensterne (NS) Energieerzeugung, Elementerzeugung, Sternaufbau NS, Schwarze Löcher, Kosmologie, grav. Wellen Frühphase des Universums, dunkle Materie Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 4

6 0. Einleitung Klassische Mechanik Äquipotentiallinien im rotierenden Koordinatensystem für System: Sonne, Erde und Mond Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 5

7 0. Einleitung Atom und Molekülphysik Interpretation astronomischer Beobachtung durch Spektralanalyse Kenntnis atomarer Übergänge Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 6

8 0. Einleitung Plasmaphysik Relativistische Jets von der Galaxie M87 Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 7

9 0. Einleitung Hydro-/Gasdynamik Gasströmung in einem engen Doppelsternsystem Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 8

10 0. Einleitung Allgemeine Relativita tstheorie Verzerrung von Galaxien durch Gravitationslinseneffekt Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 9

11 0. Einleitung Astronomie & Astrophysik II Verbindung zu anderen Disziplinen Sehr interdisziplinär: Mathematik Chemie Biologie Astrobiologie Geowissenschaften Technik Religion/Philosophie mathematische Struktur, Numerik interstellare Moleküle, Q.M. Rechnungen organische Moleküle, Exoplaneten Entstehung/Entwicklung von Leben Planetenkunde Satelliten, Detektoren, adapt. Optik Leben, der Mensch im Universum Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 10

12 0. Einleitung Chemie Entdeckte (organische) Moleküle im interstellaren Medium Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 11

13 0. Einleitung Numerik Wissenschaftler beim Ausüben von Computational Astrophysics Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 12

14 0. Einleitung Technik Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 13

15 0. Einleitung Aufwand/Kosten Astronomie ist Grundlagenforschung. Wieviel Geld soll dafür ausgegeben werden? Entscheidung durch jeweilige Kultur. Investitionen: nicht astronomisch, aber Tendenz steigend Großforschung (DLR: Etat 2011 für Weltraumforschung 1,17 Mia. EURO) Internationale Aktivitäten: - ESO (European Southern Observatory, small 145 Mio. EURO/Jahr) u.a. VLT, ALMA (Bau 1,3 Mia. EURO) - Hubble Space Telescope (NASA, ESA) In Deutschland: 30 Institute, meist Universitäten, aber auch Max-Planck Institute und weitere außeruniversitäre Einrichtungen Kostenvergleich mit Werbung (Nivea, Automobile) Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 14

16 0. Einleitung Nobelpreise in Astrophysik 1936 Hess: Entdeckung der kosmischen Strahlung 1967 Bethe: Energieerzeugung in Sternen (Kernfusion) 1974 Ryle & Hewish: Entdeckung von Pulsaren (Radioastronomie) 1978 Penzias & Wilson: Kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung 1983 Chandrasekhar & Fowler: Aufbau/Entwicklung der Sterne (Elemententstehung) 1993 Hulse & Taylor: Binärpulsare (Gravitationswellen) 2002 Davis: Sonnenneutrinos, Koshiba: Neutrinos von Supernova 1987A, Giacconi: Röntgenweltraumteleskop 2006 Smoot & Mather: Eigenschaften der kosmischen Hintergrundstrahlung (COBE) 2011 Perlmutter, Riess, Schmidt: beschleunigte Expansion des Universums Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 15

17 0. Einleitung Forschungsgebiete Aufteilung nach Beobachtungstechnik nach Objekten Radioastronomie Planetenforschung Millimeter & Infrarot Sonnenphysik Optische Astronomie Stellare Astrophysik UV-Astronomie Interstellares Medium Röntgen-Astronomie Milchstraße und Galaxien Gammastrahlung Galaxienhaufen Kosmische Strahlung Universum (Kosmologie) Neutrinos Gravitatonswellen Multi-Messenger Astronomie Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 16

18 0. Einleitung Astronomische Dimensionen I Das Sonnensystem im Maßstab 1:10 9 (1000 km entsprechen 1 mm) Objekt Durchmesser Entfernung von Sonne Sonne 1,4 m - Merkur Erbse 60 m Venus Haselnuss 110 m Erde 150 m Mars Erbse 230 m Jupiter Kürbis 800 m Saturn Kohlkopf 1,4 km Uranus Mandarine 3,0 km Neptun Mandarine 4,5 km Nächster Stern 40,000 km Entfernungen (in Lichtjahren) nächster Stern 4,4 Zentrum der Milchstraße Magellansche Wolken Andromeda Galaxie 2,5 Millionen Quasare 10 Milliarden Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 17

19 0. Einleitung Astronomische Dimensionen II Größe der Sterne Sonne Roter Riese Weißer Zwerg Neutronenstern km Radius (ca. 100 Erdradien, R Erde = 6400 km) Erdradien 1 Erdradius (1 Sonnenmasse mittlere Dichte 1 to/cm 3 1/500 Erdradius (ca. 13 km) Entwicklung astronomischer Forschung Planetensystem 17. Jh. Sterne 1830 Galaxien 1920 Quasare 1960 Gammablitze 1998 dunkle Materie/Energie 2000 Astronomie & Astrophysik (SS 2013) 18