Albrecht Unsöld Bodo Baschek. Der neue Kosmos.«' I

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1 Albrecht Unsöld Bodo Baschek Der neue Kosmos.«' I

2 VII 1. Einführung 1 1. Klassische Astronomie und das Planetensystem 5 Sterne und Menschen: Beobachten und Denken Historische Einleitung in die klassische Astronomie 6 2. Klassische Astronomie 2.1 Koordinaten und Zeit: Bewegungen von Sonne, Erde und Mond Die Himmelskugel. Astronomische Koordinatensysteme Die Bewegungen der Erde. Jahreszeiten und Tierkreis Die Zeit: Tag, Jahr und Kalender DerMond Mond-und Sonnenfinsternisse Bahnbewegungen und Entfernungen im Planetensystem Planetenbewegungen und Bahnelemente Kometen und Meteore Entfernungsbestimmungen, Dopplereffekt und Aberration Mechanik und Gravitationstheorie Newtonsche Gesetze Impuls- oder Schwerpunktsatz Drehimpuls- oder Flächensatz Energiesatz Virialsatz Gravitationsgesetz. Gravitationsenergie Himmelsmechanik Erstes und zweites Keplergesetz: Planetenbahnen Drittes Keplergesetz: Massenbestimmung Energiesatz und Entweichgeschwindigkeit Rotation und Trägheitsmoment Präzession Gezeiten Ptolemäisches und kopernikanisches Weltsystem Weltraumforschung Bahnen künstlicher Satelliten und Raumfahrzeuge Astronomische Beobachtungen vom Weltraum aus Erkundung des Mondes Raumfahrtmissionen im Planetensystem 43

3 VIII 3. Physikalische 3.1 Globale Eigenschaften der Planeten und Satelliten 46 Beschaffenheit Möglichkeiten zur Erforschung der Planeten und Satelliten der Körper Globaler Energiehaushalt der Planeten 48 im Planetensystem 313 innerer Aufbau und Stabilität Aufbau der Planetenatmosphären Erde, Mond und erdähnliche Planeten Innerer Aufbau der erdähnlichen Planeten Radioaktive Altersbestimmungen. Erdgeschichte Magnetfelder. Plattentektonik Mondoberfläche Oberflächen der erdähnlichen Planeten Atmosphären der erdähnlichen Planeten Planetoiden oder kleine Planeten (Asteroiden) Bahnen der Planetoiden Eigenschaften der Planetoiden Die großen Planeten Jupiter Saturn Uranus Neptun Pluto und transneptunische Kleinplaneten Pluto und Charon Transneptunische Kleinplaneten Kometen Struktur, Spektren und chemische Zusammensetzung.* Entwicklung der Kometen Meteore und Meteorite Meteorite und Einschlagkrater Meteore in der Erdatmosphäre Eigenschaften und Herkunft der Meteorite Interplanetare Materie 94 II. Strahlung, Instrumente und Beobachtungsverfahren 97 Entwicklung astronomischer Beobachtungsverfahren Historische Einführung in die Erschließung des elektromagnetischen Spektrums Strahlung und Materie 4.1 Elektromagnetische Strahlung Spezielle Relativitätstheorie :1 Lorentztransformation. Dopplereffekt Relativistische Mechanik Strahlungstheorie Phänomenologische Strahlungsgrößen Emission und Absorption. Strahlungstransportgleichung Thermodynamisches Gleichgewicht und Hohlraumstrahlung. 109

4 IX 4.4 Materie im thermodynamischen Gleichgewicht Boltzmann-Statistik Geschwindigk-eitsverteilung Thermische Anregung Thermische Ionisation Massenwirkungsgesetz Wechselwirkung von Strahlung mit Materie Freie Weglänge Wirkungsquerschnitt und Reaktionsrate Stoß-und Strahlungsprozesse: Kinetische Gleichungen Atomare Elementarprozesse Extinktions- und Emissionskoeffizienten Energiereiche Photonen und Teilchen Astronomische 5.1 Teleskope und Detektoren im Optischen und Ultraviolett. 123 und astrophysikalische Teleskope herkömmlicher Art : Instrumente Auflösungsvermögen und Lichtstärke. Optische Interferometer Adaptive und aktive Optik. Großteleskope Optische Detektoren Spektrographen Weltraumteleskope Teleskope und Detektoren für den Radio- und Infrarotbereich Radioteleskope Empfänger und Spektrometer für den Radiofrequenzbereich Beobachtungsverfahren im Infrarot Instrumente der Hochenergieastronomie Teilchendetektoren Teleskope für die Kosmische Strahlung Gammastrahlenteleskope, Instrumente im Röntgenbereich und extremen Ultraviolett Detektoren und Spektrometer im Röntgenbereich Teleskope und Satelliten im Röntgenbereich Teleskope für das extreme Ultraviolett 161 III.Sonne und Sterne: Astrophysik des einzelnen Sterns 163 Astronomie + Physik = Astrophysik Historische Einleitung Entfernungen 6.1 Die Sonne 169 und Zustandsgrößen Photosphärisches Spektrum. Mitte-Rand-Variation 170 dersterne Energieverteilung Leuchtkraft und Effektivtemperatur 172

5 : 6.2 Entfernungen und Geschwindigkeiten der Sterne Trigonometrische Parallaxe Radialgeschwindigkeit und Eigenbewegung Stromparallaxe Sternpositionen und Kataloge Helligkeiten, Farben und Radien der Sterne Scheinbare Helligkeit Farbindex und Energieverteilung Absolute Helligkeit Bolometrische Helligkeit und Leuchtkraft Sternradien Klassifikation der Sternspektren. Hertzsprung-Russell-Diagramm Spektraltyp Hertzsprung-Russell-Diagramm. Leuchtkraftklasse MK-Klassifikation Zweifarbendiagramm Rotation der Sterne Doppelsterne und die Massen der Sterne Visuelle Doppelsterne Spektroskopische Doppelsterne. Bedeckungsveränderliche Perioden und Rotation Massen der Sterne Enge Doppelsternsysteme Pulsare in Doppelsternsystemen Begleiter mit substellaren Massen: Braune Zwerge und Planeten Spektren 7.1 Spektren und Atome 198 und Atmosphären Grundbegriffe der Atomspektroskopie 198 dersterne Anregung und Ionisation Linienabsorptionskoeffizient Verbreiterung der Spektrallinien Bemerkungen zur Molekülspektroskopie Physik der Sternatmosphären Aufbau der Sternatmosphären Absorptionskoeffizienten in Sternatmosphären Modellatmosphären. Spektrale Energieverteilung Strahlungstransport in den Fraunhoferlinien Wachstumskurve Quantitative Analyse der Sternspektren Elementhäufigkeiten in der Sonne und den Sternen Die Sonne: Chromosphäre und Korona. Strömungen, Magnetfelder und Aktivität Granulation und Konvektion Magnetfelder und Magnetohydrodynamik 224

6 XI Sonnenflecke und Aktivitätszyklus. Magnetische Flußröhren Chromosphäre und Korona Protuberanzen Sonneneruptionen oder Flares Sonnenwind Oszillationen: Helioseismologie Veränderliche Sterne. Strömungen, Magnetfelder und Aktivität bei Sternen Pulsierende Sterne. R Coronae Borealis-Sterne Magnetische oder Spektrum-Veränderliche. Ap-Sterne und Metalliniensterne Aktivität, Chromosphären und Koronen bei kühlen Sternen Koronen, Sternwinde und Variabilität bei heißen Sternen Kataklysmische Veränderliche: Novae und Zwergnovae Röntgendoppelsterne: Akkretion auf Neutronensterne Supernovae und Pulsare Stellare Gammaquellen Gammaburster Aufbau und Entwicklung 8.1 Grundgleichungen des Sternaufbaus 277 dersterne Hydrostatisches Gleichgewicht und Zustandsgieichung der Materie Temperaturverteilung und Energietransport Energieerzeugung durch Kernreaktionen Gravitationsenergie und thermische Energie Stabilität der Sterne Grundgleichungssystem und allgemeine Folgerungen Entwicklung der Sterne Hauptreihensterne: Zentrales Wasserstoffbrennen Aufbau der Sonne. Solare Neutrinos Vom Wasserstoff- zum Heliumbrennen Spätphasen der Sternentwicklung Nukleosynthese in Sternen Enge Doppelsternsysteme Physik der Akkretionsscheiben Endstadien der Sternentwicklung Braune Zwerge Zustandsgieichung elektronenentarteter Materie Aufbau der Weißen Zwerge Neutronensterne Starke Gravitationsfelder Allgemeine Relativitätstheorie Kugelsymmetrische Felder im Vakuum Lichtablenkung und Gravitationslinsen Schwarze Löcher Gravitationswellen 316

7 XII IV. Sternsysteme. Kosmologie und Kosmogonie 319 Der Vorstoß ins Weltall Historische Einleitung in die Astronomie des 20. Jahrhunderts Sternhaufen 9.1 Offene Sternhaufen und Sternassoziationen Offene (galaktische) Sternhaufen Sternassoziationen Farben-Helligkeits-Diagramme und Alter offener Haufen Kugelsternhaufen Kugelhaufen in der Milchstraße Metallhäufigkeit und Zweifarbendiagramm Farben-Helligkeits-Diagramme und Alter der Kugelhaufen Kugelhaufen in anderen Galaxien Interstellare Materie 10.1 Interstellarer Staub 338 und Sternentstehung Dunkelwolken Interstellare Extinktion und Verfärbung Polarisation von Sternlicht durch interstellaren Staub Eigenschaften der Staubkörner Diffuse interstellare Absorptionsbänder Neutrales interstellares Gas Atomare interstellare Absorptionslinien Die 21 cm-linie des neutralen Wasserstoffs. HI-Wolken Interstellare Moleküllinien. Molekülwolken Ionisiertes Gas: Leuchtende Gasnebel HII-Regionen Planetarische Nebel Supernovaüberreste Heißes interstellares Gas Hochenergetische Komponenten Interstellare Magnetfelder Kosmische Strahlung Galaktische Gammastrahlung Frühe Entwicklung und Entstehung der Sterne Vor-Hauptreihensterne Sternentstehungsgebiete Gravitationsinstabilität und Fragmentation Entwicklung der Protosterne Strömungen in der Umgebung der Protosterne Stellarstatistik und Geburtsraten der Sterne Aufbau und Dynamik 11.1 Sterne und der Bau der Milchstraße 387 des Milchstraßensystems Galaktische Koordinaten Sternzählungen 387

8 Raumgeschwindigkeiten der Sterne Sternhaufen: Entfernungsbestimmung und Bau der Milchstraße Dynamik und Verteilung der Materie Rotation der galaktischen Scheibe Verteilung der interstellaren Materie Galaktische Bahnen der Sterne. Lokale Massendichte Massenverteilung in der Milchstraße Dynamik der Spiralarme Populationen und Elementhäufigkeiten Zentralbereich der Milchstraße Galaktischer Bulge (R < 3 kpc) Kernbereich des galaktischen Bulge (R < 300 pc) Zirkumnukleare Scheibe und Minispirale (/? < 1 0 pc) Innerster Bereich (R < lpc)mitsgra* 410 XIII 12. Galaxien und Galaxienhaufen 12.1 Normale Galaxien Entfernungsbestimmung Klassifikation und absolute Helligkeiten Leuchtkraftfunktion Helligkeitsprofil und Durchmesser Dynamik und Massen Sternpopulationen und Elementhäufigkeiten Gas- und Staubverteilung Infrarot- und Starburst-Galaxien Infrarotgalaxien Starburst-Aktivität Radiogalaxien, Quasare und Aktivität in Galaxienkernen Synchrotronstrahlung Nichtthermische Radiostrahlung normaler Galaxien Radiogalaxien Quasare (Quasistellare Objekte) Seyfert-Galaxien Aktivität in Galaxienkernen Haufen und Superhaufen von Galaxien LokaleGruppe Klassifikation und Massen der Galaxienhaufen Gas in Galaxienhaufen Wechselwirkung der Galaxien. Entwicklung der Galaxienhaufen Superhaufen von Galaxien Entstehung und Entwicklung der Galaxien Entstehung der Galaxien und Galaxienhaufen Intergalaktisches Medium und Lyman «-Systeme 470

9 XIV Wechselwirkende Galaxien Entwicklung der Galaxien Galaxien im frühen Universum Kosmologie: 13.1 Weltmodelle 481 Der Kosmos als Ganzes Fluchtbewegung der Galaxien Newtonsche Kosmologie Relativistische Kosmologie Materiekosmos Strahlung und Beobachtung. Elemententstehung im Kosmos Ausbreitung von Strahlung Beobachtete Parameter des heutigen Kosmos Mikrowellen-Hintergrundstrahlung Strahlungskosmos Elemententstehung im Kosmos Olbers-Paradox Evolution des Kosmos Planckzeit Fundamentale Teilchen und Wechselwirkungen Entwicklung des Kosmos nach dem Standardmodell Inflationärer Kosmos Andere Kosmologien Kosmogonie 14.1 Entstehung der Sonne und des Planetensystems 506 des Sonnensystems Überblick über das Planetensystem Protoplanetare Scheibe und Entstehung der Planeten Entstehung der Meteorite Entstehung des Erde-Mond-Systems Planetensysteme bei anderen Sternen Entwicklung der Erde und des Lebens Entwicklung der Atmosphäre und der Ozeane Molekularbiologische Grundlagen Präbiotische Moleküle Entwicklung der Lebewesen 522 Anhang A.l Verschiedene Einheiten, Internationales Einheitensystem und Gaußsches System 529 A.2 Namen der Sternbilder 533 Ausgewählte Probleme 535 Literatur und Daten 543 Quellennachweis 551 Sachverzeichnis 557 Physikalische Fundamentalkonstanten (Hintere Einbandinnenseite) Astronomische Konstanten und Einheiten (Hintere Einbandinnenseite)