Einführung in die Astronomie und Astrophysik I

Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Teil 1 Jochen Liske Fachbereich Physik Hamburger Sternwarte jochen.liske@uni-hamburg.de

Präliminarien: Kontakt Email: jochen.liske@uni-hamburg.de Web: www.hs.uni-hamburg.de/jliske STiNE Sprechstunde: nach Vereinbarung, entweder an der Sternwarte in Bergedorf oder vor der Vorlesung an der Jungiusstr. Übungsgruppenleiter: Jochen Liske Robert Baade, rbaade@hs.uni-hamburg.de Wolfram Schmidt, wolfram.schmidt@hs.uni-hamburg.de

Präliminarien: Kontakt Stellen Sie sicher, dass Sie Ihre STiNE Nachrichten erhalten!

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You are here Wo ist eigentlich die Sternwarte? Oder auch: Sternwarte Planetarium

Präliminarien: Was, wo und wann? Vorlesung: Do 14:15 15:45 HS II Übungen: 4 Gruppen: Gruppe Gruppenleiter Wann? Wo? A Schmidt Do, 16-17:30 SemRm 1 B Baade Do, 16-17:30 SemRm 2 C Baade Do, 17:45-19:15 SemRm 2 D Liske Do, 16-17:30 HS AP Übungszettel und Besprechung Aktive und regelmäßige Teilnahme Bonuspunkte Start: 25.10.2018 Aufteilung in Gruppen am Ende dieser Vorlesung

Präliminarien: Leistungsnachweis Benotete Modulabschlussklausur / Prüfungsklausur: Di, 05.02.2019, 10:00 12:00, HS II 2. Termin: Di, 19.03.2019, 10:00 12:00, HS II Anmeldung erforderlich (in STiNE) 3 Versuche möglich Prüfungsstoff orientiert sich an den Übungszetteln

Präliminarien: Leistungsnachweis Bonus: Voraussetzung: aktive und regelmäßige Teilnahme an den Übungen Präsentation von mindestens 2 Lösungen von Übungsaufgaben Bonus wird gewährt, wenn 60 % der für die Übungsaufgaben zu vergebenen Punkte erreicht worden sind Bonus besteht aus: Klausurpunktzahl 50%? Note 0,3 Klausurpunktzahl < 50%? Bis zu 20 Prozentpunkte (linear abhängig von der erreichten Punktzahl für Übungsaufgaben), maximal erreichbare Note = 3,7

Präliminarien: Literatur Folien In STiNE und auf meiner Web-Seite Kein Ersatz für Lehrbücher! Astronomie und Astrophysik Weigert, Wendker & Wisotzki Wiley-VCH, 5. Auflage, 2009 Der neue Kosmos Unsöld & Baschek Springer, 7. Auflage, 2004 Abriss der Astronomie Voigt, Hrsg. Röser & Tscharnuter Wiley-VCH, 6. Auflage, 2012

Themen Einstieg: Was ist Astrophysik? Koordinatensysteme Astronomische Zeitrechnung Sonnensystem Gravitation Keplersche Gesetze Himmelsmechanik Gezeiten und Finsternisse Strahlung Helligkeiten Teleskope und Instrumente Extrasolare Planeten Charakterisierung von Sternen Sterne: Äußere Schichten Sterne: Innerer Aufbau

Ausblick: Themen in EA&A II Sternentstehung Sternentwicklung Interstellare Materie Die Milchstraße Galaxien Galaxienhaufen Intergalaktische Materie Kosmologie

Einstieg: Was ist Astronomie?

Einstieg: Was ist Astronomie? Eine der ältesten Wissenschaften der Welt Alle frühen Hochkulturen (Babylonier, Ägypter, Chinesen, Inder, Maya,...) führten Beobachtungen des Nachthimmels durch. Kalender Zeitmessung Religiöse Aspekte Großer Stellenwert in der Antike (z.b. Griechenland, islamische Welt) Erste Experimente Entwicklung von Weltbildern Frühe Form moderner Wissenschaft Frühe Neuzeit Positionsastronomie Zeitmessung für die Seefahrt Entwicklung zur Astrophysik im 17. 19. Jahrhundert, vor allem durch Entdeckung der Spekrtoskopie

Hamburger Zeitball

Begrifflichkeiten: historische Entwicklung Astrologie Astronomie Astrophysik

Begrifflichkeiten: heute Astrologie Astrophysik Astronomie Unterscheidung zwischen Astronomie und Astrophysik heute: Kein einheitlicher Gebrauch Beobachtung vs Theorie? Klassisch vs modern? Weitestgehend irrelevant!

Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt

Credit: NASA

Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde

Credit: ESO

Das Sonnensystem

Mond Credit: G.H. Revera

Sonne Credit: NASA / SDO / AIA / GSFC

Planeten hier: Saturn Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

Zwergplaneten hier: Pluto Credit: NASA / JHUAPL / SwRI

Kometen Credit: ESA / Rosetta / NAVCAM

Dimensionen Das Sonnensystem im Maßstab 1:10 9 (1000 km 1 mm): Sonne: 1.4 m Merkur: Erbse (0.5 cm ) in 60 m Entfernung Venus: Haselnuss (1.2 cm ) in 110 m Erde: Haselnuss (1.3 cm ) in 150 m Mars: Erbse (0.69 cm ) in 230 m Jupiter: Apfelsine (14 cm ) in 800 m Saturn: Apfelsine (12 cm ) in 1.4 km Uranus: Mandarine (5 cm ) in 3 km Neptun: Mandarine (5 cm ) in 4.5 km

33 Dimensionen Planetenpfad an der Hamburger Sternwarte in Bergedorf Förderverein Hamburger Sternwarte e.v. (FHS)

Dimensionen im Sonnensystem Radius Erde: R = 6382 km Radius Sonne: R = 696 10 3 km = 109 R Radius Jupiter: R Jup = 70 10 3 km = 11 R Entfernung Erde-Sonne: ~150 10 6 km = 1 AU = 215 R Entfernung Sonne-Jupiter: 5.2 AU Entfernung Sonne-Pluto: 39.5 AU

Credit: ESO Exoplaneten

Interstellare Materie Credit: NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

Credit: ESA/Hubble & NASA

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Sterne Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

Explosionen! Credit: NASA, ESA and Allison Loll / Jeff Hester (Arizona State University)

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Sternhaufen

Galaxien Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Davide de Martin and Robert Gendler

Galaktische Dimensionen Entfernung zum nächsten Stern (Proxima Centauri): 4.22 Ly 1.3 pc 27 10 3 AU 4 10 13 km 1 Ly = 9.46 10 12 km 1 pc = 3.09 10 13 km 1 pc = 3.3 Ly Entfernung zum Zentrum der Milchstraße: ~8 kpc Durchmesser der Milchstraße: ~30 kpc

Galaxien Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and K. Noll (STScI)

Galaxienhaufen Credit: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI)

Das Universum Credit: NASA, ESA; S. Beckwith and the HUDF Team

Extragalaktische Dimensionen Entfernung zu den Magellanschen Wolken: ~50 kpc Entfernung zur Andromeda Galaxie: ~800 kpc Größe der Lokalen Gruppe (Galaxienhaufen): ~1.4 Mpc Entfernung zum Virgo Haufen (Zentrum des Lokalen Superclusters): ~16 Mpc Entfernung zum entferntesten, je beobachteten Objekt (Gn-z11, z = 11.1): ~4.1 Gpc (Lichtlaufzeit) Sichtbares Universum: ~4.2 Gpc (Lichtlaufzeit)

Kosmologie Credit: NASA / WMAP Science Team

Der Urknall Credit: ESA, Planck Collaboration

Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde

Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde Sehr viele Teilbereiche, viele mögliche Unterteilungen Theorie, Beobachtung, Instrumentierung, Laborexperiment

Einstieg: Was ist Astrophysik? Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde Sehr viele Teilbereiche, viele mögliche Unterteilungen Theorie, Beobachtung, Instrumentierung, Laborexperiment Nach Wellenlänge: Optisch, Infrarot, Radio, Röntgen, Nach Methode: Photometrie, Spektroskopie, Astrometrie, Interferometrie, Nach Entfernung: Galaktisch, Extragalaktisch, Kosmologie Nach Objekt: Sonne, Planeten, Sterne, Galaxien, Schwarze Löcher, Nach Physik: Strahlungsprozesse, Hydrodynamik, Gravitation, Viele Überschneidungen mit anderen Teildisziplinen der Physik Atomphysik, Nuklearphysik, Teilchenphysik, Gravitationsphysik, Alle 4 fundamentalen Wechselwirkungen spielen in der Astrophysik eine Rolle und mit anderen Naturwissenschaften Chemie, Mathematik, Informatik,, und neuerdings: Biologie Sehr starker Bezug zum technologischen Fortschritt

Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht)

Das elektromagnetische Spektrum

Credit: ESO Credit: NASA

Astronomie warum?

Astronomie warum? Astronomie: liefert Kontext und setzt uns in Beziehung zum Rest des Universums berührt fundamentale Fragen unserer Existenz ist vergleichsweise günstig führt bisweilen zu technischen Neuerungen von breitem Interesse