Experimentelle Astrophysik Bachelor Freiwillige Veranstaltung Lehramt Wahlmodul Master in Kombination mit anderer 2 SWS Veranstaltung Experimentelle Astrophysik, 2 SWS, (4 Cr) 2. Vorlesung Montag 08. Mai 2017
Vorläufiger Plan der Vorlesung Kernphysik WS 2016/2017 Inhalt 1. Doppelstunde: 24.04.2017 Planeten: Rotation, Entfernungen, Zeiten 2. Doppelstunde: 01.05.2017 Feiertag 3. Doppelstunde 08.05.2017 Planeten: Entstehung, Atmosphäre, Zusammensetzung 4. Doppelstunde 15.05.2017 5. Doppelstunde 22.05.2017 6. Doppelstunde 29.05.2017 7. Doppelstunde 05.06.2017 Pfingsten 8. Doppelstunde 12.06.2017 9. Doppelstunde 19.06.2017 10. Doppelstunde 26.06.2017 11. Doppelstunde 03.07.2017 12. Doppelstunde 10.07.2017 13. Doppelstunde 17.07.2017 14. Doppelstunde 24.07.2017
Movie Solar System
1. Die Tageslänge auf der Erde ändert sich. Was ist mit der Drehimpulserhaltung? (1 Pkt) 1. Geringfügige Drehimpulsänderungen widersprechen nicht dem Erhaltungsatz (Unschärfe) 0% 2. Der Drehimpuls der Erde wird auf den Mond übertragen 60% 3. Als Kompensation ändert sich die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne 40% 4. Erde und Sonne tauschen Drehimpuls aus. Die Sonne dreht sich dann schneller oder langsamer 0% 010 20
2. Seit wann ist die Erde für Menschen bewohnbar? ( 1 Pkt) 1. Seit Anbeginn, also seit 4,6 Milliarden Jahren 2. Seit der CO2 Gehalt niedrig genug ist (seit 350 Millionen Jahren) 3. Seit es Einzeller gibt (seit 4 Milliarden Jahren) 0% 68% 5% 4. Seit es genug Sauerstoff gibt (seit 500 Millionen Jahren) 27% 006 22
Trennung Licht/Materie Kosmos wird durchsichtig nach 400 000 Jahren Zeitentwicklung des Universums heute Urknall vor 13 Milliarden Jahren erste Sterne und Galaxien nach 1 Milliarde Jahren Sauerstoff seit 0,5 Milliarden Jahren Fische Säugetiere Menschen seit 2 Millionen Jahren Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren Erstes Leben: Einzeller im Wasser Würmer im Wasser Pflanzen Dinosaurier
3. Was ist am wahrscheinlichsten falsch? (nach heutigem Wissen) (1 Pkt)? 1. Auf den Mars gab es früher Flüsse und auch heute noch gibt es dort Bäche. 0% 2. Etwa jede zweite Sonne in der kosmischen Nachbarschaft der Erde hat vermutlich Planeten. 17% 3. Wahrscheinlich gibt es viele blaue Wasserplaneten ähnlich der Erde, aber aller Wahrscheinlichkeit nach ohne Leben, denn die Entstehung von Leben ist extrem unwahrscheinlich. 26% 4. Ein Gesteinsplanet im richtigen Abstand von seiner Sonne verfügt wahrscheinlich über Gewässer und dort wird sich ähnlich wie auf der Erde innerhalb von einigen 100 Millionen Jahren einfaches Leben entwickeln. 57% 010 23
c Versteinertes Flussdelta auf dem Mars? Mars: Versteinertes Flussdelta (Länge ca. 13 km)
Saturnmond Enceladus c Mars: Versteinertes Flussdelta (Länge ca. 13 km) Science Visions 9
Movie New York Times
Movie Europa Report Min. 54:30min
4. Warum sind so viele Himmelkörper auf nahezu kreisförmigen Bahnen unterwegs (1 Pkt)? 1. Würden sich sonst ständig in die Quere kommen. 2. Impulserhaltung - auf Ellipsen schwankt die Bahngeschwindigkeit ständig. 27% 9% 3. Konsequenz der speziellen Relativitätstheorie, da sonst ständige Massenänderungen. 9% 4. Gezeitenkräfte bewirken eine langsame Umwandlung einer Ellipsenbahn in einer Kreisbahn. 55% 010 22
Ellipsenbahn (übertrieben) Bei eingefrorener Rotation/Revolution auf einer Ellipse muss sich die Rotation eines Mondes um sich selbst ständig ändern. Schnelle Rotation im Perihel, langsame im Aphel.
Der Mond
Der Mond Scheinbare Größe des Mondes: 31 (Winkelminuten=0.51 o ) Etwa ebenso groß wie die Sonne. Entfernung Erde-Mond durch Triangulation: Zwei Orte auf der Erde, Mond gleichzeitig anpeilen, Winkeldifferenz bestimmen (ergibt Dreieck). Radius der Erde: 6378km, Winkel zum Mond bei diesem Abstand (äquatoriale Horizontalparallaxe) 3422.6 =0.95 o Dreieck: sin 0,95 o =6378 km / Abstand Abstand = 384 400 km. Durchmesser des Mondes: 384400km*sin (31 )= 3476 km
Maßstabsgetreuer Abstand Erde - Mond
Bewegungen des Mondes Rotation = Umlauf um sich selbst (Spin) Revolution = Umlauf in einer Bahn um ein Zentrum Mond: Rotation = Revolution immer die gleiche Seite uns zugewandt Ursache: Gezeitenwechselwirkung (s.u.) Aber: es wackelt doch etwas. Librationen: - wegen Neigung der Mondbahn zur Ekliptik - Rotation gleichförmig, Revolution ungleichförmig wg. e - Während Drehung der Erde etwas andere Sicht... - es sind insgesamt 59% der Mondsoberfläche zu sehen
Libration http://de.wikipedia.org/wiki/mond
Sonnenfinsternis aus dem All beobachtet http://www.uni-sw.gwdg.de/~bischoff/sofi/sofi99.html
Bewegungen der Planeten: Beispiel Mars
Auch der Mars dreht sich... http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/2003/22/videos/a/formats/low_mpeg.mpg
Bahnelemente einiger Planeten Name Umlf. Halba Exzen. i Bahngeschw. Jahre AE e grad km/s Merkur 0.24 0.38 0.2 7 47 Venus 0.61 0.72 0.007 3.4 35 Erde 1 1 0.017 0 30 Mars 1.88 1.52 0.093 1.8 24 Ceres 4.6 2.77 0.077 10.6 18 Jupiter 11.9 5.2 0.048 1.3 13 Saturn 29.6 9.6 0.055 2.5 9.6 Uranus 84.7 19.2 0.047 0.8 6.8 Neptun 166 30.1 0.01 1.8 5.4 Pluto 252 39.9 0.24 17.1 4.7
5. Unser Nachbarplanet Venus ist etwas näher an der Sonne (Abstand 0,72 AE). Wie hoch ist seine globale mittlere Temperatur(1 Pkt)? 1. + 450 Grad Celsius wegen Treibhauseffekt 2. 1,38 mal wärmer (in Kelvin). 3. 1,38 x 1,38 mal wärmer (in Kelvin). 86% 5% 5% 4. Nur 52 Grad wärmer, da die Albedo sehr hoch ist (Erde 30 Prozent, Venus 77 Prozent). 5% 010 22
Übersicht Planeten des Sonnensystems ERD-ÄHNLICH Planeten innerhalb Planetoidenring: < 1 Erdenmasse M E Dichte 3,9 5.5 t/m 3 Festkörper (Silikate, Fe/Ni) Atmosphären O 2, CO 2, H 2 O, N 2 GASRIESEN: Planeten außerhalb Planetoidenring: Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun Masse >> M e Dichte 0,7 1,6 t/m 3
Tabelle Parameter erdähnliche Planeten: Venus, Erde, Mars Venus: + 450 o C 93 Bar CO 2 Mars: - 60 o C 6 mbar CO 2
6. Die Gesteinsplaneten haben einen Eisen-Nickel-Kern. Warum? (1 Pkt)? 1. Die beiden Metalle sind besonders schwer. 2. Die beiden Metalle sind besonders häufig, da sie das Endprodukt der Fusionsprozesse in Sonnen sind. 3. Das magnetische Feld dieser Metalle ist notwendig für die Planetenentstehung. 4. Eisen und Nickel sind Endprodukte vieler radioaktiver Zerfallsketten und relativ häufig im interstellaren Gas. 23% 50% 5% 23% 009 22
Innenleben der Planeten Vermessung über Erdbebenwellen: longitudinale und transversale. Flüssig: keine transversalen... Erde: Kruste Dicke 10-40km: Gestein Mantel bis 2900km Tiefe aus Silikaten Kern: Ni/Fe+Schwefel. Ähnlich Meteoriten Äußerer Kern flüssig. Temperatur 5000K aus rad. Zerfällen Mond: mittlere Dichte wie Kruste Erde kleiner metallischer Kern Radius 300-500km
7. Bis vor etwa 35 Millionen Jahren waren die Pole der Erde eisfrei und es war überall tropisch warm. Warum? (2 Pkt)? 1. Die Antarktis lag nicht isoliert genau am Südpol. 2. Treibhauseffekt durch höhere CO2 Konzentration 3. Die Sonne war wärmer 4. Es gab mehr radioaktive Zerfälle aus langlebigen Radionukliden wie z.b. Uran. 9% 68% 5% 18% 009 22
Plattentektonik Erde im Innern heiß durch radiaktive Zerfälle: 10 21 J/a. = 0.06 Watt/m 2 = 10-4 S (entspricht 30 000 Kraftwerken mit 1GW Leistung) Wärmetransport nach Außen durch Konvektion auch im Erdmantel Folgen: sea floor spreading, Kontinentaldrift. USA-Europa entfernen sich mit einigen Zentimetern pro Jahr. Auffaltung neuer Gebirge, Tiefseegräben. Energiebilanz: 1/100 der 10 21 J/a reichen. 1/1000 für Erdbeben benötigt. Mond, Merkur, Mars keine tektonische oder magmatische Aktivität. (kleiner und abgekühlt) Venus: trotz Erd-Ähnlichkeit keine Plattentektonik. Abkühlung durch Vulkanismus. Tektonische Spannungen in ca. 100km breiten Grenzzonen zwischen stabilen Blöcken. Godwana Animation