Abriß der Astronomie von Prof. Dr. Hans-Heinrich Voigt Universitäts-Sternwarte Göttingen 5., überarbeitete Auflage Wissenschaftsverlag Mannheim/Wien/Zürich
I n h a l t s v e r z e i c h n i s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I. Sphärische Astronomie Koordinatensysteme Zeit Sternörter Refraktion Aberration Parallaxe Präzession und Nutation Astronomische Konstanten Sternkataloge Orts- und Zeitbestimmung Instrumente Die wichtigsten Methoden Präzisionszeitbestimmung 1 5 9 12 14 15 17 21 22 24 24 25 27 II. Das Planetensystem 1 Überblick 29 2 Planetenbahnen 31 Definitionen, Bahnelemente 31 Bewegung der Planeten in der Bahn (Ephemeriden) 33 Erdbahn 36.4 Geozentrische (scheinbare) Bahnen 37 3 Historische Entwicklung 38 4 Das Zwei-Körper-Problem 43 Gravitationsgesetz und Bewegungsgleichungen 43 Drehimpuls, Flächensatz 44 Die Bahnform 44.4 Energiesatz 45.5 Drittes Keplersches Gesetz 47 5 Bahnbestlmmung 47 6 n-körper-problem, Störungsrechnung 48 Allgemeine Integrale 48 Vlrialsatz 50 Sonderfälle 51.4 Störungen 52 7 Das System Erde - Mond 54 Störungen der Mondbahn durch die Sonne 55. 2 Libration 58. 3 Wechselwirkung Erde - Mond 58.4 Finsternisse 60 - JBondflnsternis 60 - Sonnenfinsternis 62 - Zahl und Zyklus der Finsternisse 63
8 Bahnen künstlicher Raumfahrzeuge 65 Raketenformel 66 Bahnen künstlicher Satelliten 67 Interplanetare Bahnen 67 9 Die großen Planeten und ihre Monde 68 Zusammenstellung mechanischer und physischer Daten 69 Allgemeines zu den Planeten 70 - Direkte Beobachtungsgrößen 70 - Phasen 70 - Temperatur 71 - Atmosphäre 72 - Allgemeiner Aufbau 72 - Röche'sehe Grenze 7 3 Die großen Planeten und ihre Monde im Einzelnen 73 - Merkur - Venus - Erde - Mars 73 74 75 77 - Jupiter 79 - Saturn 82 - Uranus 84 - Neptun 85 - Pluto 85 10 Kleine Planeten 86 11 Kometen 88 12 Meteore und Meteoriten 91 13 Interplanetare Materie 95 Interplanetarer Staub 95 Interplanetares Gas 95 Interplanetares Magnetfeld, kosmische Strahlung 98 14 Kosmogonie 98 III. Elektromagnetische Strahlung, Instrumente 1 Spektrum 101 2 Ursprung der Strahlung 103 Hohlraumstrahlung 104 Strahlung im Zusammenhang mit Atomen und Molekülen 106 Magnetobremsstrahlung 110.4 Inverser Compton-Effekt 111 3 Fernrohre 114 Grundbegriffe 114 Abbildungsfehler 117 Linsenfernrohre 119.4 Spiegelteleskope 120.5 Montierungen 123 4 Spektralapparate 125 5 Lichtempfänger 131 Auge 131 Photoplatte, Speckle-Interferometrie 131 Photoelektrische und ähnliche Empfänger 133 6 Röntgenteleskope 134 7 Radioteleskope 135
XI IV. Zustandsgrößen der Sterne 1 Helligkeit, Farbe, Leuchtkraft 138 Scheinbare Helligkeit 138 Farbe 141 Absolute Helligkeit, Leuchtkraft 142 2 Spektralklassifikation 144 Harvard-Klassifikation 144 Yerkes- oder MK-Klassifikation 148 Pariser Klassifikation 151.4 Schmalband-Klassifikation 152 5 Klassifikation bei geringer Dispersion 153 3 Radius 154-1 Interferometer 154 Sternbedeckung durch den Mond 155 Bedeckungsveränderliche 156.4 Strahlungsenergetische Methode 156 4 Masse, Dichte, Schwerebeschleunigung 157 5 Zustands-Diagramme 162 Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD) 162 Farben-Helligkeits- und Farb-Diagramme 165 Masse-Leuchtkraft-Beziehung 166 6 Temperatur 167 7 Rotation 170 8 Magnetfelder 173 9 Chemische Zusammensetzung 174 1 Allgemeine kosmische Häufigkeitsverteilung 174-2 Entstehung der Elemente, Änderung der Chemie 175 V. Physik der Sonnen- und Sternatmosphären 1 Theorie des Kontlnuums 176 Grundbegriffe der Strahlungstheorie 176 2 Strömungsgleichung 180 Strahlungstransport 181.4 Kontinuitätsgleichung 183.5 Ergiebigkeit 184.6 Absorptions- und Streukoeffizient 185.7 Graue Atmosphäre, Temperaturschichtung 186.8 Opazitätskoeffizient 189.9 Druckschichtung 190 0 Konvektion und Strahlungsgleichgewicht 191 1 Atmosphären-Modelle 195 2 Theorie der Fraunhoferlinien 197 Das Linienprofil, Verbreiterungsmechanismen 197 Strahlungstransport, Berechnung des Linienprofils 202 Wachstumskurve 204. 4 Grobanalyse 208.5 Turbulenz 210 6 Feinanalyse 210
XII 3 Sonnenatmosphäre, Oberblick 212 4 Photosphäre 214 5 Chromosphäre 219 6 Korona 222 7 Aktivität der Sonne 226 Sonnenflecken 226 - Statistik 226 - Phänomenologie des Einzelflecks 228 - Physik und Theorie der Flecken 230.4.5 3 Fackeln Protuberanzen, Filamente Eruptionen Gestörte Radiostrahlung Magnetfelder in ionisierter Materie (Magnetohydrodynamik) Effekte und ihre quantitative Beschreibung Elektrodynamik Hydrodynamik VI. Innerer Aufbau und Sternentwicklung li\ 231 233 235 238 238 239 243 1 2 3 4.4.5 5.4.5 1 2.4.5.6.7.8.9 Die Grundgleichungen Die Zustandsgieichungen Opazitätskoeffizient Energ ie-er Zeugung Energieque1len Kernprozesse Energieverlust durch Neutrinos Die Zeitskalen Masse-Leuchtkraft-Beziehung Sternentwicklung Entstehung der Sterne Vor-Hauptreihen-Entwicklung Hauptreihenstadium Nach-Hauptre ihen-entwicklung Endstadien der Sternentwicklung VII. Veränderliche und Pekuliare Sterne Allgemeines Pulsationsveränderliehe Langperiodische Cepheiden RR Lyrae-Sterne Zwerg-Cepheiden ß Cephei - Sterne Mira-Sterne RV Tauri-Sterne a 2 Canum Venaticorum-Sterne Halbregelmäßige Veränderliche Unregelmäßige Veränderliche 250 255 260 261 261 263 266 266 268 269 269 272 275 278 283 285 288 2B8 290 291 292 292 293 293 294 294
XIII 0 ZZ Zeti-Sterne 295 1 BY Draconis-Sterne 295 3 Eruptionsveränderliche 296 Novae und Nova-ähnliche 296 T2 Zwergnovae 299 Supernovae 300.4 R Coronae Borealis - Sterne 304.5 Irreguläre Veränderliche 304.6 UV Ceti-Sterne (Flare-Sterne) 306.7 S Doradus-Sterne (Hubble-Sandage-Sterne) 307.8 Z Andromedae-Sterne 307 4 Pekuliare Sterne, Allgemeines 308 5 Pekuliare Sterne im Bereich O...A 309 WR- oder Wolf-Rayet-Sterne 309 Of-Sterne 310 Hüllensterne, Be-Sterne u.a. 310.4 CNO-Sterne 312.5 Helium-Sterne 312.6 P Cygni-Sterne 313 6 Pekuliare Sterne im Bereich B...F 313 CPl- oder Metallinien-Sterne (Am, Fm) 313 Ap- oder CP2- und CP3-Sterne 314 X Bootis-Sterne 316.4 HdC = H-defizite Kohlenstoffsterne 316 7 Pekuliare Sterne im Bereich G...M 316 Pekuliare G- und K-Sterne 316 - Sterne mit CH-Anomalien 316 - Sterne mit CN-Anomalien 316 - Ba-Sterne 317 Pekuliare K- und M-Sterne 317 - C-Sterne = Kohlenstoff-Sterne 317 - S-Sterne 317 8 Planetarische Nebel 318 9 Weiße Zwerge 319 10 Kompakte Objekte 321 Neutronen-Sterne 321 (Radio-)Pulsare 322 VIII. Doppelsterne und Sternhaufen 1 Doppelsterne, Allgemeines 325 Klassifikation 325 Statistik, Mehrfachsysteme 326 Spezielle Typen, interessante Systeme 327 2 Visuelle Doppelsterne 328 3 Astrometrische Doppelsterne 332 4 Spektroskopische Doppelsterne 334 5 Photometrische Doppelsterne 337
XIV 6 Physik enger Paare, Röntgendoppelsterne 341 Kritische Äquipotentialfläche 341 Beobachtungsbefunde 342 Theoretische Entwicklungswege 344.4 Röntgendoppelsterne 346.5 Entstehung von Doppelsternen 348 7 Sternhaufen, Allgemeines 349 8 Assoziationen 350 9 Offene Sternhaufen 352 Statistik, Klassifikation 352 Aufbau der einzelnen Haufen 354 Bewegungshaufen 357 357 10 Kugelhaufen 357 Statistik, Klassifikation 357 Aufbau der einzelnen Haufen 358 Relaxationszeit 361.4 Bahnforroen in der Galaxis 363.5 Kosmogonie der Kugelhaufen 363 IX. Das Milchstraßensystem oder die Galaxis 1 Interstellare Materie 365. 1 Emissionsnebel 367 Reflexionsnebel 372 Dunkelwolken und Molekülwolken 372.4 Allgemein verteiltes Gas 376.5 Allgemein verteilter Staub 378.6 Interstellares Magnetfeld, Polarisation 381.7 Verhältnis Staub/Gas, Gesamtanteil 382.8 Zusammenstellung der interstellaren Temperaturen 382 2 Entfernungsbestimmungen 383 Geometrische Methoden 383 Photometrische Methoden 385 Sonstige Methoden 387 3 Räumlicher Aufbau des Milchstraßensystems 387. 1 Dimensionen des Systems 387 Verteilung der Sterne an der Sphäre 388 Die nächste Sonnenumgebung 390.4 Stellarstatistische Methoden 391.5 Großräumige Verteilung spezieller Objekte, Populationen 394 4 Bewegung der Sterne, Dynamik 397 Beobachtungsgrundlagen 397 - Eigenbewegungen (EB) 397 - Radialgesohwindigkeiten (RG) 398 - Raumgeschwindigkeiten 399 Pekuliarbewegung der Sonne 399 Rotation des Milchstraßensystems 401.4 Bewegungen innerhalb der Sterngruppen 407.5 Dynamik der Galaxis 410
XV 5 Spiralstruktur 412 Optische Beobachtungen 412 Radiobeobachtungen 413 Das galaktische Zentrum 414.4 Goulds Belt 416.5 Dichtewellen-Theorie 416 6 Galaktische Radiostrahlung 419 Diskrete Radioquellen 419 Allgemeine (kontinuierliche) galaktische Strahlung 420 7 Halo der Milchstraße 422 8 Hochenergetische Strahlung 424 Kosmische Strahlung 424 Röntgen- und Gamma-Strahlung 427 Neutrino-Strahlung 429 9 Entwicklung des Milchstraßensystems 430 X. Außergalaktische Systeme 1 Galaxien als Individuen 431 Bezeichnungen, Kataloge, Karten 431 Scheinbare Verteilung am Himmel 432 Klassifikation, allgemeine Typenbeschreibung 433.4 Auflösung in Einzelobjekte 436.5 Interstellare Materie 438.6 Durchmesser 439.7 Helligkeit, Farbe, Leuchtkraft 440 - Scheinbare Helligkeit 440 - Absolute Helligkeit 440 - Oberflächenhelligkeit 441 - Farbe 441 - Verteilung von Leuchtkraft und Farbe 441 - Integraler Spektraltyp 443 - Emissionslinien 444 - Energieverteilung im Spektrum 445.8 Rotation 445.9 Massen 446 - Aus der Rotation 447 - Aus Doppelsystemen 448 - Aus Geschwindigkeitsstreuung und Virialsatz 449 - Aus dem Masse-Leuchtkraft-Verhältnis 450 Aus der 21 cm-linie 450 0 Radiostrahlung 451 11 Form der Spiralen 451 2 Kerne der Galaxien 452 2 Entfernungsbestimmungen 453 Primäre Methoden 453 Sekundäre Methoden 455 3 Doppel- und Mehrfachsysteme 456 1 Statistik 456 Wechselwirkung 457 3 Entstehung von Doppel- und Mehrfachsystemen 460
XVI 4 Galaxienhaufen 461 Statistik, Beobachtungen 461 Klassifikation und Aufbau der Haufen 461 Massenbestimmung 464.4 Die Lokale Gruppe 466. 5 Superhauf en 469 5 Aktive Galaxien, Radiogalaxien 470 Definitionen, Klassifizierungen, Zusammenhänge 470 Radiogalaxien 474 - Ausgedehnte Quellen, Doppelquellen 475 - Kompakte Quellen 477 Seyfert-Galaxien 478.4 BL Lacertae-Objekte 480.5 Quasare, ßuasistellare Objekte 481 6 Das Universum 485 3 -Kelvin-Hintergrundstrahlung 485 Expansion und Hubble-Konstante 486 Alter der Welt 491.4 Kosmologien, Weltmodelle 492 - Friedmannsche Kosmologien 493 - Astronomische Nachweise der allg.relativitätstheorie 497 - Andere Kosmologien 498.5 Der Urknall (Big Bang) 500.6 vergleich mit der Beobachtung 508 Register 5jl