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Buch Astronomie in der Stadt

 

Astronomie für Anfänger

Die Bahnen der Sterne in unterschiedlichen Breiten

Auf der Nordhabkugel laufen die Sterne schräg über den Himme, um den geneigten Himmelspol herum. Die Sterne gehen in den Tropen steil über dem Horizont auf. Die Sonne läuft auch auf diesen Bahnen. In den höheren Breiten können wir deshalb eine ausgedehntere Dämmerung erleben. In den Tropen geht die Sonne schneller unter. Die Tage sind in den Tropen etwa gleich lang. Die Nacht bricht so gegen 18 Uhr an. Der Morgen beginnt um 6 Uhr in der Frühe.

Ganz im Norden kreisen die Sterne um den Beobachter herum. Der Polarstern steht dort noch höher. In den nördlichen Breiten sind die Tage und die Nächte länger. Zur Mittsommernacht geht die Sonne nicht unter. Im Sommer sitzt man oft bei der langen Dämmerung bis zu Mitternacht draussen. Im Winter ist es dafür lange dunkel.

Zenit

Der Zenit ist der Punkt über unseren Köpfen. Seine Höhe beträgt 90 Grad.

Der Himmelspol

Die Höhe des Poles entspricht der geografischen Breite. Im Norden ist der Pol durch einen Stern im Kleinen Bären gekennzeichnet. Fahren wir nach Süden, sinkt der Polarstern herab. Auf der anderen Seite des Himmels, im Süden steigt der Himmelsäquator an.  Die Sternbilder verändern sich. Vom Skorpion, der bei uns nur knapp über dem Horizont steht, sieht man in südlicheren  geografischen Breiten den ganzen Stachel, bei uns nur die Scheren.

 

Zirkumpolare Sternbilder

Zirkumpolar nennet man jene Sternbilder, die am Nordhimmel nie untergehen. Dies sind die Kassiopeia, der Perseus und der Kepheus, der Große Wagen und der Drache. Sie kreisen immer um den Polarstern und sinken nie unter den Horizont. Auf der Zeichnung sind das die Sterne, die innerhalb des eingezeichneten Kreises liegen.

Zirkumpolare Sternbilder werden in Richtung Norden gesehen









Die Ekliptik

Die Ekliptik wird auch als Tierkreis oder Zodiak bezeichnet. Die Sternbilder, die unsere Vorfahren sahen, gehen auf die griechische Sagenwelt zurück. So stehen dort die Fische, der Widder, der Wassermann, der Steinbock, der Schütze, die Waage, die Jungfrau, der Löwe, der Krebs, die Zwillinge und der Stier. Sie sind aus der Astrologie bekannt.

Der Mond und die Planeten wandern durch die Ekliptik

  • Der Mond und die Planeten wandern durch die Ekliptik. Die Planeten entfernen sich nie weiter als 5 Grad von der Ekliptik. Sie ist die Sichtlinie auf die Planeten in unserem Sonnensystem. Einen Planeten sucht man in diesen Sternbildern.

Die Höhe und der Azimut eines Sterns

 Die Höhe eines Sterns wird vom Horizont aus gemessen. 90 Grad über dem Horizont liegt der Zenit. Die Höhenkreise zerschneiden die Himmelskugel wie ein Apfelsine.  Die zweite Koordinate ist der Azimut. Er wird am Himmel vom Südmeridian nach Westen gemessen.

Das azimutale Koordinatensystem


Azimutales KoordinatensystemAzimutales Koordinatensystem








Das äquatoriale Koordinatensystem

Die Erdachse ist geneigt. Die Sterne laufen parallel zum Himmelsäquator über den Himmel. Damit der Stern beim Beobbachten nicht schnell aus dem Bildfeld läuft, wird eine Achse der Montierung des FErnrohres auf den Pol ausgerichtet. Wie hoch dieser Winkel ist, hängt von der geografischen Breite ab. Die andere Achse läuft parallel zum Himmelsäquator. Dies ist die Stundenachse. Der Stern legt infolge der Erddrehun 15 Grad pro Stunde zurück. Diese Achse wird in Stunden eingeteilt.


Äquatoriales KoordinatensystemÄquatoriales Koordinatensystem








Die Deklination und die Rektaszension eines Sternes

Die Koordinaten, die Rektaszension der Sterne legt sich wie ein Netz über die Himmelskugel und diese bleiben somit fest. Die Deklination wird vom Himmelsäquator in südlicher und nördlicher Richtung gerechnet. Die Rektaszension wird in Winkelgrad oder Stunden vom Frühlingspunkt aus im Gegenzeigersinn aufgetragen, wenn wir nach Süden schauen. Denn jede Koordinatensystem braucht einen Nullpunkt. Der Frühlingspunkt liegt am Schnittpunkt zwischen dem Äquator und der Ekliptik. Hier nicht eingezeichnet. Am Himmel steht er in den Fischen, auch wenn er mit dem Widderkennzeichen benannt wird.

Der Frühlingspunkt

ist der Punkt, an dem die Sonne zu Frühjahrsbeginn den Himmeläquator von Süden nach Norden überschreitet. Im Herbst tut sie das am Herbstpunkt.  Man nennt diese Punkte auch die Äquinokten.

Im Englischen heissen sie Point of Aries. Der Frühlingspunkt wird als Widderpunkt bezeichnet und trägt das Zeichen des Widders im Tierkreises, auch Zodiakalkreis genannt, dass durch die Hörner eines Widders angedeutet wird. Das war vor zweitausend Jahren. Der Frühlingspunkt ist in die Fische gewandert. Das ist der Grund, warum die Sternbilder, die in der Astrologie und der Astronomie verwendet werden nicht mehr übereinstimmen.

Die Kreisbewegung der Erdachse

Die Erde taumelt. Die Erdachse vollführt deswegen einen Kreis. Das führt dazu, dass wir in größeren Zeitabständen einen anderen Polarstern haben werden. Zu Zeiten der ägyptischen Hochkultur war eine Stern im Drachen mit Namen Thuban Polarstern. In 11.000 Jahren wird es die Wega sein. Doch zur Zeit ist der Endstern der Deichsel des Kleinen Bären der Polarstern. Er ist nur ein halbes Grad vom Pol entfernt. Noch zu Zeiten von Columbus war dieser weiter vom Pol entfernt.  Diese Kreiselbewegung dauert 26.000 Jahre. Diese Wanderungsbewegung nennt man Präzession. Aufgrund der Präzession wandert auch der Frühlingspunkt durch den Tierkries. Der Frühlingspunkt  ist vom Widder in die Fische gewandert.

Es gibt die Präzession des Pols und die Präzession des Frühlingspunktes (Herbstpunktes).

Präzession - Wanderung der Äquinokten

Der Frühungs- und der Herbstpunkt nennt man die Äquinoktien. Somit bewegt sich der Frühlingspunkt durch die Ekliptik. Vor 2000 Jahren stand der Frühlingspunkt im Widder. In der Zwischenzeit ist er in die Fische gewandert. Er wird als nächstes in den Wassermann wandern. Wir sprechen dann vom Wassermanzeitalter.

Die Sternzeit

Die Erde braucht für eine Umdrehung 23h56min4s. Sie rückt jeden Tag ein Stück auf ihrer Bahn um die Sonne weiter. Dies ist die bürgerliche Zeit, die 24 Stunden beträgt. Die Sternzeit geht gegenüber der bürgerlichen Zeit vor. Jeden Tag ist zur gleichen bürgerlichen Zeit andere Sternzeit. Die Sternzeit rückt gegenüber der bürgerlichen Zeit vor. 

Der Stundenwinkel

Der StundenwinkelDer Stundenwinkel











Die Sternbilder wandern über den Himmel

Die Stern wandern also über den Himmel. Eine Stunde später stehen andere Sterne im Osten und die Sterne, die im Süden standen, stehen weiter in Richtung Westen. Wenn wir einen Stern im Fernrohr nach Koordinaten einstellen wollen, stellen wir den Stundenwinkel des Sternes ein.

Ermittlung der Sternzeit

Dabei kommt noch die Sternzeit ins Spiel. Diese findet man in Tabellen zu einer Stunden eines Tages. Die Sternzeit wird vom Frühlingspunkt zum Südmeridian hin gemessen. Die Rektaszension wir vom Frühlingspunkt im  Gegnzeigersinn nach Osten gemessen.

Für die Sternzeit müssen wir ein eine Tabelle gehen. Zu einer bestimmten Stunde ist an einem bestimmten Ort eine bestimmte Sternzeit. Diese verändert sich jeden Tag gegenüber der bürgerlichen Zeit. Die Rektaszension eines Sterns findet man im Internet oder in Sternatlanten. 

Der Winkel, den wir an den Teilkreisen des Fernrohrs einstellen

Den Winkel, den wir am Fernrohr zum Auffinden eines Stern einstellen, ist der Stundenwinkel.

 Stundenwinkel = Rektaszension - Sternzeit

Elongation von Venus und Merkur

Die beiden innersten Planeten entfernen sich am Himmel nie sehr weit von der Sonne. Sie sind entweder kurz vor Sonnenaufgang oder kurz nach Sonnenuntergang zu sehen. Ihr Abstand beträgt nur maximal 20 Grad von der Sonne. Dieser Winkel, den der Planet mit der Sonne einschliesst, wird Elongation genannt.

Das expandierende Universum

Mit dem expandierenden Universum hatte sich in den 20iger Jahren des letzten Jahrhunderts nicht nur Hubble in Amerika beschäftigt, sondern auch LeMaitre. LeMaitre arbeitete zu dieser Zeit in Amerika an verschiedenen Institutionen. Dadurch bekam er Kenntnis der Messungen der Geschwindigkeiten der sich von der Milchstrasse entfernenden Galaxien durch Vesto Sliper. Slipher arbeitete am Lowell Observatorium. Hubble publizierte zu dieser Zeit über die Entfernungen der Andromedagalaxie und der Rotverschiebungen und damit der Ausdehnung des Weltalls. Die Veröffentlichungen LeMaitres wurden in der Wissenschaft nicht so bekannt, wie die von Hubble.

Beteigeuze im Orion - bald eine Supernova?

Beteigeuze, der Schulterstern im Orion, verliert an Helligkeit. Dies ist ein Hinweis darauf, dass er bald als Supernova explodieren könnte? Oder ist er schon explodiert und wir sehen es nur noch nicht? Beteigeuze ist 700 Lichtjahre entfernt. Das Licht braucht 700 Jahre zu uns. Beteigeuze könnte so hell wie der Vollmond werden und am Taghimmel sichtbar sein. Für die Erde besteht keine Gefahr, da er so weit weg ist. Uns könnte keine Strahlung treffen, die für uns gefährlich werden könnte.

Der rote Riesenstern Beteigeuze verliert an seinen äußeren Hüllen Materie. Sie sind nicht mehr gravitativ gebunden. Die abgeblasenen Hüllen verdunkeln den Stern.  Ist in dem Gas noch Wasserstoff oder Helium, so zünden noch Kernreaktionen, aber auch diese hören bald auf, während im Innern des Sterns die Temperatur so hoch ist, dass  Kohlenstoffbrennen statt finden kann. Das Kohlenstoffbrenne liefert nicht mehr so viel Energie, wie das Brennen des Wasserstoffs. Der Druck im Sterninneren steigt. Doch die Temperatur im Innern des Stern steigt nicht weiter an. Ein Verhalten, dass nur in Sternen vorkommt. Man nennt diesen Druck den  Fermi-Druck, ein Verhalten, dass wir auf der Erde nicht kennen. Dieses Innere besteht irgendwann nur aus einzelnen Teilchen. Das heisst, die Materie ist entartet. Die höchste Masse, die ein Weißer Zwerg  haben kann, ist die 1,4-fache Sonnenmasse.

Die Chandrasekhar-Masse

Man nennt diese Masse Chandrasekharmasse. Sie wurde von dem Inder Chandrasekhar 1930 berechnet. Übersteigt die Masse das Innern des Sternes, der wie eine Zwiebel aufgebaut wird, explodiert er in einer Supernova. Unsere Sonne wird in einem Weißen Zwerg enden, aber nicht als Supernova explodieren, da sie am Ende eine niedrigere Masse als die Chandrasekharmasse haben wird. 

 

Die Lichtablenkung

Das Sternenlicht wird von Körpern wie der Sonne abgelenkt. Das konnte man zum Ersten Mal bei einer totalen Sonnenfinsternis 1919 beweisen. Die Sterne, die man am Himmel fotografiert hatte, waren am Tag der Sonnenfinsternis nicht genau an  der gleichen Stelle neben der Sonne. Genauso funktioniert das mit den Gravitationslinsen, die die Galaxien, die dahinter liegen verzerren. Das heisst, vor ihnen muss eine große Masse sein.

Schwarze Löcher strahlen

Die Theorie der Schwarzen Löcher stammt von dem deutschen Physiker Karl Schwarzschild. Er beschrieb diese Theorie 1910. Nach der Theorie konzentriert sich eine nicht rotierende Masse auf einen Punkt unendlicher   Dichte.  Der britische Physiker Stephen Hawking erkannte, dass Schwarze Löcher doch Partikel emitieren können, die heute als Hawking-Strahlung bezeichnet wird.  Einige Teilchen der antiteilchen-teilchen Paare tauchen an Ereignishorizont eines Schwarzen Loches auf. 

Was ist der Unterschied zwischein einem Loch auf der Erde und einem Schwarzen Loch im Weltraum?

Ein  Loch auf der Erde ist von einem Rand umgeben und in der Mitte ist nichts. Das Schwarze Loch im Universum hingegen ist mit Materie ausgefüllt.

Woher das Gold kommt

Die höheren Elemente entstehen erst in größeren Sternen. Für die Fusion sind höhere Temperaturen notwendig, die in kleineren Sternen nicht auftreten können. Um höhere Elemente entstehen zu lassen, muss ein größerer Neutronenfluss vorhanden sein. Diese Neutroen werden in die Kerne eingebaut. Die neu entstandenen Elemente  fliegen auch wieder auseinander.

Wenn zwei Neutronensterne verschmelzen entsteht ein Gammastrahlenblitz. Dabei werden höhere Elemente fusioniert. In den Sternen entsteht unter anderem auch  Gold.

Welche Nova-Arten gibt es?

Liefert dieses Kohlenstoffbrennen keinen Nachschub mehr, so bricht der Stern zusammen. Anschliessend fliegt er auseinander. Nickel, Kobald und Eisen wird in das Weltall hinausgeschleudert. Ein Riesenstern explodiert in einer Supernova. Am Ende bleibt ein Weißer Zwer übrig, der aus Sauerstoff und Kohlenstoff besteht. Endet der Stern in einer Ia-Nova, eine Nova, die sehr hell ist und als Standard verwendet werden kann, so zerreisst es den Weißen Zwerg. Dies könnte mit dem Stern Bereigeuze passieren. Bei anderen Nova-Arten bleibt je nach Größe des Stern ein Neutronenstern oder der beschriebene Weiße Zwerg übrig. Unsere kleine Sonne wird nicht als Weißer Zwerg enden. Nur sehr große Sterne enden als Schwarzes Loch. 

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