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 Astronomiekurs

Heute fängt heute Ihr kostenloser Astronomiekurs an

Lernen Sie etwas über die Koordinaten in der Astronomie. Etwas über Relativität, Neutronensterne, Sternentwicklung, Weiße Zwerge, Supernovae 

Die Ekliptik, der Tierkreis

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 Eigenschaften des Umlauf der Planeten und die Keplerschen Gesetzte

Den ungleichen Lauf der Planeten kannte man schon im Altertum. Doch den Grund dafür kannte man noch nicht. Es sollte erst Johannes Kepler gelingen, dies genau zu erforschen und zu beschreiben. Das zweite Kepler'sche Gesetz wurde zuerst postuliert. Lag es doch durch die Messungen auf der Hand. 

Das 2 Kepler'sche Gesetz ist heute in der Raumfahrt wichtig. 

  • Es lautet: Ein Planet überstreicht in gleichen Zeiten gleichgroße Flächen. Bei einer exakten Kreisbahn wären die Kreisabschnitte auf der Kreislinie immer gleich. Der Kreis hat einen Mittelpunkt. Die Verbindungslinie Mittelpunkt Planet würde sich immer gleich schnell bewegen und somit wären die Kreisabschnitte immer gleich lang. Da aber bei einer Ellipse zwei Brennpunkte vorhanden sind, sind die Abschnitte auf der Kreisbahn größer, wenn der Planet ganz nah an dem einen Brennpunkt vorbeiläuft, und weiter, wenn er ganz weit an  dem anderen Brennpunkt vorbeiläuft. Läuft er näher an dem einen Brennpunkt vorbei, so bewegt der Planet sich schneller, ist er sehr weit weg, so läuft der Planet langsam. Da die Bahnen der Planeten einem Kreis sehr nahe kommen, sind die Unterschiede nicht so groß. Die größte Abweichung von einer Kreisbahn hat der Planet Mars. 

Das 1. Keplersche Gesetz bestimmt, dass die Umlaufbahnen der Planeten Ellipsen sind, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. 


Koordinatensysteme in der Astronomie

Das Azimutale und das äquatoriale Koordinatensystem


 

Das azimutale Koordinatensystem

 

 

 Höhe und der Azimut eines Sterns

 


Azimutales KoordinatensystemAzimutales Koordinatensystem


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.






 

Äquatoriale Koordinatensystem

 

 

Neigung der  Erdachse

 

 

 Deklination und Rektaszension

 

Äquatoriales KoordinatensystemÄquatoriales Koordinatensystem


Die Erdachse ist geneigt. Die Sterne laufen parallel zum Himmelsäquator über den Himmel. Damit der Stern beim Beobbachten nicht so 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 Erddrehung 15 Grad pro Stunde zurück. Diese Achse wird in Graden und in Stunden eingeteilt.

Die Koordinaten, die Rektaszension und die Deklination der Sterne, spannen sich wie ein Netz über die Himmelskugel, bleiben somit fest. Doch jedes Koordinatensystem braucht einen Nullpunkt. Für die Rektaszension ist dies der Frühlingspunkt. 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 Grund dafür wird weiter unten erklärt.

Gradeinteilung der Deklination

Die Deklination wird vom Himmelsäuqator, seine Deklination ist null, nach Norden und Süden gemessen. Nördliche Deklinationen bekommen ein positives Vorzeichen, die südlichen ein negatives.




Wichtige Punkte am Himmel

Der 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.

Wie verändern sich die Sternbilder am Himmel, wenn wir von Norden nach Süden fahren?

Fahren wir nach Süden, sinkt der Polarstern herab. Auf der anderen Seite des Himmels, im Süden, steigt der Himmelsäquator an. Weiter unten auf der Steite ist der Himmelsäquator und der Nordpol gezeichnet.  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 und den hellen roten Stern Antares.

 Zirkumpolare Sternbilder gehen nie unter den Horizont

Zirkumpolare Sternbilder werden in Richtung Norden gesehen

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.

 





Der Frühlingspunkt und der Herbstpunkt

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.

Point of Aries

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 Kreiselbewegung 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 in 2000 Jahren  vom Widder in die Fische gewandert. Man spricht von der Präzession des Pols und der Präzession des Frühlingspunktes (Herbstpunktes).

 In 11.000 Jahren wird die helle Wega unser Polarstern sein.

Der Pol wandert auf einem Kreis entlang. Bei der Erforschung der Pyramieden stallte man fest, dass in antiker Zeit, der Stern Thuban im Drachen Polarstern gewesen ist.

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 eine andere Sternzeit. Die Sternzeit rückt gegenüber der bürgerlichen Zeit vor.

Ermittlung der Sternzeit

Diese findet man in Tabellen zu einer Stunden eines Tages. Die Sternzeit wird vom Frühlingspunkt zum Südmeridian hin gemessen. Für die Sternzeit müssen wir ein eine Tabelle gehen. Zu einer bestimmten Stunde ist an einem bestimmten Ort eine bestimmte Ortssternzeit. Diese verändert sich jeden Tag gegenüber der bürgerlichen Zeit.

Wo findet man die Rektaszension?

Die Rektaszension eines Sterns findet man im Internet oder in Sternatlanten. Die Rektaszension wir vom Frühlingspunkt im  Gegnzeigersinn nach Osten gemessen, wie oben in den Zeichnungen angegeben. Wenn wir die Sternzeit ermittelt haben und die Rektaszension wissen, so können wir den Stundenwinkel ausrechnen.

Welchen Winkel stellen wir am Fernrohr ein, um einen Stern oder Planeten zu finden?

Nun haben wir etwas über das äquatoriale Koordinatensystem gehört, von der Deklination und der Rektaszension. Wenn wir einen Stern am Fernrohr nach Koordinaten einstellen, kommt aber noch die Zeit hinzu. Dies ist die Ortszeit. In diesem Fall brauchen wir nicht die bürgerliche Ortszeit, sondern die Sternzeit. Den Winkel, den wir am Fernrohr einstellen ist der Stundenwinkel. Um diesen zu errechnen, müssen wir die zu der bürgerlichen Ortszeit bestehende Sternzeit ermitteln, an der wir unseren Stern oder Planeten beobachten wollen.

 Stundenwinkel = Rektaszension - Sternzeit

Der Stundenwinkel

 

Der StundenwinkelDer Stundenwinkel

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Um wieviel Grad können sich Venus, Merkur am Himmel von der Sonne entfernen?

Die beiden innersten Planeten entfernen sich am Himmel nie sehr weit von der Sonne. Sie sind entweder kurz vor Sonnenaufgang oder kurz nach Sonnenuntergangam Ost- oder Westhimmel  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.

Kernfusion durch Massendefekt - Die Anzahl der Einzelteile und deren Summe ist nicht immer das Gleiche.

 Für die Atome bedeutet dies: Zählt man die  Masse der Protonen und Neutronen eines Elements zusammen und vergleicht diese mit der Gesamtmasse, so erhält man eine Differenz. Sie steigt bis zum Eisen steil an, dann flacht die Kurve ab. Diese Massendifferenz kann in Energie umgewandelt werden. Es ist die freigesetzte Bindungsenergie, die in Energie umgesetzt wird.
Bei den höheren Element ist dies schwierig mit der Fusion. Diese höheren Elemente, besonders ab Uran, können zur Kernspaltung verwendet werden.

E = ∆Mc2

Das ist die berühmte Formel: E = M mal C Quadrat.

Lichtablenkung zum ersten Mal bei einer Sonnenfinsternis gemessen

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. 

Staub im Weltall sichtbar machen

Mit einem Infrarot-Teleskop kann man den Staub im Weltall gut beobachten. Der Staub schirmt die Stern dahinter ab. Diese sind im Infrarot erkennbar. Als erster entdeckte Wilhlem Herschel eine Loch im Himmel. Später fand man den Staub, der die Sterne bedeckte. In einem Staub- und Gasnebel entstehen Sterne. 

Neutronensterne und Magentare

Vermutlich gibt es Milliarden von Neutronensternen in unserer Milchstrasse. Die meisten sind keine Pulsare mehr, denn sie leuchten nicht mehr. Sie können für eine gewisse Zeit, elektromagnetische Pulse abgeben. Diese liegen im Röntgenbereich. Diese Pulse sind so genau, dass man sie zur Zeitmessung nehmen könnte. Ihre Magnetfelder können bis zu 10 hoch 14 Gs (Gauss) betragen. Darüber gibt es die Magnetare ab einem Magnetfeld von 10 hoch 15 Gs. Bei dieser Energiedichte kann die Entstehung von Elektron-Positronen-Paaren spontan erfolgen. Ist ein Neutronenstern in einem binären System, bläht sich sein Nachbar auf (Sternentwicklung), so kann der Neutronenstern, der seinen Schwung verloren hat durch die Materie, die er bei dem anderen Stern absaugt, wieder anfangen zu rotieren. Magnetare senden die noch energiereicherere Gammastrahlung aus.

Woher das Gold kommt - wie entsteht ein Gammastrahlenblitz

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 Neutronen 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 Beteigeuze 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.

Unser Sonnensystem

 Die Planeten im Sonnensystem

Unser Sonnensystem besteht aus 8 Planeten. Die Planeten sehen so aus, wie auf der Zeichnung wiedergegeben: Der Mars ist rot, etwas größer als die blaue Erde. Jupiter ist bräunlich, Saturn gelblich, Uranus grün und Neptun blau. Pluto hat irgendeine Farbe.

Kleinplaneten - Pluto kein Planet mehr

Pluto wurde sein Planetenstatus 2006 aberkannt. Pluto zählt zu den Kleinplaneten. Er ist nicht groß genug für einen Planeten, er kreist aber um die Sonne. Weiter draußen soll der Planet X sein. Nach diesem Planeten wird intensiv geforscht.

Oort'sche Wolke, Kuipergürtel und Asteoridengürtel


Oort'sche Wolke und Asteroidengürtel

Oort'sche Wolke und Asteroidengürtel

Trümmer weit draussen im Weltall

In der Ebene der Planeten weit draußen befindet sich die Oort'sche Wolke. Sie besteht aus zahlreichen Trümmern.  Aus der  Oort'schen Wolke kommen die meisten Kometen. Pluto ist ein Kleinplanet im Kuiper-Gürtel. Kuiper-Gürtel und Oort'sche Wolke stehen im 90-Grad-Winkel zueinander. 

Trümmer zwischen Mars und Jupiter - der Asteroridengürtel

Zwischen Mars und Jupiter liegt der Asteroidengürtel. Der erste Asteroid wurde in der Silvesternacht zum Jahr 1800 entdeckt. Man vermutet, dass ein Planet der Gravitation, die der Jupiter auf ihn ausgeübt hat, nicht Stand hielt. In letzter Zeit wird von der Wissenschaft auch die These vertreten, dass diese Trümmer Reste aus der Zeit der Entstehung des Sonnensystems darstellen.



Kryovulkanismus - Kalte Geysire auf dem Saturnmond Enceladus

Kryovulkanismus findet man nicht nur auf Enceladus, sondern auch auf anderen Himmelskörpern wie dem Kleinplaneten Ceres. Dort ritt aus dem Krater Occator eisreiches Material aus. Enceladus ist ein Kandidat für die Entstehung von Leben. Dort finden sich Black Smokers, wie auf der Erde. Um die Black Smokers im Ozean und um Geysiere entstand das Leben. Auf Enceladus funktioniert das auch. Nur bei tieferen Temperaturen. 

Leben auf anderen Himmelskörpern

Methan und andere organische Verbindungen auf dem Saturnmond Titan entdeckt

Wissenschaftler haben auf dem Saturnmond Titan Methan und andere organische Verbindungen entdeckt,  wie Ethan und noch langkettigere, auch komplexere Ringmoleküle wie Benzol. Bei diesen tiefen Temperaturen auf dem Mond Titan sammeln sich die Hydrocarbone in Seen auf dem Grund. Die in der Atmosphäre befindlichen Wasserstoff- Sauerstoff- und Kohlenstoffmoleküle werden durch energiereiche Strahlung von der Sonne und energriereiche Partikel von Saturn zu diesen Molekülen geformt. In Wolken des Weltalls fand man schon in früheren Jahren organische Moleküle über die Radioastronomie, darunter waren kompliziertere Moleküle wie Amoniak, Alkohole etc., dass Leben entsteht, scheint nichts Außergewöhnliches zu sein.

Jupiter hat 82 Monde

Jupiter ist immer für eine Überraschung gut. Nicht nur, dass er mehr Wärme abgibt, als er empfängt; der rote Fleck wird kleiner. In  der Zwischenzeit hat man 82 Monde gezählt.

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