Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Teil 1 Jochen Liske Hamburger Sternwarte [email protected] Präliminarien: Kontakt Email: [email protected] 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 Andreas Schweitzer Präliminarien: Was, wo und wann? Vorlesung: Do 14:15 – 15:45 HS II Übungen: 2 Gruppen Do 16:00 – 17:15 HS II (Liske) und HS III (Schweitzer) Übungszettel und Besprechung Aktive und regelmäßige Teilnahme Bonuspunkte Start: 14.04.2016 Aufteilung in Gruppen am Ende der nächsten Vorlesung Präliminarien: Leistungsnachweis Benotete Modulabschlussklausur / Prüfungsklausur: Do, 21.07.2016, 10:00 – 12:00, HS III 2. Termin: Di, 11.10.2016, 10:00 – 12:00, HS II Anmeldung erforderlich 3 Versuche möglich Prüfungsstoff orientiert sich an den Übungszetteln Benotung: Punktzahl Note < 50% Nicht bestanden 50 – 54 % 4,0 55 – 69 % 3,7 70 – 74 % 3,3 … … 90 – 94 % 1,3 ≥ 95% 1,0 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 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 Die Keplerschen Gesetze Strahlung Teleskope Planeten Sternaufbau Sternentstehung Sternentwicklung Sternhaufen Interstellare Materie Die Exoten: Neutronensterne und Schwarze Löcher Ausblick: Themen in EA&A II Die Milchstraße Die Lokale Gruppe Galaxien Aktive Galaktische Kerne 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 Begrifflichkeiten: historische Entwicklung Astrologie Astronomie Astrophysik Begrifflichkeiten: heute Astrologie Astronomie Astrophysik 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 Credit: NASA / JHUAPL / SwRI Zwergplaneten – hier: Pluto Credit: ESA / Rosetta / NAVCAM Kometen Dimensionen Das Sonnensystem im Maßstab 1:109 (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 Dimensionen “Planetenpfad” an der Hamburger Sternwarte in Bergedorf Förderverein Hamburger Sternwarte e.V. (FHS) 25 Dimensionen im Sonnensystem Radius Erde: R♁ = 6382 km Radius Sonne: R☉ = 696×103 km = 109 R♁ Radius Jupiter: RJup = 70×103 km = 11 R♁ Entfernung Erde-Sonne: ~150×106 km = 1 AU = 215 R☉ Entfernung Sonne-Jupiter: 5.2 AU Entfernung Sonne-Pluto: 39.5 AU Exoplaneten Credit: ESO Credit: NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI) Interstellare Materie Credit: ESA/Hubble & NASA Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration Sterne Credit: NASA, ESA and Allison Loll / Jeff Hester (Arizona State University) Explosionen! 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 Cen): 4.22 Ly ~ 1.3 pc ~ 27×103 AU ~ 4×1013 km 1 Ly = 9.46×1012 km, 1 pc = 3.09×1013 km Entfernung zum Zentrum der Milchstraße: ~8 kpc Durchmesser der Milchstraße: ~30 kpc Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration Galaxien 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) Credit: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI) Galaxienhaufen Credit: NASA , ESA; S. Beckwith and the HUDF Team Das Universum 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) Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen!!! Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen!!! Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten Direkte Exploration Kosmische Strahlung Neutrinos Gravitationswellen Elektromagnetische Strahlung (Licht) Das elektromagnetische Spektrum 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
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