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ASTRONOMIE Wichtiges Grundwissen für Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule Schriftliche Hausarbeit von Irina Lutz

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ASTRONOMIEWichtiges Grundwissen

für Lehramtsstudierendender Haupt- und Realschule

Schriftliche Hausarbeitvon Irina Lutz

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Schulphysik 2 - Astronomie 2

ASTRONOMIE - ASTROLOGIE

• Astrologie:– griechisch: ástron: Stern, logos:Lehre

– Sternreligion; Glaube an die Macht der Sterne

• Astronomie:– griechisch: ástron: Stern,nómos: Gesetz

– Sternenkunde; Wissen-schaft der Erforschung der Himmelskörper und des Weltalls

• Verschmelzung von Astrologie und AstronomieBsp.: Stonehenge

Abb. 1: Stonehenge

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Schulphysik 2 - Astronomie 3

DIE ENTSTEHUNG DER STERNBILDER

Abb. 2: Fixsternhimmel im Mai über der Nordhalbkugel

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Schulphysik 2 - Astronomie 4

DER TIERKREIS (ZODIAK)

• In einem Jahr durchläuft die Sonne 12 Sternbilder auf ihrem Weg über den HimmelTierkreis, Sternzeichen der Menschen

• 4 Kardinalpunkte durchAuf- und Abbewegungder Sonne über demHorizont:2 Sonnenwenden und2 Tagundnachtgleichen

Abb. 3: Zodiak mit Kardinalpunkten

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Schulphysik 2 - Astronomie 5

DAS PTOLEMÄISCHE WELTBILD

• geozentrisches Weltbild• rückläufige Planetenbahnen

Epizyklenbewegung

Abb. 5: Epizyklenbewegung des Mars

Abb. 4: geozentrisches Weltbild

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DAS KOPERNIKANISCHE WELTBILD

• heliozentrisches Weltbild

Abb. 6: heliozentrisches Weltbild

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Schulphysik 2 - Astronomie 7

GALILEIS FERNROHR

• beobachtet als erster Wissenschaftler mit einem Fernrohr die Himmelskörper– Unvollkommenheit des Mondes kein Planet mehr

– Widerlegung der Fixsternsphäre– Entdeckung der Jupitermonde, die nicht um die Erde

kreisen unvereinbar mit geozentrischen Weltbild

• Verbote durch die Kirche und Ladung vor die Inquisition

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Schulphysik 2 - Astronomie 8

DAS KEPLERSCHE WELTBILD

• Kepler berechnet Marsbahn neu Ellipsenbahn

• keplersche Gesetz für die Planetenbewegung1. Planeten bewegen sich auf Ellipsenbahnen, in deren

Brennpunkt die Sonne steht.

2. Die Fahrstrahlen überstreichen in gleichen Zeiten gleiche Flächen.

3. Die Kuben der Bahnradien zweier Planeten verhalten sich wie die Quadrate ihrer Umlaufzeiten.

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Schulphysik 2 - Astronomie 9

STRUKTUREN IM UNIVERSUM I

• Sterne sammeln sich in Galaxien

• Sterne in Sternhaufen stammen alle aus der gleichen Ursprungswolke– offener Sterhaufen– KugelsternhaufenAbb. 8: Balkangalaxie

Abb. 7: Spiralgalaxie Abb. 9: irreguläre Galaxie Abb. 10: elliptische Galaxie

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Schulphysik 2 - Astronomie 10

STRUKTUREN IM UNIVERSUM II

• Sterne:

• Entwicklung eines Sterns von der Entstehung bis zum Ende

Abb. 11: Hertzsprung-Russel-Diagramm

selbstleuchtende Gaskugeln

H2, interstel-lare Materie

Haupt-stern

roter Riese

weißer Zwerg

schwarzer Stern

Super-nova

Neutro-nenstern

schwarzes Loch

brauner Zwerg

blauer Riese

roter Über-riese

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STRUKTUREN IM UNIVERSUM III

• Planet:

• nach Definition der IAU: Pluto ist kein Planet mehr• Mein Vater erklärte mir jeden Sonntag unsere

Nachbarplaneten.

• Trabanten:

Bahn um die Sonne, rund, kein Mond, bereinigte Bahn

meV SjN

uM

Monde; Himmelskörper die durch Gravitation an einen Planeten gebunden sind

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Schulphysik 2 - Astronomie 12

STRUKTUREN IM UNIVERSUM IV• Asteroiden– planetenähnliche Brocken

(bis Ø1000 km)– Bahn um die Sonne

• Meteoriden– Kleinstkörper aus Metall

und/oder Gestein– Eintritt in Erdatmosphäre:

Sternschnuppen /Meteore

• Kometen– exzentrische Bahn um die

Sonne– aus Eis und Staub

Abb. 12: schematischer Kometenaufbau

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Schulphysik 2 - Astronomie 13

UNSER SONNENSYSTEM

• MilchstraßeSpiralgalaxie

roter Pfeil: unser Sonnensystem

• Zentralgestirn (Sonne) mit 8 Planeten

• Planetenebene = Ekliptik

Abb. 14: unser Sonnensystem (nicht maßstabsgetreu)

Abb. 13: Vogelperspektive der Milchstraße

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DIE SONNE

• 4,5 Mrd. Jahre alt; Lebenserwartung: 10 Mrd. Jahren• besteht aus Wasserstoff (73%) und Helium(25%)• Masse: 1,99*1030 kg• Aufbau:

Abb. 1 5: Aufbau der Sonne

1 Kern2 Strahlungszone3 Konvektionszone4 Photosphäre5 Sonnenflecken6 Granulation7 Chromosphäre8 Protuberanzen9 Korona

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DIE ERDE I

• Aufbau:

Abb. 16: Aufbau der Erde

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DIE ERDE II

• wichtige DatenAlter 4,5 Mrd. JahreMasse: 5,974*1024kgDichte: 5,5 Polradius: 6356,774 kmÄquatorradius: 6378,140 kmmittlere Temperatur (Oberfläche): 14°CNeigung der Achse: 23,45°Rotationszeit: 23h 56minUmlaufzeit um die Sonne: 365,25 TageZusammensetzung der Atmosphäre:

79% N2; 20% O2; ferner Wasserdampf, Edelgase, CO2

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DER MOND I

• Trabant der Erde• Masse: 7,35*1022kg• Radius: 3479 km• mittlerer Abstand zur Erde: 382000 km• Umlaufzeit um die Erde: 29,5 Erdentage

(synodischer Monat)• Mondtag: 27,3 Erdentage (siderisch)

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DER MOND II

• Mondphasen:

Abb. 17 Die Mondphasen

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SONNE UND ERDE

Abb. 18: Film - Die Jahreszeiten

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DER EINFLUSS DES MONDES – GEZEITEN

Abb. 19: Film - Die Gezeiten

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MONDFINSTERNIS

• Mond befindet sich im Erdschatten

• totale Mondfinsternis nur im Kernschatten

• findet nachts statt• Eine totale Mondfinsternis ist

etwa zwei Mal pro Jahr bei uns beobachtbar.

Abb. 20 Mondfinsternis

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SONNENFINSTERNIS

• Mondschatten fällt auf die Erde

• am Tage beobachtbar• totale Sonnenfinsternis: es

wird für etwa 8 Minuten dunkel

• Korona der Sonne sichtbar• weltweit circa 2 Sonnen-

finsternisse pro Jahr• nur lokal beobachtbar wegen

des kleinen SchattenkegelsAbb. 21 Sonnenfinsternis

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DIE RAUMFAHRT

• Rückstoßantrieb• Raketen– Verbrennung von Sauer- und

Brennstoff bei 5000°C– Abgasgeschwindigkeit durch die

Düsen: über 5000– Geschwindigkeit abhängig vom

Verhältnis der Raketenanfangs-masse zur Masse beim Brennschluss

– besserer Wirkungsgrad bei zweistufigen Raketen

Abb. 22 vereinfachter Raketenaufbau

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AKTIVITÄT IM WELTRAUM

• Satelliten– Sputnik I (UdSSR 1957)– Bewegung in einer Erdumlaufbahn• erdnah: Bahn mehrere 100km über der Erde• geostationär : Umlaufzeit 1 Tag „steht“ über der Erde

• Raumsonden– wissenschaftliche Zwecke– Geschwindigkeit bei Brennschluss größer als 7,9

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KOSMISCHE GESCHWINDIGKEIT

• Newton: Wie groß muss die Anfangsgeschwindigkeit sein, damit ein Stein einmal um die Welt fliegt?

• FZentripetal = FGravitation

v in Art der Bahn

1. kosmische Geschwindigkeit 7,9 Erdumlaufbahn

2. kosmische Geschwindigkeit 11,2Verlassen des Gravitationsfeldes der Erde auf einer Parabelbahn

3. kosmische Geschwindigkeit 16,7Verlassen des Sonnensystems auf einer Hyperbelbahn

4. kosmische Geschwindigkeit 129,0 Verlassen der Milchstraße

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KEGELN MIT NEWTON

Die vier kosmischen Geschwindigkeiten entsprechen Bahnen,deren Geometrie sich ergibt, wenn eine Schnittebene durch einen Kegel von horizontal auf vertikal gedreht wird