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Vorlesung

AstronomieKontrollfragen

Stephan Mertens

Wintersemester 2014

TTO

VU

EO

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NG

ICKE UNI EV RSITÄ

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AG

EBU

RG

R

D

Zahlenwerte, die man wissen sollte

• mittlere siderische Tageslange: 23h 56m 4s

• Neigung der Erdachse zur Ekliptik: 23,44°

• Erdradius: 6371 km

• Gravitationsbeschleunigung auf der Erdoberflache: 9,81 m/s2

• mittlerer scheinbarer Winkeldurchmesser des Vollmondes: 32’

• mittlere Entfernung Erde-Mond: 384.400 km

• Solarkonstante: 1367 W/m2

• mittlere Entfernung Erde-Sonne: 149,6 Millionen km (1 AE)

• mittlere Entfernung Erde-Neptun (außerster Planet): 30 AE

• Entfernung zum nachstgelegenen Fixstern (Proxima Centauri): 4,24 Lichtjahre

• Durchmesser der Milchstraße: ca. 100.000 Lichtjahre

• Entfernung der Sonne vom galaktischen Zentrum: ca. 26.000 Lichtjahre

• Entfernung zur nachstgelegenen Galaxie (Andromeda): 2,5 Millionen Lichtjahre

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1 Der Nachthimmel

1. Was versteht man unter Lichtverschmutzung? Was kann man dagegen tun?

2. Warum ordnet der Mensch die Sterne in Sternbilder?

3. Welches sind die altesten Sternbilder?

4. Was versteht man unter den Tierkreiszeichen? Wieviele gibt es davon?

5. Was ist ein Asterismus?

6. Berschreiben Sie, wie man ausgehend vom Großen Wagen den Stern Arktur findet.

7. Wie groß (ungefahr) ist der scheinbare Winkeldurchmesser des Vollmondes in Bo-genminuten?

8. Geben Sie an, wie sie ohne Meßgerat Winkelabstande von 10◦ und 1◦ abschatzenkonnen.

9. Erlautern Sie das Koordinatensystem zur Angabe von Positionen auf der Himmels-kugel.

10. Was versteht man unter dem Himmelsaquator?

11. Was versteht man unter der Deklination eines Sternes?

12. Was versteht man unter der Rektaszension eines Sternes?

13. Welche Deklination muss ein Stern haben, der von Magdeburg (52° 8’ N, 11° 37’O) aus gesehen niemals untergeht?

14. Sie befinden sich ohne GPS und Kompass auf dem Meer. Kein Land in Sicht,aber der Himmel ist wolkenlos. Wie bestimmen Sie ihre Position (Langen- undBreitengrad)?

15. Warum hat das regulare Kalenderjahr 365 Tage?

16. Warum hat das Jahr 12 Monate?

17. Warum hat die Woche 7 Tage?

18. Was versteht man unter der lokalen Sonnenzeit?

19. Warum benutzen wir die lokale Sonnenzeit nicht als”amtliche“ Zeit?

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1-2 Der Nachthimmel

20. Wie ist die mittlere Greenwich Zeit (GMT) definiert?

21. Vergleichen Sie die GMT mit der lokalen Sonnenzeit in Greenwich. Geht sie voroder nach? Woher kommt die Diskrepanz?

22. Wie ist die koordinierte Weltzeit (UTC) definiert?

23. Welche Maßnahmen werden ergriffen, um UTC und astronomische Zeiten synchronzu halten?

24. Was versteht man unter der siderischen Umlaufzeit?

25. Was versteht man unter der synodischen Umlaufzeit?

26. Erlautern Sie das Zustandekommen der Jahreszeiten.

27. Wann ist die Entfernung Erde-Sonne großer, im Winter oder im Sommer?

28. Was bedeuten die Wendekreise von Krebs und Steinbock?

29. Was ist ein Analemma? Wie sieht es aus, und wie kommt es zustande?

30. Was versteht man unter der lunisolaren Prazession?

31. Welche Effekte hat die lunisolare Prazession auf die Astrologie, auf die Wendekreiseund (vor allem) auf das astronomische Koordinatensystem?

32. Erlautern Sie, wie die Phasen des Mondes zustandekommen.

33. Erlautern Sie, wie eine Mondfinsternis entsteht.

34. Warum ist selbst bei einer totalen Mondfinsternis der Mond noch sichtbar? WelcheFarbe hat der Mond bei einer totalen Mondfinsternis? Und warum hat er geradediese Farbe?

35. Welche Phase hat der Mond bei einer Mondfinsternis? Bitte begrunden Sie ihreAntwort.

36. Erlautern Sie, wie eine Sonnenfinsternis entsteht.

37. Welche Phase hat der Mond bei einer Sonnenfinsternis? Begrunden Sie ihre Ant-wort.

38. Warum gibt es sowohl totale als auch ringformige Sonnenfinsternisse?

39. Warum beobachtet man auf der Erde viel mehr Mond- als Sonnenfinsternisse?

Stephan Mertens Astronomie WS 2014

2 Teleskope

1. Fur welche Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ist die Erdatmospare

”durchsichtig“?

2. Wie groß ist das Auflosungsvermogen des menschlichen Auges?

3. Welche Mechanismen regeln die Lichtempfindlichkeit des Auges?

4. Wie groß ist die maximale optische Offnung des Auges?

5. Wie groß sind die Spiegel der großten optischen Teleskope?

6. Was ist die Hauptaufgabe eines astronomischen Teleskops?

7. Sie konnen von ihrem Balkon mit bloßem Auge gerade noch Sterne bis 4 mag sehen.Wie groß muß der Spiegel eines Teleskops mindestens sein, damit Sie von ihremBalkon aus auch Sterne mit 9 mag erkennen konnen?

8. Skizzieren Sie den Strahlengang im Linsenfernrohr. Wie hangt die Vergroßerungvon den Brennweiten der Linsen ab?

9. Wie hangt die Helligkeit des Zwischenbildes von der Brennweite und dem Durch-messer des Objektivs ab?

10. Wieso steht das Bild im Linsenfernrohr auf dem Kopf? Warum steht es im Feld-stecher nicht auf dem Kopf?

11. Erlautern Sie die Nachteile des Linsenfernrohrs.

12. Wieso nimmt man die chromatische Aberration vornehmlich an den Kanten ineinem Bild war?

13. Wie kann man die chromatische Aberration vermindern?

14. Erlautern Sie den Strahlengang in einem Newtonschen Spiegelteleskop.

15. Erlautern Sie die Wirkunsweise von CCD Chips.

16. Welches sind die Vorteile von CCD Chips gegenuber fotografischem Film?

17. Erlautern Sie den Strahlengang in einem Cassegrain Teleskop. Was ist der Vorteilgegenuber einem Newtonschen Teleskop?

18. Was versteht man unter dem Primarfokus? Kann man ihn nutzen?

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2-2 Teleskope

19. Ein Teleskop hat eine minimale sinnvolle Vergroßerung. Wieso? Und wie hangtdiese minimale Vergroßerung mit den Parametern des Teleskops (Offnung, Brenn-weiten) zusammen?

20. Erlautern Sie das Phanomen der Beugung.

21. Beschreiben Sie, wie Beugung das Auflosungsvermogen von Teleskopen beschrankt.

22. Wie lautet der kleinste Winkel, den ein Teleskop mit Offnung D bei Beobachtungmit Wellenlange λ noch auflosen kann?

23. Wie groß mußte ein irdisches Teleskop mindestens sein, um damit die von denAstronauten auf dem Mond zuruckgelassenen Gegenstande zu erkennen? Das Mon-dauto ist z.B. 3m lang, die Entfernung Erde-Mond sollten Sie kennen.

24. Was versteht man unter seeing?

25. Wo kann man besonders gutes seeing erwarten?

26. Erlautern Sie die Funktionsweise der adaptiven Optik.

27. In welchem Wellenlangenbereich treibt man auf der Erde Radioastronomie?

28. Welche Vorteile hat die Radioastronomie gegenuber der optischen Astronomie?

29. Welche Nachteile hat die Radioastronomie gegenuber der optischen Astronomie?

30. Was versteht man unter der 21cm Linie?

31. Erlautern Sie das Prinzip der Interferometrie. Was hat man davon?

32. Wieso ist Interferometrie in der Radioastronomie einfach, in der optischen Astro-nomie aber sehr schwierig?

33. In welchem Wellenlangenbereich findet man die kosmische Hintergrundstrahlung?Woher stammt sie?

34. Warum schickt man Teleskope ins All?


3 Gravitation

1. Woher kommt das Wort Planet?

2. Welche Planeten sind schon seit der Antike bekannt? In welchem Jahrhundertwurde der erste

”neue“ Planet entdeckt?

3. Wie und wann wurde der Neptun entdeckt? Was war daran so besonders?

4. Was versteht man unter der retrograden Bewegung eines Planeten?

5. Beschreiben Sie das Ptolemaische Weltbild. Wie kann darin die retrograde Bewe-gung erklart werden?

6. Beschreiben Sie das Kopernikanische Weltbild. Wie kann darin die retrograde Be-wegung erklart werden?

7. Welche Rolle spielte Tycho Brahe (1546–1601) in der Astronomie?

8. Wie lauten die drei Keplerschen Gesetze?

9. Warum ist Venus immer nur kurz nach Sonnenuntergang oder kurz vor Sonnen-aufgang zu sehen?

10. Erlautern Sie, wie Phasen der Venus zustandekommen. Zeigen auch außere Plane-ten wie Mars und Jupiter Phasen?

11. Erlautern Sie die Begriffe Konjunktion (obere, untere) und Opposition. In welcherdieser Positionen ist der Abstand Erde-Mars am großten? in welcher ist er amkleinsten?

12. Wie verhalten sich laut Galileo Galilei Korper, die der Schwerkraft der Erde folgen?

13. Erlautern Sie die drei Newton’schen Axiome der Mechanik!

14. Der Legende nach soll Newton von einem fallenden Apfel zu seinem Gravitations-gesetz gekommen sein. Erlautern Sie den entsprechenden Gedankengang.

15. Wie lautet das Newton’sche Gravitationsgesetz?

16. Welche Großenordnung hat die Gravitationskonstante G?

17. Wieso nannte man die experimentelle Bestimmung von G die”Wagung der Erde“?

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3-2 Gravitation

18. Die Gravitationskraft, die ein Stern oder ein Planet der MasseM ausubt, entsprichtder Gravitationskraft einer Punktmasse M . Warum ist das so? Und warum ist dasnutzlich?

19. Was versteht man unter der Fluchtgeschwindigkeit? Wie groß ist die Fluchtge-schwindigkeit von der Erde?

20. Warum ist der Drehimpuls bei der Bewegung eines Planeten um seine Sonne eineErhaltungsgroße?

21. Erlautern Sie den Zusammenhang zwischen der Drehimpuls-Erhaltung und denKepler’schen Gesetzen.

22. Welche Bahnformen sind moglich im Gravitationsfeld eines Sternes?

23. Erlautern Sie das Zustandekommen von Bahnstorungen bei der Planetenbewegung.

24. Was versteht man unter der Perihel-Drehung? Wie groß ist sie beim Merkur? Wiegroß ist der Anteil der relativistischen Effekte?

25. Was versteht man in der Himmelsmechanik unter Resonanz? Geben Sie ein Bei-spiel, wo die Resonanz im Sonnensystem Spuren hinterlassen hat.

26. Erklaren Sie, wie die Gezeiten zustande kommen.

27. Wie kommt es zur Springflut? Wie zur Nippflut?

28. Was versteht man unter Gezeitenreibung? Was bewirkt sie?

29. Woher wissen wir eigentlich, dass der Tag vor 1500 Jahren ein paar Sekundenkurzer war? Die Menschen hatten damals doch noch keine Uhren!


4 Erde und Mond

1. Warum gibt es auf der Erde keine Berge, die hoher sind als 10 km? Und warumgibt es auf dem Mars Berge, die bis zu 27 km hoch sind?

2. Erlautern Sie die Schichten der Erdatmosphare. Wo befindet sich die Ozonschicht?

3. In welcher Schicht der Erdatmosphare spielt sich das Wettergeschehen ab?

4. Erlautern Sie, wie uns die Ozonschicht vor UV-Strahlung schutzt.

5. Welche Schicht der Erdatmosphare ist fur die Ausbreitung von Radiosignalen wich-tig? Und wieso gerade diese Schicht?

6. Erlautern Sie den Treibhaus-Effekt.

7. Erlautern Sie die Kontinentalverschiebung. Mit welcher Geschwindigkeit bewegensich die Kontinente relativ zueinander?

8. Was hat die Bewegung der Kontinentalplatten mit Erdbeben zu tun?

9. Erlautern Sie den inneren Aufbau der Erde.

10. Was versteht man unter dem Begriff Differenzierung beim inneren Aufbau einesPlaneten?

11. Was treibt die Kontinentalverschiebung an?

12. Was versteht man unter der Magnetosphare?

13. Erlautern Sie das Zustandekommen von Nordlichtern.

14. Warum sind viele Himmelskorper wie die Erde rund, andere aber nicht?

15. Wie nennt man die ausgedehnten, dunklen Gebiete auf der Mondoberfache? Sindsie junger oder alter als die hellen Gebiete? Woraus bestehen sie?

16. Welches sind die Charakteristika von Einschlagskratern?

17. Fast jeder Krater auf dem Mond ist kreisrund. Was konnen wir aus dieser Beob-achtung uber den Einschlag lernen, der den Krater erzeugt hat?

18. Wodurch entstehen die kleinen Berge im Zentum von Mond-Kratern?

19. Die Vorder- und die Ruckseite des Mondes unterscheiden sich deutlich voneinander.Geben Sie die Unterschiede an.

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4-2 Erde und Mond

20. Man vermutet Wasser an einigen Stellen auf der Mondoberflache. Wo sind dieseStellen, und was gibt Anlaß zu dieser Vermutung?

21. Erlautern Sie die zur Zeit akzeptierte Theorie zur Entstehung des Mondes. WelcheBeobachtungen stutzen diese Theorie?

22. Woher stammt die Staubschicht, die die Mondoberflache bedeckt?

23. Wieso zeigt uns der Mond immer dieselbe Seite?

24. Was versteht man unter der Libration des Mondes? Wie kommt sie zustande?


5 Die Planeten

1. Welches ist der kleinste Planet unseres Sonnensystems?

2. Welches ist der großte Planet unseres Sonnensystems?

3. Sortieren Sie die Planeten unseres Sonnensystems der Große nach.

4. Erlautern Sie die Parallaxenmethode zur Entfernungsbestimmung.

5. Wie hat man erstmals eine absolute Entfernung innerhalb des Sonnensystemsverlaßlich gemessen?

6. Warum ereignen sich Venustransits oft paarweise im Abstand von 8 Jahren?

7. Wie kann man die Entfernungen aller Planeten zur Sonne berechnen, sobald mandie Entfernung eines Einzigen kennt?

8. Wie weit sind die inneren Planeten von der Sonne entfernt? Wie weit die außeren?(Ungefahre Entfernungen)

9. Was versteht man unter einer astronomischen Einheit (AE)? Wieviel Kilometerentspricht 1 AE?

10. Wie kann man die Massen von Himmelskorpen bestimmen?

11. Wie kann man die Rotationsperiode von Himmelskorpern bestimmen wenn mankeine Oberflachenmerkmale erkennen kann?

12. Was versteht man unter der Solarkonstanten? Welchen Wert hat sie?

13. Was versteht man unter Schwarzkorper-Strahlung?

14. Wie beschreibt die Planck’sche Strahlungsformel?

15. Skizzieren Sie das Schwarzkoperspektrum fur zwei Temperaturen T1 > T2.

16. Wie lautet das Wien’sche Verschiebungsgesetz? Was bedeuten die einzelnen Großenin der Formel?

17. Wie lautet das Stefan-Boltzmann Gesetz? Was bedeuten die einzelnen Großen inder Formel?

18. Wie berechnet man die Oberflachentemperatur der Planeten mit Hilfe des Stefan-Boltzmann Gesetzes? Welche zentrale Annahme geht dabei ein?

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5-2 Die Planeten

19. Auf welchen Planeten weicht die tatsachliche Oberflachentemperatur deutlich vonder berechneten ab? Erklaren Sie die Abweichungen!

20. Unter welchen Bedingungen kann ein Planet eine Atmosphare halten? Geben Sieein Stabilitatskriterium an.

21. Was versteht man unter der Maxwell-Boltzmann-Verteilung?

22. Warum enthalt die Atmosphare der Erde kein Helium und keinen molekularenWasserstoff?

23. Warum hat der Mars eine im Vergleich zur Erde so dunne Atmosphare?

24. Erklaren Sie, warum man Venus und Merkur immer nur kurz nach Sonnenunter-gang oder kurz vor Sonnenaufgang sehen kann.

25. Gibt es auf dem Merkur Vulkane? Wenn ja, sind die noch aktiv?

26. Wie erklart man die Tatsache, daß der Merkur ungewohnlich dicht ist?

27. Beim Merkur gibt es eine Resonanz zwischen der Rotation und dem Umlauf umdie Sonne. Um welche Resonanz handelt es sich? Wie lange dauert ein Merkurjahr,wie lange ein Merkurtag? Und woher kommt die Resonanz?

28. Was versteht man unter der Periheldrehung des Merkur und woher kommt sie?Bitte alle Ursachen nennen.

29. Es ist viel komplizierter, eine Raumsonde zum Merkur zu schicken als beispielsweisezum Mars. Warum ist das so?

30. Wie groß ist die Venus im Vergleich zur Erde?

31. Warum erscheint die Venus so hell?

32. Wie warm ist es auf der Oberflache der Venus? Und warum ist es dort so warm?

33. Woher kommt das CO2 in der Atmosphare der Venus?

34. Womit ist der Großteil der Venusoberflache bedeckt?

35. Welche Besonderheit weist die Rotation der Venus aus? Woher kommt diese Be-sonderheit?

36. Warum gibt es auf der Venus keine Jahreszeiten?

37. Erlautern Sie das Zustandekommen der Venusphasen.

38. Was macht den Mars rot?

39. Wie groß ist der Mars im Vergleich zur Erde?


Die Planeten 5-3

40. Was versteht man unter den”Marskanalen?“ Was ist die moderne Erklarung fur

diese Phanomen?

41. Wie groß ist das Valle Marineris auf dem Mars im Vergleich zum Grand Canyonauf der Erde?

42. Jupiter strahlt etwa doppelt soviel Energie ab, wie er von der Sonne empfangt.Woher kommt diese Energie?

43. Hat der Jupiter Ringe?

44. Wie groß ist der Jupiter im Vergleich zur Erde?

45. Wieviel Masse hat der Jupiter im Vergleich zur Gesamtmasse aller anderen Plane-ten?

46. Erlautern Sie, warum das Streifenmuster in der Atmosphare des Jupiter parallelzum Aquator verlauft.

47. Wie kommt das Streifenmuster in der Atmosphare des Jupiter zustande?

48. Welches sind die Hauptbestandteile der Jupiter-Atmosphare?

49. Was ist der”große rote Fleck“ auf dem Jupiter? Wie alt ist der mindestens?

50. Wie lange braucht der Jupiter fur eine Rotation um die eigene Achse?

51. Ist Jupiters Magnetfeld starker als das der Erde? Warum ist das so?

52. Woher kommen die Lucken im Ringsystem des Saturn?

53. Was ist an der mittleren Dichte des Saturn besonders?

54. Welches ist das haufigste Element in der Atmosphare des Saturn?

55. In welcher Zeit dreht sich der Saturn einmal um die eigene Achse?

56. Wie dick ist das Ringsystem des Saturn?

57. Vergleichen Sie die atmospharische Banderstruktur von Saturn mit der des Jupiter.

58. Warum konnen wir von der Erde aus die Ringe des Saturn nicht immer sehen?

59. Was versteht man unter einem Hirtenmond?

60. Die Albedo der Saturn-Ringe betragt 0.96. Ist das viel oder wenig? Wie kommtdieser Wert zustande?

61. Wann und wie wurde der Uranus entdeckt?

62. Hat der Uranus Ringe?


5-4 Die Planeten

63. Um welchen Winkel ist die Achse des Uranus gegen seine Bahnebene geneigt?

64. Welches sind die haufigsten Bestandteile in der Atmosphare des Uranus?

65. Wie lange braucht der Uranus fur einen Umlauf um die Sonne?

66. Wie stark ist das Magnetfeld des Uranus im Vergleich zum Erdmagnetfeld?

67. Beschreiben Sie die Lage der Magnetfeldachse beim Uranus. Was ist daran sobesonders?

68. Sind die Ringe des Uranus dunkler oder heller als die Ringe des Saturn? Warumist das so?

69. Beschreiben Sie, wie die Ringe des Uranus erstmals von der Erde aus entdecktwurden.

70. Wann und wie wurde der Neptun entdeckt?

71. Hat der Neptun Ringe?

72. Welches sind die haufigsten Bestandteile in der Atmosphare des Neptun?

73. Wie stark ist das Magnetfeld des Neptun im Vergleich zum Erdmagnetfeld?

74. Beschreiben Sie die Lage der Magnetfeldachse beim Neptun. Was ist daran sobesonders?

75. Sind die Ringe des Neptun dunkler oder heller als die Ringe des Saturn? Warumist das so?


6 Das Sonnensystem

1. Warum haben Planeten Monde, Monde aber ihrerseits keine Monde?

2. Was ist die Hill-Sphare?

3. Wieviele Monde des Mars sind bekannt? Sind diese groß oder klein im Vergleichzum Erdmond?

4. Wieviele Jupitermonde sind bekannt?

5. Wie heißen die vier Galileischen Monde? Welcher davon ist der Großte? Ist dergroßer als der Erdmond?

6. Der Jupitermond Io ist der Ort mit der hochsten vulkanischen Aktivitat im Son-nensystem. Woher kommt diese Aktivitat?

7. Auf einem der Jupitermonde vermutet man große Mengen flussigen Wassers unterder Gesteins- und Eisschicht der Oberflache. Welcher Mond ist das? Und was istder Grund fur diese Annahme?

8. Wieviele Saturnmonde sind bekannt?

9. Nennen Sie mindestens einen Saturnmond und beschreiben sie dessen besondereEigenschaften.

10. Was ist ein Planet?

11. Was ist ein Zwergplanet?

12. Was ist ein Asteroid?

13. Warum ist Pluto nur ein Zwergplanet?

14. Ist Pluto weiter von der Sonne entfernt als Neptun?

15. Worin unterscheidet sich die Bahnebene des Pluto von den Bahnebenen der Pla-neten?

16. Wie lange braucht Pluto fur einen Umlauf um die Sonne?

17. Wieviele Monde des Pluto sind bekannt?

18. Was konnen Sie uber die Rotation von Pluto und Charon (Plutos großtem Mond)aussagen? Warum ist das so?

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6-2 Das Sonnensystem

19. Kennen Sie ausser Pluto noch einen weiteren Zwerplaneten? Wenn ja, wo befindetsich dieser?

20. Nennen Sie zwei Asteroide mit Namen.

21. Was ist die Titius-Bode Regel?

22. Wo befindet sich der Asteriodengurtel?

23. Wo befindet sich der Kuiper-Gurtel?

24. Was sind Trojaner? Und warum sind sie dort, wo sie sind?

25. Wieviele Lagrange-Punkte gibt es? Wo liegen die? Wie sind sie definiert?

26. Woher kommen die Lucken im Asteroidengurtel?

27. Was ist ein Komet?

28. Woher stammen die Kometen?

29. Wie wird aus einem langperiodischen ein kurzperiodischer Komet?

30. Woraus bestehen die beiden Schweife eine Kometen?

31. Wohin zeigen die beiden Schweife eines Kometen? Warum zeigen sie nicht in diegleiche Richtung?

32. Woraus besteht der Kern eines Kometen? Wie groß ist ein typischer Kometenkern?

33. Warum hat ein Komet, der sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne befindet, eineendliche Lebensdauer? Was passiert mit dem Kometen am Ende seines Lebens?

34. Was ist die Oort’sche Wolke? Wie weit ist sie von der Sonne entfernt? Hat mandie Oort’sche Wolke schon im Teleskop gesehen?

35. Erklaren Sie die Begriffe Meteoroid, Meteor und Meteorit.

36. Erklaren Sie das Zustandekommen von Meteorschauern. Warum ereignen sie dieseimmer am selben Kalenderdatum?

37. Wieviel Masse wird durch Meteoriten taglich auf die Erde gebracht?

38. Aus welchem Material bestehen Meteoriten?

39. Warum sind Stein-Eisen-Meteorite so selten?

40. Welches Element ist in Meteoriten viel haufiger als in der Erdkruste? Wie machtman sich diesen Unterschied zu Nutze?


Das Sonnensystem 6-3

41. Welche Indizien sprechen dafur, daß die Dinosaurier durch einen gewaltigen Meteoriten-Einschlag ausgestorben sind? Wieso kann ein Meteoriten-Einschlag globale, langan-haltende Folgen haben?

42. Was konnen sie uber den Umlauf- und Rotationssinn der Planeten im Sonnensys-tem aussagen?

43. Warum befinden sich im inneren Sonnensystem hauptsachlich kleinere Planetenwahrend sich die Riesenplaneten im Aussenbereich tummeln?

44. Stellen Sie die typischen Eigenschaften der inneren Planeten den typischen Eigen-schaften der außeren Planeten gegenuber!

45. Skizzieren Sie die Theorie zur Entstehung des Sonnensystems.

46. Aus welchen Elementen bestand der solare Urnebel?

47. Warum entwickelt sich beim gravitativen Kollaps einer Gaswolke eine Scheibe?

48. Wie entstehen die ersten Planetenkeime in der protoplanetaren Scheibe?

49. Warum bestehen die außeren Planeten hauptsachlich aus Gas, wahrend die innerenPlaneten ausschließlich aus Metall und Gestein bestehen?

50. Warum haben die außeren Planeten Ringe, die inneren aber nicht?

51. Extrasolare Planeten leuchten so schwach, dass sie von ihrem Zentralstern beiweitem uberstrahlt werden und deshalb nicht direkt sichtbar sind. Beschreiben Siezwei Methoden, mit denen man trotzdem extrasolare Planeten nachweisen kann.

52. Warum werden vorzugsweise große Planeten entdeckt und solche, die ihrem Zen-tralstern nahe sind?

53. Wieviel extrasolare Planeten (ca.) hat man bis heute gefunden?

54. Welche Eigenschaften der bisher entdeckten Sonnensysteme deuten darauf hin, daßunser heimisches Sonnensystem nicht unbedingt typisch ist?


7 Die Sonne

1. Wie lange ist das Licht der Sonne zu uns unterwegs?

2. Welches sind die beiden haufigsten Elemente, aus denen die Sonne besteht? Undwieviel Prozent der Gesamtmasse macht jedes dieser Elemente aus?

3. Wo befinden sich Chromosphare, Photosphare und Korona bei der Sonne? Wasunterscheidet sie?

4. Berechnen Sie die Oberflachentemperatur der Sonne mit Hilfe des Stefan-BoltzmannGesetzes. (Hilfe: Stefan-Boltzman Konstante σ = 5, 67 · 10−8W/m2K4).

5. Skizzieren Sie den Temperaturverlauf der Sonnenatmosphare als Funktion derHohe uber der Photosphare. Um wieviel Grad andert sich die Temperatur?

6. Die Korona ist sehr viel heißer als die Photosphare. Wieviel heißer? Aber warumleuchtet sie dann nicht viel starker?

7. Woraus besteht der Sonnenwind?

8. Was treibt den Sonnenwind an?

9. Was ist die Ursache fur die Nordlichter?

10. Welchen Teil der Sonnenatmosphare sehen wir, wenn wir die Sonne anblicken?

11. Wieso erscheint der Rand der Sonne dunkler als ihr Zentrum?

12. Was ist die Ursache fur die granulare Struktur der Photosphare und woher wissenwir das?

13. Was unterscheidet Sonnenflecke von den”unbefleckten“ Teilen der Sonne?

14. Ist die Rate, mit der die Sonnenflecken enstehen, zeitlich konstant? Wenn nicht,wie verhalt sie sich?

15. Warum ist es sehr unwahrscheinlich, daß die Sonnenfleckenaktivitat der Sonne dasKlima auf der Erde beeinflußt?

16. Was versteht man unter einer differenziellen Rotation? Und wie sieht diese bei derSonne aus?

17. Woher wissen wir, daß das solare Magnetfeld in den Sonnenflecken besonders starkist?

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7-2 Die Sonne

18. Erklaren Sie, wie ein Magnetfeld einen Sonnenfleck verursacht.

19. Warum tauchen Sonnenflecken in der Regel paarweise auf?

20. Wieso entstehen die Sonnenflecken vorzugsweise in den”gemaßigten“ Breiten der

Sonne?

21. Erlautern Sie Babcock’s Dynamomodell fur dir Entstehung der Sonnenflecke.

22. Wie entstehen die dunklen Linien im Spektrum der Sonne?

23. Woher wissen wir, daß die Atmosphare der Sonne Eisen enthalt?

24. Erklaren Sie die Begriffe Emissions- und Absorptionspektrum.

25. Wann beobachtet man ein kontinuierliches Spektrum, wann ein Emissions- undwann ein Absorptionspektrum?

26. Erlautern Sie das Bohr’sche Atommodell.

27. Was ist die Solarkonstante und wie lautet ihr Wert?

28. Warum kann die Sonne ihre Energie nicht aus chemischen Prozessen (”Verbren-

nung“) beziehen?

29. Warum kann die Sonne ihre Energie nicht aus der Gravitation beziehen?

30. Woher wissen wir eigentlich, wie alt Erde und Sonne sind?

31. Erlautern Sie, wieso durch die Verschmelzung von 4 Wasserstoffkernen zu einemHeliumkern Energie frei wird.

32. Wie lange reicht der Wasserstoffvorrat der Sonne zur Aufrechterhaltung des Fusi-onsprozesses?

33. Begrunden Sie, wieso bei Kernprozessen pro Atom viel mehr Energie umgesetztwird als bei chemischen Prozessen.

34. Was versteht man unter α-, β- und γ-Zerfall?

35. Wieso kann man sowohl mit der Kernspaltung als auch mit der Kernfusion Energiegewinnen?

36. Was versteht man unter der Coulomb-Barriere? Und wie wird sie bei der Kernfusionuberwunden?

37. Wie lautet die Reaktionsgleichung fur den p-p Prozeß?

38. Wie lange dauert es, bis ein im Sonnenkern erzeugtes Photon die Sonne verlaßt?Und warum dauert das so lange?

39. Was versteht man unter dem”Ratsel der Sonnenneutrinos“ und wie lautet die

Losung des Ratsels?


8 Sterne

1. Sind die Fixsterne wirklich fix? Begrunden Sie ihre Antwort!

2. Warum konnen wir sicher sein, daß alle Objekte im Universum in Bewegung sind?

3. Wie mißt man die radiale Geschwindigkeit von Sternen?

4. Wie mißt man die transversale Geschwindigkeit von Sternen?

5. Wie ist die Entfernungsangabe parsec definiert? Wie lang ist 1 parsec in Lichtjah-ren?

6. Welche Entfernungen kann man noch zuverlassig mit Hilfe der Sternparallaxe be-stimmen?

7. Wie hangt die absolute Leuchtkraft mit der scheinbaren Leuchtkraft zusammen?

8. Wie hangt die absolute Leuchtkraft eines Sternes mit seiner Temperatur zusam-men?

9. Ein Stern der Magnitude m strahlt x mal soviel Energie ab wie ein Stern derMagnitude m+ 1. Wie groß ist x?

10. Der Stern Beteigeuze ist 200 parsec entfernt und hat eine scheinbare Helligkeit vonm = 0.5. Wie große ist die absolute Leuchtkraft von Beteigeuze?

11. Wie bestimmt man die Masse von Sternen?

12. Was sind Bedeckungsveranderliche?

13. Erlautern Sie, wie man aus der Helligkeitskurve von Bedeckungsveranderlichen dieUmlaufperiode von Doppelsternsystemen bestimmt.

14. Erlautern Sie die Spektrallinien-Methode zur Bestimmung der Umlaufperiode inDoppelsternsystemen.

15. Was wird in einem Hertzsprung-Russel Diagramm dargestellt?

16. Skizzieren Sie ein Herzsprung-Russel Diagramm (Achsenbeschriftung!) und tragenSie darin die Hauptreihe, die roten Riesen und Uberriesen sowie die weißen Zwergeein.

8-1

8-2 Sterne

17. Ein Stern mit einer Oberflachentemperatur von 5800 K kann ein weißer Zwerg, einHauptreihenstern, ein roter Riese oder ein Uberriese sein. Wie kann man zwischendiesen Moglichkeiten durch Beobachtung unterscheiden?

18. Wie lautet die Masse-Leuchtkraft Beziehung fur Sterne auf der Hauptreihe?

19. Wie hangt die Lebensdauer eines Sternes auf der Hauptreihe von seiner Masse ab?

20. Wie entwickeln sich Radius und Leuchtkraft von Sternen auf der Hauptreihe mitder Zeit?

21. Was versteht man unter dem CNO-Zyklus?

22. Wann ist der p-p Prozeß fur die Energiegewinnung eines Sternes wichtig, wann derCNO-Zyklus?


9 Sternentwicklung

1. Woher wissen wir, daß der Raum zwischen den Sternen nicht uberall leer ist?

2. Wenn das Licht eines Sternes auf seinem Weg zu uns eine Gaswolke passiert, wirddas Licht in seiner Intensitat abgeschwacht. Was passiert noch alles mit dem Licht?

3. Warum leuchten Gaswolken um junge Sterne blau?

4. Warum leuchtet interstellarer Staub im Infrarot?

5. Wo befinden sich auf einer Infrarot-Aufnahme des Nachthimmels die hellsten Stel-len?

6. Was sind die typischen Parameter (Dichte, Temperatur) einer interstellaren Gas-und Staubwolke?

7. Aus welchen Elementen besteht eine interstellare Gaswolke? Wie ist die Haufig-keitsverteilung dieser Elemente?

8. Wie lautet das Virial-Theorem und fur welche physikalischen Systeme gilt es?

9. Was versteht man unter der Jeans-Masse? Und wie hangt diese Masse von derTemperatur und der Dichte ab?

10. Warum sind ausgerechnet effektive Kuhlmechanismen fur die Bildung von Sternenwichtig?

11. Beschreiben Sie mindestens drei Kuhlmechanismen fur interstellare Gaswolken.

12. Warum entstehen Sterne vornehmlich in Gaswolken, die großere Molkule enthal-ten? Um welche Molekule handelt es sich dabei typischerweise? Und woher wissenwir, daß es diese Molekule in interstellaren Medium wirklich gibt?

13. Was sind Bok-Globulen?

14. Beschreiben Sie, wie aus einer Molekulwolke ein Hauptreihen-Stern entsteht.

15. Was ist ein Protostern? Warum kann man Protosterne nachweisen?

16. Was versteht man unter einer Vorhauptreihenstern? Und warum entwickelt sichder uberhaupt weiter?

17. Welche Sterne zeigen kein Vor-Hauptreihenstadium? Und warum?

9-1

9-2 Sternentwicklung

18. Bei welcher Temperatur setzt die Wasserstoff-Fusion ein?

19. Was ist ein brauner Zwerg? Und welche Sterne werden zu einem braunen Zwerg?

20. Warum entstehen Sterne oft in Gruppen?

21. Was versteht man unter einem offenen Sternhaufen?

22. Was versteht man unter einem Kugelsternhaufen?

23. Wie bestimmt man das Alter eines Sternhaufens?

24. Was passiert mit einem Stern, wenn dessen Wasserstoff-Vorrat zu Ende geht?

25. Wodurch wird der”Helium-Blitz“ ausgelost?

26. Wieso blaht sich ein Stern beim Verlassen der Hauptreihe auf?

27. Was versteht man unter dem 3α-Prozeß?

28. Was versteht man unter der”Beryllium-Barriere“ und was ist daran so bemerkens-

wert?

29. Was versteht man unter einem roten Riesen?

30. Was versteht man unter dem Wasserstoffschalenbrennen?

31. Welche Fusionsprozesse laufen in einem roten Riesen ab?

32. Was ist ein roter Zwerg? Welche Sterne werden zu einem roten Zwerg?

33. Warum glaubt man, daß die meisten Sterne in unserer Milchstraße (und wahr-scheinlich im ganzen Universum) rote Zwerge sind?

34. Von welchem Typus sind die meisten Sterne, die man mit bloßem Auge sehen kann?

35. Welche Elemente werden durch die diveresen Fusionsreaktionen im Inneren einesSternes hauptsachlich erzeugt? Und woher kommen all die anderen Elemente?

36. Beschreiben Sie die weitere Entwicklung unserer Sonne (mit Zeitangaben).

37. Was versteht man unter einem planetarischen Nebel und wie entsteht er?

38. Was ist ein weißer Zwerg? Was stabilisiert ihn gegen die Gravitationskraft? Woherwissen wir, daß es weiße Zwerge tatsachlich gibt?

39. Wie bestimmt man das Alter von Sternhaufen?

40. Beschreiben Sie die Entwicklung eines massereichen Sternes (M > 8M�) nachdem Ende des Wasserstoffbrennens.

41. Was versteht man unter einem roten Uberriesen?


Sternentwicklung 9-3

42. Warum sind die Fusionsphasen der schwereren Elemente soviel kurzer als die Fun-sionsphasen der leichteren Elemente?

43. Warum kommt es ganz allgemein zu heftigen bis katastrophalen Veranderungen,wenn ein Stern seinen Fusionsofen von einem auf einen anderen

”Brennstoff“ um-

stellt?

44. Wann kommt es zu einer Supernova (Typ II)? Wie endet der Stern, der eine Su-pernova verursacht?

45. Was ist ein Neutronenstern? Welche Krafte stabilisieren ihn gegen die Gravitati-onskraft?

46. Wie groß ist ein typischer Neutronenstern und was ist seine typische Dichte? Ken-nen Sie andere physikalische Objekte mit einer vergleichbaren Dichte?

47. Was ist ein schwarzes Loch? Welche Krafte stabilisieren ein schwarzes Loch gegendie Gravitation?

48. In welcher Form wird der Lowenanteil der Energie einer Supernova-Explosion ab-gestrahlt?

49. Woher kommen die Elemente, die schwerer sind als Eisen? Warum sind Supernova-Explosionen hierfur wichtig?


10 Galaxien

1. Was enthalt der Messier Katalog?

2. Wieviel Sterne enthalt unsere Milchstraße?

3. Erklaren Sie den Mechanismus, der die Leuchkraft-Anderungen bei Cepheiden ver-ursacht.

4. Wie sieht die typische Leuchtkurve von Cepheiden aus?

5. Wie groß sind die Perioden von typischen Cepheiden?

6. Welche Beziehung besteht zwischen der Periode und der absoluten Leuchtkraft vonCepheiden?

7. Warum sind Cepheide in der Astronomie so wichtig?

8. Was versteht man unter der kosmischen Entfernungsleiter?

9. Welche Entfernungen kann man noch mit der Parallaxen-Methode messen? Welchemit Hilfe der Cepheiden?

10. Woher wissen wir, daß unsere Milchstraße nur eine von vielen”Welten-Inseln“ ist?

11. Woraus hat Herschel falschlicherweise geschlossen, daß sich unser Sonnensystemim Zentrum der Milchstraße befindet? Was hat er bei seiner Argumentation nichtbeachtet?

12. Woher glauben wir zu wissen, wo sich das Zentrum der Milchstraße wirklich befin-det?

13. Wie weit ist die Sonne vom galaktischen Zentrum entfernt?

14. Was ist die 21cm Linie? Und warum ist sie in der Astronomie so wichtig?

15. Sie kennen die Karten, die eine”Draufsicht“ der Milchstraße darstellen. Welche

Beobachtungen erlauben es uns, solche Karten zu zeichnen?

16. Um welchen Galaxientyp handelt es sich bei der Milchstraße? Machen Sie eineSkizze!

17. Was sind die Dimensionen unserer Milchstraße? (Durchmesser, Dicke, Entfernungder Sonne zum Zentrum)

10-1

10-2 Galaxien

18. Woraus besteht die Scheibe unserer Milchstraße?

19. Welche Objekte bevolkern den galaktischen Halo?

20. Skizzieren Sie die Bewegung eines Sternes (a) in der Scheibe in der Nahe desgalaktischen Zentrums, (b) in der Scheibe, aber weit entfernt vom Zentrum und(c) außerhalb der Scheibe im galaktischen Halo.

21. Was kann man aus einer Infrarot-Aufnahme der Milchstraße lernen?

22. Woher wissen wir, daß sich im Zentrum unserer Milchstraße ein schwarzes Lochmit Masse M = 4 · 106M� befindet?

23. Woher wissen wir, mit welcher Geschwindigkeit die Sonne um das galaktische Zen-trum rotiert?

24. Erlautern Sie, wieso die Spiralstruktur von Galaxien einer einfachen Rotation nachdem Keplerschen Gesetzen widerspricht.

25. Woher wissen wir, daß die Masse, die wir mit unseren Teleskopen direkt nachweisenkonnen, nur 10% der Masse unsere Milchstraße ausmacht? Woraus konnten dieanderen 90% bestehen?

26. Skizzieren Sie die Rotationskurve unserer Milchstraße (Achsenbeschriftungen nichtvergessen!). Wie mußte die Rotationskurve aussehen, wenn die Milchstraße nur diesichtbare, leuchtende Materie enthalten wurde?

27. Beschreiben Sie eine Methode, mir der man Objekte der dunklen Materie in unsererMichstraße nachweisen kann.

28. Geben Sie eine einfache, kinematische Erklarung fur die Spiralstruktur von Ga-laxien. Warum kann diese Erklarung die beobachtete Spiralstruktur nicht alleinerklaren?

29. Wieso leuchtet das Zentrum vieler Galaxien gelblicher als die Spiralarme?


11 Kosmologie

1. Was bedeuten die Worte Kosmos und Universum?

2. Erlautern Sie das Olber’sche Paradoxon. Wie konnte man es auflosen? Wie lautetdie moderne Auflosung?

3. Beschreiben Sie, wie es zwischen Sternen zum Austausch von Masse kommen kann.

4. Was ist eine Supernovae vom Typ Ia?

5. Wieso sind Supernovae vom Typ Ia als Standarkerzen geeignet, nicht aber Super-novae vom Typ II?

6. Was ist uberhaupt eine”Standardkerze“ und wozu dient sie?

7. Was versteht man unter der kosmischen Entfernungsleiter? Erlautern Sie mindes-tens 3 Sprossen dieser Leiter.

8. Beschreiben Sie die Verteilung von Galaxien im Universum.

9. Welche Beobachtung in Galaxienhaufen deutet auf die Existenz dunkler Materiehin?

10. Wie weit ist die Andromeda-Galaxie entfernt? Wie weit der nachste Galaxienhau-fen?

11. Was besagt das Hubble’sche Gesetz?

12. Wie hangt die Hubble-Konstante mit dem Alter des Universums zusammen?

13. Nach Hubble bewegen sich alle Galaxien radial in alle Richtungen von uns weg.Begrunden Sie, wieso das kein Beleg dafur ist, daß wir uns

”im Zentrum“ des

Universums befinden.

14. Was hat die von Hubble beobachtete Rotverschiebung mit dem kinematischenDoppler-Effekt zu tun?

15. Erklaren Sie die Ursache der kosmologischen Rotverschiebung.

16. Wenn das Universum expandiert, wieso entfernen sich dann nicht die Sterne inunserer Milchstraße immer weiter voneinander?

11-1

11-2 Kosmologie

17. Der”Rand“ des sichtbaren Universums entfernt sich von uns mit Lichtgeschwindig-

keit c. Konnen wir diesen Rand jemals erreichen, wenn uns nur Geschwindigkeitenv � c zur Verfugung stehen? Begrunden Sie ihre Antwort!

18. Wieso war das Universum gleich nach dem Urknall nicht lichtdurchlassig? Wasmußte passieren, damit sich das Lich im Universum ausbreiten konnte?

19. Woher kommt der kosmische Mikrowellenhintergrund?

20. Welche Temperatur hat der kosmische Mikrowellenhintergrund? Und warum hatsie gerade diesen Wert?

21. Woher wissen wir, daß sich die Milchstraße relativ zum Mikrowellenhintergrundbewegt?

22. Was versteht man unter der kosmischen Inflation?

23. Auf welcher Temperaturskala ist der Mikrowellenhintergrund inhomogen? Was be-deuten diese Inhomogenitaten fur die großraumige Struktur des Universums?

24. Nennen Sie ein Indiz fur die Existenz dunkler Materie und ein Indiz fur die Existenzdunkler Energie.

25. Wieviel Prozent der Masse im Universum entfallt auf die sichtbare Materie? Wie-viel auf die dunkle Materie?

26. Warum glaubt man, daß die Raumzeit-Geometrie des Universums flach ist?


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