Einführung in die

Astronomie und Astrophysik I

Teil 1

Jochen LiskeHamburger Sternwarte

jochen.liske@uni-hamburg.de

Email: jochen.liske@uni-hamburg.de

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: Kontakt

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: Was, wo und wann?

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:

Präliminarien: Leistungsnachweis

Punktzahl Note

< 50% Nicht bestanden

50 – 54 % 4,0

55 – 69 % 3,7

70 – 74 % 3,3

… …

90 – 94 % 1,3

≥ 95% 1,0

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: Leistungsnachweis

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

Präliminarien: Literatur

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

Themen

Die Milchstraße

Die Lokale Gruppe

Galaxien

Aktive Galaktische Kerne

Galaxienhaufen

Intergalaktische Materie

Kosmologie

Ausblick: Themen in EA&A II

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

Einstieg: Was ist Astronomie?

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!

Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt

Einstieg: Was ist Astrophysik?

Credit: NASA

Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt

Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde

Einstieg: Was ist Astrophysik?

Credit: ESO

Das Sonnensystem

Credit: G.H. Revera

Mond

Credit: NASA / SDO / AIA / GSFC

Sonne

Credit: NASA / JPL / Space Science Institute

Planeten – hier: Saturn

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Zwergplaneten – hier: Pluto

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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

25

“Planetenpfad” an der

Hamburger Sternwarte

in Bergedorf

Förderverein Hamburger

Sternwarte e.V. (FHS)

Dimensionen

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

Credit: ESO

Exoplaneten

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Interstellare Materie

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Explosionen!

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Sternhaufen

Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage

(STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration;

Davide de Martin and Robert Gendler

Galaxien

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

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Galaxienhaufen

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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)

Credit: NASA / WMAP Science Team

Kosmologie

Credit: ESA, Planck Collaboration

Der Urknall

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

Einstieg: Was ist Astrophysik?

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

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Kosmische Strahlung

Neutrinos

Gravitationswellen

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Kosmische Strahlung

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Gravitationswellen!!!

Elektromagnetische Strahlung (Licht)

Die Boten

Direkte Exploration

Kosmische Strahlung

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Gravitationswellen!!!

Elektromagnetische Strahlung (Licht)

Die Boten

Direkte Exploration

Kosmische Strahlung

Neutrinos

Gravitationswellen

Elektromagnetische Strahlung (Licht)

Die Boten

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum

Credit: NASA

Credit: ESO

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

Astronomie – warum?