Experimentelle Astrophysik

2. Vorlesung Montag 08. Mai 2017

Bachelor Freiwillige VeranstaltungLehramt WahlmodulMaster in Kombination mit anderer 2 SWS Veranstaltung

Experimentelle Astrophysik, 2 SWS, (4 Cr)

InhaltVorläufiger Plan der Vorlesung Kernphysik WS 2016/2 017

1. Doppelstunde: 24.04.2017 Planeten: Rotation, Entf ernungen, Zeiten

2. Doppelstunde: 01.05.2017 Feiertag

3. Doppelstunde 08.05.2017 Planeten: Entstehung, Atmo sphäre, Zusammensetzung

4. Doppelstunde 15.05.2017

5. Doppelstunde 22.05.2017

6. Doppelstunde 29.05.2017

7. Doppelstunde 05.06.2017 Pfingsten

8. Doppelstunde 12.06.2017

9. Doppelstunde 19.06.2017

10. Doppelstunde 26.06.2017

11. Doppelstunde 03.07.2017

12. Doppelstunde 10.07.2017

13. Doppelstunde 17.07.2017

14. Doppelstunde 24.07.2017

Movie Solar System

1. Geringfügige Drehimpulsänderungen widersprechen nicht dem Erhaltungsatz (Unschärfe)

2. Der Drehimpuls der Erde wird auf den Mond übertragen

3. Als Kompensation ändert sich die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne

4. Erde und Sonne tauschen Drehimpuls aus. Die Sonne dreht sich dann schneller oder langsamer

0%

60%

40%

0%

010 20

1. Die Tageslänge auf der Erde ändert sich. Was ist mit der Drehimpulserhaltung? (1 Pkt)

1. Seit Anbeginn, also seit 4,6 Milliarden Jahren

2. Seit der CO2 Gehalt niedrig genug ist (seit 350 Millionen Jahren)

3. Seit es Einzeller gibt (seit 4 Milliarden Jahren)

4. Seit es genug Sauerstoff gibt (seit 500 Millionen Jahren)

0%

68%

5%

27%

006 22

2. Seit wann ist die Erde für Menschen bewohnbar? ( 1 Pkt)

Zeitentwicklung des Universums

Urknall vor13 Milliarden Jahren

heute

Entstehungder Erde vor4,6 MilliardenJahren

Erstes Leben:Einzeller im Wasser

Würmerim Wasser

Fische

Pflanzen

Dinosaurier

Säuge-tiere

Menschen seit 2 Millionen Jahren

Sauerstoff seit0,5 Milliarden Jahren

Trennung Licht/MaterieKosmos wird durchsichtignach 400 000 Jahren

erste Sterne und Galaxiennach 1 Milliarde Jahren

1. Auf den Mars gab es früher Flüsse und auch heute noch gibt es dort Bäche.

2. Etwa jede zweite Sonne in der kosmischen Nachbarschaft der Erde hat vermutlich Planeten.

3. Wahrscheinlich gibt es viele blaue Wasserplaneten ähnlich der Erde, aber aller Wahrscheinlichkeit nach ohne Leben, denn die Entstehung von Leben ist extrem unwahrscheinlich.

4. Ein Gesteinsplanet im richtigen Abstand von seiner Sonne verfügt wahrscheinlich über Gewässer und dort wird sich ähnlich wie auf der Erde innerhalb von einigen 100 Millionen Jahren einfaches Leben entwickeln.

0%

17%

26%

57%

010 23

3. Was ist am wahrscheinlichsten falsch? (nach heutigem Wissen) (1 Pkt)?

c

Mars: Versteinertes Flussdelta (Länge ca. 13 km)Versteinertes Flussdelta auf dem Mars?

c

9

Mars: Versteinertes Flussdelta (Länge ca. 13 km)

Science Visions

Saturnmond Enceladus

Movie New York Times

Movie Europa Report Min. 54:30min

1. Würden sich sonst ständig in die Quere kommen.

2. Impulserhaltung - auf Ellipsen schwankt die Bahngeschwindigkeit ständig.

3. Konsequenz der speziellen Relativitätstheorie, da sonst ständige Massenänderungen.

4. Gezeitenkräfte bewirken eine langsame Umwandlung einer Ellipsenbahn in einer Kreisbahn.

27%

9%

9%

55%

010 22

4. Warum sind so viele Himmelkörper auf nahezu kreisförmigen Bahnen unterwegs (1 Pkt)?

Ellipsenbahn (übertrieben)

Bei eingefrorener Rotation/Revolution auf einer Ellipsemuss sich die Rotation eines Mondes um sich selbst ständig ändern. Schnelle Rotation im Perihel, langsame im Aphel.

Der Mond

Der MondScheinbare Größe des Mondes: 31´ (Winkelminuten=0.51o)Etwa ebenso groß wie die Sonne.

Entfernung Erde-Mond durch Triangulation: Zwei Orte aufder Erde, Mond gleichzeitig anpeilen, Winkeldifferenzbestimmen (ergibt Dreieck).

Radius der Erde: 6378km, Winkel zum Mond bei diesemAbstand (äquatoriale Horizontalparallaxe) 3422.6´´=0.95o

Dreieck: sin 0,95o=6378 km / Abstand � Abstand = 384 400 km.

Durchmesser des Mondes: 384400km*sin (31´)= 3476 km

Maßstabsgetreuer Abstand Erde - Mond

Bewegungen des Mondes

Rotation = Umlauf um sich selbst (Spin)Revolution = Umlauf in einer Bahn um ein Zentrum

Mond: Rotation = Revolution immer die gleiche Seite uns zugewandt

Ursache: Gezeitenwechselwirkung (s.u.)

Aber: es wackelt doch etwas. Librationen:- wegen Neigung der Mondbahn zur Ekliptik- Rotation gleichförmig, Revolution ungleichförmig wg. e- Während Drehung der Erde etwas andere Sicht....- es sind insgesamt 59% der Mondsoberfläche zu sehen

Libration

http://de.wikipedia.org/wiki/Mond

Sonnen-finsternis

aus dem All beobachtet

http://www.uni-sw.gwdg.de/~bischoff/Sofi/Sofi99.html

Bewegungen der Planeten: Beispiel Mars

Auch der Mars dreht sich....

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/2003/22/videos/a/formats/low_mpeg.mpg

Bahnelemente einiger Planeten

Merkur 0.24 0.38 0.2 7 47Venus 0.61 0.72 0.007 3.4 35Erde 1 1 0.017 0 30Mars 1.88 1.52 0.093 1.8 24Ceres 4.6 2.77 0.077 10.6 18Jupiter 11.9 5.2 0.048 1.3 13Saturn 29.6 9.6 0.055 2.5 9.6Uranus 84.7 19.2 0.047 0.8 6.8Neptun 166 30.1 0.01 1.8 5.4Pluto 252 39.9 0.24 17.1 4.7

Name Umlf. Halba Exzen. i Bahngeschw.Jahre AE e grad km/s

1. + 450 Grad Celsius wegen Treibhauseffekt

2. 1,38 mal wärmer (in Kelvin).

3. 1,38 x 1,38 mal wärmer (in Kelvin).

4. Nur 52 Grad wärmer, da die Albedo sehr hoch ist (Erde 30 Prozent, Venus 77 Prozent).

86%

5%

5%

5%

010 22

5. Unser Nachbarplanet Venus ist etwas näher an der Sonne (Abstand 0,72 AE). Wie hoch ist seine globale mittlere Temperatur(1 Pkt)?

Übersicht Planeten des Sonnensystems

ERD-ÄHNLICHPlaneten innerhalb Planetoidenring:< 1 Erdenmasse MEDichte 3,9 – 5.5 t/m3

Festkörper (Silikate, Fe/Ni)Atmosphären O2, CO2, H2O, N2

GASRIESEN:Planeten außerhalb Planetoidenring:Jupiter, Saturn, Uranus, NeptunMasse >> MeDichte 0,7 – 1,6 t/m3

Tabelle Parameter erdähnliche Planeten:

Venus, Erde, Mars

Venus:+ 450 oC93 Bar CO2

Mars:- 60 oC6 mBar CO2

1. Die beiden Metalle sind besonders schwer.

2. Die beiden Metalle sind besonders häufig, da sie das Endprodukt der Fusionsprozesse in Sonnen sind.

3. Das magnetische Feld dieser Metalle ist notwendig für die Planetenentstehung.

4. Eisen und Nickel sind Endprodukte vieler radioaktiver Zerfallsketten und relativ häufig im interstellaren Gas.

23%

50%

5%

23%

009 22

6. Die Gesteinsplaneten haben einen Eisen-Nickel-Kern. Warum? (1 Pkt)?

Innenleben der Planeten

Vermessung über Erdbebenwellen: longitudinale undtransversale. Flüssig: keine transversalen...

Erde: Kruste Dicke 10-40km: GesteinMantel bis 2900km Tiefe aus SilikatenKern: Ni/Fe+Schwefel. Ähnlich MeteoritenÄußerer Kern flüssig.Temperatur 5000K aus rad. Zerfällen

Mond: mittlere Dichte wie Kruste Erdekleiner metallischer Kern Radius 300-500km

1. Die Antarktis lag nicht isoliert genau am Südpol.

2. Treibhauseffekt durch höhere CO2 Konzentration

3. Die Sonne war wärmer

4. Es gab mehr radioaktive Zerfälle aus langlebigen Radionukliden wie z.B. Uran.

9%

68%

5%

18%

009 22

7. Bis vor etwa 35 Millionen Jahren waren die Pole der Erde eisfrei und es war überall tropisch warm. Warum? (2 Pkt)?

PlattentektonikErde im Innern heiß durch radiaktive Zerfälle: 1021J/a.= 0.06 Watt/m2 = 10-4 S (entspricht 30 000 Kraftwerkenmit 1GW Leistung)

Wärmetransport nach Außen durch Konvektion auchim Erdmantel

Folgen: „sea floor spreading“, Kontinentaldrift. USA-Europa entfernen sich mit einigenZentimetern pro Jahr. Auffaltung neuer Gebirge,Tiefseegräben.

Energiebilanz: 1/100 der 1021J/a reichen. 1/1000 für Erdbeben benötigt.

Mond, Merkur, Mars keine tektonische oder magmatische Aktivität. (kleiner und abgekühlt)

Venus: trotz Erd-Ähnlichkeit keine Plattentektonik. Abkühlung durchVulkanismus. Tektonische Spannungen in ca. 100km breiten Grenzzonenzwischen stabilen Blöcken.

Godwana Animation