SONNE, ERDE, MOND...SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker: Fendt/Fohlmeister/Just INHALT 3 Sonne,...

SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just

SONNE, ERDE, MOND

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VORLESUNGSPLAN

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‣ 18.4. Astronomie heute (Just, Fendt)‣ 25.4. Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister)‣ 2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister)‣ 16.5. Teleskope, Bilder, Daten (Fendt)‣ 23.5. Geschichte der Astronomie (Just)‣ 6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt)‣ 13.6. Sterne - Entwicklung (Fendt)‣ 20.6. Die Milchstraße (Just)‣ 27.6. Astrochemie und Leben (Fendt)‣ 4.7.Galaxien (Just)‣ 11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt)‣ 18.7. Urknall und Expansion des Universums (Just)‣ 25.7. Weltmodelle (Just)‣ 1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt)


INHALT

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Sonne, Erde, Mond

✴ Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen

✴ Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse

✴ Erde: Aufbau, Besonderheiten

✴ Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen

✴ Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung

SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just 4

Alter : >10 Milliarden Jahre Sterne: 100 bis 300 MilliardenUmlauf Sonne: 220 Mio Jahre ~ 220km/s

HEIMATGALAXIE MILCHSTRAßE

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Durchmesser : 100.000 LichtjahreDicke: 3000 bis 16000

100 000 Lichtjahre

25 000 LichtjahreBulgeZentrum

ScheibeKugelsternhaufen

Sonne

Lichtgeschwindigkeit299 792 Kilometer pro Sekunde maximale Geschwindigkeit im Universum

1 Lichtsekunde ≈ 300 000 Kilometer1 Lichtjahr ≈ 10 Billionen Kilometer

Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems

Milliarden Jahre

langsame ErwärmungRoter Riese Planetarischer

Nebel

Weißer Zwerg

heute

Dr. Janine Fohlmeister - Zentrum für Astronomie Heidelberg - 10. März 2013 - Kinderuni


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Entfernungen: Erde-Sonne: 8 Lichtminuten ≈ 150 000 000 km = 1 AE Erde-Mond: 1,3 Lichtsekunden ≈ 380 000 km Erde-Neptun: 4 Lichtstunden

http://www.rt-go.de/weltall/4-sonnensystem/sonn-sys.htmhttp://www.rt-go.de/weltall/4-sonnensystem/sonn-sys.htm


๏ Mondbahn ca. 5º gegen Ekliptik geneigt

๏ Durchmesser Sonne-Erde-Mond: 1400 000 : 12 000 : 3 500 km (ca. 100: 1 : 0.3)

๏ Sonne ist knapp 400 mal weiter entfernt von der Erde als Mond

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MONDPHASEN

Sonne

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๏Abhängig von der relativen Lage zu Sonne und Erde

๏Zunehmender Mond am Abendhimmel

๏Abnehmender Mond am Morgenhimmel


INHALT

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Sonne, Erde, Mond







ASTRONOMISCHE ZEITSKALEN

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Messung von Zeitpunkten und Zeitintervallen (Dauer)

gekennzeichnet durch den Ort und die Bewegung von Himmelskörpern

1 Tag: Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang, Erde dreht sich 1x um eigene Achse

Monat: abgeleitet vom Mond, eine Umdrehung um Erde

Jahr: Frühling, Sommer, Herbst, Winter ; Erde umrundet einmal die Sonne


JAHRESZEITEN• Erde: Frühling, Sommer, Herbst, Winter

• auf Südhalbkugel um halbes Jahr versetzt

• Ursache: Neigung der Erdachse um 23°

• Abhängig von Sonnenstand und damit Strahlungsenergie pro Fläche

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Wikipedia

Äquinoktum: Tag- und NachtgleichePerihel: sonnennächster Punkt der UmlaufbahnAphel: sonnenfernster Punkt der UmlaufbahnSolstitiallinie: Verbindung Sommer- und Wintersonnenwende


Sonnenfinsternis

✴Mond steht zwischen Sonne und Erde

✴Nur bei Neumond möglich

Mondfinsternis

๏Erde steht zwischen Sonne und Mond

๏Nur bei Vollmond möglich

๏Mondbahn nicht in der Ekliptik (5º geneigt)

๏Finsternis nur möglich, wenn der Mond in der Nähe eines Knotens (Kreuzungspunkt Ekliptik – Mondbahn) steht

FINSTERNISSE

http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html

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http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.htmlhttp://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html


Lage der Mondbahn

๏Neigungsrichtung nicht raumfest

Finsternisse nicht immer zur gleichen Jahreszeit

Nutation der Mondbahn (wie Präzession der Erdachse)

Torkelbewegung mit Periode 18.9 Jahre

FINSTERNISSE


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http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.htmlhttp://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html


FINSTERNISSE

Sonne

Kernschatten

Halbschatten

A B C D

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Finsternistypen

total (A), partiell (B,C), ringförmig (D)


MONDFINSTERNISSE (BEI VOLLMOND)

Mehrfachbelichtung einer zentralen totalen Finsternis relativ zum Erdschatten; Belichtungszeiten verschieden

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Kernschatten der Erde in Mondentfernung etwa doppelter Durchmesser wie Mond

Dauer einer totalen Finsternis ca. 2 Stunden

Erscheinung überall auf der Erde (Nachtseite) gleich

Bedeckter Mond nicht total dunkel, sondern gelb-orange durch Streulicht an der Erdatmosphäre


Kernschatten des Mondes in Erdabstand sehr klein

✴Erscheinung der Finsternis von Ort zu Ort sehr verschieden

✴Perigäum (Mond erdnah)

Kernschatten bis zu 269 km Durchmesser

Dauer der totalen Finsternis bis zu 7½ Min.

Totale Zone nur eine schmale Linie auf der Erde

✴Apogäum (Mond erdfern)

Nur ringförmige (und partielle) Finsternis möglich

SONNENFINSTERNISSE (BEI NEUMOND)


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

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http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.htmlhttp://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.htmlhttp://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternishttp://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis


SONNENFINSTERNISSE

http://www.mreclipse.com/MrEclipse.html http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis

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Totale Finsternis: Sonnenkorona sichtbar

Partielle Finsternis

Vom 4.1.2011

http://www.mreclipse.com/MrEclipse.htmlhttp://www.mreclipse.com/MrEclipse.htmlhttp://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternishttp://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis


Informationen zu Finsternissen

✴ http://astro.ukho.gov.uk/eclipse/

Partielle Mondfinsternis

✴25. April 2013

✴In Europa sichtbar

Nächste totale Sonnenfinsternis

✴3.11.2013, in Afrika sichtbar

✴3.9.2081 in Deutschland: Süddeutschland

Nächste ringförmige Sonnenfinsternis

✴9. Mai 2013, in Australien sichtbar

KÜNFTIGE FINSTERNISSE

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http://astro.ukho.gov.uk/eclipse/http://astro.ukho.gov.uk/eclipse/


Ablauf der Partiellen Mondfinsternis am 25.04.2013Eintritt in den Halbschatten (1. Kontakt): 20:02 Uhr MESZEintritt in den Kernschatten (2. Kontakt): 21:52 Uhr MESZMaximale Verfinsterung: 22:07 Uhr MESZ 13° über dem Ost-HorizontAustritt aus dem Kernschatten (3. Kontakt): 22:23 Uhr MESZAustritt aus dem Halbschatten (4. Kontakt): 00:13 Uhr MESZ

20


INHALT

24

Sonne, Erde, Mond







ERDE

Große Halbachse1 AE

(149,6 Mio. km)

Perihel – Aphel 0,983 – 1,017 AE

Exzentrizität 0,0167

Neigung der Bahnebene 0°

Siderische Umlaufzeit 365,256 d

Mittlere Orbital-geschwindigkeit

29,78 km/s

Die Erde, aufgenommen von Apollo 17 am 7. Dez. 1972

Einziger Planet mit (viel) WasserOzeane: bedecken 70% der Erdoberfläche,96,5% des gesamten Wassers,3,5% Salz, durchschnittl. Tiefe: 3800m, Marianengraben 11043mKontinentalplatten: 7 Kontinente; durchschnittl. Höhe: 800m, Mount Everest: 8848m

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ERDEÄquator- –

Poldurchmesser*12.756,32 –

12.713,55[2] km

Masse 5,974 · 1024 kg

Mittlere Dichte 5,515 g/cm3

Fallbeschleunigung* 9,80665 m/s2

Fluchtgeschwindigkeit 11,186 km/s

Rotationsperiode 23 h 56 min 4,1 s

Neigung der Rotationsachse

23,44°

Geometrische Albedo 0,367

Eigenschaften der AtmosphäreEigenschaften der Atmosphäre

Druck* 1,014[1] bar

Temperatur*

Min. – Mittel – Max.

184 K (−89 °C)288 K (+15 °C)331 K (+58 °C)

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Alter: 4,6 Milliarden Jahreeinziger sicher bekannter Planet mit Lebendichtester Planet im Sonnensystem; Zusammensetzung: Eisen (32,1 %), Sauerstoff (30,1 %), Silizium (15,1 %), Magnesium (13,9 %), Schwefel (2,9 %), Nickel (1,8 %), Calcium (1,5 %), Aluminium (1,4 %), 1,2 % Spuren von anderen ElementenGezeitenkräfte (Landmassen bis 0,5m) Atmosphäre bis ca. 600km; 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 1 % Edelgasen, 0-5% Wasserdampf

ERDE

http://mitglied.multimania.de/mariothuemmel/schale.jpghttp://mitglied.multimania.de/mariothuemmel/schale.jpghttps://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoffhttps://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoffhttps://de.wikipedia.org/wiki/Siliziumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Siliziumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Magnesiumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Magnesiumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Schwefelhttps://de.wikipedia.org/wiki/Schwefelhttps://de.wikipedia.org/wiki/Nickelhttps://de.wikipedia.org/wiki/Nickelhttps://de.wikipedia.org/wiki/Calciumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Calciumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Aluminiumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Aluminiumhttps://de.wikipedia.org/wiki/Chemisches_Elementhttps://de.wikipedia.org/wiki/Chemisches_Elementhttps://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoffhttps://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoffhttps://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoffhttps://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoffhttps://de.wikipedia.org/wiki/Edelgasehttps://de.wikipedia.org/wiki/Edelgasehttps://de.wikipedia.org/wiki/Wasserdampfhttps://de.wikipedia.org/wiki/Wasserdampf


INHALT

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Sonne, Erde, Mond







ERDE-MOND

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Mond umkreist die Erde

๏Abstand zur Erde von 356334 - 406610 km

๏Mittlerer Abstand: 384404 km (= 30 Erddurchmesser)

๏Mondbahn ~5º gegen Ekliptik geneigt

๏Rotationsperiode: 27d7h43m11.5s oder ca. 27 ⅓ Tage

๏Vollmond zu Vollmond: 29d12h44m2.8s oder ca. 29 ½ Tage

Größe des Mondes

๏Durchmesser : 3475.9 km (=1/4 des Erddurchmessers)

๏Scheinbare Größe am Himmel: ½ Grad wie die Sonne

oben: Libration des Mondesunten: Maßstabgetreues Größen- Abstand VerhältnisQuelle: Wikipedia


(ERD-)MONDAlbedo 0,12

Scheinbare Helligkeit −12,74 mag

Mittlerer Durchmesser

3476 km

Masse 7,349 · 1022 kg

Oberfläche 37 932 330 km²

Mittlere Dichte 3,341 g/cm³

Siderische Rotation 27,322 Tage

Achsneigung 6,68°

Fallbeschleunigung an der Oberfläche

1,62 m/s²

Flucht-geschwindigkeit

2380 m/s30


MOND

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Entstehung und Aufbau

✤Vor 4.4 Milliarden Jahren aus der Erde durch Kollision herausgelöst

✤Form 3-achsiges Ellipsoid

✤Mantel auf erdabgewandter Seite dicker

✤Gebundene Rotation (immer gleiche Seite zeigt zur Erde)


MONDMISSIONEN

Mitte der 60er bis Mitte der 70er Jahre gab es 65 Mondlandungen (allein 10 im Jahr 1971)

6 bemannte Landungen (Apollo 11, 12, 14, 15, 16, 17).

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MONDMISSIONEN

Apolloprojekt:Seismische DetektorenReflektionsprismen für Laser-rangingMondgestein

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ac/Apollo_11_launch.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ac/Apollo_11_launch.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ac/Apollo_11_launch.jpg


MONDMISSIONEN

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/5b/Moon-apollo17-schmitt_boulder.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/5b/Moon-apollo17-schmitt_boulder.jpg


MONDMISSIONEN

Mondboden (Staub)Basalt (Apollo 15)

3.3 Milliarden Jahre alt

Anorthosite, Apollo 164.2 Milliarden Jahre alt

35


INHALT

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Sonne, Erde, Mond







SONNEAufbau

✴Kern

✴Photosphäre

✴Chromosphäre

✴Korona

Aktivität

✴Sonnenflecken

✴Protuberanzen

✴Granulation

✴Schwingungen

Abstrahlung

✴Licht

✴Sonnenwind

✴NeutrinosSonne mit Sonnenflecken am 22. April 2013

http://www.spaceweather.com/

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http://www.spaceweather.comhttp://www.spaceweather.com


STECKBRIEF DER SONNE

Durchmesser (Photosphere) 1 391 980 km

Masse 1.99·1030 kg

Mittlere Dichte 1.41 g/cm3

Leuchtkraft 3.83·1033 erg/s = 3.83·1026 Watt

Rotationsperiode (Äquator) 25 Tage

Oberflächentemperatur 5800 K

Spektraler Typ G2 V

Scheinbare Helligkeit -26.7 mag

Absolute Helligkeit 4.8 mag

Mittlerer Abstand zur Erde149 597 892 km = 1 AE ≈ 8 Lichtminuten

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Kern

✴Energieerzeugung durch Fusion von Wasserstoff zu Helium

Photosphäre

✴Freisetzung der Strahlung

Protuberanzen

✴Ausbrüche

Korona

✴heißes Gas

✴Quelle des Sonnenwindes

AUFBAU

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

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http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnehttp://de.wikipedia.org/wiki/Sonne


AUFBAU

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

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Energietransport

✴Kern:

✴Erzeugung

✴Strahlungszone:

✴Diffusion (wie im Nebel)

✴Konvektionszone:

✴Durchmischung (wie im Kochtopf)

✴Photosphäre:

✴Abstrahlung des Großteils

✴Chromosphäre und Korona:

✴Heizung durch Magnetfelder in den Protuberanzen

http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnehttp://de.wikipedia.org/wiki/Sonne


AUFBAU

T~106 K

T~25000 K

T~5770 K

T~107 KKern

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Rand/Oberfläche

✴Photosphäre

300-400km dick

Starke Abnahme der Dichte

Zunehmend durchsichtig

Kühlste Region

✴Chromosphäre

Einige tausend Kilometer dick

Sehr dünnes Gas

Durchsichtig

Heizung durch Absorption in Spektrallinien des Wasserstoffs

✴Korona

Fließender Übergang zum Sonnenwind (bis etwa 100AE)

Sehr dünn und heiß und nach außen beschleunigt


AKTIVITÄT

42

Sonnenflecken

✴Älteste bekannte Aktivität


SONNENFLECKEN

43

Sonnenfleckenzyklus

✴11 Jahre Max- Max

✴1‰ Variation in der Strahlungsintensität

✴Schwankungen über die Jahrhunderte

✴Maunderminimum = „kleine Eiszeit“ (1645-1715)


SONNENFLECKEN

44

Schmetterlingsdiagramm

✴Anfang des Zyklus, Flecken bei ±30º Länge

✴Ende des Zyklus, Flecken nahe Äquator


SONNENFLECKEN

⇐

Granulation

Lichtbrücken räumliche Auflösung ~ 0.2 arcsec = 150km

Penumbra⇐ Umbra

45

Temperaturen

✴Oberfläche: 6000K, Umbra: 4000K, Penumbra: 5000K


SONNENFLECKEN

Variation der Koronaaktivität über einen Sonnenzyklus

46

✴Starke Magnetfelder bis 0.4T

Konvektion unterdrückt

Deshalb kühler

Benachbarte Flecken haben umgekehrte Polarisation

Polarisationsrichtung N ↔ S wechselt; deshalb wahrer Zyklus 22 Jahre

✴Lebensdauer

50% weniger als 2 Tage

10% länger als 11 Tage

✴Aufbrechen der Magnetfeldlinien

Protuberanzen

Sonnenwind


PROTUBERANZEN

Spektrallinie Hα, angeregter Wasserstoff

SOHO Satellit: UV 171Å Fe IX/X

47

Ausbrüche

✴Magnetfeldlinien geöffnet

✴Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen) bewegen sich entlang der Feldlinien auf Spiralbahnen: Lorentzkraft


ROTATION

Oberfläche ↑

← Rotationsfrequenzen im Inneren

48

Sonne rotiert differentiell

✴Periode am Äquator 25 Tage

✴Am Pol 30 Tage


SONNENWIND

http://latitude64photos.com/

49

Sonnenwind

✴Beschleunigt durch Magnetfelder

✴Abschirmung durch Erdmagnetfeld

✴Polarlichter durch Stöße mit Luftmolekülen

http://latitude64photos.com/http://latitude64photos.com/


VORLESUNGSPLAN

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18.4. Astronomie heute (Just, Fendt)

‣ 25.4. Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister)‣ 2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister)‣ 16.5. Teleskope, Bilder, Daten (Fendt)‣ 23.5. Geschichte der Astronomie (Just)‣ 6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt)‣ 13.6. Sterne - Entwicklung (Fendt)‣ 20.6. Die Milchstraße (Just)‣ 27.6. Astrochemie und Leben (Fendt)‣ 4.7.Galaxien (Just)‣ 11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt)‣ 18.7. Urknall und Expansion des Universums (Just)‣ 25.7. Weltmodelle (Just)‣ 1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt)

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