Einstieg: Was Ist Astrophysik?

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Einführung in die Astronomie und Astrophysik I Teil 1 Jochen Liske Hamburger Sternwarte [email protected] Präliminarien: Kontakt  Email: [email protected]  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: Was, wo und wann?  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: Leistungsnachweis  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: Punktzahl Note < 50% Nicht bestanden 50 – 54 % 4,0 55 – 69 % 3,7 70 – 74 % 3,3 … … 90 – 94 % 1,3 ≥ 95% 1,0 Präliminarien: Leistungsnachweis  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: Literatur  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 Themen                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 Ausblick: Themen in EA&A II        Die Milchstraße Die Lokale Gruppe Galaxien Aktive Galaktische Kerne Galaxienhaufen Intergalaktische Materie Kosmologie Einstieg: Was ist Astronomie? 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 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! Einstieg: Was ist Astrophysik?  Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Credit: NASA Einstieg: Was ist Astrophysik?   Teildisziplin der Physik = Naturwissenschaft der unbelebten Welt Astrophysik = Physik von allem außerhalb der Erde Credit: ESO Das Sonnensystem Mond Credit: G.H. Revera Sonne Credit: NASA / SDO / AIA / GSFC Planeten – hier: Saturn Credit: NASA / JPL / Space Science Institute Credit: NASA / JHUAPL / SwRI Zwergplaneten – hier: Pluto Credit: ESA / Rosetta / NAVCAM 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 Dimensionen “Planetenpfad” an der Hamburger Sternwarte in Bergedorf Förderverein Hamburger Sternwarte e.V. (FHS) 25 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 Exoplaneten Credit: ESO Credit: NASA, ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI) Interstellare Materie Credit: ESA/Hubble & NASA Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration Sterne Credit: NASA, ESA and Allison Loll / Jeff Hester (Arizona State University) Explosionen! Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Sternhaufen Galaxien Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Davide de Martin and Robert Gendler 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 Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration Galaxien Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration and K. Noll (STScI) Credit: NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI) Galaxienhaufen Credit: NASA , ESA; S. Beckwith and the HUDF Team 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) Kosmologie Credit: NASA / WMAP Science Team Der Urknall Credit: ESA, Planck Collaboration Einstieg: Was ist Astrophysik?   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 Die Boten  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  Gravitationswellen  Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten  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  Gravitationswellen!!!  Elektromagnetische Strahlung (Licht) Die Boten  Direkte Exploration  Kosmische Strahlung  Neutrinos  Gravitationswellen  Elektromagnetische Strahlung (Licht) Das elektromagnetische Spektrum Das elektromagnetische Spektrum Credit: ESO Credit: NASA Astronomie – warum? 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