Experimentelle Astrophysik - Uni Konstanz · PDF file Proxima Centauri Proxima Centauri ist...

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  • Experimentelle Astrophysik

    1. Vorlesung Montag 24. April 2014

    Bachelor Freiwillige Veranstaltung Lehramt Wahlmodul Master in Kombination mit anderer 2 SWS Veranstaltung

    Experimentelle Astrophysik, 2 SWS, (4 Cr)

  • Inhaltliches Konzept:

    • Von Innen nach Aussen:

    Planeten Sterne Galaxien Kosmos

    Didaktisches Konzept:

    • Clicker

    3x Top 3 � 1 Note besser • Ü-Gruppe

    Aufgaben + Vorträge • Klausur / mündl. Prüfung

    Fragenliste

  • Homepage der Vorlesung https://www.gantefoer.uni-konstanz.de/lehre/aktuelle-vorlesungen/vorlesung-astrophysik-ss-17/#c313660

  • Literatur Astrophysik exp. Teil:

  • Beispiele Literatur

    • A. Unsöld, B. Baschek „Der neue Kosmos“, 7. Auflage, Springer 2001

    – umfangreich, unübersichtlich, zum Nachschlagen

    • Hans-Ulrich Keller "Astrowissen", Kosmos-Verlag, St uttgart 2003 – verständlich, qualitativ, kompakte Einführung, aber ohne Tiefgang

    • Zimmermann & Weigert "Lexikon der Astronomie", Spek trum, Berlin 1999 - Nachlagewerk

    • Demtröder "Experimentalpyhsik 4", Springer, Berlin 1998 – gutes Lehrbuch, ausgewogen

  • 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

    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

  • 1. Wie groß ist die Erde ungefähr (Durchmesser)? (1 Pkt)

    1. 10 000 km

    2. 100 000 km

    3. 1 000 000 km

    4. 10 000 000 km

    79%

    13%

    3%

    5%

    001 38

  • 2. Wie weit ist es bis zum Mond? (1 Pkt)

    1. 300 000 km

    2. 3 000 000 km

    3. 30 000 000 km

    4. 300 000 000 km

    73%

    27%

    0%

    0%

    001 37

  • 3. Wie weit ist es bis zur Sonne? (1 Pkt)

    1. 150 000 km

    2. 1 500 000 km

    3. 15 000 000 km

    4. 150 000 000 km

    0%

    11%

    32%

    57%

    001 37

  • 4. Wie ließ sich historisch die Entfernung zur Sonne bestimmen? (2 Pkt)

    1. Venustransit (Venusfinsternis)

    2. Sonnenfinsternis

    3. Umlaufzeiten der Planeten

    4. Dreieck Erde-Mond-Sonne bei Halbmond

    26%

    16%

    32%

    26%

    001 38

    Annahmen: Massen unbekannt, Abstände zu den Planeten und zum Mond unbekannt

  • Sonnensystem

    8 Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Saturn, Jupiter, Uranus, Neptun

    4 Gesteinsplaneten 4 Gasriesen

  • Grundgesetze

    Nur Gravitationswechselwirkung

    Konservatives Kraftfeld, 1/r Potenzial

    Die Anziehungskraft nimmt quadratisch mit wachsender Entfernung ab

    3 Keplersche Gesetze: - Bahnen sind Ellipsen (allg. Kegelschnitte) - Fahrstrahl-Gesetz - Umlaufzeit draußen länger tumlauf2/dachse3 = const.

  • 5. Umkreisen alle 8 Planeten die Sonne im gleichen Drehsinn? (1 Pkt)

    1. Ja

    2. Nein 69%

    31%

    001 35

  • 6. Drehen sich alle 8 Planeten im gleichen Drehsinn um sich selbst? (1 Pkt)

    1. Ja

    2. Nein 36%

    64%

    001 33

  • 7. Dreht sich die Sonne um sich selbst? (2 Pkt)

    1. Nein, die Sonne hat sich nie gedreht

    2. Ja, am Äquator schneller als nahe der Polen

    3. Nein, die Rotation ist ähnlich wie beim Mond inzwischen relativ zum Merkur zum Stillstand gekommen

    4. Nein, die Sonne ist eine heisse, verwirbelte Gaswolke und eine kollektive Rotation kann nicht definiert werden

    0%

    59%

    5%

    35%

    001 37

  • Movie Asteriod Discovery

    http://astronomy.nmsu.edu/strycker/sc2/Middle_animation.gif http://www.minorplanetcenter.net/iau/Animations/Animations.html

  • Längenskalen

    Innerhalb des Sonnensystems: 1 Astronomische Einheit (AE)= mittlere Entfernung Erde-Sonne = 8m 20s Lichtlaufzeit = 149,6 Millionen Kilometer

    Beispiel: zum Nachplaneten Mars sind es wie viele AE ?

    3. Keplersches Gesetz: tumlauf2/dachse3 = const. (Mars: tumlauf = 1,8 Jahre)

    Minimaler Abstand zum Mars schwankt zwischen 55-100 Millionen km.

  • Längenskalen

    Außerhalb des Sonnensystems: Parsec

    = Entfernung eines Stern mit einer Parallaxe von 1 Bogensekunde = 3,26 Lichtjahre

    Trigonometrische Parallaxe

    Ein Stern ist ein Parsec von uns entfernt, wenn von ihm aus die Distanz Erde-Sonne unter einem Winkel von 1 Bogensekunde erscheint.

    Sonnenparallaxe: der Winkel, unter dem der Erdradius von der Sonne aus gesehen erscheint (π = 8´´,794 )

    .

  • Größenskala: Parallaxe Grundsätzlich ist Entfernungsbestimmung schwierig. Selbst Hubble hat sich um einen Faktor 3 vertan….

    Parallaxe: Winkelmessung bzw. scheinbare Bewegung vor unendlich fernen Hintergrund

    Größte mögliche Abstände unserer Beobachtungsposten: - 1/2 Umdrehung ums Zentrum der Milchstrasse (200 MioJ) - 1/2 Umdrehung der Erde (Revolution) um die Sonne - 1/2 Umdrehung der Erde (Rotation) um sich selbst

  • 1. 40 Millionen Jahre

    2. 400 000 Jahre

    3. 40 000 Jahre.

    4. 4 000 Jahre.

    76%

    13%

    8%

    3%

    010 38

    8. Proxima Centauri ist rund 4 Lichtjahre von der Erde entfernt. Wie lange bräuchte ein raumtaugliches Auto mit 100 km/h bis dorthin? ( 1Pkt)

  • Proxima Centauri Proxima Centauri ist der dem Sonnensystem nächstgelegene Stern, ein so genannter Roter Zwerg. Er gehört zum Mehrfachsternsystem Alpha Centauri im Sternbild Zentaur und ist 4,24 Lichtjahre entfernt (ca. 268.000 AE). Als roter Zwerg hat er trotz seiner Nähe nur eine scheinbare Helligkeit von 11m, rund 100-mal schwächer als der schwächste mit bloßem Auge noch sichtbare Stern. Proxima Centauri befindet sich etwa 13.500 AE von den beiden Sternen A und B (Abstand nur 24 AE) des Doppelsternsystems α Centauri entfernt und befindet sich vermutlich in einer Umlaufbahn um dieses mit einer Umlaufdauer in der Größenordnung von 500.000 Jahren (weshalb Proxima gelegentlich als α Centauri C bezeichnet wird).

    http://www.solstation.com/stars/alp- cent3.htm

  • 1. 2 Millionen Lichtjahre

    2. 200 000 Lichtjahre

    3. 20 000 Lichtjahre

    4. 2 000 Lichtjahre

    42%

    26%

    24%

    8%

    010 38

    9. Wie weit ist das am weitesten entfernte mit blossem Auge sichtbare Objekt entfernt? (1 Pkt)

  • Andromeda

  • Scheinbare Bewegungen der Sonne

    Umlauf der Erde um die Sonne definiert Ebene der Ekliptik

    Schiefe der Ekliptik 23044´: Winkel zum Himmeläquator= 900 - Winkel zwischen Erdachse und Ekliptik

    Die Sonne bewegt sich im Laufe des Jahres relativ zur Himmelskugel

    Schiefe bewirkt Jahreszeiten

    Tierkreis: Band an der Himmelskugel

    Ellipsenbahn der Erde: Perihel 2.Januar (Nähe) Aphel 2. Juli (Ferne) hat wenig mit Jahreszeiten zu tun

  • 1. etwas länger (25,3 h)

    2. erheblich kürzer (~12 h)

    3. genauso lang wegen Drehimpulserhaltung

    4. Die Erde hat erst nach Einschlägen von Meteoriten angefangen sich zu drehen.

    29%

    66%

    5%

    0%

    010 38

    10. Wie lang war ein Tag (24 h) zu Beginn vor 4,6 Milliarden Jahren? ( 1 Pkt)