ASTRONOMIEMag. Sigrid Freinberger 1

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Wozu ?

Religiöse Gründe Interesse und Neugier Wunsch nach genauer Zeitrechnung -

Kalender Vorhersage wichtiger astronomischer

Ereignisse Landwirtschaft

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I. Geschichte der Astronomie

1. Die Griechen: ~ 570 v. Chr. – 150 n. Chr . 2. Astronomisches Mittelalter1: ~ 830 – 1680 3. Astronomische Neuzeit²: Ab 1800

1 Die Abgrenzung zum Mittelalter ist eher willkürlich gewählt.

² Der große Schub im astronomischen Wissen kam zustande: durch Verbesserung der Fernrohre durch verstärkten Wissensaustausch der einzelnen

Forschungsstätten durch die die Ausnutzung der im Licht der Sterne selbst

steckenden Information (Spektralanalysehre) durch die Beobachtungen von Raumsonden und

satellitengestützten Teleskopen durch die Nutzung der Rechenkapazitäten großer

Rechnersysteme

Zur Zeit Christi glaubte man, dass die Erde die Form einer großen Scheibe hat, die überall vom Meer umgeben ist. Darüber befindet sich das Himmelsgewölbe, über das die Götter in Gestalt von Sonne, Mond und Sterne fahren und den Menschen Licht und Wärme, Tag und Nacht bringen.

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1. Die Epoche der Griechen

Die Griechen kannten zum Teil die babylonischen und ägyptischen Ergebnisse der Astronomen.

Da sie aber zu ihren Göttern ein etwas anderes, offeneres Verhältnis hatten, waren sie weniger stark von der Astrologie geprägt und suchten stärker nach den Hintergründen der Natur.

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Aristoteles 384 – 322 v. Chr

Aristoteles war sich sicher,

dass die Erde eine Kugel ist:

Der Erdschatten auf dem Mond ist kreisförmig

Bei herannahenden Schiffen sieht man zuerst den Mast

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Das Geozentrische Weltbild

Die griechischen Philosophen, unter ihnen die wesentlichen Repräsentanten

Aristoteles und

Ptolemäus nahmen an, dass sämtliche Himmelskörper auf durchsichtigen Kristallkugeln befestigt sind

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Die kugelförmige Erde steht im Zentrum des Universum.

Alle weiteren Himmelskörper umkreisen die Erde in verschiedenen konzentrisch angeordneten Sphären (durchsichtigen Hohlkugeln). Die äußerste Sphäre wird von den Fixsternen besetzt.

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Richtungsänderungen?

Bildquelle: leifi – Geschichte der Astronomie

Eine Herausforderung an das geozentrische Weltbild:

Wie kann man die gelegentlich auftretende rückwärtige Bewegung der äußeren Planeten , v.a. Mars und Venus, bei denen ihre normale Bewegung (gegen den Sternenhintergrund ) von Ost nach West auch einmal umkehrt erklären?

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Zusätzliche Kristallkugeln

Dieses auch als „retrograde Bewegung“ bezeichnete Phänomen wird von Ptolemäus durch weitere, sekundäre, Kristallkugeln modelliert an denen die Planeten befestigt sein sollten.

Sie kreisten um einen festen Punkt der primären Kugel .

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Ptolemäus ~ 100 – 175 n. Chr

Deferent

Auf diese Weise ergaben sich insgesamt 55 Kristallkugeln.

Die Kreise der sekundären Kugeln wurden Epizyklen genannt und die primären Kugelbahnen, nannte man Deferenten (Trägerkreise).

Epizykel

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Der Almagest

Claudius Ptolemaeus hat seine Ideen in der großen Himmelskunde, der "Megalè syntaxis mathematiké", welche die Araber später "Almagest" nannten, festgehalten.

Der "Almagest", die erste systematische Darstellung der antiken mathematischen Astronomie, wurde für das ganze Mittelalter zum Klassiker und Standardwerk.

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2. Mittelalter - Umsturz des Weltbildes

Die intensivere und stärker systematistierte Beobachtung des Himmels verbunden mit einer Verbesserung der Beobachtungsmöglichkeiten durch Fernrohre führte zu vielen neuen Erkenntnissen, die letztendlich zu einem Umsturz des Weltbildes führten. Im Wesentlichen beschränkte sich aber damals die Forschung noch auf unser Sonnensystem.

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Nicolas Kopernikus1473-1543

Kopernikus kam zu der Erkenntnis, dass die Erde und die Planeten um die Sonne kreisen (heliozentrisches Weltbild) = Kopernikanische Wende.

Sein Werk über die Bewegung der Himmelskörper wurde erst 1543 in Nürnberg veröffentlicht. (Kirche!)

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Das Heliozentische Weltbild

Hauptwerk v. Kopernikus: „De Revolutionibus Orbium Coelestium“

Geozentrisches Weltbild

Heliozentrisches Weltbild

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Ptolemäus gegen Kopernikus

Das ptolemäische geozentrische Weltbild war in der Genauigkeit seiner Bahnvorhersage dem heliozentrischen Weltbild des Kopernikus überlegen, welcher annahm, dass die Planeten die Sonne auf Kreisbahnen umliefen.

Erst Keplers Entdeckung, dass die Planeten auf Ellipsen um die Sonne laufen, führte zu einem genaueren Modell und letztendlich zur Annahme des neuen Weltbildes.

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Tycho Brahe 1546-1601, dänischer Hofastronom

Mit seinem berühmten Mauerquadranten steigerte er die Messgenauigkeit für die Sternpositionen auf 2 ', was

für eine Beobachtung ohne Fernrohr sensationell war. Die große Bedeutung Tychos liegt in seinen sehr genauen Beobachtungen

Sein Weltsystem war ein Kompromiss zwischen dem ptolemaiischen und dem kopernikanischen System. Die Erde war noch im Zentrum. Um die Erde kreisen Mond und Sonne. Die Planenten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn kreisen aber um die Sonne.

Nach seiner Zeit in Dänemark wurde Tycho Hofastronom bei Kaiser Rudolf dem II. in Prag. Hier lernte er Kepler kennen. Mit Hilfe Brahes Daten entwickelte das mathematische Genie Kepler die nach ihm benannten Gesetze.

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Johannes Kepler 1571-1630

Johannes Kepler nahm die Grundidee des heliozentrischen Weltsystems von Kopernikus auf und veränderte es zu einer praktikablen Theorie. Unter Verwendung der äußerst genau gemessenen Planetendaten Brahes, formulierte er die drei keplerschen Gesetze der Planetenbewegung.

Indem er die klassische Theorie aufgab, dass Planeten sich auf aus Kreisen zusammengesetzten Bahnen mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegen, zeigte er, dass das Universum seinen eigenen Gesetzen gehorcht und nicht unbedingt den bis dahin gemachten Vorgaben.

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1. Kepler Gesetz

Ein Planet P bewegt sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne, die dabei in einem der Brennpunkte F oder S steht.

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2. Kepler Gesetz

Die Verbindungslinie zwischen der Sonne und einem Planeten P überstreicht in gleichen Zeitintervallen P1-P2 und P3-P4 gleiche Flächen.

D.h. der Planet bewegt sich umso schneller, je näher er der Sonne kommt.

Folge

Das Sommerhalbjahr (21. März – 22. September) dauert um 8 Tage länger als das Winterhalbjahr.

Weil: Im Sommerhalbjahr der Planet von der Sonne weiter entfernt ist als im Winterhalbjahr und daher langsamer unterwegs ist. Mag. Sigrid Freinberger 21

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3. Kepler Gesetz

Dieses Gesetz bringt die Umlaufzeiten T1 und T2 von zwei Planeten mit ihren Abständen A1 und A2 von der Sonne in Beziehung:

(T1 / T2)2 = (A1 / A2)3

Das bedeutet, je weiter ein Planet von der Sonne entfernt ist, desto länger benötigt er für seinen Umlauf um die Sonne.

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Galileo Galilei 1564 - 1642

Er baute das in Holland erfundene Fernrohr nach und machte damit astronomische Beobachtungen. Galilei vertrat das Heliozentrische Weltbild.

Galilei entdeckte die Gebirgslandschaft des Mondes, den Sternenreichtum der Milchstraße, die Phasen der Venus und die Jupitermonde.

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Galileis Buch „Dialogo“

Galilei wurde 1616 von dem Heiligen Offizium ermahnt, davon abzulassen, die Wahrheit der kopernikanischen Lehre zu behaupten. Die Berechnung von Planetenpositionen nach der kopernikanischen Hypothese, bei der

es sich nur um eine mathematische

Fiktion handelte, war erlaubt.

Daher durfte er auch das

kopernikanische System in seinem

Buch "Dialogo„ behandeln.

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Verbot der Veröffentlichung

Auf päpstliche Anordnung wurde jedoch der Verkauf des Buches untersagt, weil man Galilei vorwarf, verabredete Änderungen des Textes (z.B. eine Schlussrede zugunsten des ptolemäischen Systems) nicht durchgeführt zu haben. Damit hatte Galilei den Bogen überspannt und die Protektion des Papstes verspielt. Der Prozess gegen den Dialog begann.

Inquisitionsgericht Der

Inquisitionsprozess gegen Galilei endete mit seiner Abschwörung vom kopernikanischen System und Verurteilung am 22. Juni 1633. Sein angeblicher Ausspruch "Eppur sie muove" d.h. "Und sie bewegt sich doch", ist eine Legende.

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Das Urteil Galilei wurde zu unbefristeter Haft

verurteilt, die er in seinem Landhaus

zu Arceti bei Florenz verbrachte. Hier entstand das für die weitere Entwicklung der Physik wichtigste Werk die "Discorsi", die 1638 in Leiden gedruckt wurde. Es enthält die Lehre vom Fall und Wurf.

Im Jahre 1993 !! rehabilitiert Papst Johannes Paul II den großen Wissenschaftler.

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Kirche und Naturwissenschaft

Galilei war ein guter Katholik Er wollte die kirchliche Lehre in Einklang mit den naturwissenschaftlichen Fakten bringen.

Er vergaß, dass 1600 Giordano Bruno für ähnliches Bemühen auf dem Scheiterhaufen sterben musste.

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Sir Isaac Newton 1643 - 1727

Newton wollte ein Fernrohr von großer

Schärfe bauen, konnte aber keine Linsen ohne Farbzerstreuung schleifen. Um die Entstehung dieser Farben zu prüfen, untersuchte er das Licht mit einem Prisma.

Astronomische Entdeckungen: Die Anziehungskraft der Sonne schien die Planeten auf ihrer Bahn zu führen; eine entgegenwirkende Fliehkraft schien zu verhindern, dass sie gegen die Sonne stürzen.

Aus dem dritten keplerschen Gesetz, das die Umlaufzeiten der Planeten mit ihren Sonnenabständen in Beziehung setzt, folgerte Newton, dass die Anziehung der Sonne mit dem Quadrate der Entfernung abnehme.

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Bewegung der Planeten

Newton zerlegte die Kreisbewegung der

Planeten in zwei Komponenten:

1. In eine lineare Trägheitsbewegung (in Richtung der Kreistangente)

2. In eine beschleunigte Radialbewegung (Ursache: Zentripetalkraft)

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Hauptwerk : 'Philosophiae naturalis principia mathematica' (Mathematische Grundlagen der Naturwissenschaft).

Das Werk umfasst drei Teile und legt u.a. das Prinzip der allgemeinen Gravitation dar, wonach zwei Körper 1 und 2 sich im Verhältnis ihrer Massen und im umgekehrten Verhältnis ihres Abstandes anziehen (z. B. Sonne und Erde)

F = G M1M2/r²

Newtons Gravitationsgesetz

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Das Gravitationsgesetz

Erklärte u.a. auch: - die Entstehung der Gezeiten - die Bahnen der Kometen:

Die Physik des 18. Jahrhunderts und darüber hinaus wurde von Newton geprägt.

3. Astronomische Neuzeit

William Herschel (1738-1822):

Entwickelte Spiegelteleskope,

entdeckte den Planet Uranus

und sein Ringsystem und

untersuchte Nebel

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Albert Einstein (1879 – 1955)

Entwickelte die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie.

Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Konstante und die höchstmögliche Geschwindigkeit

Stichworte:

Raumkrümmung Gravitationswellen Gravitationslinsen Schwarze Löcher

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4. 10. 1957 Sputnik

Der erste künstliche Erdsatellit „Sputnik 1“ (UDSSR) umkreist die Erde mit ~24 500km/h.

Der Sputnikschock

Es war klar, dass die

Sowjetunion nun in der

Lage war, mit ihren

Raketen nicht nur den

Weltraum zu erreichen,

sondern auch jeden Punkt

auf der Erde.

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Juri Gagarin (1943 – 1968)

Der Kosmonaut Gagarin wurde ausgewählt, um als erster Mensch die Erde zu verlassen. Am 12. April 1961 absolvierte er mit dem Raumschiff Wostok 1 seinen spektakulären Raumflug und umrundete dabei in 108 Minuten einmal die Erde.

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Erste Mondlandung 20. 07. 1969

Neil Armstrong (USA) übernahm mit seinem Kollegen Edwin Aldrin am 20. Juli 1969 er die manuelle Steuerung der Mondlandefähre Eagle zu einer sicheren Mondlandung.

„Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed.“ Er betrat am 21. Juli 1969 um 2:56:20 Uhr (UTC) als erster Mensch die Mondoberflächemit den Worten: That's one small step for a man, one giant step for mankind

Mag. Sigrid Freinberger 37Armstrong Aldrin

Das Weltraumteleskop Hubble

1980 startete das Teleskop ins All. Damit wurde es erstmals möglich, die Störungen durch die Erdatmosphäre zu umgehen. Es umkreist die Erde in 590 km Höhe innerhalb von 97 Minuten einmal.

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Das Teleskop entstand aus der Zusammenarbeit von NASA und ESA und wurde nach dem US – Astronomen Edwin Hubble benannt.

Sonden

1997 US Sonde Pathfinder landet uaf dem Mars um Gesteinsproben zu sammeln.

2004 Die Raumsonde Huygens-Cassini erreicht nach 7 jähriger Reiszeit den Saturn zu dessen Erforschung.

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