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  • 1. Vorwort Seite 3Sehr geehrte Leserinnen und Leser, Inhalt n Ihren Händen halten Sie die erste Sonderausgabe INFORMATIONEN ZUR NAA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2I des Regiomontanusboten, der Vereinszeitschrift derNürnberger Astronomischen Arbeitsgemeinschaft e.V. VORWORT UND INHALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3Sie wurde anläßlich des BZ-Kurses „Astronomie“ GESCHICHTE DER ASTRONOMIE I - ANTIKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4erstellt, welcher 1997 erstmals von der NAA mitErfolg abgehalten wurde. GESCHICHTE DER ASTRONOMIE IIDes weiteren wurde in dieser Sonderausgabe, eben- - NEUZEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10falls zum ersten mal, ein neues Layout- und Druckver- SONNENSYSTEM Ifahren benutzt, welches ab 1998 für alle Ausgaben des - SONNE UND GRÖßERE PLANETEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17Regiomontanusboten angewendet werden soll. Nicht SONNENSYSTEM IIzuletzt deswegen bitten ich Sie Kritik zu äußern, was - KOMETEN, METEORITE, ASTEROIDE . . . . . . . . . . . . . . . . .22Ihnen gefallen hat und was nicht, was man bessermachen kann oder was man weglassen sollte. DAS UNIVERSUMDie Autoren der acht Kapitel sind jeweils auch die - VON DER ERDE ZU DEN QUASAREN . . . . . . . . . . . . . . . . . .29Referenten der Themen während des Kurses, mit der STERNENTWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32Ausnahme der „Veränderlichen Sterne“.Ich hoffe, daß Sie viel Freude an dieser Sonderausga- VERÄNDERLICHE STERNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40be haben und auch nach dem Kurs noch des öfteren PRAKTISCHE ASTRONOMIEdarin lesen werden. - TELESKOPE UND BEOBACHTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 LITERATURHINWEIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 IMPRESSUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49Matthias GräterZum Titelbild:Fotografie von Knut Schäffner der Sommermilch-straße, zu sehen ist der Nordamerikanebel, der Peli-kannebel und die γ Cygni Region. Aufgenommen mitNormalobjektiv 2.8/50 und Deep-Sky-Filter aufScotchcrom 400. Belichtungszeit 30 minZur Umschlagseite 3:Fotografie von Knut Schäffner, zu sehen ist der Pfer-dekopfnebel und NGC 2024. Aufgenommen mitCelestron 8 f/5 und Deep-Sky-Filter auf Kodak Ektarpro Gold 400. Belichtungszeit 60 min.
  • 2. Astronomische Geschichte I Seite 4 Astronomische Geschichte I Antike Pierre Leich Praktische Bedürfnisse gung einschlägiger Grabanlagen bedarf keiner weite- ren Erläuterung. m fünften Jahrtausend v.Z. haben sich in einigenI Stromtälern Reiche mit hochentwickeltem städti-schen Leben herausgebildet. Die Frühformen von PhasenWissenschaft verlieren sich zwar in der Vorgeschich- Neolithikumte, doch wir kennen einige Charakteristika. Die ersten Steintempel der Welt entstanden aller-Als Motive tauchen immer wieder praktische Fragen dings nicht in Ägypten, sondern auf dem winzigenauf, etwa wenn es galt, bestimmte gerade anstehende maltesischen Archipel im Zentrum des Mittelmeers.Lebensprobleme zu bewältigen oder sich neue Fast gleichzeitig treten ebenso sorgfältig konstruierteLebensbereiche zu erschließen. Kragkuppelgräber an der Bretonischen Küste auf, die den Kretischen um weit mehr als 1000 Jahre voraus- Landwirtschaft, Ackerbau gehen. In Südengland wird aus mächtigen Steinen Schon für das nomadische Leben vor dem Acker- Stonehenge errichtet, wo eine präzise Beobachtungbau ist eine zeitliche Orientierung dringend zu emp- von Sonnen- und Mondzyklus erfolgte.fehlen (Wintereintritt, Regenzeit). Mit der Landwirt-schaft wird die Bestimmung fruchtbarer Perioden zur ÄgypterNotwendigkeit. Von den Ägyptern sind wenig Beobachtungsberich-Der heliakische Aufgang des Sirius diente den Ägyp- te auf uns gekommen. Einige Aspekte wurden obentern als Ankündigung der Felderüberflutung durch den bereits angesprochen.Nil. Ihr nach diesem Ereignis bemessene Jahr wirddaher siderisches Jahr genannt (Vorübergang der Son- Babylonierne an einem bestimmten Fixstern). Alle anderen Die Babylonische „Forschungsbürokratie“ brachteKalender orientieren sich an den Sonnenwenden und umfangreiche Tabellen und Listen hervor. Durch alge-rechnen mit tropischen Jahren (Durchgang der Sonne braische Auswertung solcher Aufzeichnungen erken-durch den Frühlingspunkt), die wegen der Präzession nen die Kulturen des Zweistromlandes Morgen- und(Fortschreiten der Erdachse) geringfügig kürzer sind. Abendstern als ein Gestirn und die für Finsternisbe- rechnung wichtigen Mondknoten (Durchgang des Geometrie Mondes durch Erdbahnebene). Den Zusammenhang der erneuten Messung vonLandbesitz nach den Überflutungen des Nils betont Griechenbereits Herodot: Bei den Griechen bildet sich die Idee einer gesetz- mäßigen Ordnung der Natur heraus. Beim Erfassen„Mir scheint, daß daher die Geometrie entdeckt wor- der Planetenläufe tritt räumliches Anschauungsvermö- den ist und dann nach Griechenland kam.“ gen an die Stelle von flächenhaftem Nebeneinander. Das Formulieren von Prinzipien und die Entwicklung Baukunst der geometrischen Methode ermöglichen es, nachvoll- Die Bedeutung der Volumenformel der Pyramide ziehbar zu argumentieren und Beweise zu führen. Diefür die organisatorische und bautechnische Bewälti- sokratischen Dialogen fordern Rechenschaftspflicht Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 3. Astronomische Geschichte I Seite 5für behauptende Rede. GestirnsbahnenDer Übergang von mythischer Vergewisserung zu Unstrittig waren rasch die beobachtbaren Wege vonerklärender Naturphilosophie wird deutlich an der Sonne, Mond und Gestirnen, die im Osten aufsteigenzunehmenden Entsubjektivierung, Einheitlichkeit und und sich in Parallelkreisen über einen Höchststand imVergleichbarkeit der Vorstellungen über den Kosmos. Süden nach Westen bewegen. Der Lauf der GestirneDie Nilschwemme erklärt Thales von Milet (~623-547 jenseits der sichtbaren Bögen bleibt jedoch zunächstv.Z.) durch einen Wasserstau infolge beständig umstritten. Anaximenes von Milet (~575-525 v.Z.) istwehender Nordostwinde, anstatt das Wirken einer der Ansicht,Flußgottheit anzunehmen. Indem er Wasser alsUrgrund aller Dinge einführt, versucht er die Gestal- daß die Gestirne sich nicht unter der Erde bewegen,tungsfülle der Natur zu ordnen. Herodot schreibt ihm […] sondern um die Erde herum, so wie wenn sichdie Vorhersage der Sonnenfinsternis vom 28. Mai 585 das Filzhütchen um unseren Kopf herum dreht. Diev.Z. zu. Sonne werde nicht verdeckt, weil sie unter die Erde gerate, sondern weil sie von den höheren Teilen der Erdgestalt Erde überdeckt und weil ihr Abstand von uns größer werde. Horizont Obwohl sich bereits bei Aristoteles (384-322 v.Z.) Heraklit von Ephesus (~540-476 v.Z.) schließt sichdie Erzählung von den am Horizont auftauchenden dieser Auffassung an, wohingegen Xenophanes ausSegeln findet, gibt es keine Kultur, die daraufhin für Kolophon (~565-480 v.Z.) die Gestirne für glühendedie Kugelgestalt der Erde plädiert hätte. Auch Homer Wolken hält, die sich in der Nacht wie Kohlen entzün-gilt die Erdkreisscheibe mit dem umfassenden Okea- den. Auch die Sonne entzünde sich jeden Tag imnos als ausgemachte Sache. Zu viele optische Phä- Osten neu und erlösche im Westen.nomene der Brechung und Beugung waren unverstan-den, einige Auswirkungen gleichwohl offenbar – wie Himmelskugelim Fall der Sonnenstauchung am Horizont. Der Vergleich von Himmelsbeobachtungen ver- schiedener geographischer Breiten bringt jedoch ein schlagendes Argument, daß der Himmel eine Kugel sei. Auf dem Weg zum Nordpol nimmt nämlich die Zahl derjenigen Sterne stets zu, welche ihre Bögen über dem Horizont ziehen. Die Sterne, die wir am Nordpol wahrnehmen, kreisen schließlich alle schein- bar um den Himmelsnordpol. Alternative Entzündungstheorien stehen somit vor dem Problem, daß dieselben Sterne für manche Beob- achter entzündet werden müssen, während sie für andere nie untergehen. Damit etabliert sich die Vor- stellung einer Himmelskugel, die systematische Betrachtungen erlaubt. Zuvor verbindet sich der Weg zur Kugelgestalt der Erde mit zwei weiteren Traditio- nen: Pythagoreischer Idealismus Die Bögen der Sonne Zum einen vertreten die Pythagoreer früh die Auf-Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 4. Astronomische Geschichte I Seite 6fassung, daß zur Erklärung grundsätzlicher Fragen Entscheidender dürften indes die astronomisch-geo-über die Natur nur ideale Zahlenverhältnisse oder geo- metrischen Argumente gewesen sein, die sich beimetrische Formen herangezogen werden dürften. Als einer N-S-Bewegung dreifach zeigen:Erdform kommt nur die Kugel als vollkommenster • Die Zenitsterne – die Sterne, die senkrecht überKörper in Betracht. Pythagoras (~570-500 v.Z.) und dem Beobachter kulminieren – wechseln.Parmenides (~515-445 v.Z.) sollen als erste die • Bei einer Reise in Richtung Süden erscheinenKugelgestalt der Erde behauptet haben. Die Erdzonen Sterne, die in nördlich gelegenen Gebieten nicht zuscheinen auf eine Projektion der Kreise am Himmels- beobachten sind und gewohnte Sterne verschwin-gewölbe auf die Erde zurückzugehen. den am nördlichen Horizont – und umgekehrt. • Zirkumpolarsterne – Sterne, die im Norden stän- Aristotelischer Physikalismus dig oberhalb des Horizonts stehen – haben im Neben diesen spekulativen Schluß tritt eine eher Süden Auf- und Untergänge.physikalische Argumentation: Während die von Aristoteles zusammengefaßtenDie Vorstellung, Ruhelage mit Zentrumsposition zu Argumente ins 5. vorchristliche Jahrhundert zurückidentifizieren, wird gestützt durch die von Aristoteles reichen, erfolgten quantitative Berechnungen nicht vorvollendete Elementenlehre, nach der sich alles Schwe- dem 3. Jahrhundert v.Z. Sie umfassen immer einenre zum Mittelpunkt bewegt, alles Leichte von ihm astronomischen und einen vermessungstechnischenweg. Er referiert die Vorschläge der ionischen Natur- Teil.philosophen:„Unter den Alten gab Thales die gemeinverständlich- ste Antwort: Die Erde schwimme auf dem Weltmeerwie ein Stück Holz. Leider vergaß er zu erklären wie das Wasser im Weltraum schweben kann.“um anschließend, seine eigene Lehre vorzutragen: „Klar ist auch, daß die Masse überall gleichmäßig werden wird, wenn sich die Teile überall von den Enden her gleichmäßig zur Mitte hin bewegen. Denn wenn überall gleichviel zugefügt wird, so muß der Abstand der Grenze zur Mitte immer derselbe sein. Und dies ist eben die Gestalt der Kugel.“Aristoteles findet darüber hinaus, Die Größe der Erdkugel - Methode des Era- tosthenes (3. Jh. v.Z.)„daß die Hypothese nicht allzu unwahrscheinlich ist, die die Gegend um die Säulen des Herakles [= Erdumfangsrechnung von Eratosthenes Gibraltar] mit derjenigen um Indien in Verbindung Aus dem unterschiedlichen Sonnenstand in Syene bringt und dort ein einziges Meer annimmt. Als und Alexandria zur Zeit des Sommersolstitiums (eineBeweis führen sie etwa die Elefanten an, nämlich daß größte Abweichung der scheinbaren Sonnenbahn vomdiese Tiere sich an jenen beiden äußersten Enden fin- Himmelsäquator) errechnet Eratosthenes von Kyrene den, offenbar, weil jene äußersten Orte durch ihren (~270-195 v.Z.) den Erdumfang. ϕ (also auch ϕ’) und Zusammenhang dazu geeignet sind.“ der Abstand von Syene zu Alexandria verhalten sich wie der Vollkreis zum Wert des Erdumfangs. Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 5. Astronomische Geschichte I Seite 7Geschickt bringt Eratosthenes fünf Beobachtungenund Annahmen in Zusammenhang: • Syene und Alexandria liegen etwa auf dem glei- chen Meridian (Nillauf). Damit werden die Folgen einer Zeitdifferenz der beiden Messungen mini- miert. • Der Abstand von Syene und Alexandria beträgt genähert 5000 Stadien. • Da die oberägyptische Stadt Syene – das heutige Verhältnis von Mond- und Sonnenentfer- Assuan – auf dem Wendekreis liegt, befindet sich nung - Methode von Aristarch (~ 310-230 v.Z.) die Sonne zur Mittagszeit am Tag der Sommerson- In der einzig erhaltenen Schrift Über Größen und Ent- nenwende genau im Zenit. fernungen von Sonne und Mond (um 265 v.Z.) ver- • In Alexandria wirft die Sonne einen Schatten von schafft sich Aristarch Klarheit über die Verhältnisse in 1 1/5 Hexekosta (7°,2) – ein Fünfzigstel des vollen der näheren Erdumgebung. Kreisumfangs. Bei Halbmond bilden Erde, Sonne und Mond geome- • Die Sonnenstrahlen erreichen die Erde parallel. trisch notwendig ein rechtwinkliges Dreieck. Wer nun den Winkel zwischen unserem Sichtstrahl zur Sonne Westweg nach Indien und dem zum Mond kennt, kann unter Zuhilfenahme Der Westweg nach Indien ist bereits in der Antike elementarer Geometrie das Abstandsverhältnis vonmehrfach geäußert worden und auch die Kugelgestalt Erde-Mond zu Erde-Sonne bestimmen. Da Mond- undder Erde ist nie in Vergessenheit geraten (Erdapfel). Sonnenscheibe in etwa die gleiche Sehfläche einneh-Eine Verwechslung der zugrunde gelegten Längenein- men, gilt nach dem Strahlensatz das gefundene Ver-heit führte jedoch noch im ausgehenden Mittelalter zu hältnis von gerundet 1 : 19 auch für das Breitenver-erheblichen Irrtümern. Auch Columbus nahm einen hältnis von Mond und Sonne.bedeutend zu kleinen Erdumfang an und mußte sich Das Verhältnis Monddurchmesser zu Erddurchmesserentsprechende Einwände gefallen lassen. gewinnt Aristarch aus einem Vergleich der Mond- scheibe zum Kernschatten der Erde bei einer Mond- Weltmodelle finsternis. Verknüpft man diese Ergebnisse, so stellt sich heraus, daß die weit entfernte Sonne über sechs- Weltmodell der Pythagoreer mal breiter ist als die Erde und ihr Volumen etwa das Das pythagoreische Planetenmodell dürfte von Phi- 300fache betragen muß. Ist es da nicht plausibler – sololaos (5. Jh. v.Z.) stammen. Es ist nur schwerlich als mag Aristarch gedacht haben – anzunehmen, die klei-astronomisch-mathematisches System zu verstehen, ne Erde dreht sich um die Sonne, statt umgekehrt?nimmt jedoch erstmals eine Bewegung der Erde an, Der Winkel zwischen Sonne und Mond ist freilichdie mit der Sonne ein Zentralfeuer umkreist. nahe dem rechten Winkel und die tatsächlichen Ver- hältnisse stellen sich weitaus drastischer dar. Antiker Heliozentrismus Laut Archimedes (~287-212 v.Z.) im Sandrechner Geozentrismussoll Aristarch (~310-230 v.Z.) die heliozentrische Da das heliozentrische System keine befriedigendeThese aufgestellt haben: Erklärung geben konnte, warum weder die Wolken „Denn er nahm an, die Fixsterne und die Sonne blie- zurückbleiben, noch sich eine Fixsternparallaxe zeigt, ben unbewegt stehen, doch die Erde werde im Kreis hatten Aristarchs Überlegungen kaum Nachfolger. um die Sonne geführt.“Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 6. Astronomische Geschichte I Seite 8Indem Aristoteles die Elementenlehre von Empedo- der Sonne unter den festen Sternen von West nachkles zu einer Bewegungslehre (Lehre der natürlichen Ost im Lauf eines Jahres, der den Wandel der Jah-Orte) ausbaute, liefert er auch eine „physikalische“ reszeiten und der Dauer von Tagen und NächtenBegründung des Geozentrismus. Während sich aber nach sich zieht,auf der Erde die Körper auf einen Zustand hin bewe- 3. der sich beständig wiederholende und ebenfallsgen, gilt im Himmel die unveränderliche Kreisbewe- einigermaßen gleichmäßige Lauf des Mondes untergung als natürlich (Dualismus). In der Folge wird den festen Sternen mit dem Wechsel der Lichtge-auch zwischen einer mathematischen (kinematischen) stalten während eines Monats,und einer physikalischen (kosmologischen) Astrono- 4. der keineswegs gleichmäßige, sich aber doch inmie unterschieden. bestimmten Perioden wiederholende Lauf einiger Wandelsterne, die sich gegenüber den Sternen mit Planetenmodelle verschiedenen und ungleichförmiger Geschwindig- keit in der Regel von West nach Ost bewegen, Die Rettung der Phänomene zuweilen aber umkehren in unterschiedlichen Platon (427-347 v.Z.) stellte laut Simplikios (6. Jh.) Zeiträumen von wenigen Monaten bis zu mehrerenden Astronomen die Aufgabe, mit rein geometrischen Jahrzehnten.Mitteln Annahmen zu finden, um die Bewegungen derPlaneten zu erklären. Simplikios beruft sich dabei auf AnomalienSosigenes (2. Jh.), der wiederum Eudemos anführt, Seit dem Ende des 4. Jahrhunderts sind Werkedaß Platon: erhalten, welche die Fixsternbewegungen im vorgege- benen Rahmen beschreiben können. Besonders zwei „… den Fachastronomen dies als Aufgabe gestellt unangenehme Abweichungen bleiben jedoch zunächst habe, durch welche hypothetisch zugrunde gelegten erklärungsbedürftig. gleichmäßigen und geordneten Bewegungen die bei • Schon den Babyloniern war die sog. erste Anoma- den Planetenbewegungen auftretenden Phänomene vollkommen gerettet würden.“Unter dem Slogan „die Phänomene retten“ entfaltetsich ein weitreichendes astronomisches Forschungs-programm, das sich durch die Vorschrift rekonstru-ieren läßt: Erkläre Gestirnsspuren durch die Annahmegleichförmiger und kreisförmiger Bewegungen.Es wird sinnvoll sein, sich kurz zu vergewissern, umwelche Phänomene es geht. Vier Erscheinungskomplexe1. der gleichmäßige Umschwung des ganzen Him- mels mit Sonne, Mond und Sternen nach Westen im Lauf von 24 Stunden mit seinem Wechsel von Tag und Nacht (der Himmel selbst drehte mit einer Peri- ode von 23 Stunden und 56 Minuten),2. der sich beständig wiederholende und in erster Näherung ebenfalls gleichmäßige, nur geringfügige Unterschiedlich lange Jahreszeiten - Er- Schwankungen aufweisende jahreszeitliche Lauf klärung durch Hipparch (~ 190-125 v.Z.) Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 7. Astronomische Geschichte I Seite 9 lie bekannt, die bei der Sonne durch die unter- zwei kontinuierliche Kreisbewegungen zurückzu- schiedliche Länge der Jahreszeiten besonders auf- führen. Die beiden Bewegungen können aber dann fällig ist. nicht mehr das gleiche Zentrum besitzen (homozen- • Die zweite oder große Ungleichheit betrifft die trisch sein). Rückläufigkeit, die Schleifen oder Spitzkehren der Der Planet bewegt sich in der synodischen Periode um Planeten in der synodischen Periode (in bezug auf einen kleineren Kreis, dem sogenannten Epizykel, die Sonne). dessen Mittelpunkt in der siderischen Umlaufzeit (in bezug auf die Fixsterne) auf einem größeren, dem Exzenter sogenannten Trägerkreis oder Deferenten abrollt, inAuch Hipparch (~190-125 v.Z.) bemerkt, daß die dessen Mitte die Erde gedacht wird. Für das Epizy-Winkelabstände zwischen den vier besonderen Bahn- kelmodell spricht, daß es verständlich macht, warumpunkten (oben Sommeranfang, links Herbstanfang) die scheinbare Helligkeiten der Planeten bei denunterschiedlich groß werden. Er legt dar, daß die erste Schleifen am größten ist.Anomalie durch eine gleichförmige Kreisbewegungerklärt werden kann, indem man die Erde neben den AusgleichspunktMittelpunkt des angenommenen jährlichen Sonnen- Ptolemäus (85-160) faßt das Wissen seiner Zeitkreises setzt. Da die Sonne mit konstanter Geschwin- zusammen und präzisiert die astronomische Theorie.digkeit kreisen soll, ergeben sich verschieden lange Da er bemerkt, daß die Planetenbewegungen wederJahreszeiten. von der Erde, noch vom Kreismittelpunkt gleichmäßig erscheinen, führt er einen weiteren exzentrischen Epizykel Punkt (Punctum aequans) ein, von dem aus die Für die zweite Anomalie wurden verschiedene Gleichmäßigkeit (konstante Winkelgeschwindigkeit)Lösungen vorgeschlagen. Einer Anregung von Apol- gerettet werden kann.lonius von Perga (260-190 v.Z.) verdankt sich derVersuch, die diskontinuierliche Bewegung mit Still- Offene Fragenstand und Umkehrpunkt auf eine Kombination von Bereits aus Sicht der antiken Astronomie bleiben drei rätselhafte Umstände: • Warum entfernen sich die inneren Planeten nur im Rahmen ihres Elongationswinkels? Für die inneren Planeten fordert Ptolemäus, daß Erde, Epizykelmit- telpunkt des Planeten und mittlere Sonne auf einer Geraden liegen. Die Sonne sollte aber keine bevor- zugte Rolle spielen. • Warum muß bei den äußeren Planeten der Radius- vektor Planet-Epizykelmittelpunkt parallel zur Ver- bindungsgerade ErdeSonne sein? Damit kann ein Planet zwar beliebige Winkelabstände zur Sonne einnehmen, Rückläufigkeiten treten aber nur bei Opposition auf wie von der Beobachtung verlangt. Die Umlaufzeit eines Planeten auf seinem Epizykel beträgt so ein Erdjahr, obwohl die Sonne keine bevorzugte Rolle spielen sollte. • Die Proportion Erde-Kreiszentrum-Ausgleichs-Epizykelmodell - Bewegung eines inneren punkt bleibt unbegründet.Planeten nach Ptolemäus (2. Jh.)Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 8. Astronomische Geschichte II Seite 10 Astronomische Geschichte II Neuzeit Pierre Leich Vorneuzeitliche Situation Außerwissenschaftliche Faktoren as Hochmittelalter bemüht sich in erster Linie • Insbesondere die Hochseeschiffahrt stellt zuneh-D um logische Untersuchungen bestehender Theo-rien, die in der Regel nur in arabischen Übersetzungen mende Anforderungen an Kartographie und Geo- graphie.vorliegen. Verhaltene Kritik wird höchstens an hypo- • Das Druckwesen entfaltet sich.thetischen Annahmen sichtbar. • Ein wachsendes Selbstbewußtsein läßt den sich anbahnenden gesellschaftlichen Umbruch absehen. Nicole de Oresme • Zur Zeit des Copernicus hat sich der kalendari- Oresme (~1320-1382) erkennt die Ununterscheid- sche Jahresanfang im julianischen Kalenderbarkeit von täglicher Erdbewegung und Himmelsdre- gegenüber dem astronomischen bereits um mehr alshung, bleibt aber beim Geozentrismus. Er demon- zehn Tage verspätet.striert jedoch an verschiedenen Gedankenexperimen- • Neue Beobachtungsinstrumente – wie die geradeten, daß Bewegung ein relativer Vorgang ist (etwas erfundene Uhr – lassen genauere Beobachtungenbewegt sich in bezug auf etwas). zu.Oresme stellt erstmals Intensitäten (wie Geschwindig- • Zunächst in Italien, dann überall in Europa entste-keit) durch Linien dar. Anhand eines v-t-Diagramms hen wissenschaftliche Gesellschaften, die begieriggibt er dem Begriff ‘Durchschnittsgeschwindigkeit’ neue Erkenntnisse diskutieren.(Merton-Regel = Mittelwertsatz) einen klaren Sinnund eröffnet damit eine Diskussion über die Interpre- Nicolaus Copernicustation zusammengesetzter geometrischer Größen (wieder Fläche v·t). Anlaß und Wirkung Nicolaus Copernicus (1473-1543) gilt als Erneuerer Regiomontanus in Sachen Weltbild schlechthin. Sein Beweggrund lag Regiomontanus (1436-76) ahnt, daß eine Verbesse- jedoch eher in einer Wiederherstellung des astronomi-rung sowohl bei der Datenbasis als auch bei der astro- schen Forschungsprogrammes der Antike. Er war sonomischen Theorie ansetzen muß. Er äußert vorsichti- „fundamentalistisch“ orientiert, daß in seinen Augenge Zweifel an der Auffassung, die Sonne kreise um selbst Ptolemäus zu lax mit den Grundsätzen der anti-die Erde. ken Astronomie umging. Insbesondere die Ad-hoc-Seine Wanderjahre führen ihn nach Nürnberg, wo er Hypothese des Ausgleichspunktes sucht er durch dasin der Vorderen Kartäusergasse eine Druckerei für ihn einzig zulässige Mittel der Epizykeltheorie zubetreibt und wissenschaftliche Instrumente sammelt. ersetzen.Er berechnet für die Jahre 1475-1506 ausführliche Die ptolemäische Ausgleichsbewegung auf demTabellen, die den täglichen Stand der Planeten ange- Exzenter zur Darstellung der ersten Anomalieben (Ephemeriden) und von Columbus benutzt wer- während der siderischen Periode wird durch eine dop-den. 1475 wird Regiomontanus von Sixtus IV. nach pelepizyklische Bewegung auf einem KonzenterRom zur überfälligen Kalenderreform berufen und ersetzt. Damit muß aber für die bisherige Epizykelbe-stirbt kurz darauf. wegung zur Darstellung der Schleifen in der synodi- schen Periode – der zweiten Anomalie – eine andere Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 9. Astronomische Geschichte II Seite 11Lösung gesucht werden. Copernicus findet sie, indem die Sonne. Immer dann, wenn ein Planet die Erdeer jene beiden Vorschläge verwirklicht, die bisher nur innen überholt oder sie ihrerseits an einem äußerenzögernd angedeutet, aber nicht konsequent auf ihre Planeten vorbeizieht, erscheinen am ErdhimmelBrauchbarkeit hin durchdacht wurden. Was gewinnt Schleifen, die folglich in der synodischen Periode auf-man – so wird er sich gefragt haben – wenn man unter treten (wenn der Planet wieder den selben Winkel vonWahrung der Prinzipien, aber im Widerspruch zu der Sonne erlangt). Für die oberen Planeten ist damitbestimmten Annahmen der aristotelischen Physik und auch klar, warum die Schleifen in Opposition (Erdeim Widerspruch zur unmittelbaren Anschauung, die zwischen Sonne und Planet auf einer Linie) sichtbartägliche Drehung des Himmels sowie den jährlichen werden, während die inneren Planeten in unterer Kon-Lauf der Sonne durch den Tierkreis und die analogen junktion (Planet zwischen Sonne und Erde) stehen.synodischen Bewegungen der Planeten mit ihrenSchleifen nur als scheinbare Phänomene auffaßt, alsnur perspektivisch zustande gekommenes Spiegelbildder Bewegung der Erde, vorgetäuscht durch den Stan-dort des irdischen Beobachters?Neben der jährlichen Bewegung erhält die Erde nocheine tägliche um die eigene Achse, da trotz Heliozen-trik die Fixsternsphäre ja nicht um die Sonne kreist.Leider ist die Copernicanische Theorie im Detailwesentlich diffiziler: hinzu kommen neben Präzessionfünf weitere Kreisbewegungen. Die Epizykel behältCopernicus nicht nur bei, er kann auch deren Anzahlnicht verkleinern und benötigt in seiner Endfassung 48Exzenter, Epizykel, Deferenten und Zykloiden (zurErklärung geradliniger Oszillationen), die die Voraus-sagen oftmals sogar verschlechtern. Nicht einmal dieSonne steht genau im Mittelpunkt und alle Planeten-kreise haben verschiedene Mittelpunkte.Der Grundgedanke ist jedoch so leicht zu simplifizie-ren, daß der Name von Copernicus zur Parole einerneuen naturwissenschaftlichen Weltsicht wurde. Daan deren Durchsetzung Generationen von Forschernarbeiteten, soll die Rechtfertigung der Copernicani-schen Theorie in systematischer Form diskutiert wer- Planetenschleifen als relativer Effekt - nachden. Nicolaus Copernicus Es wird verständlich, warum Sonne und Mond keine Argumente für Heliozentrik Schleifen aufweisen. Die Copernicanische Theorie ergänzt die Rolle der Die an die Sonne gebundene Bewegung von MerkurSonne als Licht und Wärmespender. Zu diesen und Venus ergibt sich unmittelbar.unstofflichen Übertragungsvorgängen kommt nun Die Umlaufperioden der Planeten wachsen mit ihremnoch die Zentrumsposition, der später eine anziehende Abstand zur Sonne. Damit verschwindet die riesigeWirkung nachgesagt wird. Geschwindigkeit der Fixsternsphäre, die beträchtlicheDie Schleifenbahnen der Planeten erweisen sich als Zentrifugalkräfte an den Sternen erzeugen müßte.relativer Effekt der jährlichen Bewegung der Erde um Allerdings herrschen nach aristotelischer Lehre in derRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 10. Astronomische Geschichte II Seite 12supralunaren Sphäre (über dem Mond) andere physi- Doch diese Beweise sind ebensowenig wie Doppler-kalische Gesetze als hier auf der Erde. Gegner des verschiebung, Drehimpulserhaltung, Corioliskraft,Heliozentrismus konnten das Argument jedoch für die Vorlauf und Äquatorlauf Angelegenheiten des 16.Erdoberfläche durchaus geltend machen. Jahrhunderts.Da der Erdradius größenordnungsmäßig bekannt war,ließ sich die Geschwindigkeit eines Punktes auf der Bedeutung von CopernicusErdoberfläche abschätzen. Heutige Werte ergeben für Die Konsequenzen des neuzeitlichen Heliozentris-Nürnberg mehr als 300m/s (1000km/h). Müßte bei mus sind es, die den Niedergang der aristotelisch-pto-solchen Geschwindigkeiten nicht alles in den Himmel lemäischen Lehre „an allen Fronten“ auslösen. Diesegeschleudert werden? Auswirkungen sind einerseitsNoch drastischer erschien die Lage beim freien Fall. • das Entfernen von Beschränkungen und anderer-Läßt man vom 55 Meter hohen schiefen Turm von seitsPisa eine Bleikugel fallen, so brauchte sie etwa 3,3 • das Auftreten neuer Fragen, die ultimativ nachSekunden, um am Boden aufzuschlagen. Während Aufklärung verlangen.dieser Zeit hat sich der Fußpunkt des Turms aber mit So wird die prinzipielle Zulässigkeit, der Erde zweider Erde um über tausend Meter westlich weiterbe- Bewegungen zuzuschreiben, deutlich.wegt. Konzentrische Äthersphären scheiden dagegen wegenWie soll man es rechtfertigen, daß das Zentrum der Durchdringung aus. Wie erhalten aber nun die Plane-Schwere und das Weltzentrum auseinander fallen? ten ihre Antriebskraft?Ein weiterer Einwand war die Verletzung der Der Dualismus wird zweifelhaft: Wird die Erde zumSphärenharmonie. Die Mondsphäre müßte die Erds- Himmelskörper, sind die Planeten (und Sterne) auchphäre durchdringen und warum bleibt der Erde über- Materiebrocken. Eine kategoriale Trennung vonhaupt der Mondkreis erhalten? supra- und sublunarer Sphäre ist nicht mehr durchzu-Auch daß beim besten Willen keine Fixsternparallaxe halten.nachzuweisen war, machte Copernicus nicht glaub- Die Begrenzung des Universums durch die Fixsterns-würdiger. phäre ist nicht mehr notwendig und die Frage nach der Größe und Endlichkeit des Raums wieder offen (Tho- Beweise mas Digges, Giordano Bruno). Die heliozentrische Weltsicht des Copernicus erfor- Die Planetenschleifen zeigen, daß Ortsveränderungderte die Erfindung einer völlig neuen Physik. Die immer relativ ist.erste halbwegs klare Formulierung selbst nur des Die Annäherung von Mathematik und Physik wird zurBeharrungssatzes findet sich erst 1632 bei Galilei, die fruchtbaren Strategie.völlig klare Formulierung des Trägheitssatzes durch Da Weltmittelpunkt und Zentrum der Erdschwere aus-Newton wurde erst 1687 veröffentlicht. einander fallen, erfordert das Rätsel der Schwere undBeweise im modernen Sinn sind: der Zentrierung der Planeten auf den Weltmittelpunkt • die Entdeckung der Aberration von James Bradley zunächst jeweils eigene Begründungen. (1728), Resümierend läßt sich feststellen, daß die Neuzeit • die experimentelle Bestätigung der Erdabplattung Copernicus wohl weniger die richtigen Antworten (Expeditionen 1735 in Peru und 1736-37 in Lapp- verdankt, als die richtigen Fragen. land), • der Nachweis der Fixsternparallaxe (erstmals Tycho Brahe 1838 publiziert von Friedrich Wilhelm Bessel), • die Bestätigung raumstarrer Pendelebenen durch Der dänische Astronom Tycho Brahe (1546-1601) Foucault (1851). wurde sich der Bedeutung genauer und lückenloser Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 11. Astronomische Geschichte II Seite 13Beobachtungsdaten für die Astronomie bewußt und dem Namen Keplers formuliert worden, in dessenhat das Material an astronomischen Beobachtung Gesetzen sich eine fundamentale Neuorientierungwesentlich vergrößert und präzisiert. zeigt, insofern erst Kepler mit den AristotelischenBeobachtungen Grundsätzen der Kreisförmigkeit und der konstanten • 1572 entdeckt Brahe einen neuen Stern (Superno- Winkelgeschwindigkeit bricht. va nordwestlich des Sternbilds Cassiopeia), der 18 In einer kühnen Verallgemeinerung des Archimedi- Monate beobachtbar bleibt und an dem Brahe keine schen Hebelgesetzes deutet er den Abstand Planet- Parallaxe feststellen kann. Er war daher in die Sonne als Hebelarm. Wenn sich ein Planet von der unveränderlich gehaltene „achte Sphäre“ zu setzen. Sonne entfernt, verlängert sich der Hebelarm, wird • 1577 erblickt er am Westhimmel einen Kometen. daher schwerer und nach dem peripatetischen Bewe- Die Messungen der schwach ausgeprägten Paralla- gungsgesetz langsamer. xe beweisen, daß er nicht der sublunaren Sphäre Ein Kreisstrom reißt die Planeten mit je nach Abstand angehört und einige Planetensphären kreuzt. und Fähigkeit Kraftwirkung zu empfangen. Er löstDa er trotz steigender Meßgenauigkeit keine Fixstern- sich dadurch von der Selbstbewegungstheorie der Pla-parallaxe feststellen kann, vertritt Brahe ein zum neten und führt eine physikalisch wirkende Bewe-copernicanischen kinematisch (unter Absehung der gungsursache ein.Massen und Kräfte) äquivalentes Planetenmodell, dasdie Phänomene genauer liefert, die Erde aber im Mit- Der Flächensatztelpunkt der Welt beläßt, um den sich Mond und Son- Für Perihel und Aphel der Marsbahn stellt Keplerne drehen. Alle weiteren Planeten umkreisen die Son- fest, daß die Bahngeschwindigkeit umgekehrt propor-ne . tional zur Entfernung zur Sonne ist. Er verallgemei- nert, daß Radius und Geschwindigkeit stets umgekehrt Johannes Kepler proportional sind (später erkennt er, daß dies nur für die azimutale Geschwindigkeitskomponente gilt). Der Grundlagen Mangel an einem geeigneten Iterationsverfahren Als seine drei wichtigsten Grundlagen nennt Kepler anstelle der langwierigen Summierung der Radien läßt(1571-1630): ihn bald der einfacheren Rechnung wegen den bis • die Astronomie des Copernicus, 1605 in seinen Augen nur approximativen Flächensatz • die Beobachtungen Tycho Brahes, einsetzen. • die Magnetismustheorie von William Gilbert In moderner Formulierung lautet dieses zweite Kep- (1544-1603). lersche Gesetz: Die Planetenradien (auch FahrstrahlenKepler war kurz Brahes Assistent. Nach dessen Tod genannt) überstreichen in gleichen Zeiten gleichehat Kepler Flächen. Die Abbildung veranschaulicht, wie nahe die 1. Zugang zu den Beobachtungsprotokollen Brahes Voraussagen des antiken Äquantenmodells bei denen und ist Keplers liegen. 2. nicht mehr an dessen Weltsystem gebunden. Bedeutung EllipsensatzWissenschaftstheoretisch bedeutsam ist seine Forde- Mit dem Flächensatz überprüft Kepler nun die Erd-rung verstärkter Berücksichtigung der Beobachtungen. bahn – von der aus ja alle Messungen erfolgen – undAndererseits erkennt er die Rolle nichtempirischer berechnet die Marsbahn neu. Dabei stellte er fest, daßapriorischer Elemente, die der Erfahrung begriffliche sie kein Kreis sein kann. Auf haarsträubendenStrukturen unterstellt. (Um–)Wegen gelangt er schließlich zur Einsicht derDie auf eine Bemerkung Kants zurückgehende Rede ellipsenförmigen Planentenbahnen, die als erstes Kep-der ‘Copernicanischen Wende’ wäre wohl besser mit lersches Gesetz bezeichnet wird.Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 12. Astronomische Geschichte II Seite 14 eine große Philosophenschule meint, sondern daß sie ganz im Gegenteil voll von Unregelmäßigkeiten, voll von Löchern und Erhebungen ist, genau wie die Ober- fläche der Erde, die allenthalben durch hohe Berge und tiefe Täler unterschieden wird.“ Auch existieren wesentlich mehr Sterne als bisher angenommen. Galilei demonstriert dies an einer Kon- stellation im Gürtel und Schwert des Orion sowie an den Plejaden. Die Milchstraße und viele Nebel (z.B. Krippe) sind Ansammlungen von Sternen, die im übri- gen enorm weit entfernt sein müssen. 1610 sichtet Galilei in Padua vier Jupitermonde. Dies hat mehrere Konsequenzen: Keplerelipse und Äquantenmodell • Da nun auch um andere Körper Satelliten kreisen, entfällt die Sonderstellung des Erdmondes. Das dritte Keplersche Gesetz • Die Erde kann nicht Zentrum aller Gestirnsbewe- Während bisher nur die Bewegung jeweils eines gungen sein. Offensichtlich ist es möglich, daßPlaneten im Blick war, bildet sein drittes Gesetz einen Körper andere Körper umkreisen, die selbst bereitsZusammenhang verschiedener Bahnen (bezüglich umlaufen.eines Gravitationszentrums). Es charakterisiert damit • Undurchdringbare kristalline Sphären sinddie stabilen Bahnen und lautet in moderner Formulie- unmöglich.rung: Die Quadrate der Umlaufzeiten verhalten sich • Die Siebenzahl der Wandelsterne ist unmaßgeb-wie die Kuben der Abstände. Ein Planet in doppelter lich.Entfernung benötigt für seinen Umlauf auf dem (dop- • Die Jupitersatelliten gehorchen dem 3. Kepler-pelten) Umfang also mehr als die doppelte Zeit, da er schen Gesetz (Galilei erkennt dies nur qualitativ, dasich dort draußen langsamer bewegen muß, um eine er von Keplers Schriften wenig Notiz nimmt).Bahn um die Sonne zu erhalten. Im gleichen Jahr beobachtet Galilei die wechselndeDas dritte Keplersche Gesetz ist nicht streng gültig, da Sichelgestalt der Venus. Er folgert sofort, daß erstensvon den Massen abgesehen wird. alle Planeten keine selbstleuchtenden Himmelskörper sind und zweitens, „daß notwendigerweise Venus wie Galileo Galilei auch Merkur sich um die Sonne drehen.“ Obwohl Galileis (1564-1642) herausragende Be- Mechanikdeutung auf dem Gebiet der Mechanik liegt, konnte er Für horizontale Flächen erkennt Galilei den Behar-der Copernicanischen Theorie 1609 durch die Nach- rungssatz.konstruktion eines Fernrohrs wichtige Indizien liefern. In seinem Begriffsrepertoire stellt er der gleichförmig geradlinigen Bewegung die gleichmäßig beschleunig- Astronomische Entdeckungen te Bewegung an die Seite und findet im Zusammen- Seine Mondbeobachtungen führen ihn zu der hang seiner Experimente an der schiefen Ebene dasErkenntnis, daß Fallgesetz. Beim schrägen Wurf (Parabelbahn) stößt er auf die „die Oberfläche des Mondes nicht völlig glatt, frei Superposition von Bewegungen (deren ungestörte von Unebenheiten und genau kugelförmig sei, wie Überlagerung). Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 13. Astronomische Geschichte II Seite 15Schließlich verdankt das Relativitätsprinzip Galilei Das quadratische Abstandsgesetzwichtige Impulse. Weitere Beträge stammen von John Wallis (1616- 1703), Christopher Wren (1632-1723), Robert Hooke Wegbereiter (1635-1703) und Edmond Halley (1656-1742). Unter ihnen war bereits unstrittig, daß die Kraft der Anzie-Die Vollständigkeit, mit der Newton (1643-1727) das hung zur Sonne dem Quadrat ihrer Entfernung rezi-Gebäude der Klassischen Mechanik errichtet, über- prok ist. Das quadratische Abstandsgesetz entsprichtstrahlt wichtige Ergebnisse seiner Vorgänger. der Bedingung, daß jedes betroffene Raumstück einen proportionalen Teil der gesamten Gravitationswirkung Rene Descartes empfängt.Bei Descartes (1596-1650) bedeutet Naturerklärung,mechanische Modelle für die Phänomene anzugeben, Isaac Newtonbei denen alles Geschehen als Korpuskularbewegunggedeutet wird. Die primären Qualitäten der Gegen- Mechanikstände der Natur sind Ausdehnung und Undurchdring- In seinem epochalen Werk Philosophiae naturalislichkeit, sie sind mit den Begriffen Form, Größe und principia mathematica – der Titel ist Programm –Bewegung zu beschreiben. macht Newton Kräfte – die er gemeinsam mit denDescartes verwirft Zweckursachen, stellt den Träg- Massen einführt – für die Abweichung von Trägheits-heitssatz auf und fordert, die Physik auf wenige einfa- bahnen verantwortlich. Solange keine Kräfte auf einenche Prinzipien zu gründen. Mehrere Stoßgesetze wer- Körper einwirken, verharrt dieser „in seinem Zustandeden von ihm aufgefunden. der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewe-Als erster spricht Descartes den Gedanken aus, daß gung“. Damit wird Bewegung zu einem Zustand undein Planet, um eine geschlossene Bahn um die Sonne von nun an ist eine Änderung der Bewegung zuzu beschreiben, ständig auf die Sonne hin fallen muß, erklären, nicht mehr die Bewegung selbst.so daß seine geradlinige Trägheitsbewegung in eine Man möchte nun natürlich wissen, wie sich die KräfteKurve verwandelt wird. Den Begriff einer Fernkraft zu den Abweichungen von dieser nichterklärungsbe-vermeidet er und versucht, die Schwere durch geeig- dürftigen Bewegungsrichtung verhalten. Diesernete Wirbelbewegungen von Ätherteilchen zu Zusammenhang wird im Beschleunigungs- oder Kraft-erklären. gesetz ausgedrückt: Christiaan Huygens „Die Änderung der Bewegung ist der Einwirkung der Um 1666 schuf Huygens (1629-1695) als erster bewegenden Kraft proportional und geschieht nacheine dynamische Theorie der gleichförmigen Kreisbe- der Richtung derjenigen geraden Linie, nach welcherwegung, indem er zeigt, daß dieser eine zentripetale jene Kraft wirkt.“Beschleunigung von v2/r entspricht. Damit war nach-gewiesen, daß eine kreisförmige Bewegung eben nicht Seit Leonhard Eulers (1707-1783) Reformulierung derohne Einwirkung äußerer Kräfte verlaufen kann. Eine Mechanik auf der Grundlage von Differentialglei-Anziehung hält er noch 1689 für absurd, benutzte aber chungen wurde es üblich, statt dessen unmittelbarbereits die Proportionalität von Kraft und Beschleuni- F = m · a zu notieren.gung.Unter Huygens wurde die Mechanik eine exakte Gravitationstheoriemathematische Fachwissenschaft, die sich der Newtons Meisterstück war, zu zeigen, daßgewöhnlichen Sprache entzog und auch den Philoso- • die Anziehungskraft der Erde auf den Mond undphen nicht mehr ganz verständlich war. die Zentrifugalkraft des Mondes die beobachteteRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 14. Astronomische Geschichte II Seite 16 Bahn des Mondes hervorbringen, Alle Massen im Weltall ziehen sich gegenseitig an, • die Bahn, die durch eine im Quadrat der Entfer- und zwar mit einer Kraft, die dem Produkt der beiden nung abnehmende Anziehungskraft hervorgeht, beteiligten Massen proportional und dem Quadrat eine Keplersche Ellipse ist, in deren einem Brenn- ihres gegenseitigen Abstands umgekehrt proportional punkt die Sonne steht, ist. • eine elliptische Bahn eine Anziehungskraft erfor- dert, die im Quadrat der Entfernung abnimmt, Ausblick • für jede Zentralbewegung das Flächengesetz gilt, Newton (oder zumindest die Newtonianer) hielten • Kometen sich auf stark exzentrischen Ellipsen die Gravitationshypothese für bewiesen, weil die oder Parabeln bewegen, Ableitung der Keplerschen Gesetze aus der Bewe- • die Wirkung einer Kugel im Außenraum gleich gungsgleichung allein mit Gravitationstermen gelang. der Wirkung ist, wenn die Masse im Mittelpunkt Trotz dieses Fehlschlusses war mit Newtons Gesetz vereinigt ist (Punktmasse). der Weg offen zu einer äußerst genauen BehandlungDas erste Ergebnis sei kurz erläutert: Die Mondbewe- der Bewegungen der Körper unseres Sonnensystems,gung setzt sich aus der Trägheitsbewegung auf der die ungeachtet der Problematik des sog. Drei-Körper-Tangente und dem Fall in Richtung Erde zusammen. Problems – für das keine allgemeinen analytischenDa die Abweichung des Mondes von seiner Bahntan- Lösungen bestehen – in der Berechnung des Planetengente im Verlauf eines bestimmten kleinen Zeitab- Neptun durch U.V. Leverrier und J.C. Adams einenschnittes der Zentripetalkraft, die den Mond an die Höhepunkt fand. Das moderne KAM-Theorem (1962Erde zieht, proportional ist, vergleicht Newton diese bewiesen) hat unsere Einsicht in die Dynamik stabilerAbweichung mit der Entfernung, die ein auf der Erde Bahnen weiter vertieft.fallender Körper im gleichen Zeitabstand zurücklegt. Die Newtonsche Gravitationstheorie stieß erst an ihreNewton erhält bei seinen Berechnungen für die Zentri- Grenzen, als deutlich wurde, daß im Rahmen der klas-petalkraft, des Mondes eine um 3600 mal kleinere sischen Physik eine Übertragung der alltäglichenGröße als für die Schwerkraft auf der Erdoberfläche. Ideen über Raum und Materie auf die kosmischeDa die Entfernung vom Erdzentrum zum Mond mit 60 Größenordnung kein befriedigendes Modell liefert.Erdradien bekannt war, ergab sich, daß die Anziehung Insbesondere die Annahme, Gravitation sei eine aktivedes Mondes zur Erde als die zum Mond ausgedehnte Kraft in einer passiven Raumzeit, konnte sich nur fürSchwerkraft betrachtet werden kann. kleine Geschwindigkeiten und Gravitationsfelder als Näherung moderner Theorien behaupten. „Bis jetzt haben wir jene Kraft, welche die Himmels- körper in ihren Bahnen erhält, Centripetalkraft genannt. Daß sie mit der Schwere identisch sei, istausgemacht, und wir wollen sie daher künftig Schwere nennen.“Da sich die Himmelskörper gegenseitig anziehen, ver-wandelt sich der Ausdruck für die zentripetaleBeschleunigung nach Einbeziehung der Massen in denAusdruck des Gesetzes der universalen Wechselwir-kung der Gravitation: F = k•M•m/r2 Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 15. Sonnensystem I Seite 17 Sonnensystem I Sonne und größere Planeten Ronald C. Stoyan 1. Sonnensystem allgemein • die äußeren Planeten Jupiter bis Neptun, mit deut- lich anderen Parametern 1.1. Aufbau des Sonnensystems in keine dieser Klassen fällt Pluto, dessen Natur als as Sonnensystem ist unsere engste kosmische einwandfreier großer Planet auch umstritten ist.D Umgebung, in der die Erde eingebettet ist. Esbesteht aus einer Vielzahl von Körpern, die sich alle Will man sich die Dimension des Sonnensystems vor Augen führen, ist folgende Aufstellung sehr auf-auf Keplerbahnen um die Sonne, den Mittelpunkt und schlußreich:die Dominante des Systems, bewegen. Im einzelnensind dies: Minimale Entfernung von der Erde in Lichtzeit:Körper Anzahl DimensionSonne 1 1 400 000 km Mond Sonne Venus Mars Jupiter PlutoPlaneten 9 71 000 - 1000 km 1,3 sec 8,4 min 2,5 min 4,2 min 34,9 min 5,3hMonde 61 2600 - 10 kmPlanetoiden 15000 1000 - 1 km Eine noch bessere Veranschaulichung liefert einKometen 130 (100000) 40 - 1 km Modell des Sonnensystems im MaßstabMeteoroide ∞ 1 m - 1 nm 1: 1 000 000 000, das heißt 1 000 000 000 km ent- spricht 1 km im Modell. 1.2. Dimensionen des Sonnensystems 1 AE (Astronomische Einheit, also die Entfernung Wenn man die Sonne und die großen Planeten Erde Sonne = 150 000 000 km) entspricht also 0,15betrachtet, und ihre wichtigsten Größen in Relation zu km = 150 mder der Erde setzt - wie das die nächste Tabelle zeigt -dann stellt man drei unterschiedliche Gruppen fest: Im Modell: • die Sonne, ein Stern Planet Größe Abstand Sonne-Planet • die inneren Planeten Merkur bis Mars, alle mit der Sonne 140 cm - Erde recht ähnlichen Werten Merkur 2 mm 60 mPlanet Entfernung [AE] Radius [rE] Monde Masse [ME]Sonne - 109 - 333000Merkur 0,4 0,4 - 0,05Venus 0,7 0,9 - 0,81Erde 1 1 1 1Mars 1,5 0,5 2 0,19Jupiter 5,2 11,2 16 317,9Saturn 9,6 9,4 18 95,1Uranus 19,3 4,1 15 14,6Neptun 30,2 3,9 8 17,2Pluto 39,4 0,2 1 0,001Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 16. Sonnensystem I Seite 18Venus 6 mm 105 mErde 6 mm 150 mMars 3 mm 225 mJupiter 7,1 cm 780 mSaturn 6,0 cm 1,4 kmUranus 2,5 cm 2,9 kmNeptun 2,4 cm 4,5 kmPluto 1 mm 5,9 kmSehr eindrücklich wird es, wenn man sich dieseGrößenordnung in einem in der Natur aufgebautenModell selbst erfühlt und erläuft. Sonne mit Protuberanz 1.3. Titius-Bode-Reihe Die Abstände der Planeten von der Sonne scheinen 2.1. Grundparameternicht willkürlich gewählt zu sein. Tatsächlich gibt es Radius Masse Dichte Altereine mathematische Reihe, die sogenannte Titius- 700000 km 2 ×107 t 1,4 g/cm³ ca.4 Mrd aBode-Reihe, die die Planetenabstände recht gut faßt:D = 0,4 + 0,3 • 2n 2.2. Aufbausetzt man ein: Die Sonne gliedert sich in mehrere konzentrische Schalen, in denen bestimmte Prozesse ablaufen:Planet n D [AE] • Zentralgebiet, hier finden die energielieferndenMerkur - 0,4 Kernreaktionen stattVenus 0 0,7 • Strahlungszone, die Energie wird durch StrahlungErde 1 1 nach außen weitergegebenMars 2 1,6 • Konvektionszone, die Materie „kocht“ auf undPlanetoiden 3 2,8 transportiert so Energie nach außenJupiter 4 5,2 • Photosphäre, die von der Erde aus sichtbare Son-Saturn 5 10,0 nen „Oberfläche“Uranus 6 19,6 • Chromosphäre, die knapp über der PhotosphäreNeptun 7 38,8 liegtPlanet X 8 77,2 • Korona, die heiße Gasatmosphäre der Sonne Man kann diese Schichtung sehr gut nachvollziehen,Man erkennt: Zwischen den Planeten Mars und jupiter wenn man Dichte und Temperatur gegen den Abstandist eine Lücke in der Reihe, hier fehlt etwas. tatsäch- vom Sonnenzentrum aufträgt. Die Dichte nimmt nachlich wird diese Lücke von den Planetoiden aufgefüllt; außen hin ab, hat an der Stelle der Photosphäre einenes gibt die Hypothese, daß diese Kleinplaneten aus sehr großen Abfall, die Korona hat nur noch eine sehreinem großen zerbrochenen Körper entstanden sind. geringe Dichte. Die Temperatur erreicht im Sonnenze- trum ein Maximum, nimmt bis zur Photosphäre auf ca. 5500° ab, um in der Korona wieder auf einige Mil- 2. Sonne lionen Grad anzusteigen. Die Sonne ist der Zentralkörper unseres Sonnensy-stems, sie ist ein Stern. Über 99% der gesamten Masse 2.3. Energieerzeugungdes Sonnensystems sind in ihr konzentriert. Die Energiequelle der Sonne und somit auch die Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 17. Sonnensystem I Seite 19Energiequelle allen Lebens auf der Erde ist die Kern- • Oberfläche kraterübersät, mondähnlichfusion im Sonneninneren. Hier werden aus Wasser- • keine Atmosphärestoffatomen über zahlreiche Prozesse Helium- bis • extreme TemperaturunterschiedeEisenatome gebildet, wobei Energie frei wird. im Amateurfernrohr: Phasen 2.4. Photosphärenstrukturen 3.3. Venus Betrachtet man in einem Fernrohr mit Weißlichtfil- • Oberfläche durch Tektonik geformt: Spalten, Vul-ter die Sonne, so fallen Einzelheiten auf: kane, Lavaflüsse,... • Sonnenflecken; dunkle Gebiete mit geringerer • sehr dichte Atmosphäre, v.a. CO2, S-Verbindun- Temperatur gen: Treibhauseffekt • Fackeln, helle Gebiete im Amateurfernrohr: Phasen, Atmosphärenstrukturen • Granulation: brodelnde Gasblasen der Konvekti- onszone 3.4. Mond • Oberfläche: Unterscheidung in Terrae (kraterrei- 2.5. Aktivität der Sonne che Hochländer) und Mare (lavaüberflutete Ebe- Die Sonne wird stark von ihrem deutlich ausge- nen)prägten Magnetfeld beherrscht. Etwa alle 22 Jahre • keine Atmosphärewechselt das Sonnenmagnetfeld seine Polung. Daraus im Amateurfernrohr: detaillierte Mondtopographieresultiert ein 11-jähriger Zyklus der sichtbaren Struk-turen, zum Beispiel der Sonnenflecken. Beobachtet 3.5. Marsman diese und zählt die Anzahl der Flecken mit einer • Oberfläche: verkratert, Anzeichen vergangenerSonnenflecken-Relativzahl, dann kann man die Länge vulkanischer und hydrischer Aktivitätund Stärke der Zyklen bestimmen. Derzeit befinden • dünne Atmosphäre, Wassereiswolken, CO2-Pol-wir uns in einem Minimum der Sonnenaktivität, das kappennächste Maximum wird im Jahr 2000 erwartet. • zwei Monde: Phobos und Deimos, eingefangene Planetoiden 3. Innere Planeten: im Amateurfernrohr: Albedostrukturen, meteorolog. Merkur, Venus, Erde/Mond, Mars ErscheinungenPlanet r [km] Umlauf Rotation Achsneig. Albedo Dichte [g/cm3]Merkur 2440 87,9 d 58 d 0° 0,06 5,42Venus 6052 224,7d 243 d (ret) 2° 0,79 5,25Erde 6378 356,3 d 24 h 23° 0,4 5,52Mond 1738 27 d 27 d 1,5° 0,07 3,34Mars 3396 686 d 24 h 37 m 23° 0,15 3,94 Die inneren Planeten geben ein sehr erdähnlichesBild ab: Sie haben eine feste Oberfläche, nur zum Teil 4. Äußere Planeten:dünne Atmosphären, sind in der Größe zwischen derErde und dem Mond angeordnet. Man erkennt auf Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun (, Pluto)einigen Spuren von tektonischer Aktivität. Sie werdendeshalb auch als terrestrische Planeten bezeichnet. Die äußeren Planeten unterscheiden sich grundle- gend von den inneren. Sie sind wesentlich größer, 3.1. Grundparameter haben tiefe Gasatmosphären aus Wasserstoff, Helium 3.2. Merkur und einigen Kohlenstoffverbindungen. Gemein istRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 18. Sonnensystem I Seite 20 Mars Jupiterihnen außerdem ein Ringsystem und eine große km, Dicke 10 km)Anzahl von Monden. • 18 Monde, davon Titan (Radius 2575 km) größter des Sonnensystems mit AtmosphärePlanet r [km] Umlauf Rotation Achsneig. Albedo Dichte [g/cm3]Jupiter 71492 11,8 a 9,9h 3° 0,52 1,33Saturn 60268 29,4 a 10,2h 26° 0,47 0,70Uranus 25559 83,7 a 15 h 98° 0,51 1,30Neptun 24764 163,7 a 17 h 30° 0,41 1,76Pluto 1151 248,0 a 6,4 d 118° 0,3 1,1 4.1. Grundparameter im Amateurfernrohr: Ring mit Teilungen, Bänder und 4.2. Jupiter Zonen, Monde • Tiefe Gasatmosphäre (v.a. H, He, C-Verbindun- gen), kein fester Kern • komplexes Muster aus Hoch- und Tiefdruckzonen sehr feiner, schwacher Ring • 16 Monde, davon 4 in Planetengröße: Io, Europa, Ganymed, Kallisto • Io mit rezenter Vulkanaktivitätim Amateurfernrohr: Bänder (dunkel) und Zonen(hell); Strömungszonen; Einzelobjekte; Monderschei-nungen 4.3. Saturn • Atmosphäre wie Jupiter, weniger turbulent • deutlicher, markanter Ring (Durchmesser 100000 Saturn Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 19. Sonnensystem I Seite 21 4.4. Uranus • Atmosphäre wie Jupiter, nahezu ohne Einzelhei- ten • schwacher Ring • 17 Mondeim Amateurfernrohr: Planetenscheibchen, Monde 4.5. Neptun • Atmosphäre wie Jupiter, dunkle und helle Wol- kensysteme • schwacher Ring • 8 Monde, darunter Triton mit rezenter Aktivitätim Amateurfernrohr: Planetenscheibchen, Mond Tri-ton 4.6. Pluto • keiner der großen Gasplaneten, sondern eher Der Pathfinder-Rover „Sojourner“ auf dem kleinplanetenähnlich oder wie Triton Mars • Doppelsystem zusammen mit nur halb so großem Mond Charon • einziger Planet ohne Raumsondenbesuchim Amateurfernrohr: Planet als schwacher Stern Anhang: Erforschung des Sonnensystems durch RaumsondenSonde Ziel Start Ankunft ErgebnisseMariner 4 Mars 1965 erste NahaufnahmenMariner 9 Mars 1971 KartierungPioneer 10 Jupiter 1972 1973 erste BilderPioneer 11 Jupiter 1973 1974 erste detaillierte Bilder Saturn 1979 erste BilderMariner 10 Merkur 1973 1974 erste Bilder, TeilkartierungVenera 9,10 Venus 1975 LandungViking 1,2 Mars 1975 1976 Landung + OrbiterVoyager 1 Jupiter 1977 1979 umfangreiche Daten Saturn 1980Voyager 2 Jupiter 1977 1979 umfangreiche Daten Saturn 1981 Uranus 1986 Neptun 1989Ulysses Sonne 1990 1992 Sonnen-Magnetfeld-MessungenMagellan Venus 1996 KartierungGalileo Jupiter 1997 Sonde + Atmosphär.probePathfinder Mars 1996 1997 LandungMars Global SurveyorMars 1996 1997 KartierungRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 20. Sonnensystem II Seite 22 Sonnensystem II Kometen, Meteorite, Asteroide Ralph Puchta 1. Kometen • 1668 in Danzig erscheint die Cometographia von Johannes Hevelius 1.1 Allgemeine Informationen zu Kometen • 1680 Dörffel und Isaak Newton zeigen, daß sich 1.1.1 Kometen gestern und heute Kometen auf einer parabelförmigen Bahn um die 1.1.1.1 Kometen in der Geschichte Sonne bewegtKometen (griech.: Haarstern): • 1705 Halley weist nach, daß es sich bei den • eine der auffälligsten Himmelserscheinungen Kometen von 1531, 1607 und 1682 um ein und • erscheinen nicht so „regelmäßig“ wie Planeten am denselben Kometen handelt. Damit wird den Himmel Kometen eine elliptische Bahn um die Sonne zuge- • teilweise sehr hell ordnet. • 1759 Die von Halley vorhergesagte WiederkehrDeutung durch europäische Astrologen seines Kometen wird ein Triumph für die Newton- Kometen als Vorboten einschneidender Ereignisse sche PhysikB.: Halleyscher Komet soll bei seiner Erscheinung1910 den 1. Weltkrieg angekündigt haben 1.1.1.2 Was ist an Kometen heute interessant[2]Ob Hyakutake (zu ihm haben die Astrologen keine In Kometen vermutet man „tiefgefrorene Urmate-Vorhersagen getätigt) die Ablösung des SPD OB Dr. rie“, aus der unser Planetensystem vor JahrmillionenP. Schönlein durch Dr. L. Scholz (CSU) in Nürnberg entstanden ist.im Frühling 1996 oder der Komet Tabor das Amtsju- Durch Unterkühlung und Fehlen der Schwerkraft soll-biläum von Dr. H. Kohl im Herbst 1996 angekündigt te sie keine Umwandlung mit gemacht haben. Ebensohat darf jeder selbst für sich entscheiden. fehlt der Einfluß von Strahlung, da Kometen den größten Teil ihres Lebens von der Sonne entfernt ver-Kometen wurden nicht immer als Himmelskörper bringen. Man sucht besonders nach Molekülen, die fürangesehen die chemische Evolution als Vorläufer der biologi- • Aristoteles sah in Kometen irdische Dämonen, die schen Evolution verantwortlich sein könnten. in den Himmel emporgetragen wurden und damit atmosphärische Erscheinung. Bis in die beginnende 1.1.2 Wieviel Kometen gibt es Neuzeit wurde die atmosphärische Theorie vertre- • Kometenkatalog von 1989: 810 Kometen ten. • ca. 130 kurzperiodische Kometen • 1531 Peter Apian weist darauf hin, daß der Kome- • jährlich werden etwa ein ein Dutzend neu ent- tenschweif immer von der Sonne weggerichtet ist deckt • 1577 Tycho de Brahe (Däne) schloß aus der nicht vorhandenen täglichen Parallaxe auf die Bahn des durchschnittlich sind von der Erde aus pro 100 Jahre Kometen und stellte fest, daß sie viel größer ist, als 5 - 6 eindrucksvolle Kometen sichtbar die des Mondes. ⇒ Kometen sind echte Himmelskörper UND Ende durchschnittliche Masse des Kerns: 1015 - 1018 g des aristotelischen Weltbildes • 1618 Johannes Kepler weist den Kometen gerade 1.1.3 Wie werden Kometen benannt Bahnen durch unser Sonnensystem zu Kometen werden bezeichnet nach dem Zeitraum der Entdeckung z.B. erste Hälfte Januar 1995 mit Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 21. Sonnensystem II Seite 231995 A. Der erste Komet bekommt dann zusätzlich (sonnenfernster Punkt) von 150 000 AE (1 AE =noch eine 1, der 2 eine 2 ... 1,496 . 108 km = Abstand Erde - Sonne) noch derAlso z.B. der 2. Komet in der ersten Januarhälfte 1995 Schwerkraft der Sonne. (vgl. Erde - Pluto:∅40 AE)wird als 1995 A2 bezeichnet.Die Art des Umlaufs wird im 1. Buchstaben berück- 1.1.5 Kometenheimatsichtigt: Die „Heimat“ der langeperiodischen Kometen istP: periodischer Komet die Oortsche Wolke (nach niederl. Astronom (1900 -C: langperiodischer Komet 1992): Jan Hendrik Oort) mit 100 Milliarden Kome-D: „verstorbener“ Komet ten. Umgibt als kugelschaliges Reservoir unser Plane-X: „unsicherer“ Komet tensystem mit einem Durchmesser von ca. 100.000A: Kleinplanet AE bis zur halben Entfernung zum nächsten Stern.. Durch Wechselwirkung mit anderen stellaren Objek-Zum einfachen Sprachgebrauch werden Kometen ten z.B. anderen Planetensystemen werden Kometennoch zusätzlich nach ihren Entdeckern benannt: ins innere unseres Sonnensystems geschickt und sind dann ein „neuer“ Komet.z.B.: Beweis für die kugelige Gestalt: langperiodischeHyakutake (nach Yuji Hyakutake): C/1996 B2 Kometen treten aus beliebigen Richtungen auf.(2. Komet, der in der 2. Januar Hälfte (31. Januar) In der Oortschen Wolke sind keine Objekte beobacht-1996 entdeckt wurde mit einer langperiodischen bar. (zu klein zu weit weg)Umlaufzeit) Die kurz- und mittelperiodischen Kometen sind imHale-Bopp (nach Thomas Hale und Alan Bopp): Kuiper-Gürtel beheimatet (niederl.- amerik. AstronomC/1995 O1 Gerard Peter Kuiper (1905-1973)), der jenseits der(1. Komet, der in der 2. Juli Hälfte (25. Juli) 1995 ent- Neptunbahn liegt. Hier konnte auch 1992 das erstedeckt wurde mit einer langperiodischen Umlaufzeit) Objekt entdeckt werden. Entfernung von der Sonne etwa 30 - 100 AE. 1.1.4 Einteilung von Kometen Begründung für die Gürtelgestalt: nur wenig gegen die 3 Typen von Kometen: Ekliptig geneigte Bahn der kurz- und mittelperiodi- • kurzperiodische Kometen (Umlaufzeit -10 Jahre) schen Kometen. kürzeste Umlaufzeit: Früher glaubte man, daß die kurz- und mittelperiodi- Encksche Komet: 3,3 Jahre Periode schen Kometen durch Schwerkrafteinflüsse o.ä. aus Entdeckung: 1786 Piere Méchain langperiodischen Kometen entstanden sind.[3,4] Bahnberechnung: Johann Franz Encke • mittelperiodische Kometen (Umlaufzeit 10 - 100 1.1.6 „Start“ eines Kometen Jahre) : Durch Wechselwirkung mit den großen Planeten wer- Halleyscher Komet (Periode ca. 76 Jahre) den ab und zu Kometen in ihrer „Ruhelage“ gestört • langperiodische Kometen (Umlaufzeit 100 - 107 und machen sich auf um „richtige“ Kometen zu wer- Jahre) den. B.: Hyakutake (1996) (Schätzung der ESO: Umlaufzeit: 17.250 Jahre) 1.2 Aufbau und Entwicklung eines typischen Oft als nichtperiodische Kometen angesehen, da die Kometen Umlaufzeit zu groß für öfter Beobachtung ist. Heu- 1.2.1 Aufbau eines typischen Kometen te geht man davon aus, daß auch die Kometen mit • 19. Jahrhundert bis ca. 1950: Schwarmtheorie: der längsten Umlaufzeit Mitglieder unseres Son- Kometenkern besteht aus einer lockeren Ansamm- nensystems sind. Sie unterliegen trotz eines Aphels lung von kleinen PartikelnRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 22. Sonnensystem II Seite 24 • heute Theorie von amerik. Astronom Fred Whip- ple: Komet als „schmutziger Schneeball“ (Wasse- reis mit anorganischem Staub (Silikate) und organi- schen Molekülen vermengt) 1.2.2 Metamorphose eines typischen Kometen während seiner Bahn um die Sonne 1. Annäherung an die Sonne ⇒ Verdampfung bzw. Sublimation der flüchtigen Gase, unter Mitnahme von Staubteilchen (geringe Aufbau eines Kometen Gravitation zum Kometen!) 1.2.3 Chemische Zusammensetzung eines Kometen • [Verdampfung nicht über ganze bestrahlte Fläche, wichtigstes Instrumente: sondern nur in „aktiven“ Zonen sog. Jets (Strahl- • Spektroskopie, besonders auch von organischen ströme) z. B. Hale-Bopp Frühling 97] Molekülen Huggins und Secchi 1864/1868 1. ⇒ Komabildung (105 - 106 km) Kometenspektroskopie • Beginn der Komabildung bei ca. 5 AE Sonnendi- ⇒Kohlenstoff wurde nachgewiesen stanz zum Kometen. • Absicherung der Messung: • Das Koma ist gasförmig! -Experiment 2. weitere Annäherung an Sonne -quantenmechanische Berechnung ⇒ Bildung eines von der Sonne abgewandten Im Weltall herrschen Bedingungen, die im Labor nur Schweifes schwer nachzustellen sind, aber den für die quanten- • langgestreckter und schwach gekrümmter Ionen- mechanischen Berechnung vorausgesetzten Bedingun- schweif gen sehr gut entsprechen: • diffuser Staubschweif • keine bzw. kaum Wechselwirkungen mit anderen • oft sind beide Schweife überlappt und nur Molekülen schlecht getrennt beobachtbar • Moleküle in der Gasphase Es konnten zweifelsfrei bestimmt werden:Ausnahmen: neutrale Verbindungen:Komet Elst-Pizarro (Entdeckung 8/1996): H2O, HCN, CH3CN, CH4, CH2, NH3 • ausgeprägter Schweif Radikale (ein ungepaartes e-): • kein Koma C2, C3, CH, CN, CS, OH, NH, NH2 ⇒ Vermutung: Kleinplanet mit wenig Eis, der sich Ionen (geladene „Atome“ oder Moleküle): zum Kometen verwandelt hat (Lit.: Regiomonta- CO+, CO2+, CH+, CN+, C+, N2+, OH+, H2O+, nusbote 4/96) Atome: Na, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, K, H, C, O, STemperaturen im Kern von Hyakutake: vermutete Moleküle: HNCO (Isocyansäure), HCO-28.2.96 19K, 12.3.96 46K, 16.3.96 55±8KKometenteil Zusammensetzung Erscheinung Dimension [km]Kern Eis, Staub unsichtbar max. 100Koma neutrale Moleküle, sehr groß, in sonnenabgewandte Richtung 105 bis 107 gasförmig Staub, Wasserstoff verzerrtIonenschweif ionisiertes Gas nahezu gerade max.107 (z. B. CO+)Staubschweif Staubpartikel gekrümmt max.108 Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 23. Sonnensystem II Seite 25NH2 (Formamid), HC=NH (Methylenimin) 1.3 Lebensdauer von Kometen Kometen unterliegen starken Druck-, Temperatur-,Wobei: Gravitations- und Strahlungsschwankungen währendX: Bereits zu Anfang unseres Jahrhundert bekannt [6] ihres Umlaufs um die Sonne. Durch Gas- und Stau-X: Bis zu Beginn der Raumfahrt bekannt [6] bausstoß z.B. im Schweif, ist der Masseverlust für jeden sichtbar. Oft zerbrechen Kometen unter demIn Hyakutake wurde gefunden: Einfluß von Schwerkraft (vgl. Levi-Shoemaker 9CO, HCN, H2CO, CH3OH HNC und CS wurden das Sommer 1994). Auf ihrer Bahn hinterlassen Kometenerste mal in einem Kometen gefunden einen Partikelstrom. Kreuzt die Erde so einen Partikel-In Hale-Bopp wurde gefunden: strom, so kommt es bei uns zu Schauern von Meteori-H2O (IR), OH (R, IR, UV), H2O+ (V), HDO (R), CO ten, wir nennen diese Schauer im Volksmund Stern-(IR, R, UV), CO2 (IR), CO+ (V, R), HCO+ (R), H2S schnuppen. Die im Mai und Oktober auftretenden(R), SO (R), SO2 (R), OCS (R), CS (R, UV), H2CS Aquariden und Orioniden stammen z.B. vom Halley-(R), CH3OH (R, IR), H2CO (R), HCOOH (R), schen Kometen.CH3OCHO (R), HCN (R, IR), CH3CN (R), HNC (R),HC3N (R), HNCO (R), CN (V, R), NH3 (R), NH2 Literatur:(V), NH (V), NH2CHO (R), DCN(R), CH4 (IR), [1] R. Froböse, ChiuZ, 1982, 16, 94.C2H2 (IR), C2H6 (IR), C3 (V), C2 (V), [2] E. Deissinger: P.M. 11/1985, S.134 ff.Seltene Isotope: H13CN(R), HC15N(R), C34S(R) [3] N.N., Sterne und Weltraum, 1997, 36, 210Radiospektroskopie: R [4] Internet: URL http://www.dkrz.de/mirror/tnp/Infrarotspektroskopie: IR kboc.html (Stand 01.11.1997)Visuelle Spektroskopie: V [5] M. Mladenovic, S. Schmatz, P. Botschwina, J.Ultravioletspektroskopie: UV Chem. Phys., 1994, 101, 5891.(http://iram.fr/hale-bopp/comet.html) [6] M. Reichenstein: Kometen - kosmische Vagabun- den, Urania Verlag, Leipzig Jena Berlin, 1985 S. 60ffAbsicherung am Beispiel von C3:[5]C3: lineares Molekül, C-C Abstand: 1,29452 Å, • 1994 berechnet in Göttingen mit sehr großem Aufwand (ab initio-Berechnung) • Spektrum, Experiment und Berechnung stimmen überein • C3 von Interesse, da außer stellarem Objekt auch kleiner Kohlenstoffcluster • über das dazugehörige Spektrum wurde schon 1882 von W. Huggins im Zusammenhang mit Komet Hale Bopp mit ausgeprägtem Ionen - und Staubschweif Kometenuntersuchungen berichtet. 2. MeteoritenQuelle für C3: Diazomethylenacetylen 2.1 Definition:Aus was besteht der „Staub“: Meteorit:silikatische Stoffe mit Absorptionen von Eisen und Von außen in die Erdatmosphäre eindringender Klein-Kohlenstoff körper Meteor:Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 24. Sonnensystem II Seite 26Früher: alle vom Himmel fallenden Objekte (auch Bevorzugter Sammelplatz: Antarktis (kaumRegen, Graupel etc. ⇒ Meteorologie) Umweltverschmutzung)[3]Heute: Leuchterscheinung, die durch das Eindringen • große Meteoriten:von Meteoriten in die Erdatmosphäre verursacht z. B. 30. Juni 1908 Tunguska/Sibirien ca. ∅ 40 mwird.[1] (Kollision ca. 1 mal im Jahrhundert)Herkunft von Meteoriten: z. B. vor 65 Millionen Jahren ∅ 10 km (1 mal inMeteoriten stammen von Kometen und Asteroiden 100 Millionen Jahren)oder bestehen aus - vermutlich wiederum durchMeteoriteneinschlag - abgesprengten Teilen von ande- 2.2.4 Zusammensetzungren Planeten. Ihre chemische Zusammensetzung lie- Chondrite:fert den entscheidenden Hinweis auf die Herkunft. Enthalten Chondren (ellipsoide und sphärische Silikat- gebilde), MgO, FeO, SiO2 2.2 Einteilung von Meteoriten Die Entstehung ist noch nicht geklärt, besonders inter- 2.2.1 Einteilung nach kosmischer Herkunft[1] essant, da Chondren auf der Erde nicht und auf dem 2.2.2 Einteilung nach Bahnen Mond selten sind Sie sind den nicht gasförmigenTypus Bahn Beschreibung Bemerkung Anteile des solaren Urnebel ver-Planetarische Ellipsen, zum Planetensystem zugehörige kurze Umlaufzeiten kosmische Kleinkörper mutlich am nächstenKometische Ellipsen, Kleinkörper aus dem Zerfall z.B. Sternschnuppen kurze bis längere von Kometen (Perseiden) Achondrite: Umlaufzeiten Enthalten eine Chondren (Name!)Interstellare Parabel- und Kleinkörper des interstellaren Existenz umstritten Hyperbelbahnen Raums ähnlich terrestrischen Basalten (magmatisches Gestein), kalzium- • sporadische Meteoriten: regellos am Himmel ver- reich teilt Die Entstehung ist bisher nur spekulativ, da im Labor • Strommeteoriten: in Schwärmen auftretend, bei nicht ausreichend reproduziert, vermutlich aus ande- rückwärtiger Verlängerung der scheinbaren Bahnen ren größeren Himmelskörpern in einem Ausstrahlungspunkt (Radiant) am Himmel Stein-Eisenmeteorite ansiedelbar. (z. B. Perseiden im Perseus) [2] Sie enthalten hauptsächlich: SiO2, MgO, FeO Sie entstehen vermutlich aus anderen größeren Him- 2.2.3 Größe der Meteoriten melskörpern Alles möglich zwischen Molekül und Planetoid. Eisenmeteorite: (sehr grob als Einteilung) bestehen aus durchschnittlich: 91% Fe, 8% Ni, 0,6% • Sternschnuppen: kleine Staubteilchen, die beim Co und entstehen vermutlich aus anderen größeren Eintritt in die Erdatmosphäre verglühen Himmelskörpern • größere Brocken verglühen nicht mehr vollständig Die großen Unterschiede liegen jeweils in den Antei- ⇒ sehr interessant, falls sie gefunden werden um len, der einzelnen Bestandteile. Übergangsarten sind Untersuchungen durchzuführen. B.: 1994/1995 ebenfalls bekannt.[2, 4] Wissenschaftler entdecken „Marsbakterien“ in einem Meteoriten, der vom Mars stammen soll. 2.3 Gefährdung und Schutz der Erde im Hin- Nach Schätzungen erreichen pro Jahr mehr als 19 blick auf Meteoriten 000 Meteoriten mit einer Masse von über 100 Beispiel einer Zeitungsmeldung vom Samstag, 12. Gramm die Erdoberfläche. Gefunden werden aller- April 1997: dings höchstens zehn von ihnen, da die meisten ins Meteorit zertrümmerte Auto Meer oder auf unbewohntes Gebiet stürzen. Chambery (dpa/eu) - Ein Meteorit hat in der südost- Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 25. Sonnensystem II Seite 27französischen Stadt Chambery (Departement Savoie) siert haben, die potentiell die Erde treffen könnten.ein Auto zerstört. Die Polizei bestätigte heute, nach Literatur:einer Untersuchung bestehe kein Zweifel daran, daß [1] N. N.: Meyerers Handbuch über das Weltall,es sich um einen Meteoriten-Einschlag handele. Bibliographisches Institut, Mannheim, 1973, 5. Aufla- ge.Wie die Zeitung "France-Soir" berichtete, war das [2] A. Weigert, H. Zimmermann: Brockhaus abcDach des Wagens von schwarzem Staub und den Astronomie, VEB F. A. Brockhaus Verlag, Leipzig,Überresten kleiner grauer Steine bedeckt. Außerdem 1973, 6. Auflage.seien kleine weiße und gelbliche Kugeln gefunden [3]S. Friedrich, P. Friedrich, R. Puchta, Regiomonta-worden, die sich gegenseitig abstießen. nusbote, 1996, 9, 4.Die Universität von Savoien sammelte die Splitter ein [4]W. Kiesl: Kosmochemie, Springer Verlag, Wien,und kam nach ihre Analyse zu dem Schluß, daß der 1979, S. 76ff.Meteorit halbfest und etwa 1,5 Kilogramm schwerwar. Er soll nicht radioaktiv gewesen sein. 3. PlanetoidenDer Besitzer des Kleinwagens war gestern durcheinen hellen Schein wach geworden und hatte Lärm Planetoiden werden auch Kleinplaneten oder auchwie von einem Feuerwerk gehört. Als er in den Hof nach Wilhelm Herschel (1738 - 1822) als Asteroidenseines Hauses schaute, stand das Dach des Fahrzeugs (griech.: sternähnlich) bezeichnet.in Flammen.Nach Polizeiangaben wurde das Auto völlig zerstört. 3. 1 Geschichte der PlanetoidenentdeckungAuch ein daneben geparkter Wagen wurde beschädigt. Im Jahre 1. Januar 1801 entdeckte Giuseppe PiazziAndere Ursachen als ein Meteoriten-Einschlag wer- (1746 - 1826) in Palermo, den ersten Planetoidenden ausgeschlossen. Ceres (benannt nach der Schutzgöttin Siziliens). Bereits 1802 entdeckte Heinrich Wilhelm OlbersQuelle: Internet EMP - Elektronische Medien Produk- (1758 - 1840) den zweiten Planetoiden, den er Palastions- und Beratungsgesellschaft mbH nannte bis Ende des 19. Jahrhunderts kamen etwa noch 100 Planetoiden hinzu. Als 1890 Max Wolf die • Sternschnuppen: keine Gefährdung Astrophotographie zur Auffindung einsetzte wuchs • „Tunguska“ Meteorit: lokale Katastrophe (Umge- ihre Zahl sehr schnell. Anfang der 70er Jahre des 20 knickte Bäume im weiten Umkreis) Jahrhunderts war ihre Zahl auf über 1800 angestie- • ab 1 km Durchmesser: globale Katastrophe gen.[1, 2,3] Bei einem Einschlag auf dem Festland würde die Durch das Spacewatch Projekt der Vereinigten Staa- Sonne durch aufgewirbelten Staub verdunkelt (vgl. ten von Amerika sind inzwischen 30 000 Kleinplane- „atomarer Winter“). Im Gegensatz würde ein Ein- ten entdeckt. Trotzdem ist es auch für Amateurastro- schlag in die Weltmeere zu einer verheerenden nomen noch möglich neue Planetoiden zu entdecken. Flutwelle führen. Meteoriteneinschlag vor 65 Mil- Die Hobbyastronomen der Starkenburger Sternwarte lionen Jahren löschte z. B. vermutlich die Dinosau- aus Heppenheim stöberten z. B. am 1. April 1997 rier aus. gleich zwei bisher unbekannte auf, als sie routi- nemäßig, die Helligkeit eines anderen PlanetoidenSchutz vor großen „irregeleiteten Himmelsbrocken“ vermessen wollten. Als Gerät war nur ein einfachesbietet die regelmäßig weltweite Durchmusterung des Newton-Teleskop nötig.[4]Himmels, doch hat man bisher noch keinen für dieErde gefährlichen entdeckt. Zusätzlich will die NASA 3.2 Entstehung der Planetoidenden nächsten 10 Jahren alle Himmelsobjekte katalogi- Heinrich Olbers vermutete, daß die PlanetoidenRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 26. Sonnensystem II Seite 28Bruchstücke eines zerbrochenen Planeten sind. ge.Gestützt wurde diese These u. a., da an ihrer Position [2] A. Weigert, H. Zimmermann: Brockhaus abcim Sonnensystem sich nach der Titius-Bodeschen Astronomie, VEB F. A. Brockhaus Verlag, Leipzig,Regel ein richtiger Planet befinden sollte. 1973, 6. Auflage.Heute geht man davon aus, daß Planetoiden aus Mate- [3] R. P. Binzel et al., Spektrum der Wissenschaften,rie bestehen, die sich nicht zu einem großen Planeten Dezember 1991,110.komprimiert hat. [4] W. Ernst, Regiomontanusbote, 1997, 10, 19. [5] H. Middelhauve, Mitteilungen der Volkssternwarte 3.3 Zusammensetzung der Planetoiden Darmstadt e.V. 1997, 29,132Ceres und Palas, die beiden erstentdeckten, bestehen [6] D. Fischer, Sterne und Weltraum, 1997, 36, 828vermutlich aus chondritischem Material. Messungenvon der Erde sind nur sehr schwer möglich, es mußdas reflektierte Licht der Planetoiden untersucht wer-den.Aktuell soll der Kleinplanet Eros durch die NEAR-Raumsonde (Eintreffen 2.2. 2000) untersucht werden(NEAR: Near Earth Asteroid Rondezvous). Auf demWeg zu Eros konnte die Sonde Aufnahmen des 1885entdeckten Planetoiden Mathilde machen und somitetwas zur Aufklärung beitragen. Mathilde ist mit 52km kleiner als erwartet und reflektiert das Sonnenlichtnur zu 3%, damit ist Mathilde dunkler als Holzkohle.Das kohlenstoffreiche Material scheint nicht einmalmehr in der Planetenentstehungsphase verändert wor-den zu sein. Mathilde ist runder als Gaspra und Ida(sie wurden durch Galileo untersucht), sie ist aberauch unregelmäßiger geformt als diese. Es wurden 3Krater mit über 20 km Durchmesser entdeckt. Diegleichmäßige Färbung deutet auf eine einheitlicheZusammensetzung hin. Mathilde ist auch mit 1020gleichter und mit 1,3 ± 0,2 g/cm3 Dichte lockerer alsman erwartete. Der Planetoid hat damit eine Dichtedie kaum größer ist als die von Wasser. Als Ursachewerden große Hohlräume im Inneren Mathildes ver-mutet.Die Daten über Masse und Dichte konnten aus Wech-selwirkungen der Sonde mit dem Planetoiden (z.B.Gravitation) gewonnen werden. Aber die Kleinplanet Ida - Länge ca 20 kmAuswertung der gesammelten Ergebnissesteht erst am Anfang.[5,6]Literatur:[1] N. N.: Meyerers Handbuch über das Weltall,Bibliographisches Institut, Mannheim, 1973, 5. Aufla- Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 27. Das Universum Seite 29 Das Universum Von der Erde zu den Quasaren Ronald C. Stoyan 1. Grundlagen der Stellarastronomie man am Himmel erkennen, Sternzeichen sind ein (überflüssiges) Bedeutungskonstrukt im Gehirn von 1.1 Hierarchisch/chaotischer Aufbau Menschen. etrachtet man den Aufbau des Universums, stelltB man eine Hierarchie nach dem Bausteinprinzipfest. Jede Einheit läßt sich als Zusammensetzung vie- Sterne haben auf Sternkarten oft bestimmte Bezeich- nungen. Es gibt mehrere hundert Sterne mit Eigenna-ler kleinerer Untereinheiten beschreiben, etwa so: men arabischen Ursprungs, z. B. Wega, Aldebaran, Beteigeuze, Rigel, etc. Nur die bekannten sindMonde - Planet gebräuchlich. darüber hinaus existiert eine bestimmte Planet - Planetensystem Nomenklatur für Sternbezeichnungen: Planetensystem - Galaxie • hellste Sterne - griechische Kleinbuchstaben Galaxie - Galaxiengruppe (Bayer-Nummern) Galaxiengruppe - Galaxienhaufen • mit bloßem Auge sichtbare Sterne - arabische Zahlen (Flamsteed-Nummern)Die Galaxienhaufen bilden die oberste für uns fest-stellbare Hierarchieebene im Universum. Auf der Beispiel: α Tau („alpha Tauri“) = 87 Tau („siebenun-nächsten Ebene erkennt man, daß sich Galaxienhaufen dachtzig Tauri“) = Aldebaranunregelmäßig zusammenklumpen und Galaxienhau-fenketten bilden (Great Wall); die noch weiter entfern- 1.3. Helligkeitssystemten Quasare lassen sich in kein Muster mehr einord- Bei astronomischen Helligkeiten muß man unter-nen. Das Universum ist also zusammengesetzt aus scheiden, ob es sich um scheinbare Helligkeiten, alsochaotischen und hierarchischen Strukturen charakteri- die Helligkeit von der Erde aus, oder um absolute Hel-sierbar. ligkeiten, also die Helligkeit aus einer Standardentfer- nung handelt. Nur aus der absoluten Helligkeit kann 1.2. Sternbilder, Sternnamen man auf die Leuchtkraft schließen. Von der Erde aus Es existieren 88 Sternbilder mit festgelegten Gren- ist es unmöglich, die absolute Helligkeit zu erfahren;zen am Himmel, die mit lateinischen Namen belegt wir brauchen dazu die Entfernung des Objekts. Abso-sind, z. B. Sagittarius, Taurus, Ursa Maior, etc. Viele lute Helligkeit wird im Sonnensystem auf die Standar-der Sternbilder am Nordhimmel sind seit 6000 Jahren dentfernung 1 AE, außerhalb auf 10 parsec bezogen.bekannt, ihr Ursprung kann bis in die frühen Hochkul- Die Maßeinheit in der Astronomie ist m (Magnitudo).turen Mesopotamiens zurückverfolgt werden. Zu die- Ursprünglich wurden nach der scheinbaren Helligkeitsen alten Sternbildern gehören die Tierkreissternbil- alle Sterne am Himmel in Klassen von 1 bis 6 einge-der. Mit Beginn der Neuzeit wurden von einzelnen teilt. heute führt man dieses System weiter, sehr helleAstronomen z. T. recht merkwürdige Sternbilder hin- Objekte haben Minuswerte, sehr schwache Objektezuerfunden; die heutige Zahl von 88 ist strikt festge- hohe Pluswerte. Die m-Skala ist logarithmisch aufge-legt: jeden Stern kann man definitiv einem bestimm- baut, angepaßt an den Helligkeitseindruck des bloßenten Sternbild zuweisen. Auges. Das bedeutet:Wichtig ist, den astronomischen begriff Sternbild niemit Sternzeichen zu verwechseln: Sternbilder kann 1m ist genau 2,512 mal heller als 2m 1m ist genau 100 mal heller als 6mRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 28. Das Universum Seite 30Um diese Einordnung einschätzen zu können, seien bestimmen. Sternhaufen haben je nach Alter eineein paar Beispiele gegeben: typische Zusammensetzung und ein typisches Spek- trum. Kennt man die Position eines Sternhaufens aufHelligkeit Beispiel erreichbar für dem Hertzsprung-Russell-Diagramm (siehe Sterne-27m Sonne und Sternentwicklung), dann kann man seine Entfer--1m,4 Sirius nung abschätzen - im Vergleich zu den Hyaden.+4m,5 Sterne bloßes Auge Nürnberg Der nächste Entfernungssprung wird mit den Cephei-+7m,0 Sterne bloßes Auge Alpen den erreicht. δ-Cepheiden sind eine besondere Klasse+10m,5 Sterne 10x50-Feldstecher Veränderlicher Sterne; sie zeichnen sich dadurch aus,+13m,0 hellster Quasar 100mm-Teleskop daß die Periode ihres Lichtwechsels linear korreliert+16m,5 Sterne 360mm-Teleskop ist zu ihrer Leuchtkraft. Diese Perioden-Leuchtkraft-+25m Sterne Hubble-Space-Teleskop Beziehung genannte Eigenschaft erlaubt, nur aus der Beobachtung der Lichtkurve die absolute Helligkeit 1.4. Entfernungsangaben berechnen zu können. Haben wir auch die scheinbare In der Astronomie außerhalb des Sonnensystems Helligkeit, kann die Entfernung einfach bestimmt wer-sind zwei Entfernungsangaben üblich. den. Die Cepheiden-Methode war einer der ganzEin Lichtjahr bezeichnet die Strecke, die Photonen in großen Durchbrüche in der modernen Astronomie,einem Jahr zurücklegen, sie ist gleichzeitig die absolu- denn man fand Cepheiden im Andromedanebel undte Grenzgeschwindigkeit. konnte so feststellen, daß es sich um eine weit entfern-1 Lichtjahr = te eigene Milchstraße handelt.0,3 pc = 63 240 AE = 9 460 000 000 000 km Die Cepheiden-Methode reicht allerdings nur so weit,Ein Parsec ist der Abstand, unter der die Entfernung wie man Galaxien in einzelne Sterne auflösen kann.Erde-Sonne unter dem Winkel von einer Bogensekun- Darüber hinaus kommt die Rotverschiebung zum tra-de erscheint gen, eine Beobachtung, die auf den Doppler-Effekt1 Parsec = 3,26 LJ zurückgeht: Wenn sich ein Objekt schnell von uns entfernt oder auf uns zubewegt, wird sein Spektrum 1.5. Entfernungsmessung verschoben. Man beobachtet im Universum, daß wei- Wie kann man überhaupt die Entfernung zu den ter entfernte Objekte immer größere Rotverschiebun-Sternen messen? Es gibt derzeit vier Methoden, die gen haben, sich also immer schneller von uns entfer-ineinander verkettet und aufeinander aufbauend erlau- nen. Tatsächlich ergibt sich eine fast lineare Bezie-ben, Entfernungen bis zu den Quasaren zu bestimmen. hung zwischen Rotverschiebung und Entfernung. Mit diesem Entfernungsmesser gelangt man in bis zu 10Die Parallaxenmethode ist nur für die nahen Sterne Milliarden Lichtjahre Entfernung, also bis nahezu anin der Sonnenumgebung geeignet. Dabei wird mit den „Rand“ des Universums.einem Teleskop ein naher Stern vor dem Hintergrundweiter entfernterer Sterne beobachtet. Die Bewegung 2. Umgebung des Sonnensystemsder Erde um die Sonne kann man als kleine Kreisbe-wegung des Sternortes unter den Hintergrundsternen 2.1. sonnennahe Sterneausmachen. Bestimmt man die maximale Größe des Betrachten wir uns die Umgebung des Sonnensy-Durchmessers der Kreisbewegung, kann man die Ent- stems in der Milchstraße. Wenn wir nachts zum Him-fernung errechnen. Hat der Stern eine Bewegung von mel schauen, sehen wir allerlei helle Sterne. Dieeiner Bogensekunde, ist er genau 1 parsec entfernt. Tabelle zeigt, daß man nicht automatisch von derMit dieser Methode kann man zum Beispiel die Ent- scheinbaren Helligkeit auf die Entfernung schließenfernung von nahen Sternhaufen wie den Hyaden kann. Für uns am Nordhimmel ist übrigens Sirius der Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 29. Das Universum Seite 31nächste mit bloßem Auge sichtbare Stern. 3.1. Aufbau Man kann die Galaxis - und jede Galaxie - in dreiStern Entfernung Helligkeit Bereiche unterteilen: • Die Scheibe - ein flacher Diskus mit Spiralstruk-α Cen 1,3 pc -0m,1 tur, enthält vor allem junge Sterne, in den Spiralar-Sirius 2,7 pc -1m,4 men findet aktuell Sternentstehung stattAtair 5 pc 0m,8 • Der Halo - kugelförmiger Raum um die Scheibe,Wega 8,1 pc 0m,0 enthält vor allem alte Sterne, wird von den Kugel-Capella 14 pc 0m,1 sternhaufen bevölkertSpica 80 pc 1m,0 • Die Begleiter - zur Milchstraße gehören mehrereRigel 250 pc 0m,1 irreguläre Begleitgalaxien; die bekanntesten sind die Magellanschen Wolken 2.2. Entfernungsmodelle Mit den gewaltigen Zahlen der Astronomen kann 3.2. Dimensionman schwer etwas anfangen. Um sie uns zu veran- Wie groß ist unsere Milchstraße? Ihr werden etwaschaulichen, können wir uns wie beim Sonnensystem 100 Milliarden Sterne zugeordnet, sie mißt etwa 100ein Modell in winzigem Maßstab aufstellen. Diesmal 000 Lichtjahre Durchmesser. Die Sonne steht amist der Maßstab 1:100 000 000 000 000 (eins zu hun- Rand eines Spiralarms etwa 30000 LJ vom Zentrumdert Milliarden). 1 AE, also die Entfernung Erde-Son- entfernt. Alle Körper der Galaxis bewegen sich aufne (150 000 000km) entspricht also 1,5mm im Ellipsenbahnen um das Zentrum der Milchstraße; dieModell, ein LJ entspricht dann 95 m. Wie sehen dann Sonne braucht für einen Umlauf etwa 200 Millionendie Verhältnisse aus? Jahre. • Das Sonnensystem nimmt einen Raum von 6 cm 3.3. Objekte ein (Tennisball!) Die Milchstraße besteht nicht nur aus Sternen, son- • Der nächste Stern ist in 409 m Entfernung dern auch aus anderen Objekten: • Die Plejaden sind in 47 km Entfernung • Galaktische Nebel - man unterscheidet selbst- • Die Milchstraße hat einen Durchmesser von 9 500 leuchtende Gasnebel um leuchtkräftige Sterne und km in reflektiertem Licht leuchtende Staubnebel um • Der Andromedanebel ist 209 000 km entfernt leuchtschwächere Sterne. Gas- und Staubnebel sindMan mache sich diese Dimension immer klar, wenn die Ursprünge der Sternentstehung, denn wenn sichman von Sternen und Galaxien spricht. die Materiewolken zusammenziehen, entwickeln sich aufgrund der Eigengravitation Klumpen, die zu 3. Galaxis Sternen werden können. • Offene Sternhaufen - Gruppen gemeinsam ent- Die Galaxis ist das Sternsystem, in dem wir leben. standener Sterne, oft ist noch ein Rest des altenGalaxis ist der Fachbegriff für Milchstraße. Die Gasnebels übrig; Sternhaufensterne bewegen sichMilchstraßengalaxie umfaßt alle Sterne, die wir am zusammen im Raum; je älter ein Sternhaufen wird,Nachthimmel sehen, dazu die leuchtenden Wolken desto mehr Sterne verliert er.nicht aufgelöster Sterne, die das Band der Milchstraße • Planetarische Nebel - ein Endstadium des Lebensbeschreiben. Man sieht die Milchstraße deshalb als massereicher Sterne; im Zentrum sitzt ein WeißerBand, weil wir in ihrer Zentralebene leben und rings- Zwerg, der den umgebenden abgestoßenen Gasne-um von ihr umgeben sind. bel zum leuchten anregt • Supernovarest - Endstadium des Lebens sehr mas-Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 30. Das Universum Seite 32 sereicher Sterne; ab einer bestimmten Massengren- haufen bekannt. ze implodiert ein Stern und schleudert seine gesam- Wenn man nach weiteren kosmischen Bausteinen ten äußeren Bereiche ins All, die dann dort als Gas- sucht, findet man keine übergeordnete hierarchische nebel sichtbar werden Strukur über Galaxienhaufen. Entwirft man eine drei- • Kugelsternhaufen - kugelige Haufen einiger dimensionale Karte, die die Verteilung der Galaxien- 10000 sehr alten Sterne, die sich im Halo der Gala- haufen im Raum aufzeigt, dann stellt man fest, daß xis aufhalten sich die Galaxienhaufen zu Ketten und Blasen anord- nen; insgesamt beobachtet man eine chaotische 4. Lokale Gruppe Wabenstruktur des Universums auf der Ebene jenseits der Galaxienhaufen. Eine besonders große und domi- Die Lokale Gruppe ist der nächste Baustein des nierende Galaxienhaufenkette, die diesen Fakt ver-Universums aus unserer Perspektive. Es ist eine Grup- deutlicht, ist der Name „Great Wall“ (Große Mauer)pe von etwa 25 einzelnen Galaxien, die alle gegensei- gegeben worden.tig gravitativ gebunden sind. Die beiden dominieren-den Zentralgalaxien der Gruppe sind die Milchstraße 6. Quasareund der Andromedanebel. Der Andromedanebel hat inetwa die gleiche Größe wie die Galaxis; wenn wir ihn Das Wort Quasar ist ein Acronym; es steht für qua-in einer klaren Nacht betrachten, kann man sich vor- si stellar object. In den sechziger Jahren wurden starkestellen, wie die Milchstraße aus 2,2 Millionen Licht- Radioquellen am Himmel entdeckt, denen man imjahren Entfernung aussieht. optischen Bereich wie ein Stern aussehende Objekte zuordnen konnte. Durch Bestimmung der Rotver- 5. Galaxien schiebung merkte man, daß es sich um ungeheuer leuchtkräftige Objekte in extrem großer Entfernung Es gibt unzählige Galaxien, also kompletter Milch- handeln muß. In der Tat kann man Quasare bis in überstraßensysteme am Himmel, mindestens 3 Milliarden 15 Milliarde Lichtjahre Entfernung nachweisen; siesind von der Erde aus erfaßbar. Erst seit den 1920er sind die entferntesten optisch sichtbaren Objekte.Jahren ist die nicht-galaktische Natur der „Spiralne- Heute nimmt man im allgemeinen an, daß Quasarebel“ bekannt, vorher nahm man noch an, es handele sehr aktive Galaxienkerne sind; möglicherweisesich um Nebel in unserer eigenen Galaxis. Erst Hub- durchlaufen massereiche Galaxien in der Frühphaseble konnte mit dem großen Spiegelteleskop auf dem ihrer Entstehung - in die wir ja gleichzeitig zurück-Mount Wilson den Andromedanebel in Einzelsterne blicken - ein solches Stadium.auflösen und mittels der Cepheidenmethode seine Ent-fernung bestimmen. 7. KosmologieGalaxien werden je nach Morphologie in Typenklas-sen eingeteilt: Es gibt spiral-, elliptische-, spindelför- Zur Kosmologie seien nur ein paar Punkte heraus-mige-, und irreguläre Galaxien. Die Milchstraße ist genommen; Punkte, die öfters in der Presse und ingenauso wie der Andromedanebel eine Spiralgalaxie. Diskussionen fallen und über die man wenigstens inEinzelne Galaxien finden sich wie in der Lokalen den gröbsten Zügen Bescheid wissen sollte. Eine tie-Gruppe zu gravitativ gebundenen losen Gruppen fere Einführung in die Kosmologie könnte nur einzusammen. Solche Gruppen sind zu tausenden am eigener Kurs liefern; der Leser sei auf die LiteraturHimmel zu beobachten. Galaxiengruppen sind in verwiesen.Galaxienhaufen zusammengefaßt, die Lokale Gruppegehört zum Außenbereich des Virgohaufens (Zentrum Olbers-Paradoxonca. 60 Mio LJ entfernt), es sind etwa 5000 Galaxien- Warum ist es nachts dunkel? lautet die simple Fra- Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 31. Das Universum Seite 33ge. Sie ist nicht ganz leicht zu beantworten. Wenn Oder gibt es doch die schon lange vermutete Neutri-nämlich das Universum unendlich wäre, so müßte in nomasse?jeder Richtung - wenn auch in großer Entfernung -immer ein Stern zu sehen sein, es gäbe also keinen 3 K-Hintergrundstrahlung:dunklen Himmel vor lauter Sternen. Das ist aber nicht Mit Radiobeobachtungen wissen wir, daß dasso. Warum? Man erklärt es damit, daß Abschwächung gesamte Universum von einer homogenen Tempera-durch Materie das Sternlicht mindert, die Rotverschie- turstrahlung von ca. 3 K in allen Richtungen erfüllt ist.bung weit entfernter Objekte zusätzlich schwächt, und Dies ist - so die einzige vernünftige Erklärung bisher -- als wichtigste Folgerung - das Universum nicht die durch Expansion und Rotverschiebung sichtbareunendlich ist. Strahlung aus der Zeit direkt nach dem Urknall. Rotverschiebung Urknall Wie bereits erwähnt, kann man einen direkten All diese Beobachtungen führen zu der Hypothese,Zusammenhang zwischen der Entfernungsgeschwin- daß das gesamte Universum aus einem „Feuerball“digkeit (Radialgeschwindigkeit) eines Körpers und vor ca. 20 Mrd Jahren entstanden ist, der sogenannteseiner Entfernung aufstellen. Es gilt also: je weiter Urknall (big bang).entfernt ein Körper, desto schneller scheint er sich zuentfernen. Die Radialgeschwindigkeit läßt sich durch Modelle des Universumsdie Formel Das Universum expandiert. Ist die Gravitationswir- v = c•z kung seiner Materie zu gering, wird es auch wiederberechnen, wobei z die Rotverschiebung und c die kollabieren. Deshalb gibt es mehrere Modelle, die die-Lichtgeschwindigkeit ist. Will man Rotverschiebung se unterschiedlichen Möglichkeiten zugrundelegen. Istmit Entfernung korrelieren, benötigt man den Wert die mittlere Dichte groß genug, dann wird sich dasder Hubble-Konstanten, denn es gilt: Universum unendlich ausdehnen. Ist sie zu klein, H = v/d = c•z/d kommt die Expansion zum Stillstand, und das Univer-Die Hubble-Konstante bestimmt also die Entfernungs- sum wird kollabieren. Es ist aber auch ein Grenzfallmessung, je genauer wir sie kennen, desto besser wer- denkbar, bei dem die Expansion sich einer bestimmtenden unsere Entfernungsangaben. Die Rotverschiebung Grenzgröße annähert.zeigt jedoch allgemein, daß wir in einem expandieren-dem Universum leben. Literatur: Der Große IRO-Atlas der Astronomie, München, IRO Missing Mass Verlagsgesellschaft Ganz entscheidend für die Frage, ob unser Univer-sum tatsächlich weiter expandiert, oder doch vielleicht sehr umfangreich, brillant bebildert, wissenschaftlichwieder zusammenfallen wird, ist die mittlere Dichte geschrieben, übersichtlich; enthält einen Überblickim Universum. Die Astronomen treffen hier auf ein über die gesamte Astronomie unseres heutigen Wis-Problem: nach den Modellen (z. B. für Galaxienbewe- sens. Hoher Preis gerechtfertigt.gungen) müßte sehr viel mehr Masse vorhanden sein,als tatsächlich sichtbar ist. Es ist eine der Grundfor-schungsfragen herauszubekommen, wo diese „missingmass“ versteckt ist. Ist es womöglich unsichtbareMaterie? Existiert sie in schwarzen Löchern? Nehmendie braunen Zwerge, schwache und kleine Sterne, vondenen es sehr viele geben könnte, diese Masse ein?Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 32. Sternentwicklung Seite 34 Sternentwicklung Harald Kerscher Die physikalische Natur der Sterne nen die Atomkerne auf verschiedenen Bahnen umkrei- sen. Auf jeder Bahn haben sie eine andere Energie. ie Sterne stellen den Löwenanteil der bekannten Indem Sie die Bahn wechseln, können sie StrahlungD Materie im Universum. Allein in unsere Sonnekönnte man eine Million Erdkugeln einfüllen. Ihre absorbieren oder emittieren. Die Bahnen sind aber nicht beliebig, sondern „quantisiert“ (diskrete Ener-Masse beträgt etwas über 10 33 Gramm, oder rund gieniveaus).330 000 Erdmassen. Sie hat eine Oberflächentempera- Ein Photon kann nur absorbiert werden, wenn dessentur von 6000K. Energie genau der Energiedifferenz zwischen zweiDie Energie der Sterne wird durch Kernreaktion tief Bahnen entspricht. Deswegen werden nur Photonenim Innern erzeugt. Damit sie an die Oberfläche ganz bestimmter Energien absorbiert.gelangt, muß sie durch den ganzen Körper der Sterne Springt das Elektron von einem angeregten Zustand inströmen. Dazu benötigt sie Hunderttausende von Jah- einen niedrigeren Energiezustand, dann wird genauren. ein Photon mit der Energiedifferenz der Bahnen emit-Die Sterne verändern sich ständig, da sie ihren atoma- tiert.ren Brennstoff allmählich aufbrauchen. Unsere Sonnehat eine Lebenserwartung von 10 Milliarden Jahren.Derzeit befindet sich unser Stern in einer sehr stabilenPhase (Hauptreihenstadium), wie die meisten Sterne,da dieses Stadium einfach am längsten dauert. Da aberständig neue Sterne mit unterschiedlicher Masse ent-stehen, können wir die unterschiedlichen Entwick-lungsphasen beobachten. Die Sonne liegt mit einemAlter von 5 Milliarden Jahren im Durchschnitt. Aberes gibt auch Sterne, die dreimal so alt sind, oder gera-de erst am entstehen sind (astronomisch gesehen).Die wichtigste physikalische Größe eines Sternes istseine Masse. Es gibt Sterne mit etwa 0,1 bis zu 100Sonnenmassen. Von der Masse hängen Alter und Ent-wicklung eines Sternes ab. Sie bestimmt aber auch dieOberflächentemperatur eines Sternes. Sie kann zwi-schen 3.000K und 50.000K liegen. Manchmal erreichtein Stern am Ende seines Lebens auch eine Tempera-tur bis zu 100.000K.Um die Vielfalt der Sterne zu ordnen, hat der Astro-nom die Spektralklassen - OBAFGKM - („Oh Be AFine Girl/Guy, Kiss Me“) eingeführt. Die Spektren der Sterne wurden am Anfang des 19. Spektren Jahrhunderts von Joseph von Frauenhofer genauer untersucht. Dabei fand er mehr als 500 Absorbtionsli- Alle Atome und Moleküle sind aus Protonen, Neu- nien. Er bezeichnete die auffälligsten Linien mittronen und Elektronen aufgebaut. Die Elektronen kön- Buchstaben (A-K), wobei er vom roten zum blauen Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 33. Sternentwicklung Seite 35 Klasse C als Ergebnis schlechter Photoplatten. Die Klassen D, L und I wurden beseitigt, da sich die Ster- ne nicht wirklich unterschieden. Außerdem wurde E mit F vertauscht. Zusätzlich stellte sich heraus, daß die Unterteilung wieder nicht fein genug war, so daß Nummern an die Buchstaben angehängt wurden. Zur dieser Zeit verstand man auch die Entwicklung der Sterne und das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HR) wurde entwickelt. Dadurch wurde nochmals die Reihenfolge umgestellt, so daß man die obengenannte Reihe (OBAFGKM) bekam. Typ Kennzeichen HauptreihentemperaturEnde des Spektrums vorging. Von dem chemischen O He II, Emissionslinien 28.000-50.000 KZusammenhang wußte er damals noch nichts. Die B He I 9.900-28.000 KBuchstaben werden heute nur noch teilweise in der A H 7.400 - 9.900 KWissenschaft als Abkürzung benutzt. F Metalle, H 6.000 - 7.400 KIn den folgenden Jahrzehnten wurden die Teleskope G Ca II, Metalle 4.900 - 6.000 Kund die Spektroskope erheblich weiterentwickelt, so K Ca II, Ca I, Moleküle 3.500 - 4.900 Kdaß eine neue Einteilung notwendig war. So führte M TiO S(ZrO) 2.000 - 3.500 Kzunächst Pater Secchi Typenklassen ein, die allerdingssich immer noch als zu grob herausstellten. Am Har- Hertzsprung-Russell-Diagrammvard-Observatorium begann eine systematische Unter-suchung. Sie wurde aus dem Erbe des Herrn Henry In diesem Diagramm wird die absolute HelligkeitDraper finanziert, deswegen wurde ein Sternenkatalog der Sterne gegen ihren Spektraltyp (Temperatur) auf-nach ihm benannt (HD-Nummer). Die ersten Spektral- getragen. Die Sterne sind dann aber nicht gleichmäßigkataloge wurden im Jahre 1890 veröffentlicht. Sie verteilt, sondern ordnen sich hauptsächlich in zweibenutzten wieder eine alphabetische Reihenfolge. Bändern an.Später wurde die Sequenz geändert. So stellte sich dieSecchi Draper (Harvard)I A Starke, breite Wasserstofflinien B Wie A, aber zusätzlich die sog. Orion-Linie (neutrales Helium) C Doppelte Wasserstofflinien D Mit EmissionslinienII E Die Frauenhofer-Linien H & K sowie Hb F Wie E, aber alle Wasserstofflinien erkennbar G Wie F, aber mit zusätzlichen Linien H Wie F, aber mit Helligkeitsabfall im Blauen I Wie H, aber mit zusätzlichen Linien K Molekülbanden im Spektrum L Sonderformen und Abwandlungen von KIII M Auffällige Banden, die zur blauen Seite stärker werden. Dazu Metall-Linien (Natrium, Kalzium, Eisen)IV N Banden, die zur anderen Seite stärker werdenPickeringV O Hauptsächlich Emissionslinien P Planetarische Nebel Q Alles andere (ab 1922: Novae)Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 34. Sternentwicklung Seite 36 Sternentstehung: Druckkräfte schneller an als die Gravitationskräfte und die Wolke dehnt sich wieder aus. Interstellare Materie Allerdings kommt es häufig auch zu einer Fragmentie- Noch am Anfang dieses Jahrhundert glaubte man, rung der Wolke. Durch Dichtefluktationen ergebendaß der Raum zwischen den Sternen leer sei. Heute sich unterschiedliche „Freifallzeiten“ (Zeitdauer einesweiß man, daß der interstellare Raum mit Staub und völlig ungehinderten Kollapses) und die Wolke zer-Gas gefüllt ist. Durch Beobachtung von Nachbargala- fällt in Bruchstücke.xien hat man festgestellt, daß die Dichte der Materiein der Galaktischen Ebene am größten ist und zu den DrehimpulsbarrierePolen abnimmt. Im Durchschnitt kommt auf einen In einem abgeschlossenen System bleibt der Dre-Kubikzentimeter ein Teilchen. Aber es gibt auch himpuls erhalten. Dies bedeutet, daß die Rotationsge-Gebiete, wo die Dichte auf 100 Teilchen pro Kubik- schwindigkeit einer kontrahierenden Wolke ständigzentimeter ansteigt, sogenannte Nebel. steigen muß. Irgendwann würden die Fliehkräfte dieDiese Nebel sind die Entstehungsgebiete der Sterne. Gravitationskräfte übersteigen. Deswegen muß sichDabei haben die Dunkelnebel die größten Dichten. Je bei der Fragmentierung nicht nur die Masse, sonderngrößer die Dichte, um so größer ist die Wahrschein- auch der Drehimpuls reduzieren. 1. Phase der Sternentstehung Ausgangspunkt zur dieser Phase ist ein Bruchstück einer größeren Wolke, wie oben erwähnt. Die Tempe- ratur beträgt ca. 100 Kelvin und wir setzten die homo- ge Dichte der Anfangswolke gleich eins. Durch den Kollaps der Wolke (Verdichtung) wird die Bewegungsenergie in thermische Energie umgewan- delt. Diese Energie wird an das Weltall abgegeben, da die Dichte noch nicht ausreicht um die Wärmestrah- lung zu absorbieren. Nach ca. 390.000 Jahren hat die Dichte im Zentrum auf das 100-fache zugenommen. Jetzt ist sie hoch genug, um die Wärmestrahlung zu absorbieren. Dadurch nimmt die Temperatur und der Strahlungsdruck im Kern zu und wirkt den Schwe-lichkeit von Atomzusammenstößen. Dies ist die wich- rekräften der Wolke entgegen. Es hat sich ein soge-tigste Voraussetzung zur Bildung von Molekülen. nannter hydrostatischer Kern gebildet (423.000 Jahre). Die Materie aus der umgebenden Gaswolke prallt mit Thermische Barriere Überschallgeschwindigkeit auf den Kern und heizt ihn Schon in den zwanziger Jahren fand Sir James auf.Hopwood Jeans heraus, daß die Gravitationsenergie Im Kern ist die Dichte auf das Milliardenfache und dieder Gaswolke größer sein muß, als ihre thermische Temperatur auf 1.000 Kelvin angestiegen. Durch dieEnergie (G•M²/r > p•r³). Dadurch ist sichergestellt, herabstürzenden Massen nimmt die Gravitationswir-daß die thermische Bewegung der Atome keine Zeit kung zu und der Kern kollabiert wieder. Steigt diehat, dem gravitativen Sog entgegenzuwirken. Aus die- Temperatur über 2.000 Kelvin werden die Wasser-ser Beziehung läßt sich eine kritische Masse (Jeans- stoffmoleküle durch die Wärme-energie in Atome auf-masse) berechnen, ab der die Wolke gerade noch kol- gespalten und später ionisiert. Dadurch wird derlabiert. Wird die Masse unterschritten, so steigen die Druckanstieg verlangsamt und der Kern kann weiter Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 35. Sternentwicklung Seite 37kollabieren. Nach ca. 100 Jahren ist der Wasserstoffvollständig ionisiert und es bildet sich wieder einhydrostatischer Kern. Es ist ein Protostern entstanden.Er kann nur im infraroten Bereich beobachtet werden,da die umgebende Gashülle sein Licht absorbiert undim langwelligen Bereich wiedergibt. Akkretionsphase Während der Kern Masse aus der umgebenden Hül-le einsammelt, nimmt seine Helligkeit im optischenBereich zu. Dabei wird die kinetische Energie derTeilchen in Strahlungsenergie umgewandelt. DieserZustand dauert 107 Jahre an und wird als Vorhauptrei-henentwicklung bezeichnet. Danach setzt wieder dieKontraktion ein und die Temperatur steigt auf 10 Mil-lionen Kelvin. Bei dieser Temperatur beginnt die ablaufen, da für die Kernfusion eine Temperatur vonKernfusion. Der Protostern hat die Hauptreihe des mindestens 5 Mio. Kelvin notwendig ist. Sie kann inHR-Diagramms erreicht. zwei Reaktionen ablaufen.Seit der ersten Kontraktion sind 1,5 Milliarden Jahre PP-Kette:vergangen und die Oberflächentemperatur liegt bei ca.5600 Kelvin. Einzelne SterneBei der obigen Fragmentationstheorie müssen immerSterne in Gruppen entstehen. Wie kann aber ein ein-zelner Stern sich entwickeln? Hier nimmt man an, daß CNO - Zylus (Bethe-Weizäcker-Zyklus)eine nahe Supernova-Explosion eine Schockwelle aus- Beim CNO-Zyklus wirken Kohlenstoff, Stickstoff undgesendet hat. Dadurch wurde der Nebel verdichtet und Sauerstoff als Katalysator. Der Prozeß beginnt mit deres kam zur der Entwicklung wie oben. Fusion Proton-Kohlenstoff (oben) und endet mit der Emission eines Alpha-Teilchens. Sternaufbau Von der Kerntemperatur hängt es ab, welcher Zyklus Man kann einen Stern grob in drei Zonen (Kern, dominiert. Bei niedrigen Temperaturen, wie in derHülle, Atmosphäre) unterscheiden, die aber nicht Sonne, wird die Energie durch die PP-Reaktionscharf von einander getrennt sind erzeugt. Bei höheren Temperaturen (über 15×106 K) überwiegt der CNO-Zyklus) Der Kern Im Kern wird die Energie eines Sternes erzeugt. Die HülleHier entsteht zum Beispiel durch Kernfusion aus vier Aber nur durch die Hülle ist die Kernfusion mög-Wasserstoffkernen (4,0291u) ein Heliumkern. Der lich. Sie erzeugt durch ihr Gewicht die hohen DrückeHelium-kern (4,0015u) ist etwas leichter, als die vier und Temperaturen, die für die Kernfusion notwendigWasserstoffkerne zusammen. Die Differenzmasse sind. Außerdem wirkt sie wie eine Wärmedämmungwird dabei in Energie (E=mc²) umgewandelt. Dieser für den Kern. Ohne sie würde die gesamte Energie aufProzeß der Energiegewinnung kann nur im Kern einmal in den Weltraum abgegeben. Die erzeugteRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 36. Sternentwicklung Seite 38Strahlung wird immer wieder von den Atomen absor- Der Tod eines Sternesbiert und wieder emittiert, bis sie den Stern verläßt(107 Jahre). Würde dies nicht geschehen, dann würde Sobald der Wasserstoffanteil im Kern unter 1%uns die Energie nicht als sichtbares Licht erreichen, sinkt, hört die Kernfusion auf und der Kern kontra-sondern als Gammastrahlung und alles Leben auf der hiert. Dadurch wird soviel Energie frei, daß der Was-Erde töten. serstoff an der Kernoberfläche zündet. Durch einen komplizierten Zusammenhang von Ursache und Wir- kung, bläht sich der Stern auf. Die Oberflächentempe- ratur nimmt aufgrund des Aufblähens ab. Der Stern hat sich in einen roten Riesen verwandelt und wandert im HR-Diagramm von links nach rechts. Dieser Über- gang erfolgt in astronomischen Maßstäben in einer sehr kurzen Zeit. Deswegen können nur wenige Sterne in diesem Stadium beobachtet werden. Im HR-Dia- gramm macht sich dieser Umstand als Lücke bemerk- bar. Ab hier nehmen Sterne mit verschiedener Massen eine verschiedene Entwicklung. Während aus Sternen mit bis zu 5 Sonnenmassen Riesen entstehen, entwickeln sich Sterne mit einer höheren Masse zu Überriesen. Die Kontraktion des Kerns dauert Millionen von Jah- ren. Das Schrumpfen des Kernes kommt zum Still- stand, wenn die Temperatur hoch genug ist, daß dasEnergietransport Heliumbrennen (3 α - Prozeß) einsetzen kann. DiesEs gibt drei Möglichkeiten, Energie zu transportieren. • Strahlung • Leitung • KonvektionDa die Photonen (Strahlung) die Energie wesentlichschneller transportieren als die Elektronen (Leitung),scheidet die Leitung als Transportmechanismus aus.Die Konvektion setzt erst bei Temperaturen unter2000K ein. Die Atmosphäre Der äußerste Teil eines Sternes ist die Atmosphäre.Von ihr gelangt die Strahlung direkt ins Weltall, des-wegen sind die in ihr enthaltenen Atome für das Spek-trum der Sterne verantwortlich. Die Atmosphäre einesSternes ist alles, was wir sehen. Unser gesamtes Wis-sen über einen Stern müssen wir darüber beziehen. Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 37. Sternentwicklung Seite 39geschieht schlagartig (200 Jahre) und wird als Heli- damit die nächste Fusion (Sauerstoff) einsetzten könn-umflash bezeichnet. Hier endet die Aufwärtsbewe- te. Hierzu wäre eine Temperatur von 600 Millionengung des Sterns im HR-Diagramms und er kommt Kelvin notwendig. Sind Wasserstoff- und Heliumvor-wieder in eine Ruhephase. Betrachtet man die Sonne, rat aufgebraucht, strahlt die Sonne ihre Restwärme indann dauert dieser Zustand einige Millionen Jahre. das Weltall ab. Man spricht von einem weißen Zwerg.Die Sonne ist nun ca. 400mal so groß und die Leucht- Die Sonne hat in diesem Stadium nur noch 60% ihrerkraft ist auf das 10000-fache angestiegen. ursprünglichen Masse und einen Durchmesser vonIst das Helium im Kern erschöpft, setzt ein sogenann- 17000km. Nach ca. 15 Milliarden Jahre hat die Sonnetes Zwei-Schalen-Brennen ein. Im Zentrum befindet ihre gesamte Wärme an das Weltall abgegeben (brau- ner Zwerg, schwarzer Zwerg). Sterne bis zu 8 Sonnenmassen machen diese Entwick- lung durch. Besitzt ein Stern eine größere Masse, dann endet die Fusion nicht beim Heliumbrennen, sondern setzt sich fort über Magnesium, Neon, Silizium bis zum Eisen. Da Eisen die höchste Bindungsenergie hat, ist darüber hinaus keine weitere Kernfusion mehr möglich. Der Kern kollabiert immer schneller, bis die Temperatur auf 10 Milliarden Kelvin angestiegen ist. Nun werden die Eisenkerne wieder zerschlagen und der Druck im Kern nimmt ab. Die Hülle drückt den Kern weiter zusammen und heizt ihn noch mehr auf. Dadurch kollabiert das Innere innerhalb einer Sekunde mit einer solchen Wucht, daß die frei werdende Gravi- tationsenergie den Stern explodieren läßt. Eine Super- nova leuchtet auf, die heller ist als eine ganze Galaxie. Ist die Supernova erloschen, kann manchmal ein Neu- tronenstern als Pulsar beobachtet werden. Durch die hohen Drücke wurden sogar die Elektronen und Proto- nen zu Neutronen unter Emission von Neutrinos zer-sich ein Kohlenstoffkern, der sich zusammenzieht. In quetscht. Eine Streichholzschachtel, gefüllt mit derder darüber liegenden Schale wird weiterhin Wasser- Masse aus dem Kern, würde hundert Millionen Ton-stoff zu Helium fusioniert. Darüber befindet sich eine nen wiegen. Ihre Energie wird in Form von Röntgen-Heliumhülle, in der keine Fusion stattfindet. Weiter strahlen hauptsächlich in Richtung der Magnetpoleaußen findet noch das Wasserstoffbrennen statt. Die abgegeben. Da der Stern in wenigen Sekunden rotiert,Sonne bläht sich periodisch auf und stößt ihre äußere wird die Erde wie von dem Lichtstrahl eines Leucht-Hülle ab, die sich mit 50 km/s vom Stern entfernt. turms getroffen.Innerhalb einiger tausend Jahre erhöht sich die Ober- Bei extrem großen Sternen kann es soweit kommen,flächentemperatur der Sonne auf 28000 Kelvin. daß durch ihre Gravitationwirkung selbst das LichtDadurch wird genug Energie (UV-Strahlung) abge- von umliegenden Sternen auf den Neutronensternstrahlt, damit die abgestoßene Hülle zum Leuchten abgelenkt werden. Uns erreicht kein Licht mehr ausangeregt wird (Planetarischer Nebel). Die Ober- dieser Region. Dies bezeichnet man als schwarzesfächentemperatur steigt bis auf 800000K an. Loch.Der Kohlenstoffkern nimmt stetig an Masse zu. Aller-dings hat die Sonne eine zu kleine Ausgangsmasse,Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 38. Veränderliche Sterne Seite 40 Veränderliche Sterne Stephan Schurig, Matthias Gräter, Edgar Wunder 1.Einführung den U.S.A. und aus vielen anderen Teilen der Welt ein großes Potential an Beobachtern hervorging, die die Die wissenschaftliche Erforschung Veränderlicher Anzahl der Entdeckungen Veränderlicher SterneSterne ist ein sehr junger Zweig der Astronomie. Heu- sprunghaft anstiegen ließen. Zudem konnte man seitte gehört sie zu einem der umfangreichsten Teilgebie- der Erfindung der Fotografie mit Hilfe der Auswer-te der Himmelsforschung. tung von Fotoplatten systematisch nach Veränderli-Bei der Veränderlichenbeobachtung ist es möglich, chen suchen.bereits mit sehr einfachen Mitteln Ergebnisse zu erzie- Im 20. Jahrhundert hatte sich vor allem der Bereichlen. Es beginnt schon mit dem bloßen Auge, mit dem der Bedeckungsveränderlichen Sterne weiterent-man Helligkeitsschätzungen vornehmen kann, wenn wickelt. Da diese Sterne nicht zu den Veränderlichennatürlich auch nur sehr grob. Es erweitern sich die im eigentlichen Sinn gehören, ist man der wirklichenMöglichkeiten, wenn man ein Fernrohr hat, oder sogar Natur der Physischen Veränderlichen nicht nähermit diesem die Helligkeitsänderungen lichtelektrisch gekommen. Erst die Pulsationstheorie von Shapleyerfassen kann. Dies und die Tatsache, daß es eine sehr 1914 stellte einen großen Fortschritt dar. Sie wird bisgroße Anzahl von Objekten gibt, macht die Veränder- heute, erfolgreich weiterentwickelt, angewandt.lichenbeobachtung zu einem sehr interessanten Gebiet Mit dem beginnenden Verständnis der atomaren Vor-gerade für Amateurastronomen. gänge innerhalb von Sternen und dem Hertzsprung-Mit dieser Arbeit soll zum einen ein kurzer Einstieg Russell-Diagramm, dem Farben-Helligkeits-Dia-zum Thema Veränderliche Sterne gegeben werden. gramm der Sterne, sah man Veränderliche Sterne inZum anderen soll es um den Stern RZ Cephei gehen, einem ganz neuen Licht. Sie stellten nicht etwa Aus-dessen Helligkeitsänderung lichtelektrisch gemessen nahmen dar, sondern Sterne in einer ganz bestimmtenwurde. Neben der Meßapparatur und dem Meßverfah- Entwicklungstufe ihres Lebens. (nach Hoffmeister,ren sollen die Ergebnisse der Messungen an diesem 1984, S.11 ff.).Stern dargestellt werden. Heute sind weit über 30000 Veränderliche Sterne bekannt. Beobachter auf der ganzen Welt sind in ver- 2.Allgemeines über schiedenen Vereinigungen, wie z.B. der BAV, der Veränderliche Sterne Bundesdeutschen Arbeitsgemeinschaft für Veränderli- che Sterne, tätig. Dadurch wird die Erforschung Ver- 2.1.Geschichte der änderlicher Sterne auch in Zukunft gewährleistet sein. Veränderlichenbeobachtung Die wissenschaftliche Erforschung Veränderlicher 2.2.GrundbegriffeSterne begann Mitte des 19. Jahrhunderts. Argelander 2.2.1.Veränderliche Sterneschrieb 1844 eine Abhandlung über Veränderliche 2.2.1.1.DefinitionSterne, die in einem Jahrbuch veröffentlicht wurde. Man bezeichnet einen Stern im allgemeinen als ver-Dort faßte er das Wissen seiner Zeit zusammen und änderlich, wenn er seine Helligkeit ändert. Dieseforderte Gleichgesinnte zur Beobachtung auf. Änderungen sollten innerhalb von Jahrzehnten statt-Eine Übersetzung von Argelanders Abhandlung finden. Weiterhin sollten sie im optischen Bereich,erschien 1912 in einer amerikanischen Zeitschrift. visuell oder fotografisch, erfolgen, mit einer Amplitu-Mittlerweile war die Anzahl der als veränderlich de größer als einer Zehntel Größenklasse. Dabeibekannten Sterne von 18 auf 4000 gestiegen. Das lag unterscheidet man zwischen periodischen Veränderli-vor allem daran, daß aus fast allen Ländern Europas, chen, die eine Wiederholung ihres Lichtwechsels in Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 39. Veränderliche Sterne Seite 41regelmäßigen Abständen zeigen, halbregelmäßigen ren Schichten eines Sterns findet man chemische Ele-Veränderlichen, deren Periode sich mehr als ein Drit- mente, die in den Absorptionslinien zum Ausdrucktel ändert, und unregelmäßigen Veränderlichen, bei kommen. Je kühler ein Stern an der Oberfläche ist,denen keine Periodizität erkennbar ist. (nach Hoffmei- desto mehr Absorptionslinien sind zu sehen, da mitster, 1984, S.11, S.24). sinkender Temperatur die Anzahl der möglichen che- mischen Verbindungen wächst. Die Emisionslinien 2.2.1.2.Physikalische Merkmale rühren von den Elementen der Gashülle um den Stern Sterne sind Gaskugeln im Weltraum. Sie werden her. Dort findet man z.B. die bekannte Balmer-Seriedurch ihre Zustandsgrößen Masse, Leuchtkraft, Radi- des Wasserstoffs wieder. (nach Hoffmeister, 1984,us, Temperatur, Spektralklasse, mittlere Dichte, mitt- S.15 f.).lere Energieerzeugung, Schwerebeschleunigung an Durch die Veränderung der Spektrallinien kann mander Oberfläche, Rotationsgeschwindigkeit, Magnet- wiederum etwas über die Veränderlichkeit des Sternsfeld und chemische Zusammensetzung beschrieben. herausfinden. Die Aufnahme und Untersuchung vonDie Energie eines Sterns wird im Inneren durch Spektren ist neben der Helligkeitsmessung ein sehrFusionsprozesse gewonnen. Dort herrschen Tempera- gebräuchliches Mittel in der Veränderlichenforschung.turen von vielen Millionen Grad. Die dort gewonneneEnergie tritt mit der Zeit an die Oberfläche und wird 2.2.1.4.Helligkeitin den Raum abgestrahlt. Damit Sterne stabil sind, In der Physik ist die Lichtstärke eine der sieben SI-müssen sich „zwei einander entgegengerichtete Kräfte Basiseinheiten. In der Astronomie wird die Helligkeit(...), der Gas- und Strahlungsdruck, die den Stern aus- der Sterne nicht in Candela, sondern in Größenklas-zudehnen suchen, und die Schwerkraft, die eine Kon- sen, die in m oder mag angeben werden, das für dastraktion anstrebt“ (Hoffmeister, 1984, S.14), die Waa- lateinische Magnitudo steht, angegeben. Im 19. Jahr-ge halten. In ihrem Leben durchlaufen Sterne ver- hundert legte man fest, daß ein Stern mit der Hellig-schiedene Phasen. Beim Übergang zwischen diesen keit m genau 100,4 (= 2,512) mal heller ist als einkann dieser Gleichgewichtszustand gestört werden, Stern mit der Helligkeit m+1. Daraus folgt log(I1/I2)bis er sich wieder neu einpendelt. Während dieses = -0,4(m1-m2) für das Intensitätsverhältnis zweierZustands kann das gegenseitige Spiel der gegeneinan- Sterne mit den Helligkeiten m1 und m2. Die Sonneder wirkenden Kräfte eine sehr große Änderung der leuchtet mit der Helligkeit von -26,78m, der hellstephysikalischen Eigenschaften mit sich bringen, die Stern Sirius mit -1,44m und RZ Cephei liegt imsich in Helligkeitsänderungen bemerkbar machen. Bereich von 9,3m. Fern von störenden LichtquellenDamit ist der Stern zu einem Veränderlichen Stern kann man mit dem bloßen Auge Sterne bis zur 6.geworden. Alle Veränderlichen mit den selben Eigen- Größenklasse sehen. Das sind über 6000 Sterne.schaften haben ihren ganz bestimmten Platz im Hertz- Schon mit einem Fernglas steigt die Zahl bereits in diesprung-Russell-Diagramm. Hunderttausende. Die Helligkeit hängt auch von der Entfernung des Sterns ab. Deswegen führte man eine 2.2.1.3.Chemische Merkmale absolute Helligkeit ein. Sie entspricht der scheinbaren Sterne zeigen ein kontinuierliches Spektrum, in Helligkeit, die der jeweilige Stern in einer Entfernungdem Absorptionslinien und Emissionslinien enthalten von 10 parsec (= 32,6 Lichtjahren) hätte.sind. Dadurch kann man Rückschlüsse auf die chemi- Da sich die Helligkeit von Veränderlichen Sternensche Beschaffenheit ziehen, jedoch nur auf die der ändert, werden bei ihnen ihre geringste und stärksteOberfläche und der Gashülle um den Stern. Im Inne- Helligkeit angegeben. Die Änderung der Helligkeitren eines Sterns findet man ein Plasma von Protonen, wird in einer Lichtkurve grafisch dargestellt. DabeiNeutronen, Elektronen, Strahlungsquanten und die zeigen Lichtkurven von Beobachtungen mit verschie-durch Kernfusion entstehenden Teilchen. In den äuße- denen Filtern sehr oft einen Unterschied auf. DiesRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 40. Veränderliche Sterne Seite 42liegt daran, daß Sterne in unterschiedlichen Wellen- Um diese mathematischen Beziehungen nutzen zulängen verschieden hell leuchten. Daher ist es wichtig können, bedient man sich einer Zeitangabe, die eineanzugeben in welchem Wellenlängenbereich die fortlaufende Zählung von Tagen darstellt, dem Juliani-Beobachtung eines Veränderlichen Sterns erfolgte. schen Datum. Es wurde von Joseph Justus Scaliger 1581 eingeführt. Die durchlaufende Zählung der Tage 2.2.2.Lichtkurven, Perioden und Zeitangaben ließ er am 1.1.4713 v. Chr beginnen. Zur Berechnung In diesem Kapitel sollen die Grundlagen von Licht- des Julianischen Datums behilft man sich mit Tabel-kurven, Perioden und der in der Veränderlichenbeob- len, wie man sie in astronomischen Jahrbüchern fin-achtung gebräuchlichen Zeitangabe erklärt werden. Im det. Ein Julianischer Tag beginnt Mittags um 12h UTfolgenden werden die wichtigsten Begriffe durch eine und endet 24 Stunden später. Die Tageszeit kann mankurze Definition dargestellt, sowie mathematische aus den Nachkommastellen berechnen. Das Juliani-Beziehungen angegeben. sche Datum für den 1. Januar 1997 0h UT lautet 2450449,5.ME/mE: Maximum/Minimumder Zeitpunkt, an dem die Lichtkurve ihren 2.3.Klassifizierung Veränderlicher Sternehöchsten/niedrigsten Punkt erreicht, und damit der 2.3.1.BennenungenStern am hellsten/schwächsten leuchtet Normalerweise werden Sterne mit einem griechi- schen Buchstaben und dem lateinischen Genitiv desM0/m0: Ausgangsmaximum/Ausgangsminimum Sternbilds, in dem sie sich befinden, bezeichnet.der Zeitpunkt eines Maximums/Minimums, von dem Dabei wird Buchstabe α meist dem hellsten Sternaus weitere Maxima/Minima errechnet werden können zugeschrieben. So ist α Canis Majoris der hellste Stern mit dem Namen Sirius im Sternbild GroßerP: Periode Hund. Hat man keine griechischen Buchstaben mehrdas zeitliche Intervall zwischen zwei benachbarter zur Verfügung, so greift man auf Zahlen zurück.Minima oder Maxima Im Gegensatz dazu werden Veränderliche Sterne mit den Buchstaben R, S, T, U, V, W, X, Y, Z, sowie mitE: Epoche den Kombinationspaaren RR, RS, ... ZZ bezeichnet.ein Faktor, um ein Vielfaches der Periode darzustellen Danach fährt man mit AA, AB, ... QZ fort. Wenn dies noch nicht ausreicht, geht die Zählung mit V335,Elemente: ME = M0 + P×E oder mE = m0 + P×E V336, V337, ... weiter. Auch hier wird der lateinischeeine Formel, um bei konstanter Periode jedes beliebi- Genitiv des Sternbildes angehängt.ge Maximum oder Minimum von einem Ausgangsma-ximum oder Ausgangsminimum berechnen zu können 2.3.2.Typen 2.3.2.1.Physische Veränderlicheε: Maß für die Asymmetrie einer Lichtkurve: (M-m)/P Als physisch veränderlich bezeichnet man einendas Verhältnis der Länge des Helligkeitsaufstiegs zur Stern, wenn seine Veränderlichkeit physikalischePeriode; es wird vor allem bei sinusähnlichen Kurven Ursachen hat. Man unterteilt hier in verschiedeneerrechnet Gruppen, die sich hauptsächlich durch die Perioden- länge, die Helligkeit und dem Spektraltyp unterschei-ϕ: Phase: (t - M0)/P - E(t) oder (t - m0)/P - E(t) den. In diesen Gruppen gibt es wiederum verschiede-ein bestimmter Zeitpunkt der Lichtkurve, der in ne Klassen, die nach ihrem Hauptvertreter benanntBruchteilen der Periode seit dem letzten Minimum sind. So gibt es zum einen die Pulsierenden Veränder-oder Maximum angegeben wird; dabei ist E(t) die lichen. Die häufigsten von ihnen sind δ Cephei, RREpoche zum Zeitpunkt t Lyrae, δ Scuti und Mira Sterne. Die ersteren zeigen Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 41. Veränderliche Sterne Seite 43meist eine Periode von 1 bis 50 Tagen, während RR 3.Veränderlichenforschung auf derLyrae Sterne unter einem Tag, selten darüber, liegen. Regiomontaus-Sternwarte NürnbergWenn die Periode noch kürzer wird, im Bereich vonwenigen Stunden, so sind es Vertreter der δ Scuti Die moderne Astronomie hat der Veränderlichenfor-Sterne. Mira Sterne, ο Ceti, sind Veränderliche mit schung viel zu verdanken, u.a. auch Entfernungsbe-einer Periode von bis zu 1000 Tagen und einer sehr stimmungen im intra- und intergalaktischen Maßstab.großen Amplitude. Eine andere Gruppe physischer In der Nürnberger Volkssternwarte wird bereits seitVeränderlicher sind die Eruptiven Veränderlichen. 1963 ein Forschungsprogramm zu VeränderlichenOftmals sind diese Sterne unregelmäßig oder nur halb- Sternen durchgeführt, regelmäßig finden hierzu amregelmäßig. Die Helligkeitsänderungen vollziehen großen Fernrohr Helligkeitsmessungen mit empfindli-sich sehr schnell mit einer Änderung im Bereich von chen Geräten statt. Das Gebiet der Veränderlichenvielen Größenklassen. Die bekanntesten Vertreter sind Sterne ist ein Musterbeispiel für einen Bereich inner-Novae und Supernovae. halb der Astronomie, bei denen Amateurastronomen – Typische Lichtkurve von RR Lyrae 2.3.2.2.Bedeckungsveränderliche Die Ursache der Veränderlichkeit ist bei diesem Aufsuchkarte für β PerseiTyp von Veränderlichen Sternen von „optisch-mecha-nischer Art“ (Hoffmeister, 1984, S.13). Es handelt auch mit einfachen Mitteln – durch systematischesich hierbei im allgemeinen um zwei Sterne, die sich Beobachtungen noch in der Lage sind, ernsthaftein einer Ebene gegenseitig umkreisen. Dabei schauen Beiträge zur astronomischen Forschung zu leisten.wir auf die Kante dieser Bahnebene. Damit bedecken Gerade deshalb suchen wir immer neue Mitglieder,sich diese zwei Sterne von uns aus gesehen gegensei- die bereit sind uns bei unserem Programm zu unter-tig. Da die beiden Partner für uns nicht einzeln sicht- stützen und die manchmal etwas langwierigen undbar sind, entsteht der Eindruck eines einzigen Sterns, unbequemen Messungen auf der Regiomontanus-der Helligkeitsschwankungen unterlegen ist. Der Sternwarte durchzuführen.berühmteste Veränderliche dieser Art ist Algol, β Per-sei, mit einer Periode von ca. 2,8 Tagen. Daneben gibtes noch β Lyrae und W Ursae Majoris Sterne, die einekürzere Periode zeigen.Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 42. Praktische Astronomie Seite 44 Praktische Astronomie Teleskope und Beobachtung Ronald C. Stoyan Praktische Beobachtung achtung immer aus der Stadt rausfahren; aus Nürnberg z.B. mindestens 40 km. je dunkler der Himmel, desto 1. Instrumentarium größer das Erlebnis, desto mehr Spaß hat man! Das ie große Frage, die sich viele Astronomie-Inter- Maß für die Dunkelheit des Himmels ist die visuelleD essierte gleich zu Anfang stellen, ist die nachdem besten Einstiegsfernrohr. Dabei wird oft verges- Grenzgröße, also die Helligkeit des schwächsten gera- de so mit bloßem Auge sichtbaren Sterns. Sie beträgtsen: Astronomie beginnt mit dem bloßen Auge! etwa 4m,5 für Nürnberg-Sternwarte, 6m,5 für einenPraktische Astronomie ist ein faszinierendes Hobby, Standort im ländlichen Mittelfranken, und 7m,0 beies verbindet Wissenschaft mit Ästhetik, Naturerlebnis perfektem Alpenhimmel.mit Intellekt. der zentrale Punkt ist: es muß Spaß Spürt man das großartige Erlebnis eines sternübersä-machen. Deshalb sollte man folgende Sachen beden- ten Himmels, dann sollte ein erstes Instrument zuge-ken, bevor man sich mit viel finanziellem Aufwand in legt werden. Dies sollte noch kein Fernrohr sein, son-die Astronomie stürzt: dern für den Einstieg ein Feldstecher. Warum zuerst • Astronomie wird nachts ausgeübt. Das heißt, man Feldstecher? verbringt seine Freizeit in Kälte und Dunkelheit. Ein Fernglas ist... • Um genußvoll zu beobachten, MUSS man die ...leicht handhabbar Stadt verlassen und sich auf dem Land, möglichst ...immer einsatzbereit weit entfernt von der nächsten Ortschaft, einen ...leicht transportierbar Beobachtungsplatz suchen. Mobilität (Auto) ist also ...erlaubt beidäugiges Sehen - Beobachtungskom- unbedingte Vorraussetzung. fort • Was man mit dem Auge im Fernrohrokular sieht ...hat ein großes Gesichtsfeld - die Objekte sind hat nichts mit den Bildern aus Zeitschriften o.ä. zu leicht aufzufinden tun. Visuelle Astronomie ist fast ausschließlich far- ...preiswert blos, es geht größtenteils um schwache Objekte an ...kann auch für Naturbeobachtung eingesetzt wer- der Grenze der menschlichen Wahrnehmungsfähig- den - keine Fehlinvestition keit. Bis auf den Mond darf der Anfänger nichts generell ist jeder Feldstecher für Astronomie geeignet; spektakuläres erwarten. man sollte sich bei einem Neukauf aber einen 10x50, • Beobachten muß man lernen. Erst mit viel Übung 10x40, 8x30 o.ä. einer Markenfirma (Zeiss, Fujinon, über Jahre hinweg lernt man das teleskopische Leica, Doctor, ...) zulegen. Die Kosten dürften bei Sehen. Je mehr man beobachtet, desto mehr sieht etwa 500,- DM liegen, aber zur Not sind billigere Glä- man, desto mehr Spaß macht es. ser auch geeignet.Generell ist deshalb ein sanfter Start in die Beobach- Ein Feldstecher, zum Beispiel ein 10x50, schiebt dietung anzuraten. Zuerst einmal muß man den Himmel Grenzgröße bis zu 10m,5 (Mittelfranken) hinaus.mit bloßem Auge kennenlernen. Wichtig ist es, die Damit sind schon nicht mehr nur tausende, sondernSternbilder zu erkennen und zu unterscheiden. Schon hunderttausende Sterne sichtbar. Der Mond läßt erstemit bloßem Auge sind außerdem eine ganze Menge Einzelheiten seines Reliefs erkennen, die Venuspha-Objekte außerhalb des Sonnensystems (= Deep-Sky- sen fallen auf, die Jupitermonde sind sichtbar, undObjekte) zu sehen, wie die Plejaden beispielsweise, über 100 Sternhaufen, Gasnebel und Galaxien könnender Andromedanebel, die Sternwolken der Milch- betrachtet werden. Ein Feldstecher ist eine Investitionstraße, ... Wichtig ist: für genußreiche visuelle Beob- für immer, denn selbst als engagierter Beobachter Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 43. Praktische Astronomie Seite 45braucht man neben dem Fernrohr ein Fernglas: Unü- mit jedem Teleskop jede Vergrößerung erreichen!!bertroffen ist das Fernglas, wenn es um große Objekte Wichtig ist es, auf folgende Punkte zu achten:geht, wie Kometen, die Milchstraße,... • hochwertige OptikDeshalb der dringende Rat: erst einmal mindestens ein • stabile, robuste parallaktische Montierung mithalbes Jahr mit dem Feldstecher und einem kleinen StativHimmelsatlas den Himmel beobachten und kennenler- • Okulardurchmesser mindestens 31,8mm (nichtnen, erst wenn man weiß: „das ist mein Hobby“, über 24,5mm!!)Fernrohrkauf nachdenken. • Sucherfernrohr mindestens 6x30 • Gerät leicht und transportabelAnregungen und Hinweise: • Gerät schnell und unkompliziert in der DunkelheitBrandt, Müller, Splittgerber: Himmelsbeobachtungen aufbaubarmit dem Fernglas, Dausien Deshalb ist meistens das kleine aber feine Gerät demAtlas für Feldstecherbeobachtung: E. Karkoschka, großen überlegen.Atlas für Himmelsbeobachter, Kosmos Eine uralte Diskussion geht um die Frage, ob manTips und Hinweise: Rubrik Deep-Sky im Fernglas, einen Reflektor (Spiegelteleskop) oder einen Refrak-Zeitschrift interstellarum, Fachgruppe Deep-Sky der tor (Linsenteleskop) kaufen soll. ZusammengefaßtVereinigung der Sternfreunde läßt sich folgendes sagen: Ein Linsenteleskop hat beiDer nächste Schritt ist also der Aufstieg vom Feldste- gleicher Öffnung die bessere Leistung, ist robust undcher zum Fernrohr. Fernrohrkauf ist eine Wissen- vielseitig einsetzbar, aber auch teuer pro Öffnung undschaft für sich, es gibt hunderte verschiedener Model- wird in größeren Dimensionen sehr schwer undle dutzender Marken, alle haben ihre Vor- und Nach- umständlich zu transportieren. Ein Spiegelteleskopteile. dagegen ist preiswert pro Öffnung, leichter und hat fotografisch Vorteile. Im Grunde genommen hängt esDas beste Fernrohr schlechthin gibt es nicht! vom speziellen Interessensgebiet ab, welches Fernrohr man sich zulegt. Da der Anfänger meist noch unent-Was man beim Fernrohrkauf wissen sollte: schieden ist, kann er hier nicht entscheiden. • Fernrohr macht nur Sinn, wenn man sich am Him- Ein vernünftiges Einstiegsfernrohr ist ein 80mm mel mit bloßem Auge auskennt Refraktor auf parallaktischer Montierung. Er ist leicht • mindestens 1500,- DM müssen investiert werden und schnell einsetzbar, für alle Bereiche geeignet, • auf gar keinen Fall billige Angebote aus Kaufhäu- robust, und auch bei späterem Upgrading noch sehr sern oder Katalogen wahrnehmen! Rausgeworfenes sinnvoll als Urlaubsgerät oder Sonnenbeobachtungsin- Geld!! strument, muß also nicht verkauft werden. Dazu • nicht Händler, sondern Beobachter um neutralen braucht man einen Satz von drei Okularen, die Ver- Rat fragen größerungen von etwa 30x, 80x und 140x ergeben • vorher mit verschiedenen Instrumenten beobach- (Vergrößerung = Fernrohrbrennweite / Okularbrenn- ten weite) sowie ein Umlenkprisma (möglichst Amicipris- • Beobachtungsspaß kann nicht durch Geld erkauft ma). Die Grundausstattung ist also folgende: werden • 80mm Optik mit Tubusallgemein trifft die goldene Regel zu: Das beste Tele- • 6x30-Sucherfernrohrskop ist das, das man am meisten benutzt. • parallaktische Montierung mit FeintriebwellenGenerell gilt: Je größer die Öffnung, desto mehr Licht • Stativfängt das Teleskop auf, desto „besser“ ist es. Ver- • drei 31,8mm Okularegrößerung hat absolut nichts zu bedeuten; man kann • Amici- oder Pentaprisma (Zenitprisma meiden!)Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 44. Praktische Astronomie Seite 46dazu: • Protuberanzen in ihrer Entwicklung verfolgen • Beobachtungsstuhl • Filamente, Flares,... überwachen - dazu benötigt • Koffer für Okulare man einen Protuberanzenansatz oder einen H- • Himmelsatlas alpha-Filter • Beobachtungsliteratur Das ideale Gerät für die Sonnenbeobachtung ist ein • Zeitschriftenabonnement kleiner Refraktor mit geeignetem Filter. Sonnenbeob- • Mitgliedschaft in astronomischem Verein achtung ist ein sehr interessantes und lohnenswertes (gemeinsam beobachten macht doppelt Spaß!) Gebiet gerade für Einsteiger.80mm Öffnung reichen bis 13m,0 hinab (Mittelfran- Grundlagenliteratur:ken), damit werden über 500 Deep-Sky-Objekte bis zu Beck, Reinsch, Hilbrecht, Völker: Handbuch für Son-den Quasaren sichtbar, Detail auf Venus, Mars, Jupi- nenbeobachter, Vereinigung der Sternfreundeter und Saturn kann betrachtet werden; die sichtbarenMonddetails reichen für ein Menschenleben langen PlanetenbeobachtungBeobachtungsspaß, die Sonne offenbart mit Filter Auf den Planeten ist auch schon mit kleinen Fern-grandiose Einzelheiten. Mit solch einem gerät hat man rohren Detail zu sehen. Dabei können durch Langzeit-Jahre bis Jahrzehnte zu tun, um „alles“ zu sehen. beobachtungen wichtige Erkenntnisse gewonnen wer-Wenn man sich später auf ein bestimmtes Gebiet spe- den, die die Profiastronomen nicht erhalten können.zialisiert, kann man zu größeren Teleskopen aufstei- Im einzelnen ist interessant:gen. • Venus: Wolkenschattierungen, Schroeter-Effekt • Mars: Wolkenerscheinungen, Polkappen- 2. Tätigkeitsfelder Abschmelzung, Staubstürme, Albedostrukturverän- derungen Es gibt für Amateurastronomen verschiedene Beob- • Jupiter: Phänomenologie und Driftverhalten vonachtungsfelder, denen man sich zuwenden kann. Die Einzelobjekten, globale Umwälzungen, Monder-meisten engagierten Sternfreunde spezialisieren sich scheinungenmit der Zeit auf eines dieser gebiete. Für jeden The- Planetenbeobachtung erfordert aber eine mindestensmenkreis sind auch jeweils verschiedene Instrumenta- einjährige Einarbeitungszeit, viel Geduld und Ausdau-rien einzusetzen. er. Das ideale Instrument ist ein mittelgroßer Refrak- tor oder größerer Reflektor, aber auch mit kleinen Sonnenbeobachtung Geräten kann vieles nachvollzogen werden. Sonnenbeobachtung findet bei Tag statt, man mußnicht in der Dunkelheit beobachten und kann zu Hau- Grundlagenliteratur:se bleiben. Unbedingt nötig ist allerdings ein Objekti- G. D. Roth (Hrsg.), Planeten beobachten, Sterne undvfilter für die gefahrlose Beobachtung. Sonnenbeob- Weltraum Verlagachtung ist einer der Bereiche, in der AmateureBeiträge zur wissenschaftlichen Forschung leisten Deep-Sky-Beobachtungkönnen. Als Amateur kann man: Deep-Sky-Beobachtung nennt man das Aufsuchen • mit der Relativzahlmessung die Sonnenaktivität und Betrachten von Doppelsternen, Offenen Sternhau- überwachen fen, Kugelsternhaufen, Galaktischen Nebeln, Planeta- • Veränderungen in Sonnenflecken-Details feststel- rischen Nebeln, Galaxien und Quasaren. Ganz wichtig len ist für die Deep-Sky-Beobachtung ein dunkler Stan- • Fackeln, Granulation, sowie weitere Einzelheiten dort. Deep-Sky ist mit jedem Gerät möglich, ideal ist überwachen - diese Aufgabenfelder erfordern einen aber ein mittelgroßer bis großer Reflektor. Weißlichtfilter (Glas- oder Folienfilter) Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 45. Praktische Astronomie Seite 47Begleitliteratur: 4. LiteraturDeep-Sky-Magazin interstellarum, Fachgruppe Deep-Sky der Vereinigung der Sternfreunde Jeder Sternfreund sollte über eine grundlegende Bibliothek verfügen, die ihm Anregungen und Anlei-weitere Beobachtungszweige werden von Amateur- tungen für die Beobachtung gibt und ihn über dasbeobachtern betrieben: Himmelsgeschehen informiert. • Meteorbeobachtung:Sternschnuppenbeobachtung, das bloße Auge reicht aus Jahrbücher: • Atmosphärische Phänomene: Dokumentieren von enthalten Daten zum Mond- und Planetenlauf, Stern- Halos, Nebensonnen etc. bedeckungen, Finsternisse, Planetenephemeriden, • Spektroskopie: Beobachtung von Sternspektren muß jeder Beobachter haben! und ihrer Veränderungen Ahnert, Himmelsjahr • Astrometrie: Ausmessung von Himmelsörtern, Monographien: vor allem bei Planetoiden es gibt viele Astronomiebücher, aber kaum welche, • Veränderlichenbeobachtung: Verfolgung und die grundlegend und geeignet in die Beobachtung ein- Dokumentation von Sternen mit Lichtwechsel führen. Zu empfehlen sind: • Nova- und Supernovasuche. Visuelle oder foto- einführend: Schau mal in die Sterne, H. Oberndorfer grafische Suche nach explodierenden Sterne grundlegend: Handbuch für Sternfreunde, G.D. Roth • Kometenbeobachtung: Entdeckung und Verfol- Sternkarten: gung von Kometenerscheinungen Karten des Sternhimmels benötigt man zum Aufsu- • Radioastronomie: Auffangen kosmischer Radio- chen und Finden der Beobachtungsobjekte. strahlung mit Antennen zum Lernen: drehbare Sternkarten • Sternbedeckungen durch den Mond: genaues Zeit- zum Beobachten: Atlas für Himmelsbeobachter, nehmen erlaubt Mondephemeriden zu verbessern E. KarkoschkaAllgemein: jedes Fernrohr hat seinen Himmel. Jedes Zeitschriften:Beobachtungssujét ist mit jedem Instrument erreich- Zeitschriften lassen einen am Ball bleiben und infor-bar. mieren über aktuelle Ereignisse Regiomontanusbote (NAA) 3. Arbeitsmethoden populäres Level: Star Observer Amateurlevel: Sterne und Weltraum, Sky & Telescope generell Unterscheidung dreier Techniken: Beobachterlevel: interstellarum (NAA)Visuelle Beobachtung: mit dem Auge wird direkt am Bezugsquellen:Fernrohrokular beobachtet. Beobachten muß erlernt es gibt Astro-Händler in ganz Deutschland, Anzeigenwerden, aber kein großer instrumenteller Aufwand. in den Zeitschriften durchschauenDokumentation mit Beschreibungen und Zeichnun- in Nürnberg: Optik Rummel (NAA) und Foto Mitsch-gen. keAstrofotografie: eine Spiegelreflexkamera wird an Organisationen:den Okularauszug gebracht. Aufwendige Technik, Wichtig ist der Kontakt zu gleichgesinnten Stern-langer Lernprozeß mit vielen Fehlversuchen, grandio- freundense Bilder als Lohn in Franken: Nürnberger Astronomische Arbeitsge-CCD-Technik: eine digitale Kamera ersetzt den Foto- meinschaft e.V.apparat. Technischer Aufwand und finanzieller Ein- in Deutschland: Vereinigung der Sternfreunde e.V.;satz sehr hoch, aber verblüffende Ergebnisse; Bilder mit Fachgruppen zu jedem Themengebiet alsim Computer bearbeitbar AnsprechpartnerRegiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 46. LiteraturhinweiseSeite 48 Zum Weiterlesen: Prof. Johannes Feitzinger: Unterwegs auf der Milchstraße - Die Erkundung unserer Galaxis Franckh-Kosmos-Verlag, 1993 Gondolatsch, Groschopf, Zimmermann: Astronomie I - Die Sonne und ihre Planeten Klett Studienbücher, 1. Auflage 1992 F.Gondolatsch, S.Steinacker, O.Zimmermann: Astronomie Grundkurs Klett-Verlag, 1990 John Gribbin: Unsere Sonne - Ein rätselhafter Stern? Birkhäuser Verlag, 1992 Hans Rolf Henkel: Astronomie - Eine Einführung für Schulen, Volkshochschulen und zum Selbststudium Verlag Harri Deutsch, 3.Auflage 1987 Joachim Herrmann: dtv-Atlas zur Astronomie Deutscher Taschenbuch Verlag, 12. Auflage, 1996 Prof. Dr. Rudolf Kippenhan: 100 Milliarden Sonnen R.Piper & Co. Verlag, 1980 Heinz Oberhummer: Kerne und Sterne - Einführung in die nukleare Astrophysik, Johann Ambrosius Barth Verlag, 1993 Károly Simonyi: Kulturgeschichte der Physik Thun/Frankfurt, 2. Auflage, 1995 Roger J. Tayler: Sterne - Aufbau und Entwicklung, Vieweg & Sohn Verlag, 1985 Jürgen Teichmann: Wandel des Weltbildes. Astronomie, Physik und Meßtechnik in der Kultirgeschichte Teubner (vdf-Hochschulverlag), 3. Auflage, 1996 Regiomontanusbote · Sonderausgabe Nr. 1 · 1997
  • 47. Impressum Seite 49Herausgeber:Nünberger Astronomische Arbeitsgemeinschaft e.V. NAARegiomontanus-Sternwarte, Regiomontanusweg 1, 90491 NürnbergTel.: 0911 - 9593538, Fax: 0911 - 523791, E-Mail: info@naa.netInternet: www.naa.netISSN:0938-0205Zusammenstellung und Redaktion:Matthias GräterAutoren:Matthias Gräter, Harald Kerscher, Pierre Leich, Ralph Puchta, Stephan Schurig, Ronald C. Stoyan, Edgar WunderSatz und Layout:Matthias GräterEDV-Unterstützung:Jürgen LamprechtDruck:CopyLandAuflage:200 Exemplare Was, Sie haben den Regiomontanusboten noch nicht abonniert? O Ich möchte den Regiomontanusboten abonnieren (Jahresabo 20.– DM inkl. Versand) O Ich möchte Mitglied der Nürnberger Astronomischen Arbeitsgemeinschaft e.V werden (Jahresmitgliedsbeitrag:normal 48,– DM, ermäßigt 30,– DM (Schüler/Studenten), inkl. Bezug des Regiomontanusboten) Vorname, Name:_________________________________________________________________________ Straße: ________________________________________________________________________________ PLZ, Ort: _______________________________________________________________________________ O Ich bin damit einverstanden, daß die Abonnement-Kosten bzw. der Mitgliedsbeitrag ab sofort von meinem Konto abgebucht wird. Bankverbindung:_________________________________________________________________________ Datum, Unterschrift: ______________________________________________________________________ Schicken Sie diesen Abschnitt an: NAA e.V., Regiomontanus-Sternwarte, Regiomontanusweg 1, 90491 Nürnberg Fax: 0911 - 523791, E-Mail:info@naa.net Bankverbindung der NAA e.V.: Raiffeisenbank Nürnberg eG, Kto.Nr.: 74705, BLZ 760 606 18