Akademie für Ältere E Heidelberg 2019/1. Halbjahr


Grundlagen der modernen Astronomie für Neueinsteiger

Speziell für Frauen und Männer ab 60:


Mittwoch 15:40 - 17:10 Uhr

Volkshochschule Heidelberg, Raum E07

Bergheimer Straße 76

Moderne Astronomie


Horizon
Abb.: Sturmsysteme auf Jupiter
[Bild: Juno/NASA/JPL]


Astronomie ist keine abstrakte Wissenschaft. Astronomie bedeutet die Erkenntnis des Menschen, dass er Teil des Universums ist und das Universum Teil von ihm. Diese Bewusstwerdung des Menschen hat bereits in der letzten Eiszeit begonnen und hat zum ersten Mal konkrete Formen angenommen mit beginnender Sesshaftigkeit. Hier ging es um den Lauf von Sonne und Mond, die lebenswichtig geworden sind. Der heutige Mensch hat verlernt, mit dem Universum im Einklang zu leben. Er wähnt sich vor den Gefahren aus dem Universum in trügerischer Sicherheit. Das könnte der Menschheit eines Tages zum Verhängnis werden.

Kaum eine andere Naturwissenschaft hat in den letzten 100 Jahren eine so stürmische Entwicklung genommen wie die Astronomie. Sie hat Entdeckungen hervorgebracht, die unser Weltbild drastsich verändert haben. Wichtige Meilensteine auf diesem Wege waren die Entwicklung der modernen Spiegelteleskope und ihrer Detektoren, sowie von leistungsfähigen Computern. Noch vor 100 Jahren endete das sichtbare Universum am Rand der Milchstraße. Heute überblicken wir dank Hubble das gesamte Universum - etwa 100 Milliarden Galaxien bleiben zu erforschen!

Turbulenz
Abb.: Galaxien sind die Bausteine des Universums. Über 100 Milliarden Galaxien sind im sichtbaren Universum aufzuspüren. Bisher sind nur einige Millionen von ihnen erfasst worden.

Schlüssel zu den Erkenntnissen der Astronomie ist die Entwicklung der Spiegelteleskope in den letzten 100 Jahren. Über 70 Jahre lang dominierten das Mount Wilson Observatorium und das Mount Palomar Observatorium die astronomischen Beobachtungen. Erst in den 1970er Jahren des letzten Jahrhunderts wurde Europa astronomisch gesehen erwachsen. Mit der technischen Entwicklung der 8- bis 10-Meter optischen Teleskopen eröffnete sich eine neue Ära der beobachtenden Astronomie. Die beiden Keck 10-m Teleskope und die vier 8-m VLT Teleskope der ESO haben neue Einsichten ins Universum gebracht.


Moderne Astronomie

Da wir viele neue Teilnehmer in unserem Astronomiekreis begrüssen konnten, habe ich beschlossen, eine Einführung in die moderne Astronomie zu beginnen. Dazu verwenden wir für dieses 2. Jahr als Grundlage mein Buch:

Daten und Themen der Astronomie




9. Januar: Weltraum-Observatorien I


==> Hubble - das erste optische Teleskop seit 1990 im Weltraum.
==> JWST - sein Nachfolger ab 2021 im Lagrange-Punkt L2.
==> Spitzer & Herschel: Infrarot-Teleskope.

16. Januar: Weltraum-Observatorien II


==> Die Energie der Photonen.
==> Röntgen- und Gamma-Teleskope im Weltraum.

23. Januar: Die Sterne der Milchstraße


Unsere Sternenheimat hat mindestens einen Planeten mit intelligentem Leben vorzuweisen: die Erde. Riesengalaxien bringen nämlich große Mengen an Eisen, Sauerstoff, Silizium, Magne­sium und anderen Elementen hervor. Diese Stoffe, die von den vielen Sternen der Milchstraße erzeugt werden, sind die notwendigen Bausteine erdähnlicher Planeten. Und unent­behrliche Bestandteile des Lebens (wie wir es kennen): Man denke etwa an den Sauerstoff, den wir atmen, das Kalzium in unseren Knochen, das Eisen in unserem Blut.

2. Erde
Abb.: Proxima Cen b: Der nächste Planet zum Sonnensystem - eine zweite Erde? [Grafik: PHL Arecibo]

30. Januar: Position und Helligkeit Sterne


Die Position der Sterne wird an der Himmelssphäre fest gemacht. Ihre Distanz wird mittels Parallaxe bestimmt.

6. Februar: Strahlung der Sterne - Spektrum


Astrospektroskopie ist die Bezeichnung für die wellenlängenabhängige Analyse der Strahlung astronomischer Objekte. Die astronomische Spektroskopie begann mit Josef Fraunhofer, der 1814 dunkle Linien im Sonnenspektrum entdeckte, sie aber noch nicht erklären konnte. Die Deutung dieser Fraunhofer-Linien gelang erst als Folge der Versuche von Kirchhoff und Bunsen, die 1859 bei leuchtenden Gasen jeweils typische Farben feststellten. Um die Jahrhundertwende konnte man bereits die großen Planeten und ferne galaktische Emissionsnebel spektroskopieren. Unter anderem wurden die 1877 entdeckten Marskanäle Anfang des 20. Jahrhunderts durch vermeintliche Spektren von Moosen und Flechten gedeutet, was erst in den 1960ern durch die Mariner-Raumsonden widerlegt wurde.

13. Februar: Farben der Sterne - HRD


Schon vor 100 Jahren haben Ejnar Hertzsprung und Henry Norris Russell einen Zusammenhang zwischen der Temperatur (= Farbe) von Sternen und ihrer Leuchtkraft fest gestellt. Die Sterne in unserer direkten Umgebung geben ganz gut die Verteilung der Sterne in unserer Galaxie wieder. Das völlige Fehlen von benachbarten Riesensternen unterstreicht deren Seltenheit. Nur 2 Nachbarsterne sind vom gleichen Sterntyp (Spektralklasse G) wie unsere Sonne - alpha Centauri A+B. Die meisten Sterne in unserer Nachbarschaft aber sind Rote Zwerge. Rote Zwerge sind sehr viel kleiner als die Sonne und leuchten nur schwach. Kein einziger von ihnen ist mit bloßem Auge zu erkennen. Diese Sterne haben eine sehr hohe Lebensdauer, das Wasserstoffbrennen in ihrem Kern verläuft deutlich langsamer als in massereicheren Sternen. Und so wird es die Roten Zwerge auch dann noch geben, wenn unsere Sonne längst ausgebrannt ist.

20. Februar: Die Harvard Klassifikation


ist eine Einteilung der Spektren von Sternen nach abnehmender Oberflächen- bzw. Effektivtemperatur. Diese Sequenz geht auf die amerikanischen Astronomen E.C. Pickering (1846 – 1919) und A.J. Cannon (1863 – 1941) der Harvard-Sternwarte zurück und wird deshalb als Harvard Klassifikation bezeichnet.

2. Erde
Abb.: Die Harvard Klassifikation der Sterne. Die Sonne ist ein G2-Stern. Zusätzlich gibt es heute noch die L- (2000 - 1300 K), T- (1300 - 600 K) und Y-Klassen (unter 600 K) für Braune Zwerge. [Grafik: Wikipedia]

27. Februar: fällt aus!



6. März: Die Milchstraße mit Gaia DR2


Gaia ist eine Weltraumsonde der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die sich auf einer Umlaufbahn um den Sonne-Erde-Lagrange-Punkt L2 befindet. Sie führt eine hochgenaue dreidimensionale optische Durchmusterung des ganzen Himmels durch. Erfasst werden Objekte im Bereich einer Magnitude von 3 bis zu einer Magnitude von 20, weshalb die hellsten Sterne am Nachthimmel wie zum Beispiel Sirius oder Alpha Centauri nicht erfasst werden. Rund ein Prozent der Sterne unserer Milchstraße werden astrometrisch, photometrisch und spektroskopisch mit bisher unerreichter Genauigkeit kartographisch erfasst. Neben der genauen dreidimensionalen Position jedes Objekts wird durch wiederholte Beobachtung auch dessen Bewegungsrichtung bestimmt, sowie Helligkeit und Farben der Sterne.

Himmel mit Gaia
Abb.: Der Himmel mit Gaia. In diesem Bild haben die Astronomen zuerst Informationen – Position, Helligkeit, Farbe – für knapp 1,7 Milliarden Sterne (und andere punktförmige Objekte) genau bestimmt, und dann sozusagen aus den einzelnen Sternen eine Karte unserer Galaxie zusammengesetzt. Keine Aufnahme, sondern eher so etwas wie der simulierte Anblick von mehr als einer Milliarde einzeln vermessener Objekte. [Bild: ESA/Gaia/DPAC 2018]

13. März: Gaia DR2 - Teil II



20. März: Gaia DR2 III - Sternhaufen



27. März: Wie entstehen Sterne?


Sterne entstehen in riesiegen Gasnebeln. Diese ziehen sich durch ihre eigene Gravitation zusammen und fangen an sich zu drehen. Sie ziehen sich so weit zusammen, dass sie eine Kugel bilden -- der Protostern ist geboren. Ein Protostern ist so etwas wie ein Urstern. Dieser Protostern wächst stetig und wird immer grösser. Irgendwann hat er so viel Masse angesammelt, dass er aufgrund der hohen Temperatur, die in seinem Inneren durch den Massendruck entsteht, die Wasserstoff-Fusion zündet. Zu dem Zeitpunkt ist der Stern im Zentrum ungefähr 10 Millionen Grad heiß. Langsam fällt der Rest an Staub und Gasen auf den Stern und die Geburtshülle wird durchsichtig. Umgeben wird der Stern von einer Gas- und Staubscheibe, in der sich Planeten bilden.

3. April: Wie entstehen Planeten?


Wenn Sterne sich bilden, entstehen auch Planeten.

10. April: Physik der Sterne I


Sterne sind Gaskugeln im hydrostatischen Gleichgewicht mit der Gravitationskraft. Dabei wird der Druck durch Fusionsproezesse im Inneren erzeugt. Gleichzeitig ist ein Stern auch im thermischen Gleichgewicht, bei dem die durch Fusion und Kontraktion erzeugte Energie nach außen abgeführt und schließlich von der Oberfläche abgestrahlt wird. Tote Sterne wie Weiße Zwerge und Neutronensterne enthalten nur noch innere Energie, die von der Oberfläche abgestrahlt wird.

Stern
Abb.: Die berühmte Zwiebelschalen-Struktur eines massereichen Sterns. In der Tabelle sind die Brenndauern der einzelnen Fusionsprozesse angegeben. Die Fusion von Silizium zu Eisen dauert gerade noch einen Tag.

Bereits in der babylonischen Astronomie - übernommen vom Griechischen Astronomen Hipparch wurden Sterne nach der sogenannten „Größenklasse“ (auch „Magnitude“ genannt) basierend auf ihrer scheinbaren Helligkeit geordnet wie sie von der Erde aus zu beobachten sind. Diese freiäugige Skala (Sterne 0. bis 6. Größe) wurde 1850 streng logarithmisch definiert und erweitert. Heute reicht sie bis zu den schwächsten Sternen 29. Größe, die mit den größten Teleskopen gerade noch aufgelöst werden können.

17. April: Physik der Sterne II


Die Physik der Sterne - Sternmodelle.

24. April: Physik der Sterne III




1. Mai: fällt aus



8. Mai: Asteroiden und Kometen


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14. Mai: Astro-Exkursion Nördlinger Ries


Vor 14,5 Millionen Jahren rast ein etwa 1 km großer Asteroid, begleitet von einem 150 m großen Trabanten, auf die Erde zu. Beide schlagen mit einer Geschwindigkeit von über 70.000 km/h auf der Albhochfläche ein und erzeugen zwei Krater mit Durchmessern von 25 und 4 km: Das Nördlinger Ries und das Steinheimer Becken.
Am Einschlagspunkt entsteht ein Druck von mehreren Millionen bar und eine Temperatur von mehr als 20.000˚C: Der Asteroid und ein Teil der getroffenen Gesteine werden verdampft und aufgeschmolzen. Eine Druckfront (Stoßwelle) rast mit Überschall durch das tiefer liegende Gestein, verändert es und führt zur Bildung von Hochdruckmineralen wie Coesit, Stishovit und Diamant. In den ersten Sekunden nach dem Einschlag entsteht eine Kraterhohlform, die eine Tiefe von 4,5 km erreicht. Am Ende kollabiert der Krater und wird flacher. Nach wenigen Minuten sind alle Gesteinsbewegungen beendet. Die Glutwolke fällt in sich zusammen und lagert sich als heiße, mehrere 100 m mächtige Gesteinsmasse – Suevit genannt – im Krater und in isolierten Bereichen außerhalb des Kraters ab.

...........: Das Standardmodell der Sonne




...........: Die Sonne und das Klima der Erde


Die Sonne versorgt unsere Erde mit Energie, die aus der Fusion von Wasserstoff zu Helium gewonnen wird. Das möchte der Mensch gerne nachahmen, gelingt aber bisher nicht.

.............: Sonnenneutrinos




.............: Die Planeten des Sonnensystems


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...........: Sonden im Sonnensystem


Seit fast 40 Jahren fliegen die "Voyager"-Sonden und senden immer noch täglich Daten aus unserem Sonnensystem und dem interstellaren Raum. Auf ihrer Reise stellten sie zahlreiche Rekorde auf. Ein Blick zurück - und nach vorn. Mit einem solchen Erfolg hatte 1977 niemand gerechnet. Es war das Jahr, in dem Abba "Knowing Me, Knowing You" sang, in dem Jimmy Carter die USA regierte und Helmut Schmidt Bundeskanzler in Deutschland war.

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Sommer-Pause ab August


==> nächster Termin: 9. September 2019

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