Akademie für Ältere Heidelberg 2018/2. Halbjahr


Faszination Astronomie - eine Einführung in die moderne Astronomie

Seminar für Senioren 2018:


Dienstag 08:45 - 10:15 Uhr

Volkshochschule Heidelberg, Raum E10

Bergheimer Straße 76

Kompakte Objekte


Horizon
Abb.: Ein Neutronenstern ist so etwas wie ein riesiger Atomkern (grau). Die Gravitation komprimiert die Materie allerdings bis zu 8-facher Kerndichte. Dabei werden die Quarks in den Neutronen frei (rot).
[Grafik: Camenzind]


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.: Der Pulsar im Krebsnebel erzeugt einen Elektron-Positron-Wind, der eine Blase in den Nebel bläst, die im Röntgen-bereich strahlt (blau).
[Bild: Chandra/NASA]


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, die Einführung in die moderne Astronomie fortzuführen. Dazu verwenden wir nach wie vor für dieses 1. Jahr als Grundlage mein Buch:

Daten und Themen des Seminars




2018/1: Programm 2018/1. Halbjahr


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3. Juli: Hayabusa - der Wanderfalke


Asteroid Explorer “Hayabusa2” is a successor of “Hayabusa”, which revealed several new technologies and returned to Earth in June 2010. Hayabusa2 will utilize new technology while further confirming the deep space round-trip exploration technology by inheriting and improving the already verified knowhow established by Hayabusa to construct the basis for future deep-space exploration. Hayabusa2 was launched on December 3, 2014. It arrived at the C-type asteroid in mid 2018, staying around there for one and half years before leaving the asteroid at the end of 2019 and returning to Earth around the end of 2020.

==> Hayabusa 2

10. Juli: Bedrohung aus dem Kosmos


Asteroiden-Einschläge können verheerende Folgen für Mensch und Natur haben, denn schon seit Jahrmillionen kommen Asteroiden unserer Erde immer wieder gefährlich nahe. Wie können wir uns vor der Bedrohung dieser teils immer noch unerforschten Himmelskörper schützen? Ob es Möglichkeiten gibt, Asteroiden zu zerstören oder umzuleiten, zeigt der ehemalige Astronaut und Experte für Raumfahrttechnik Prof. Dr. Ulrich Walter in einer Folge von "Spacetime".

17. Juli: Einstein & die Schwarzen Löcher


Schwarze Löcher haben nur mit RaumZeit zu tun und können Newtonsch nicht verstanden werden. Einstein versuchte sein ganzes Leben lang diese Lösungen ad absurdum zu führen - er glaubte nicht an die Existenz Schwarzer Löcher.


Abb.: Ein Schwarzes Loch ist ein echtes Loch in der RaumZeit, begrenzt durch den Ereignishorizont. Einstein bekundete große Schwierigkeiten mit dieser Vorstellung. Die moderne Version des Schwarzen Lochs ist erst nach dem Tod von Einstein entwickelt worden. [Bild: Camenzind]

24. Juli: Kollaps auf Singularität?


In der Literatur gibt es leider verwirrende Angaben zum Wesen eines Schwarzen Lochs. Ein Schwarzes Loch ist reine Geometrie und zu seiner Konstruktion wird keine Materie benötigt. So verschwindet auch die Dichte im Schwarzen Loch, im Unterschied etwa zu einem Neutronenstern.
Es gibt jedoch auch eine modernere Vorstellung: ein Schwarzes Loch besteht aus Vakuum-Energie, so wie das zukünftige Universum allein durch Vakuum-Energie getrieben wird. Alle Materie (Quarks, Gluonen, Photonen etc.), die in den Horizont fällt, wird im Inneren in Vakuum-Energie umgewandelt, genauso wie am Anfang des Universums die Vakuum-Energie eines skalaren Feldes in Materie (Quarks, Gluonen und Photonen) umgewandelt worden ist. Die Bildung eines Schwarzen Lochs entspricht der inversen Inflation im frühen Universum - innerhalb einer Millisekunde entsteht aus der normalen Materie eines kollabierenden Sterns Vakuum-Energie. Und alles bleibt völlig regulär im Innern des Horizonts.

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==> Sommerpause bis Ende August






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4. Sept.: Die Parker Solar Probe


Die Parker-Sonde der NASA ist gestartet. Sie soll der Sonne näher kommen als je ein menschengemachtes Gerät zuvor – und 1.400 Grad Celsius aushalten, um ein altes Rätsel zu lösen. Gut sieben Jahre soll der Höllentrip des 685 Kilogramm schweren Geräts dauern. Sieben Mal wird die Parker-Sonde während der Mission an der Venus vorbeifliegen; erstmals am 28. September 2018. Die Raumsonde nutzt das Schwerefeld des Planeten, um ihre Geschwindigkeit relativ zur Sonne zu reduzieren! Denn: Zur Sonne zu fliegen, ist deutlich aufwendiger, als es den Anschein hat.

11. Sept.: Sonnenwind & Parker Sonde


Teil II.

18. Sept.: Was ist ein Plasma ?


Der Sonnenwind ist ein sehr dünnes Plasma und damit ein Beispiel für den vierten Aggregatszustand der Materie. Wir diskutieren Beispiele und Kenngrößen von Plasmen.

19. Sept. 10:40: CMB - Echo vom Urknall


Mit bloßem Auge nicht sichtbar glüht das Universum im Radiobereich. Das "Echo des Urknalls" erfüllt bis heute den Kosmos. Seit 13,8 Milliarden Jahren schimmert das Nachleuchten des Feuerballs vom Anfang der Welt durch das Universum. Eingebrannt in diese so genannte kosmische Hintergrundstrahlung (engl. CMB) ist die ganze Entstehungsgeschichte des Universums.

Schwarzes Loch mit Stern
Abb.: CMB mit Planck 2015. Winkelauflösung 5 Bogenminuten. [Grafik: ESA/Planck Collaboration]

Mittwoch 10:40 ==> 1. Vortrag im Rahmen des Sonderzyklus
"Das Dunkle Universum"

25. Sept.: Polt die Erde um?


Wie entsteht das Magnetfeld der Erde?

2. Okt.: kein Seminar - Feiertagswoche



9. Okt.: Dekadische Planung Astronomie


NASA und NSF bündeln all ihre Anstrengungen alle 10 Jahre in einem "Decadal Survey". Dabei spielen die geplanten Weltraum-Teleskope eine besondere Rolle.

16. Okt.: Biosignaturen Exoplaneten


Die Suche nach Biosignaturen gehört zu den spannendsten Gebieten der heutigen astronomischen Forschung. Doch wir können die Planeten nicht direkt beobachten – dafür sind sie zu klein, zu weit weg und zu nahe am Stern. Dadurch werden sie völlig überstrahlt. Es gibt mehrere Wege, die Planeten dennoch zu untersuchen. Planeten selbst leuchten ja nicht – wie lassen sich die Atmosphären dennoch untersuchen?
Im Wesentlichen gibt es drei Möglichkeiten: Einmal kann man das reflektierte Licht untersuchen, wenn der Planet seitlich von seinem Stern angestrahlt wird – wie alle Planeten in unserem Sonnensystem. Findet man beispielsweise Methan und Sauerstoff in nennenswerter Konzentration, deutet das auf die Existenz von Leben hin. Die beiden Stoffe können zwar auch ohne Lebensformen in einer Atmosphäre vorliegen, doch sie würden miteinander reagieren und sich eliminieren. Wenn man sowohl Methan als auch Sauerstoff bei einem Exoplaneten findet, muss Methan also beständig nachgeliefert werden. Nach heutigem Wissensstand können das nur biologische Prozesse bewirken. Die zweite Möglichkeit bei der Suche nach Lebensformen besteht darin, ein sogenanntes Transmissionsspektrum aufzunehmen, wenn der Planet direkt vor seinem Stern vorbeizieht und das Sternenlicht seine Atmosphäre sozusagen durchleuchtet. Mit der dritten Methode suchen wir im Spektrum nach polarisiertem Licht. Die Proteine der Lebensformen auf der Erde liegen alle entweder in links- oder rechtshändig verdrehter – sogenannter chiraler – Gestalt vor.

17. Okt. 10:40: Dunkle Materie


Dunkle Materie ist unsichtbar und doch mit großem Einfluss auf mächtige Materieansammlungen wie Galaxien und Galaxienhaufen. Was können wir über sie erfahren? Welche Vorschläge hat die Physik für diese Art Materie entwickelt?

DM
Abb.: Diese Darstellung unseres Kosmos wurde von einem Supercomputer errechnet. Sie zeigt das Geflecht aus Dunkler Materie, das die Sterne an ihre heutige Position gebracht haben könnte. An den Kreuzungspunkten des Gespinstes haben sich Galaxienhaufen gebildet. Der Virgo-Haufen zum Beispiel besteht aus Tausenden von Galaxien. [Grafik: NASA]

Mittwoch 10:40 ==> 2. Vortrag im Rahmen des Sonderzyklus
"Das Dunkle Universum"

23. Okt.: Biosignaturen Exoplaneten II



30. Okt.: Die Körnigkeit der RaumZeit


Der Kollaps eines massereichen Neutronensterns auf ein Schwarzes Loch verläuft nicht so wie sich das die Einsteinianer etwas naiv ausgedacht haben. Quanteneffekte schlagen zu lange bevor die Singularität erreicht wird.

6. Nov.: Das rotierende Schwarze Loch


Roy Kerr hat 1963 die Lösung für ein rotierendes Schwarzes Loch gefunden- sie wird allgemein als Kerr-Geometrie bezeichnet. Diese RaumZeit ist heute das Modell eines rotierenden Schwarzen Lochs - allein durch Masse M und Drehimpuls J bestimmt.

13. Nov.: Entropie eines Schwarzen Lochs


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20. Nov.: Schwarze Löcher in Doppelsternen


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21. Nov. 10:40: Dunkle Materie & Dunkle Energie?


Das heutige Universum kann ohne Dunkle Materie und Dunkle Energie überhaupt nicht verstanden werden. Es gab sogar einen Nobelpreis für diese Erkenntnis. Dunkle Energie umgibt uns überall und durchdringt den gesamten Kosmos. Aber was bewirkt sie und woraus besteht sie?

Mittwoch 10:40 ==> 3. Vortrag im Rahmen des Sonderzyklus
"Das Dunkle Universum"


27. Nov.: Schwarze Löcher in Galaxien


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4. Dez.: "Schatten" des Schwarzen Lochs


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5. Dez. 10:40: Die ersten 10.000 Jahre


Die kosmische Hintergrundstrahlung zeigt, dass das Universum die ersten 10.000 Jahre im thermodynamischen Gleichgewicht war - Strahlung und Materie waren im Gleichgewicht. Damit steigt die Temperatur im frühen Universum immer weiter an, bis sie kurz vor dem eigentlichen Urknall 1032 Grad Kelvin erreicht. Dies ist die sog. Planck-Temperatur, bei der die Einsteinsche Vorstellung von Gravitation baden geht! Die Wellenlänge eines Photons ist jetzt gleich der Planck-Länge. Den Big Bang haben sich die Einsteinianer etwas zu naiv vorgestellt. Quanteneffekte schlagen zu, lange bevor die Singularität erreicht wird.

DM
Abb.: Die Zeitentwicklung des Universums seit der Planck-Epoche. Im ganzen roten Bereich ist das Universum im thermodynamischen Gleichgewicht.

Mittwoch 10:40 ==> 4. Vortrag im Rahmen des Sonderzyklus
"Das Dunkle Universum"


11. Dez.: .........................




18. Dez.: 2018 im Rückblick


Bevor wir in die Weihnachspause gehen, werfen wir einen Blick zurück auf das vergangene Jahr. Thema des Jahres waren Teleskope, Sterne und ihre Hinterlassenschaft.
Besinnliches zum Jahresende?

Weihnachtspause bis 7. Januar


Thema des nächsten Halb-Jahres werden die Galaxien als Bausteine des Universums sein.

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