Prof. Max Camenzind

Vorlesung Senioren-Universität SS 2011:
Montag 14:15 - 15:45 Uhr
Oswald-Külpe Hörsaal Röntgenring 12
Universität Würzburg

"Unser Sonnensystem - Teil des Universums"

Die Astronomie untersucht mit naturwissenschaftlichen Mitteln die Eigenschaften der Objekte im Universum, also Himmelskörper (Planeten, Monde, Sterne einschliesslich der Sonne, Sternenhaufen, Galaxien und Galaxienhaufen), der interstellaren Materie und der im Weltall auftretenden Strahlung. Darüber hinaus strebt sie nach einem Verständnis des Universums als Ganzes, seiner Entstehung und seinem Aufbau. Naturwissenschaften wie die Astronomie und Kosmologie beschreiben das Universum um uns herum. Es geht in der Astronomie im Allgemeinen und in der Kosmologie im Besonderen nicht darum, den Sinn des Universums oder die Aufgabe des Menschen darin zu ergründen. Wesentliche Meilensteine für unser Wissen über das Weltall waren die Erfindung des Fernrohrs vor genau 400 Jahren, das die kopernikanische Wende vollendete, sowie später im 19. Jahrhundert die Einführung der Fotografie und Spektroskopie, die vor 20 Jahren durch den Einsatz der CCD Detektoren in der Astronomie vollständig verdrängt worden sind. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts haben Astronomen mit der unbemannten und bemannten Raumfahrt auch die Möglichkeit geschaffen, die Erdatmosphäre zu überwinden und ohne ihre Einschränkungen das Universum zu beobachten. Parallel dazu werden immer grössere Teleskope für bodengebundene Beobachtungen gebaut.

Diese Vorlesung vermittelt einen Überblick über aktuelle astronomische Forschung im Sonnensystem. Wir schaffen die Grundlagen dafür, dass astronomische Forschung besser verstanden werden kann. Wir diskutieren, wie Sonne und Planeten entstehen, wie die Sonne sich entwickelt und wie sie enden wird. Das Sonnensystem ist die Heimat des Menschen, genau genommen ist es nur der Planet Erde. Sie liegt allein in der Habitablen Zone des Sonnensystems und wird sie in einigen Milliarden Jahren wieder verlassen, wenn die Sonne heisser und grösser wird. Die Sonne beeinflusst unser Klima, selbst der 11-jährige Sonnenzyklus ist für geringfügige Temperaturschwankungen verantwortlich. Was geschieht, wenn der Sonnenzyklus ausbleibt? Was war die Ursache der Kleinen Eiszeit im 17. Jahrhundert? Die letzte grosse Eiszeit endete vor 10000 Jahren - Wann beginnt die nächste Eiszeit?

Unser Sonnensystem bedeutet, dass wir Objekte des Sonnensystems unter die Lupe nehmen (die Sonne selber, die Planeten, Asteroiden und Kometen), aber auch Objekte, die weit jenseits des Sonnensystems liegen, wie etwa die nächsten Sterne (alpha-Centauri etc) und Planeten (sog. Exoplaneten). Die Erforschung des Sonnensystems mittels Raumsonden (Pioneer, Voyager, Galileo, Cassini, SDO etc) ist ein sehr aktuelles Thema der Sonnensystemforschung.


Daten und Themen der Vorlesung

2. Mai Das Sonnensystem - von Aristoteles zu Einstein

Was ist das Sonnensystem? Zum Sonnensystem gehört unsere Sonne und alles, was um sie kreist. Unser Sonnensystem hat eine elliptische Form: es hat ungefähr die gleiche Form wie ein Ei. Die Sonne befindet sich im Zentrum des Sonnensystems. Das Sonnensystem ist stets in Bewegung. Acht bekannte Planeten und ihre Monde, Kometen, Asteroiden und andere Himmelskörper umkreisen die Sonne. Die Sonne ist das grösste Objekt in unserem Sonnensystem. Sie enthält mehr als 99% der Masse. Jupiter ist der massereichste Planet mit 0,1% der Masse der Sonne.
Raumsonden haben das Sonnensystem in den letzten 40 Jahren eingehend erforscht uiopĆ¼ nm,.- + (Pioneer, Voyager, Galileo, Cassini, Messenger etc.).
Das Sonnensystem ist nur 4,6 Milliarden Jahre alt - jung im Vergleich zum Alter der Milchstrasse von 13 Milliarden Jahren.

16. Mai Die Sonne - ein normaler Stern - von Neutrinos und Sonnenflecken

Die Sonne ist unser Mutter-Stern. Sie ist ein Mitglied unserer Galaxis, der Milchstrasse. Die Sonne ist ein gelber Zwergstern, ein Stern durchschnittlicher Grösse. Die Sonne dreht sich langsam um ihre Achse.
Der Kern oder das Zentrum der Sonne ist sehr heiss. Dort findet ein Prozess statt, den man "Kernfusion" nennt. Die Kernfusion produziert die Energie, die von der Oberfläche als Licht und Wärme in den Weltraum abgestrahlt wird. Ein geringer Teil davon erreicht die Erde direkt! Ströme aus Gaspartikel, auch Sonnenwind genannt, verlassen ebenfalls die Sonne.
Unsere Sonne als Standardstern, Strahlung der Sonne, die Solarkonstante, Korona und Sonnenzyklen, Einfluss aufs Klima, die globale Erwärmung.
Aufbau und Sonneneutrinos, Lebenszyklus der Sonne.

30. Mai Die Sonne und ihre Planeten - Kepler löste das Problem

Beobachtung der Sonne mit SDO und das Weltraumwetter - Sonnenstürme
Planeten sind grosse Himmelskörper, die einen Stern umkreisen. Sie reflektieren auch das Licht dieses Sterns. Die Bewegung der Planeten wurde 1609 von Johannes Kepler zum ersten Male richtig beschrieben - die drei Kepler Gesetze und ihr Verständnis aus der Newtonschen Theorie der Gravitation. Einstein korrigierte diese Gesetze 1915 - Periheldrehung des Merkur.
Alle acht Planeten umkreisen die Sonne auf verschiedenen Umlaufbahnen, die den Kepler-Gesetzen folgen, abgesehen von kleinen Störungen. Eine dieser Störungen bewirkt eine Drehung des Perihels aufgrund relativistischer Effekte. Einstein hat diese Effekte bereits 1915 berechnet - Lichtablenkung und die Periheldrehung des Merkur um 43 Bogensekunden pro Jahrhundert.

6. Juni Die 8 Planeten des Sonnensystems - von Galileo zu Cassini

Planeten sind grosse Himmelskörper, die einen Stern umkreisen. Sie reflektieren auch das Licht dieses Sterns. Acht Planeten hat man in unserem Sonnensystem entdeckt: Merkur, Venus, Erde und Mars sind der Sonne am nächsten. Sie werden die inneren Planeten genannt. Diese Planeten bestehen zum gröten Teil aus Gestein. Die äusseren Planeten sind Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind grosse Gaskugeln, die von Ringen umgeben sind. Alle acht Planeten umkreisen die Sonne auf verschiedenen Umlaufbahnen, die den Kepler-Gesetzen folgen.
Ist unser Sonnensystem ein Spezialfall oder geht die Kopernikanische Revolution weiter?

20. Juni Saturn und die Cassini-Mission - von Ringen, Titanen und Enceladus

Saturn ist einer der interessantesten Planeten.

4. Juli Extrasolare Planetensuche - wieviele gibt es in der Milchstrasse?

Ein extrasolarer Planet, kurz Exoplanet, ist ein Planet ausserhalb des vorherrschenden gravitativen Einflusses der Sonne. Extrasolare Planeten gehören also nicht unserem Sonnensystem an, sondern einem anderen Planetensystem, bzw. umkreisen einen anderen Stern.
Der erste Exoplanet in einem Orbit um einen sonnenähnlichen Stern wurde 1995 von Michel Mayor vom Departement für Astronomie der Universität Genf und seinem Mitarbeiter Didier Queloz mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Der Planet 51 Pegasi b kreist im 4,2-Tage-Takt um den ca. 40 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern 51 Pegasi (im Sternbild Pegasus) und hat 0,46 Jupitermassen.
Mit dem Stand vom 2. Februar 2011 sind - einschliesslich der Kandidaten - 525 extrasolare Planeten in 436 Systemen bekannt, darunter 58 Systeme mit zwei bis sechs Planeten.
Am 4. Februar 2011 gab die NASA bekannt, dass mit Kepler 1235 Kandidaten mit der Transit-Methode gefunden worden sind - darunter befindet sich das System Kepler-11, das 6 Planeten innerhalb der Venusbahn aufweist! Kepler-10b ist der erste Erdähnliche Gesteinsplanet.

18. Juli Asteroiden und Kometen - wie gefärlich sind sie?

Als Asteroiden (von griechisch "Erd-ähnlich"), Kleinplaneten oder Planetoiden werden kleine Objekte im Sonnensystem bezeichnet, die sich auf Keplerschen Umlaufbahnen um die Sonne bewegen.
Bislang sind 542.700 Asteroiden im Sonnensystem bekannt (Stand: 31. Dezember 2010), wobei die tatsächliche Anzahl wohl in die Millionen gehen dürfte. Nur die wenigsten davon haben allerdings mehr als einige 100 Kilometer Durchmesser, so dass sie auf Grund ihrer eigenen Schwerkraft eine runde Form annehmen und dann zu den Zwergplaneten zählen. Sonst sehen sie eher wie Kartoffeln aus.

Selbststudium Von der Heliosphäre zu alpha-Centauri

Die Heliosphäre ist der weiträumige, interplanetare Bereich um die Sonne, in dem der Sonnenwind mit seinen mitgeführten Magnetfeldern wirksam ist. In diesem Bereich des Sonnensystems verdrängt der Teilchenstrom der Sonne die interstellare Materie. Für elektrisch neutrale Atome aus dem interstellaren Medium besteht die Möglichkeit, weit in die Heliosphäre einzudringen. Neben den wenigen Partikeln, die das schaffen, stammt fast die gesamte Teilchenmenge in der Heliosphäre von der Sonne selber.
Der sonnennächste Stern liegt im Dreiersystem Alpha Centauri. Ihr Licht braucht etwa 4,36 Jahre bis es die Erde erreicht. Die beiden Hauptsterne Alpha Centauri A und Alpha Centauri B ähneln in Masse, Grösse, Temperatur, Alter und Zusammensetzung der Sonne und umkreisen sich in einer Entfernung von rund 3,6 Milliarden Kilometern - das entspricht von der Sonne aus einem Orbit, der zwischen Uranus und Neptun liegt. Der dritte Stern Proxima Centauri ist deutlich kühler und kleiner, und sein Licht erreicht rund 60 Tage früher die Erde als seine grossen Partner. Damit ist der rote Zwerg streng genommen der nächste Nachbar der Sonne. Er umkreist seine beiden grossen Brüder vermutlich auf einer weiten Umlaufbahn, für die er mehrere Millionen Jahre braucht.


Zum Nachdenken im Sommer 2011:


Literatur:


Wie erreiche ich Max Camenzind:
Telefon: 06223 - 713 82
E-Mail: M.Camenzind@lsw.uni-heidelberg.de

Updated: 18. Juli 2011