Prof. Max Camenzind
Vorlesung SS 2012:
Di 15:20 - 17:00 Uhr
Hörsaal der Kernphysik, Darmstadt
"Astronomie und Kosmologie"

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. Man ist nicht gewohnt, über das Weltall nachzudenken. Das Sonnensystem ist uns noch einigermassen vertraut, die Tiefe des Universums erscheint vielen schon unheimlich. Es ist nicht das Ziel der Astronomie und Kosmologie, religiöse Weltbilder zu beweisen oder zu widerlegen.
Diese Vorlesung vermittelt einen Überblick über die wesentlichen Objekte, Methoden und Phänomene der modernen Astronomie. Sie schafft die Grundlagen dafür, dass astronomische Forschung besser verstanden werden kann, und sie entwickelt das moderne Weltbild des Astrophysikers. Wir diskutieren, wie Sterne und Planeten entstehen, wie Sterne sich entwickeln und wie sie enden. Wir kümmern uns um die grossräumige Struktur des Universums, die kosmische Hintergrundstrahlung und was man daraus lernen kann.
Man führt in der Astronomie und Astrophysik gewisse Beobachtungen durch und versucht diese zu interpretieren. Diese Interpretationen werden in Form eines alle vorliegenden Beobachtungen erklärenden physikalischen Modells des Kosmos dargestellt. Wenn neue Beobachtungen möglich werden, muss das Modell verfeinert werden. Gewisse Erklärungsversuche (auch Theorien genannt) werden dann bestätigt oder widerlegt. Mit dem Fortschritt in der Beobachtungstechnik ist die Spanne möglicher Theorien in den vergangenen Jahrzehnten immer enger geworden, so dass alle heute noch mit der Beobachtung nicht im Widerspruch stehenden Theorien sehr "urknall-artig" sind.

Daten und Themen der Vorlesung

10. April	Meilensteine: Von den Babyloniern zur modernen Astronomie Astronomie der Bronzezeit; von Ptolemaios bis Johannes Kepler; der Messier-Katalog und das NGC-Projekt; Hubble-Gesetz und Distanzen zu Galaxien; Himelsdurchmusterungen und die Struktur des Universums; Einstein und die Expansion des Universums; das aktuelle Universum
17. April	400 Jahre Teleskop-Entwicklung: von Galilei zu E-ELT Optische Systeme, Auflösungsvermögen, Seeing, Refraktoren, erste Spiegelteleskope, moderne Berg-Observatorien, optische Interferometrie, VLTI und LBT; E-ELT, TMT und GMT - die Observatorien der Zukunft; Radioastronomie.
24. April	Koordinaten und Zeit in der Astronomie: Wie finde ich meine Objekte am Himmel? 4 Koordinatensysteme: Horizont-, Äquator-, Ekliptik- und galaktisches System. Das Julianische Datum. Der Nachthimmel mit Stellarium.
1. Mai	Feiertag
8. Mai	Weltraum-Astronomie Weltraum-Teleskope: 35 Jahre Weltraum-Astronomie, HST und JWST, Spitzer und Herschel. 400 Jahre Kepler-Gesetze Zur Geschichte der Gravitation, das Zwei-Körper-Problem und Planetenbahnen, die Keplerschen Gesetze; das Drei-Körper-System, Lagrange-Punkte und Trojaner, NEOs.
15. Mai	Strahlung und Materie in der Astronomie Das Photonengas, scheinbare und absolute Helligkeiten, die Planckverteilung, Photonentransport; Klassische Strahlungsprozesse: die Einstein Koeffizienten der atomaren Linienstrahlung, die Larmorformel der Elektrodynamik: Bremsstrahlung von heissen Plasmen und die Synchrotronstrahlung des Krebsnebels ==> Für Fortgeschrittene: Strahlungsprozesse in der Astrophysik
22. Mai	Die Vermessung der Sterne in der Galaxis Hipparcos, GAIA und die Zustandsgrössen der Sterne, das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD); Absorptionslinien in Sternspektren (sog. Fraunhofer-Linien), die Harvard-Klassifikation der Sternspektren; Massen von Doppelsternen: visuelle, spektroskopische und bedeckungsveränderliche Sterne; HRD der Sternhaufen und Altersbestimmung.
29. Mai	Von der Hauptreihe zu Roten Riesen Aufbau eines Sterns und die Struktur-Gleichungen: Kelvin-Helmholtz und nukleare Zeitskalen, hydrostatisches Gleichgewicht, Zustandsgleichungen, nukleare Energieerzeugung, Opazität, Konvektion und Energietransport in Sternen; die Hauptreihe, Skalierungseigenschaften und die Masse-Leuchtkraft-Beziehung, Hayashi-Tracks, Entwicklung zum Roten Riesen und AGB.
5. Juni	Endstadien der Sternentwicklung: Weisse Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher Weisse Zwerge: Sirius A+B, das freie Elektronengas, Struktur der WZ, Chandrasekhar-Masse. Supernovae und Kompakte Objekte: Typen von Supernovae, Neutronensterne und Pulsare.
12. Juni	Die Grosse Debatte und die Vermessung des Universums Cepheiden-Methode, das Hubble-Gesetz und seine Grenzen, Distanzindikatoren, Hubble-Projekte und Hubble-Konstante, Supernovae Ia als Standardkerzen; Verteilung der Galaxien im nahen Universum (2MAS, CfA, 2dF, SDSS) - die Web-Struktur
19. Juni	Die Geometrie des Expandierenden Universums Einsteins Vision der Gravitation, Das expandierende Universum und kosmische Rotverschiebung, die Friedmann--Gleichungen mit Vakuumenergie und kosmologische Parameter
26. Juni	Das Dunkle Universum - LambdaCDM Modelle Lösungen der Friedmann-Gleichungen, das heutige Standardmodell - LambdaCDM. Alter des Universums, Distanzen im expandierenden Universum, die Fundamentalebene der Kosmologie, was ist Dunkle Energie? die Parameter des heutigen Universums
3. Juli	Das Frühe Universum - von Planck bis Reionisation Equilibriums-Epoche und strahlungsdominiertes Universum. Die thermische Geschichte des Universums: Planck-Epoche, Inflation, Quark-Gluoenen Plamsa, Quark-Hadronen Phasenübergang, primordiale Nukleosynthese, Rekombination; Reionisation.
10. Juli	Die Mikrowellenhintergrundstrahlung CMB und Cosmic Web Geschichte der Entdeckung des CMB: Wie entdeckt man etwas, das man nicht sucht; die CMB-Experimente COBE, WMAP und Planck - Himmelskarten: Analyse und Interpretation der Ansiotropien des CMB, Leistungsspektrum der Temperaturfluktuationen (Sachs-Wolfe Plateau, akustische Schwingungen und Silk-Dämpfung), kosmologische Parameter aus WMAP. Sunyaev-Zeldovich Effekt und Galaxienhaufen. Ende der Vorlesung

Studienleistung Master in Physik (5 CP):
3 Übungsserien, 50% verlangt, mit Benotung
Übungen 2012:

Übungen 1 - Abgabetermin: 15. Mai 2012
Übungen 2 - Abgabetermin: 12. Juni 2012
Übungen 3 - Abgabetermin: 3. Juli 2012
Supernova Daten - Gold Sample

Literatur:

Simon F. Green & Mark H. Jones: An Introduction to the Sun and Stars; Cambridge University Press 2004 (Paperback, Open University)
Mark H. Jones & Robert J. Lambourne: An Introduction to Galaxies and Cosmology; Cambridge University Press 2004 (Paperback, Open University)
Peter Schneider: Extragalaktische Astronomie, Springer-Verlag 2007 (graduate Text)
Hermann-Josef Röser und Werner Tscharnuter: Abriss der Astronomie; Wiley Verlag 2012 (Nachschlagewerk).

Skripten:

M. Camenzind: Astronomie und Kosmologie, Teil I (Instrumente und Gravitation, update 2011)
M. Max Camenzind: Astronomie und Kosmologie, Teil II (Sterne und Strahlung, update 2011)
Max Camenzind: Astronomie und Kosmologie, Teil III (Galaxien, Hubble-Gesetz und das Universum, update 2011)

How to reach Max Camenzind
Phone: 06223 - 713 82
E-Mail: M.Camenzind@lsw.uni-heidelberg.de

Updated: 6. Januar 2012