Geschichte der Astronomie

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Geschichte der Astronomie

• Altertum
• Kalender (Finsternisse)
• Form der Erde
• Distanz zum Mond und zur Sonne
• Erddurchmesser
• Planetenbewegung
• Weltbild
• Mittelalter
• Weltbild
• Kepler-Gesetze
• Newton
• zur modernen Astrophysik
• hervorragendes Buch The Cambridge concise
  history of astronomy
• Michael
  Hoskin (ed.)

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Ekliptik und Wandersterne
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• in frühen Kulturen war Bedeutung von
  Himmelserscheinungen gross
• Sonne (Jahreszeiten)
• Mond (Licht in der Nacht)
• Sterne (Orientierung)
• Verschiedene Kulturen kannten
• Astronomie, Astrologie und Kalenderwesen
• zum Beispiel
• Aegypten (4000 v. Chr.) Sonnenjahr mit 365 Tagen,
  12 Monate mit 30 Tagen 5 Schalttage
• Aegypten (200 v. Chr.) Sonnenjahr mit 365.25
  Tagen, Schalttag alle 4 Jahre
• Babylonien (2700 v. Chr.) Sternbilder am
  Nordhimmel, Tierkreiszeichen
• Stonehenge (stille Zeugen)

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Kalender

• Problem 1 Jahr 365.2422 Tage
• Aegypten 1 Jahr 365 Tage
• Siriusaufgang verspätet sich mit den Jahren
• nach 1460 365x4 Jahren ist Siriusaufgang
  rechtzeitig
• Julianischer Kalender Schalttag alle 4 Jahre
• 1 Jahr 365.25 Tage
• Gregorianischer Kalender (Korrektur 10 Tage)
• kein Schalttag falls
• J/100 ganzzahlig und J/400 nicht ganzzahlig
• Astronomisches Datum (JD Julian Date)
• JD 0 1.1.4713 v. Chr.
• JD(21.Sept.2011, 1100) 2456189.95833

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Sonnen- und Mondfinsternisse konnten vorausgesagt
werden
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TrennungsmythenNut und Geb Himmel und Erde
werden getrennt
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• Griechische Astronomie
• (Mythen ?Philosophie ?empirische Wissenschaft)
• 500 v. Chr. Pythagoräer
• Erde ist eine Kugel die sich täglich einmal dreht
• 400 v. Chr. Philolaus von Kroton
• Deutung der Planetenbewegung Zentralfeuer um das
  sich Sonne, Erde und Planeten in konzentrischen
  Kreisen bewegen
• 350 v. Chr. Aristoteles
• Erde ist rund, weil der Erdschatten bei
  Mond-Finsternissen kreisförmig ist (Erde 3x
  grösser als Mond)
• 265 v. Chr. Aristarch von Samos
• Heliozentrisches Weltbild Versuch Entfernung der
  Sonne und des Mondes bei Halbmond zu messen
• 220 v. Chr. Eratosthenes
• Messung des Erdumfangs (39690 km)
• 150 v. Chr. Hipparch
• Scheinbare Geschwindigkeit der Sonne variabel,
  Entdeckung der Präzession
• 150 n. Chr. Ptolemäus
• (geozentr.) Epizyklentheorie für Planetenbahnen,
  fasst gesamtes astronomisches Wissen zusammen

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Beobachtung der Mondfinsterniss Erdschatten
ist rund ? Erde ist rund (Aristoteles)
Durchmesser Mond 1/2 Grad Mond bewegt
sich ca. 1/2 Grad/Std. Totalitätsdauer einer
zentralen Mondfinsterniss 2 Stunden Durchmesse
r Erdschatten 3 Monddurchmesser
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Griechische Astronomie

• Erathostenes Erdumfang
• ? Distanz Erde-Mond
• Aristarch Distanz Erde-Sonne
• ? Grösse des Universums
• Weltbild Geozentrisches Weltbild war bei den
  Griechen weit verbreitet
• Erde in der Mitte
• Mond, Sonne und 5 Planeten kreisen um die Erde
• Sterne befinden sich an der äussersten Sphäre
• (Ausnahme Aristarch von Samos)

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• Probleme mit dem antiken Weltbild
• Falsche Annahmen
• geozentrisch
• Kreisbahnen
• gleichmässige Bewegung
• A. Bewegung der Erde um Sonne
• ?Näherung
• Erde nicht im Zentrum
• des Kreises

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Bewegung der Planeten innere Planeten immer
nahe der Sonne
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Bewegung der Planeten äussere Planeten zeigen
vorläufige und rückläufige Bewegung ? Epizyklen
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Epizyklen
erste Approximation
zweite Approximation
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Weltbild von Ptolemäus (145 n. Chr) Epizyklen
bewegen sich entlang eines grossen Kreises
(Deferent)
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• Astronomie im Mittelalter
• 1054 Supernova (Krebs-Nebel)
• Keine abendländische Dokumente (Sternhimmel ist
  eine perfekte und daher unveränderliche
  Schöpfung)
• vor 1500 System von Ptolemäus wird von Arabern
  gelehrt
• Al Battani 858-928, Al Sufi 903-986, Alfons X von
  Kastilien 1226-1284 Alfonsische Tafeln
• 1492 Kolumbus ? Entdeckung von Amerika
• 1473-1542 Kopernikus
• Kopernikanisches Weltbild (Aristarch),
  heliozentrisches Weltbild mit Kreisbahnen und
  Epizyklen für Planeten
• 1546-1601 Tycho Brahe
• Sternkatalog, Marsbahn (2), Supernova 1572,
  Kometenbahn durch Planeten-Spähren, Tychonisches
  Weltbild (Aegypter)
• 1600 Giordano Bruno wird in Rom verbrannt
• das All ist unendlich, mit unendliche vielen
  Welten mit eigenen Sonnen
• 1608 Hans Lippershey
• erfindet das Teleskop
• 1564 1642 Galileo Galilei
• Verfechter der kopernikanischen Lehre
  (Inquisition), baut Fernrohr 1609,
• Entdeckt Jupitermonde, Sonnenflecken,
  Venusphasen, Mondgebirge (Physik Gesetze des
  freien Falls und Pendelschwingungen)
• 1571 1630 Johannes Kepler
• Findet die 3 Keplerschen Gesetze (Mars-Daten von
  Tycho), heliozentrisches Weltbild mit
  Ellipsenbahnen

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Das heliozentrische WeltbildKopernikus De
Revolutionibus (Autograph 1543, Hinterseite Blatt
9)
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Tycho Brahe 1546-1601
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• Kepler
• Analyse der Marsdaten von Tycho war der Schlüssel
  zum Durchbruch
• elliptische Bahnen
• ungleichmässige
• Bewegunggeschwindigkeit

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Keplersche Gesetze

1. Planeten auf Ellipsenbahnen, Sonne in einem
   Brennpunkt
2. Verbindungslinie Planet-Sonne überstreicht in
   gleichen Zeiten gleiche Flächenstücke
3. P2/a3 const.

a
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• Galileo Galilei
• Entdeckt mit seinem selbstgebauten Teleskop die
  Jupitermonde
• Bewegung der Monde entspricht
• den Keplerschen Gesetzen

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• Distanzen im Universum
• Distanzen im Sonnensystem
• (bisher Erde-Sonne 30 x Erde-Mond Aristarch
  von Samos um 250 v. Chr)
• Trigonometrische Bestimmung der Distanz zum Mars
• Marsopposition 1672
• Gleichzeitige Messung der Marsposition von
  Frankreich und Franz. Guayana (Südamerika)

a
x
d
Mars
sin a a x/d 6000 km / d (a 21, d
6x107 km 0.4 AE)

• alle anderen Distanzen folgen aus Keplergesetz
  
• a3Mars/P2Mars a3Erde/P2Erde const.
  und d aMars(tx) - aErde(tx)
• 3 Gleichungen und 3 Unbekannte aMars,
  aErde, const (GMsun/4p2)
• ? für alle anderen Planeten folgt a aus
  a3/P2 const

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Distanzen zu den Sternen

• Basis für die Triangulation ist die Erdbahn um
  die Sonne

Basislänge 1 AE 1.5x108 km AE Astronomische
Einheit Parallaxe (Winkel) für p 1 2p /
(360x60x60) 1/206265 ist d AE/p 3.094 x
1013 km Die Distanz d(1) 3.094 x 1013 km
ist eine Einheitsdistanz in der Astronomie und
wird als parsec bezeichnet
p
d
d
AE
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• Seit Tycho Brahe (um 1600) wurde versucht die
  Parallaxe zu den Sternen zu messen
• Bradley konnte um 1750 zeigen, dass die
  Sternparallaxen kleiner als 1 sind
• (die Auflösung der Teleskope wird durch die
  Luftunruhe auf etwa 1 begrenzt).
• 1781 entdeckte William Herschel Uranus beim
  Versuch Sternparallaxen zu messen
• erst 1838 fand Struve die erste Sternparallaxe
  für Vega
• p 0.12 Distanz 8 pc (25 Lj)
• der nachste Stern alpha Cen (Dreifachsystem)
  hat einer Parallaxe von 0.75 (d1.3pc)
• Durchmesser unserer Milchstrasse 30 kpc
• Distanz zu nahen Galaxien Mpc
• Distanz zu Quasaren und fernen Galaxien Gpc
• Um 1995 hat der Satellit Hipparcos
  Sternparallaxen von etwa 100000 Sternen gemessen
  (bis ca. d150 pc)
• nächstes Jahr startet der Satellit GAIA er wird
  Sternparallaxen von 100 Mio. Sternen messen
  (exakte Struktur unserer Milchstrasse)

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Physikalische Grundgesetze

• Newtonsche Mechanik
• Die 3 Newtonschen Gesetze der Mechanik (1687)
• Trägheitsgesetz (Körper bleibt ohne
  Krafteinwirkung in Ruhe oder gleichförmiger
  Bewegung)
• 2) Fdp/dt (eine Kraft bewirkt eine zeitliche
  Veränderung des Impulses in Richtung dieser
  Kraft)
• 3) Fij - Fji (Actio Reactio)
• Revolution für die Naturwissenschaften
• ? Mechanisches Weltbild
  
• Die empirisch hergeleiteten Kepler-Gesetze folgen
  exakt aus der Newtonschen Mechanik
• Komet Halley (Periode 76 Jahre) als Beweis

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Eigenschaften des Lichts

• Lichtgeschwindigkeit (300000 km/s)
• Erfindung der Pendeluhr (Huygens1659)
• Bestimmung von c mit den Jupitermonden (Römer und
  Cassini 1675)
• Beobachtung der Eintrittszeiten der Monde in
  den Jupiterschatten ist um mehr als 10 Minuten
  verspätet während der Konjunktion verglichen zur
  Opposition ? Weglaufdifferenz

Sonne
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• Absorptionlinien im Sonnenspektrum
• (entdeckt von Frauenhofer 1814 ?
  Frauenhofer-Linien)

K H G F b E
D C B A
CaII CH HI MgI FeII
NaI HI O2terr O2terr
Linienverzeichnis von Frauenhofer mit 567
Absorptionslinien (heute sind um die 100000
Linien im Sonnenspektrum bekannt)

• Spektralanalyse
• Kirchhoff und Bunsen (1859) zeigen, dass die
  D-Linien von Natrium
• stammen
• ? Astrophysik der physikalischer
  Zustand von astronomischen
• Objekten kann untersucht werden

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Dopplereffekt ?? / ? v / c
ruhende Quelle v0, Wellenlänge
identisch sich entfernende Quelle vgt0,
Wellenlänge grösser ? Rotverschiebung sich
nähernde Quelle vlt0, Wellenlänge kleiner ?
Blauverschiebung
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Abschied vom Heliozentrisches Weltbild Liegt die
Sonne im Zentrum des Universums?
Holzschnitt von Thomas Wright (1750) zur
Illustration der Milchstrassenstruktur
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Sonne
Shapley zeigte um 1920, dass die Sonne ca. 10 kpc
vom Zentrum der räumlichen Verteilung der
Kugelsternhaufen liegt ( Zentrum der
Milchstrasse)
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Galaktozentrisches WeltbildLiegt die
Milchstrasse im Zentrum des Universums?Sind
Nebel (Spiralnebel) auch Milchstrassensysteme?
M51 William Parsons (Lord Rosse) endeckte 1845
die zum ersten Mal eine Spiralstruktur
eines Nebels (? Zeichnung links)
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• Rotverschiebung
• CaII (Ca)-Doublett in hellsten Galaxien in
  Galaxienhaufen
• Annahme
• gleiche absolute Helligkeit (Standardkerzen)
• scheinbare Helligkeit ist ein grobes
• Mass fuer Distanz
• l L / 4pd2 (1z)2

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Kosmologische Expansion

• Edwin Hubble und andere entdeckten (um 1930),
  dass sich entfernte Galaxien von uns weg bewegen
  (Doppler-Effekt)

Distanz
d H x v H 70 km/s / Mpc
Fluchtgeschwindigkeit
Das Universum ist homogen, isotrop und expandiert
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Zeitmaschinen
40
HDFHubble Deep Field
2.5 x 2.5 (3x10-8 des Himmels) 3000
Objekte (20 Sterne) Das Licht der entferntesten
Objekte wurde nur 2-5 Mia Jahre nach dem
Urknall ausgesandt!
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Fluktuationen (0.001) im Mikrowellenhintergrund