2.13 Astronomie.ppt

Report
ASTRONOMIE
Wichtiges Grundwissen
für Lehramtsstudierenden
der Haupt- und Realschule
Schriftliche Hausarbeit
von Irina Lutz
ASTRONOMIE - ASTROLOGIE
• Astrologie:
– griechisch: ástron: Stern,
logos:Lehre
– Sternreligion; Glaube an
die Macht der Sterne
• Verschmelzung von
Astrologie und
Astronomie
Bsp.: Stonehenge
• Astronomie:
– griechisch: ástron: Stern,
nómos: Gesetz
– Sternenkunde; Wissenschaft der Erforschung der
Himmelskörper und des
Weltalls
Schulphysik 2 - Astronomie
Abb. 1: Stonehenge
2
DIE ENTSTEHUNG DER STERNBILDER
Abb. 2: Fixsternhimmel im Mai über der Nordhalbkugel
Schulphysik 2 - Astronomie
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DER TIERKREIS (ZODIAK)
• In einem Jahr durchläuft die Sonne 12 Sternbilder auf
ihrem Weg über den Himmel
Tierkreis, Sternzeichen der Menschen
• 4 Kardinalpunkte durch
Auf- und Abbewegung
der Sonne über dem
Horizont:
2 Sonnenwenden und
2 Tagundnachtgleichen
Abb. 3: Zodiak mit Kardinalpunkten
Schulphysik 2 - Astronomie
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DAS PTOLEMÄISCHE WELTBILD
• geozentrisches Weltbild
• rückläufige Planetenbahnen
Epizyklenbewegung
Abb. 5: Epizyklenbewegung
des Mars
Schulphysik 2 - Astronomie
Abb. 4: geozentrisches Weltbild
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DAS KOPERNIKANISCHE WELTBILD
• heliozentrisches Weltbild
Abb. 6: heliozentrisches Weltbild
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GALILEIS FERNROHR
• beobachtet als erster Wissenschaftler mit einem
Fernrohr die Himmelskörper
– Unvollkommenheit des Mondes
 kein Planet mehr
– Widerlegung der Fixsternsphäre
– Entdeckung der Jupitermonde, die nicht um die Erde
kreisen
 unvereinbar mit geozentrischen Weltbild
• Verbote durch die Kirche und Ladung vor die
Inquisition
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DAS KEPLERSCHE WELTBILD
• Kepler berechnet Marsbahn neu  Ellipsenbahn
• keplersche Gesetz für die Planetenbewegung
1. Planeten bewegen sich auf Ellipsenbahnen, in deren
Brennpunkt die Sonne steht.
2. Die Fahrstrahlen überstreichen in gleichen Zeiten gleiche
Flächen.
3. Die Kuben der Bahnradien zweier Planeten verhalten sich
wie die Quadrate ihrer Umlaufzeiten.
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STRUKTUREN IM UNIVERSUM I
• Sterne sammeln sich in Galaxien
Abb. 7: Spiralgalaxie
Abb. 9: irreguläre Galaxie
Abb. 10: elliptische Galaxie
• Sterne in Sternhaufen
stammen alle aus der gleichen
Ursprungswolke
Abb. 8: Balkangalaxie
– offener Sterhaufen
– Kugelsternhaufen
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STRUKTUREN IM UNIVERSUM II
• Sterne: selbstleuchtende
Gaskugeln
• Entwicklung eines
Sterns von der
Entstehung bis zum
Ende
H2, interstellare Materie
Hauptstern
brauner
Zwerg
roter
Riese
weißer
Zwerg
blauer
Riese
roter
Über-riese
Supernova
schwarzer
Stern
Neutronenstern
schwarzes
Loch
Abb. 11: Hertzsprung-Russel-Diagramm
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STRUKTUREN IM UNIVERSUM III
• Planet: Bahn um die Sonne, rund, kein Mond,
bereinigte Bahn
• nach Definition der IAU: Pluto ist kein Planet mehr
M V
• Mein
Vater eerklärte m
mir jjeden S
Sonntag uunsere
N
Nachbarplaneten.
• Trabanten: Monde; Himmelskörper die durch
Gravitation an einen Planeten gebunden
sind
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STRUKTUREN IM UNIVERSUM IV
• Asteroiden
• Kometen
– planetenähnliche Brocken
(bis Ø1000 km)
– Bahn um die Sonne
– exzentrische Bahn um die
Sonne
– aus Eis und Staub
• Meteoriden
– Kleinstkörper aus Metall
und/oder Gestein
– Eintritt in Erdatmosphäre:
Sternschnuppen /Meteore
Abb. 12: schematischer Kometenaufbau
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UNSER SONNENSYSTEM
• Milchstraße
Spiralgalaxie
• Zentralgestirn (Sonne)
mit 8 Planeten
• Planetenebene =
Ekliptik
Abb. 13: Vogelperspektive
der Milchstraße
roter Pfeil: unser Sonnensystem
Abb. 14: unser Sonnensystem (nicht maßstabsgetreu)
Schulphysik 2 - Astronomie
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DIE SONNE
•
•
•
•
4,5 Mrd. Jahre alt; Lebenserwartung: 10 Mrd. Jahren
besteht aus Wasserstoff (73%) und Helium(25%)
Masse: 1,99*1030 kg
Aufbau:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Kern
Strahlungszone
Konvektionszone
Photosphäre
Sonnenflecken
Granulation
Chromosphäre
Protuberanzen
Korona
Abb. 1 5: Aufbau der Sonne
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DIE ERDE I
• Aufbau:
Abb. 16: Aufbau der Erde
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DIE ERDE II
• wichtige Daten
Alter
Masse:
Dichte:
Polradius:
Äquatorradius:
mittlere Temperatur (Oberfläche):
Neigung der Achse:
Rotationszeit:
Umlaufzeit um die Sonne:
Zusammensetzung der
Atmosphäre:
4,5 Mrd. Jahre
5,974*1024kg
5,5
6356,774 km
6378,140 km
14°C
23,45°
23h 56min
365,25 Tage
79% N2; 20% O2; ferner
Wasserdampf, Edelgase, CO2
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DER MOND I
•
•
•
•
•
Trabant der Erde
Masse: 7,35*1022kg
Radius: 3479 km
mittlerer Abstand zur Erde: 382000 km
Umlaufzeit um die Erde: 29,5 Erdentage
(synodischer Monat)
• Mondtag: 27,3 Erdentage (siderisch)
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DER MOND II
• Mondphasen:
Abb. 17 Die Mondphasen
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SONNE UND ERDE
Abb. 18: Film - Die Jahreszeiten
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19
DER EINFLUSS DES MONDES – GEZEITEN
Abb. 19: Film - Die Gezeiten
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MONDFINSTERNIS
• Mond befindet sich im
Erdschatten
• totale Mondfinsternis nur im
Kernschatten
• findet nachts statt
• Eine totale Mondfinsternis ist
etwa zwei Mal pro Jahr bei
uns beobachtbar.
Abb. 20 Mondfinsternis
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SONNENFINSTERNIS
Abb. 21 Sonnenfinsternis
• Mondschatten fällt auf die
Erde
• am Tage beobachtbar
• totale Sonnenfinsternis: es
wird für etwa 8 Minuten
dunkel
• Korona der Sonne sichtbar
• weltweit circa 2 Sonnenfinsternisse pro Jahr
• nur lokal beobachtbar wegen
des kleinen Schattenkegels
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DIE RAUMFAHRT
• Rückstoßantrieb
• Raketen
– Verbrennung von Sauer- und
Brennstoff bei 5000°C
– Abgasgeschwindigkeit durch die
Düsen: über 5000
– Geschwindigkeit abhängig vom
Verhältnis der Raketenanfangsmasse zur Masse beim
Brennschluss
– besserer Wirkungsgrad bei
zweistufigen Raketen
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Abb. 22 vereinfachter
Raketenaufbau
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AKTIVITÄT IM WELTRAUM
• Satelliten
– Sputnik I (UdSSR 1957)
– Bewegung in einer Erdumlaufbahn
• erdnah: Bahn mehrere 100km über der Erde
• geostationär : Umlaufzeit 1 Tag „steht“ über der Erde
• Raumsonden
– wissenschaftliche Zwecke
– Geschwindigkeit bei Brennschluss größer als 7,9
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KOSMISCHE
GESCHWINDIGKEIT
• Newton: Wie groß muss die Anfangsgeschwindigkeit
sein, damit ein Stein einmal um die Welt fliegt?
• FZentripetal = FGravitation

v in
Art der Bahn
1. kosmische Geschwindigkeit
7,9
Erdumlaufbahn
2. kosmische Geschwindigkeit
11,2
Verlassen des Gravitationsfeldes der Erde
auf einer Parabelbahn
3. kosmische Geschwindigkeit
16,7
Verlassen des Sonnensystems auf einer
Hyperbelbahn
4. kosmische Geschwindigkeit
129,0
Verlassen der Milchstraße
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KEGELN MIT NEWTON
Die vier kosmischen Geschwindigkeiten entsprechen Bahnen,
deren Geometrie sich ergibt, wenn eine Schnittebene durch einen Kegel
von horizontal auf vertikal gedreht wird
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