2.13 Astronomie.ppt

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

3

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

4

DAS PTOLEMÄISCHE WELTBILD • geozentrisches Weltbild • rückläufige Planetenbahnen Epizyklenbewegung

Abb. 5: Epizyklenbewegung des Mars Schulphysik 2 - Astronomie

Abb. 4: geozentrisches Weltbild

5

DAS KOPERNIKANISCHE WELTBILD • heliozentrisches Weltbild

Abb. 6: heliozentrisches Weltbild Schulphysik 2 - Astronomie

6

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

Schulphysik 2 - Astronomie

7

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.

Schulphysik 2 - Astronomie

8

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 Schulphysik 2 - Astronomie

9

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 Schulphysik 2 - Astronomie

10

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

Schulphysik 2 - Astronomie

11

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 Schulphysik 2 - Astronomie

12

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

13

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 Schulphysik 2 - Astronomie

14

DIE ERDE I • Aufbau:

Abb. 16: Aufbau der Erde Schulphysik 2 - Astronomie

15

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

Schulphysik 2 - Astronomie

16

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)

Schulphysik 2 - Astronomie

17

DER MOND II • Mondphasen:

Abb. 17 Die Mondphasen

Schulphysik 2 - Astronomie

18

SONNE UND ERDE

Abb. 18: Film - Die Jahreszeiten

Schulphysik 2 - Astronomie

19

DER EINFLUSS DES MONDES – GEZEITEN

Abb. 19: Film - Die Gezeiten

Schulphysik 2 - Astronomie

20

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 Schulphysik 2 - Astronomie

21

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 Schulphysik 2 - Astronomie

22

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 Schulphysik 2 - Astronomie

Abb. 22 vereinfachter Raketenaufbau 23

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

Schulphysik 2 - Astronomie

24

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

Schulphysik 2 - Astronomie

25

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

Schulphysik 2 - Astronomie

26