Der neue Kosmos: Einführung in die Astronomie und Astrophysik
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| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2005
|
| Ausgabe: | 7. Aufl., 1. korr. Nachdr. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 549 - 555 |
| Beschreibung: | XIV, 577 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3540421777 |
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|---|---|
| adam_text | VII
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung 1
1. Klassische Astronomie und das Planetensystem 6
Sterne und Menschen: Beobachten und Denken
Historische Einleitung in die klassische Astronomie 6
2. Klassische Astronomie 2.1 Koordinaten und Zeit:
Bewegungen von Sonne, Erde und Mond 10
2.1.1 Die Himmelskugel. Astronomische Koordinatensysteme 10
2.1.2 Die Bewegungen der Erde. Jahreszeiten und Tierkreis 12
2.1.3 Die Zeit: Tag, Jahr und Kalender 15
2.1.4 DerMond 17
2.1.5 Mond und Sonnenfinsternisse 19
2.2 Bahnbewegungen und Entfernungen im Planetensystem . 20
2.2.1 Planetenbewegungen und Bahnelemente 21
2.2.2 Kometen und Meteore 23
2.2.3 Entfernungsbestimmungen, Dopplereffekt und Aberration ... 26
2.3 Mechanik und Gravitationstheorie 28
2.3.1 Newtonsche Gesetze 28
2.3.2 Impuls oder Schwerpunktsatz 29
2.3.3 Drehimpuls oder Flächensatz 30
2.3.4 Energiesatz 31
2.3.5 Virialsatz 31
2.3.6 Gravitationsgesetz. Gravitationsenergie 32
2.4 Himmelsmechanik 34
2.4.1 Erstes und zweites Keplergesetz: Planetenbahnen 34
2.4.2 Drittes Keplergesetz: Massenbestimmung 34
2.4.3 Energiesatz und Entweichgeschwindigkeit 35
2.4.4 Rotation und Trägheitsmoment 36
2.4.5 Präzession 36
2.4.6 Gezeiten 37
2.4.7 Ptolemäisches und kopernikanisches Weltsystem 38
2.5 Weltraumforschung 39
2.5.1 Bahnen künstlicher Satelliten
und Raumfahrzeuge 39
2.5.2 Astronomische Beobachtungen
vom Weltraum aus 40
2.5.3 Erkundung des Mondes 42
2.5.4 Raumfahrtmissionen im Planetensystem 43
Inhaltsverzeichnis
VIII
3. Physikalische 3.1 Globale Eigenschaften der Planeten und Satelliten 47
Beschaffenheit 3.1.1 Möglichkeiten zur Erforschung der Planeten und Satelliten .. 47
der Körper 3.1.2 Globaler Energiehaushalt der Planeten 48
im Planetensystem 313 innerer Aufbau und Stabilität 49
3.1.4 Aufbau der Planetenatmosphären 51
3.2 Erde, Mond und erdähnliche Planeten 53
3.2.1 Innerer Aufbau der erdähnlichen Planeten 53
3.2.2 Radioaktive Altersbestimmungen. Erdgeschichte 54
3.2.3 Magnetfelder. Plattentektonik 55
3.2.4 Mondoberfläche 58
3.2.5 Oberflächen der erdähnlichen Planeten 61
3.2.6 Atmosphären der erdähnlichen Planeten 68
3.3 Planetoiden oder kleine Planeten (Asteroiden) 71
3.3.1 Bahnen der Planetoiden 71
3.3.2 Eigenschaften der Planetoiden 72
3.4 Die großen Planeten 74
3.4.1 Jupiter 74
3.4.2 Saturn 79
3.4.3 Uranus 83
3.4.4 Neptun 84
3.5 Pluto und transneptunische Objekte 87
3.5.1 Pluto und Charon 87
3.5.2 Transneptunische Objekte 88
3.6 Kometen 88
3.6.1 Struktur, Spektren und chemische Zusammensetzung 89
3.6.2 Entwicklung der Kometen 91
3.7 Meteore und Meteorite 91
3.7.1 Meteorite und Einschlagkrater 91
3.7.2 Meteore in der Erdatmosphäre 92
3.7.3 Eigenschaften und Herkunft der Meteorite 92
3.8 Interplanetare Materie 96
II. Strahlung, Instrumente und Beobachtungsverfahren 100
Entwicklung astronomischer Beobachtungsverfahren
Historische Einführung in die Erschließung des elektromagnetischen Spektrums 100
4. Strahlung und Materie 4.1 Elektromagnetische Strahlung 103
4.2 Spezielle Relativitätstheorie 104
4.2.1 Lorentztransformation. Dopplereffekt 105
4.2.2 Relativistische Mechanik 105
4.3 Strahlungstheorie 106
4.3.1 Phänomenologische Strahlungsgrößen 106
4.3.2 Emission und Absorption. Strahlungstransportgleichung 109
4.3.3 Thermodynamisches Gleichgewicht und Hohlraumstrahlung 111
Inhaltsverzeichnis
IX
4.4 Materie im thermod mimischen Gleichgewicht 113
4.4.1 Boltzmann Statistik 113
4.4.2 Geschwindigkeitsverteilung 114
4.4.3 Thermische Anregung 114
4.4.4 Thermische Ionisation 114
4.4.5 Massenwirkungsgesetz 115
4.5 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 116
4.5.1 Freie Weglänge 116
4.5.2 Wirkungsquerschnitt und Reaktionsrate 116
4.5.3 Stoß und Strahlungsprozesse: Kinetische Gleichungen 117
4.5.4 Atomare Elementarprozesse 118
4.5.5 Extinktions und Emissionskoeffizienten 121
4.5.6 Energiereiche Photonen und Teilchen 122
5. Astronomische 5.1 Teleskope und Detektoren im Optischen und Ultraviolett . 125
und astrophysikalische 5.1.1 Teleskope herkömmlicher Art 125
Instrumente 5.1.2 Auflösungsvermögen und Lichtstärke.
Optische Interferometer 130
5.1.3 Adaptive und aktive Optik. Großteleskope 133
5.1.4 Optische Detektoren 138
5.1.5 Spektrographen 140
5.1.6 Weltraumteleskope 144
5.2 Teleskope und Detektoren
für den Radio und Infrarotbereich 145
5.2.1 Radioteleskope 146
5.2.2 Empfänger und Spektrometer für den Radiofrequenzbereich . 151
5.2.3 Beobachtungsverfahren im Infrarot 153
5.3 Instrumente der Hochenergieastronomie 155
5.3.1 Teilchendetektoren 155
5.3.2 Teleskope für die Kosmische Strahlung 157
5.3.3 Gammastrahlenteleskope 158
5.4 Instrumente im Röntgenbereich
und extremen Ultraviolett 160
5.4.1 Detektoren und Spektrometer im Röntgenbereich 161
5.4.2 Teleskope und Satelliten im Röntgenbereich 161
5.4.3 Teleskope für das extreme Ultraviolett 163
IM.Sonne und Sterne: Astrophysik des einzelnen Sterns 166
Astronomie + Physik = Astrophysik
Historische Einleitung 166
6. Entfernungen 6.1 Die Sonne 171
und Zustandsgrößen 6.1.1 Photosphärisches Spektrum. Mitte Rand Variation 172
der Sterne 6.1.2 Energieverteilung 173
6.1.3 Leuchtkraft und Effektivtemperatur 173
Inhaltsverzeichnis ___^_
X
6.2 Entfernungen und Geschwindigkeiten der Sterne 175
6.2.1 Trigonometrische Parallaxe 175
6.2.2 Radialgeschwindigkeit und Eigenbewegung 176
6.2.3 Stromparallaxe 176
6.2.4 Sternpositionen und Kataloge 177
6.3 Helligkeiten, Farben und Radien der Sterne 178
6.3.1 Scheinbare Helligkeit 178
6.3.2 Farbindex und Energieverteilung 179
6.3.3 Absolute Helligkeit 182
6.3.4 Bolometrische Helligkeit und Leuchtkraft 183
6.3.5 Sternradien 183
6.4 Klassifikation der Sternspektren.
Hertzsprung Russell Diagramm 184
6.4.1 Spektraltyp 185
6.4.2 Hertzsprung Russell Diagramm. Leuchtkraftklasse 185
6.4.3 MK Klassifikation 187
6.4.4 Zweifarbendiagramm 189
6.4.5 Rotation der Sterne 190
6.5 Doppelsterne und die Massen der Sterne 190
6.5.1 Visuelle Doppelsterne 191
6.5.2 Spektroskopische Doppelsterne. Bedeckungsveränderliche .. 191
6.5.3 Perioden und Rotation 192
6.5.4 Massen der Sterne 193
6.5.5 Enge Doppelsternsysteme 194
6.5.6 Pulsare in Doppelsternsystemen 195
6.5.7 Begleiter mit substellaren Massen:
Braune Zwerge und Exoplaneten 197
7. Spektren 7.1 Spektren und Atome 200
und Atmosphären 7.1.1 Grundbegriffe der Atomspektroskopie 200
der Sterne 7.1.2 Anregung und Ionisation 203
7.1.3 Linienabsorptionskoeffizient 206
7.1.4 Verbreiterung der Spektrallinien 207
7.1.5 Bemerkungen zur Molekülspektroskopie 209
7.2 Physik der Sternatmosphären 210
7.2.1 Aufbau der Sternatmosphären 210
7.2.2 Absorptionskoeffizienten in Sternatmosphären 213
7.2.3 Modellatmosphären. Spektrale Energieverteilung 215
7.2.4 Strahlungstransport in den Fraunhoferlinien 217
7.2.5 Wachstumskurve 219
7.2.6 Quantitative Analyse der Sternspektren 220
7.2.7 Elementhäufigkeiten in der Sonne und den Sternen 221
7.3 Die Sonne: Chromosphäre und Korona.
Strömungen, Magnetfelder und Aktivität 224
7.3.1 Granulation und Konvektion 225
7.3.2 Magnetfelder und Magnetohydrodynamik 226
Inhaltsverzeichnis
XI
7.3.3 Sonnenflecke und Aktivitätszyklus. Magnetische Flußröhren 228
7.3.4 Chromosphäre und Korona 232
7.3.5 Protuberanzen 238
7.3.6 Sonneneruptionen oder Flares 240
7.3.7 Sonnenwind 243
7.3.8 Oszillationen: Helioseismologie 247
7.4 Veränderliche Sterne.
Strömungen, Magnetfelder und Aktivität bei Sternen 250
7.4.1 Pulsierende Sterne. R Coronae Borealis Sterne 251
7.4.2 Magnetische oder Spektrum Veränderliche.
Ap Sterne und Metalliniensterne 254
7.4.3 Aktivität, Chromosphären und Koronen bei kühlen Sternen .. 255
7.4.4 Koronen, Sternwinde und Variabilität bei heißen Sternen 259
7.4.5 Kataklysmische Veränderliche: Novae und Zwergnovae 261
7.4.6 Röntgendoppelsterne: Akkretion auf Neutronensterne 263
7.4.7 Supernovae und Pulsare 267
7.4.8 Stellare Gammaquellen 275
7.4.9 Gammaburster 276
8. Aufbau und Entwicklung 8.1 Grundgleichungen des Sternaufbaus 280
der Sterne 8.1.1 Hydrostatisches Gleichgewicht
und Zustandsgieichung der Materie 280
8.1.2 Temperaturverteilung und Energietransport 281
8.1.3 Energieerzeugung durch Kernreaktionen 282
8.1.4 Gravitationsenergie und thermische Energie 286
8.1.5 Stabilität der Sterne 288
8.1.6 Grundgleichungssystem und allgemeine Folgerungen 289
8.2 Entwicklung der Sterne 290
8.2.1 Hauptreihensterne: Zentrales Wasserstoffbrennen 291
8.2.2 Aufbau der Sonne. Solare Neutrinos 292
8.2.3 Vom Wasserstoff zum Heliumbrennen 295
8.2.4 Spätphasen der Sternentwicklung 297
8.2.5 Nukleosynthese in Sternen 302
8.2.6 Enge Doppelsternsysteme 305
8.2.7 Physik der Akkretionsscheiben 307
8.3 Endstadien der Sternentwicklung 309
8.3.1 Braune Zwerge 309
8.3.2 Zustandsgieichung elektronenentarteter Materie 310
8.3.3 Aufbau der Weißen Zwerge 311
8.3.4 Neutronensterne 312
8.4 Starke Gravitationsfelder 313
8.4.1 Allgemeine Relativitätstheorie 314
8.4.2 Kugelsymmetrische Felder im Vakuum 315
8.4.3 Lichtablenkung und Gravitationslinsen 316
8.4.4 Schwarze Löcher 319
8.4.5 Gravitationswellen 319
Inhaltsverzeichnis
XII
IV. Sternsysteme. Kosmologie und Kosmogonie 322
Der Vorstoß ins Weltall
Historische Einleitung in die Astronomie des 20. Jahrhunderts 322
9. Sternhaufen 9.1 Offene Sternhaufen und Sternassoziationen 328
9.1.1 Offene (galaktische) Sternhaufen 328
9.1.2 Sternassoziationen 329
9.1.3 Farben Helligkeits Diagramme und Alter offener Haufen .... 329
9.2 Kugelsternhaufen 332
9.2.1 Kugelhaufen in der Milchstraße 332
9.2.2 Metallhäufigkeit und Zweifarbendiagramm 333
9.2.3 Farben Helligkeits Diagramme und Alter der Kugelhaufen .. 334
9.2.4 Kugelhaufen in anderen Galaxien 337
10. Interstellare Materie 10.1 Interstellarer Staub 339
und Sternentstehung 10.1.1 Dunkelwolken 340
10.1.2 Interstellare Extinktion und Verfärbung 340
10.1.3 Polarisation von Sternlicht durch interstellaren Staub 342
10.1.4 Eigenschaften der Staubkörner 342
10.1.5 Diffuse interstellare Absorptionsbänder 344
10.2 Neutrales interstellares Gas 345
10.2.1 Atomare interstellare Absorptionslinien 345
10.2.2 Die 21 cm Linie des neutralen Wasserstoffs. HI Wolken ....347
10.2.3 Interstellare Moleküllinien. Molekülwolken 349
10.3 Ionisiertes Gas: Leuchtende Gasnebel 352
10.3.1 HII Regionen 352
10.3.2 Planetarische Nebel 356
10.3.3 Supernovaüberreste 358
10.3.4 Heißes interstellares Gas 364
10.4 Hochenergetische Komponenten 365
10.4.1 Interstellare Magnetfelder 365
10.4.2 Kosmische Strahlung 366
10.4.3 Galaktische Gammastrahlung 371
10.5 Frühe Entwicklung und Entstehung der Sterne 374
10.5.1 Vor Hauptreihensterne 375
10.5.2 Sternentstehungsgebiete 377
10.5.3 Gravitationsinstabilität und Fragmentation 379
10.5.4 Entwicklung der Protosterne 380
10.5.5 Strömungen in der Umgebung der Protosterne 382
10.5.6 Stellarstatistik und Geburtsraten der Sterne 385
11. Aufbau und Dynamik 11.1 Sterne und der Bau der Milchstraße 389
des Milchstraßensystems 11.1.1 Galaktische Koordinaten 389
11.1.2 Sternzählungen 389
Inhaltsverzeichnis
XIII
11.1.3 Raumgeschwindigkeiten der Sterne 390
11.1.4 Sternhaufen:
Entfernungsbestimmung und Bau der Milchstraße 391
11.2 Dynamik und Verteilung der Materie 393
11.2.1 Rotation der galaktischen Scheibe 394
11.2.2 Verteilung der interstellaren Materie 396
11.2.3 Galaktische Bahnen der Sterne. Lokale Massendichte 400
11.2.4 Massenverteilung in der Milchstraße 401
11.2.5 Dynamik der Spiralarme 403
11.2.6 Populationen und Elementhäufigkeiten 404
11.3 Zentralbereich der Milchstraße 408
11.3.1 Galaktischer Bulge (R 3 kpc) 408
11.3.2 Kernbereich des galaktischen Bulge (R 300 pc) 409
11.3.3 Zirkumnukleare Scheibe und Minispirale (/? 10 pc) 411
11.3.4 Innerster Bereich (Ä 1 pc) mit Sgr A* 412
12. Galaxien 12.1 Normale Galaxien 415
und Galaxienhaufen 12.1.1 Entfernungsbestimmung 415
12.1.2 Klassifikation und absolute Helligkeiten 418
12.1.3 Leuchtkraftfunktion 422
12.1.4 Helligkeitsprofil und Durchmesser 423
12.1.5 Dynamik und Massen 425
12.1.6 Sternpopulationen und Elementhäufigkeiten 429
12.1.7 Gas und Staubverteilung 432
12.2 Infrarot und Starburst Galaxien 436
12.2.1 Infrarotgalaxien 436
12.2.2 Starburst Aktivität 438
12.3 Radiogalaxien, Quasare und Aktivität in Galaxienkernen 439
12.3.1 Synchrotronstrahlung 439
12.3.2 Nichtthermische Radiostrahlung normaler Galaxien 442
12.3.3 Radiogalaxien 443
12.3.4 Quasare (Quasistellare Objekte) 447
12.3.5 Seyfert Galaxien 455
12.3.6 Aktivität in Galaxienkernen 457
12.4 Haufen und Superhaufen von Galaxien 461
12.4.1 Lokale Gruppe 461
12.4.2 Klassifikation und Massen der Galaxienhaufen 462
12.4.3 Gas in Galaxienhaufen 464
12.4.4 Wechselwirkung der Galaxien.
Entwicklung der Galaxienhaufen 466
12.4.5 Superhaufen von Galaxien 467
12.5 Entstehung und Entwicklung der Galaxien 469
12.5.1 Entstehung der Galaxien und Galaxienhaufen 470
12.5.2 Intergalaktisches Medium und Lyman a Systeme 473
Inhaltsverzeichnis
XIV
12.5.3 Wechselwirkende Galaxien 474
12.5.4 Entwicklung der Galaxien 476
12.5.5 Galaxien im frühen Universum 481
13. Kosmologie: 13.1 Weltmodelle 484
Der Kosmos als Ganzes 13.1.1 Fluchtbewegung der Galaxien 484
13.1.2 Newtonsche Kosmologie 485
13.1.3 Relativistische Kosmologie 487
13.1.4 Materiekosmos 490
13.2 Strahlung und Beobachtung.
Elemententstehung im Kosmos 491
13.2.1 Ausbreitung von Strahlung 491
13.2.2 Mikrowellen Hintergrundstrahlung 493
13.2.3 Strahlungskosmos 496
13.2.4 Elemententstehung im Kosmos 497
13.2.5 Beobachtete Parameter des heutigen Kosmos 498
13.2.6 Olbers Paradox 502
13.3 Evolution des Kosmos 502
13.3.1 Planckzeit 503
13.3.2 Fundamentale Teilchen und Wechselwirkungen 503
13.3.3 Entwicklung des Kosmos nach dem Standardmodell 505
13.3.4 Inflationärer Kosmos 508
13.3.5 Andere Kosmologien 509
14. Kosmogonie 14.1 Entstehung der Sonne und des Planetensystems 511
des Sonnensystems 14.1.1 Überblick über das Planetensystem 511
14.1.2 Protoplanetare Scheibe und Entstehung der Planeten 513
14.1.3 Entstehung der Meteorite 515
14.1.4 Entstehung des Erde Mond Systems 517
14.1.5 Planetensysteme bei anderen Sternen 520
14.2 Entwicklung der Erde und des Lebens 522
14.2.1 Entwicklung der Atmosphäre und der Ozeane 522
14.2.2 Molekularbiologische Grundlagen 523
14.2.3 Präbiotische Moleküle 526
14.2.4 Entwicklung der Lebewesen 528
Anhang A.l Verschiedene Einheiten, Internationales Einheitensystem
und Gaußsches System 535
A.2 Namen der Sternbilder 539
Ausgewählte Probleme 541
Literatur und Daten 549
Quellennachweis 557
Sachverzeichnis 563
Physikalische Fundamentalkonstanten (Hintere Einbandinnenseite)
Astronomische Konstanten und Einheiten (Hintere Einbandinnenseite)
|
| adam_txt |
VII
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung 1
1. Klassische Astronomie und das Planetensystem 6
Sterne und Menschen: Beobachten und Denken
Historische Einleitung in die klassische Astronomie 6
2. Klassische Astronomie 2.1 Koordinaten und Zeit:
Bewegungen von Sonne, Erde und Mond 10
2.1.1 Die Himmelskugel. Astronomische Koordinatensysteme 10
2.1.2 Die Bewegungen der Erde. Jahreszeiten und Tierkreis 12
2.1.3 Die Zeit: Tag, Jahr und Kalender 15
2.1.4 DerMond 17
2.1.5 Mond und Sonnenfinsternisse 19
2.2 Bahnbewegungen und Entfernungen im Planetensystem . 20
2.2.1 Planetenbewegungen und Bahnelemente 21
2.2.2 Kometen und Meteore 23
2.2.3 Entfernungsbestimmungen, Dopplereffekt und Aberration . 26
2.3 Mechanik und Gravitationstheorie 28
2.3.1 Newtonsche Gesetze 28
2.3.2 Impuls oder Schwerpunktsatz 29
2.3.3 Drehimpuls oder Flächensatz 30
2.3.4 Energiesatz 31
2.3.5 Virialsatz 31
2.3.6 Gravitationsgesetz. Gravitationsenergie 32
2.4 Himmelsmechanik 34
2.4.1 Erstes und zweites Keplergesetz: Planetenbahnen 34
2.4.2 Drittes Keplergesetz: Massenbestimmung 34
2.4.3 Energiesatz und Entweichgeschwindigkeit 35
2.4.4 Rotation und Trägheitsmoment 36
2.4.5 Präzession 36
2.4.6 Gezeiten 37
2.4.7 Ptolemäisches und kopernikanisches Weltsystem 38
2.5 Weltraumforschung 39
2.5.1 Bahnen künstlicher Satelliten
und Raumfahrzeuge 39
2.5.2 Astronomische Beobachtungen
vom Weltraum aus 40
2.5.3 Erkundung des Mondes 42
2.5.4 Raumfahrtmissionen im Planetensystem 43
Inhaltsverzeichnis
VIII
3. Physikalische 3.1 Globale Eigenschaften der Planeten und Satelliten 47
Beschaffenheit 3.1.1 Möglichkeiten zur Erforschung der Planeten und Satelliten . 47
der Körper 3.1.2 Globaler Energiehaushalt der Planeten 48
im Planetensystem 313 innerer Aufbau und Stabilität 49
3.1.4 Aufbau der Planetenatmosphären 51
3.2 Erde, Mond und erdähnliche Planeten 53
3.2.1 Innerer Aufbau der erdähnlichen Planeten 53
3.2.2 Radioaktive Altersbestimmungen. Erdgeschichte 54
3.2.3 Magnetfelder. Plattentektonik 55
3.2.4 Mondoberfläche 58
3.2.5 Oberflächen der erdähnlichen Planeten 61
3.2.6 Atmosphären der erdähnlichen Planeten 68
3.3 Planetoiden oder kleine Planeten (Asteroiden) 71
3.3.1 Bahnen der Planetoiden 71
3.3.2 Eigenschaften der Planetoiden 72
3.4 Die großen Planeten 74
3.4.1 Jupiter 74
3.4.2 Saturn 79
3.4.3 Uranus 83
3.4.4 Neptun 84
3.5 Pluto und transneptunische Objekte 87
3.5.1 Pluto und Charon 87
3.5.2 Transneptunische Objekte 88
3.6 Kometen 88
3.6.1 Struktur, Spektren und chemische Zusammensetzung 89
3.6.2 Entwicklung der Kometen 91
3.7 Meteore und Meteorite 91
3.7.1 Meteorite und Einschlagkrater 91
3.7.2 Meteore in der Erdatmosphäre 92
3.7.3 Eigenschaften und Herkunft der Meteorite 92
3.8 Interplanetare Materie 96
II. Strahlung, Instrumente und Beobachtungsverfahren 100
Entwicklung astronomischer Beobachtungsverfahren
Historische Einführung in die Erschließung des elektromagnetischen Spektrums 100
4. Strahlung und Materie 4.1 Elektromagnetische Strahlung 103
4.2 Spezielle Relativitätstheorie 104
4.2.1 Lorentztransformation. Dopplereffekt 105
4.2.2 Relativistische Mechanik 105
4.3 Strahlungstheorie 106
4.3.1 Phänomenologische Strahlungsgrößen 106
4.3.2 Emission und Absorption. Strahlungstransportgleichung 109
4.3.3 Thermodynamisches Gleichgewicht und Hohlraumstrahlung 111
Inhaltsverzeichnis
IX
4.4 Materie im thermod mimischen Gleichgewicht 113
4.4.1 Boltzmann Statistik 113
4.4.2 Geschwindigkeitsverteilung 114
4.4.3 Thermische Anregung 114
4.4.4 Thermische Ionisation 114
4.4.5 Massenwirkungsgesetz 115
4.5 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 116
4.5.1 Freie Weglänge 116
4.5.2 Wirkungsquerschnitt und Reaktionsrate 116
4.5.3 Stoß und Strahlungsprozesse: Kinetische Gleichungen 117
4.5.4 Atomare Elementarprozesse 118
4.5.5 Extinktions und Emissionskoeffizienten 121
4.5.6 Energiereiche Photonen und Teilchen 122
5. Astronomische 5.1 Teleskope und Detektoren im Optischen und Ultraviolett . 125
und astrophysikalische 5.1.1 Teleskope herkömmlicher Art 125
Instrumente 5.1.2 Auflösungsvermögen und Lichtstärke.
Optische Interferometer 130
5.1.3 Adaptive und aktive Optik. Großteleskope 133
5.1.4 Optische Detektoren 138
5.1.5 Spektrographen 140
5.1.6 Weltraumteleskope 144
5.2 Teleskope und Detektoren
für den Radio und Infrarotbereich 145
5.2.1 Radioteleskope 146
5.2.2 Empfänger und Spektrometer für den Radiofrequenzbereich . 151
5.2.3 Beobachtungsverfahren im Infrarot 153
5.3 Instrumente der Hochenergieastronomie 155
5.3.1 Teilchendetektoren 155
5.3.2 Teleskope für die Kosmische Strahlung 157
5.3.3 Gammastrahlenteleskope 158
5.4 Instrumente im Röntgenbereich
und extremen Ultraviolett 160
5.4.1 Detektoren und Spektrometer im Röntgenbereich 161
5.4.2 Teleskope und Satelliten im Röntgenbereich 161
5.4.3 Teleskope für das extreme Ultraviolett 163
IM.Sonne und Sterne: Astrophysik des einzelnen Sterns 166
Astronomie + Physik = Astrophysik
Historische Einleitung 166
6. Entfernungen 6.1 Die Sonne 171
und Zustandsgrößen 6.1.1 Photosphärisches Spektrum. Mitte Rand Variation 172
der Sterne 6.1.2 Energieverteilung 173
6.1.3 Leuchtkraft und Effektivtemperatur 173
Inhaltsverzeichnis _^_
X
6.2 Entfernungen und Geschwindigkeiten der Sterne 175
6.2.1 Trigonometrische Parallaxe 175
6.2.2 Radialgeschwindigkeit und Eigenbewegung 176
6.2.3 Stromparallaxe 176
6.2.4 Sternpositionen und Kataloge 177
6.3 Helligkeiten, Farben und Radien der Sterne 178
6.3.1 Scheinbare Helligkeit 178
6.3.2 Farbindex und Energieverteilung 179
6.3.3 Absolute Helligkeit 182
6.3.4 Bolometrische Helligkeit und Leuchtkraft 183
6.3.5 Sternradien 183
6.4 Klassifikation der Sternspektren.
Hertzsprung Russell Diagramm 184
6.4.1 Spektraltyp 185
6.4.2 Hertzsprung Russell Diagramm. Leuchtkraftklasse 185
6.4.3 MK Klassifikation 187
6.4.4 Zweifarbendiagramm 189
6.4.5 Rotation der Sterne 190
6.5 Doppelsterne und die Massen der Sterne 190
6.5.1 Visuelle Doppelsterne 191
6.5.2 Spektroskopische Doppelsterne. Bedeckungsveränderliche . 191
6.5.3 Perioden und Rotation 192
6.5.4 Massen der Sterne 193
6.5.5 Enge Doppelsternsysteme 194
6.5.6 Pulsare in Doppelsternsystemen 195
6.5.7 Begleiter mit substellaren Massen:
Braune Zwerge und Exoplaneten 197
7. Spektren 7.1 Spektren und Atome 200
und Atmosphären 7.1.1 Grundbegriffe der Atomspektroskopie 200
der Sterne 7.1.2 Anregung und Ionisation 203
7.1.3 Linienabsorptionskoeffizient 206
7.1.4 Verbreiterung der Spektrallinien 207
7.1.5 Bemerkungen zur Molekülspektroskopie 209
7.2 Physik der Sternatmosphären 210
7.2.1 Aufbau der Sternatmosphären 210
7.2.2 Absorptionskoeffizienten in Sternatmosphären 213
7.2.3 Modellatmosphären. Spektrale Energieverteilung 215
7.2.4 Strahlungstransport in den Fraunhoferlinien 217
7.2.5 Wachstumskurve 219
7.2.6 Quantitative Analyse der Sternspektren 220
7.2.7 Elementhäufigkeiten in der Sonne und den Sternen 221
7.3 Die Sonne: Chromosphäre und Korona.
Strömungen, Magnetfelder und Aktivität 224
7.3.1 Granulation und Konvektion 225
7.3.2 Magnetfelder und Magnetohydrodynamik 226
Inhaltsverzeichnis
XI
7.3.3 Sonnenflecke und Aktivitätszyklus. Magnetische Flußröhren 228
7.3.4 Chromosphäre und Korona 232
7.3.5 Protuberanzen 238
7.3.6 Sonneneruptionen oder Flares 240
7.3.7 Sonnenwind 243
7.3.8 Oszillationen: Helioseismologie 247
7.4 Veränderliche Sterne.
Strömungen, Magnetfelder und Aktivität bei Sternen 250
7.4.1 Pulsierende Sterne. R Coronae Borealis Sterne 251
7.4.2 Magnetische oder Spektrum Veränderliche.
Ap Sterne und Metalliniensterne 254
7.4.3 Aktivität, Chromosphären und Koronen bei kühlen Sternen . 255
7.4.4 Koronen, Sternwinde und Variabilität bei heißen Sternen 259
7.4.5 Kataklysmische Veränderliche: Novae und Zwergnovae 261
7.4.6 Röntgendoppelsterne: Akkretion auf Neutronensterne 263
7.4.7 Supernovae und Pulsare 267
7.4.8 Stellare Gammaquellen 275
7.4.9 Gammaburster 276
8. Aufbau und Entwicklung 8.1 Grundgleichungen des Sternaufbaus 280
der Sterne 8.1.1 Hydrostatisches Gleichgewicht
und Zustandsgieichung der Materie 280
8.1.2 Temperaturverteilung und Energietransport 281
8.1.3 Energieerzeugung durch Kernreaktionen 282
8.1.4 Gravitationsenergie und thermische Energie 286
8.1.5 Stabilität der Sterne 288
8.1.6 Grundgleichungssystem und allgemeine Folgerungen 289
8.2 Entwicklung der Sterne 290
8.2.1 Hauptreihensterne: Zentrales Wasserstoffbrennen 291
8.2.2 Aufbau der Sonne. Solare Neutrinos 292
8.2.3 Vom Wasserstoff zum Heliumbrennen 295
8.2.4 Spätphasen der Sternentwicklung 297
8.2.5 Nukleosynthese in Sternen 302
8.2.6 Enge Doppelsternsysteme 305
8.2.7 Physik der Akkretionsscheiben 307
8.3 Endstadien der Sternentwicklung 309
8.3.1 Braune Zwerge 309
8.3.2 Zustandsgieichung elektronenentarteter Materie 310
8.3.3 Aufbau der Weißen Zwerge 311
8.3.4 Neutronensterne 312
8.4 Starke Gravitationsfelder 313
8.4.1 Allgemeine Relativitätstheorie 314
8.4.2 Kugelsymmetrische Felder im Vakuum 315
8.4.3 Lichtablenkung und Gravitationslinsen 316
8.4.4 Schwarze Löcher 319
8.4.5 Gravitationswellen 319
Inhaltsverzeichnis
XII
IV. Sternsysteme. Kosmologie und Kosmogonie 322
Der Vorstoß ins Weltall
Historische Einleitung in die Astronomie des 20. Jahrhunderts 322
9. Sternhaufen 9.1 Offene Sternhaufen und Sternassoziationen 328
9.1.1 Offene (galaktische) Sternhaufen 328
9.1.2 Sternassoziationen 329
9.1.3 Farben Helligkeits Diagramme und Alter offener Haufen . 329
9.2 Kugelsternhaufen 332
9.2.1 Kugelhaufen in der Milchstraße 332
9.2.2 Metallhäufigkeit und Zweifarbendiagramm 333
9.2.3 Farben Helligkeits Diagramme und Alter der Kugelhaufen . 334
9.2.4 Kugelhaufen in anderen Galaxien 337
10. Interstellare Materie 10.1 Interstellarer Staub 339
und Sternentstehung 10.1.1 Dunkelwolken 340
10.1.2 Interstellare Extinktion und Verfärbung 340
10.1.3 Polarisation von Sternlicht durch interstellaren Staub 342
10.1.4 Eigenschaften der Staubkörner 342
10.1.5 Diffuse interstellare Absorptionsbänder 344
10.2 Neutrales interstellares Gas 345
10.2.1 Atomare interstellare Absorptionslinien 345
10.2.2 Die 21 cm Linie des neutralen Wasserstoffs. HI Wolken .347
10.2.3 Interstellare Moleküllinien. Molekülwolken 349
10.3 Ionisiertes Gas: Leuchtende Gasnebel 352
10.3.1 HII Regionen 352
10.3.2 Planetarische Nebel 356
10.3.3 Supernovaüberreste 358
10.3.4 Heißes interstellares Gas 364
10.4 Hochenergetische Komponenten 365
10.4.1 Interstellare Magnetfelder 365
10.4.2 Kosmische Strahlung 366
10.4.3 Galaktische Gammastrahlung 371
10.5 Frühe Entwicklung und Entstehung der Sterne 374
10.5.1 Vor Hauptreihensterne 375
10.5.2 Sternentstehungsgebiete 377
10.5.3 Gravitationsinstabilität und Fragmentation 379
10.5.4 Entwicklung der Protosterne 380
10.5.5 Strömungen in der Umgebung der Protosterne 382
10.5.6 Stellarstatistik und Geburtsraten der Sterne 385
11. Aufbau und Dynamik 11.1 Sterne und der Bau der Milchstraße 389
des Milchstraßensystems 11.1.1 Galaktische Koordinaten 389
11.1.2 Sternzählungen 389
Inhaltsverzeichnis
XIII
11.1.3 Raumgeschwindigkeiten der Sterne 390
11.1.4 Sternhaufen:
Entfernungsbestimmung und Bau der Milchstraße 391
11.2 Dynamik und Verteilung der Materie 393
11.2.1 Rotation der galaktischen Scheibe 394
11.2.2 Verteilung der interstellaren Materie 396
11.2.3 Galaktische Bahnen der Sterne. Lokale Massendichte 400
11.2.4 Massenverteilung in der Milchstraße 401
11.2.5 Dynamik der Spiralarme 403
11.2.6 Populationen und Elementhäufigkeiten 404
11.3 Zentralbereich der Milchstraße 408
11.3.1 Galaktischer Bulge (R 3 kpc) 408
11.3.2 Kernbereich des galaktischen Bulge (R 300 pc) 409
11.3.3 Zirkumnukleare Scheibe und Minispirale (/? 10 pc) 411
11.3.4 Innerster Bereich (Ä 1 pc) mit Sgr A* 412
12. Galaxien 12.1 Normale Galaxien 415
und Galaxienhaufen 12.1.1 Entfernungsbestimmung 415
12.1.2 Klassifikation und absolute Helligkeiten 418
12.1.3 Leuchtkraftfunktion 422
12.1.4 Helligkeitsprofil und Durchmesser 423
12.1.5 Dynamik und Massen 425
12.1.6 Sternpopulationen und Elementhäufigkeiten 429
12.1.7 Gas und Staubverteilung 432
12.2 Infrarot und Starburst Galaxien 436
12.2.1 Infrarotgalaxien 436
12.2.2 Starburst Aktivität 438
12.3 Radiogalaxien, Quasare und Aktivität in Galaxienkernen 439
12.3.1 Synchrotronstrahlung 439
12.3.2 Nichtthermische Radiostrahlung normaler Galaxien 442
12.3.3 Radiogalaxien 443
12.3.4 Quasare (Quasistellare Objekte) 447
12.3.5 Seyfert Galaxien 455
12.3.6 Aktivität in Galaxienkernen 457
12.4 Haufen und Superhaufen von Galaxien 461
12.4.1 Lokale Gruppe 461
12.4.2 Klassifikation und Massen der Galaxienhaufen 462
12.4.3 Gas in Galaxienhaufen 464
12.4.4 Wechselwirkung der Galaxien.
Entwicklung der Galaxienhaufen 466
12.4.5 Superhaufen von Galaxien 467
12.5 Entstehung und Entwicklung der Galaxien 469
12.5.1 Entstehung der Galaxien und Galaxienhaufen 470
12.5.2 Intergalaktisches Medium und Lyman a Systeme 473
Inhaltsverzeichnis
XIV
12.5.3 Wechselwirkende Galaxien 474
12.5.4 Entwicklung der Galaxien 476
12.5.5 Galaxien im frühen Universum 481
13. Kosmologie: 13.1 Weltmodelle 484
Der Kosmos als Ganzes 13.1.1 Fluchtbewegung der Galaxien 484
13.1.2 Newtonsche Kosmologie 485
13.1.3 Relativistische Kosmologie 487
13.1.4 Materiekosmos 490
13.2 Strahlung und Beobachtung.
Elemententstehung im Kosmos 491
13.2.1 Ausbreitung von Strahlung 491
13.2.2 Mikrowellen Hintergrundstrahlung 493
13.2.3 Strahlungskosmos 496
13.2.4 Elemententstehung im Kosmos 497
13.2.5 Beobachtete Parameter des heutigen Kosmos 498
13.2.6 Olbers Paradox 502
13.3 Evolution des Kosmos 502
13.3.1 Planckzeit 503
13.3.2 Fundamentale Teilchen und Wechselwirkungen 503
13.3.3 Entwicklung des Kosmos nach dem Standardmodell 505
13.3.4 Inflationärer Kosmos 508
13.3.5 Andere Kosmologien 509
14. Kosmogonie 14.1 Entstehung der Sonne und des Planetensystems 511
des Sonnensystems 14.1.1 Überblick über das Planetensystem 511
14.1.2 Protoplanetare Scheibe und Entstehung der Planeten 513
14.1.3 Entstehung der Meteorite 515
14.1.4 Entstehung des Erde Mond Systems 517
14.1.5 Planetensysteme bei anderen Sternen 520
14.2 Entwicklung der Erde und des Lebens 522
14.2.1 Entwicklung der Atmosphäre und der Ozeane 522
14.2.2 Molekularbiologische Grundlagen 523
14.2.3 Präbiotische Moleküle 526
14.2.4 Entwicklung der Lebewesen 528
Anhang A.l Verschiedene Einheiten, Internationales Einheitensystem
und Gaußsches System 535
A.2 Namen der Sternbilder 539
Ausgewählte Probleme 541
Literatur und Daten 549
Quellennachweis 557
Sachverzeichnis 563
Physikalische Fundamentalkonstanten (Hintere Einbandinnenseite)
Astronomische Konstanten und Einheiten (Hintere Einbandinnenseite) |
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