Einführung in Astronomie und Astrophysik:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Spektrum Akad. Verl.
2007
|
| Ausgabe: | 2. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 556 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783827418463 3827418461 |
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Inhaltsverzeichnis
Einleitung 1
1 Sphärische Astronomie 4
1.1 Koordinatensysteme 4
1.1.1 Horizontsystem 5
1.1.2 Äquatorsystem 6
1.1.3 Ekliptiksystem 8
1.1.4 Galaktisches System 9
1.1.5 Transformationen der Systeme 9
1.2 Die Zeit 11
1.2.1 Definitionen, Sonnenzeit und Sternzeit 11
1.2.2 Kalender 14
1.2.3 Der Stern von Bethlehem 18
1.3 Sternpositionen 19
1.3.1 Refraktion 20
1.3.2 Aberration 22
1.3.3 Parallaxe 24
1.3.4 Präzession, Nutation 25
1.3.5 Sternkataloge 27
1.3.6 Lichtablenkung und Exoplaneten 28
r 1.4 Orts- und Zeitbestimmung 29
'_ 1.4.1 Geographische Breite * 29
1.4.2 Zeitbestimmung 30
1.4.3 Moderne Navigationssysteme 31
2 Geschichte der Astronomie 32
2.1 Astronomie der Vor- und Frühgeschichte 32
2.1.1 Ägypten, Mesopotamien 34
2.1.2 China 36
2.1.3 Mittel- und Nordamerika 36
\ 2.1.4 Altes Europa 37
i
VI INHALTSVERZEICHNIS
2.2 Astronomie der Griechen 37
2.2.1 Philosophische Überlegungen 37
2.2.2 Erste Messungen 38
2.2.3 Navigation 41 .
2.3 Astronomie im Mittelalter und frühe Neuzeit 42
2.3.1 Astronomie der Araber 42 ;
2.3.2 Mittelalter 42
2.3.3 Geozentrisch — heliozentrisch 43
2.3.4 Kepler, Galilei, Newton 45
2.3.5 Himmelsmechanik 49
2.4 Moderne Astrophysik und Kosmologie 50
2.4.1 Die Entdeckung weiterer Objekte im Sonnensystem . . 50
2.4.2 Astrophysik 52
2.4.3 Das Universum 54
2.4.4 Schlussbemerkung 55
3 Himmelsmechanik 56
3.1 Mond und Planetenbahnen 56
3.1.1 Ephemeridenrechnung 58
3.1.2 Scheinbare Planetenbahnen am Himmel 60
3.1.3 Periheldrehung 63 ;
3.1.4 Mondbahn 63
3.2 Zweikörperproblem 66
3.2.1 Drehimpuls, Flächensatz 68
3.2.2 Bahnform 68
3.2.3 Energiesatz 69
3.2.4 Drittes Keplergesctz 71
3.3 N-Körperproblem 72
3.3.1 Das allgemeine N-Körperproblem 72
3.3.2 Das allgemeine Dreikörperproblem 73
3.3.3 Eingeschränktes Dreikörperproblem 74
3.4 Raumflug 81
3.4.1 Entweichgeschwindigkeiten 81
3.4.2 Raketenformel 82
3.4.3 Satellit im Erdorbit 85
3.4.4 Einflüsse auf Satellitenbahnen 86
3.5 Resonanzen im Planetensystem 87
3.5.1 Chaos 87
3.5.2 Resonanzen im Sonnensystem 88
3.5.3 Migration von Planeten 89
3.6 Finsternisse 89 i
3.6.1 Mondfinsternisse 89 I
3.6.2 Sonnenfinsternisse 91
INHALTSVERZEICHNIS VII
3.6.3 Planetentransits 93
4 Astronomische Instrumente 95
4.1 Teleskope 95
4.1.1 Abbildungsfehler 100
4.1.2 Teleskoptypen 102
4.1.3 Teleskopmontierungen 104
4.1.4 Robotische Teleskope 105
4.2 Moderne optische Teleskope 105
4.2.1 Moderne erdgebundene Teleskope 105
4.2.2 Das Hubble-Space-Teleskop und andere Projekte . 109
4.3 Detektoren 111
4.3.1 Menschliches Auge, Photographie 111
4.3.2 CCD 112
4.3.3 CMOS 113
4.3.4 Speckle-Interferometrie 113
4.3.5 Bildkorrektur 113
4.4 Nicht optische Teleskope . 114
4.4.1 Radioteleskope 114
4.4.2 Infrarotteleskope . 117
4.4.3 Röntgenteleskope . 119
4.5 Spektroskopie 119
4.5.1 Allgemeines zur Spektroskopie 119
4.5.2 Typen von Spektrographen 122
4.6 Strahlung und Spektrum . 123
4.6.1 Das elektromagnetische Spektrum 123
4.6.2 Thermische Strahlung 124
4.6.3 Emissions- und Absorptionslinien 125
4.6.4 Polarisiertes Licht 128
4.6.5 Magnetfelder und Strahlung 130
4.6.6 Einsteinkoeffizienten 132
4.6.7 Kohärenz 133
5 Physik der Körper des Sonnensystems 134
5.1 Übersicht 134
5.2 Eigenschaften der Planeten 137
5.2.1 Rotationsdauer . 137
5.2.2 Massenverteilung • 138
5.2.3 Albedo 138
5.2.4 Spektrum 139
5.2.5 Globaler Energiehaushalt 139
5.2.6 Hydrostatisches Gleichgewicht 140
5.2.7 Stabilität eines Satelliten, Roche-Grenze 141
j
VIII INHALTSVERZEICHNIS \
5.2.8 Planetenatmosphären 142 j
5.3 Die Erde 144 j
5.3.1 Aufbau der Erde 144 ;
5.3.2 Geologische und biologische Entwicklung 146
5.3.3 Erdmagnetfeld 147
5.3.4 Erdatmosphäre 149 ;
5.4 Der Mond 154 =
5.4.1 Allgemeines 154
5.4.2 Entstehung des Mondes 157
5.5 Merkur 158
5.6 Venus 160 )
5.6.1 Oberfläche der Venus 161 ]
5.6.2 Atmosphäre der Venus 162 j
5.7 Mars 164 j
5.7.1 Marsoberflächc 165 {
5.7.2 Marsatmosphäre 168 ;
5.7.3 Marsmonde 169 |
5.8 Jupiter 170 |
5.8.1 Allgemeine Eigenschaften 170 »
5.8.2 Jupiteratmosphäre 172 j
5.8.3 Magnetosphäre des Jupiter 173 j
5.8.4 Jupiterringe und Jupitermonde 174 j
5.9 Saturn 177 ]
5.9.1 Saturnringe 178 \
5.9.2 Saturnmonde 179 '
5.10 Uranus und Neptun 181 '
5.10.1 Entdeckung und allgemeine Eigenschaften 181 '
5.10.2 Ringe und Satelliten von Uranus und Neptun 183 ¦
5.11 Zwergplaneten 184 s
5.11.1 Pluto 184 i
5.11.2 Ceres und weitere Zwergplaneten 185 I
5.12 Asteroiden 185 j
5.12.1 Benennung und Typen 185 J
5.12.2 Verteilung der Asteroiden 188 \
5.12.3 NEOs 189 ;
5.13 Kometen 191
5.13.1 Kuipergürtel und Oort'sehe Wolke 194
5.13.2 Sungrazer 196 j
5.14 Meteoroiden 197 j
5.14.1 Nomenklatur 197
5.14.2 Klassifikation 198
5.14.3 Interplanetare Materie 199
INHALTSVERZEICHNIS IX
5.15 Entstehung des Sonnensystems 200
5.15.1 Extrasolare Planetensysteme 200
5.15.2 Theorien der Entstehung 202
5.15.3 Protoplanetarer Nebel 204
6 Die Sonne 206
6.1 Grunddaten und Koordinaten 206
6.1.1 Grunddaten 206
6.1.2 Koordinaten 207
6.1.3 Entfernung 207
6.1.4 Sonnenmasse 209
6.1.5 Radius 209
6.1.6 Leuchtkraft 210
6.1.7 Effektive Temperatur 210
6.1.8 Sonnenbeobachtung 211
6.2 Der Aufbau der Sonne, die ruhige Sonne 213
6.2.1 Sonneninneres 213
6.2.2 Photosphäre 215
6.2.3 Chromosphäre 217
6.2.4 Korona 218
6.3 Die Aktive Sonne 219
6.3.1 Flecken 219
6.3.2 Fackeln 223
6.3.3 Protuberanzen 223
6.3.4 Flares 224
6.3.5 Die Radiostrahlung 227
6.3.6 Röntgenstrahlung der Korona 229
6.4 Solarterrestrische Beziehungen 231
6.4.1 Der Sonnenaktivitätszyklus 231
6.4.2 Zeitreihen, Periodenanalyse 232
6.4.3 Die solare Irradianz 233
6.5 Helioseismologie . 237
6.5.1 Mathematische Beschreibung . 238
6.5.2 Beobachtungsergebnisse . 241
6.6 Magnetohydrodynamik der Sonne 243
6.6.1 Maxwell-Gleichungen 243
6.6.2 Induktionsgleichung . 245
6.6.3 Plasmagleichungen . 246
6.6.4 Bewegung eines Teilchens in einem Magnetfeld . 248
X INHALTSVERZEICHNIS \
7 Zustandsgrößen der Sterne 252 ;
7.1 Entfernung, Helligkeiten 252 •
7.1.1 Scheinbare Helligkeit 252 j
7.1.2 Entfernung 253 j
7.1.3 Absolute Helligkeit, Entfernungsmodul 254 j
7.1.4 Bolometrische Helligkeit 255
7.2 Sternradien 256
7.2.1 Sterninterferometer 256 j
7.2.2 Sternbedeckungen durch den Mond 257 j
7.2.3 Bedeckungsveränderliche Sterne 258 j
7.2.4 Speckleinterferometrie 260 j
7.2.5 Microlensing 261 \
7.3 Masse 261 j
7.3.1 Drittes Keplergesetz 261 j
7.3.2 Gravitationsrotverschiebung 263 I
7.3.3 Abgeleitete Größen 264 |
7.4 Sterntemperaturen 264 i
7.4.1 Sterne als Schwarze Körper 264 j
7.4.2 Weitere Temperaturbegriffe 265 {
7.5 Klassifikation der Sterne, HRD 266 j
7.5.1 Spektralklassifikation 266
7.5.2 Das Hertzsprung-Russell-Diagramm 267 1
7.5.3 Leuchtkraftklassen 270 f
7.5.4 Balmersprung 272 I
7.5.5 Sternpopulation und FHD 273 :
7.5.6 Die Masse-Leuchtkraft-Beziehung 273 i
7.6 Rotation und Magnetfelder 274 :
7.6.1 Rotation 274 ;
7.6.2 Magnetfelder 276 i
7.7 Besondere Sterne 277 |
7.7.1 Helle Sterne 277 !
7.7.2 Algol und Bedeckungsveränderliche 278 j
8 Sternatmosphären 281 i
8.1 Quantenmechanische Beschreibung 281 ;
8.1.1 Beschreibung eines Teilchens 282
8.1.2 Schrödingergleichung 282 ;
8.1.3 Wellenfunktionen für Wasserstoff 283 i
8.1.4 Quantenzahlen 286 \
8.1.5 Elektronenkonfigurationen 286 |
8.1.6 Wasserstoff-Feinstruktur 287
8.1.7 Komplexe Atome 288 ]
8.2 Anregung und Ionisation 289 j
5
INHALTSVERZEICHNIS XI
8.2.1 Thermodynamisches Gleichgewicht 289
8.2.2 Boltzmannformel 291
8.2.3 Saha-Gleichung 292
8.3 Strahlungstransport 293
8.3.1 Lösungen der Transportgleichung 297
8.4 Absorptionskoefnzienten 300
8.4.1 Kontinuierliche Absorption 300
8.4.2 Streuung 301
8.4.3 Theorie der Absorptionslinien 302
8.5 Linienprofile 305
8.5.1 Dämpfung 305
8.5.2 Dopplerverbreiterung 306
8.5.3 Voigtprofil 308
8.6 Analyse von Sternspektren 308
8.6.1 Wachstumskurven 308
8.6.2 Quantitative Spektralanalyse 310
8.7 Sternatmosphärenmodelle 311
8.7.1 Vergleich: Sonne und Wega 311
8.7.2 Numerische Lösungen 312
9 Sternaufbau 316
9.1 Physikalische Grundgesetze des Sternaufbaus 316
9.1.1 Hydrostatisches Gleichgewicht 316
9.1.2 Bewegungsgleichung bei sphärischer Symmetrie . 318
9.1.3 Hydrostatisches Gleichgewicht nach der Allgemeinen
Relativitätstheorie 320
9.1.4 Zustandsgieichung 321
9.1.5 Entartung 323
9.1.6 Zusammenfassung: Zustandsgieichung 325
9.2 Energietransport 325
9.2.1 Konvektion 326
9.2.2 Strahlungstransport 326
9.2.3 Opazität 329
9.3 Energiequellen 330
9.3.1 Energieerzeugung durch Kontraktion 331
9.3.2 Thermonukleare Energieerzeugung 331
9.3.3 Neutrinos 337
9.4 Spezielle Sternmodelle 339
9.4.1 Polytrope Modelle 339
9.4.2 Homologe Gleichungen 342
XU INHALTSVERZEICHNIS
10 Sternentwicklung 343
10.1 Sternentstehung und Entwicklung 343 '
10.1.1 Protosterne 343 j
10.1.2 Kollaps eines sonnenähnlichen Sterns 346 j
10.1.3 Entwicklung eines Sterns mit einer Sonnenmasse . 347
10.2 Weiße Zwerge 349
10.2.1 Allgemeine Eigenschaften 349
10.2.2 Allgemeine Relativitätstheorie und Weiße Zwerge . 351 j
10.2.3 Magnetfelder 352 j
10.2.4 Braune Zwerge 352 |
10.3 Neutronensterne 353 ;
10.3.1 Bildung von Neutronensternen 353 j
10.3.2 Pulsare 354 j
10.4 Supernovae 359 j
10.4.1 Klassifizierung 359 J
10.4.2 Kernsynthese während einer SN 361 ;
10.4.3 Beobachtete Supernovae 362 ;
10.5 Schwarze Löcher 364 j
10.5.1 Allgemeines 364 (
10.5.2 Kandidaten für Schwarze Löcher 365 j
10.5.3 Quantentheorie Schwarzer Löcher 366 j
10.5.4 Akkretion 367 j
10.6 Gamma Ray Bursts 368 •
10.6.1 Eigenschaften der GRB 368 j
10.6.2 Erklärung der GRB 369 I
10.7 Vergleich der Sternentwicklung 369 ;
10.8 Veränderliche Sterne 370 \
10.8.1 Allgemeines 370 ]
10.8.2 Pulsationsveränderliche 372 «
10.8.3 Halbregelmäßig Veränderliche 374 ;
10.8.4 Eruptive Veränderliche 375 j
10.8.5 Pekuliare Sterne 378 j
10.8.6 Planetarische Nebel 379 j
10.8.7 Sternaktivität 379 ¦
11 Interstellare Materie 382 ;
11.1 Entdeckung, allgemeine Eigenschaften 382 }
11.2 Interstellarer Staub 383 |
11.2.1 Extinktion 383 i
11.2.2 Streuung 385 |
11.2.3 Polarisation 386 \
11.3 Interstellares Gas 387
11.3.1 Neutraler Wasserstoff 387
INHALTSVERZEICHNIS XIII
11.4 Emissionsnebel, H-II-Regionen 389
11.4.1 Besondere Emissionsnebel 392
11.4.2 Lichtechos 394
11.5 Kosmische Strahlung 394
12 Die Galaxis 397
12.1 Entfernungsbestimmungsmethoden 398
12.1.1 Trigonometrische Methoden 398
12.1.2 Photometrische Standardkerzen 400
12.2 Der Aufbau unserer Milchstraße 401
12.2.1 Grober Aufbau 401
12.2.2 Galaktische Koordinaten 402
12.2.3 Verteilung der Sterne 403
12.3 Sternpopulationen und Dichtewellen 409
12.3.1 Sternpopulationen 409
12.3.2 Dichtewellen, Spiralstruktur 411
12.4 Rotation der Galaxis 412
12.4.1 Radial- und Tangentialbewegung 412
12.4.2 Galaktische Rotation, LSR 413
12.4.3 Galaktische Rotationskurve 414
12.5 Dunkle Materie in der Milchstraße 419
12.5.1 Natur der dunklen Materie 419
12.5.2 Galaktisches Microlensing 420
12.6 Galaktisches Zentrum 423
12.6.1 Definition des Zentrums 423
12.6.2 Zentraler Sternhaufen und Schwarzes Loch 424
12.7 Spiralarme und andere Eigenschaften 424
13 Extragalaktische Systeme 426
13.1 Klassifikation 426
13.1.1 Verzeichnisse 426
13.1.2 Hubble-Klassifikation 427
13.1.3 Andere Klassifikationen von Galaxien 429
13.1.4 Elliptische Galaxien, E 429
13.1.5 Spiralgalaxien 431
13.1.6 Irreguläre Galaxien 433
13.1.7 Verteilung auf Typen 433
13.1.8 Integrale Eigenschaften und Durchmesser 434
13.1.9 Die Magellan'schen Wolken 435
13.1.10Populationssynthese 436
13.2 Supermassive Schwarze Löcher 437
13.2.1 Detektion SMBHs 437
13.2.2 SMBHs und Galaxieneigenschaften 438
XIV INHALTSVERZEICHNIS
13.3 Aktive Galaxien • 4;J9
13.3.1 Aktive Galaxienkerne 439
13.3.2 Radiogalaxien 441
13.3.3 Quasare 444
13.3.4 Galaxien mit hoher Rotverschiebung 450
13.3.5 Blazare 450
13.4 Galaxienhaufen 451
13.4.1 Superhaufen 452
14 Kosmologie 454
14.1 Beobaehtungsergebnis.se • 454
14.1.1 Blick in die Vergangenheit 455
14.1.2 Olbers-Paradoxon 455
14.1.3 Zählungen 455
14.1.4 Die Galaxienflucht 456
14.1.5 Homogenität und Isotropie . . • 457
14.1.6 Methoden der Entfernungsbestimmung 458
14.2 Newtorrsche Kosmologie 458
14.2.1 Expansion 459
14.2.2 Bewegungsgleichung • 459
14.2.3 Energieerhaltung 460
14.3 Relativitätstheorie 461
14.3.1 Spezielle Relativitätstheorie . 461
14.3.2 Allgemeine Relativitätstheorie 464
14.3.3 Materie und Raum-Zeit-Krümmung 466
14.3.4 Metrik des Raumes 468
14.3.5 Priedmann-Lemaitre-Gleichungen 470
14.3.6 Gravitationswellen 474
14.4 Dunkle Energie, beschleunigte Expansion 474
14.4.1 Beobachtungen 474
14.4.2 Dunkle Energie 475
14.5 Das frühe Universum 476
14.5.1 Urknall-Beobachtungshinweise 476
14.5.2 Sunyaev-Zel'dovich-Effekt 477
14.5.3 Akustische Oszillationen 481
14.5.4 Bildung der Teilchen 482
14.5.5 Quarks und Quark-Gluonen-Plasma 483
14.5.6 Teilchenerzeugung 484
14.6 Symmtriebrechung im frühen Universum • 485
14.6.1 Die vier Naturkräfte 485
14.6.2 Das frühe Universum 487
14.6.3 Inflationäres Universum 487
14.6.4 Stringtheorie 489
INHALTSVERZEICHNIS XV
14.7 Paralleluniversum 493
14.7.1 Quantenschaum 493
14.7.2 Quantenvakuum 494
14.7.3 Paralleluniversen 494
14.8 Zeitskala 495
15 Mathematische Methoden 496
15.1 Statistik 496
15.1.1 Mittelwerte 496
15.1.2 Verteilungsfunktionen 499
15.1.3 Momente 500
15.2 Kurvenfits und Korrelationsrechnung 502
15.2.1 Anpassen von Kurven, Methode kleinster Quadrate . . 502
15.2.2 Korrelationen 506
15.3 Numerische Mathematik 507
15.3.1 Interpolationspolynome 507
15.3.2 Dividierte Differenzen 508
15.3.3 Newton'sches Interpolationsverfahren 508
15.3.4 Interpolation mit ungleichmäßig verteilten Stützstellen 510
15.3.5 Numerische Differenziation 511
15.3.6 Numerische Integration 513
15.3.7 Differenzialgleichungen 514
15.4 Fouriermethoden 517
15.4.1 Autokorrelation 517
15.4.2 Die Fast Fourier Transformation, FFT 518
15.4.3 Digitale Filter 520
15.4.4 Fouriertransformationen in der Optik 521
15.5 Vektorrechnung 523
15.5.1 Allgemeines 523
15.5.2 Gradient, Divergenz, Rotation 525
15.6 Splines 526
16 Anhang 528
16.1 Literatur 528
16.1.1 Allgemein 528
16.1.2 Literatur zu speziellen Themen 529
16.1.3 Zeitschriften 529
16.1.4 Wichtige Internetadressen 530
16.1.5 Software (professionelle) 530
16.2 Testfragen 531
16.3 Tabellen 533
Index 537 |
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Einleitung 1
1 Sphärische Astronomie 4
1.1 Koordinatensysteme 4
1.1.1 Horizontsystem 5
1.1.2 Äquatorsystem 6
1.1.3 Ekliptiksystem 8
1.1.4 Galaktisches System 9
1.1.5 Transformationen der Systeme 9
1.2 Die Zeit 11
1.2.1 Definitionen, Sonnenzeit und Sternzeit 11
1.2.2 Kalender 14
1.2.3 Der Stern von Bethlehem 18
1.3 Sternpositionen 19
1.3.1 Refraktion 20
1.3.2 Aberration 22
1.3.3 Parallaxe 24
1.3.4 Präzession, Nutation 25
1.3.5 Sternkataloge 27
1.3.6 Lichtablenkung und Exoplaneten 28
r 1.4 Orts- und Zeitbestimmung 29
'_ 1.4.1 Geographische Breite * 29
1.4.2 Zeitbestimmung 30
1.4.3 Moderne Navigationssysteme 31
2 Geschichte der Astronomie 32
2.1 Astronomie der Vor- und Frühgeschichte 32
2.1.1 Ägypten, Mesopotamien 34
2.1.2 China 36
2.1.3 Mittel- und Nordamerika 36
\ 2.1.4 Altes Europa 37
i
VI INHALTSVERZEICHNIS
2.2 Astronomie der Griechen 37
2.2.1 Philosophische Überlegungen 37
2.2.2 Erste Messungen 38
2.2.3 Navigation 41 .
2.3 Astronomie im Mittelalter und frühe Neuzeit 42
2.3.1 Astronomie der Araber 42 ;
2.3.2 Mittelalter 42
2.3.3 Geozentrisch — heliozentrisch 43
2.3.4 Kepler, Galilei, Newton 45
2.3.5 Himmelsmechanik 49
2.4 Moderne Astrophysik und Kosmologie 50
2.4.1 Die Entdeckung weiterer Objekte im Sonnensystem . . 50
2.4.2 Astrophysik 52
2.4.3 Das Universum 54
2.4.4 Schlussbemerkung 55
3 Himmelsmechanik 56
3.1 Mond und Planetenbahnen 56
3.1.1 Ephemeridenrechnung 58
3.1.2 Scheinbare Planetenbahnen am Himmel 60
3.1.3 Periheldrehung 63 ;
3.1.4 Mondbahn 63
3.2 Zweikörperproblem 66
3.2.1 Drehimpuls, Flächensatz 68
3.2.2 Bahnform 68
3.2.3 Energiesatz 69
3.2.4 Drittes Keplergesctz 71
3.3 N-Körperproblem 72
3.3.1 Das allgemeine N-Körperproblem 72
3.3.2 Das allgemeine Dreikörperproblem 73
3.3.3 Eingeschränktes Dreikörperproblem 74
3.4 Raumflug 81
3.4.1 Entweichgeschwindigkeiten 81
3.4.2 Raketenformel 82
3.4.3 Satellit im Erdorbit 85
3.4.4 Einflüsse auf Satellitenbahnen 86
3.5 Resonanzen im Planetensystem 87
3.5.1 Chaos 87
3.5.2 Resonanzen im Sonnensystem 88
3.5.3 Migration von Planeten 89
3.6 Finsternisse 89 i
3.6.1 Mondfinsternisse 89 I
3.6.2 Sonnenfinsternisse 91
INHALTSVERZEICHNIS VII
3.6.3 Planetentransits 93
4 Astronomische Instrumente 95
4.1 Teleskope 95
4.1.1 Abbildungsfehler 100
4.1.2 Teleskoptypen 102
4.1.3 Teleskopmontierungen 104
4.1.4 Robotische Teleskope 105
4.2 Moderne optische Teleskope 105
4.2.1 Moderne erdgebundene Teleskope 105
4.2.2 Das Hubble-Space-Teleskop und andere Projekte . 109
4.3 Detektoren 111
4.3.1 Menschliches Auge, Photographie 111
4.3.2 CCD 112
4.3.3 CMOS 113
4.3.4 Speckle-Interferometrie 113
4.3.5 Bildkorrektur 113
4.4 Nicht optische Teleskope . 114
4.4.1 Radioteleskope 114
4.4.2 Infrarotteleskope . 117
4.4.3 Röntgenteleskope . 119
4.5 Spektroskopie 119
4.5.1 Allgemeines zur Spektroskopie 119
4.5.2 Typen von Spektrographen 122
4.6 Strahlung und Spektrum . 123
4.6.1 Das elektromagnetische Spektrum 123
4.6.2 Thermische Strahlung 124
4.6.3 Emissions- und Absorptionslinien 125
4.6.4 Polarisiertes Licht 128
4.6.5 Magnetfelder und Strahlung 130
4.6.6 Einsteinkoeffizienten 132
4.6.7 Kohärenz 133
5 Physik der Körper des Sonnensystems 134
5.1 Übersicht 134
5.2 Eigenschaften der Planeten 137
5.2.1 Rotationsdauer . 137
5.2.2 Massenverteilung • 138
5.2.3 Albedo 138
5.2.4 Spektrum 139
5.2.5 Globaler Energiehaushalt 139
5.2.6 Hydrostatisches Gleichgewicht 140
5.2.7 Stabilität eines Satelliten, Roche-Grenze 141
j
VIII INHALTSVERZEICHNIS \
5.2.8 Planetenatmosphären 142 j
5.3 Die Erde 144 j
5.3.1 Aufbau der Erde 144 ;
5.3.2 Geologische und biologische Entwicklung 146
5.3.3 Erdmagnetfeld 147
5.3.4 Erdatmosphäre 149 ;
5.4 Der Mond 154 =
5.4.1 Allgemeines 154
5.4.2 Entstehung des Mondes 157
5.5 Merkur 158
5.6 Venus 160 )
5.6.1 Oberfläche der Venus 161 ]
5.6.2 Atmosphäre der Venus 162 j
5.7 Mars 164 j
5.7.1 Marsoberflächc 165 {
5.7.2 Marsatmosphäre 168 ;
5.7.3 Marsmonde 169 |
5.8 Jupiter 170 |
5.8.1 Allgemeine Eigenschaften 170 »
5.8.2 Jupiteratmosphäre 172 j
5.8.3 Magnetosphäre des Jupiter 173 j
5.8.4 Jupiterringe und Jupitermonde 174 j
5.9 Saturn 177 ]
5.9.1 Saturnringe 178 \
5.9.2 Saturnmonde 179 '
5.10 Uranus und Neptun 181 '
5.10.1 Entdeckung und allgemeine Eigenschaften 181 '
5.10.2 Ringe und Satelliten von Uranus und Neptun 183 ¦
5.11 Zwergplaneten 184 s
5.11.1 Pluto 184 i
5.11.2 Ceres und weitere Zwergplaneten 185 I
5.12 Asteroiden 185 j
5.12.1 Benennung und Typen 185 J
5.12.2 Verteilung der Asteroiden 188 \
5.12.3 NEOs 189 ;
5.13 Kometen 191
5.13.1 Kuipergürtel und Oort'sehe Wolke 194
5.13.2 Sungrazer 196 j
5.14 Meteoroiden 197 j
5.14.1 Nomenklatur 197
5.14.2 Klassifikation 198
5.14.3 Interplanetare Materie 199
INHALTSVERZEICHNIS IX
5.15 Entstehung des Sonnensystems 200
5.15.1 Extrasolare Planetensysteme 200
5.15.2 Theorien der Entstehung 202
5.15.3 Protoplanetarer Nebel 204
6 Die Sonne 206
6.1 Grunddaten und Koordinaten 206
6.1.1 Grunddaten 206
6.1.2 Koordinaten 207
6.1.3 Entfernung 207
6.1.4 Sonnenmasse 209
6.1.5 Radius 209
6.1.6 Leuchtkraft 210
6.1.7 Effektive Temperatur 210
6.1.8 Sonnenbeobachtung 211
6.2 Der Aufbau der Sonne, die ruhige Sonne 213
6.2.1 Sonneninneres 213
6.2.2 Photosphäre 215
6.2.3 Chromosphäre 217
6.2.4 Korona 218
6.3 Die Aktive Sonne 219
6.3.1 Flecken 219
6.3.2 Fackeln 223
6.3.3 Protuberanzen 223
6.3.4 Flares 224
6.3.5 Die Radiostrahlung 227
6.3.6 Röntgenstrahlung der Korona 229
6.4 Solarterrestrische Beziehungen 231
6.4.1 Der Sonnenaktivitätszyklus 231
6.4.2 Zeitreihen, Periodenanalyse 232
6.4.3 Die solare Irradianz 233
6.5 Helioseismologie . 237
6.5.1 Mathematische Beschreibung . 238
6.5.2 Beobachtungsergebnisse . 241
6.6 Magnetohydrodynamik der Sonne 243
6.6.1 Maxwell-Gleichungen 243
6.6.2 Induktionsgleichung . 245
6.6.3 Plasmagleichungen . 246
6.6.4 Bewegung eines Teilchens in einem Magnetfeld . 248
X INHALTSVERZEICHNIS \
7 Zustandsgrößen der Sterne 252 ;
7.1 Entfernung, Helligkeiten 252 •
7.1.1 Scheinbare Helligkeit 252 j
7.1.2 Entfernung 253 j
7.1.3 Absolute Helligkeit, Entfernungsmodul 254 j
7.1.4 Bolometrische Helligkeit 255
7.2 Sternradien 256
7.2.1 Sterninterferometer 256 j
7.2.2 Sternbedeckungen durch den Mond 257 j
7.2.3 Bedeckungsveränderliche Sterne 258 j
7.2.4 Speckleinterferometrie 260 j
7.2.5 Microlensing 261 \
7.3 Masse 261 j
7.3.1 Drittes Keplergesetz 261 j
7.3.2 Gravitationsrotverschiebung 263 I
7.3.3 Abgeleitete Größen 264 |
7.4 Sterntemperaturen 264 i
7.4.1 Sterne als Schwarze Körper 264 j
7.4.2 Weitere Temperaturbegriffe 265 {
7.5 Klassifikation der Sterne, HRD 266 j
7.5.1 Spektralklassifikation 266
7.5.2 Das Hertzsprung-Russell-Diagramm 267 1
7.5.3 Leuchtkraftklassen 270 f
7.5.4 Balmersprung 272 I
7.5.5 Sternpopulation und FHD 273 :
7.5.6 Die Masse-Leuchtkraft-Beziehung 273 i
7.6 Rotation und Magnetfelder 274 :
7.6.1 Rotation 274 ;
7.6.2 Magnetfelder 276 i
7.7 Besondere Sterne 277 |
7.7.1 Helle Sterne 277 !
7.7.2 Algol und Bedeckungsveränderliche 278 j
8 Sternatmosphären 281 i
8.1 Quantenmechanische Beschreibung 281 ;
8.1.1 Beschreibung eines Teilchens 282
8.1.2 Schrödingergleichung 282 ;
8.1.3 Wellenfunktionen für Wasserstoff 283 i
8.1.4 Quantenzahlen 286 \
8.1.5 Elektronenkonfigurationen 286 |
8.1.6 Wasserstoff-Feinstruktur 287
8.1.7 Komplexe Atome 288 ]
8.2 Anregung und Ionisation 289 j
5
INHALTSVERZEICHNIS XI
8.2.1 Thermodynamisches Gleichgewicht 289
8.2.2 Boltzmannformel 291
8.2.3 Saha-Gleichung 292
8.3 Strahlungstransport 293
8.3.1 Lösungen der Transportgleichung 297
8.4 Absorptionskoefnzienten 300
8.4.1 Kontinuierliche Absorption 300
8.4.2 Streuung 301
8.4.3 Theorie der Absorptionslinien 302
8.5 Linienprofile 305
8.5.1 Dämpfung 305
8.5.2 Dopplerverbreiterung 306
8.5.3 Voigtprofil 308
8.6 Analyse von Sternspektren 308
8.6.1 Wachstumskurven 308
8.6.2 Quantitative Spektralanalyse 310
8.7 Sternatmosphärenmodelle 311
8.7.1 Vergleich: Sonne und Wega 311
8.7.2 Numerische Lösungen 312
9 Sternaufbau 316
9.1 Physikalische Grundgesetze des Sternaufbaus 316
9.1.1 Hydrostatisches Gleichgewicht 316
9.1.2 Bewegungsgleichung bei sphärischer Symmetrie . 318
9.1.3 Hydrostatisches Gleichgewicht nach der Allgemeinen
Relativitätstheorie 320
9.1.4 Zustandsgieichung 321
9.1.5 Entartung 323
9.1.6 Zusammenfassung: Zustandsgieichung 325
9.2 Energietransport 325
9.2.1 Konvektion 326
9.2.2 Strahlungstransport 326
9.2.3 Opazität 329
9.3 Energiequellen 330
9.3.1 Energieerzeugung durch Kontraktion 331
9.3.2 Thermonukleare Energieerzeugung 331
9.3.3 Neutrinos 337
9.4 Spezielle Sternmodelle 339
9.4.1 Polytrope Modelle 339
9.4.2 Homologe Gleichungen 342
XU INHALTSVERZEICHNIS
10 Sternentwicklung 343
10.1 Sternentstehung und Entwicklung 343 '
10.1.1 Protosterne 343 j
10.1.2 Kollaps eines sonnenähnlichen Sterns 346 j
10.1.3 Entwicklung eines Sterns mit einer Sonnenmasse . 347
10.2 Weiße Zwerge 349
10.2.1 Allgemeine Eigenschaften 349
10.2.2 Allgemeine Relativitätstheorie und Weiße Zwerge . 351 j
10.2.3 Magnetfelder 352 j
10.2.4 Braune Zwerge 352 |
10.3 Neutronensterne 353 ;
10.3.1 Bildung von Neutronensternen 353 j
10.3.2 Pulsare 354 j
10.4 Supernovae 359 j
10.4.1 Klassifizierung 359 J
10.4.2 Kernsynthese während einer SN 361 ;
10.4.3 Beobachtete Supernovae 362 ;
10.5 Schwarze Löcher 364 j
10.5.1 Allgemeines 364 (
10.5.2 Kandidaten für Schwarze Löcher 365 j
10.5.3 Quantentheorie Schwarzer Löcher 366 j
10.5.4 Akkretion 367 j
10.6 Gamma Ray Bursts 368 •
10.6.1 Eigenschaften der GRB 368 j
10.6.2 Erklärung der GRB 369 I
10.7 Vergleich der Sternentwicklung 369 ;
10.8 Veränderliche Sterne 370 \
10.8.1 Allgemeines 370 ]
10.8.2 Pulsationsveränderliche 372 «
10.8.3 Halbregelmäßig Veränderliche 374 ;
10.8.4 Eruptive Veränderliche 375 j
10.8.5 Pekuliare Sterne 378 j
10.8.6 Planetarische Nebel 379 j
10.8.7 Sternaktivität 379 ¦
11 Interstellare Materie 382 ;
11.1 Entdeckung, allgemeine Eigenschaften 382 }
11.2 Interstellarer Staub 383 |
11.2.1 Extinktion 383 i
11.2.2 Streuung 385 |
11.2.3 Polarisation 386 \
11.3 Interstellares Gas 387
11.3.1 Neutraler Wasserstoff 387
INHALTSVERZEICHNIS XIII
11.4 Emissionsnebel, H-II-Regionen 389
11.4.1 Besondere Emissionsnebel 392
11.4.2 Lichtechos 394
11.5 Kosmische Strahlung 394
12 Die Galaxis 397
12.1 Entfernungsbestimmungsmethoden 398
12.1.1 Trigonometrische Methoden 398
12.1.2 Photometrische Standardkerzen 400
12.2 Der Aufbau unserer Milchstraße 401
12.2.1 Grober Aufbau 401
12.2.2 Galaktische Koordinaten 402
12.2.3 Verteilung der Sterne 403
12.3 Sternpopulationen und Dichtewellen 409
12.3.1 Sternpopulationen 409
12.3.2 Dichtewellen, Spiralstruktur 411
12.4 Rotation der Galaxis 412
12.4.1 Radial- und Tangentialbewegung 412
12.4.2 Galaktische Rotation, LSR 413
12.4.3 Galaktische Rotationskurve 414
12.5 Dunkle Materie in der Milchstraße 419
12.5.1 Natur der dunklen Materie 419
12.5.2 Galaktisches Microlensing 420
12.6 Galaktisches Zentrum 423
12.6.1 Definition des Zentrums 423
12.6.2 Zentraler Sternhaufen und Schwarzes Loch 424
12.7 Spiralarme und andere Eigenschaften 424
13 Extragalaktische Systeme 426
13.1 Klassifikation 426
13.1.1 Verzeichnisse 426
13.1.2 Hubble-Klassifikation 427
13.1.3 Andere Klassifikationen von Galaxien 429
13.1.4 Elliptische Galaxien, E 429
13.1.5 Spiralgalaxien 431
13.1.6 Irreguläre Galaxien 433
13.1.7 Verteilung auf Typen 433
13.1.8 Integrale Eigenschaften und Durchmesser 434
13.1.9 Die Magellan'schen Wolken 435
13.1.10Populationssynthese 436
13.2 Supermassive Schwarze Löcher 437
13.2.1 Detektion SMBHs 437
13.2.2 SMBHs und Galaxieneigenschaften 438
XIV INHALTSVERZEICHNIS
13.3 Aktive Galaxien • 4;J9
13.3.1 Aktive Galaxienkerne 439
13.3.2 Radiogalaxien 441
13.3.3 Quasare 444
13.3.4 Galaxien mit hoher Rotverschiebung 450
13.3.5 Blazare 450
13.4 Galaxienhaufen 451
13.4.1 Superhaufen 452
14 Kosmologie 454
14.1 Beobaehtungsergebnis.se • 454
14.1.1 Blick in die Vergangenheit 455
14.1.2 Olbers-Paradoxon 455
14.1.3 Zählungen 455
14.1.4 Die Galaxienflucht 456
14.1.5 Homogenität und Isotropie . . • 457
14.1.6 Methoden der Entfernungsbestimmung 458
14.2 Newtorrsche Kosmologie 458
14.2.1 Expansion 459
14.2.2 Bewegungsgleichung • 459
14.2.3 Energieerhaltung 460
14.3 Relativitätstheorie 461
14.3.1 Spezielle Relativitätstheorie . 461
14.3.2 Allgemeine Relativitätstheorie 464
14.3.3 Materie und Raum-Zeit-Krümmung 466
14.3.4 Metrik des Raumes 468
14.3.5 Priedmann-Lemaitre-Gleichungen 470
14.3.6 Gravitationswellen 474
14.4 Dunkle Energie, beschleunigte Expansion 474
14.4.1 Beobachtungen 474
14.4.2 Dunkle Energie 475
14.5 Das frühe Universum 476
14.5.1 Urknall-Beobachtungshinweise 476
14.5.2 Sunyaev-Zel'dovich-Effekt 477
14.5.3 Akustische Oszillationen 481
14.5.4 Bildung der Teilchen 482
14.5.5 Quarks und Quark-Gluonen-Plasma 483
14.5.6 Teilchenerzeugung 484
14.6 Symmtriebrechung im frühen Universum • 485
14.6.1 Die vier Naturkräfte 485
14.6.2 Das frühe Universum 487
14.6.3 Inflationäres Universum 487
14.6.4 Stringtheorie 489
INHALTSVERZEICHNIS XV
14.7 Paralleluniversum 493
14.7.1 Quantenschaum 493
14.7.2 Quantenvakuum 494
14.7.3 Paralleluniversen 494
14.8 Zeitskala 495
15 Mathematische Methoden 496
15.1 Statistik 496
15.1.1 Mittelwerte 496
15.1.2 Verteilungsfunktionen 499
15.1.3 Momente 500
15.2 Kurvenfits und Korrelationsrechnung 502
15.2.1 Anpassen von Kurven, Methode kleinster Quadrate . . 502
15.2.2 Korrelationen 506
15.3 Numerische Mathematik 507
15.3.1 Interpolationspolynome 507
15.3.2 Dividierte Differenzen 508
15.3.3 Newton'sches Interpolationsverfahren 508
15.3.4 Interpolation mit ungleichmäßig verteilten Stützstellen 510
15.3.5 Numerische Differenziation 511
15.3.6 Numerische Integration 513
15.3.7 Differenzialgleichungen 514
15.4 Fouriermethoden 517
15.4.1 Autokorrelation 517
15.4.2 Die Fast Fourier Transformation, FFT 518
15.4.3 Digitale Filter 520
15.4.4 Fouriertransformationen in der Optik 521
15.5 Vektorrechnung 523
15.5.1 Allgemeines 523
15.5.2 Gradient, Divergenz, Rotation 525
15.6 Splines 526
16 Anhang 528
16.1 Literatur 528
16.1.1 Allgemein 528
16.1.2 Literatur zu speziellen Themen 529
16.1.3 Zeitschriften 529
16.1.4 Wichtige Internetadressen 530
16.1.5 Software (professionelle) 530
16.2 Testfragen 531
16.3 Tabellen 533
Index 537 |
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| any_adam_object_boolean | 1 |
| author | Hanslmeier, Arnold 1959- |
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