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2016 | Buch

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Faszination Astronomie

Ein topaktueller Einstieg für alle naturwissenschaftlich Interessierten

verfasst von: Arnold Hanslmeier

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

In diesem Werk vermittelt Prof. Arnold Hanslmeier moderne und faszinierende astronomische Kenntnisse. Das Buch beginnt mit der Beschreibung des Ursprungs des Universums und reicht bis hin zu dunkler Materie, schwarzen Löchern und der Entstehung des Sonnensystems. Abgerundet wird es am Ende schließlich durch die spannende Frage: Sind wir allein im Universum?

In dem Buch, das aus einer an der Universität Graz gehaltenen Vorlesung für Studierende aller Fakultäten entstanden ist, erläutert der Autor mit Hilfe vieler farbiger Bilder die Zusammenhänge anschaulich und allgemein verständlich, ohne dabei zu viel Grundwissen an Mathematik und Physik zu verlangen. Etwas tiefergehende Formeln und Textstellen sind vom Rest des Textes getrennt und können, ohne den Zusammenhang zu verlieren, übersprungen werden. Die vorliegende zweite Auflage wurde nun überarbeitet und aktualisiert.

Das Buch wendet sich nicht nur an Studierende, sondern auch an interessierte Laien sowie an alle, die sich mit modernen Erkenntnissen der Naturwissenschaft beschäftigen.

"Physik, insbesondere Astrophysik, kann extrem spannend sein, ich hoffe, meine Leserinnen und Leser gewinnen durch die Lektüre dieses Buches genau diesen Eindruck!" A. Hanslmeier

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Kräfte, die das Universum bestimmen

Zusammenfassung

In diesem Kapitel untersuchen wir, welche Kräfte im Universum vorkommen.

Nach der Lektüre werden Sie verstehen, weshalb

es unterschiedliche Kräfte wie Gravitation oder Elektromagnetismus gibt,
das Universum von der schwächsten Kraft geformt wird,
es Atomkerne überhaupt geben kann,
Protonen und Neutronen keine Elementarteilchen sind,
Kräfte übertragen werden.

Erstaunlicherweise sind es vier Grundkräfte. Es stellt sich natürlich die Frage, weshalb gerade vier Kräfte und nicht mehr oder gar nur eine Grundkraft. Die Kräfte sind sehr unterschiedlich, was ihre Reichweite und Stärke anbelangt. Ausgerechnet die schwächste der vier Kräfte ist es, die die Struktur des Universums bestimmt.

Arnold Hanslmeier

2. Der Urknall – Wie alles begann

Zusammenfassung

In diesem Kapitel beschreiben wir die frühen Phasen des Universums. Zunächst betrachten wir, welche Hinweise es von den Beobachtungen her gibt, dass der Urknall wirklich stattgefunden hat. Dann gehen wir zurück auf das im vorigen Kapitel beschriebene Standardmodell der Physik der Teilchen und Kräfte.

Sie werden nach der Lektüre dieses Kapitels Antwort auf folgende Fragen geben können:

Wann und wie ist das Universum entstanden?
Was war vor dem Universum?
Was ist außerhalb des Universums?
Was bedeutet Raum-Zeit?
Was ist die Kernaussage der Allgemeinen Relativitätstheorie?
Wie wissen wir, dass es einen Urknall gab?

Arnold Hanslmeier

3. Die Welt der Planeten

Zusammenfassung

In diesem Abschnitt behandeln wir die Planeten des Sonnensystems. Wir definieren heute acht große Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Pluto wird nicht mehr zu den großen Planeten gezählt, da inzwischen viele Objekte im Sonnensystem gefunden wurden, die ähnlich in Größe von Pluto sind.

Generell unterteilt man die großen Planeten des Sonnensystems in zwei Klassen. Die erdähnlichen oder terrestrischen Planeten besitzen eine feste Oberfläche, die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind deutlich größer und bestehen hauptsächlich aus Gas und einem festen Kern.

Ein Größenvergleich der Planeten mit der Sonne ist in Abb. 3.1 gegeben.

Nach der Lektüre dieses Kapitels haben Sie einen Überblick

vom Aufbau des Planetensystems,
können Planeten untereinander vergleichen,
verstehen den Sinn der vergleichenden Planetenforschung,
verstehen, wie man z. B. durch den Vergleich Erdatmosphäre mit Venusatmosphäre Informationen über die Folgen der Klimaerwärmung der Erde bekommt,
sie lernen die bizarren Welten der Planetenmonde kennen.

Arnold Hanslmeier

4. Zwergplaneten und Kleinkörper

Zusammenfassung

In diesem Abschnitt behandeln wir zunächst die neu definierte Klasse von Zwergplaneten, dann die Kleinplaneten oder Asteroiden, die Kometen sowie die Materie zwischen den Planeten, die interplanetare Materie.

Sie werden nach der Lektüre des Kapitels wissen, was

der Unterschied zwischen Kleinplaneten, Zwergplaneten ist,
wieso es Asteroidengürtel gibt,
ob der Erde eine Gefahr durch Asteroideneinschläge droht,
was es mit Kometen auf sich hat,
weshalb die Erforschung der Kleinkörper (im engl. als SSSBs bezeichnet, small solar system bodies) unseren künftigen Bedarf an Metallen und anderen Rohstoffen sichern könnte.

Arnold Hanslmeier

5. Die Mechanik des Himmels

Zusammenfassung

Lässt sich die Bewegung von Erde, Mond und Planeten für alle Zeiten mit hoher Genauigkeit vorhersagen? Als man das Gravitationsgesetz kannte, glaubte man, die Bewegung der Planeten, des Mondes und der Sonne am Himmel seien exakt berechenbar, vorausgesetzt, man kennt alle Anfangsdaten genau genug. Das Universum sei also deterministisch, vorausberechenbar. P. S. Laplace (1749–1827) meinte, wenn man von allen Objekten im Universum die genaue Position, Geschwindigkeit sowie die Kräfte kennt, die zwischen diesen Körpern wirken, dann wäre die Zukunft völlig vorhersagbar. Ein Wesen, das diese Größen kennt, wurde als Laplace-Dämon bezeichnet – wir würden heute dazu Supercomputer sagen. Ist das Universum vollständig berechenbar, sind die Planetenbahnen für alle Zeiten stabil? Es wurden sogar Preise dafür ausgesetzt, diese Frage zu beantworten.

In diesem Abschnitt erfahren Sie

was ein Zweikörperproblem ist,
was die Lagrangepunkte bedeuten,
wie sich Sonnen- und Mondfinsternisse vorhersagen lassen,
wie stabil das Sonnensystem wirklich ist.

Arnold Hanslmeier

6. Die Sonne – der Stern, von dem wir leben

Zusammenfassung

Ohne Sonne kein Licht, keine Wärme, kein Leben auf der Erde. Die Erde, falls es sie überhaupt gäbe, wäre ein mit Eis bedeckter toter dunkler Planet. Die Bedeutung der Sonne für das Leben auf der Erde wurde von allen Völkern erkannt, und in vielen Religionen wurde die Sonne als Gottheit verehrt. In der modernen Astrophysik gibt es zwei besondere Gründe, sich mit der Erforschung unseres nächsten Sternes genauer zu beschäftigen. Erstens ist die Sonne der einzige Stern, wo wir eine große Vielzahl von Oberflächendetails wie Flecken, Protuberanzen, Fackeln, Flares usw. beobachten können. Selbst mit dem größten Teleskop der Welt sieht man Sterne nur punktförmig. Der nächste Stern ist also die 150.000.000 km entfernte Sonne, Proxima Centauri ist mehr als 300.000-mal so weit entfernt. Zweitens wissen wir, dass die Sonne einen großen Einfluss auf die Erde und den erdnahen Weltraum hat. Bei starken Sonnenstürmen können Satelliten instabil werden, Funkverbindungen werden gestört usw. Um die Schäden gering zu halten, möchte man das hauptsächlich von der Sonne beeinflusste Weltraumwetter (engl. space weather) vorhersagen.

In diesem Kapitel erfahren Sie etwas über

die Sonne als nächster Stern,
wie die Sonne leuchtet,
was Sonnenflecken sind,
ob die Sonne konstant leuchtet,
wie die Sonnenaktivität unsere hochtechnisierte Gesellschaft bedroht.

Arnold Hanslmeier

7. Sterne – Entstehung, Aufbau und Entwicklung

Zusammenfassung

In diesem Abschnitt behandeln wir die Entstehung, den Aufbau sowie die Entwicklung von Sternen. Wir werden sehen, dass Sterne auch heute noch entstehen, dass sie sich entwickeln, wobei die Entwicklung von deren Masse abhängt. Wenn der nukleare Brennstoffvorrat verbraucht ist, erreichen Sterne je nach Masse eines der drei möglichen Endstadien: Weiße Zwerge, Neutronensterne oder Schwarze Löcher. Wir werden auch die Entwicklung unserer Sonne genau angeben.

Am Ende des Kapitels können Sie diskutieren über:

Wie lange leben Sterne?
Wie entstehen Sterne?
Wird die Sonne zu einem Schwarzen Loch?
Was sind Weiße Zwerge und Neutronensterne?

Arnold Hanslmeier

8. Die Welt der Galaxien

Zusammenfassung

In diesem Kapitel behandeln wir zunächst unsere kosmische Heimat, die Milchstraße. Bis um 1920 glaubte man, das Universum bestehe nur aus der Milchstraße, und die zahlreichen anderen, teils spiralförmigen Nebelflecken wurden als Bestandteile unserer Milchstraße gedeutet. Erst als man mit größeren Teleskopen (z. B. das 2,5-Meter-Mt.-Wilson-Teleskop) die Entfernung des Andromedanebels bestimmen konnte, zeigte sich dass dieser nicht zu unserer Milchstraße gehören kann. Die anderen Galaxien wurden dann auch als Welteninseln bezeichnet. Wir werden verschiedene Typen von Galaxien besprechen sowie deren Aufbau und Entstehung. Galaxien ordnen sich zu Haufen und diese wiederum zu Superhaufen. Damit sind wir dann bei den größten im Universum vorkommenden Strukturen angelangt.

In diesem Kapitel erfahren Sie

welche Arten von Galaxien es gibt,
wie man Entfernungen von Galaxien bestimmen kann,
dass in Quasaren riesige Schwarze Löcher Sterne verschlingen,
was Galaxienhaufen sind.

Arnold Hanslmeier

9. Leben im Universum?

Zusammenfassung

In diesem Kapitel beschreiben wir eine der wichtigsten und spannendsten Fragen der modernen astronomischen Forschung: die Suche nach Leben im Universum. Eine Beantwortung der Frage, ob wir alleine im Universum sind, oder ob es andere, und falls, wie viele Zivilisationen gibt, hätte große philosophisch-ethische Aspekte. Wir werden zunächst versuchen eine Antwort zu geben, was Leben überhaupt ist und auszeichnet, dann die habitablen Zonen besprechen sowie die Möglichkeiten der Entstehung des Lebens auf der Erde und anderen Himmelskörpern im Sonnensystem. Dann wenden wir uns den sogenannten Exoplaneten zu, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Schließlich erläutern wir noch Möglichkeiten einer Kontaktaufnahme bzw. Kommunikation.

Nach der Lektüre dieses Kapitels wissen Sie,

ob unser Planetensystem die Ausnahme ist, oder Planetensysteme um Sterne häufig sind,
ob wir Kontakt mit Außerirdischen aufnehmen können,
wie man Exoplaneten finden kann,
ob es in absehbarer Zeit einen direkten Kontakt mit Außerirdischen geben wird.

Arnold Hanslmeier

Backmatter

Titel: Faszination Astronomie
verfasst von: Arnold Hanslmeier
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-49037-2
Print ISBN: 978-3-662-49036-5
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-49037-2

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