ASTRONOMIE UND ASTROPHYSIK · Jährliche Parallaxe ... Ephemeriden

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Mathias Scholz

ASTRONOMIE

UND

ASTROPHYSIK Eine Einführung

Physics Textbook




INHALTSVERZEICHNIS

TEIL 1: Die Erde als Beobachtungsort

Die scheinbare Himmelskugel ....................................................................................................................

Tägliche Bewegung, scheinbare Sonnenbahn, Zeitsysteme, Kalender ......................................................

Geographische Koordinaten ......................................................................................................................

Mond und scheinbare Mondbahn .............................................................................................................

Mondphasen ..............................................................................................................................................

Libration .....................................................................................................................................................

Sonnen- und Mondfinsternisse ..................................................................................................................

Scheinbare Planetenbahnen ......................................................................................................................

TEIL 2: Sphärische- und Positionsastronomie

Einführung in die Sphärische Trigonometrie .............................................................................................

Astronomische Koordinatensysteme .........................................................................................................

Koordinatentransformationen ...................................................................................................................

Auf- und Untergangszeiten ........................................................................................................................

Astronomische Ortsbestimmung ...............................................................................................................

Die zeitliche Veränderung von Gestirnskoordinaten .................................................................................

Aberration des Lichts .................................................................................................................................

Refraktion...................................................................................................................................................

Horizontalparallaxe ....................................................................................................................................

Jährliche Parallaxe ......................................................................................................................................

Die Eigenbewegung von Sternen ...............................................................................................................

Local Standard of Rest ...............................................................................................................................

Statistische Parallaxen ...............................................................................................................................

Sternstromparallaxen ................................................................................................................................

Fundamentalsysteme und Fundamentalastronomie ................................................................................

Sternkataloge und Sternatlanten ...............................................................................................................

Sternbilder .................................................................................................................................................

Verzeichnis der Sternbilder ........................................................................................................................


TEIL 3: Himmelsmechanik

Kurze Geschichte der Himmelsmechanik ..................................................................................................

Meilensteine der Himmelsmechanik .........................................................................................................

Physikalische Grundlagen ..........................................................................................................................

Bewegungsgesetze ....................................................................................................................................

Erhaltungssätze ..........................................................................................................................................

Bewegung im Gravitationsfeld ..................................................................................................................

Zweikörperproblem ...................................................................................................................................

Bahnelemente ...........................................................................................................................................

Die Kepler-Gleichung .................................................................................................................................

Bahnbestimmung .......................................................................................................................................

Ephemeriden .............................................................................................................................................

Planetarisches N-Körperproblem ..............................................................................................................

Bahnstörungen ..........................................................................................................................................

Resonanzen ................................................................................................................................................

Drei- und N-Körperprobleme .....................................................................................................................

Eingeschränktes Dreikörperproblem .........................................................................................................

Deterministisches Chaos ............................................................................................................................

Roche-Grenze ............................................................................................................................................

Virialsatz.....................................................................................................................................................

TEIL 4: Astronomische Beobachtungen, Teleskope, Detektoren, Techniken

Astronomie im optischen und infraroten Spektralbereich ........................................................................

Teleskope ...................................................................................................................................................

Refraktoren ................................................................................................................................................

Spiegelteleskope ........................................................................................................................................

Weltraumteleskope ...................................................................................................................................

Observatorien und Riesenteleskope .........................................................................................................

Liste der größten Teleskope der Welt (D>8 m) .........................................................................................

Kompensation mechanischer und optischer Unzulänglichkeiten des Teleskops ......................................

Kompensation des Einflusses der Erdatmosphäre auf die Bildqualität .....................................................

Strahlungsdetektoren ................................................................................................................................

Fotografie ...................................................................................................................................................

CCD (charge coupled devices) ...................................................................................................................


Sekundärelektronenvervielfacher .............................................................................................................

Bolometer ..................................................................................................................................................

Geräte zur Analyse optischer Strahlung ....................................................................................................

Optische Filter ............................................................................................................................................

Polarimeter und Polarimetrie ....................................................................................................................

Spektrographen und Spektroskopie ..........................................................................................................

Optische Interferometrie ...........................................................................................................................

Astronomie im kurzwelligen Spektralbereich ............................................................................................

UV-Astronomie ..........................................................................................................................................

Röntgenastronomie ...................................................................................................................................

Gammaastronomie ....................................................................................................................................

Direkter Nachweis von Gammastrahlung ..................................................................................................

Indirekter Nachweis von Gammastrahlung ...............................................................................................

Radioastronomie ........................................................................................................................................

Radioteleskope ..........................................................................................................................................

Radiointerferometrie .................................................................................................................................

Very-Long-Baseline- Interferometrie .........................................................................................................

Millimeter- und Submillimeterastronomie ................................................................................................

Teleskope für den Millimeter- und Submillimeterbereich ........................................................................

Beobachtungsgeräte und Methoden der Sonnenforschung .....................................................................

Sonnenteleskope .......................................................................................................................................

Optisches Design und Montierung ............................................................................................................

Koronographen ..........................................................................................................................................

Sonnenbeobachtung in Spektralbereichen außerhalb des sichtbaren Lichtes ..........................................

Spektrographen und Spektroheliographen ...............................................................................................

Beobachtung von solaren Magnetfeldern .................................................................................................

Neutrinoastronomie ..................................................................................................................................

Neutrinoteleskope .....................................................................................................................................

Gravitationswellenastronomie ..................................................................................................................


TEIL 5: Planetologie

Was ist ein Planet? .....................................................................................................................................

Innerer Aufbau und Oberflächen planetarer Körper .................................................................................

Das Innere planetarer Körper ....................................................................................................................

Endogene Energiequellen und Wärmetransport .......................................................................................

Wärmetransport in Gesteinsplaneten .......................................................................................................

Seismische Wellen und ihre Nutzung zur Erforschung des Inneren von Gesteinsplaneten ......................

Petrologie von Gesteinsplaneten, Planetoiden und Monden ...................................................................

Die kosmische Elementehäufigkeit ............................................................................................................

Gesteinsbildende Minerale ........................................................................................................................

Gesteine .....................................................................................................................................................

Gesteinsschmelzen (Magmen) ..................................................................................................................

Gesteine auf anderen Planeten .................................................................................................................

Planetenoberflächen .................................................................................................................................

Impakte ......................................................................................................................................................

Tektonische Prozesse und Vulkanismus ....................................................................................................

Atmosphären .............................................................................................................................................

Planetare Magnetfelder .............................................................................................................................

Entstehung planetarer Magnetfelder ........................................................................................................

TEIL 6: Sonnensystem

Die Planeten unseres Sonnensystems .......................................................................................................

Erdartige Planeten .....................................................................................................................................

Merkur .......................................................................................................................................................

Venus .........................................................................................................................................................

Erde ............................................................................................................................................................


AUSFÜHRLICHES INHALTSVERZEICHNIS

TEIL 1: Die Erde als Beobachtungsort

Die scheinbare Himmelskugel ....................................................................................................................

Nachweis der Erdrotation

Geozentrische Weltsicht

Messung von Sternparallaxen

Info: Was ist eigentlich ein Heliometer?

Himmelskugel

Himmelspole

Zenit und Nadir

Himmelsäquator

Meridian

Untere und obere Kulmination

Tägliche Bewegung, scheinbare Sonnenbahn, Zeitsysteme, Kalender ......................................................

Scheinbare Rotation der Himmelskugel

Sonnen- und Sterntag

Zeitgleichung

Zeitzonen

Zeitsysteme

Tag- und Nachtbogen

Sonnenwende

Scheinbare Sonnenbahn, Ekliptik

Kalendersysteme

Gregorianischer Kalender

Julianisches Datum

Info: Wie rechnet man ein bürgerliches Datum in ein Julianisches Datum um und umgekehrt?

Sonnen- und Mondfinsternisse

Tierkreis

Kapitelzusammenfassung

Geographische Koordinaten ......................................................................................................................

Geographische Länge und Breite

Geoid

Referenzellipsoide

Gauß-Krüger-Koordinaten

Info: Was sind Geoundulationen?

Topozentrische und geozentrische Koordinaten

Mond und scheinbare Mondbahn .............................................................................................................

Siderischer Monat

Synodischer Monat

Drakonitischer Monat

Anomalistischer Monat


Große Ungleichheit

Variation

Jährliche Ungleichheit

Lunare Ungleichheit

Säkulare Änderungen der Mondbewegung

Sternbedeckungen durch den Mond

Mondphasen ..............................................................................................................................................

Libration .....................................................................................................................................................

Libration in Länge

Libration in Breite

Tägliche Libration und physische Libration

Sonnen- und Mondfinsternisse .................................................................................................................

Sonnenfinsternisse

Mondfinsternisse

Info: Sarosperiode


Scheinbare Planetenbahnen ......................................................................................................................

Geozentrisches Weltsystem

Epizykeltheorie

Info: Hipparch von Nikaia und die wahre Erdbahn

Scheinbare Planetenbewegungen am Himmel

Planetenphasen

Exkurs: Geozentrische Planetentheorie


TEIL 2: Sphärische- und Positionsastronomie

Einführung in die Sphärische Trigonometrie .............................................................................................

Sphärische Dreiecke

Halbwinkelsätze

Halbseitensätze

Gauß-Delambrische Gleichungen

Napiersche Gleichungen

Spezialfall rechtwinkliges sphärisches Dreieck

Astronomische Koordinatensysteme ........................................................................................................

Astrometrie

Horizontsystem

Äquatorialsystem

Präzession der Erdachse

Platonisches Jahr

Milankovic-Zyklen

Andere astronomische Bezugssysteme

Info: Entstehung der Luni-Solarpräzession

Koordinatentransformationen...................................................................................................................

Äquatorialsystem – Horizontalsystem

Äquatorialsystem – Ekliptikalsystem

Äquatorialsystem – Galaktisches System


Auf- und Untergangszeiten ........................................................................................................................

Tagbogen

Astronomische Ortsbestimmung ...............................................................................................................

Standlinienverfahren

Global Positioning System (GPS)

Exkurs: Wie funktioniert das Global Positioning System (GPS)?


Die zeitliche Veränderung von Gestirnskoordinaten .................................................................................

Schiefe der Ekliptik

Info: Der Frühlingspunkt als Koordinatenursprung der Äquatorialsysteme

Präzession

Nutation

-Drehung der Mondbahnebene in 18.6 Jahren

-Weitere Nutationsperioden

-Nutationsmodelle

Aberration des Lichts .................................................................................................................................

Astronomische Aberration

Apex der Erdbewegung

Geozentrische – heliozentrische Positionen

Refraktion...................................................................................................................................................

Brechungsgesetz

Info: Abplattung der Sonnenscheibe beim Sonnenuntergang

Horizontalparallaxe ....................................................................................................................................

Tägliche Parallaxe

Jährliche Parallaxe ......................................................................................................................................

Entfernungsmessung von Sternen

Trigonometrische Parallaxe

Parsek als astronomische Entfernungseinheit

Die Eigenbewegung von Sternen ...............................................................................................................

Fixsterne

Statistische Parallaxen

Radialgeschwindigkeit, Dopplereffekt

Pekuliarbewegung

Local Standard of Rest ...............................................................................................................................

Apex und Antiapex der Sonnenbewegung

Apexgeschwindigkeit

Statistische Parallaxen ...............................................................................................................................

Komponenten der Eigenbewegung

Rotationsparallaxen

Sternstromparallaxen ................................................................................................................................

Vortex

Sternstrom

Info: Die Hyaden und die kosmische Entfernungsskala


Fundamentalsysteme und Fundamentalastronomie ................................................................................

Inertialsystem

Fundamentalastronomie

Definition eines Fundamentalsystems

Praktische Realisierung

Fundamentalkataloge

Arten von Bezugsrahmen

Sternkataloge und Sternatlanten ..............................................................................................................

Info: Hipparcos- und TYCHO-Katalog

Sternbilder .................................................................................................................................................

Herkunft der Sternbild- und Sterneigennamen

Benennung veränderlicher Sterne

Astronomisches Recherchesystem SIMBAD

Verzeichnis der Sternbilder .......................................................................................................................


TEIL 3: Himmelsmechanik

Kurze Geschichte der Himmelsmechanik ..................................................................................................

Exkurs: Das heliozentrische Weltsystem des Nicolaus Copernicus

Meilensteine der Himmelsmechanik .........................................................................................................

Von Kepler über Lagrange, Poincare, Einstein bis zum KAM-Theorem und dem Projekt „Long-Stop“

Physikalische Grundlagen ..........................................................................................................................

Die Newton’schen „Grundsätze oder Gesetze der Bewegung“ im Originalwortlaut

Bewegungsgesetze ....................................................................................................................................

Trägheitsgesetz

Dynamische Grundgleichung

Gegenwirkungsgesetz

Newton’sches Gravitationsgesetz

Zentralkraftfelder

Poisson-Gleichung

Trägheitskräfte

Info: Wie fand Isaak Newton das Gravitationsgesetz?

Erhaltungssätze ..........................................................................................................................................

Impulserhaltung

Drehimpulserhaltung

Energieerhaltung

Erhaltung des Schwerpunktes

Bewegung im Gravitationsfeld ..................................................................................................................

Schwarzschild-Metrik

Apsidendrehung der Planetenbahnen

Zweikörperproblem ...................................................................................................................................

Kepler-Problem

Bewegungsgleichungen

Drehimpulserhaltung


Zweites Keplersches Gesetz

Bahnform

Runge-Lenz-Vektor

Erstes Keplersches Gesetz

Exkurs: Kegelschnitte

Bahngeschwindigkeiten

Ellipsenbahn

Hyperbelbahn

Parabelbahn

Drittes Keplersches Gesetz

Lösung des Zweikörperproblems

Exkurs: Kepler und die Planetengesetze

Keplers Planetengesetze in Originalfassung (Harmonices mundi, 1619)

Bahnelemente ............................................................................................................................................

Bahnneigung i, Länge des aufsteigenden Knotens Ω

Laplace-Vektor

Perihelabstand �

Gauß’sche Vektoren

Große Halbachse a und Exzentrizität e

Perihelzeit �

Exkurs: Die Erdbahn

Die Kepler-Gleichung .................................................................................................................................

Exzentrische, wahre und mittlere Anomalie

Iterative Lösung der Keplergleichung

Bahnbestimmung .......................................................................................................................................

Methode

Laplace-Problem

Geschichte der Bahnbestimmung

Moderne Methoden zur Bahnbestimmung

Ephemeriden ..............................................................................................................................................

Ephemeridenrechnung

Lösung der Kepler-Gleichung

Info: Wo stand Saturn am 1. März 2008 am Himmel?

Exkurs: Der Flug zur Venus – Hohmann-Bahnen


Planetarisches N-Körperproblem ...............................................................................................................

Bahnstörungen ...........................................................................................................................................

Störungstheorie

Periodische und säkulare Störungen

Allgemeine und spezielle Störungen

Oskulierende Elemente

Tisserand-Kriterium

Info: Milankovic-Zyklen, Erdbahnparameter und die Entwicklung des Klimas

Resonanzen ................................................................................................................................................

Resonanzverhältnis

Laplace-Resonanzen

Kommensurabilitätslücken

Spin-Bahn-Kopplung


Drei- und N-Körperprobleme .....................................................................................................................

Bewegungsgleichungen

Integrale des Drei- bzw. N-Körperproblems

Schwerpunkterhaltung

Baryzentrisches Bezugssystem

Drehimpulserhaltung

Energieerhaltung und Virialsatz

Eingeschränktes Dreikörperproblem .........................................................................................................

Euler’s Lösung

Die Lagrange-Lösung und die Librationspunkte

Stabilität von Bahnen um die Librationspunkte

Dynamische Stabilität und Jacobi-Integral

Kolineare Lagrange-Punkte sind instabil

Dreieckspunkte sind stabil

Librationsbahnen

Horizontale und vertikale Lyapunov-Orbits

Halobahnen

Tadpole- und Horseshoe-Orbits

Info: Halobahnen und Bumerang-Effekt: Die Flugbahn der Raumsonde Genesis

Trojaner

Staubmonde

Hill-Sphäre

Info: Janus und Epimetheus

Deterministisches Chaos ............................................................................................................................

Deterministisches Chaos

Chaotisches Verhalten

Hamilton-Formalismus und Phasenraum

Attraktoren

KAM-Theorem

Langzeitstabilität des Sonnensystems

Dynamische Entwicklung von Planetensystemen

Roche-Grenze ............................................................................................................................................

Gezeitenkräfte

Virialsatz.....................................................................................................................................................


TEIL 4: Astronomische Beobachtungen, Teleskope, Detektoren, Techniken

Essay – Astronomische und astrophysikalische Forschung .......................................................................

Astronomie im optischen und infraroten Spektralbereich ........................................................................

Elektromagnetisches Spektrum

Teleskope ...................................................................................................................................................

Optische Parameter

Abbildungsmaßstab

Auflösungsvermögen

Rayleigh-Kriterium


Refraktoren ................................................................................................................................................

Erfindung des Fernrohrs

Vergrößerung

Bedeutung

Verwendung

Spiegelteleskope ........................................................................................................................................

Kugel- und Parabolspiegel

Sphärische Aberration, Koma

Ritchey-Chretien-Teleskope

Schmidt-Spiegel

Maksutov-Teleskope

Spiegel aus Spiegelsegmenten

Flüssigspiegelteleskope

Teleskopmontierungen

Weltraumteleskope ...................................................................................................................................

Hubble-Weltraumteleskop

Spitzer-Weltraumteleskop (SIRTF)

Herschel-Teleskop

Observatorien und Riesenteleskope ..........................................................................................................

Mauna Kea-Observatorium

Kanarische Inseln

Chilenische Anden

Calar Alto – Sierra de los Filabres / Südspanien

Mount Graham Observatory

Liste der größten Teleskope der Welt (D>8 m) ..........................................................................................

Kompensation mechanischer und optischer Unzulänglichkeiten des Teleskops ......................................

Aktive Optik

Kompensation des Einflusses der Erdatmosphäre auf die Bildqualität .....................................................

Auswirkung der Erdatmosphäre, Szintillation und Seeing

Tip-Tilt-Spiegel

Adaptive Optik

Shack-Hartmann Wellenfrontsensor

Künstlicher Referenzstern


Strahlungsdetektoren ................................................................................................................................

Fotografie ...................................................................................................................................................

Photoplatte

Schwärzungskurve

Schwarzschild-Effekt

Empfindlichkeit

Hypersensibilisierung

CCD (charge coupled devices) ....................................................................................................................

CCD-Chips

Auslesevorgang

FITS – Flexible Image Transport System

Blooming-Effekt


Vorteile von CCD-Kameras

Binning

Rohbild

Dunkelbild-Korrektur

Flatfield-Korrektur

Sekundärelektronenvervielfacher .............................................................................................................

Sternphotometer

Mikrokanalplatten

Bolometer ..................................................................................................................................................

Thermoelektrischer Effekt

Thermoelement

Halbleiterbolometer

Bolometerarray SCUBA

Geräte zur Analyse optischer Strahlung ....................................................................................................

Optische Filter ............................................................................................................................................

Farbfilter

Interferenzfilter

Nebelfilter

Polarimeter und Polarimetrie ....................................................................................................................

Polarisierte Wellen

Lineare und elliptische Polarisation

Polarisationsgrad

Stokes-Parameter

Entstehung polarisierten Lichts

-Synchrotronstrahlung

-Streuung an Staubteilchen

-Dichroitische Absorption

Polarisationsmessungen

Spektrographen und Spektroskopie ..........................................................................................................

Spektralanalyse

Prismenspektrograph

Gitterspektrograph

Auflösungsvermögen eines Spektrographen

Transmissions- und Reflektionsgitter

Spaltspektrographen

Vergleichsspektren

Spaltspektrographen mit Lichtleitkabeln

Objektivprismenspektrographen

Fourier-Spektrographen

-Michelson-Interferometer

-Fourier-Transformation

-Spektrales Auflösungsvermögen

Optische Interferometrie ...........................................................................................................................

Doppelspalt-Interferometer

Sterndurchmesserbestimmung nach der Methode von Michelson und Peaes

Optische Interferometrie mit kohärenter Zusammenführung von Licht aus Einzelteleskopen

Interferometer außerhalb der Erde

Forschungsaufgaben für optische Interferometer

Liste optischer Interferometer



Astronomie im kurzwelligen Spektralbereich ............................................................................................

Strahlungsgesetze

Kurzwelliger Spektralbereich

Synchrotronstrahlung

UV-Astronomie ..........................................................................................................................................

Ozon-Absorption

Lyman-Kontinuum und „interstellarer Nebel“

Entwicklung der UV-Astronomie

UV-Spektroskopie

Röntgenastronomie ...................................................................................................................................

Nachweis von Röntgenstrahlung

Proportionalzähler

Wolter-Teleskope

Weitere Detektionstechniken

Röntgenspektroskopie

Geschichte der Röntgenastronomie

Info: Wie funktionieren Wolter-Spiegel?

Gammaastronomie ....................................................................................................................................

Bremsstrahlung

Inverser Compton-Effekt

Annihilationsprozesse

Kernumwandlungen

Direkter Nachweis von Gammastrahlung ..................................................................................................

Photo- und Comptoneffekt, �� Paarerzeugung

Szintillationszähler

Solid State Gamma-Ray Detectors

Funkenkammern

Compton-Scatter

Compton-Observatorium

Richtungsmessungen

-Starre und Modulationskollimatoren

-Codierte Masken

Indirekter Nachweis von Gammastrahlung ...............................................................................................

Kosmische Strahlung

Cherenkov-Strahlung

Abbildende Cherenkov-Teleskope

MAGIC-Teleskope


Radioastronomie ........................................................................................................................................

Radiofrequenzbereich

Geschichte der Radioastronomie

Radioteleskope ..........................................................................................................................................

Spiegeldurchmesser und Auflösungsvermögen

Oberflächengenauigkeit

Mechanische Deformationen der Spiegelfläche

Empfänger

Antennencharakteristik


Empfängerrauschen

Nyquist-Theorem

Antennentemperatur

Quellentemperatur

Empfängertechnik

Radiospektroskopie

Akustooptische Spektrometer

Autokorrelationsspektrometer

Radiointerferometrie .................................................................................................................................

Funktionsprinzip

Erdrotations-Synthese

Info: Apertursynthese

Very-Long-Baseline- Interferometrie .........................................................................................................

Funktionsweise

HALCA

Wissenschaftliche Resultate

Millimeter- und Submillimeterastronomie ................................................................................................

Frequenzbereich

Molekülspektroskopie

Teleskope für den Millimeter- und Submillimeterbereich ........................................................................

James Clerk Maxwell Telescope (JCMT)

Caltech Submillimeter Observatory (CSO)

Heinrich-Hertz-Telescope (HHT)

IRAM 30-Meter Teleskop

Aracame Large Millimeter Array (ALMA)

Submillimeter-Array auf dem Mauna Kea (SMA)

Great Millimetric Telescope (LMT)

Info: Durchlässigkeit der Erdatmosphäre für Millimeter- und Mikrowellenstrahlung


Beobachtungsgeräte und Methoden der Sonnenforschung .....................................................................

Sonnenteleskope .......................................................................................................................................

Standortwahl

Optisches Design

Optisches Design und Montierung ............................................................................................................

Turmteleskope

Heliostat

Siderostat

Coelostat

Koronographen ..........................................................................................................................................

Lyot-Koronograph

Protuberanzenfernrohre

Extern okkultierende Koronographen

Sonnenbeobachtung in Spektralbereichen außerhalb des sichtbaren Lichtes .........................................

Radio- und Millimeterwellenteleskope

Erdgebundene UV-Beobachtungen

Sonne im EUV-Bereich

EIT von SOHO

TRACE


Solare Röntgenstrahlung

Spektrographen und Spektroheliographen ...............................................................................................

Gitterspektrographen

Echelle-Spektrographen

Spektroheliograph

Beobachtung von solaren Magnetfeldern .................................................................................................

Zeeman-Effekt

Magnetographen


Neutrinoastronomie ..................................................................................................................................

Entdeckung des Neutrinos

Solare Neutrinos

Einfangreaktionen

Neutrino-Elektronenstreuung

Wichtige Neutrinoteleskope und Neutrinodetektoren

Neutrinoteleskope .....................................................................................................................................

Super-Kamiokande

N-200 Baikal

Info: Neutrinooszillationen und der Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein (MSW)-Effekt

ANTARES / NESTOR

AMANDA und ICECUBE

Sudbury Neutrino Observatory (SNO)

Exkurs: Teilchenastrophysik

Info: Auf der Suche nach den WIMPS

Gravitationswellenastronomie ..................................................................................................................

Eigenschaften von Gravitationswellen

Nachweis

Experimente


TEIL 5: Planetologie

Was ist ein Planet? .....................................................................................................................................

Planemos – planetary mass objects

Exoplaneten

Info: Braune Zwergsterne

Pulsarplaneten

Definitionen

-Planetare

-Kuiper-Objekte

-Planeten

-Zwergplaneten

-Plutoide

Info: IAU-Definition von „Planeten“ im Sonnensystem

Planetenmonde


Innerer Aufbau und Oberflächen planetarer Körper .................................................................................

Das Innere planetarer Körper ....................................................................................................................

Hydrostatisches Gleichgewicht

Differentationsprozesse, Diskontinuitätsflächen

Komprimierte und unkomprimierte mittlere Dichte

Zweischalenmodell

Weitere Daten über das Planeteninnere

Trägheitsfaktoren

Trägheitsmoment im Zweischalenmodell

Planetare Gravitationsfelder

-Multipolmomente

-Äquipotentialfläche

-Hauptträgheitsmomente

Vermessung von Schwerefeldern

Zwei-Wege Doppler-Tracking

Präzession und Präzessionskonstante

Abplattung

Endogene Energiequellen und Wärmetransport .......................................................................................

Radioaktive Aufheizung

Gravitative Differentation

Advektion

Kryovulkanismus

Wärmetransport in Gesteinsplaneten .......................................................................................................

Konvektion, Wärmeleitung und Advektion

Endogene Energiequellen

Wärmefluß

Fourier’sches Gesetz der Wärmeleitung

Energiebilanz

Wärmetransport und tektonische Prozesse

Resurfacing-Prozesse

Energieexzess bei den Riesenplaneten

Thermische Geschichte planetarer Körper

Stoffliche Differenzierung

Seismische Wellen und ihre Nutzung zur Erforschung des Inneren von Gesteinsplaneten ......................

Seismologie

Ausbreitung von seismischen Wellen

Arten von seismischen Wellen

-P- oder Longitudinalwellen

-S- oder Transversalwellen

-Ausbreitungsgeschwindigkeit

-Laufzeitkurven

Dichteverlauf im Erdinneren

Adams-Williamson-Gleichung

Eigenschwingungsmodelle der Erde


Petrologie von Gesteinsplaneten, Planetoiden und Monden ...................................................................

Planetare Petrologie

Kosmische Mineralogie


Die kosmische Elementehäufigkeit ............................................................................................................

Solare Elementehäufigkeit

Planetare Elementehäufigkeit

Stoffliche Differenzierung

Elementehäufigkeit in der Erdkruste

Info: Elementesynthese in Sternen

Exkurs: Kristalle und Minerale

Gesteinsbildende Minerale ........................................................................................................................

Minerale

Klassifikation von Mineralien

-Native Elemente

-Sulfide

-Oxide

-Halide

-Karbonate

-Sulfate

-Phosphate

-Silikate

Quarz-Siliziumdioxid

Hochdruckmodifikationen von Quarz

Klassifikation der Silikate

Gesteine .....................................................................................................................................................

Mafische und felsische Minerale und Gesteine

Einteilung der Gesteine nach der Genese

Bildung von Primärgesteinen

Plutonite

Vulkanite

Info: Klassifikation magmatischer Gesteine anhand ihrer felsischen Bestandteile

Sedimentgesteine

Diagenese

Info: Kreislauf der Gesteine

Pyroklastika

Evaporite

Metamorphite

Kontakt- und Regionalmetamorphose

Para- und Orthogesteine

Gefügegruppen

Impaktmetamorphosen

Gesteinsschmelzen (Magmen) ...................................................................................................................

Magmabildung

Primärgesteinsbildung

Gesteine auf anderen Planeten .................................................................................................................

Venus

Mars

Mond

Hauptgürtelplanetoiden


Planetenoberflächen ..................................................................................................................................


Exogene Prozesse

Endogene Prozesse

Impakte ......................................................................................................................................................

Phasen der Kraterbildung

Durchmesser und Tiefe eines Impaktkraters

Geologische Indikatoren für irdische Impakte

-Reste des meteoritischen Körpers selbst

-Schockmetamorphe Gesteine

-Mikrokügelchen aus Glas

-Glasmeteorite (Tektite)

-Iridium-Anomalien

-Extraterrestrische Buckminster-Fullerene

Sekundäre Spuren

Häufigkeit von Meteoriteneinschlägen

Impaktkraterstatistik

Zukünftige Impakte auf der Erde

Morphologie von Impaktkratern

Tektonische Prozesse und Vulkanismus ....................................................................................................

Vulkanische Prozesse

Gebirgsbildungsprozesse

Brüche und Verwerfungen

Kryovulkanismus der Eismonde

Vulkanismus auf der Erde

Exkurs: Flutbasalte und Supervulkane

Vulkanismus auf anderen Planeten

-Venus

--Resurfacing

--Spezielle Vulkanbauten

-Mars

--Alba Patera

--Olympus Mons

-Mond und Merkur

-Jupitermond Io

Info: Manteldiapire

Plattentektonik

Die Idee der Kontinentaldrift

Kontinente und Ozeane

Kontinentalblöcke

Ozeanboden

Arten von Plattengrenzen

Ursachen der Kontinentaldrift

Öffnung des Atlantiks

Wilson-Zyklus

Plattentektonik, Biodiversität und Klima

Plattentektonik und Mantelkühlung

Plattentektonik und Wasser

Bedeutung der Plattentektonik für die Oberflächengestaltung der Erde

Erlöschen der Plattentektonik

Erosion und Verwitterung..........................................................................................................................

Sedimentation im Kreislauf der Gesteine

Erosionsprozesse auf anderen Gesteinsplaneten



Atmosphären .............................................................................................................................................

Hydrostatisches Gleichgewicht

Skalenhöhe

-Homogene Atmosphäre

-Vertikaler Aufbau einer Atmosphäre

-Vertikales Temperaturprofil

Energiebilanz

-Treibhauseffekt und Runaway glaciation

-Treibhausgase

-Runaway glaciation – Runaway greenhouse effect

Planetare Zirkulationssysteme

-Hadley-Zellen

-Meridionalzirkulation und Coriolis-Kraft

-Zonale Strömungen

Chemische Zusammensetzung und Stabilität von Planetenatmosphären

-Die Jeans-Gleichung

--Deuterium-Wasserstoffverhältnis

--Prozesse in der Hochatmosphäre

-Gase im chemischen Gleichgewicht

--Riesenplaneten

--Wolkenbildung in der Jupiteratmosphäre

-Gleichgewichtsreaktionen

Geschichte der Planetenatmosphären

- Phasen in der Entwicklung der Erdatmosphäre

--Uratmosphäre

--Erste sekundäre Uratmosphäre

--Zweite sekundäre Uratmosphäre

--Dritte und rezente Erdatmosphäre

Exkurs: Paradoxon der „schwachen jungen Sonne“


Planetare Magnetfelder .............................................................................................................................

Aufbau des Erdmagnetfeldes

-Stoßfront und Magnetosheath

-Magnetopause

-Magnetosphäre

-Plasmapause

-Plasmaschicht

-Polare Neutralpunkte

-Ionosphäre

-Van-Allen-Strahlungsgürtel

Info: Magnetfelder

Bewegung geladener Teilchen im Magnetfeld

-Elektrische Ströme in der Magnetosphäre

Dynamik der Magnetosphäre

-Space Weather

Info: Polarlichter

Entstehung planetarer Magnetfelder

-Permanenter Magnetismus

-Dynamoeffekt


--Geodynamo

--Erdartige Planeten

--Riesenplaneten und Großplaneten

-Entwicklung planetarer Magnetfelder

Magnetfelder der Planeten des Sonnensystems


TEIL 6: Sonnensystem

Die Planeten unseres Sonnensystems .......................................................................................................

Erdartige Planeten

Merkur .......................................................................................................................................................

Merkur als Planet

Temperaturen

Rotation

Innerer Aufbau

-Eisenkern und Magnetfeld

Oberfläche des Merkur

-Kraterlandschaften wie auf dem Erdmond

-Landschaftsformen

--Einschlagbecken

--Caloris Planitia

--Borealis Planitia und Multiringkrater Tolstoi

--Zwischenkraterebenen (intercrater plains)

--Verwerfungen

--Strahlenkrater und Strahlensysteme

-Aufbau und Zusammensetzung der Oberflächengesteine

--Färbung und Albedo

--Defizit an FeO und TiO�

--Space weathering

Impaktchronologie

-Methode

--Merkur besitzt eine sehr alte Kruste (>4.2 Ga)

--Pre-Tolstojan (4.2 – 4 Ga) und Tolstojan (4-3.9 Ga)

--Calorian (3.9 – 3.5 bzw. 3.0 Ga)

--Mansurian (3.5 bzw. 3.0 – 1 Ga)

--Kuiperian (1 Ga bis heute)

Eisablagerungen in den Polgebieten

Thermische Geschichte

-Problem überdimensionierter Eisenkern

-Frühe Entwicklungsphasen

-Kollisionstheorie zur Entstehung des Merkurs

-Thermische Geschichte nach der Krustenbildung

-Tidal Despinning

Merkuratmosphäre

-Beobachtungsmethoden

-Zusammensetzung

--Natriumschweif (sodium tail)

--Quellen und Senken der Exosphäre

Magnetfeld

-Magnetosphäre


Merkur in Zahlen


Venus .........................................................................................................................................................

Venus als Planet

Innerer Aufbau

Kern - Mantel – und Kruste

Keine Plattentektonik

Es gibt wahrscheinlich keine Asthenosphäre

Kein Dynamo – kein Magnetfeld

Wärmefluß an der Oberfläche

Exkurs: Erforschung der Venus mit Raumsonden

Oberfläche der Venus

Radarbeobachtungen von der Erde aus

Nomenklatura der geologischen Formationen

Hypsometrie von Venus und Erde im Vergleich

Ein kurzer Überblick über die „Geographie“ der Venus

-Ishtar Terra

-Aphrodite Terra

-Beta Regio

-Alpha Regio

-Phoebe- und Themis Regio

-Atalanta Planitia

-Leda Planetia

-Guinevere Planitia

Info: Erkundung der Venus mit Synthetic Aperture Radar (SAR) – Magellan 1990-1994

Nördliche Hemisphäre der Venus

Südliche Hemisphäre der Venus

Geologische Strukturen

-Großräumige Strukturen

--Vulkanische Ebenen

--Lavakanäle

Info: Tektonische Kräfte

-Tesserae

-Gebirgszüge

-Ridged Belts

-Vulkanbauten

--Gibt es noch aktiven Vulkanismus?

--Schwankende Schwefeldioxidkonzentrationen

-Schildvulkane

--Maat Mons – Höchster Vulkan auf der Venus

-Mittlere und kleinere Schildvulkane

--„Anemonen“

--„Ticks“

--Pancake Domes – „Pfannkuchenvulkane“

-Calderas

--Sacajawea Patera

--Sachs Patera

-Coronae und verwandte Strukturen

--Coronae

--Corona-dominierte Provinzen

---Themis Regio

---Östliche Eistla Regio


---Zentrale Eistla Regio

--Arachnoiden

--Novae oder Stellate Fracture Centres

--Geologie und Entstehung von Coronen

-Hot-Spot-Vulkanismus

-Magmen, Laven und Eruptionsverhalten

-Impaktkrater auf der Venus

--Alter und Verteilung

--Klassifikation der Impaktkrater

--Ausflüsse

--Modifikationen nach dem Impakt

-Äolische Strukturen

Chronologie der Venusoberfläche

-Impaktchronologie

-Stratigraphie

-Ältere Era – vom Fortunian zum Rusalkian

--Fortunian

--Sigrunian

--Lavinian

--Rusalkian

-Jüngere Era – Atlian und Aurelian

--Atlian

--Aurelian

Geologische Geschichte der Venus

Ursachen des Resurfacing

Info: Viskosität von Mantelgesteinen

-Energiequellen für endogene Oberflächenveränderungen

-Mantelkonvektion

-Ebenenbildung und Hot Spot – Vulkanismus

-Vertikale Krustendynamik

-Mantelheizung und periodisches Resurfacing

-Mantle Overturn

-Nicht-katastrophale Szenarien

Ein direkter Blick auf die Venusoberfläche

Venusatmosphäre

-Allgemeines

-Zusammensetzung

-Vertikaler Aufbau der Venusatmosphäre

--Strahlungsbilanz

---Treibhauseffekt

--Atmosphärenschichten

---Troposphäre

---Mesosphäre

---Thermosphäre und Kryosphäre

---Exosphäre

-Troposphärische Wolkenschichten

--Untere Wolkenschicht

--Mittlere Wolkenschicht

--Obere Wolkenschicht

--Staubfreie Atmosphäre

-Atmosphärenchemie

--Photochemische Prozesse in der oberen Troposphäre


--Thermochemische Prozesse unterhalb der Wolkenschichten

--Schwefelzyklus

--Chemische Prozesse an der Lithosphären-Atmosphären-Grenzschicht

-Dynamik der Venusatmosphäre

--Beobachtungsmethoden

--Wolkenmuster

--Windgeschwindigkeiten

---Breitenabhängige Windgeschwindigkeiten

---Meridionale Strömungen

---Troposphärisches vertikales Windprofil

--Großräumige Zirkulation

---Hadley-Zellen

---Polare Wirbel (polar vortex)

---Superrotation der Venusatmosphäre

----Zyklostrophisches Gleichgewicht

----Wärmetransport von der Tag- zur Nachtseite

----Windgeschwindigkeiten auf der Tag- und Nachtseite

Info: Rossby-Zahl

---Strömungen in der oberen Meso- und Thermosphäre

----Sauerstoff-Airglow über der Nachtseite

Das Deuterium / Wasserstoff-Verhältnis in der Venusatmosphäre und was es über die Klimageschichte des Planeten verrät

-Isotopenverhältnisse

-Das D/H-Verhältnis der Venusatmosphäre

-Wasser als Wasserstoffquelle

--Wasserreiche frühe Venus?

--Ein Urozean auf der Venus?

--Klimawechsel im Zuge des katastrophalen Resurfacing-Prozesses?

--Und wenn die Venus schon immer trocken war?

Info: Deuterium im Sonnensystem

Magnetfeld

-Wechselwirkung mit dem Sonnenwind

--Induzierte Magnetosphäre

--Stoßfront

--Magnetosheat und Protonopause

--Magnetotail

Info: ASPERA 4 – Experiment auf Venus Expreß

Venus in Zahlen


Erde ............................................................................................................................................................

Die Erde als Planet

Innerer Aufbau

-Entdeckung des Schalenaufbaus der Erde

-Wellenausbreitung im Erdinneren

--Diskontinuitäten

--Schattenzonen

--Reflektionszonen

-Seismologisches Modell des Erdinneren

-Mineralogisches Modell des Erdinneren

--Phasenübergänge

--Phasendiagramme

--Phasengrenzen und seismische Diskontinuitäten


-Thermisches Modell des Erdinneren

--Wärmequellen

--Geotherme und Wärmetransport

--Wärmetransport durch Wärmeleitung

--Wärmetransport durch Konvektion

Info: Reynold-Zahl und Mantelkonvektion

--Konvektionsmuster

--Ganzmantelkonvektion

--Geschichtete Konvektion

--Seismische Tomographie des Erdmantels

Info: Inverse Probleme

-Eine Reise zum Mittelpunkt der Erde

--A-Schicht: Erdkruste bzw. obere Lithosphäre

--B-Schicht: Oberer Mantel

---Diskontinuitäten

---Mineralogische Zusammensetzung

---Thermische Konvektion

---Die Eklogit-Maschine

---Magmakammern

--C-Schicht: Übergangszone (Mesosphäre)

---Tiefbeben


---Form der Phasengrenzflächen

--D-Schicht: Unterer Mantel


---Manteltomographie

--D‘‘-Schicht: Kern-Mantel-Grenze

---Eigenschaften

---Mineralogie

---Thermische Grenzschicht und Mantelplumes

Info: Bullen-Parameter

--E- und F-Schicht: Äußerer Erdkern

---Strömungen und Geodynamo

Info: Eisen im Erdkern

--G-Schicht: Innerer Erdkern

---Chemischer Aufbau

---Temperatur und Druck

---Elastische Anisotropie

---Rotationsverhalten

---Auskristallisation

Oberfläche der Erde

-Kontinente und Ozeane

-Kontinentalblöcke

--Kratone

--Kontinentale Schilde und Tafeln

--Terrane

--Orogene

--Isostasie

-Ozeanböden

--Schelfe

--Kontinentalabhang

--Kontinentalfuß


--Tiefseerinnen

--Tiefseebassins

--Mittelozeanische Rücken

-Lithosphäre und Plattentektonik

Hydrosphäre der Erde

--Wassermenge

--Zusammensetzung des Meerwassers

--Hydrosphäre und Klima

--Kohlenstoffzyklus und Treibhauseffekt

-Globale Meeresströmungen

--Thermohalines Zirkulationssystem

Exkurs: Der Ursprung des Wassers auf der Erde

Documents

ASTRONOMIE UND ASTROPHYSIK · Jährliche Parallaxe ... Ephemeriden