40 cm Teleskop am Wendelstein

Einführung WiSe 2018/19

Fortgeschrittenenpraktikum II (V.1) (Bachelor) Astrophysikalisches Praktikum an der Uni-Sternwarte durch Remote-Beobachtung am Wendelstein

Arno Riffeser Stella Seitz Johannes Koppenhöfer

Veranstaltungsnummer: 17300 (Physik mit Vertiefung Astro), 17043 (Physik) Das gesamte Praktikum findet im Vorlesungssaal der Universitäts-Sternwarte statt. Das 40cm Teleskop am 70 km entfernten Wendelstein kann von dort aus über Terminals gesteuert werden. Beobachtet werden die Messier-Objekte, die mitunter die schönsten Objekte am Sternenhimmel sind. Die max. 4 Gruppen (8 Teilnehmer) wechseln sich ab, um die aktuell besten Objekte zu beobachten und erarbeiten sich selbst, welche Belichtungszeiten und Filter optimal sind. Das Praktikum gliedert sich in 7 Arbeitschritte:

1) Einführung (1h) Mi. 17.10.2018, 17:00 Uhr 2) Beobachtungsvorbereitung (2h) 3) Hausarbeit (2h) 4) Nacht-Beobachtung (8h) 5) Datenauswertung (5h) 6) Hausarbeit zur Vorbereitung der Präsentation (5h) 7) Präsentation in Form von Kurzreferaten (2h)

Die Termine werden bei der Vorbesprechung bekannt gegeben. Die Teilnehmerzahl ist auf maximal 8 Studierende begrenzt. Voraussetzung: Zu den Vorlesungen E1, E2, E3 und E4 äquivalente Vorkenntnisse (z.B. im Ausland erworben) können anerkannt werden. Literatur Praktikumsordnung, Laufzettel werden bei der Einführung verfügbar. Nachweis Credits: 3 ECTS

Vorlesungsverzeichnis

Arbeitschritte

Das Praktikum simuliert in sehr vereinfachter Form den Beobachtungsalltag eines Astrophysikers:

1.  Idee 2.  Beobachtungsplanung 3.  Beantragung von Beobachtungszeit (Hausarbeit) 4.  Nacht-Beobachtung 5.  Datenauswertung 6.  Vorbereitung der Präsentation (Hausarbeit) 7.  Präsentation der Ergebnisse

1. Idee: Messier Objekte

Charles Messier (1730-1817)

§  1744: appearance of the Great Six-Tailed Comet

§  1748: annular solar eclipse visible in his home-town

§  1751: first job at the French Navy in Paris, deputy of Nicholas Delisle at Hotel de Cluny

Charles Messier (1730-1817)

§  1753: Mercury Transit

§  1757/58: Searching for comet Halley (lost the race against J.G. Palitsch)

§  1758: first comet discovery (of 13 in total)

§  1761: Venus-Transit

§  1772: his wife and son died within 11 days after birth

Charles Messier (1730-1817)

§  1774: first catalog (45 objects)

§  1780: collaboration with P. Mechain

§  1781: final catalog (103 objects), M102?

§  1781: observations of Uranus which was found by W. Herschel

§  20th century: seven more objects were considered to be detected by Messier/Mechain

The Messier-Catalog with 110 objects

§  55 star clusters §  29 globular, 26 open

§  40 galaxies: §  27 spirals, 11 elliptical, 1 irregular, 1 dwarf

§  12 nebulae §  1 supernova rest, 4 planetary, 7 diffuse

§  1 Milky Way cloud (M24) §  1 binary star (M40) §  1 asterism of 4 stars (M73)

Messier Objekte - Gruppen

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M38 M39 M40M41 M42 M43 M44 M45 M46 M47 M48 M49 M50M51 M52 M53 M54 M55 M56 M57 M58 M59 M60M61 M62 M63 M64 M65 M66 M67 M68 M69 M70M71 M72 M73 M74 M75 M76 M77 M78 M79 M80M81 M82 M83 M84 M85 M86 M87 M88 M89 M90M91 M92 M93 M94 M95 M96 M97 M98 M99 M100M101 M102 M103 M104 M105 M106 M107 M108 M109 M110

Nebel KugelsternhaufenOffener

Sternhaufen Spiral GalaxienElliptische und Irreg. Galaxien

M51

M3

M45

Himmelsscheibe von Nebra 1700 v Chr.

M42

M57

The Messier-Marathon

§  DEC = -35...+70 §  challenge: observe all Messier-objects in one

night §  possible with 20cm telescope §  preferred time: March/April around new Moon §  # objets visible in Nov/Dez: ~90 §  available: 2x7cm binocular + 20cm Meade

reflector

The New General Catalog (NGC)

§  published by John Louis Emil Dreyer in 1888 §  based on observations by

William+John Herschel §  7840 objects §  includes (almost) all Messier objects §  Two supplements published in 1895/1908

with 5386 additional objects → Index Catalog (IC)

1.12. 18:00

W O

N

Objekte sind nicht alle gleichzeitig sichtbar, sondern kulminieren im Laufe der Nacht...

Mer

idia

n

S

2. Beobachtungsvorbereitung (??.10. ??:00)

§  Welcher Zeitpunkt für die Beobachtung ist optimal? §  Wann “kulminieren” meine Objekte? §  Wie ermittle ich die aktuelle Sternzeit LST? §  Welche Anzahl an Objekten möchte ich

beobachten? §  Welche Filter? §  Ist für das Objekt hohes Signal-zu-Rauschen oder

Farbinformation wichtig? §  Welche Belichtungszeit? §  Welche Flächenhelligkeit hat mein Objekt?

3. Beobachtungszeiten Vorbereitung als Hausarbeit abgeben

Slot (1:00 h) 1 2 3 4 18:30 M?? M??

19:30 M?? M?? M??

NGC????

20:30 NGC???? M?? M??

21:30 M?? M?? M?? M??

22:30 NGC???? M?? M??

23:30 M?? M?? M?? M??

0:30 M?? M?? M?? M??

1:30 M?? M?? M?? M??

2:30

4. Nacht-Beobachtung (Oktober/November) •  Remote von der USM-Hörsaal aus •  Über Laptops loggen wir uns in den Beobachtungsrechner ein. •  Befehle werden über Kommandozeile eingegeben •  Linux-Kenntnisse sehr sinnvoll 1)  Kalibrationsaufnahmen

n  noch bei Tag n  zu Beginn und am Ende der Nacht n  sogenannte bias-, dark-, flat- Aufnahmen

2)  “Science” - Aufnahmen in bestimmten Filtern n  CCD Kamera zählt Photonen ohne Farbinformation => Filter n  maximal 250000 Photonen / arcsec2 => mehrere Einzelaufnahmen n  bei nautischer Dunkelheit

= Sonne unterhalb -12 Grad unter dem Horizont n  wenn möglich im Meridian HA=0, d.h. wenn die Objekte kulminieren n  besser noch, wenn HA > 0, wegen “Deutscher Montierung”

3)  dazwischen: fokussieren, Filterwechsel

Zeit während die anderen Gruppen beobachten

1)  Messier-Marathon mit außen aufgebautem Reflektor Meade 20 cm und 2 x 7 cm Binokular

2)  direkte Beobachtung mit dem Fraunhofer 28.5 cm Refraktor aus dem Jahr 1837

3)  gemachte Aufnahmen kontrollieren und eventuell Strategie anpassen

4)  Informationen zu den Objekten sammeln 5)  Bilder der anderen Gruppen ansehen 6)  Vorbereitete Aufgaben lösen

Nacht-Beobachtung: Terminmöglichkeiten

§  Voraussetzungen: n  Nachtbeobachter am Wendelstein n  kein Vollmond

§  2 Termine zeitlich nahe zum Neumond: 7.11. 7.12. jeweils +/- 6 Tage §  bei guter Wettervorhersage:

§  4 Tage vorher über Email: Wer hat Zeit? §  die ersten, die sich melden, dürfen beobachten! §  wenn Termin klappt: Bekanntgabe 1 Tage vorher

5. Datenauswertung (Dezember/Januar)

1)  Verarbeitung der Kalibrationsaufnahmen 2)  Korrektur der Objektaufnahmen 3)  geometrische Angleichung der Objektaufnahmen 4)  Summation der Aufnahmen => Belichtung mit

weniger Rauschen 5)  Erstellung von Mehrfarbenbildern

6 + 7. Präsentation (Januar/Februar) in Form von Kurzreferaten mit Poster (10 bis 20 min): 1)  Einleitung zu den Objekten 2)  Überblick über die Beobachtungen 3)  Datenauswertung 4)  Ergebnisse in Form von Bildern 5)  Fragen und Diskussion wichtig: eure Namen, Referenzen für externe Figuren, und Beschriftung des Koordinatensystem und der Bildfeldgröße

Alle Gruppenteilnehmer wechseln sich während der Präsentation ab

Literatur

1)  Astronomie und Astrophysik: Ein Grundkurs Weigert, Wendker & Wisotzki Wiley

2)  Der neue Kosmos: Einführung in die Astronomie und Astrophysik Unsöld & Baschek Springer

3)  Physik der Sterne und der Sonne Scheffler & Elsässer Spektrum Akademischer Verlag

4)  Galactic Astronomy Binney & Merrifield Princeton University Press