Die Sterne der Milchstraße

Max Camenzind – Senioren Würzburg WS2018

Aktuell: BepiColombo fliegt zu Merkur

In 7 Jahren 2 Mrd. €

Masse: 0,055 Erde Radius: 2.440 km Dichte: 5,427 g/cm³ Temperatur: +167 C Albedo: 0,106 Abstrahlung: = EinS. Magnetfeld: schwach ----------------------------- Atmosphäre: Sauerstoff: 42 % Natrium: 29 % Wasserstoff: 22 % Helium: 6 % ----------------------------- Rotation: 58 d 15 h Inklination: 0,01 ° ----------------------------- Halbachse: 0,387 AE Umlaufzeit: 87,96 d Exzentrizität: 0,20563 Periheldrehung: 1,4`` # Monde: --

Merkur – der Götterbote

Aufnahme: Messenger/NASA

Parker-Sonde zur Sonne

Grafik: NASA

Parker Solar Probe begins its mission to unlock the mysteries of our star on Sunday, Aug. 12, 2018 with a ride atop a Delta IV Heavy rocket at Launch Complex 37 at Cape Canaveral Air Force Station, Florida. Credit: NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Dr. Eugene Parker Credit: NASA/Glenn Benson

Prof. Eugene Parker *1927 - Sonnenwind

Parker Solar Probe ist eine Raumsonde der NASA zur Erforschung der Sonne, insbesondere ihrer äußersten Atmosphärenschicht, der Korona. Sie soll ungelöste Fragen über die Korona beantworten: Der Energiefluss, der die Korona aufheizt und den Sonnenwind beschleunigt, soll bestimmt werden. Die Struktur von Plasma und Magnetfeld am Entstehungsort des Sonnenwinds soll untersucht werden. Der Mechanismus, der

energiereiche Partikel beschleunigt und transportiert, soll erforscht werden.

Dazu soll sich Parker Solar Probe der Sonnenoberfläche bis auf 8,5 Sonnenradien nähern.

Orbits der Parker-Sonde

Parker-Sonde am 22. Okt. 2018

7 Mal Venus Flyby ~ Merkur-Orbit

Warum so nahe an die Sonne ?

Sonne von der Erde aus

Sonne von der PSP aus

Das Problem „Sonnen-Korona“ Sonnenkorona Temperatur der Korona: TCor = 1 - 2 Mio. K Dichte Korona: 100 Mio. / cm³ Entweichgeschw.: Vesc = 617 km/s Schallgeschw.: VS = 150 km/s Alfven-Geschw.: VA = 100 km/s @ B ~ 3 G (0,3 mT)

Bei einem Planeten wie der Erde ist es einfach: Solche Himmelskörper sind im Kern sehr heiß, werden aber nach außen hin immer kühler. Nicht so bei der Sonne. Sie besitzt neben ihrem heißen Kern eine zweite Hitzezone – die solare Korona. Sie ist viel heißer als die Sonnenober-fläche – und das gibt den Astronomen bis heute Rätsel auf.

Heizung

SDO

Magnetfeld Sonne 55° - 90° N/S

arXiv:1805.06654

N

S

The Ulysses mission,

orbiting the Sun in a

plane nearly

perpendicular to the

ecliptic,has verified that

the quiet solar wind is

indeed structured into a

high speed polar flow

and a slower and more

turbulent equatorial

region.

Aufbau der Parker-Sonde

SPC is a Faraday Cup (FC) that looks directly at the Sun and measures ion and electron fluxes and flow angles as a function of energy. A small strut places SPC at the edge of the spacecraft heat shield. [Photo Credit: Andrew Wang]

Wir kennen heute 3700 Planeten …

Zu weit entfernt

2025

TESS: 4 Felder gleichzeitig

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NASA – Search for Life in Universe

Inhalt - Sterne

• Die Milchstraße und ihre Sterne

• Positionen und Distanzen von Sternen

• Mein Planetarium mit Stellarium

• Farben, Leuchtkräfte und Magnituden

• Das Hertzsprung-Russell-Diagramm

• Die Vermessung der Milchstraße mit Gaia

• Aufbau der Sonde Gaia

• Der Gaia-Katalog DR2 von 2018

Milchstraße auf Belalp (Aletsch)

Was ist die Milchstraße ?

Das Universum vor 100 Jahren (ohne Spiegelteleskope)

… reichte nur bis zur Milchstraße

Jan Oort und die Struktur der Galaxis Scheibe kann nicht allein durch Baryonische

Materie (H, He, C, N, O, Fe, …) erklärt werden

Jan Oort 1900 - 1992 Foto: Spaarnestad/HH

Für Europa ist der Niederländer Jan Hendrik Oort einer der wichtigsten Astronomen des 20. Jahrhunderts: Sowohl als Beobachter als auch als Theoretiker revolutionierte Oort die Astronomie mit seinen bahnbrechenden Entdeckungen. Zum Beispiel bewies Oort: die Sonne steht nicht im Zentrum der Milchstraße, sondern 30.000 LJ weg. Er entwickelte die Formel für die Rotation unserer Galaxis. Und er prägte den Begriff der „Dunklen Materie“.

Jan Oorts Geburtshaus in Franeker

Stadhuis Franeker (1594 errichtet)

Oort widersprach dem Doktorvater Jacobus Kapteyn – 1926 Promotion

Jan Oort war zum ersten Mal imstande, auf der Grundlage von Sternbewegungen die Distanz der Sonne vom galaktischen Zentrum zu berechnen: 30.000 Lichtjahre (heutiger Wert: 25.000 Lichtjahre) – die Umlaufzeit beträgt 225 Millionen Jahre. Er zeigte auch, dass die Milchstraße nicht starr rotiert, sondern zeigt differentielle Rotation. Er korrigierte damit das Milchstraßen-Modell von seinem Doktorvater Jacobus Kapteyn, der die Extinktion durch Staub in der Milchstraßenebene nicht richtig eingeschätzt hatte.

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Rotationskurve Milchstraße

D. Clemens 1985

Milchstraße Ausdehnung Halo 50 kpc

Kepler Rotation

Jan Oort 1961 Leiden Sterrewacht Foto: National Archief NL

Heute wissen wir: Milchstraße

Scheibengalaxie

Bildrechte: Weltraum-Teleskop Hubble/NASA/ESA

Messier 101

Milchstraße & Andromeda Lokale Gruppe

Die Milchstraße & ihre Sterne

300 Milliarden Sterne + Planeten 10 Milliarden Weiße Zwerge (WZ) 100 Millionen Neutronensterne (NS) 1 Million Schwarze Löcher (SL) 1 supermassereiches SL im Zentrum

Auf dem Weg zu alpha Centauri

Aufnahme: ESO

alpha Centauri A+B

Das System alpha Centauri

… sind unsere nächsten Nachbarn

Der Planet Proxima Centauri b

Unser nächster Nachbar Habitabel?

Der Planet Proxima Centauri b

• Das Ergebnis bestätigt nun die Vermutungen: Proxima Centauri besitzt einen Planeten – und die Menschheit hat damit eine extrasolare Welt sozusagen direkt vor der Haustür. Die Messdaten verraten, dass der Planet Proxima Centauri b die rund 1,3-fache Erdmasse besitzt. Er ist damit höchstwahrscheinlich ein erdähnlicher Planet.

• Proxima Centauri b umkreist seinen Stern sehr nah: Er benötigt nur 11,2 Tage für einen Umlauf und bewegt sich dabei in einem Abstand nur rund sieben Millionen Kilometern vom Stern. Das entspricht 0,05 astronomischen Einheiten oder fünf Prozent der Entfernung Sonne-Erde. In unserem Sonnensystem wäre ein solcher Planet eine heiße Glutwelt.

Die drei Exoten der Milchstraße

Weiße Zwerge

0,2 – 1,4 Sonnenmassen

Neutronensterne

1,2 – 2,0 Sonnenmassen

22 km Durchmesser

Schwarzes Loch

5 - 50 Sonnenmassen / 10 - 150 km Durchmesser

Grafik: Camenzind

Weiße Zwerge haben die Masse einer Sonne, jedoch nur die Größe der Erde und Temperaturen von 150.000 – 3500 Grad K. Der nächste WZ ist Sirius B (8 LJ entfernt).

Weiße Zwerge Fermionensterne

Neutronensterne entstehen in Supernova-Explosion. Der Krebsnebel, geboren 1054 Periode = 33 ms 1968 detektiert

SLöcher entstehen aus Kollaps massereicher Sterne Nur beobachtbar in Doppelsternen

Schwarze Löcher = reine Geometrie

= globale Vakuum-Lösung der EGlg

Akkretionsscheibe

Jet

Schwarzes Loch

Das Äquatorialsystem

Stunden-

Winkel t

Sternzeit

Q = RA + t

t = Q - RA Sternzeit = Stundenwinkel des Frühlingspunktes

d

Koordinaten einiger Fixsterne im Rektaszensionssystem (Äquinoktium J2000) Helligkeit Stern RA α Deklination δ 3,42 Acamar 02 h 58 m 15,696 s -40 ° 18 m 16,970 s 0,46 Achernar 01 h 37 m 42,852 s -57 ° 14 m 12,180 s 1,58 Acrux 12 h 26 m 35,871 s -63 ° 05 m 56,580 s 1,5 Adhara 06 h 58 m 37,548 s -28 ° 58 m 19,500 s 0,85 Aldebaran 04 h 35 m 55,237 s 16 ° 30 m 33,390 s 1,77 Alioth 12 h 54 m 01,748 s 55 ° 57 m 35,470 s 1,86 Alkaid 13 h 47 m 32,434 s 49 ° 18 m 47,950 s 1,74 Al-na'ir 22 h 08 m 14,000 s -46 ° 57 m 39,590 s 1,7 Alnilam 05 h 36 m 12,809 s -01 ° 12 m 07,020 s 1,98 Alphard 09 h 27 m 35,247 s -08 ° 39 m 31,150 s 2,23 Alphecca 15 h 34 m 41,276 s 26 ° 42 m 52,940 s 2,06 Alpheratz 00 h 08 m 23,265 s 29 ° 05 m 25,580 s 0,77 Altair 19 h 50 m 47,002 s 08 ° 52 m 06,030 s 2,39 Ankaa 00 h 26 m 17,030 s -42 ° 18 m 21,810 s 0,96 Antares 16 h 29 m 24,439 s -26 ° 25 m 55,150 s -0,04 Arcturus 14 h 15 m 39,677 s 19 ° 10 m 56,710 s 1,92 Atria 16 h 48 m 39,869 s -69 ° 01 m 39,820 s 1,86 Avior 08 h 22 m 30,833 s -59 ° 30 m 34,510 s 1,64 Bellatrix 05 h 25 m 07,857 s 06 ° 20 m 58,740 s

Sternpos im Äquatorialsystem

Die Epoche in der Astronomie Als Epoche wird in der Astronomie ein Zeitpunkt bezeichnet, auf den sich die Angaben von Himmelskoordinaten, Bahnelementen oder Ephemeriden beziehen. Um Messdaten, die zu verschiedenen

Zeitpunkten gewonnen werden, miteinander vergleichen zu können, wird eine Standardepoche definiert, und das Äquinoktium dieses Datums trägt als Standardäquinoktium denselben Namen.

Die gegenwärtig für Sternkataloge empfohlene Standardepoche ist J2000.0 (= JD 2.451.545,0).

http://www.nabkal.de/kalrechJD.html Das julianische Datum ist eine in den Naturwissen-schaften gebräuchliche Tageszählung und wird mit JD (engl. Julian Date) abgekürzt. Es gibt die Zeit in Tagen an, die seit dem 1. Januar −4712 (4713 v. Chr.) 12:00 Uhr vergangen ist. Der Nullpunkt des modifizierten JD liegt am 17. November 1858. Das JD wird um 2.400.000,5 Tage vermindert.

Distanz Parallaxe

Prinzip der Entfernungs-messung per Parallaxe: Ein naher Stern verschiebt sich im Laufe eines Jahres vor weiter entfernten Sternen umso mehr, je näher er ist. Beträgt der Parallaxenwinkel p Bogensekunden (üblicherweise π) , so ist die Entfernung 1/p Parsec (Abkürzung: pc). Bild: Wikimedia

1 Radian = 180/p x 60 x 60

= 206.265´´

1 Parsek = 206.265 AE

~ 3,08 x 1016 m

~ 3,26 Lichtjahre

1 kpc = 1000 Parsec

1 Mpc = 1 Mio Parsec

1 Gpc = 1 Mia Parsec

Definition

Parsek

Genauigkeit in Astrometrie

1 mas

1 µas 10 µas

100 µas

10 mas

100 mas

1“

10”

100”

1000”

1 µas 10 µas

100 µas

1 mas

10 mas

100 mas

1”

10”

100”

1000”

1400 1500 1700 1900 2000 2100 0 1600 1800

Ulugh Beg

Wilhelm IV Tycho Brahe

Hevelius Flamsteed

Bradley-Bessel

FK5

Hipparcos

Gaia

SIM

ICRF

GC

Auge Teleskop Space

1400 1500 1700 1900 2000 2100 0 1600 1800

Hipparchus

Quelle: Klioner/Dresden

Genauigkeit der Parallaxen 2018

Bis zu welcher Distanz … Sterne?

Gaia sieht sonnenartige Sterne nur bis zu 10 kpc Entfernung (m < 20 mag). M0-Zwerge bis zu 2 kpc! Das ist nur ein sehr kleiner Teil der Milchstraße!

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Die Eigenbewegung der Sterne

Die Eigenbewegung der Sterne

Scheinbare Bewegung eines Sterns am Himmel Video: Parallaxe

Sterne haben

verschiedene Farben

verschiedene Temperatur

3000 K – 40.000 K

Sterne haben verschiedene Helligkeit Blaue Sterne strahlen viel mehr Energie ab als rote Zwerge

Sterne haben verschiedene Temperaturen Diese Sterne weisen Planeten auf

Scheinbare Helligkeit der Sterne

F : gemessener Strahlungsstrom (wie?) F0: normierter Strahlungsstrom (Wega)

Spektrum der Wega

Strahlungsströme der Wega

Wega Kalibration (mV = 0,03 mag): f = 5,4 x 1014 Hz (l = 556 nm): Fn = 3,50 x 10-23 W m-2 Hz-1

f = 8,1 x 1014 Hz (l = 370 nm): Fn = 1,78 x 10-23 W m-2 Hz-1

Integriert über Spektrum der Wega (bolometrisch):

F0 = FVega = 2,53 x 10-8 W m-2

Zu vergleichen mit Solarkonstante S!

Berechne Leuchtkraft L der Wega, d = 7,68 pc Berechne scheinbare Helligkeit der Sonne.

Scheinbare Helligkeiten der Plejaden

Wie erhält man die Leuchtkraft

eines Sterns?

Zur Berechnung der Leuchtkraft L benötigt man:

Scheinbare Helligkeit m, bzw. Strahlungsstrom S

Entfernung d zum Stern

Denn:

S in W/m²

L = 4pd² S

Bsp.: Sonne: S = 1361 W/m² @ d = 1 AE

L = 3,86 x 1026 W Mbol = 4,74

Magnitude Range # Sterne pro R Summe Sterne

-1 -1,5 bis -0,5 2 2

0 -0,5 bis 0,49 6 8

1 0,5 bis 1,49 14 22

2 1,5 bis 2,49 71 93

3 2,5 bis 3,49 190 283

4 3,5 bis 4,49 610 893

5 4,5 bis 5,49 1.929 2.822

6 / Auge 5,5 bis 6,49 5.946 8.768

7 6,5 bis 7,49 17.765 26.533

8 7,5 bis 8,49 51.094 77.627

9 8,5 bis 9,49 140.062 217.689

Wie viele Sterne am Himmel? / Tycho

Magnitude Range # Sterne pro R Summe Sterne

10 9,5 bis 10,49 409.194 626.883

11 10,5 bis 11,49 1.196.690 1.823.573

12 11,5 bis 12,49 3.481.113 5.304.685

13 12,5 bis 13,49 10.126.390 15.431.076

14 13,5 bis 14,49 29.457.184 44.888.260

15 14,5 bis 15,49 85.689.537 130.577.797

16 / 70 cm 15,5 bis 16,49 249.266.759 379.844.556

17 16,5 bis 17,49 725.105.060 1.104.949.615

18 17,5 bis 18,49 2.109.295.881 3.214.245.496

19 18,5 bis 19,49 6.135.840.666 9.350.086.162

20 / 2 m 19,5 bis 20,5 17.848.866.544 27.198.952.706

Kontrollfragen

• Wie hell ist ein sonnenartiger Stern in

Andromeda? (MS = 4,84 mag)

• Wie groß ist die Solarkonstante S?

• Was bedeutet die Solarkonstante?

• Wie groß ist die „Solarkonstante“ der Wega?

• Wann lebte Jan Oort? Was versteht man

unter der Oortschen Wolke?

• Wie groß ist die Parallaxe von alpha

Centauri? Welche Masse hat Proxima Cen?

• Wie heiß ist es auf Merkur?