Unsöld · Baschek Der neue Kosmos

Albrecht Unsöld Bodo Baschek

Der neue Kosmos Vierte, völlig neubearbeitete Auflage

236 Abbildungen

Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

Professor Dr. Albrecht Unsöld Institut für Theoretische Physik und Sternwarte, Universität Kiel, Olshausenstraße 40, D-2300 Kiel 1

Professor Dr. Bodo Baschek Institut für Theoretische Astrophysik, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 561, D-6900 Heidelberg 1

Umschlagbild: Optisches Bild der Radiogalaxie NGC 5128 = Centaurus A. Aufnahme mit dem Anglo­Australian Telescope. (Mit Genehmigung des Anglo-Australian Observatory)

Frontispiz: Galaxiengruppe (NGC 6769-71) in Pavo mit Anzeichen für Gravitationswechselwirkung zwischen den Galaxien: lichtschwache Hüllen und verbindende Bögen, Verformung von Spiralarmen und Zentralbe­reichen. (Aufnahme von S. Laustsen mit dem 3.6 rn-Teleskop der Europäischen Südsternwarte)

ISBN 978-3-662-00492-0 ISBN 978-3-662-00491-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-00491-3

CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Unsöld, Albrecht: Der neue Kosmos / A. Unsöld ; B. Baschek. - 4., völlig neubearb. Aufl. - Berlin ; Heidclberg ; NewYork ; London ; Paris; Tokyo : Springer, 1988 ISBN 978-3-662-00492-0

NE: Baschek. Bodo:

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1966,1974,1981, and 1988 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New Y ork 1988 Softcover reprint of the hardcover 4th edition 1988

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Satz: K + V Fotosatz, 6124 Beerfelden

2154/3150-543210 - Gedruckt auf säurefreiem Papier

In Memoriam

M. G. 1. Minnaert (12. 2. 1893 - 26. 10. 1970)

Vorwort zur vierten Auflage

Die stürmische Entwicklung der Astronomie hat sich in den sieben Jahren seit Erschei­nen der letzten Auflage weiter fortgesetzt. Die neuen Beobachtungsmöglichkeiten durch die Raumfahrt, die Entwicklung hochempfindlicher Lichtdetektoren und der Einsatz leistungsstarker Elektronenrechner sowohl bei der Gewinnung der Beobach­tungsdaten als auch bei deren theoretischer Deutung haben hierzu entscheidend beige­tragen. Obwohl von vielen Teilgebieten der Astronomie noch kein abgeklärtes Bild vor­liegt, erscheint es uns dennoch notwendig, mit einer erheblich überarbeiteten Neuauf­lage den Versuch zu unternehmen, eine zusammenhängende Darstellung der Beobach­tungsmethoden, der theoretischen Grundlagen und der Ergebnisse für das Gesamtge­biet der Astronomie zu geben.

Nach wie vor sehen wir die wesentliche Aufgabe dieses Buches darin, dem Studenten der Astronomie und anderer Naturwissenschaften, dem Fachmann aus Nachbargebie­ten und dem Amateurastronomen eine verständliche Einführung in alle Bereiche der Astronomie und Astrophysik zu geben, die den heutigen Stand der Forschung berück­sichtigt und einen Einstieg in die weiterführende Literatur ermöglicht.

Der enorme Fortschritt und die Vermehrung der astronomischen Kenntnisse schla­gen sich zwangsläufig in einer merklichen Vergrößerung des Umfangs dieser Auflage gegenüber der vorangehenden nieder. Während bereits früher behandelte Gebiete nur wenig gekürzt werden konnten, beanspruchen u. a. unser Planetensystem, die vielfälti­gen astronomischen Instrumente und Beobachtungsmethoden, die nukleare Entwick­lung der Sterne, der komplexe physikalische Zustand der interstellaren Materie, die Ga­laxien und Galaxienhaufen und die Aktivitätserscheinungen in den Galaxienkernen sowie die moderne Kosmologie in Verbindung mit Theorien der Elementarteilchen er­heblichen zusätzlichen Raum.

Die bewährte Gliederung des Inhalts wurde bis auf wenige Umstellungen und eine der Übersicht dienende, feinere Unterteilung der einzelnen Abschnitte beibehalten. So­weit nicht astronomische Einzelheiten benutzt werden, haben wir in dieser Auflage erst­mals für die Angaben von Zahlenwerten das internationale Einheitensystem SI einge­führt, daneben aber noch weitgehend wie bisher das Gaußsche cgs-System verwendet. In einem Anhang sind die wichtigsten Beziehungen zwischen den bei den Maßsystemen zusammengestellt.

Bei der Abfassung der früheren Auflagen des Neuen Kosmos konnte sich A. Unsöld der unermüdlichen Mitarbeit seiner damaligen Kieler Kollegen erfreuen. Bei der kriti­schen Durchsicht der Manuskripte sowie mit vielerlei Rat und Hilfe halfen B. Baschek, T. Gehren, H. Holweger, D. Reimers, E. Richter und V. Weidemann; bei der Herstel­lung der Manuskripte Fräulein A. Wagner, Frau G. Mangelsen und Frau G. Hebeler.

VIII Vorwort zur vierten Auflage

Ihnen allen möchte er bei seinem Ausscheiden aus der aktiven Forschung noch einmal recht herzlich danken.

Ein wesentlicher Teil dieser Neubearbeitung erfolgte durch B. Baschek, bei dem auch die Verantwortung, insbesondere für die neuen Teile, liegt. In allen Phasen der Arbeit an dieser Auflage haben uns zahlreiche Fachkollegen durch vielerlei Rat und Hilfe, durch neueres Material und durch konstruktive Kritik an einzelnen Abschnitten groß­zügig unterstützt, denen wir hier nicht allen namentlich danken können. Unsere Heidel­berger Kollegen J. Köppen, R. Wehrse und P. Hauschildt haben uns bereitwillig durch eine kritische Durchsicht des gesamten Manuskripts geholfen. Durch ihre unermüdli­che Arbeit bei der Herstellung des Manuskripts haben Frau G. Höhns, Frau B. Hoff­mann und vor allem Frau M. Wolf, die auch viele der Zeichnungen angefertigt hat, ei­nen wichtigen Beitrag zu diesem Buch geleistet. Ihnen allen möchten wir ganz herzlich danken.

Kiel und Heidelberg, Januar 1988

Albrecht Unsöld Bodo Baschek

Aus dem Vorwort zur dritten Auflage - Aus dem Vorwort zur zweiten Auflage IX

Aus dem Vorwort zur dritten Auflage

In den sechs Jahren seit Erscheinen der letzten Auflage hat die fortschreitende instru­mentelle Entwicklung in allen Teilen des elektromagnetischen Spektrums vom Radio­bereich und Infrarot bis hin zum Röntgen- und Gammastrahlenbereich zusammen mit dem zunehmenden Einsatz von Satelliten und Raumsonden eine Fülle neuer, zum Teil ganz unerwarteter Beobachtungen gebracht. Hand in Hand mit der fortschreitenden Kenntnis der verschiedenartigsten Himmelskörper hat auch die theoretische Forschung zu vertieften Einsichten in kosmische Zusammenhänge geführt. ...

Da sich durch die Fülle der zur Zeit anfallenden Beobachtungen deren Interpretation vielfach noch im Fluß befindet, schien es uns zweckmäßig, die Teile I bis III der 2. Auf­lage bis auf einige Verbesserungen von Druckfehlern unverändert zu übernehmen und der neuen Entwicklung der Astronomie durch einen IV. Teil, der sich an Abschn. 31 anschließt, Rechnung zu tragen. Hierin werden in vier (von B. Baschek bearbeiteten) Abschnitten ausgewählte neuere Ergebnisse dargestellt, wobei der Schwerpunkt zum ei­nen auf die Ergebnisse der letzten Planetenmissionen, zum anderen auf die Diskussion der meist von Satelliten aus durchgeführten Beobachtungen im fernen Ultraviolett, Röntgen- und Gammastrahlenbereich gelegt wird ....

Kiel und Heidelberg, September 1980

Aus dem Vorwort zur zweiten Auflage

Albrecht Unsöld Bodo Baschek

Die Astronomie hat in den letzten zehn Jahren eine geradezu explosive Entwicklung ge­nommen. Die erheblich revidierte und erweiterte 2. Auflage des Neuen Kosmos ver­sucht auch diese ihren Lesern näher zu bringen. Wir nennen nur einige Stichworte: Mondlandungen, Planetensonden, Kontinentverschiebung etc.; Pulsare, Röntgen- und y-Strahlungsquellen; interstellare Moleküle; Quasare; Aufbau und Entwickung von Sternen und Sternsystemen bis zu kosmologischen Weltmodellen usw.

Es soll nach wie vor die wichtigste Aufgabe dieses Buches sein, dem Studenten der Astronomie, wie dem Fachmann aus Nachbargebieten eine nicht zu schwerfällige Ein­führung in die heutige Astronomie und Astrophysik zu geben ....

Der Amateurastronom sollte sich durch ein paar Formeln nicht erschrecken lassen. Am besten wird er vielmehr ihre zahlenmäßigen Ergebnisse einstweilen bona fide ak­zeptieren und seine Lektüre mit der schon von A. Einstein so gepriesenen "göttlichen Neugier" fortsetzen ....

Kiel, August 1974 Albrecht Unsöld

X Aus dem Vorwort zur ersten Auflage

Aus dem Vorwort zur ersten Auflage

In den Jahren 1827 bis 1859 schrieb Alexander von Humboldt seinen "Kosmos, Ent­wurf einer physischen Weltbeschreibung«.

Humboldts Ziel war es, einem weiten Kreis seiner Zeitgenossen die Erforschung der Natur nicht nur als eine Sammlung von Methoden und Ergebnissen vorzuführen, son­dern ihnen vor allem zu zeigen, was diese für die Menschheit in ihrer geistigen Entwick­lung bedeutet. Naturforschung war für ihn - im Sinne von Schiller und Goethe - ein lebendiger Teil der menschlichen Bildung.

Unser Jahrhundert brachte eine Entwicklung der Astronomie, die sich den gleichzei­tigen großen Leistungen der Relativitätstheorie, der Quantentheorie und der Kernphy­sik würdig an die Seite stellt. Die Welt als Ganzes, der Kosmos in seinem räumlichen Aufbau und in seiner zeitlichen Entwicklung ist ein Gegenstand exakter naturwissen­schaftlicher Forschung geworden.

Mit neuen Augen erblicken wir einen Neuen Kosmos und - wie in früheren Epochen - wandelt sich mit seinem Aspekt der Außenwelt auch der sie erforschende Mensch.

Dieses Buch möchte einem großen Kreis von Lesern, die über eine gewisse naturwis­senschaftliche Vorbildung verfügen, das neue Bild des Weltalls näherbringen. Ein sol­ches Buch darf nicht zu umfangreich sein. Dementsprechend bemühte sich der Verfas­ser, die Grundgedanken der verschiedenen Bereiche astronomischer Forschung nach ihren sachlichen und historisch-menschlichen Zusammenhängen ganz deutlich hervor­treten zu lassen. . ..

Die Astronomie hat vor vierhundert Jahren die Menschen herausgeführt aus der Enge ihres mittelalterlichen, geozentrischen Weltbildes. In unserer Zeit ist ihre Bedeu­tung sicher nicht geringer geworden für eine freiere und modernere Gestaltung unserer Bildung und damit für die innere Freiheit und das Glück der Menschen. . ..

Kiel, April 1966 Albrecht Unsöld

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung........................................................ 1

2. Klassische Astronomie. Das Planetensystem ............................ 5 2.1 Sterne und Menschen: Beobachten und Denken (Historische Einleitung

in die klassische Astronomie) ..................................... 5 2.2 Die Himmelskugel. Astronomische Koordinatensysteme.

Geographische Länge und Breite .................................. 8 2.3 Die Bewegungen der Erde. Jahreszeiten und Tierkreis.

Die Zeit: Tag, Jahr und Kalender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.4 Der Mond. Mond- und Sonnenfinsternisse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5 Bahnbewegungen und Entfernungen im Planetensystem .............. 18

2.5.1 Planetenbewegungen und Bahnelemente ...................... 18 2.5.2 Kometen und Meteore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5.3 Entfernungsbestimmungen, Dopplereffekt und Aberration ...... 23

2.6 Mechanik und Gravitationstheorie ................................ 24 2.6.1 Newtonsche Gesetze ....................................... 25 2.6.2 Impuls- oder Schwerpunktsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.6.3 Erhaltung des Drehimpulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.6.4 Energiesatz und Virialsatz .................................. 27 2.6.5 Gravitationsgesetz. Himmelsmechanik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.6.6 Gezeiten ................................................. 31 2.6.7 Ptolemäisches und kopernikanisches Weltsystem ............... 32

2.7 Künstliche Satelliten und Raumfahrzeuge. Weltraumforschung ........ 33 2.8 Physische Beschaffenheit der Planeten und ihrer Monde .............. 39

2.8.1 Möglichkeiten zur Erforschung der Planeten und Satelliten ...... 39 2.8.2 Globaler Energiehaushalt der Planeten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.8.3 Innerer Aufbau und Stabilität ............................... 41 2.8.4 Aufbau der Planetenatmosphären .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.8.5 Erde und Mond. Die erdähnlichen Planeten ................... 44

a) Innerer Aufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 b) Radioaktive Altersbestimmungen. Erdgeschichte ............ 46 c) Magnetfelder. Plattentektonik ............................ 46 d) Mondoberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 e) Oberflächen der erdähnlichen Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 f) Atmosphären der erdähnlichen Planeten ................... 57

2.8.6 Planetoiden oder kleine Planeten (Asteroiden) ................. 60

XII Inhaltsverzeichnis

2.8.7 Die großen Planeten ...................................... . a) Jupiter ............................................... . b) Saturn ............................................... . c) Uranus ............................................... . d) Neptun ............................................... .

2.8.8 Pluto ................................................... . 2.9 Physische Beschaffenheit der Kometen, Meteore und Meteoriten.

Interplanetares Medium ........................................ . 2.9.1 Kometen ................................................ . 2.9.2 Meteore und Meteorite 2.9.3 Interplanetare Materie .................................... .

3. Astronomische und astrophysikalische Instrumente ..................... . 3.1 Entwicklung astronomischer Beobachtungsverfahren (Historische

Einführung und Überblick über das elektromagnetische Spektrum) .... . 3.2 Teleskope und Detektoren im Optischen und Ultraviolett ............ .

3.2.1 Teleskope herkömmlicher Art .............................. . 3.2.2 Auflösungsvermögen und Lichtstärke. Optische Interferometer .. . 3.2.3 Optische Detektoren ...................................... . 3.2.4 Spektrographen .......................................... . 3.2.5 Weltraumteleskope und erdgebundene Großteleskope .......... .

3.3 Teleskope und Detektoren für den Radiofrequenz- und Infrarotbereich .. 3.3.1 Radioteleskope .......................................... . 3.3.2 Empfänger und Spektrometer für den Radiofrequenzbereich .... . 3.3.3 Beobachtungsverfahren im Infrarot ......................... .

3.4 Instrumente der Hochenergieastronomie .......................... . 3.4.1 Wechselwirkung energiereicher Photonen und Teilchen

mit Materie .............................................. . 3.4.2 Teilchendetektoren und Teleskope für die Kosmische Strahlung .. . 3.4.3 Gammastrahlenteleskope .................................. .

3.5 Röntgenteleskope und -detektoren ................................ .

4. Sonne und Sterne. Astrophysik des einzelnen Sterns ..................... . 4.1 Astronomie + Physik = Astrophysik (Historische Einleitung) ......... . 4.2 Strahlungstheorie .............................................. .

4.2.1 Intensität und Strahlungsstrom ............................. . 4.2.2 Emission und Absorption. Strahlungstransportgleichung ....... . 4.2.3 Thermodynamisches Gleichgewicht und Hohlraumstrahlung .... . 4.2.4 Strahlungsdichte ......................................... .

4.3 Die Sonne: Strahlung und Geschwindigkeitsfelder der Photosphäre .... . 4.3.1 Photosphärisches Spektrum. Mitte-Rand-Variation ............ . 4.3.2 Absolute Energieverteilung, Leuchtkraft und Effektivtemperatur

der Sonne ............................................... . 4.3.3 Granulation und Oszillationen .............................. .

4.4 Helligkeiten und Farben, Entfernungen und Radien der Sterne ........ . 4.4.1 Scheinbare Helligkeiten, Farbindizes und Energieverteilung ..... . 4.4.2 Entfernungen und absolute Helligkeiten ..................... . 4.4.3 Bolometrische Helligkeiten und Leuchtkraft .................. . 4.4.4 Sternradien .............................................. .

60 60 63 67 68 69

69 69 71 74

77

77 80 81 85 88 91 93 96 97 99

101 102

103 105 108 109

113 113 117 117 119 120 123 123 124

126 128 129 129 132 134 134

Inhaltsverzeichnis XIII

4.5 Klassifikation der Sternspektren, Hertzsprung-Russell-Diagramm und Farben-Helligkeits-Diagramm ............................... 135

4.6 Doppelsterne und die Massen der Sterne ............... . . . . . . . . . . .. 140 4.6.1 Visuelle Doppelsterne .................................... 140 4.6.2 Spektroskopische Doppelsterne und Bedeckungsveränderliche.. 141 4.6.3 Perioden der Doppelsternsysteme. Rotation der Sterne ........ 142 4.6.4 Die Massen der Sterne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.6.5 Enge Doppelsternsysteme . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.6.6 Pulsare in Doppelsternsystemen ........................... 145

4.7 Spektren und Atome. Anregung und Ionisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 4.7.1 Grundbegriffe der Atomspektroskopie . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . 147 4.7.2 Thermische Anregung und Ionisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.7.3 Kinetische Gleichungen für Anregung und Ionisation.

Atomare Wirkungsquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 4.8 Physik der Sternatmosphären . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

4.8.1 Aufbau der Sternatmosphären . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.8.2 Absorptionskoeffizienten in Sternatmosphären .............. 161 4.8.3 Modellatmosphären. Spektrale Energieverteilung . . . . . . . . . . . . . 162

4.9 Theorie der Fraunhoferlinien. Chemische Zusammensetzung der Sternatmosphären .......................................... 165 4.9.1 Strahlungstransport in den Fraunhoferlinien . . . . . . .. . . . . . . . . . 167 4.9.2 Verbreiterung der Spektrallinien ........................... 168 4.9.3 Wachstumskurven. Quantitative Analyse der Sternspektren .... 170 4.9.4 Elementhäufigkeiten in der Sonne und den Sternen ........... 172

4.10 Die Sonne: Chromosphäre und Korona. Strömungen, Magnetfelder und Sonnenaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 4.10.1 Sonnenflecke und Aktivitätszyklus. Magnetische Fluß röhren ... 176 4.10.2 Die Chromosphäre ...................................... 179 4.10.3 Die Korona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 4.10.4 Protuberanzen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 4.10.5 Sonneneruptionen oder Flares ............................. 184 4.10.6 Magnetohydrodynamik in der Sonnenatmosphäre.

Wasserstoffkonvektionszone ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 4.10.7 Sonnenwind ............................................ 190

4.11 Veränderliche Sterne. Strömungen, Magnetfelder und Aktivität bei Sternen ................................................... 192 4.11.1 Pulsierende Sterne. R Coronae Borealis-Sterne ............... 192 4.11.2 Magnetische oder Spektrum-Veränderliche. Ap-Sterne

und Metalliniensterne .................................... 195 4.11.3 Aktivität, Chromosphären und Koronen bei kühlen Sternen. . . . 196 4.11.4 Koronen, Sternwinde und Variabilität bei heißen Sternen ...... 199 4.11.5 Kataklysmische Veränderliche: Novae und Zwergnovae ....... 201 4.11.6 Röntgenpulsare, Röntgen- und Gamma-Burster: Akkretion

auf Neutronensterne ..................................... 202 4.11.7 Supernovae, Pulsare und Supernovaüberreste . . . . . . . . . . . . . . . . 206

4.12 Aufbau und Energieerzeugung der Sterne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 4.12.1 Hydrostatisches Gleichgewicht und Zustandsgleichung der

Materie ................................................ 214 4.12.2 Temperaturverteilung und Energietransport im Sterninneren ... 215

XIV Inhaltsverzeichnis

4.12.3 Energieerzeugung im Sterninneren durch Kernreaktionen. . . . . .. 216 4.12.4 Gravitationsenergie und thermische Energie. Stabilität der Sterne. 220 4.12.5 Grundgleichungen des inneren Aufbaus der Sterne und allgemeine

Folgerungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 222 4.12.6 Innerer Aufbau der Sonne. Solare Neutrinos. . . . . . . . . . . . . . . . .. 223 4.12.7 Zustandsgleichung entarteter Materie. Aufbau

der Weißen Zwerge ....................................... 225 4.12.8 Neutronensterne ......................................... 227 4.12.9 Starke Gravitationsfelder: Allgemeine Relativitätstheorie ....... 228

5. Sternsysteme: Milchstraße und Galaxien. Kosmogonie und Kosmologie ..... 233 5.1 Der Vorstoß ins Weltall (Historische Einleitung in die Astronomie

des 20. Jahrhunderts) ........................................... 233 5.2 Aufbau und Dynamik des Milchstraßensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 239

5.2.1 Sternzählungen .......................................... 239 5.2.2 Raumgeschwindigkeiten der Sterne. Stromparallaxen .......... 240 5.2.3 Sternhaufen und der Bau der Milchstraße .................... 241 5.2.4 Galaktische Koordinaten und Geschwindigkeitskomponenten ... 244 5.2.5 Galaktische Rotation ..................................... 244 5.2.6 Galaktische Bahnen der Sterne. Lokale Massendichte .......... 247 5.2.7 Massenverteilung im Milchstraßensystem .................... 248

5.3 Interstellare Materie. Kosmische Strahlung ......................... 249 5.3.1 Interstellarer Staub ....................................... 251 5.3.2 Interstellare Absorptionslinien ............................. 256 5.3.3 Die 21 ern-Linie des neutralen Wasserstoffs. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 258 5.3.4 Interstellare Moleküllinien. Molekülwolken .................. 261 5.3.5 Leuchtende Gasnebel. H lI-Regionen ........................ 264 5.3.6 Heißes interstellares Gas ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 268 5.3.7 Interstellare Magnetfelder ................................. 268 5.3.8 Kosmische Strahlung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 269 5.3.9 Galaktische Gammastrahlung .............................. 273 5.3.10 Interstellares Medium: Zusammenfassender Überblick ......... 276

5.4 Farben-Helligkeits-Diagramme der Sternhaufen. Entwicklung der Sterne 277 5.4.1 Farben-Helligkeits-Diagramme galaktischer Sternhaufen ....... 279 5.4.2 Farben-Helligkeits-Diagramme der Kugelhaufen .............. 280 5.4.3 Metallhäufigkeit und Zwei-Farben-Diagramm ................ 280 5.4.4 Nukleare Entwicklung der Sterne: Deutung

der Farben-Helligkeits-Diagramme von Sternhaufen ........... 282 5.4.5 Entwicklung der Sterne: Spät- und Endstadien. Nukleosynthese

in Sternen ............................................... 287 5.4.6 Entwicklung in engen Doppelsternsystemen .................. 292 5.4.7 Anfangsphasen der Sternentwicklung. Entstehung der Sterne. . . . 294 5.4.8 Stellarstatistik und Sternentwicklung. Entstehungsraten der Sterne 300

5.5 Normale Galaxien. Infrarotgalaxien ............................... 303 5.5.1 Entfernungsbestimmung von Galaxien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 303 5.5.2 Klassifikation der Galaxien und absolute Helligkeiten .......... 305 5.5.3 Dynamik und Massen der Galaxien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 310 5.5.4 Sternpopulationen und Elementhäufigkeiten in Galaxien ....... 314 5.5.5 Gas und Staub in Galaxien. Infrarotgalaxien . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

Inhaltsverzeichnis XV

5.6 Radiogalaxien, Quasare und Aktivität in Galaxienkernen ............. 325 5.6.1 Nichtthermische Radiofrequenzstrahlung der Milchstraße und

normaler Galaxien. Theorie der Synchrotronstrahlung .......... 326 5.6.2 Radiogalaxien ............................................ 329 5.6.3 Der Zentralbereich der Milchstraße und anderer normaler

Galaxien ................................................. 333 5.6.4 Seyfert-Galaxien. Aktive Kerne der Radiogalaxien .............. 337 5.6.5 Quasare (Quasi stellare Objekte) ............................. 338 5.6.6 Aktivität in Galaxienkernen ............................... . . 343

5.7 Haufen und Superhaufen von Galaxien ............................ 344 5.7.1 Klassifikation und Massen der Galaxienhaufen . . . . . . . . . . . . . . . .. 345 5.7.2 Gas in Galaxienhaufen ..................................... 346 5.7.3 Wechselwirkende Galaxien. Entwicklung von Galaxienhaufen .... 347 5.7.4 Superhaufen von Galaxien .................................. 349

5.8 Galaktische Evolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 350 5.8.1 Jeanssche Gravitationsinstabilität. Entstehung von Sternhaufen

und Sternen .............................................. 350 5.8.2 Dynamik der Spiralarme. Dichtewellentheorie ................. 351 5.8.3 Formen der Galaxien. Entstehung einer galaktischen Scheibe

durch Kollaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 353 5.8.4 Entstehung der Galaxien und Galaxienhaufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 5.8.5 Dynamische und chemische Evolution der Galaxien. Entstehung

der Häufigkeitsverteilung der Elemente ....................... 357 5.9 Kosmologie ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

5.9.1 Fluchtbewegung der Galaxien. Hubblekonstante ............... 362 5.9.2 Weltmodelle. Materiekosmos ............................... 363 5.9.3 Ausbreitung von Strahlung. Vergleich von Theorie

und Beobachtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 366 5.9.4 Elemententstehung und Mikrowellen-Hintergrundstrahlung.

Strahlungskosmos ......................................... 370 5.9.5 Evolution des Kosmos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

6. Entstehung des Planetensystems. Entwicklung der Erde und des Lebens. . . .. 381 6.1 Entstehung der Sonne und des Planetensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 383 6.2 Entstehung der Meteorite ........................................ 385 6.3 Das Erde-Mond-System ......................................... 387 6.4 Entwicklung der Erde und des Lebens .............................. 389

Anhang ............................................................. 399 A.1 Verschiedene Einheiten, Internationales Einheitensystem

und Gaußsches System .......................................... 399 A.2 Physikalische Fundamentalkonstanten ............................. 402 A.3 Astronomische Konstanten und Einheiten .......................... 403 A.4 Namen der Sternbilder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 404

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

Quellennachweis ...................................................... 417

Sachverzeichnis ....................................................... 425