Unser Sonnensystem von Aristoteles zu Cassini

Max Camenzind

Senioren-Uni

Bad Kissingen 23.2.2012

II. 8 Planeten im Sonnensystem

Max Camenzind

Senioren-Uni Bad Kissingen 27.2.2012

III. Exo-Planeten Sind wir allein?

Max Camenzind

Senioren-Uni Bad Kissingen @ 1.3.2012

Broschüre DIN A4 180 Seiten Preis: ca. 16,- € in Farbe gebunden

• Max Camenzind • http://www.lsw.uni-

heidelberg.de/

users/mcamenzi

Der Mensch &

Astronomie

“Der Mensch ist Teil des

Universums

und das Universum ist

Teil von uns.”

Vision der Hildegard von

Bingen (1098-1179) -

aufgeschrieben im

Liber Divinorum Operum

Universum besteht aus

sphärischen Schalen

Die

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Unser Sonnensystem einzigartig Planeten, Zwergplaneten sehr geordnet

Planeten

Zwerg-

Planeten

Exotisches Planetensystem Alle Planeten innerhalb der Merkurbahn !

• 8000 Jahre Sonnenkult - Von Megalithen,

Kreisgrabenanlagen und Nebra.

• Vorstellungen zum Sonnensystem:

• Aristoteles Geozentrisches Weltbild.

• Kopernikus Heliozentrisches Weltbild.

• Das Moderne Weltbild: kein Zentrum.

• Die Astronomische Einheit AE (AU).

• Direkte Sonnenbeobachtungen SDO

• Sonnenfleckenzyklus von 11 Jahren

Einfluss auf Klima?

Unsere Themen

8000 Jahre Sonnenobservatorien

Goseck

Sonnenobservatorium Goseck Kreisgrabenanlage an der Saale (Naumburg) – 4800 v. Chr.

Sonnenobservatorium

Goseck –

Ringgraben an SW Seite

• Die Kreisgrabenanlage liegt auf einem Plateau oberhalb des Saaletals und besteht aus einem deutlich erkennbaren, annähernd kreisrunden Ringgraben von etwa 71 m Durchmesser. Es konnte ein flacher Erdwall rund um den Graben nachgewiesen werden. Die Anlage hat drei grabengesäumte Zugangswege, die nach Norden, Südwesten und Südosten ausgerichtet sind. Im Inneren befinden sich Spuren zweier konzentrischer Palisaden (ca. 56 und 49 m Durchmesser) mit gleich ausgerichteten, zum Zentrum hin schmaler werdenden Toren.

Sonnenobservatorium Goseck

Sonnenobservatorium Goseck

Sonnenobservatorium

Goseck –

Sonnenwende 4800 v.Chr.

Meridian

4800 v.Chr.

• Nach Untersuchungen des Astroarchäologen Wolfhard Schlosser vom Astronomischen Institut der Ruhr-Universität Bochum, der früher schon die Himmelsscheibe von Nebra interpretiert hatte, sind die beiden südlichen Tore und Zugangswege vom Mittelpunkt der Anlage aus gesehen mit einer Genauigkeit von drei bis vier Tagen auf den Sonnenaufgang und -untergang zur Wintersonnenwende um 4800 v. Chr. ausgerichtet, das nördliche Tor weist annähernd genau auf den astronomischen Meridian, also nach Norden. Dass es sich um ein Observatorium zur Bestimmung der Wintersonnenwende handelt, gilt daher als wahrscheinlich.

Sonnenobservatorium Goseck

• Eine Sonnenwende oder Sonnwende (lat.

Solstitium) findet zweimal im Jahr statt. Zur

Wintersonnenwende - auf der Nordhalbkugel der

Erde am 21. oder 22. Dezember – erreicht die

Sonne die geringste Mittagshöhe über dem

Horizont, während der Sommersonnenwende am

21. Juni (an Orten nördlich des nördlichen

Wendekreises) ihren mittäglichen Höchststand

über dem Horizont. Auf der Südhalbkugel sind die

Verhältnisse umgekehrt, während des dortigen

Winters ist auf der Nordhalbkugel Sommer.

Solstitien

Tägliche Sonnenbahn Sommer - Winter

Winter-Solstitien Sonne macht kleinsten Pendelbogen

Hier ein Bild aus der

Wikipedia viel über

Fundgeschichte.

Alter und Interpretation:

Material: Bronze und Gold

Herstellungszeit ca. 2100

bis 1700 v. Chr.

Vergraben ca. 1600 v. Chr.

Gefunden bei Raubgrabung

1999

Sonne, Mond und Plejaden,

linker Bogen fehlt.

Himmelsscheibe von Nebra ~ 2000 v. Chr.

Die Plejaden galten

in fast allen Kulturen

als besondere Sterne.

Aufgang der Plejaden

signalisiert den Sommer

Plejaden galten bei Griechen als Nymphen - alsTöchter des Atlas

Sonnenwagen von Trundholm ~ 1400 v. Chr.

Sonnen-

Barke

des

Cheops Museum

Ägypten

Cheopspyramide

In der Nähe der Stadt Nebra

im Ziegelrodaer Forst

Nebra Museum

Wangen (Sachsen-Anhalt)

Stonehenge / Südengland 3000 – 2000 v. Chr.

Sonnenwende in Stonehenge bei Sonnenaufgang – zufällig?

Stonehenge Rekonstruktion

Sonnenwende in Stonehenge

Altar-Stein

Fersen-

Stein

Manhatten

-

Modernes

Stonehenge

28. Mai & 12. Juli

Sonnenwende | Ost - West

• Untersuchungen anderer Steinkreise in Großbritannien sowie in Stonehenge selbst zeigten jedoch, dass die meisten dieser Ausrichtungen rein zufälliger Natur sind und von den Menschen der Jungsteinzeit und Bronzezeit, die diese Steine aufrichteten, nicht beabsichtigt waren. Ausrichtungen hatten ihrer Absicht nach eher Symbolgehalt als wissenschaftliche Grundlage, obwohl sie in vielen Fällen ganz allgemein mit der Richtung des Sonnenaufgangs und -untergangs verbunden waren. Der Gebrauch von Stonehenge als astronomische Beobachtungsstätte der vorgeschichtlichen Zeit wird weiterhin eine Sache der Mutmaßung bleiben. Archäologische Funde stützen diese Behauptung nicht.

Stonehenge – Symbol oder

Beobachtungsinstrument?

Chichen Itza (Yucatan, 450 n.Chr.)

Chichen Itza (Yucatan, 450)

Raffael / Stanzen des Vatikans „Alles ist Geometrie“ / Camenzind

Vorstellungen Sonnensystem

- von der Antike zur Neuzeit

Aristoteles (384-322 v. Chr.) führte das Abendland in die Irre.

…“das ist die natürliche Bewegung der Erde ….ist in Richtung des

Zentrums des Universums; deshalb muss die Erde das Zentrum sein.”

Aristoteles, “De Caelo”

Geozentrisches Weltbild

Claudius Ptolemäus, 100 - 170 AD

Fixstern-

Sphäre

ist noch

heute in

Gebrauch

Geozentrisches Weltbild – Kristallsphären

Mond Erde Venus Sonne Mars Jupiter Saturn

• Im geozentrischen Weltbild steht die kugelförmige Erde (griechisch γεοκεντρικό, geokentrikó, „erdzentriert“; „Erde“) im Zentrum des Universums. Alle weiteren Himmelskörper (Mond, Sonne, Planeten) umkreisen die Erde in verschiedenen, von innen nach außen konzentrisch angeordneten Sphären (durchsichtigen Hohlkugeln). Die äußerste Sphäre wird von den Fixsternen besetzt.

• Das geozentrische Weltbild wurde im klassischen Altertum in Griechenland eingeführt. Bis zum Ende des Mittelalters war es in Europa allgemein verbreitet; daneben wurde es auch im alten China gelehrt.

Geozentrisches Weltbild

Alle Körper

bewegen

sich auf

Kreisbahnen

um die Erde

Epizykel-

Bewegung

Problem: Retrograde

Marsbahn am Himmel

Ptolemäus Aristarch von Samos

(310 – 230 v. Chr.)

Kopernikus (1473-1543)

Paradigmenwechsel ~ 1600 Jedoch immer noch Kreisbahnen

Kepler’s Revision 1609 Planeten bewegen sich auf Ellipsen;

Sie bewegen sich im Perihel F schneller

Isaac Newton

Gravitation 1687 Alle Körper ziehen sich an

Sonnensystem Newton erklärt die Kepler-Gesetze

1 Astronomische Einheit = 149.597.870.696,0 +/- 0,1 m Faustformel: 1 AE ~ 150 Mio. km

1976: eine Astronomische Einheit ist der Radius einer kreisförmigen Umlaufbahn, auf der ein Objekt mit vernachlässigbarer Masse und frei von Störungen die Sonne in einem Jahr umläuft, genauer in 2p/k = 365,256898326 Tagen.

Distanz zu Pluto: ~ 40 AE (~ 320 Licht-Minuten)

Helio-

zentrisch

Heliosphäre Interstellarer Raum

1 AU = 1 AE = <Abstand Erde-Sonne> Oortsche Wolke

Unsere Nachbarschaft

Eine Reise durchs Sonnensystem

Weder Erde noch Sonne

im Zentrum des Universums !

Kosmologisches Prinzip (Milne 1933)

Wir befinden uns an keiner

ausgezeichneten Position des

Universums.

Das Universum ist um jeden Punkt

isotrop.

Milchstraße ist unsere Heimat

160.000 LJ

Mittlere Abstand zwischen Galaxien ~ Mio. LJ

Heute: Universum enthält Billionen von Galaxien

• Beobachtung der Sonnenflecken,

Sonnenfleckenzahlen, Eruptionen, …

• Nachweis der Sonnenrotation.

• Analyse des Sonnenspektrums.

• Bestimmung der solaren Strahlungsleistung

(Solarkonstante) – jährliche Variationen.

• Bestimmung der Oberflächentemperatur.

• Sonne im Vergleich zu andern Sternen.

• Weltraumwetter-Vorhersagen SDO

Die Sonne, ihre Flecken & Klima

Sonnen-Beobachtung Galilei 1609 Galileo Gailei baut das erste Teleskop

und entdeckt die Sonnenflecken !

Ungeheuerlichkeit zu jener Zeit !

48 Stunden Sequenz

SDO / optisch 450 nm

Sonnen-Beobachtung

mit Amateur-Teleskopen

Vorsicht – Augen schützen !

Erdatmosphäre

Solar Dynamics Observatory

SDO – 2010 – geosynchron / NASA

1 Monat Sequenz

SDO / UV 171 nm

Rotation 27 Tage

Aktivitäten bei

~ 30 Grad Breite

Wandern zum

Äquator hin

Apotheker Samuel Heinrich Schwabe aus Dessau entdeckte zum ersten Male den Zyklus der Sonnenflecken (1828 – 1845)

Sonnenfleckenzahl & Zyklus

Johann Rudolph Wolf ETH Zürich (1816-1893) Wolf´sche Relativzahl

Sternwarte ETH Zürich erbaut 1861 – 1864

seit 1980 außer Betrieb

Der 11-jährige Sonnen-Zyklus Zählung beginnt mit Zyklus 0 im Max 1749

23 20

10

5 1 Kalter Winter

Kalter Winter

0

Der 11-jährige Sonnen-Zyklus Maunder-Minimum / Modernes Maximum

Galilei sah Sonne zu sehr aktiven Zeit!

Galilei

Kleine Eiszeit

Die Kleine Eiszeit in Holland 1570 – 1630 / 1650 - 1715

Kalter Winter 1784 Alte Brücke Heidelberg

mehr als 1,5 m Schnee!

Sonnenflecken-Minimum

Kalter Winter 1784 Hochwasser Würzburg

im Februar 1784 Rathaus

Sonnen-Zyklus nächstes Max

Einstrahlung variiert mit Flecken

Die rote Linie markiert den rekonstruierten Verlauf in der nördlichen Hemisphäre. Der schwarze Anstieg rechts ist instrumentell gemessen.

Beobachtung von Sonnenflecken

Sonnenflecken treten immer

in Paaren auf • Magnetfelder

werden am Boden der Konvektionszone erzeugt.

• Starke magnetische Schleifen (Loops) steigen auf und werden verdreht.

• Magnetische Loops treten aus Photosphäre aus und dissipieren.

Der Sonnen-Dynamo Differentielle Rotation & mer. Strömung

Konvek- tionszone

Einstein-

Turm

Potsdam 1919 – 1922

erbaut

Teide-Observatorium auf

Teide in Teneriffa - KIS

KIS = Kipenheuer Institut für Sonnenforschung Freiburg

Teide-Observatorium

Gregor-

Teleskop

Teneriffa

Das neue Teleskop mit offener Struktur, komplett herunter fahrbarer Kuppel, alt-azimutaler Montierung, adaptiver Optik, und einer Auswahl von neu entwickelten wie auch bewährten wissenschaftlichen Postfokusinstrumenten ersetzt das 45 cm Gregory Coudé Teleskop.

Primär-Fokus

Cassegrain

Fokus

Coude-Fokus:

ortsfester

Fokus

durch mehrere

Umlenkspiegel

Fokal-

Systeme

Reflektor Cassegrain Fokus

Sonnen-Teleskope Kitt Peak

McMath-Pierce Telescope

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Spektrum der einfallenden Strahlung

Schwarzer Körper T = 5800 K

Strahlung auf Meereshöhe

Das Sonnenspektrum Solarkonstante = 1366 Watt/m²

schwankt 1325 – 1420 Watt/m²

Sonneneinstrahlung & Solarenergie

Einstrahlung ~ 5000 mal Energieverbrauch der Menschheit bei 8% W´Grad

Mittel = 165 W/m²

• In der Erdatmosphäre bewirken Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon seit Bestehen der Erde einen Treibhauseffekt, der entscheidenden Einfluss auf die Klimageschichte der Vergangenheit und das heutige Klima hat. Die Rolle des Glases wird hier von den genannten Treibhausgasen übernommen, die durchgängig für den kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung sind, langwellige Wärmestrahlung hingegen je nach Treibhausgas in unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren und emittieren.

• Der größte Teil des Treibhauseffekts wird mit einem Anteil von ca. 36-70 % (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch Wasserdampf in der Atmosphäre verursacht. Kohlendioxid trägt ca. 9-26 % zum Treibhauseffekt bei, Methan ca. 4-9 %, und Ozon ca. 3-7 %.

Der Treibhauseffekt

Joseph von Fraunhofer katalogisierte 1815

mehr als 500 dunkle Linien ( Absorption),

die im Spektrum der Sonne auftreten.

Mittlerweile sind etwa

25000 solcher „Fraunhofer-Linien“ bekannt.

Fraunhofer–Linien 1815

• 1 Zentralgestirn: die Sonne <Stern>;

• 8 Planeten: 4 Gesteins-, 4 Gasplaneten;

• 5 Zwergplaneten (Ceres, Pluto, …);

• 170 planetare Satelliten (Monde);

• 3079 Kometen (davon 318 mit Namen)

• 547.820 Asteroiden (davon 269.644

numeriert) – wahrscheinlich > 100 Mio.

Inventar

des Sonnensystems