Entwicklung des Weltbilds: Von Geozentrisch zu Keplers Gesetzen und Galaxien

Modelle des Sonnensystems und Astronomiegeschichte

Grundlegende Modelle des Sonnensystems

• Geozentrisches Modell: Die Erde ist unbeweglich im Mittelpunkt des Universums, und alle Planeten drehen sich um sie herum.
• Heliozentrisches Modell: Alle Planeten kreisen um die Sonne.

Tycho Brahe (1546–1601)

• Er machte Beobachtungen der Supernova (1572) und eines Kometen (1577).
• Er führte die präzisesten Positionsmessungen von Sternen durch, mit Fehlern von weniger als 1 Bogenminute.
• Er verzeichnete die Position des Planeten Mars.
• Im Jahr 1600 heuerte er einen jungen Mann an (Johannes Kepler), um die Daten aus 20 Jahren Planetenmessungen zu analysieren.

Johannes Kepler (1571–1630) und Keplersche Gesetze

• Er arbeitete auf der Grundlage der Aufzeichnungen von Brahe.
• Er formulierte seine drei Gesetze darüber, wie sich die Bewegungen der Planeten um die Sonne (elliptisch) verhalten.

Keplers Erstes Gesetz

Jeder Planet umkreist die Sonne in einer elliptischen Bahn, in der die Sonne einen Brennpunkt einnimmt.

Keplers Zweites Gesetz

Der Radiusvektor, der einen Planeten mit der Sonne verbindet, überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.

Keplers Drittes Gesetz

Die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten sind proportional zu den Kuben der Radien ihrer Bahnen. ($T^2 / r^3 = K$)

Galileo Galilei (1564–1642)

• Er beobachtete durch ein kleines Teleskop (von ihm gebaut) und bestätigte den Heliozentrismus.
• Er entdeckte Sonnenflecken.
• Er bemerkte, dass Jupiter Monde hat.
• Er stellte fest, dass die Venus Mondphasen besitzt.

Isaac Newton (1643–1727)

• Er fand heraus, dass die Bewegung von Körpern durch drei Gesetze beschrieben werden kann.
• Er formulierte das Gesetz der universellen Gravitation. ($F = G \cdot (m_1 \cdot m_2) / r^2$)
• Diese Gesetze kennzeichnen den Beginn der Astronomie als Wissenschaft.

Ursprung des Universums und Galaxien

Ursprung des Universums (Urknalltheorie)

Vor etwa 12 bis 15 Milliarden Jahren war die gesamte Materie des Universums in einem extrem kleinen Raum konzentriert, der explodierte. Dies führte zur Ausdehnung der Materie in alle Richtungen. Kollisionen und Störungen verursachten, dass sich Materie in einigen Teilen des Raumes verklumpte und konzentrierte, was die Bildung der ersten Sterne und Galaxien hervorrief.

Sterne und Galaxien

Sterne sind riesige Kugeln aus Gas, hauptsächlich Wasserstoff und Helium, die bei sehr hoher Temperatur und Druck stehen und durch die Schwerkraft in perfektem Gleichgewicht gehalten werden.

Galaxien

Eine Galaxie ist eine Ansammlung von Sternen, stellarem Gas und Staub, die durch die Schwerkraft zusammengehalten wird. Jede Galaxie kann aus Hunderten von Milliarden von Sternen und anderen Himmelskörpern bestehen.

Typen von Galaxien

• Elliptische Galaxien: Sie erscheinen wie ein Kern ohne Scheibe und weisen eine scheinbar gleichmäßige Helligkeit auf. Sie enthalten wenig Gas und Staub und bestehen aus alten, gelben Sternen mit geringer Metallizität.
• Spiralgalaxien: Sie besitzen einen Kern oder eine Birne, die aus alten, gelb-orangenen Sternen mit geringem Metallgehalt besteht, sowie eine Scheibe mit großen Mengen an interstellarem Gas und Staub, was die Entstehung junger, blauer Sterne mit hoher Metallizität anzeigt.
• Linsenförmige Galaxien: Sie ähneln einem Kern mit einer Scheibe, besitzen jedoch keine Spiral Arme. Sie bestehen aus alten Sternen, wenig Metall, und ohne Gas oder interstellaren Staub.
• Irreguläre Galaxien: Dies sind Galaxien ohne jegliche Symmetrie, die weder einen definierten Kern noch eine Scheibe aufweisen. Die bedeutendsten Beispiele sind die beiden Satellitengalaxien unserer Milchstraße: die Magellanschen Wolken.

Lichtgeschwindigkeit und Entfernungsmessung

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt $300.000 \text{ km/s}$.

• Sie umrundet die Erde in $0,02 \text{ s}$.
• Sie benötigt $1,3 \text{ s}$, um den Mond zu erreichen.
• Sie benötigt $8,3 \text{ min}$, um die Sonne zu erreichen.
• Sie benötigt $4,2 \text{ Jahre}$, um den nächsten Stern zu erreichen.

Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, d.h. $1 \text{ Lichtjahr} = 9.460.000 \text{ Millionen Kilometer} (9,46 \times 10^{12} \text{ km})$.

Die Milchstraße

Es ist unsere Galaxie. Die Römer nannten sie den „Weg der Milch“.

Sie ist groß, spiralförmig und beherbergt etwa $100.000$ Millionen Sterne, einschließlich der Sonne.

• Typ der Galaxie: Spirale.
• Anzahl der Arme: Zwei Hauptarme mit Verzweigungen.
• Helligkeit: $14.000$ Millionen Sonnenleuchtkräfte.
• Gesamtmasse: $1000$ Milliarden Sonnenmassen.
• Durchmesser: $100.000$ Lichtjahre.
• Scheibendicke: $2.000$ Lichtjahre.
• Dicke der kugelförmigen Zentralregion: $6.000$ Lichtjahre.

Die Sterne im Kern sind enger beieinander als in den Armen. Rundherum befindet sich eine Wolke aus Wasserstoff, einige Sterne und Sternhaufen.

Das Sonnensystem

Es befindet sich in einem der Spiralarme der Milchstraße, etwa $30.000$ Lichtjahre vom Zentrum und etwa $20.000$ Lichtjahre vom Rand entfernt.

Das Sonnensystem benötigt $225.000.000$ Jahre, um eine vollständige Umdrehung um die Galaxie zu vollziehen. Es bewegt sich mit etwa $270 \text{ km/s}$.

Die acht Planeten des Sonnensystems

Sie sind nach ihrer Nähe zur Sonne nummeriert:

Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun