Grundlegende Konzepte der Astrophysik und Kosmologie

Grundlegende Definitionen

Das Lichtjahr

Das Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in der Zeit eines Jahres zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit ($v_{Licht}$) beträgt ungefähr 300.000 km/s.

Gravitative Akkretion

Akkretion ist ein Massenphänomen, bei dem Materie aufgrund der Gravitationsanziehung zusammenwächst (ansammelt).

Das Schwarze Loch und der Ereignishorizont

Ein Schwarzes Loch ist eine Konzentration von Masse, deren Gravitationskraft so stark ist, dass selbst Licht ihr nicht entkommen kann. Der Point of No Return (Ereignishorizont) ist die Grenze, ab der keine Flucht mehr möglich ist. (Beispiel: 7,7 Mio. km).

Lichtgeschwindigkeit und Beobachtung

Lichtlaufzeit Sonne-Erde

Wir sehen die Sonne nicht, wie sie *jetzt* ist, sondern wie sie vor einigen Minuten war. Da das Licht mit 300.000 km/s reist, benötigt es etwa 8 Minuten für die Strecke von der Sonne zur Erde. Das Licht erreicht uns also nicht sofort.

Vergangenheit sehen: Ferne Sterne

Wir wissen, dass es Sterne gibt, deren Licht wir noch nicht gesehen haben, oder deren Licht wir erst jetzt sehen, obwohl sie bereits explodiert sind. Wenn ein Stern eine Million Lichtjahre entfernt ist, sehen wir ihn, wie er vor einer Million Jahren war. Umgekehrt gilt: Wenn er heute explodiert, sehen wir die Explosion erst in einer Million Jahren.

Kosmologische Modelle

Big Bang vs. Big Rip

Der Big Rip ist die Hypothese, die eine fortgesetzte Expansion des Universums vorhersagt, die nicht durch die Gravitation gestoppt wird, wodurch das Universum immer weniger dicht wird.

• Der Urknall (Big Bang) beschreibt die Entstehung des Universums.
• Der Big Rip beschreibt eines seiner möglichen Enden.

Doppler-Effekt und Kosmische Hintergrundstrahlung

Der Unterschied zwischen dem Doppler-Effekt (relevant für die Rotverschiebung) und der Kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB), die von Penzias und Wilson entdeckt wurde, liegt in ihrer Natur als Beweis für die Expansion bzw. den Urknall.

Entstehung des Sonnensystems

Zur Erklärung des Ursprungs unseres Sonnensystems wird angenommen, dass mindestens eine Supernova notwendig war. Schwere Elemente können nur in sehr massereichen Sternen entstehen. Diese Elemente wurden dann durch die Druckwelle einer (zweiten) Supernova komprimiert, was zur Bildung unseres Sonnensystems führte. Unsere Sonne selbst nutzt hauptsächlich Wasserstoff und Helium.

Bedingungen für die Entstehung von Leben

Folgende Qualitäten sind für die Entstehung und Erhaltung von Leben auf einem Planeten entscheidend:

• Gravitation: Muss stark genug sein, um eine geeignete Atmosphäre zu halten.
• Geschmolzener Kern: Erzeugt ein Magnetfeld, das den Planeten vor kosmischer Strahlung schützt.
• Riesenplaneten: Die Anwesenheit von Riesenplaneten (wie Jupiter) in der Nähe hilft, die Mehrheit der Meteoriten abzufangen.
• Galaktische Situation: Die geeignete Position innerhalb der Galaxie (z. B. außerhalb der aktiven Zentren).

Der Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt unterscheidet sich von einem hypothetischen Effekt, bei dem die Atmosphäre Strahlung reflektiert und dadurch eine Temperaturabnahme verursacht (was nicht der Fall ist, da die Atmosphäre Wärme aufnimmt).

Die Treibhausgase bewirken einen Temperaturanstieg, indem sie das Entweichen der von der Erde abgestrahlten Infrarotstrahlung verhindern (zurückhalten).