ASTRONOMIE Wichtiges Grundwissen fr Lehramtsstudierenden der Haupt und

ASTRONOMIE Wichtiges Grundwissen für Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule Schriftliche Hausarbeit von Irina Lutz

ASTRONOMIE - ASTROLOGIE • Astrologie: – griechisch: ástron: Stern, logos: Lehre – Sternreligion; Glaube an die Macht der Sterne • Verschmelzung von Astrologie und Astronomie Bsp. : Stonehenge • Astronomie: – griechisch: ástron: Stern, nómos: Gesetz – Sternenkunde; Wissenschaft der Erforschung der Himmelskörper und des Weltalls Schulphysik 2 - Astronomie Abb. 1: Stonehenge 2

DIE ENTSTEHUNG DER STERNBILDER Abb. 2: Fixsternhimmel im Mai über der Nordhalbkugel Schulphysik 2 - Astronomie 3

DER TIERKREIS (ZODIAK) • In einem Jahr durchläuft die Sonne 12 Sternbilder auf ihrem Weg über den Himmel Tierkreis, Sternzeichen der Menschen • 4 Kardinalpunkte durch Auf- und Abbewegung der Sonne über dem Horizont: 2 Sonnenwenden und 2 Tagundnachtgleichen Abb. 3: Zodiak mit Kardinalpunkten Schulphysik 2 - Astronomie 4

DAS PTOLEMÄISCHE WELTBILD • geozentrisches Weltbild • rückläufige Planetenbahnen Epizyklenbewegung Abb. 5: Epizyklenbewegung des Mars Schulphysik 2 - Astronomie Abb. 4: geozentrisches Weltbild 5

DAS KOPERNIKANISCHE WELTBILD • heliozentrisches Weltbild Abb. 6: heliozentrisches Weltbild Schulphysik 2 - Astronomie 6

GALILEIS FERNROHR • beobachtet als erster Wissenschaftler mit einem Fernrohr die Himmelskörper – Unvollkommenheit des Mondes kein Planet mehr – Widerlegung der Fixsternsphäre – Entdeckung der Jupitermonde, die nicht um die Erde kreisen unvereinbar mit geozentrischen Weltbild • Verbote durch die Kirche und Ladung vor die Inquisition Schulphysik 2 - Astronomie 7

DAS KEPLERSCHE WELTBILD • Kepler berechnet Marsbahn neu Ellipsenbahn • keplersche Gesetz für die Planetenbewegung 1. Planeten bewegen sich auf Ellipsenbahnen, in deren Brennpunkt die Sonne steht. 2. Die Fahrstrahlen überstreichen in gleichen Zeiten gleiche Flächen. 3. Die Kuben der Bahnradien zweier Planeten verhalten sich wie die Quadrate ihrer Umlaufzeiten. Schulphysik 2 - Astronomie 8

STRUKTUREN IM UNIVERSUM I • Sterne sammeln sich in Galaxien Abb. 7: Spiralgalaxie Abb. 8: Balkangalaxie Abb. 9: irreguläre Galaxie Abb. 10: elliptische Galaxie • Sterne in Sternhaufen stammen alle aus der gleichen Ursprungswolke – offener Sterhaufen – Kugelsternhaufen Schulphysik 2 - Astronomie 9

STRUKTUREN IM UNIVERSUM II • Sterne: selbstleuchtende Gaskugeln • Entwicklung eines Sterns von der Entstehung bis zum Ende H 2, interstellare Materie Hauptstern brauner Zwerg roter Riese weißer Zwerg blauer Riese roter Über -riese Supernova schwarzer Stern Neutronenstern schwarzes Loch Abb. 11: Hertzsprung-Russel-Diagramm Schulphysik 2 - Astronomie 10

STRUKTUREN IM UNIVERSUM III • Planet: Bahn um die Sonne, rund, kein Mond, bereinigte Bahn • nach Definition der IAU: Pluto ist kein Planet mehr M V • Mein Vatereerklärtem mir jjeden SSonntaguunsere N Nachbarplaneten. • Trabanten: Monde; Himmelskörper die durch Gravitation an einen Planeten gebunden sind Schulphysik 2 - Astronomie 11

STRUKTUREN IM UNIVERSUM IV • Asteroiden • Kometen – planetenähnliche Brocken (bis Ø 1000 km) – Bahn um die Sonne – exzentrische Bahn um die Sonne – aus Eis und Staub • Meteoriden – Kleinstkörper aus Metall und/oder Gestein – Eintritt in Erdatmosphäre: Sternschnuppen /Meteore Abb. 12: schematischer Kometenaufbau Schulphysik 2 - Astronomie 12

UNSER SONNENSYSTEM • Milchstraße Spiralgalaxie • Zentralgestirn (Sonne) mit 8 Planeten • Planetenebene = Ekliptik Abb. 13: Vogelperspektive der Milchstraße roter Pfeil: unser Sonnensystem Abb. 14: unser Sonnensystem (nicht maßstabsgetreu) Schulphysik 2 - Astronomie 13

DIE SONNE • • 4, 5 Mrd. Jahre alt; Lebenserwartung: 10 Mrd. Jahren besteht aus Wasserstoff (73%) und Helium(25%) Masse: 1, 99*1030 kg Aufbau: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Kern Strahlungszone Konvektionszone Photosphäre Sonnenflecken Granulation Chromosphäre Protuberanzen Korona Abb. 1 5: Aufbau der Sonne Schulphysik 2 - Astronomie 14

DIE ERDE I • Aufbau: Abb. 16: Aufbau der Erde Schulphysik 2 - Astronomie 15

DIE ERDE II • wichtige Daten Alter Masse: Dichte: Polradius: Äquatorradius: mittlere Temperatur (Oberfläche): Neigung der Achse: Rotationszeit: Umlaufzeit um die Sonne: Zusammensetzung der Atmosphäre: 4, 5 Mrd. Jahre 5, 974*1024 kg 5, 5 6356, 774 km 6378, 140 km 14°C 23, 45° 23 h 56 min 365, 25 Tage 79% N 2; 20% O 2; ferner Wasserdampf, Edelgase, CO 2 Schulphysik 2 - Astronomie 16

DER MOND I • • • Trabant der Erde Masse: 7, 35*1022 kg Radius: 3479 km mittlerer Abstand zur Erde: 382000 km Umlaufzeit um die Erde: 29, 5 Erdentage (synodischer Monat) • Mondtag: 27, 3 Erdentage (siderisch) Schulphysik 2 - Astronomie 17

DER MOND II • Mondphasen: Abb. 17 Die Mondphasen Schulphysik 2 - Astronomie 18

SONNE UND ERDE Abb. 18: Film - Die Jahreszeiten Schulphysik 2 - Astronomie 19

DER EINFLUSS DES MONDES –GEZEITEN Abb. 19: Film - Die Gezeiten Schulphysik 2 - Astronomie 20

MONDFINSTERNIS • Mond befindet sich im Erdschatten • totale Mondfinsternis nur im Kernschatten • findet nachts statt • Eine totale Mondfinsternis ist etwa zwei Mal pro Jahr bei uns beobachtbar. Abb. 20 Mondfinsternis Schulphysik 2 - Astronomie 21

SONNENFINSTERNIS Abb. 21 Sonnenfinsternis • Mondschatten fällt auf die Erde • am Tage beobachtbar • totale Sonnenfinsternis: es wird für etwa 8 Minuten dunkel • Korona der Sonne sichtbar • weltweit circa 2 Sonnenfinsternisse pro Jahr • nur lokal beobachtbar wegen des kleinen Schattenkegels Schulphysik 2 - Astronomie 22

DIE RAUMFAHRT • Rückstoßantrieb • Raketen – Verbrennung von Sauer- und Brennstoff bei 5000°C – Abgasgeschwindigkeit durch die Düsen: über 5000 – Geschwindigkeit abhängig vom Verhältnis der Raketenanfangsmasse zur Masse beim Brennschluss – besserer Wirkungsgrad bei zweistufigen Raketen Schulphysik 2 - Astronomie Abb. 22 vereinfachter Raketenaufbau 23

AKTIVITÄT IM WELTRAUM • Satelliten – Sputnik I (Ud. SSR 1957) – Bewegung in einer Erdumlaufbahn • erdnah: Bahn mehrere 100 km über der Erde • geostationär : Umlaufzeit 1 Tag „steht“ über der Erde • Raumsonden – wissenschaftliche Zwecke – Geschwindigkeit bei Brennschluss größer als 7, 9 Schulphysik 2 - Astronomie 24

KOSMISCHE GESCHWINDIGKEIT • Newton: Wie groß muss die Anfangsgeschwindigkeit sein, damit ein Stein einmal um die Welt fliegt? • FZentripetal = FGravitation v in Art der Bahn 1. kosmische Geschwindigkeit 7, 9 Erdumlaufbahn 2. kosmische Geschwindigkeit 11, 2 Verlassen des Gravitationsfeldes der Erde auf einer Parabelbahn 3. kosmische Geschwindigkeit 16, 7 Verlassen des Sonnensystems auf einer Hyperbelbahn 4. kosmische Geschwindigkeit 129, 0 Verlassen der Milchstraße Schulphysik 2 - Astronomie 25

KEGELN MIT NEWTON Die vier kosmischen Geschwindigkeiten entsprechen Bahnen, deren Geometrie sich ergibt, wenn eine Schnittebene durch einen Kegel von horizontal auf vertikal gedreht wird Schulphysik 2 - Astronomie 26