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Physik: 10. Klasse

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Astronomische Weltbilder

Entwicklung des astronomischen Weltbilds

Schriftlich fixiert wurden die ersten astronomischen Entdeckungen nicht, sondern wurden in Bauten und Darstellungen festgehalten, um so ein Zeitmaß zu erhalten. Dabei wurden vor allem Sonne und Mond genutzt.

Geozentrisches Weltbild
Geozentrisches Weltbild

Die Griechen nutzten babylonische und ägyptische Quellen, um ein Weltbild zu erschaffen. Daraus entstand das geozentrische Weltbild, in dem die Erde im Zentrum des Sonnensystems liegt und sich die anderen Planeten sowie die Sonne um jene auf Kreisbahnen bewegen.

Hipparch (190-125 v. Chr.) erstellte einen Sternenkatalog mit ca. 1000 Sternen. Darin waren die Orte und die Helligkeit der Sterne enthalten. Die Leistung der Griechen wurde von Claudius Ptolemäus in dem Buch „Syntaxis mathematicae“ (mathematische Zusammenhänge) bzw. der Almagest zusammengefasst.

Im geozentrischen Weltbild kam es aber zu Ungereimtheiten, z.B., dass sich ein Planet schleifenförmig bewegt; daraus wurde die Theorie entwickelt, dass sich der Planet auf dem Epizykel bewegt, der auf dem Deferent wandert. Dessen Mittelpunkt liegt nicht im Weltzentrum.

Es gab jedoch auch Griechen, wie Aristarch (310-230 v. Chr.), die das heliozentrische Weltbild unterstützten, d.h. ein Sonnensystem, in der die Sonne im Zentrum liegt und sich die Planeten – also auch die Erde – um sie herum bewegen.

Kopernikanische Wende

Nikolaus Kopernikus (1473-1543) legte um 1510 Thesen dar und leitete so die kopernikanische Wende ein:

  1. Der Erdmittelpunkt ist der Mittelpunkt der Mondbahn.
  2. Die Himmelskörper bewegen sich um die Sonne.
  3. Die Fixsternsphäre ist unendlich weit entfernt.
  4. Die Bewegung des Fixsternhimmels ist Folge der Erdrotation.
  5. Die Erde rotiert sich um sich selbst und um die Sonne.
  6. Die Bewegung der Planeten ist Resultat der Planetenbewegung und der Erdenbewegung um die Sonne.

Die Keplerischen Gesetze

Erstes keplerisches Gesetz

Die Planeten bewegen sich auf elliptischen und nicht auf runden Bahnen um die Sonne. Sie steht im Brennpunkt einer solchen Ellipse.

Zweites keplerisches Gesetz

Die Bewegung eines Planeten ist konstant. Dabei gilt:

Konstante Planetenbewegung

Der Planet legt also bei gleicher Zeit die gleiche Fläche zurück.

Drittes keplerisches Gesetz

Der Zusammenhang zwischen Umlaufzeiten und großen Halbachsen für zwei Planeten lautet:

Zusammenhang zwischen Umlaufzeiten
                und großen Halbachsen für Planeten

Aspekte der modernen Kosmologie

Die Kosmologie ist ein Teilgebiet der Astronomie und umfasst die Lehre vom Ursprung und der Entwicklung des Universums. Die Erfahrungen und Entdeckungen kann man im kosmologischen Prinzip zusammenfassen: Kein Punkt im Weltall ist ausgezeichnet.

Große Entfernungen werden in Parsec (1 pc) angegeben. Ein Parsec beträgt 3,26 Lichtjahre:

1 Parsec

Größe der Milchstraße

So hat die Milchstraße am Zentralgebiet senkrecht zur Scheibenebene eine Ausdehnung von 5000 pc. In diesem Zentralgebiet befindet sich vermutlich ein Schwarzes Loch.

Diese „Scheibe“ umschließen kugelförmige Sternenhaufen, die den galaktischen Halo bilden. Dieser hat einen Radius von circa 25 kpc (Scheibenebene: 30.000 pc). Dabei liegt die Milchstraße in einer Korona, einer Hülle aus dunkler Materie.

Geburt des Weltalls

Unser Universum verändert sich stetig. Die Galaxien entfernen sich nach dem hubbleschen Gesetz. Diese Geschwindigkeit nennt man Fluchtgeschwindigkeit v:

Fluchtgeschwindigkeit und Hubble-Konstante

Die Fluchtgeschwindigkeit nimmt also mit zunehmender Entfernung r immer weiter zu. Diesen Zusammenhang hat man auch zur Bestimmung des Alters des Universums verwendet: Rechnet man zurück, kommt man so auf ein ungefähres Alter des Weltalls von 13,81 Milliarden Jahren.

Durch die Ausdehnung konnte sich auch Strahlung gleichmäßig verteilen, die als 3-K-Hintergrundstrahlung bezeichnet wird, da sie ungefähr 2,725 Kelvin beträgt.

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