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Die Entstehung von Sternen aus kollabierenden Gaswolken

Die Entstehung von Sternen ist auf die schwächste der 4 bekannten Naturkräfte zurückzuführen, auf die Gravitation. Der Urstoff der Schöpfung ist das Wasserstoff-Atom, bestehend aus einem Proton und einem Elektron. Es ist das einfachste existierende Atom, auf dem unser Universum aufgebaut ist. Daher besteht auch das Universum heute nach ca. 15 Milliarden Jahren immer noch zu einem sehr hohen Anteil aus Wasserstoff (H), der auch in freier atomarer Form im Universum verteilt ist. Da H-Atome eine Masse besitzen, sind sie auch dem universellen Gravitationsgesetz unterworfen.

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Sternbilder

Ein Blick auf den wolkenlosen Sternhimmel zeigt dem Betrachter eine Vielzahl an Sternen in bunter Mischung der Helligkeiten und unregelmässig am Himmel verteilt. Um einzelne Sterne über eine Zeitspanne zu beobachten muss man sie zuverlässig und daher möglichst einfach lokalisieren können. Schon frühzeitig haben daher die Menschen begonnen, die hellsten Sterne zu Gruppen zusammenzufassen, daraus entstanden die Sternbilder.

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Die Sonne

Als nächster Stern von der Erde aus, 150 Millionen km entfernt, produziert die Sonne Energie, die das ganze Ökosystem unseres Planeten betreibt und so für alles Leben auf der Erde verantwortlich ist. Die Sonne ist ein Plasmaball aus ca. 90% Wasserstoff (Plasma ist ein super heißes, geladenes Gas), der unter anderem einen sogenannten Sonnenwind produziert.

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Die Sternbilder und die Zeit

Die Sternbilder und die Zeit

Die Idee, die unregelmäßig am Himmel verteilten Sternkonstellationen in Bildern zusammenzufassen stammt aus prähistorischer Zeit und diente dem Menschen der Frühzeit zur besseren Identifizierung von Sternen und Sternfeldern. In Zeiten, als es noch keinen Kalender gab, war der Stand der Sterne ein wichtiger Anhaltspunkt für den Ackerbau, um z.B. mit der Aussaat zu beginnen, usw. Wenn man den Nachthimmel über eine gewisse Zeit beobachtet stellt man folgendes fest:

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Das Nördlinger Ries, oder: die Einschläge von Asteroiden auf der Erde

Das Nördlinger Ries, oder: die Einschläge von Asteroiden auf der Erde

Auf der schwäbischen Alb kann man zwei Einschlagkrater von grösseren Himmelskörpern finden. Das sogenannte Nördlinger Ries (NR) und das Steinheimer Becken (SB). Das Alter dieser Einschläge wird mit 15 Millionen Jahren angegeben. Dies ist in erdgeschichtlichen Maßstäben eine sehr kurze Zeitspanne, daher sind die Krater auch noch relativ gut erhalten, und dementsprechend gründlich erforscht. Der Krater Durchmesser im NR beträgt 24 km, im SB 3,8 km. Aus diesen Daten lässt sich die kinetische Energie und daraus resultierend, der Durchmesser der Impaktoren, mit einigen realitätsnahen Annahmen berechnen. Als Berechnungsgrundlage werden hier Angaben aus S+W 6/2002 zum Nachdenken verwendet.

Danach gilt für den Einschlagkrater – Durchmesser folgende Beziehung:

D = 0,074 * k * W1/3,4 (km) und dabei ist der Faktor k = 1 für D < 3 km und k = 1,3 für D > 3 kmW = E / Kilotonnen TNT-Äquivalent1 Kilotonne TNT = 4,185*1012 JE ist die Energie in J; E = (m * v2)/2 für kinetische Energie mit m als Körpermasse und v für die Geschwindigkeit.Bei v = 20 km/s, und einem spezifischem Gewicht von sg = 2,5 (g/cm3), kann man die Masse m des Impaktors ermitteln. Und aus der Masse und dem spez. Gewicht , m = V * sg = ( D3 * pi / 6 ) * sg erhalten wir den Durchmesser D.

Für das NR mit einem Kraterdurchmesser von 24 km ergibt sich damit ein Durchmesser des Impaktors von D= 1,3 km und eine Einschlags-Energie, die 2 350 mal größer ist, als die grösste jemals gezündete Wasserstoffbombenexplosion mit einer Explosionskraft, die 60 Megatonnen TNT äquivalent war. Für das SB mit einem Krater-Durchmesser von 3,8 km ergibt sich für den Impaktor D = 162 m, und einer entsprechenden 4,5 fachen Sprengkraft einer 60 Mto H-Bombe.

Bei diesen Zerstörungspotentialen stellt sich dann natürlich sofort die Frage, wie groß ist die Gefahr weiterer Einschläge dieser Größenordnung,und ihre Auswirkungen auf die Umwelt.Aus dem Internet habe ich zu diesem Thema folgende Angaben mit Datum 3.8.2001 gefunden. Wissenschaftler haben bisher 1 413 Erdbahnkreuzer identifiziert. Davon sind 500 größer als 0,62 Meilen (ca. 1000 m). Am 30. Juni 1908 ist über der Tunguska Region in Sibirien ein Objekt mit ca. 55 m Durchmesser in ca.10 km Höhe explodiert. Die Sprengkraft entsprach einer 10 Megatonnen H-Bombe. Dabei wurden 400 Quadratmeilen Wald dem Erdboden gleich gemacht, unzählige Rentiere geröstet,ein Mann in 60 Meilen (ca. 100 km) Entfernung wurde von der Druckwelle zu Boden geworfen.Don Yeomans, Direktor von National Aeronautics and Space Administrations Near-Earth Object Program,bemerkt hierzu, dass nach den vorliegenden Statistiken mit dieser Art von Einschlägen alle 100 Jahre zu rechnen sei. Mit anderen Worten, ein Einschlag dieser Grössenordnung wäre statistisch noch in diesem Jahrzehnt fällig. 1990 wurde Mexicos CHICXULUB Krater entdeckt,hervorgerufen durch einen 15 km großen Impaktor, der vor 65 Millionen Jahren nahe YUCATAN PENINSULA einschlug und ungefähr 2/3 der auf der Erde lebenden Tiere vernichtete, darunter auch die Dinosaurier. Bis Ende 2001 wurden 26 000 Asteroiden zuverlässig registriert, 1999 waren es noch 10 000 und um auf diese Zahl zu kommen hatte man 198 Jahre gebraucht. Das zeigt die rasante Entwicklung auf diesem Gebiet.Die nächste Annäherung eines Objektes an die Erde wird am 7. August 2027 erwartet, wenn ein ca. 1 km grosses Objekt mit Namen 1999-AN10 knapp ausserhalb der Mondbahn (245 000 Meilen) an der Erde vorbeifliegt. Durch die NEAR-Mission der Nasa zu dem Asteroiden EROS im Februar 2000 hat man viele Erkenntnisse über die großen Felsbrocken gewonnen, die unsere Erde umkreisen. Am 4. Juli 2005 ist geplant, das Raumschiff “Deep Impact” auf den Kometen TEMPEL 1 zu schiessen und ein Fußballfeld grosses Loch zu sprengen, um die Kometenmaterie zu analysieren. In Sky & Telescope 6/1988 S.29 ist eine Statistik angegeben die ein allgemeines Bild über die Bedrohungslage der Erde vermittelt.

Einschläge von Objekten auf der Erde

Wie gross ist die reale Gefahr? Sie ist überraschend hoch.Nach oben zitierten Quelle ergibt sich folgendes Bild.

ObjektgrößeEnergie

In Megatonnen TNT

Intervall

In Jahren

Konsequenzen > 10 km> 108108 – 109Globale Katastrophe2 km – 10 km105 – 108106 – 108Global begrenzte Auslöschungen0,2 km – 2 km103 – 105104 – 106Regionale Katastrophe30 m – 200 mca. 103102 – 104Ernste lokale Katastrophe10 m – 30 m3 – 1031 – 100Kleinerer lokaler Einschlag

Dazu zum Vergleich

Die Hiroshima Bombe setzte eine Energie von 20 Kilotonnen TNT frei. Die größte jemals gezündete H-Bombe entsprach einer Sprengkraft von 60 Megatonnen TNT. Lt.Astr.Picture of the day vom 11.12.1999 ist bekannt, dass ein z. Zt. noch unscheinbarer Stern 9.Grösse, also ohne Teleskop nicht sichtbar, in 63 Lichtjahren Entfernung, im Sternbild Ophiuchus, mit Namen Gliese-710, in 1 Million Jahren bis auf 1 Lichtjahr an unsere Sonne herankommt und somit die ausserhalb der Plutobahn befindliche Oortsche Wolke gravitativ beeinflusst und damit einen weiteren Einschlag eines grösseren Objektes auf der Erde einleiten kann, wenn uns nicht Jupiter, wie bei Shoemaker-Levy zu Hilfe kommt und durch seine grosse Masse und damit seiner grossen gravitativen Wirkung das Objekt auf sich nimmt.

Einschläge auf dem Mond

Der Mond wird ständig von Meteoriten bombardiert. Der Mond hat keine Atmosphäre, so dass auch kleinere Objekte einschlagen können. Dies zeigt die Apollo-Seismographenstation. Die Statistik zeigt, dass im jährlichen Mittel das grösste Projektil einen Krater mit einem Durchmesser von etwa 50 m erzeugt. Man muss auch hier mehr als 20 000 Jahre auf einen Krater von 1000 m Durchmesser warten.

Für die Einschlagrate auf der Erde gilt nach Eugene Shoemaker folgende Konstante: Für Objekte die einen Krater von ca. 10 km Durchmesser erzeugen, gilt:

Einschlagsrate = 1,2….2,2 * 10-14  (in km-2 * a-1)

Willy Mahl 28.05.2002


Letzte Änderung am 2009-Mar-15

Die scheinbare Vergrößerung von SONNE und MOND am Horizont

Die Größe von Sonne und Mond in Verbindung mit ihren Entfernungen von der Erde führen zu der wohl einmaligen Eigenschaft im Sonnensystem, dass beide Objekte für den Beobachter auf der Erde denselben Durchmesser haben. Im Durchschnitt sind das ca. 32 Bogenminuten.

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Ein Besuch im Planetarium.

Ein Planetarium gibt dem Besucher eine Modelldarstellung des Sternenhimmels mit all seinen vielfältigen Erscheinungsformen, in nahezu beliebigen Zeitabläufen. Ein optisches Gerät projiziert einen künstlichen, aber naturgetreuen Sternenhimmel auf die Innenseite einer Kuppel.

Der Lauf der Sonne, des Mondes und aller Planeten, sowie Kometen, aber auch besondere Ereignisse wie Finsternisse, Sternbedeckungen durch den Mond, Planeten oder Planetoiden, ferner Meteore, Polarlichter und vieles mehr sind darstellbar. Man nimmt heute an, dass der Wunsch nach einem Planetarium schon in prähistorischer Zeit geweckt wurde, als die Menschen begannen, zum Himmel aufzublicken, und zu verstehen versuchten was sie dort sahen.

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Präzession und Nutation

Der Himmelsnordpol beschreibt einen Kreis um den Pol der Ekliptik. Diese Bewegung heißt Lunisolarpräzession. Es sind die Folgen der Anziehungskraft von Sonne und Mond auf den Äquatorwulst der Erde. Als Folge wandert der Frühlingspunkt auf der Ekliptik zurück, gegen die jährliche Bewegung der Sonne. Die Erdachse benötigt für einen Umlauf etwa 26 000 Jahre.

Oder 50,3878″ pro Jahr (für das Jahr 2000).Oder etwa 1,4° in 100 Jahren.

Die Wirkung auf die Koordinaten von Himmelsobjekten erkennt man am Vergleich der Epochen 1950 und 2000:

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Die Reisegeschwindigkeit der Erde

Die Reisegeschwindigkeit der Erde

Die meisten Menschen reagieren mit ungläubigem Staunen, wenn sie hören, mit welcher Geschwindigkeit sie durch das Sonnensystem rasen. Wenn sie dann mangels Gegenargumenten, zumindest vorläufig, die Information geschluckt haben, dann kommt meistens die Frage, “wie kann man denn das so genau messen?”.

Die Antwort auf diese Frage gibt einen Einblick in die oft sehr raffinierten und intelligenten Methoden der Astronomie, die mit den “Bordmitteln” Intuition, Phantasie und präziser Beobachtung schon so viele Rätsel des Kosmos gelöst hat, seit Tycho Brahe und Kepler.

Daten der Erdbahn

Die mittlere Entfernung der Erde von der Sonne: 149,6 Mio km = 1 AE (= Astronomische Einheit)Die Exzentrizität der leicht elliptischen Erdbahn ist: e = 0,0167Das bedeutet, dass die Sonnendistanzim Perihel (Sonnen-Nähe) = 147 Mio km beträgtund im Aphel (Sonnen-Ferne) = 152 Mio km.Die Perihelgeschwindigkeit der Erde ist 30,3 km/s = 109 080 km/h, die Aphelgeschwindigkeit ist hingegen 29,3 km/s = 105 480 km/h.Die Rotationsgeschwindigkeit der Erde am Äquator ist 0,465 km/s oder 1674 km/h.

Wie hat man nun diese enorme Geschwindigkeit der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne ermittelt?

Beim Versuch, die Entfernungen von Fixsternen zu ermitteln, hat man einen Effekt entdeckt, der unter dem Begriff: “Aberration des Lichts ” in die Geschichte der Astronomie eingegangen ist. Das war nicht etwa in diesem Jahrhundert, sondern schon 1725.

Dazu folgende Hinweise:

Beobachtet man einen Stern, der für einen ruhenden Beobachter im Sonnensystem senkrecht zur Ekliptik, also zur Erdbahn,bzw. zur scheinbaren Sonnenbahn steht, von der bewegten Erdbahn, also von der Erde aus, so muss das Teleskop des Beobachters in Richtung der Erdgeschwindigkeit v um den sogenannten Aberratonswinkel v/c (das entspricht ca. 20,48″) vorgeneigt werden, damit es auf den Stern zeigt.c ist die Lichtgeschwindigkeit (299 792,458 km/s).

Im Lauf eines Jahres beschreibt also ein Stern in Richtung Pol zur Ekliptik einen kleinen Kreis. In Richtung Ekliptik bewegt er sich auf einer Geraden hin und her. In den Positionen dazwischen beobachtet man eine Ellipse.

Siehe dazu folgende Skizze:

AmPol der Ekliptik beschreibt der Stern einen Kreis mit dem Radius a = v/c = 20,48″.Im Abstand von 1/4 Jahr sieht der Beobachter den Stern in den Positionen 1, 2, 3 und 4.

DiesenEffekt, der durch die endliche Größe der Lichtgeschwindigkeit und durch die Geschwindigkeit der Erde entsteht, kann man sich mit einer Analogie aus dem täglichen Leben weiter veranschaulichen: Wenn ein durch den Regen eilender Mensch seinen aufgespannten Regenschirm senkrecht hält,so wird er nass. Neigt er ihn aber je nach seiner Geschwindigkeit nach vorne, also in Bewegungsrichtung,so bleibt er trocken. Dies ist dasselbe Prinzip.

Warum spüren wir nichts von unserer enormen Riesengeschwindigkeit?

Die Erde beschreibt um die Sonne innerhalb eines Jahres eine leicht elliptische, fast kreisförmige Bahn. Um die Erde auf dieser Bahn zu halten braucht es Kräfte, denn erinnern wir uns an den Trägheitssatz: Körper behalten ihren Bewegungszustand bei, wenn sie kräftefrei sind. Das Beibehalten des Bewegungszustandes entspricht einer gleichförmigen bewegung, die konstante Geschwindigkeit und unveränderte Bewegungsrichtung als Eigenschaft hat. Bei einer Kreisbahn ändert sich die Bewegungsrichtung ständig. Die hierfür notwendige Kraft wird im Falle der Erde durch die Gravitationskraft der Sonne realisiert. Von dieser Kraft spüren wir allerdings nichts, weil die Anziehungskraft der Sonne mit 1/1600 der Erdanziehungskraft für einen Beobachter auf der Erdoberfläche verschwindend gering ist.

Unsere Bahngeschwindigkeit müssen wir daher aus ruhenden Objekten ableiten. Obwohl Fixsterne alles andere als ruhende Objekte sind, erscheinen sie uns als Objekte, die aufgrund ihrer riesigen Entfernungen nur in hunderten von Jahren ihre Position am Nachthimmel ändern, wenn wir unseren Nachbarstern Alpha Centauri mit nur gut vier Lichtjahren Enfernung ausklammern.

Willy Mahl , Mai 2003


Letzte Änderung am 2009-Mar-15

Der Nachthimmel – Was gibt’s zu sehen?

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