Sexl Physik 8, Schulbuch

Astrophysik – Sterne und Galaxien In diesem Kapitel erfährst du, − − wie groß und wie weit entfernt die Sterne sind, − − wie sich Sterne aus kalten Gaswolken zu heißen Objekten entwickeln, − − wie Sterne als weiße Zwerge, Neutronensterne oder schwarze Löcher enden, − − wie Planeten außerhalb des Sonnensystems gefunden werden, − − wie Galaxien rotieren und in ihren Zentren Monster sitzen. 3 Vielleicht liegt der Beginn der Wissenschaft in der Faszination, die der Sternen- himmel seit jeher ausgeübt hat. Schon in der Steinzeit haben sich Menschen mit den Bahnen von Sonne, Mond und der Planeten beschäftigt. Bis ins 17. Jh. hielt man die Fixsterne nur für leuchtende Punkte am Himmelsgewölbe. Der Mönch G iordano B runo starb im Jahre 1600 in Rom als Ketzer auf dem Scheiterhaufen, weil er die Meinung vertreten hatte, dass die Fixsterne ebenfalls Sonnen seien. Im Jahr 1718 erkannte der englische Astronom E dmond H alley (1656–1742), dass Fix­ sterne eine Eigenbewegung haben und sich relativ zu einander bewegen. Nach der Entdeckung des Energiesatzes um 1850 begann man, nach der Energie- quelle der Sonne zu fragen. R obert M ayer (1814–1878) berechnete, dass eine Sonne aus reiner Kohle nach 5000 Jahren ausgebrannt sein müsste. Chemische Reaktio- nen konnten also nicht die gesuchte Energiequelle sein. H ermann H elmholtz (1821– 1894) nahm an, dass sich die Sonne durch die gegenseitige Gravitationsanziehung ihrer Teilchen zusammenzieht und dabei potenzielle Energie in innere Energie umsetzt. Mit dieser Energiequelle könnte die Sonne 30 Mio. Jahre strahlen. Die Geologen hatten hingegen erkannt, dass die Bildung der Sedimentgesteine auf der Erde einige hundert Millionen Jahre gedauert hatte. Über diesen Widerspruch zwischen Physik und Geologie sagte L ord K elvin (1824–1907) im Jahr 1866: „Eine umfassende Reform der geologischen Spekulationen scheint nunmehr notwendig zu sein. Englands populäre Geologie steht gegenwärtig im direkten Gegensatz zu den Prinzipien der Naturwissenschaft.“ Der Physiker irrte, und die Ansichten der Geo- logen über das Erdalter setzten sich durch: Der radioaktive Zerfall von Uran (und dessen Tochterkernen) produziert stabile Bleiisotope. Auf Grund deren Häufigkeit in Mineralien der Erdkruste und in Meteoriten setzt man heute das Alter des Son- nensystems und auch der Erde mit etwa 4,6Mrd. Jahren an. Erst im Jahr 1920 kamen die Physiker der Energiequelle der Sterne auf die Spur. Der Astronom S ir A rthur E ddington (1882–1944) erkannte, dass die Kernfusion die Energie der Sterne liefert. Es dauerte aber noch fast zwanzig Jahre, bis H ans B ethe (1906–2005) und C arl F riedrich von W eizsäcker (1912–2007) detaillierte Theorien über die Kernfusion in Sternen aufstellen konnten. Mit neuen Teleskopen wurde um 1920 klar, dass außerhalb unserer Milchstraße unzählige weitere Stern- systeme, die Galaxien, im Weltraum verteilt sind. Als der erste Astronomie-Satellit U huru 1971 ein Röntgenteleskop in den Weltraum brachte, öffneten sich neue Fenster im elektromagnetischen Spektrum. Mit Tele­ skopen im Weltraum und auf der Erde werden Sterne und Galaxien in allen Wellenlängenbereichen von Radiowellen bis zur Gammastrahlung untersucht. Durch internationale Zusammenarbeit entstehen große astronomische Forschung- seinrichtungen. Unser Wissen über den Weltraum wächst rasant, mit neuen Er- kenntnissen stellen sich auch immer neue Fragen. Der Blick in den Weltraum ist ein Blick in die Vergangenheit . Mit den heutigen Teleskopen werden Objekte in über 13Mrd. Lichtjahren Entfernung beobachtbar, sie zeigen ihren Zustand vor 13Mrd. Jahren. 76.2 In klaren Nächten kann man mit freiem Auge, d.h. ohne Fernrohr, die weiter entfern- ten Sterne unserer Galaxis als helles Band, die Milchstraße, sehen. 76.1 Die bronzezeitliche Kultstätte von Stonehenge diente vermutlich der Festlegung des Zeitpunkts der Sonnenwende. ? Warum leuchtet die Sonne? 76.3 Das ESO (European Southern Observato- ry) wurde für die gemeinsame europäische Astronomie-Forschung gegründet. Vier große Spiegelteleskope (Spiegeldurchmesser 8,4m) auf dem Paranal (2600m) in Chile bilden seit 1998 das Very Large Telescope (VLT). Mobile Kleinteleskope können mit den Großtele­ skopen als Interferometer betrieben werden, so dass Winkelauflösungen von Milli-Bogen­ sekunden erreicht werden. Die weißen Linien zeigen, von welchen Teleskopen Licht ins Inter- ferometer geschickt werden kann.  76 AKTUELLE FORSCHUNG Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv