Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold

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1 Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold
Beobachtungen Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold

2 Teleskope Historisches zu Teleskopen Radioastronomie
Astronomie. Beobachtungen.

3 Woraus besteht ein Teleskop?
Optik Bilderzeugendes System: Objektiv (von lat. «gegenüberliegen»), oder Hohlspiegel Okular (von lat. «Auge») Montierung und Stativ Zubehör Sucher Taukappe Filter Fotoadapter Astronomie. Beobachtungen.

4 Drei verschiedene Teleskoparten
Refraktoren Linsenfernrohre «Kepler‘sches Fernrohr» Reflektoren Spiegelfernrohr «Newton Refraktor» Katadioptrische Fernrohre Schmidt-Cassegrain Teleskope (SCT) Kombination aus Spiegel und Linse Astronomie. Beobachtungen.

5 Optische Grundlagen. Objektivdurchmesser D: Je grösser, desto mehr Licht gesammelt, desto heller das Objekt. Objektivbrennweite F: Je kleiner, desto heller. Auflösungsvermögen: Winkel q in rad, wobei der Durchmesser des beobachteten Objektes ø := qmin · d ist (d := Distanz Objekt-Teleskop). Öffnungsverhältnis := D/fObjektiv entspricht «Blende» in Fotographie 1,22 · l min = D Astronomie. Beobachtungen.

6 Vergrösserung. V = FObjektiv fOkular Maximalvergrösserung (Faustregel) (bei sehr guten Verhältnissen das Doppelte) Vmax ≈ Dobjektiv (mm) Astronomie. Beobachtungen.

7 Refraktoren: Prinzip. Objektiv Fokus Okular F Objektivbrennweite f
Okularbrennweite Sehr gute Bildqualität ab Öffnungsverhältnis 1/15. Astronomie. Beobachtungen.

8 Reflektoren: Prinzip Fokus Objektiv Okular
Lichtstarke Geräte ab Öffnungsverhältnis 1/8 wesentlich günstiger als Refraktoren. Astronomie. Beobachtungen.

9 Cassegrain: Prinzip Fangspiegel Hauptspiegel Fokus
Astronomie. Beobachtungen.

10 Welche Vergrösserung? 7-15fach (Feldstecher) Mondkrater, Jupitermonde. Ab 10fach braucht man ein Stativ. 30fach (kleines Fernrohr) Überblick über Mond, Sonnenflecken, erahnt Flecken auf Jupiter, erkennt knapp Saturnringe 60-100fach Feine Details auf Sonne, Planeten (Mars: Polkappen, Venusphasen) Ab 200fach Feinste Details, nur bei sehr ruhiger Luft Astronomie. Beobachtungen.

11 Teleskop an der KZO Objektivbrennweite 3960mm.
Okulare 40mm, 26mm, 12.5mm. Daraus Vergrösserungen ≈100fach, ≈150fach, ≈320fach Astronomie. Beobachtungen.

12 Teleskope Historisches zu Teleskopen Radioastronomie
Astronomie. Beobachtungen.

13 Refraktoren: Erfindung
Linsenteleskope. Jan Lipperhey baut spätestens 1608 das erste Linsenteleskop, das er am 2. Oktober 1608 Fürst Maurits und den Städten der Niederlande ein Teleskop anbietet, welches für Kriegszwecke gedacht war. Christoph Kolumbus musste 1492 also noch „von Hand spähen“! Die Behörden boten Lipperhey zwar kein Patent oder eine jährliche Rente an, aber wollten ein Fernglas, durch welches man mit beiden Augen hindurchsehen konnte. 1608 baut Lipperhey fleissig Fernrohre, ab 1609 konnte man sie in Pariser Läden kaufen. Astronomie. Beobachtungen.

14 Refraktoren: Galilei «Vor ungefähr zehn Monaten kam mir ein Gerücht zu Ohren, von einem Niederländer sei ein Augenglas hergestellt worden, mit dessen Hilfe man sichtbare Gegenstände, die weit entfernt waren, so deutlich wahrnahm, als sehe man sie aus der Nähe. [...] Das war schliesslich der Anlass, dass ich mich ganz der Aufgabe widmete, das Prinzip zu erforschen sowie Mittel zu ersinnen, durch die ich zur Erfindung eines ähnlichen Gerätes würde kommen können. Sie gelang mir wenig später, nachdem ich mich in die Lehre von der Brechung des Lichts vertieft hatte. Ich bereitete mir zunächst ein Bleirohr und passte in sein Ende zwei Glaslinsen ein, eine plankonvexe und eine plankonkave. Das Auge an der Konkavlinse, sah ich die Gegenstände dreimal näher, als wenn man sie nur mit blossem Auge betrachtet. Danach fertigte ich mir ein genaueres Rohr, dass die Gegenstände mehr als sechzigmal vergrösserte. Schliesslich ist mir der Bau eines so vorzüglichen Gerätes gelungen, dass ich die Gegenstände ungefähr tausendmal grösser und mehr als dreissigmal näher sah, als wenn man sie nur mit dem natürlichen Sehvermögen betrachtet.» Gaileo Galilei, Danach machte Galilei gleich Mondbeobachtungen und Planetenbeobachtungen, deren Ausdehnungen er entdeckte. Danach Milchstrassenbeobachtungen. 7. Januar 1610: Jupiterbeobachtung: «Ich sah drei kleine, aber helle Sternchen bei ihm stehen. Sie versetzten mich, obwohl ich sie zunächst zu den Fixsternen zählte, in dennoch in einiges Erstaunen, weil sie auf einer vollkommenen geraden Linie parallel zur Ekliptik zu liegen und heller als die anderen Sterne gleicher Grösse zu glänzen schienen.» Simon Mayr, Mayr findet etwa gleichzeitig die Monde des Jupiters und gibt ihnen die Namen Io, Europa, Ganymed, Kallisto; er erwähnt auch als erster den Andromedanebel Brief von Galilei an seinen Schwager Benedetto Landucci, Astronomie. Beobachtungen.

15 Refraktoren: Kepler Johannes Kepler ( ) lebt 1609 als kaiserlicher Mathematiker und Hofastronom in Prag. Findet und veröffentlicht in diesem Jahr seine ersten beiden Gesetze in «Astronomia Nova». Bekommt 1610 den «Siderius Nuncius» von Galilei zu lesen und tritt mit diesem in Brief-kontakt. Das Wort «Teleskop» (griech. «Ferngucker») kommt vom griechischen Mathematiker Johannes Demisiani. Kontakt zu Galilei getrübt, da dieser ihm kein Fernrohr schenken wollte - er bekam seines vom Herzog von Bayern, der es nicht wollte (Galilei hatte diesem eines geschenkt). Astronomie. Beobachtungen.

16 Refraktoren: Kepler |2 August 1610: Kepler betrachtet mit dem Galileiteleskop selber die Jupitermonde. 1611 schreibt er die «Dioptrik», welche heute noch Gültigkeit hat und fast komplett ist. Darin beschreibt er den Bau eines Fernrohres, welches aus zwei Konvexlinsen besteht und grössere/schärfere Bilder liefert als das Galileiteleskop. Neben der Bauanleitung liefert Kepler auch die Theorie, dasselbe zum Bau eines Mikroskops und eines Spiegelteleskops. Astronomie. Beobachtungen.

17 Refraktoren: Huygens Erste Teleskope hatten 30- bis 40fache Vergrösserung. Christiaan Huygens ( ) arbeitet als erster mit einem Teleskop mit etwa 100facher Vergrösserung. Erfinder der Luftfernrohre: Mit einem sieben Meter langen Fernrohr entdeckt er Gas- und Staubwolke des Orionnebels, den Saturnmond Titan, die Saturnringe und die Oberflächenstruktur des Mars. Astronomie. Beobachtungen.

18 Refraktoren: Fraunhofer.
Joseph Fraunhofer ( ) kommt 1799 zu einem Spiegelmacher und Glasschleifer nach München, wo es ihm gelingt, die Glasqualität wesentlich zu verbessern. Er findet Glasfehler durch eine von ihm erstmals gebrauchte Methode und überträgt seine berechneten Daten auf Produktionsprozesse. Findet 1814 das Sonnenspektrum (über 570 «Fraunhoferlinien») bei Bestimmung der Brechzahlen mit einem Prisma. Astronomie. Beobachtungen.

19 Reflektoren: Digges. Je grösser Refraktoren, desto schlimmer der Effekt der Lichtbrechung verschiedener Wellenlängen. Ein Spiegel zeigt keine Farbabweichungen. Erstes Spiegelteleskop gebaut von Leonard Digges (um 1571 beschrieben), aber bis Newton keine brauchbaren Spiegelteleskope im Umlauf. Astronomie. Beobachtungen.

20 Reflektoren: Newton Sir Isaac Newton ( ) konstruiert das erste «reflektierende Teleskop» 1668. Länge 13,8 cm; ø 2,5 cm (!) Vergrösserung 30- bis 40fach. Zeigt 1671 ein grösseres Teleskop der Royal Society, welche ihn zu ihrem Mitglied wählt. Später wird er deren Präsident bis zu seinem Tod. Astronomie. Beobachtungen.

21 Reflektoren: Herschel.
Wilhelm Herschel ( ) muss 1756 nach England mit der Regimentskapelle. Dort lernt er Englisch und kehrt ohne Erlaubnis der Truppe nach deren Rückkehr nach Deutschland dorthin zurück, nennt sich fortan William Herschel. Gelangt über Musik, Mathematik und Optik an Newton, interessiert sich für Astronomie und baut bald bessere Teleskope als die Profis. Astronomie. Beobachtungen.

22 Reflektoren: Herschel |2
Erstes Spiegelteleskop von Herschel 1774, er baut in seinem Leben über 400. Übertrifft die damaligen Refraktoren bei weitem. Systematische Durchmusterung des Himmels. Entdeckt 1781 ein Objekt, das kein Stern sein kann: Uranus. Wird zum Hofastronomen von Georg III. ernannt und heiratet eine reiche Witwe: Ohne Geldsorgen baut er Riesenteleskope und entdeckt die Uranusmonde Titania und Oberon. Astronomie. Beobachtungen.

23 Reflektoren: Herschel |3
Entdeckt mit einem von Georg III. mitfinanzierten Teleskop von über 12 m Länge und 1,22 m Spiegeldurchmesser in der ersten Nacht die Saturnmonde Enceladus und Mimas. Astronomie. Beobachtungen.

24 Reflektoren: Schmidt. Bernhard Woldemar Schmidt ( ): Optiker und Glasschleifer schickt als Unbekannter seine Spiegel ans Astrophysikalische Observatorium in Potsdam. Bald liefert er an Sternwarten und optische Firmen. Setzt als erster eine Korrekturplatte ein. Erster Schmidtspiegel 1936 auf Mount Palomar (ø 60 cm) findet innerhalb von fünf Jahren 18 Supernovae. Astronomie. Beobachtungen.

25 Reflektoren: Hale-Teleskop.
George Ellery Hale ( ) plant das 5m-Teleskop auf dem Mount Palomar. Es ist eines der leistungsfähigsten erdgebunden-en Teleskope. In einer 41m hohen Kuppel untergebracht. Der Spiegel wiegt etwa 20 Tonnen, wird 1934 gegossen, danach geschliffen und 1948 in Betrieb genommen. Damit könnte man eine brennende Kerze in 30‘000 km Entfernung sehen. Astronomie. Beobachtungen.

26 Katadioptrische Fernrohre.
Jaques Cassegrain ( ) zeichnet 1672 das erste nach ihm benannte Teleskop. Danach Kombinationen und Verfeinerungen wesentliche Verbesserungen bezüglich Preis/Qualität. Astronomie. Beobachtungen.

27 Teleskope Historisches zu Teleskopen Radioastronomie
Astronomie. Beobachtungen.

28 Gaswolken Durch UV-Strahlung auf- geheizte Gaswolken leuchten (haben ein Emissions- spektrum). Kühle Gaswolken leuchten nicht, da alle Atome im Grundzustand sind (Elektron im H-Atom auf der ersten Schale). UV Astronomie. Beobachtungen.

29 Gaswolken |2 Aufheizung durch UV-Strahlung ~ n  h · n
10-12 10-10 10-14 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010 10-16 10-18 10-20 10-22 10-24 10-26 10-28 10-30 10-32 10-34 Sichtbar Radio Mikrowelle Infrarot Ultraviolett Rönten Gamma Strahlen Wellenlänge des Photons/m Energie eines Photons/J ~ n  h · n v   · n Astronomie. Beobachtungen.

30 Gaswolken |3 Kalte dunkle Gaswolken können trotzdem gefunden und untersucht werden: Etwa alle 11 Mio. Jahre kehrt ein H-Atom seinen Elektronenspin, wobei es in einen Grundzustand übergeht, der von seinem ursprünglichen Zustand bei -13,6 eV um 6 meV abweicht. Dabei emittiert das H-Atom ein Energiepaket im Radiowellenbereich mit der Wellenlänge 21cm. Diese Welle wird detektiert und ihre Intensität untersucht. Astronomie. Beobachtungen.

31 Radiowellen. Verstärkung bis hörbar in Lautsprecher (Pfeifen, Knurren, Krachen). Impulse werden auf Magnetband aufgezeichnet und mit Computern ausgewertet. Reichweite der Radioastronomie ≈ 15·109 ly. Astronomie. Beobachtungen.

32 Radiowellen: Jansky. Karl Guthe Jansky ( ) in Bell Laboratories angestellt. Hört «fremdes Rauschen» mit Funkempfänger (zur Untersuchung der Ursachen atomosphärischer Störungen), welches jeden Tag 4 Minuten früher kam. => Es musste von den Sternen kommen. 1. Januar 1932 an Professor der Columbia Universität gelangt, 5. Mai 1933 in New York Times publiziert «Neuartige Radiowellen aus dem Zentrum der Milchstrasse». Astronomie. Beobachtungen.

33 Astronomie ist schön. Astronomie. Beobachtungen.