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Von Wolken, Riesen und Schwarzen Löchern Franz Embacher, Harald Höller Christian Primetshofer, Birgit Schörkhuber Workshop im Rahmen der KinderUni Wien.

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Präsentation zum Thema: "Von Wolken, Riesen und Schwarzen Löchern Franz Embacher, Harald Höller Christian Primetshofer, Birgit Schörkhuber Workshop im Rahmen der KinderUni Wien."—  Präsentation transkript:

1 Von Wolken, Riesen und Schwarzen Löchern Franz Embacher, Harald Höller Christian Primetshofer, Birgit Schörkhuber Workshop im Rahmen der KinderUni Wien 2008, 15. Juli 2008 Eine Rätselreise durch das Leben der Sterne Fakultät für Physik Österreichisches Kompetenzzentrum für Didaktik der Physik Universität Wien

2 Der Sternenhimmel Das Band der Milchstrasse - viele, viele Sterne! In einer klaren Nacht sieht man etwa 3000 Sterne Quelle

3 Mehr Sterne findet man.....in anderen Galxien Eine Galaxie besteht aus ungefähr 100 Milliarden Sternen! Quelle

4 Auf einem kleinen Fleck am Himmel... soo viele Galaxien! Man schätzt, dass es im Universum mehr als 100 Milliarden Galaxien gibt! Quelle

5 Astronomische Zahlen Anzahl der Sterne im Universum (geschätzt): * = Vergleiche: Anzahl der Ameisen auf der Erde (geschätzt) ca Eine 1 mit 15 Nullen dran! Eine 1 mit 22 Nullen dran!

6 Gehts auch einfacher? WissenschafterInnen schreiben: 100 = 10* = 10*10* = Zehn hoch ? 10000=10*10*10*10= 10 4 sprich: Zehn hoch vier = 10² sprich: Zehn hoch zwei = 10³ sprich: Zehn hoch drei

7 Astronomische Zahlen - einfacher: Anzahl der Sterne im Universum (geschätzt): sprich Zehn hoch 22 Eine 1 mit 22 Nullen dran! Anzahl der Ameisen auf der Erde (geschätzt) sprich Zehn hoch 15 Eine 1 mit 15 Nullen dran!

8 Ein Stern aus der Nähe

9 Sterne bestehen aus sehr, sehr heißem Gas. Temperatur der Sonne im Inneren: über 10 Millionen °C an der leuchtenden Oberfläche: ca °C Die Sonne aus der Nähe... im Inneren wird Energie durch Kernfusion frei, deswegen leuchten Sterne so hell.... haben keinen festen Rand und verlieren Masse durch Sternwinde. Quelle

10 Wie groß ist die Sonne?

11 Die Sonne im Größenvergleich

12 ... und es geht noch größer!

13 Wie unterscheiden sich Sterne? Im Vergleich mit der Sonne gibt es kleinere und größere... schwerere und leichtere... heißere und kühlere... Die Sonne ist ein normaler Stern. Quelle

14 Die Farben der Sterne Je nach Temperatur der Oberfläche sendet der Stern rötliches oder bläuliches Licht aus. Blaue Sterne sind heißer als rote! Quelle

15 Woraus entstehen Sterne? In einer Galaxie befinden sich zwischen den Sterne viele, riesige Gaswolken. Man nennt diese Wolken auch interstellares Medium. interstellar ist lateinisch und bedeutet zwischen den Sternen. Sterne entstehen in den Wolken des interstellaren Medium. Quelle

16 Sternentstehungsgebiete von fern... Quelle

17 Sternentstehungsgebiete … und nah Der Pferdekopfnebel in Sternbild Orion

18 Wolken und junge Sterne Sternenhaufen NGC 602 Quelle

19 Zusammensetzung der Wolken Bestehen zu 99% aus GAS und zu 1% aus STAUB GAS: Wasserstoff und Helium STAUB: kleine Partikel wie z.B. Graphit-Partikel, Eis-Partikel mit Helium kann man Luftballons schweben lassen Wasserstoff + Sauerstoff =Wasser Mit Wasserstoff kann man Autos betreiben Riesige Wolken aus Gas und Staub im Weltall Diese Elemente kennt ihr! Graphit ist in der Bleistiftmine Quelle

20 Eigenschaften Stellt euch einen Würfel mit 1 Meter Kantenlänge vor 1 Meter Das interstellare Medium kann sehr unterschiedlich dicht und warm sein! Es gibt: SEHR HEISSES UND SEHR DÜNNES GAS SEHR KALTES UND SEHR DICHTES GAS (Molekülwolken, Dunkelwolken) T > °C = 10 6 °C Im Würfel wären nur ca. 100 Teilchen !! T< -250 °C (unglaublich kalt!) Im Würfel wären über = Teilchen

21 Eigenschaften Stellt euch einen Würfel mit 1 Meter Kantenlänge vor 1 Meter Würde man den Würfel mit Luft aus diesem Raum füllen: Dunkelwolken sind sehr dicht im Vergleich zu anderen Regionen im Weltall. Verglichen mit unseren Erfahrungen auf der Erde haben Dunkelwolken extrem geringe Dichte! ~ Teilchen !!!

22 Dunkelwolken Sterne entstehen in den sehr kalten und dichten Dunkelwolken Quelle

23 Wie können aus kalten, dunklen Wolken heiße, helle Sterne entstehen ??? Aber:

24 Die Schwerkraft (Gravitation) Quelle

25 Massen ziehen einander an! Quelle

26 Der Beginn eines Sternenlebens Wie entsteht ein Stern?

27 Eine interstellare Wolke... ist an manchen Stellen dichter als an anderen.

28 Eine interstellare Wolke...

29 ...zieht sich unter dem Einfluss ihrer Schwerkraft zusammen...

30 Eine interstellare Wolke......wird kleiner... Kollaps

31 Eine interstellare Wolke......und kleiner...

32 Eine interstellare Wolke......und kleiner...

33 Eine interstellare Wolke......und kleiner... und dichter und heißer...

34 Eine interstellare Wolke......und beginnt schließlich zu leuchten!

35 Eine interstellare Wolke... Ein Protostern!

36 Eine interstellare Wolke... Schließlich ist die Materie so dicht, dass sie den Kollaps aufhält! Stern!

37 Movie Protostern Flash Movie Protostern

38 Sternentstehungsgebiete NGC604 Quelle Sterne entstehen in Gruppen

39 Sternentstehungsgebiete Adlernebel Quelle

40 Wissenswertes über Sternentstehung Wie dicht sind die Wolken, aus denen Sterne entstehen? Nimm einen Luftballon! Stell dir vor, er dehnt sich aus, bis er 100 Kilometer groß ist, ohne, dass neue Luft hineinkommt! So dünn ist eine Wolke, aus der ein Stern entsteht! Sie ist aber in der Regel so groß, dass man nicht durch sie durchschauen kann! Daher kann man Protosterne nur schwer beobachten. Wie lange dauert die Entstehung eines Sterns? 10 Millionen Jahre! (Vor wieviel Jahren haben die Dinosaurier gelebt?) Wo kommen die Planeten her? Sie entstehen aus den Teilen der Wolke, die aufgrund ihrer Rotation nicht bis ins Zentrum fallen.

41 Warum leuchten die Sterne? Habt Ihr Ideen, warum die Sonne so hell leuchtet? Woher hat sie die Energie, die sie zum Leuchten braucht? Wisst Ihr, wie lange die Sonne schon leuchtet? 4½ Milliarden Jahre!

42 Warum leuchten die Sterne? Die Sonne ist hell, man spürt ihre Wärme verbrennt da etwas? Quelle

43 Idee: die Sonne als riesiger Feuerball... bei der Verbrennung von Holz, Benzin, Erdgas usw. werden Kohlenstoff C und Sauerstoff O in Kohlen- dioxid CO 2 umgewandelt und Energie wird frei! Quelle

44 Bestünde die Sonne aus brennbaren Materialien, so könnte sie nur (~10 5 ) Jahre lang leuchten! Idee: die Sonne als riesiger Feuerball Quelle

45 Wie ist eigentlich die Materie aufgebaut? Alle Stoffe sind aus Atomen aufgebaut. Ein Atom besteht aus Protonen und Neutronen (im Kern) und Elektronen (in der Hülle).

46 Idee: die Sonne als riesige Atombombe Gewinnt die Sonne ihre Energie vielleicht aus Kernspaltung?

47 Idee: die Sonne als riesige Atombombe Energieerzeugung durch Kernspaltung funktioniert nur mit speziellen Materialien, mit sogenannten radioaktiven Elementen! Quelle

48 Lösung: Kernfusion Im Inneren von Sternen werden Atomkerne nicht gespalten, sondern miteinander verschmolzen!

49 Extreme Zustände im Sterninneren Im Inneren eines Sterns herrschen Temperaturen von mehreren Millionen (10 6 )°C und die Teilchen sind extrem dicht gepackt, 10 9 mal so dicht wie Luft! Quelle

50 Sterne als Elementschmieden In Sternen werden leichte Elemente (Wasserstoff, Helium) zu schweren Elementen (Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff) verschmolzen.

51 Die Elemente auf der Erde Interstellare Wolke Kernfusion in Sternen Elemente auf der Erde

52 Wir sind alle Sternenstaub! Die Erde, unser Körper, die Luft usw. ist aus Elementen aufgebaut, die durch Fusion in Sternen enstanden sind! Quelle

53 Kernfusion in der Sternentwicklung Protostern Interstellare Wolke Kollaps, Heizung ~ einige Millionen Jahre Sonne ~ 4 ½ Milliarden Jahre alt Roter Riesenstern Kernfusion noch ~ 6 Milliarden Jahre Beruhigung ~ einige 10 Millionen Jahre

54 Kernfusion in der Sternentwicklung Die Lebensphase eines Sterns, in der er durch Kernfusion Energie gewinnt, ist die längste! Was passiert aber, wenn der Stern seinen Treibstoff aufgebraucht hat?

55 Am Ende eines Sternenlebens Wenn der Treibstoff eines Sterns zu Ende geht......tritt wieder die Schwerkraft auf den Plan. Der Stern kann der Schwerkraft nichts mehr entgegensetzen und beginnt wieder zu kollabieren!

56 Am Ende eines Sternenlebens weißer Zwerg... Sonne roter RieseSupernova weißer Zwerg Neutronenstern oder schwarzes Loch KollapsAusdehnung Kollaps + Explosion Kollaps

57 Wissenswertes über weiße Zwerge Bei weißen Zwergen findet keine Kernfusion mehr statt. Sie sind einige tausend Kilometer groß, also viel kleiner als die Sonne! Sie sind hunderttausend mal so dicht wie die Sonne. Zu Beginn sind sie sehr heiß. Da keine Kernfusion mehr stattfindet, können sie keine Wärme mehr produzieren und kühlen langsam aus. Man kann sie dann immer schlechter sehen.

58 Wissenswertes über Supernovae Eine Supernova ist eine Explosion eines Stern. Sie kann einige Tage lang heller strahlen als eine ganze Galaxie! So wurde beispielsweise in China im Jahr 1054 eine Supernova beobachtet. Heute sehen ihre Überreste so aus: Quelle Krebsnebel

59 Wissenswertes über Supernovae In einer Supernova werden schwere Elemente gebraut. Alle schweren Elemente, die es heute im Universum gibt (wie Eisen und Gold) sind auf diese Weise entstanden! Quelle SN 1987A nach 20 Jahren

60 Wissenswertes über Neutronensterne Neutronensterne sind nur etwa 20 Kilometer groß, also viel kleiner als weiße Zwerge Sie sind zehntausend mal dichter als weiße Zwerge. Manche Neutronen- sterne senden Signale aus, ähnlich wie ein Leuchtturm. An den Blitzen, die wir dann sehen, erkennen wir sie. Diese Objekte heißen Pulsare. Quelle

61 Wissenswertes über schwarze Löcher Wenn keine Kraft den Kollaps eines Sterns aufhalten kann, entsteht ein schwarzes Loch. Aus einem schwarzen Loch kann nichts mehr entweichen, nicht einmal das Licht! Daher hat es auch seinen Namen. Quelle Manche schwarze Löcher haben einen Begleiter und saugen ihm Materie weg! Daran können wir sie erkennen.

62 Und nun... Jetzt wisst ihr, was Sterne sind, wie sie entstehen, warum sie leuchten und wie sie sich entwickeln.... auf zur Rätsel-Rallye!

63 Danke für Eure Aufmerksamkeit!


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