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E-Book

Astronomie und Astrophysik

Ein Grundkurs

AutorAlfred Weigert, Heinrich J. Wendker, Lutz Wisotzki
VerlagWiley-VCH
Erscheinungsjahr2012
Seitenanzahl565 Seiten
ISBN9783527670963
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis52,99 EUR
Dieses Lehrbuch ist ein Grundkurs im besten Sinne: Beginnend mit den physikalischen und technischen Grundlagen, die für das Verständnis der weiteren astrophysikalischen Ausführungen benötigt werden, vermittelt es solides Wissen für die moderne Astrophysik, ist klar geschrieben, reich bebildert und auch in den mathematischen Teilen jederzeit verständlich. Nun liegt das Buch in der 5. Auflage vor - vollständig aktualisiert und um das Kapitel Extrasolare Planetensysteme erweitert von Lutz Wisotzki, der bereits die letzte Auflage mit verantwortete.
Studenten der Physik und Astronomie im Grundstudium wie auch Fachleute und Amateure schätzen dieses Buch für Schule, Studium und Freizeit.
Zusatzmaterial und Farbtafeln erhältlich unter http://www.aip.de/-lutz/WeWeWi/index.html

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Astronomie und Astrophysik: Ein Grundkurs5
Inhaltsverzeichnis7
Vorwort zur Fünften Auflage17
Aus dem Vorwort zur Ersten Auflage19
1 Bewegung von Himmelskörpern21
1.1 Gravitation21
1.2 Das Zweikörperproblem22
1.2.1 Keplersche Gesetze22
1.2.2 Bahnbestimmung26
1.2.3 Kreisbahnen27
1.2.4 Entweichgeschwindigkeit27
1.2.5 Gezeitenkräfte28
1.3 Mehr- und Vielteilchensysteme29
1.3.1 Reduziertes Dreikörperproblem29
1.3.2 Störungsrechung31
1.3.3 Energieerhaltung und Virialsatz32
1.4 Zur allgemeinen Relativitätstheorie34
1.4.1 Grundzüge34
1.4.2 Starke Gravitationsfelder36
1.5 Koordinatensysteme37
1.5.1 Das Horizontsystem38
1.5.2 Äquatorialsysteme38
1.5.3 Das Ekliptikalsystem41
1.5.4 Das Galaktische System41
1.5.5 Präzession und Nutation42
1.5.6 Koordinaten-Änderung durch Präzession44
1.6 Astronomie und Zeit45
1.6.1 Die Sternzeit45
1.6.2 Die wahre Sonnenzeit45
1.6.3 Die mittlere Sonnenzeit46
1.6.4 Ortszeit – Zonenzeit – Weltzeit48
1.6.5 Das Jahr48
1.6.6 Präzisionszeitmessungen50
1.7 Sternörter51
1.7.1 Sternbilder und Bezeichnungen von Sternen51
1.7.2 Die Messung von Sternörtern51
1.7.3 Die Aberration des Lichts53
1.8 Die Parallaxe54
1.9 Übungsaufgaben zu Kapitel 156
2 Strahlung59
2.1 Das elektromagnetische Spektrum59
2.2 Astrophysikalische Messgrößen60
2.2.1 Intensität und Strahlungsstrom61
2.2.2 Die astronomische Magnitudenskala62
2.2.3 Helligkeitssysteme64
2.2.4 Farben66
2.2.5 Weitere Messgrößen67
2.3 Elementare Strahlungsprozesse68
2.3.1 Emission und Absorption68
2.3.2 Hohlraumstrahlung70
2.3.3 Spektrallinien73
2.3.4 Synchrotronstrahlung74
2.4 Kosmische Teilchen und Gravitationswellen75
2.4.1 Kosmische Strahlung und Teilchenströme76
2.4.2 Neutrinos77
2.4.3 Gravitationswellen77
2.5 Ausbreitung von Strahlung78
2.5.1 Absorption in Materie78
2.5.2 Strahlungstransport79
2.5.3 Dopplereffekt81
2.6 Auswirkungen der Erdatmosphäre81
2.6.1 Atmosphärische Transmission82
2.6.2 Refraktion83
2.6.3 Streuung84
2.6.4 Szintillation und „Seeing“85
2.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 286
3 Astronomische Instrumente89
3.1 Teleskope89
3.1.1 Grundlagen89
3.1.2 Beugung93
3.1.3 Abbildungsfehler94
3.1.4 Auflösungsvermögen95
3.1.5 Astronomische Teleskope97
3.1.6 Spezielle Teleskoptypen99
3.2 Detektoren100
3.3 Beobachtungstechniken103
3.3.1 Photometrie103
3.3.2 Spektroskopie105
3.3.3 Adaptive Optik108
3.3.4 Interferometrie110
3.3.5 Elektronische Bildverarbeitung113
3.4 Observatorien114
3.4.1 Bodengebundene Sternwarten114
3.4.2 Radioobservatorien116
3.4.3 Observatorien im Weltraum117
3.5 Übungsaufgaben zu Kapitel 3119
4 Das Sonnensystem121
4.1 Mitglieder und Dimensionen des Systems121
4.2 Bahnbewegungen123
4.2.1 Bahnen der Planeten123
4.2.2 Die Erdbahn125
4.2.3 Bahnen künstlicher Satelliten und Raumfahrzeuge126
4.3 Das System Erde-Mond128
4.3.1 Bewegung um die Erde128
4.3.2 Bewegung um die Sonne130
4.3.3 Rotation des Mondes131
4.3.4 Finsternisse131
4.4 Physik der Planeten133
4.4.1 Energiebilanz und Oberflächentemperaturen134
4.4.2 Stabilität und Zusammensetzung der Atmosphären138
4.4.3 Gesamtaufbau138
4.4.4 Auswirkung von Rotation141
4.4.5 Oberflächenformen terrestrischer Planeten143
4.5 Monde145
4.5.1 Stabilität im Gezeitenfeld145
4.5.2 Eigenschaften von Monden im Sonnensystem147
4.6 Kleine Körper im Sonnensystem148
4.6.1 Zwergplaneten und Plutoiden148
4.6.2 Asteroiden149
4.6.3 Trans-Neptun-Objekte150
4.6.4 Kometen150
4.7 Zur Entstehung des Sonnensystems153
4.8 Übungsaufgaben zu Kapitel 4155
5 Charakteristische Beobachtungsgrößen von Sternen157
5.1 Strahlungsleistung157
5.1.1 Leuchtkraft157
5.1.2 Absolute Helligkeit158
5.1.3 Flächenhelligkeit und Effektivtemperatur159
5.2 Radius, Masse und hieraus abgeleitete Größen160
5.2.1 Sternradius160
5.2.2 Sternmasse162
5.2.3 Mittlere Dichte und Schwerebeschleunigung164
5.3 Sternspektren und Spektralklassifikation165
5.3.1 Definition der Spektralklassen166
5.3.2 Leuchtkraftklassen171
5.3.3 Praxis der Spektralklassifikation172
5.4 Rotation der Sterne174
5.5 Beziehungen zwischen verschiedenen Messgrößen177
5.5.1 Hertzsprung-Russell-Diagramm177
5.5.2 Farben-Helligkeits-Diagramm180
5.5.3 Masse-Leuchtkraft- und Masse-Radius-Beziehung für Hauptreihensterne182
5.6 Veränderliche Sterne184
5.7 Doppelsterne und Mehrfachsysteme186
5.8 Übungsaufgaben zu Kapitel 5188
6 Die Außenschichten von Sonne und Sternen191
6.1 Die Außenschichten der Sonne191
6.1.1 Die Photosphäre191
6.1.2 Die Chromosphäre193
6.1.3 Die Übergangsregion zur Korona194
6.1.4 Die solare Korona195
6.1.5 Der Sonnenwind197
6.2 Die Aktivität der Sonne199
6.2.1 Sonnenflecken199
6.2.2 Eruptionen201
6.2.3 Radio- und Röntgenstrahlung der Sonne202
6.2.4 Das Magnetfeld der Sonne203
6.3 Sternaktivität205
6.3.1 Phänomene205
6.3.2 Stellare Dipolfelder207
6.4 Physik der Sternatmosphären207
6.4.1 Schichtung einer Sternatmosphäre207
6.4.2 Modellatmosphären210
6.5 Analyse von Sternspektren212
6.5.1 Absorptionsquerschnitt und Linienverbreiterung212
6.5.2 Anregung und Ionisation214
6.5.3 Absorptionskoeffizient und Sternspektren216
6.5.4 Stärke von Absorptionslinien217
6.5.5 Die chemische Zusammensetzung von Sternatmosphären220
6.6 Übungsaufgaben zu Kapitel 6223
7 Innerer Aufbau der Sterne225
7.1 Grundgleichungen des Sternaufbaus225
7.1.1 Massenverteilung226
7.1.2 Mechanisches Gleichgewicht und Virialsatz227
7.1.3 Energiesatz228
7.1.4 Energietransport230
7.1.5 Gesamtproblem231
7.2 Materialfunktionen232
7.2.1 Die Zustandsgleichung232
7.2.2 Der Absorptionskoeffizient234
7.3 Nukleare Energieerzeugung235
7.3.1 Wasserstoffbrennen237
7.3.2 Heliumbrennen238
7.3.3 Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Siliziumbrennen239
7.4 Einfache Sternmodelle241
7.4.1 Sternmodell für eine Sonnenmasse241
7.4.2 Hauptreihensterne243
7.4.3 Braune Zwerge246
7.4.4 Sterne mit Konvektion und die Hayashi-Linie246
7.4.5 Weiße Zwerge248
7.5 Beobachtungen des Inneren von Sternen250
7.5.1 Helio- und Asteroseismologie250
7.5.2 Solare und stellare Neutrinos251
7.6 Übungsaufgaben zu Kapitel 7253
8 Sternentstehung und Sternentwicklung255
8.1 Sternentstehung255
8.1.1 Voraussetzungen für gravitativen Kollaps255
8.1.2 Ablauf des Kollaps257
8.1.3 Protosterne und Akkretionsscheiben258
8.1.4 Entwicklung bis zur Hauptreihe260
8.2 Hauptreihensterne262
8.2.1 Energiereservoire und Zeitskalen262
8.2.2 Sternentwicklung auf der Hauptreihe264
8.3 Von der Hauptreihe zum Riesenast265
8.3.1 Heliumbrennen265
8.3.2 Rote Riesen268
8.3.3 Vergleich mit Beobachtungen270
8.3.4 Pulsationsveränderliche273
8.4 Spätstadien der Sternentwicklung276
8.5 Endprodukte der Sternentwicklung278
8.5.1 Weiße Zwerge278
8.5.2 Supernovae279
8.5.3 Neutronensterne und Pulsare282
8.5.4 Schwarze Löcher285
8.6 Enge Doppelsternsysteme286
8.6.1 Äquipotentialflächen286
8.6.2 Massentransfer und Akkretionsscheiben287
8.6.3 Akkretionsscheiben um Weiße Zwerge289
8.6.4 Röntgendoppelsterne290
8.6.5 Zur Entwicklung enger Doppelsternsysteme292
8.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 8293
9 Extrasolare Planetensysteme295
9.1 Die Suche nach extrasolaren Planeten295
9.2 Nachweis von Exoplaneten: Radialgeschwindigkeiten296
9.2.1 Beschreibung der Methode297
9.2.2 Planeten auf exzentrischen Bahnen299
9.2.3 Systeme mit mehreren Planeten301
9.3 Weitere Methoden zum Nachweis von Exoplaneten302
9.3.1 Sternbedeckungen302
9.3.2 Astrometrische Suche303
9.3.3 Direkte Abbildung von Planeten304
9.3.4 Mikro-Gravitationslinseneffekt305
9.3.5 Planeten um Pulsare306
9.4 Eigenschaften von Exoplaneten306
9.4.1 Verteilung der Bahnparameter307
9.4.2 Massen, Radien und Dichten308
9.4.3 Temperaturen, Atmosphären, Oberflächen309
9.4.4 Eigenschaften der Zentralsterne310
9.4.5 Protoplanetare Scheiben311
9.5 Entstehung von Planetensystemen312
9.5.1 Bildung protoplanetarer Scheiben312
9.5.2 Planetesimale313
9.5.3 Entstehung der Planeten315
9.5.4 Entwicklung von Planetensystemen316
9.6 Leben im Weltall?317
9.6.1 Entwicklung von Leben auf der Erde317
9.6.2 Habitable Zonen in Planetensystemen318
9.6.3 Suche nach extraterrestrischem Leben320
9.6.4 Zur Wahrscheinlichkeit extrasolaren Lebens: Die Drake-Formel322
9.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 9323
10 Interstellare Materie325
10.1 Physikalische Besonderheiten des ISM325
10.1.1 Thermodynamisches Ungleichgewicht325
10.1.2 Druckgleichgewicht327
10.1.3 Phasen des interstellaren Mediums329
10.2 Das kühle interstellare Gas330
10.2.1 Die 21 cm-Linie des neutralen Wasserstoffs330
10.2.2 Metalle im neutralen ISM332
10.2.3 Molekülwolken333
10.3 Das warme ISM336
10.3.1 H ii-Regionen336
10.3.2 Planetarische Nebel340
10.3.3 Diffuses warmes Gas341
10.4 Das heiße interstellare Medium342
10.4.1 Nachweis des heißen Gases342
10.4.2 Supernovae und interstellare Stoßfronten342
10.5 Interstellarer Staub345
10.5.1 Interstellare Extinktion345
10.5.2 Thermische Strahlung des Staubs348
10.5.3 Herkunft und Zusammensetzung des Staubes349
10.6 Interstellare Kühlprozesse350
10.7 Der Materiekreislauf351
10.8 Übungsaufgaben zu Kapitel 10352
11 Das Milchstraßensystem355
11.1 Struktur der Milchstraße355
11.1.1 Koordinaten und Geschwindigkeiten357
11.2 Entfernungsbestimmung358
11.2.1 Trigonometrische Parallaxen358
11.2.2 Dynamische Parallaxen359
11.2.3 Entfernung von Sternhaufen360
11.2.4 Standardkerzen361
11.3 Stellarstatistik362
11.3.1 Sterne der Sonnenumgebung363
11.3.2 Leuchtkraftfunktion364
11.3.3 Massenfunktion der Sterne365
11.3.4 Anzahl-Helligkeits-Relation367
11.3.5 Sternzählungen und Extinktion369
11.4 Rotation der Milchstraße370
11.4.1 Differentielle Rotation370
11.4.2 Die Rotationskurve der Milchstraße374
11.4.3 Massenverteilung der Milchstraße376
11.4.4 Stöße zwischen Sternen378
11.5 Komponenten des Milchstraßensystems381
11.5.1 Die galaktische Scheibe und die Spiralarme381
11.5.2 Der galaktische Halo384
11.5.3 Das Zentralellipsoid (Bulge)384
11.5.4 Das galaktische Zentrum385
11.6 Sternhaufen389
11.6.1 Offene Sternhaufen389
11.6.2 Kugelsternhaufen391
11.7 Sternpopulationen392
11.8 Zur Entstehung und Entwicklung der Milchstraße394
11.9 Übungsaufgaben zu Kapitel 11396
12 Galaxien399
12.1 Extragalaktische Entfernungsbestimmung399
12.1.1 Standardkerzen400
12.1.2 Die extragalaktische Entfernungsleiter402
12.1.3 Die Hubble-Beziehung403
12.2 Klassifikation von Galaxien405
12.3 Hubble-Schema406
12.3.1 Erweiterte Galaxienklassifikation408
12.4 Globale Eigenschaften409
12.4.1 Lineardimensionen und Leuchtkräfte409
12.4.2 Farben und Spektren411
12.4.3 Massen413
12.5 Dynamischer Aufbau von Galaxien414
12.5.1 Strukturen414
12.5.2 Rotationskurven von Spiralgalaxien416
12.5.3 Spiralarme418
12.5.4 Balkenspiralen419
12.5.5 Elliptische Galaxien420
12.5.6 Skalierungsrelationen für Galaxien422
12.5.7 Schwarze Löcher in Galaxienzentren423
12.6 Zeitliche Entwicklung von Galaxien424
12.6.1 Verlauf der Sternentstehung424
12.6.2 Materiekreislauf und chemische Entwicklung426
12.6.3 Leuchtkraftentwicklung427
12.6.4 Wechselwirkung zwischen Galaxien427
12.6.5 Galaxienverschmelzung429
12.6.6 Galaxien im jungen Universum431
12.7 Aktive Galaxienkerne und Quasare432
12.7.1 Seyfert-Galaxien433
12.7.2 Radiogalaxien433
12.7.3 Quasare435
12.7.4 Der extragalaktische Röntgenhintergrund437
12.7.5 Struktur von aktiven Galaxienkernen438
12.7.6 Energieerzeugung durch Akkretion440
12.7.7 Eddington-Leuchtkraft und Massenwachstum441
12.8 Übungsaufgaben zu Kapitel 12443
13 Die Verteilung der Materie im Universum445
13.1 Die Lokale Gruppe445
13.2 Die räumliche Verteilung von Galaxien448
13.2.1 Galaxienkataloge448
13.2.2 Gruppen, Haufen und Superhaufen448
13.2.3 Großräumige Struktur der Galaxienverteilung450
13.3 Galaxienstatistik453
13.3.1 Anzahldichte und radiale Verteilung von Galaxien453
13.3.2 Leuchtkraftfunktion454
13.3.3 Entwicklung der Galaxienpopulation456
13.4 Galaxienhaufen457
13.4.1 Charakterisierung von Haufen457
13.4.2 Dynamik von Galaxienhaufen460
13.4.3 Massenbestimmung461
13.4.4 Zur Entwicklung von Galaxien in Haufen463
13.5 Dunkle Materie464
13.5.1 Das intergalaktische Medium465
13.5.2 Gravitationslinsen466
13.5.3 Nicht-baryonische Dunkle Materie470
13.6 Übungsaufgaben zu Kapitel 13472
14 Kosmologie473
14.1 Das empirische Fundament der Kosmologie473
14.1.1 Die Expansion des Universums473
14.1.2 Die kosmische Hintergrundstrahlung475
14.1.3 Olbers’ Paradox477
14.1.4 Das kosmologische Prinzip478
14.2 Weltmodelle478
14.2.1 Vorbetrachtung im Rahmen der klassischen Mechanik479
14.2.2 Raumkrümmung480
14.2.3 Grundgleichungen der Kosmologie482
14.2.4 Rotverschiebung und Distanzen486
14.3 Kosmologische Parameter488
14.3.1 Expansionsrate und kritische Dichte488
14.3.2 Materiedichte489
14.3.3 Strahlungsdichte490
14.3.4 Raumkrümmung490
14.3.5 Das Alter des Universums491
14.3.6 Dunkle Energie491
14.4 Der Urknall und das frühe Universum494
14.4.1 Bausteine des Kosmos494
14.4.2 Zeitabhängigkeit der kosmologischen Parameter495
14.4.3 Die Temperatur des Universums497
14.4.4 Der Hochenergiekosmos Inflation499
14.4.5 Entstehung der leichten Elemente502
14.4.6 Die Entkopplung von Strahlung und Materie503
14.5 Die Entstehung von Galaxien504
14.5.1 Fluktuationen der Hintergrundstrahlung505
14.5.2 Wachstum von Dichtekontrasten506
14.5.3 Strukturbildung im Universum508
14.5.4 Kollaps und Galaxienentstehung510
14.5.5 Die ersten Sterne511
14.6 Die Zukunft des Weltalls513
14.7 Übungsaufgaben zu Kapitel 14515
Farbtafeln517
Anhang A533
A.1 Physikalische Konstanten und Einheiten533
A.2 Astronomische Daten534
A.2.1 Körper des Sonnensystems534
A.2.2 Entfernungen und kosmologische Parameter535
A.2.3 Charakteristische Größen von Sternen536
A.3 Lösungen der Übungsaufgaben538
Anhang B: Weiterführende Literatur545
Anhang C: Astronomische Seiten im Internet549
Anhang D: Abbildungs- und Quellennachweis551
Register553

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