Kosmische Objekte und Entfernungsbestimmung
Im Planetarium in Bochum siehst du Tausende Sterne an der Kuppel. Dazu sagt der Vortragende: „Dieses Licht ist teilweise Jahrtausende alt.“ Wie kann das sein, und woher weiß man überhaupt, wie weit die Sterne entfernt sind? Das klärst du auf dieser Seite.
Kosmische Objekte und ihre Größe
Im Weltall gibt es sehr verschiedene Objekte. Man ordnet sie nach Eigenschaften: Wie groß sind sie? Leuchten sie selbst? Woraus bestehen sie?
| Objekt | Beschreibung | Leuchtet selbst? |
|---|---|---|
| Planet | Großer Körper, der einen Stern umkreist; Gesteinsplanet oder Gasplanet | nein, er reflektiert Sonnenlicht |
| Stern | Riesige heiße Gaskugel, in der Kernfusion stattfindet (z. B. die Sonne) | ja |
| Komet | „Schmutziger Schneeball“ aus Eis, Staub und Gestein auf lang gestreckter Bahn um einen Stern | nein, er reflektiert Sonnenlicht |
| Galaxie | Riesige Ansammlung von Milliarden Sternen, Gas und Staub, z. B. die Milchstraße | ja, durch ihre Sterne |
| Schwarzes Loch | Objekt mit so starker Gravitation, dass kein Licht entkommt | nein |
Die Reihenfolge nach Größe lautet: Mond, Erde, Jupiter, Sonne, Milchstraße. Der Mond ist ein Trabant der Erde, die Sonne ist etwa 109-mal so breit wie die Erde. Die Milchstraße hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren.
Man erkennt ein Schwarzes Loch daran, dass Sterne in seiner Nähe auf auffälligen Bahnen kreisen oder dass heißes Gas, das hineinstürzt, Strahlung aussendet. Es „saugt“ nicht alles an: In großer Entfernung wirkt es wie jede andere Masse. Würde die Sonne durch ein Schwarzes Loch gleicher Masse ersetzt, würde die Erde es weiter umkreisen.
Ordne die folgenden Objekte nach aufsteigender Größe: Erde, Sonne, Milchstraße, Mond, Jupiter.
Ordne die folgenden Objekte nach aufsteigender Größe: Erde, Sonne, Milchstraße, Mond, Jupiter.
Erkläre, was ein Komet ist, und nenne seinen typischen Aufbau (Kern, Koma, Schweif).
Erkläre, was ein Komet ist, und nenne seinen typischen Aufbau (Kern, Koma, Schweif).
Beschreibe die Begriffe Planet, Stern, Galaxie, Komet und Schwarzes Loch jeweils in einem kurzen Satz und gib an, welche davon selbst leuchten. Begründe deine…
Beschreibe die Begriffe Planet, Stern, Galaxie, Komet und Schwarzes Loch jeweils in einem kurzen Satz und gib an, welche davon selbst leuchten. Begründe deine Entscheidung kurz.
Ein Schwarzes Loch kann nicht direkt gesehen werden. a) Erkläre, warum von einem Schwarzen Loch kein Licht entkommt. b) Beschreibe, woran Astronomen ein Schwarzes Loch…
Ein Schwarzes Loch kann nicht direkt gesehen werden.
- a) Erkläre, warum von einem Schwarzen Loch kein Licht entkommt.
- b) Beschreibe, woran Astronomen ein Schwarzes Loch trotzdem erkennen können.
- c) Beurteile die Aussage „Ein Schwarzes Loch saugt alles in seiner Umgebung an“.
Das Lichtjahr
Im Weltall sind die Entfernungen so groß, dass Kilometer unhandlich werden. Man nutzt die Zeit, die das Licht braucht. Licht ist sehr schnell: $c = 3 \cdot 10^8\,\text{m/s}$, also $300\,000\,\text{km/s}$.
Es gilt wie immer $s = v \cdot t$, hier mit $v = c$.
Ein Lichtjahr ist eine Längeneinheit. a) Erkläre, was ein Lichtjahr bedeutet. b) Berechne, wie weit Licht in einer Sekunde kommt, wenn $c = 3 \cdot 10^8\,\text{m/s}$…
Ein Lichtjahr ist eine Längeneinheit.
- a) Erkläre, was ein Lichtjahr bedeutet.
- b) Berechne, wie weit Licht in einer Sekunde kommt, wenn $c = 3 \cdot 10^8\,\text{m/s}$ gilt, und gib das Ergebnis in km an.
Licht der Sonne braucht bis zur Erde etwa $8{,}3\,\text{min}$. Berechne mit $c = 3 \cdot 10^8\,\text{m/s}$ die Entfernung Sonne–Erde in km.
Licht der Sonne braucht bis zur Erde etwa $8{,}3\,\text{min}$. Berechne mit $c = 3 \cdot 10^8\,\text{m/s}$ die Entfernung Sonne–Erde in km.
Der Stern Proxima Centauri ist etwa $4{,}2$ Lichtjahre entfernt. Ein Lichtjahr beträgt etwa $9{,}46 \cdot 10^{12}\,\text{km}$. a) Berechne die Entfernung in km. b) Eine…
Der Stern Proxima Centauri ist etwa $4{,}2$ Lichtjahre entfernt. Ein Lichtjahr beträgt etwa $9{,}46 \cdot 10^{12}\,\text{km}$.
- a) Berechne die Entfernung in km.
- b) Eine Raumsonde fliegt mit $50\,\text{km/s}$. Berechne die Reisezeit in Jahren (ein Jahr $\approx 3{,}15 \cdot 10^7\,\text{s}$).
- c) Erkläre, warum man Entfernungen im Weltall nicht mit einem Maßband bestimmen kann und warum die Parallaxe nur für nahe Sterne taugt.
Das Licht einer fernen Galaxie hat ihr Ziel nach $2{,}5$ Millionen Jahren erreicht. a) Erkläre, was man meint, wenn man sagt, „wir sehen die Galaxie, wie sie vor 2,5…
Das Licht einer fernen Galaxie hat ihr Ziel nach $2{,}5$ Millionen Jahren erreicht.
- a) Erkläre, was man meint, wenn man sagt, „wir sehen die Galaxie, wie sie vor 2,5 Millionen Jahren war“.
- b) Erkläre, warum Teleskope in die Vergangenheit schauen.
- c) Vergleiche kurz Komet, Stern und Galaxie bezüglich Größe, Aufbau und Lichtquelle.
Entfernungen bestimmen: die Parallaxe
Ein Maßband reicht nicht bis zu den Sternen. Man nutzt Analogien und Messverfahren. Eines kennst du schon vom Daumensprung: Halte den Daumen mit gestrecktem Arm vor dich und schaue abwechselnd mit dem linken und rechten Auge. Der Daumen „springt“ vor dem Hintergrund hin und her.
Je näher ein Gegenstand ist, desto stärker springt er. Beim Anwinkeln des Arms kommt der Daumen näher, der Sprung wird größer. Astronomen messen dasselbe: Sie fotografieren einen Stern im Abstand eines halben Jahres. Weil die Erde dann auf ihrer Bahn um die Sonne am gegenüberliegenden Punkt steht, verschiebt sich der Stern gegenüber den fernen Hintergrundsternen. Aus dem kleinen Winkel berechnet man die Entfernung.
Die Parallaxe taugt nur für nahe Sterne: Je weiter ein Stern entfernt ist, desto kleiner ist die Verschiebung, bis man sie nicht mehr messen kann. Für ferne Galaxien braucht man andere Verfahren, etwa die Helligkeit besonderer Sterne.
Halte den Daumen mit gestrecktem Arm vor dein Gesicht und betrachte ihn abwechselnd mit dem linken und dem rechten Auge. a) Beschreibe, was du beobachtest, und erkläre,…
Halte den Daumen mit gestrecktem Arm vor dein Gesicht und betrachte ihn abwechselnd mit dem linken und dem rechten Auge.
- a) Beschreibe, was du beobachtest, und erkläre, wie diese Beobachtung die Parallaxe veranschaulicht.
- b) Was ändert sich, wenn du den Arm anwinkelst?
- c) Erkläre, wie Astronomen mit demselben Prinzip die Entfernung naher Sterne bestimmen.
Auf einen Blick
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Planeten und Kometen leuchten nicht selbst, Sterne und Galaxien schon. Ein Schwarzes Loch sendet kein Licht aus und wird an seiner Wirkung erkannt.
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Größenordnung: Mond, Erde, Jupiter, Sonne, Milchstraße.
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Ein Lichtjahr ist eine Länge: $1\,\text{Ly} \approx 9{,}46 \cdot 10^{12}\,\text{km}$; es gilt $s = c \cdot t$.
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Die Sonne ist etwa 8,3 Lichtminuten entfernt (1 AE $\approx 1{,}5 \cdot 10^8\,\text{km}$).
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Wir sehen ferne Objekte so, wie sie früher waren.
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Die Parallaxe bestimmt Entfernungen naher Sterne.
Zurück zum Anfang: Das Licht der Sterne im Planetarium ist alt, weil es Jahre bis Jahrtausende unterwegs war. Entfernungen kennt man aus Lichtlaufzeit und Parallaxe.