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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
SONNE, ERDE, MOND
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postkarten-shop.ch
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
VORLESUNGSPLAN
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‣ 18.4. Astronomie heute (Just, Fendt)
‣ 25.4. Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister)
‣ 2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister)
‣ 16.5. Teleskope, Bilder, Daten (Fendt)
‣ 23.5. Geschichte der Astronomie (Just)
‣ 6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt)
‣ 13.6. Sterne - Entwicklung (Fendt)
‣ 20.6. Die Milchstraße (Just)
‣ 27.6. Astrochemie und Leben (Fendt)
‣ 4.7.Galaxien (Just)
‣ 11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt)
‣ 18.7. Urknall und Expansion des Universums (Just)
‣ 25.7. Weltmodelle (Just)
‣ 1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt)
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
INHALT
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Sonne, Erde, Mond
✴ Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴ Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴ Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴ Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴ Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just 4
Alter : >10 Milliarden Jahre Sterne: 100 bis 300 MilliardenUmlauf Sonne: 220 Mio Jahre ~ 220km/s
HEIMATGALAXIE MILCHSTRAßE
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just 5
Durchmesser : 100.000 LichtjahreDicke: 3000 bis 16000
100 000 Lichtjahre
25 000 LichtjahreBulgeZentrum
ScheibeKugelsternhaufen
Sonne
Lichtgeschwindigkeit299 792 Kilometer pro Sekunde maximale Geschwindigkeit im Universum
1 Lichtsekunde ≈ 300 000 Kilometer1 Lichtjahr ≈ 10 Billionen Kilometer
Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems
Milliarden Jahre
langsame ErwärmungRoter Riese Planetarischer
Nebel
Weißer Zwerg
heute
Dr. Janine Fohlmeister - Zentrum für Astronomie Heidelberg - 10. März 2013 - Kinderuni
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just 7
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Entfernungen: Erde-Sonne: 8 Lichtminuten ≈ 150 000 000 km = 1 AE
Erde-Mond: 1,3 Lichtsekunden ≈ 380 000 km
Erde-Neptun: 4 Lichtstunden
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๏ Mondbahn ca. 5º gegen Ekliptik geneigt
๏ Durchmesser Sonne-Erde-Mond: 1400 000 : 12 000 : 3 500 km (ca. 100: 1 : 0.3)
๏ Sonne ist knapp 400 mal weiter entfernt von der Erde als Mond
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
MONDPHASEN
Sonne
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๏Abhängig von der relativen Lage zu Sonne und Erde
๏Zunehmender Mond am Abendhimmel
๏Abnehmender Mond am Morgenhimmel
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
INHALT
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Sonne, Erde, Mond
✴ Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴ Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴ Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴ Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴ Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
ASTRONOMISCHE ZEITSKALEN
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Messung von Zeitpunkten und Zeitintervallen (Dauer)
gekennzeichnet durch den Ort und die Bewegung von Himmelskörpern
1 Tag: Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang, Erde dreht sich 1x um eigene Achse
Monat: abgeleitet vom Mond, eine Umdrehung um Erde
Jahr: Frühling, Sommer, Herbst, Winter ; Erde umrundet einmal die Sonne
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
JAHRESZEITEN• Erde: Frühling, Sommer, Herbst, Winter
• auf Südhalbkugel um halbes Jahr versetzt
• Ursache: Neigung der Erdachse um 23°
• Abhängig von Sonnenstand und damit Strahlungsenergie pro Fläche
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Wikipedia
Äquinoktum: Tag- und NachtgleichePerihel: sonnennächster Punkt der UmlaufbahnAphel: sonnenfernster Punkt der UmlaufbahnSolstitiallinie: Verbindung Sommer- und Wintersonnenwende
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Sonnenfinsternis
✴Mond steht zwischen Sonne und Erde
✴Nur bei Neumond möglich
Mondfinsternis
๏Erde steht zwischen Sonne und Mond
๏Nur bei Vollmond möglich
๏Mondbahn nicht in der Ekliptik (5º geneigt)
๏Finsternis nur möglich, wenn der Mond in der Nähe eines Knotens
(Kreuzungspunkt Ekliptik – Mondbahn) steht
FINSTERNISSE
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
Lage der Mondbahn
๏Neigungsrichtung nicht raumfest
Finsternisse nicht immer zur gleichen Jahreszeit
Nutation der Mondbahn (wie Präzession der Erdachse)
Torkelbewegung mit Periode 18.9 Jahre
FINSTERNISSE
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html
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FINSTERNISSE
Sonne
Kernschatten
Halbschatten
A B C D
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Finsternistypen
total (A), partiell (B,C), ringförmig (D)
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MONDFINSTERNISSE (BEI VOLLMOND)
Mehrfachbelichtung einer zentralen totalen Finsternis relativ zum Erdschatten; Belichtungszeiten verschieden
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Kernschatten der Erde in Mondentfernung etwa doppelter Durchmesser wie Mond
Dauer einer totalen Finsternis ca. 2 Stunden
Erscheinung überall auf der Erde (Nachtseite) gleich
Bedeckter Mond nicht total dunkel, sondern gelb-orange durch Streulicht an der Erdatmosphäre
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
Kernschatten des Mondes in Erdabstand sehr klein
✴Erscheinung der Finsternis von Ort zu Ort sehr verschieden
✴Perigäum (Mond erdnah)
Kernschatten bis zu 269 km Durchmesser
Dauer der totalen Finsternis bis zu 7½ Min.
Totale Zone nur eine schmale Linie auf der Erde
✴Apogäum (Mond erdfern)
Nur ringförmige (und partielle) Finsternis möglich
SONNENFINSTERNISSE (BEI NEUMOND)
http://www.zum.de/Faecher/Materialien/gebhardt/astronomie/finsternis/finsternis.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
SONNENFINSTERNISSE
http://www.mreclipse.com/MrEclipse.html http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis
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Totale Finsternis: Sonnenkorona sichtbar
Partielle Finsternis
Vom 4.1.2011
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
Informationen zu Finsternissen
✴ http://astro.ukho.gov.uk/eclipse/
Partielle Mondfinsternis
✴25. April 2013
✴In Europa sichtbar
Nächste totale Sonnenfinsternis
✴3.11.2013, in Afrika sichtbar
✴3.9.2081 in Deutschland: Süddeutschland
Nächste ringförmige Sonnenfinsternis
✴9. Mai 2013, in Australien sichtbar
KÜNFTIGE FINSTERNISSE
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Ablauf der Partiellen Mondfinsternis am 25.04.2013Eintritt in den Halbschatten (1. Kontakt): 20:02 Uhr MESZEintritt in den Kernschatten (2. Kontakt): 21:52 Uhr MESZMaximale Verfinsterung: 22:07 Uhr MESZ 13° über dem Ost-HorizontAustritt aus dem Kernschatten (3. Kontakt): 22:23 Uhr MESZAustritt aus dem Halbschatten (4. Kontakt): 00:13 Uhr MESZ
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INHALT
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Sonne, Erde, Mond
✴ Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴ Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴ Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴ Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴ Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
ERDE
Große Halbachse1 AE
(149,6 Mio. km)
Perihel – Aphel 0,983 – 1,017 AE
Exzentrizität 0,0167
Neigung der Bahnebene 0°
Siderische Umlaufzeit 365,256 d
Mittlere Orbital-geschwindigkeit
29,78 km/s
Die Erde, aufgenommen von Apollo 17 am 7. Dez. 1972
Einziger Planet mit (viel) WasserOzeane: bedecken 70% der Erdoberfläche,96,5% des gesamten Wassers,3,5% Salz, durchschnittl. Tiefe: 3800m, Marianengraben 11043mKontinentalplatten: 7 Kontinente; durchschnittl. Höhe: 800m, Mount Everest: 8848m
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ERDEÄquator- –
Poldurchmesser*12.756,32 –
12.713,55[2] km
Masse 5,974 · 1024 kg
Mittlere Dichte 5,515 g/cm3
Fallbeschleunigung* 9,80665 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit 11,186 km/s
Rotationsperiode 23 h 56 min 4,1 s
Neigung der Rotationsachse
23,44°
Geometrische Albedo 0,367
Eigenschaften der AtmosphäreEigenschaften der Atmosphäre
Druck* 1,014[1] bar
Temperatur*
Min. – Mittel – Max.
184 K (−89 °C)288 K (+15 °C)331 K (+58 °C)
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http://mitglied.multimania.de/mariothuemmel/schale.jpg
Alter: 4,6 Milliarden Jahreeinziger sicher bekannter Planet mit Lebendichtester Planet im Sonnensystem; Zusammensetzung: Eisen (32,1 %), Sauerstoff (30,1 %), Silizium (15,1 %), Magnesium (13,9 %), Schwefel (2,9 %), Nickel (1,8 %), Calcium (1,5 %), Aluminium (1,4 %), 1,2 % Spuren von anderen ElementenGezeitenkräfte (Landmassen bis 0,5m) Atmosphäre bis ca. 600km; 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 1 % Edelgasen, 0-5% Wasserdampf
ERDE
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
INHALT
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Sonne, Erde, Mond
✴ Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴ Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴ Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴ Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴ Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
ERDE-MOND
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Mond umkreist die Erde
๏Abstand zur Erde von 356334 - 406610 km
๏Mittlerer Abstand: 384404 km (= 30 Erddurchmesser)
๏Mondbahn ~5º gegen Ekliptik geneigt
๏Rotationsperiode: 27d7h43m11.5s oder ca. 27 ⅓ Tage
๏Vollmond zu Vollmond: 29d12h44m2.8s oder ca. 29 ½ Tage
Größe des Mondes
๏Durchmesser : 3475.9 km (=1/4 des Erddurchmessers)
๏Scheinbare Größe am Himmel: ½ Grad wie die Sonne
oben: Libration des Mondesunten: Maßstabgetreues Größen- Abstand VerhältnisQuelle: Wikipedia
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
(ERD-)MONDAlbedo 0,12
Scheinbare Helligkeit −12,74 mag
Mittlerer Durchmesser
3476 km
Masse 7,349 · 1022 kg
Oberfläche 37 932 330 km²
Mittlere Dichte 3,341 g/cm³
Siderische Rotation 27,322 Tage
Achsneigung 6,68°
Fallbeschleunigung an der Oberfläche
1,62 m/s²
Flucht-geschwindigkeit
2380 m/s30
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MOND
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Entstehung und Aufbau
✤Vor 4.4 Milliarden Jahren aus der Erde durch Kollision herausgelöst
✤Form 3-achsiges Ellipsoid
✤Mantel auf erdabgewandter Seite dicker
✤Gebundene Rotation (immer gleiche Seite zeigt zur Erde)
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
MONDMISSIONEN
Mitte der 60er bis Mitte der 70er Jahre gab es 65 Mondlandungen (allein 10 im Jahr 1971)
6 bemannte Landungen (Apollo 11, 12, 14, 15, 16, 17).
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
MONDMISSIONEN
Apolloprojekt:Seismische DetektorenReflektionsprismen für Laser-rangingMondgestein
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
MONDMISSIONEN
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
MONDMISSIONEN
Mondboden (Staub)Basalt (Apollo 15)
3.3 Milliarden Jahre alt
Anorthosite, Apollo 164.2 Milliarden Jahre alt
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
INHALT
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Sonne, Erde, Mond
✴ Unser Sonnensystem - Aufbau, Grundlagen
✴ Sonne, Erde, Mond: Jahreszeiten & Finsternisse
✴ Erde: Aufbau, Besonderheiten
✴ Mond: Eigenschaften, Entstehung, Missionen
✴ Sonne: Aufbau, Aktivität, Abstrahlung
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
SONNEAufbau
✴Kern
✴Photosphäre
✴Chromosphäre
✴Korona
Aktivität
✴Sonnenflecken
✴Protuberanzen
✴Granulation
✴Schwingungen
Abstrahlung
✴Licht
✴Sonnenwind
✴NeutrinosSonne mit Sonnenflecken am 22. April 2013
http://www.spaceweather.com/
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STECKBRIEF DER SONNE
Durchmesser (Photosphere) 1 391 980 km
Masse 1.99·1030 kg
Mittlere Dichte 1.41 g/cm3
Leuchtkraft 3.83·1033 erg/s = 3.83·1026 Watt
Rotationsperiode (Äquator) 25 Tage
Oberflächentemperatur 5800 K
Spektraler Typ G2 V
Scheinbare Helligkeit -26.7 mag
Absolute Helligkeit 4.8 mag
Mittlerer Abstand zur Erde149 597 892 km = 1 AE ≈ 8 Lichtminuten
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Kern
✴Energieerzeugung durch Fusion von Wasserstoff zu Helium
Photosphäre
✴Freisetzung der Strahlung
Protuberanzen
✴Ausbrüche
Korona
✴heißes Gas
✴Quelle des Sonnenwindes
AUFBAU
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne
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SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
AUFBAU
http://de.wikipedia.org/wiki/Sonne
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Energietransport
✴Kern:
✴Erzeugung
✴Strahlungszone:
✴Diffusion (wie im Nebel)
✴Konvektionszone:
✴Durchmischung (wie im Kochtopf)
✴Photosphäre:
✴Abstrahlung des Großteils
✴Chromosphäre und Korona:
✴Heizung durch Magnetfelder in den Protuberanzen
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
AUFBAU
T~106 K
T~25000 K
T~5770 K
T~107 KKern
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Rand/Oberfläche
✴Photosphäre
300-400km dick
Starke Abnahme der Dichte
Zunehmend durchsichtig
Kühlste Region
✴Chromosphäre
Einige tausend Kilometer dick
Sehr dünnes Gas
Durchsichtig
Heizung durch Absorption in Spektrallinien des Wasserstoffs
✴Korona
Fließender Übergang zum Sonnenwind (bis etwa 100AE)
Sehr dünn und heiß und nach außen beschleunigt
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AKTIVITÄT
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Sonnenflecken
✴Älteste bekannte Aktivität
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SONNENFLECKEN
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Sonnenfleckenzyklus
✴11 Jahre Max- Max
✴1‰ Variation in der Strahlungsintensität
✴Schwankungen über die Jahrhunderte
✴Maunderminimum = „kleine Eiszeit“ (1645-1715)
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
SONNENFLECKEN
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Schmetterlingsdiagramm
✴Anfang des Zyklus, Flecken bei ±30º Länge
✴Ende des Zyklus, Flecken nahe Äquator
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SONNENFLECKEN
⇐
Granulation
Lichtbrücken räumliche Auflösung ~ 0.2 arcsec = 150km
Penumbra⇐ Umbra
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Temperaturen
✴Oberfläche: 6000K, Umbra: 4000K, Penumbra: 5000K
SS2013 Astronomie für Nicht-Physiker : Fendt/Fohlmeister/Just
SONNENFLECKEN
Variation der Koronaaktivität über einen Sonnenzyklus
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✴Starke Magnetfelder bis 0.4T
Konvektion unterdrückt
Deshalb kühler
Benachbarte Flecken haben umgekehrte Polarisation
Polarisationsrichtung N ↔ S wechselt; deshalb wahrer Zyklus 22 Jahre
✴Lebensdauer
50% weniger als 2 Tage
10% länger als 11 Tage
✴Aufbrechen der Magnetfeldlinien
Protuberanzen
Sonnenwind
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PROTUBERANZEN
Spektrallinie Hα, angeregter Wasserstoff
SOHO Satellit: UV 171Å Fe IX/X
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Ausbrüche
✴Magnetfeldlinien geöffnet
✴Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen) bewegen sich entlang der Feldlinien auf Spiralbahnen: Lorentzkraft
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ROTATION
Oberfläche ↑
← Rotationsfrequenzen im Inneren
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Sonne rotiert differentiell
✴Periode am Äquator 25 Tage
✴Am Pol 30 Tage
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SONNENWIND
http://latitude64photos.com/
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Sonnenwind
✴Beschleunigt durch Magnetfelder
✴Abschirmung durch Erdmagnetfeld
✴Polarlichter durch Stöße mit Luftmolekülen
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VORLESUNGSPLAN
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18.4. Astronomie heute (Just, Fendt)
‣ 25.4. Sonne, Erde, Mond (Fohlmeister)
‣ 2.5. Das Planetensytem (Fohlmeister)
‣ 16.5. Teleskope, Bilder, Daten (Fendt)
‣ 23.5. Geschichte der Astronomie (Just)
‣ 6.6. Sterne - Zustandsgrößen (Fendt)
‣ 13.6. Sterne - Entwicklung (Fendt)
‣ 20.6. Die Milchstraße (Just)
‣ 27.6. Astrochemie und Leben (Fendt)
‣ 4.7.Galaxien (Just)
‣ 11.7. Aktive Galaxien, Quasare und Schwarze Löcher (Fendt)
‣ 18.7. Urknall und Expansion des Universums (Just)
‣ 25.7. Weltmodelle (Just)
‣ 1.8. Besuch MPIA/LSW und HdA (Fendt)
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