Strukturbilder im Kosmos

Vor noch nicht einmal hundert Jahren erfüllte für die meisten Astronomen das Milchstraßensystem unser gesamtes Universum. Heute ist unser Milchstraßensystem nur eine Galaxie unter Milliarden weiterer Galaxien in einem expandierenden Universum. Bei der Suche nach Antworten auf Fragen nach der Strukturentstehung und -entwicklung, nach der Vielfalt und Verteilung der Galaxien sowie nach deren Einfluss auf das Expansionsverhalten des gesamten Universums kommt den Astronomen ein glücklicher Umstand zugute. Jeder Blick in die Weiten des Weltalls ist wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit zugleich ein Blick in die Vergangenheit. Somit liegt die kosmische Geschichte den Forschern quasi direkt "vor Augen". Dennoch muss die moderne beobachtende Astronomie bei ihren Erkundungen an die Leistungsgrenzen heutiger Technik gehen.

Aus dem Inhalt:

Durch die Entstehung von Protogalaxien mit ersten Halos aus dunkler Materie im frühen Universum wurden die Bausteine für die Entstehung größerer Galaxien gelegt. Innerhalb von Milliarden Jahren entstanden durch Kollisionen die heutigen Galaxien in ihrer großen Vielfalt. Die Klassifizierung dieser Galaxientypen erfolgte in den 1930er Jahren durch Edwin Hubble. Die präzise Beschreibung der Entstehungsmechanismen wurde aber erst durch numerische Simulationen und große Beobachtungskampagnen in den letzten Jahrzehnten möglich. Zusätzlich wurden durch immer bessere Teleskope und die Beobachtung in neuen Wellenlängenbereichen weitere, im Optischen unscheinbare, Galaxienformen entdeckt. Dies geschah zunächst vor allem durch Beobachtung von Radiowellen, wurde aber immer weiter ausgedehnt.

Ausgehend von der Kardinalfrage "Wie kann sich aus einem chaotischen, homogenen Anfangszustand im frühen Universum die beobachtbare hierarchisch angeordnete Großstruktur ergeben?" wird ein brauchbares Modell zur frühen Galaxienentstehung vorgestellt: Nach der "Bottom-up-Theorie" kondensierten zunächst kleine Objekte aus der "Ursuppe". Diese kleinen Einheiten fanden sich dann zu größeren Galaxien zusammen. Für die komplexen physikalischen Entwicklungsprozesse der Galaxien werden das unterschiedliche Verhalten von baryonischer und Dunkler Materie – insbesondere die Eigenbewegung von Teilchen und größeren Gebilden, die Art der Materieansammlung – sowie die allgemeine Expansion des Universums, die großskalig dominierende Gravitation, als auch die Sternbildungsrate als relevant angesehen.

Kosmische Laborexperimente

Neue astrophysikalische Erkenntnisse werden in der Regel durch Beobachtung der Strukturen und Entwicklungen astronomischer Phänomene, durch Auswertung der mit hochauflösenden Teleskopen, Instrumenten und Bildbearbeitungstechniken oder vor Ort von Satelliten aus gewonnenen Daten im Rahmen zugrundeliegender Theorien mit Hilfe aufwendiger Modellrechnungen gewonnen. Während bisher auf schnellen Computern durchgeführte numerische Experimente dabei wesentliche Ergebnisse erbrachten, werden heute häufiger auch analoge Laborexperimente erfolgreich zur Erklärung kosmischer Erscheinungen und Prozessabläufe durchgeführt.

Am 30. Dezember 1913 trug der US-amerikanische Astronom Henry Norris Russell (1877 – 1957) auf dem 16. Meeting der American Astronomical Society in Atlanta seine Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen den absoluten Helligkeiten und den Spektraltypen der Sterne vor. Dieses Datum gilt als die Geburtsstunde des Hertzsprung-Russell-Diagramms, das erstmals in Russells Beitrag "Relations between the Spectra and and Other Characteristics of Stars" in der Zeitschrift "Popular Astronomy" 1914 in gedruckter Form erschien.

Arbeitsblatt zum Umgang mit der drehbaren Sternkarte (mit Lösungen)

Gezeiten in der Primarstufe

Das Phänomen der Gezeiten gehört zu den interessantesten Themen des Physikunterrichtes der Sekundarstufe II. Jedoch äußern bereits Primarstufenschüler ein großes Interesse an diesem Naturereignis. Dessen ausführliche Erklärung ist leider nur den Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II zugänglich. Dies ist jedoch kein Grund, auf die Behandlung dieser interessanten Thematik in der Grundschule oder in den unteren Stufen der Sekundarstufe I zu verzichten. Eine Erarbeitung der Thematik anhand der Texte und Zeichnungen stößt bei den Kindern dieser Altersstufe jedoch schnell an seine Grenzen. Den Kindern muss also eine handlungsorientierte Auseinandersetzung mit diesem Thema ermöglicht werden. Das kann anhand von Experimenten, Modellen oder Rollenspielen geschehen. Eine Möglichkeit die Gezeiten in der Primarstufe erfahrbar zu machen, wird anhand eines selbstgebauten Modells vorgestellt.

Der Sternhimmel zur Jahreswende

Dieser Beitrag ergänzt das Poster "Der Himmelslauf ..." im Heft 135/136.

Dem Heft liegt die OHP-Folie "Marsoppositionen 2012 bis 2020" bei. Die Bahn des Planeten Mars weist die zweitgrößte Exzentrizität aller Planetenbahnen im Sonnensystem auf. (Nur die Merkurbahn ist noch stärker exzentrisch; aber Merkur zu beobachten ist sehr schwierig.) Im ersten Halbjahr 2014 wird Mars wieder ein gut beobachtbares Objekt sein.

Die Folie zeigt sowohl die auffällige Exzentrizität der Marsbahn als auch die daraus resultierenden Unterschiede in den Entfernungen zwischen Mars und Erde. Die innere, praktisch kreisförmige Bahn ist die der Erde. Hier sind die Positionen unseres Heimatplaneten zum Ersten jedes Monats eingetragen. Der mittlere (exzentrische) Kreis ist die Marsbahn mit den Positionen des Mars zu den jeweiligen Oppositionen. Im gestrichelten Bahnteil befindet sich der Mars südlich ("unter") der Erdbahnebene. Bei jeder Opposition ist die Entfernung Erde – Mars in Millionen Kilometern angegeben. Das jeweilige Oppositionsdatum ist rot eingetragen.

Man erkennt leicht, dass Mars in der bevorstehenden Opposition am 8.4.2014 verhältnismäßig weit von der Erde entfernt ist. Erst 2018 wird wieder eine perihelnahe Marsopposition stattfinden, bei der der rote Planet im Schulfernrohr in beachtlicher Größe erscheint.