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Beobachtungen

Beobachtungen. Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold. Teleskope Historisches zu Teleskopen Radioastronomie. Woraus besteht ein Teleskop?. Optik Bilderzeugendes System: Objektiv (von lat. «gegenüberliegen»), oder Hohlspiegel Okular (von lat. «Auge») Montierung und Stativ

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Presentation Transcript

  1. Beobachtungen Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold

  2. TeleskopeHistorisches zu TeleskopenRadioastronomie Astronomie. Beobachtungen.

  3. Woraus besteht ein Teleskop? • Optik • Bilderzeugendes System: • Objektiv (von lat. «gegenüberliegen»), oder • Hohlspiegel • Okular (von lat. «Auge») • Montierung und Stativ • Zubehör • Sucher • Taukappe • Filter • Fotoadapter Astronomie. Beobachtungen.

  4. Drei verschiedene Teleskoparten • Refraktoren • Linsenfernrohre • «Kepler‘sches Fernrohr» • Reflektoren • Spiegelfernrohr • «Newton Refraktor» • Katadioptrische Fernrohre • Schmidt-Cassegrain Teleskope (SCT) • Kombination aus Spiegel und Linse Astronomie. Beobachtungen.

  5. Optische Grundlagen. • Objektivdurchmesser D: Je grösser, desto mehr Licht gesammelt, desto heller das Objekt. • Objektivbrennweite F: Je kleiner, desto heller. • Auflösungsvermögen: Winkel q in rad, wobei der Durchmesser des beobachteten Objektes ø := qmin · d ist (d := Distanz Objekt-Teleskop). • Öffnungsverhältnis := D/fObjektiventspricht «Blende» in Fotographie 1,22 · l min = D Astronomie. Beobachtungen.

  6. FObjektiv V = fOkular Vmax ≈ Dobjektiv (mm) Vergrösserung. • Maximalvergrösserung (Faustregel)(bei sehr guten Verhältnissen das Doppelte) Astronomie. Beobachtungen.

  7. Refraktoren: Prinzip. Objektiv Fokus Okular F Objektivbrennweite f Okularbrennweite Sehr gute Bildqualität ab Öffnungsverhältnis 1/15. Astronomie. Beobachtungen.

  8. Reflektoren: Prinzip Objektiv Fokus Okular Lichtstarke Geräte ab Öffnungsverhältnis 1/8 wesentlichgünstiger als Refraktoren. Astronomie. Beobachtungen.

  9. Cassegrain: Prinzip Fangspiegel Hauptspiegel Fokus Astronomie. Beobachtungen.

  10. Welche Vergrösserung? • 7-15fach (Feldstecher)Mondkrater, Jupitermonde. Ab 10fach braucht man ein Stativ. • 30fach (kleines Fernrohr)Überblick über Mond, Sonnenflecken, erahnt Flecken auf Jupiter, erkennt knapp Saturnringe • 60-100fachFeine Details auf Sonne, Planeten (Mars: Polkappen, Venusphasen) • Ab 200fachFeinste Details, nur bei sehr ruhiger Luft Astronomie. Beobachtungen.

  11. Teleskop an der KZO • Objektivbrennweite 3960mm. • Okulare 40mm, 26mm, 12.5mm. • Daraus Vergrösserungen ≈100fach, ≈150fach, ≈320fach Astronomie. Beobachtungen.

  12. TeleskopeHistorisches zu TeleskopenRadioastronomie Astronomie. Beobachtungen.

  13. Refraktoren: Erfindung • Linsenteleskope. • Jan Lipperhey baut spätestens 1608 das erste Linsenteleskop, das er am 2. Oktober 1608 Fürst Maurits und den Städten der Niederlande ein Teleskop anbietet, welches für Kriegszwecke gedacht war. Astronomie. Beobachtungen.

  14. Refraktoren: Galilei «Vor ungefähr zehn Monaten kam mir ein Gerücht zu Ohren, von einem Niederländer sei ein Augenglas hergestellt worden, mit dessen Hilfe man sichtbare Gegenstände, die weit entfernt waren, so deutlich wahrnahm, als sehe man sie aus der Nähe. [...] Das war schliesslich der Anlass, dass ich mich ganz der Aufgabe widmete, das Prinzip zu erforschen sowie Mittel zu ersinnen, durch die ich zur Erfindung eines ähnlichen Gerätes würde kommen können. Sie gelang mir wenig später, nachdem ich mich in die Lehre von der Brechung des Lichts vertieft hatte. Ich bereitete mir zunächst ein Bleirohr und passte in sein Ende zwei Glaslinsen ein, eine plankonvexe und eine plankonkave. Das Auge an der Konkavlinse, sah ich die Gegenstände dreimal näher, als wenn man sie nur mit blossem Auge betrachtet. Danach fertigte ich mir ein genaueres Rohr, dass die Gegenstände mehr als sechzigmal vergrösserte. Schliesslich ist mir der Bau eines so vorzüglichen Gerätes gelungen, dass ich die Gegenstände ungefähr tausendmal grösser und mehr als dreissigmal näher sah, als wenn man sie nur mit dem natürlichen Sehvermögen betrachtet.» Brief von Galilei an seinen Schwager Benedetto Landucci, 20.8.1609 Astronomie. Beobachtungen.

  15. Refraktoren: Kepler • Johannes Kepler (1571-1630) lebt 1609 als kaiserlicher Mathematiker und Hofastronom in Prag. • Findet und veröffentlicht in diesem Jahr seine ersten beiden Gesetze in «Astronomia Nova». • Bekommt 1610 den «Siderius Nuncius» von Galilei zu lesen und tritt mit diesem in Brief-kontakt. Astronomie. Beobachtungen.

  16. Refraktoren: Kepler |2 • August 1610: Kepler betrachtet mit dem Galileiteleskop selber die Jupitermonde. • 1611 schreibt er die «Dioptrik», welche heute noch Gültigkeit hat und fast komplett ist. Darin beschreibt er den Bau eines Fernrohres, welches aus zwei Konvexlinsen besteht und grössere/schärfere Bilder liefert als das Galileiteleskop. • Neben der Bauanleitung liefert Kepler auch die Theorie, dasselbe zum Bau eines Mikroskops und eines Spiegelteleskops. Astronomie. Beobachtungen.

  17. Refraktoren: Huygens • Erste Teleskope hatten 30- bis 40fache Vergrösserung. Christiaan Huygens (1629-1695) arbeitet als erster mit einem Teleskop mit etwa 100facher Vergrösserung. • Erfinder der Luftfernrohre: Mit einem sieben Meter langen Fernrohr entdeckt er Gas- und Staubwolke des Orionnebels, den Saturnmond Titan, die Saturnringe und die Oberflächenstruktur des Mars. Astronomie. Beobachtungen.

  18. Refraktoren: Fraunhofer. • Joseph Fraunhofer (1787-1826) kommt 1799 zu einem Spiegelmacher und Glasschleifer nach München, wo es ihm gelingt, die Glasqualität wesentlich zu verbessern. • Er findet Glasfehler durch eine von ihm erstmals gebrauchte Methode und überträgt seine berechneten Daten auf Produktionsprozesse. • Findet 1814 das Sonnenspektrum (über 570 «Fraunhoferlinien») bei Bestimmung der Brechzahlen mit einem Prisma. Astronomie. Beobachtungen.

  19. Reflektoren: Digges. • Je grösser Refraktoren, desto schlimmer der Effekt der Lichtbrechung verschiedener Wellenlängen. • Ein Spiegel zeigt keine Farbabweichungen. • Erstes Spiegelteleskop gebaut von Leonard Digges (um 1571 beschrieben), aber bis Newton keine brauchbaren Spiegelteleskope im Umlauf. Astronomie. Beobachtungen.

  20. Reflektoren: Newton • Sir Isaac Newton (1642-1727) konstruiert das erste «reflektierende Teleskop» 1668. • Länge 13,8 cm; ø 2,5 cm (!) • Vergrösserung 30- bis 40fach. • Zeigt 1671 ein grösseres Teleskop der Royal Society, welche ihn zu ihrem Mitglied wählt. Später wird er deren Präsident bis zu seinem Tod. Astronomie. Beobachtungen.

  21. Reflektoren: Herschel. • Wilhelm Herschel (1738-1822) muss 1756 nach England mit der Regimentskapelle. • Dort lernt er Englisch und kehrt ohne Erlaubnis der Truppe nach deren Rückkehr nach Deutschland dorthin zurück, nennt sich fortan William Herschel. • Gelangt über Musik, Mathematik und Optik an Newton, interessiert sich für Astronomie und baut bald bessere Teleskope als die Profis. Astronomie. Beobachtungen.

  22. Reflektoren: Herschel |2 • Erstes Spiegelteleskop von Herschel 1774, er baut in seinem Leben über 400. • Übertrifft die damaligen Refraktoren bei weitem. • Systematische Durchmusterung des Himmels. • Entdeckt 1781 ein Objekt, das kein Stern sein kann: Uranus. • Wird zum Hofastronomen von Georg III. ernannt und heiratet eine reiche Witwe: Ohne Geldsorgen baut er Riesenteleskope und entdeckt die Uranusmonde Titania und Oberon. Astronomie. Beobachtungen.

  23. Reflektoren: Herschel |3 • Entdeckt mit einem von Georg III. mitfinanzierten Teleskop von über 12 m Länge und 1,22 m Spiegeldurchmesser in der ersten Nacht die Saturnmonde Enceladus und Mimas. Astronomie. Beobachtungen.

  24. Reflektoren: Schmidt. • Bernhard Woldemar Schmidt (1879-1935): Optiker und Glasschleifer schickt als Unbekannter seine Spiegel ans Astrophysikalische Observatorium in Potsdam. • Bald liefert er an Sternwarten und optische Firmen. Setzt als erster eine Korrekturplatte ein. • Erster Schmidtspiegel 1936 auf Mount Palomar (ø 60 cm) findet innerhalb von fünf Jahren 18 Supernovae. Astronomie. Beobachtungen.

  25. Reflektoren: Hale-Teleskop. • George Ellery Hale (1868-1939) plant das 5m-Teleskop auf dem Mount Palomar. • Es ist eines der leistungsfähigsten erdgebunden-en Teleskope. • In einer 41m hohen Kuppel untergebracht. • Der Spiegel wiegt etwa 20 Tonnen, wird 1934 gegossen, danach geschliffen und 1948 in Betrieb genommen. • Damit könnte man eine brennende Kerze in 30‘000 km Entfernung sehen. Astronomie. Beobachtungen.

  26. Katadioptrische Fernrohre. • Jaques Cassegrain (1652-1712) zeichnet 1672 das erste nach ihm benannte Teleskop. • Danach Kombinationen und Verfeinerungen wesentliche Verbesserungen bezüglich Preis/Qualität. Astronomie. Beobachtungen.

  27. TeleskopeHistorisches zu TeleskopenRadioastronomie Astronomie. Beobachtungen.

  28. Gaswolken • Durch UV-Strahlung auf-geheizte Gaswolken leuchten(haben ein Emissions-spektrum). • Kühle Gaswolken leuchtennicht, da alle Atome im Grundzustand sind (Elektronim H-Atom auf der erstenSchale). UV Astronomie. Beobachtungen.

  29. Wellenlänge des Photons/m 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 106 108 1010 Gamma Strahlen Sichtbar Ultraviolett Infrarot Rönten Mikrowelle Radio 10-12 10-14 10-16 10-18 10-18 10-20 10-22 10-24 10-26 10-28 10-30 10-32 10-34 Energie eines Photons/J Gaswolken |2 • Aufheizung durch UV-Strahlung ~ n  h · n v   · n Astronomie. Beobachtungen.

  30. Gaswolken |3 Kalte dunkle Gaswolken können trotzdem gefunden und untersucht werden: • Etwa alle 11 Mio. Jahre kehrt ein H-Atom seinen Elektronenspin, wobei es in einen Grundzustand übergeht, der von seinem ursprünglichen Zustand bei -13,6 eV um 6 meV abweicht. • Dabei emittiert das H-Atom ein Energiepaket im Radiowellenbereich mit der Wellenlänge 21cm. Diese Welle wird detektiert und ihre Intensität untersucht. Astronomie. Beobachtungen.

  31. Radiowellen. • Verstärkung bis hörbar in Lautsprecher (Pfeifen, Knurren, Krachen). • Impulse werden auf Magnetband aufgezeichnet und mit Computern ausgewertet. • Reichweite der Radioastronomie ≈ 15·109 ly. Astronomie. Beobachtungen.

  32. Radiowellen: Jansky. • Karl Guthe Jansky (1905-1950) in Bell Laboratories angestellt. • Hört «fremdes Rauschen» mit Funkempfänger (zur Untersuchung der Ursachen atomosphärischer Störungen), welches jeden Tag 4 Minuten früher kam. => Es musste von den Sternen kommen. • 1. Januar 1932 an Professor der Columbia Universität gelangt, 5. Mai 1933 in New York Times publiziert «Neuartige Radiowellen aus dem Zentrum der Milchstrasse». Astronomie. Beobachtungen.

  33. Astronomie ist schön. Astronomie. Beobachtungen.

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