Johannes Kepler und die Bewegung der Planeten - Max Camenzind - Akademie Heidelberg 2020 - LSW Heidelberg

Johannes Kepler
und die Bewegung der Planeten

          Max Camenzind – Akademie
               Heidelberg 2020

Aktuelles aus der Astronomie

Nicht nur Covid-19 bedeutet Gefahr für die Menschheit,
sondern auch Asteroiden !en

Komet NEOWISE
in der Morgendämmerung

Infrarot-Teleskop WISE / NASA
seit 2009 im Orbit / wurde reaktiviert

Near-Earth Asteroiden - NEOs

Komet
 NEOWISE
    über
Stonehenge
---------------
    APOD
 14.7.2020

NEOWISE über den Schweizer Bergen

NEOWISE mit der Parker-Sonde

Komet
   NEOWISE
       mit
Ionenschweif
------------------
 Aufnahme:
  Zixuan Lin
 Wüste Gobi

Komet NEOWISE Abendhimmel
  ca. 23 Uhr / Richtung NW

Komet Tschuri lädt zum
Klettern ein / APOD 12.7.2020

Der Sternenhimmel
    im Juli 2020

       Sommerdreieck

Planeten im Juli 2020

Saturn (links), Jupiter und der Mond in der
Nacht vom 5. auf den 6. Juli gegen
Mitternacht im Südosten / Stellarium

Das Sommerdreieck

Das Sommerdreieck
• Wega und Atair liegen mit Entfernungen von 25 und
  17 Lichtjahren in unserer näheren Nachbarschaft.
• Beide sind Sterne vom Spektraltyp A, sie weisen
  also eine Oberflächentemperatur von etwa 8000
  Grad Celsius auf, sind etwa doppelt so groß wie
  unsere Sonne und besitzen rund das Doppelte ihrer
  Masse. Beide verbrennen noch ihren
  Wasserstoffvorrat – sind also noch auf Hauptreihe.
• Atair ist etwa 11-mal und Wega rund 37-mal heller
  als die Sonne, was den höheren Massen geschuldet
  ist.

Sommerdreieck II - Deneb ist der Größte
 • Wiewohl sich Atair und Wega sehr ähneln, ist der dritte
   Stern des Sommerdreiecks, Deneb, völlig anders.
   Eigentlich ist er mit einer Oberflächentemperatur von
   rund 8100 Grad Celsius nicht sehr viel heißer als Atair
   und Wega. Er sollte von diesem Standpunkt eigentlich
   nicht viel heller sein als die beiden anderen Sterne.
   Somit würde man ihn angesichts einer ähnlichen
   scheinbaren Helligkeit am Himmel auch in ähnlicher
   Entfernung vermuten – doch so ist es nicht.
 • Deneb ist etwa 3000 Lichtjahre von uns entfernt und
   damit fast 200-mal weiter als beispielsweise Atair.
   Daraus lässt sich errechnen, dass Deneb in Wirklichkeit
   etwa 250.000-mal heller leuchtet als unsere Sonne und
   mehr als 2000-mal heller als Atair. Die Energie, die
   unsere Sonne in rund drei Tagen abstrahlt, liefert Deneb
   innerhalb einer Sekunde.

Deneb und die Sonne drehen sich relativ langsam um ihre
Achse, daher sind sie im Unterschied zu den übrigen beiden
        Sternen Atair und Wega nicht abgeplattet.

                                     Überriese

Wega rotiert sehr schnell – 12,5 h

Wega ist stark abgeplattet

MARS

 JOHANNES KEPLER

       & Das Sonnensystem

Gesetze der Planetenbewegung

Unser Sonnensystem
     enthält 8 Planeten

4 Gesteinsplaneten |   4 Gasplaneten

Heute: 4 Klassen von Planeten
Sonnensystem:                      Erd-ähnlich
 4 Gesteins-Planeten
                                     Super-Erden
 Super-Erden fehlen
  im Sonnensystem!

 + 4 Gasplaneten
                                      Jupiter-artig
                                      „Gasriesen“

                       Neptun-artig / „Eisriesen“

1. Erd-artige
  Planeten
        -
     unsere
    Heimat
        -
    ist sehr
   komplex
        &
 verwundbar     Oberfläche besteht aus 70% Wasser
                und hat dünne fragile Atmosphäre

2. Super-Erden: 2,0 – 10 Erdmassen
1,2 – 2,0 Erdradien - fehlen im S`System

3. Neptun-artige Planeten
   MNeptun = 17 ME = MJ/18

Neptun / Uranus
 „Eisriesen“                      Atmosphäre: Wolken

                                             Atmosphäre: H, He, CH4

                                               Mantel: Wasser, Ammoniak

                                             Kern: Rocky, Erd-ähnlich

 Mittlere Dichte = 1,638 g/cm³                     = Super-Erde
                                                     von ~1,5 ME
Diese Kohlenwasserstoff-Verbindungen werden im Inneren der Gasriesen
durch den Druck aufgespalten. Der durch diesen Vorgang freigesetzte Kohlen-
stoff kristallisiert rund 7000 Kilometer unter der Oberfläche zu Diamant.

4. Jupiter-artige Planeten
                 MJupiter = 318 ME = 0,001 MS
                         Radius = 11 RE

Bild: HST/NASA/ESA

Innere Struktur von Jupiter

Die Juno-Sonde erforscht den Jupiter

   Video: Jupiter mit JunoCam / 7 min

Aurora
    auf
  Jupiter
  -----------
Polarlichter gibt
es nicht nur auf
 der Erde. Auf
 Jupiter ist die
    Aurora
besonders stark
  ausgeprägt.
  interactiv

Jupiter Magnetosphäre / Juno
      Kein reiner Dipol

Moderne Klassifizierung Planeten

Miniterrans are low mass bodies most likely spherical and without atmospheres, similar
to Mercury and the Moon. Subterrans are comparable to Mars, Terrans to Earth and
Venus, and Superterrans are a transition group between terrans and neptunians.
Neptunians are similar in mass to Neptune and Uranus, and Jovians to Jupiter and Saturn,
or larger.

Die Habitable Zone
Die habitable Zone, oder auch 'Grüne Zone' oder 'Lebenszone'
genannt, ist der Bereich um einen Stern, in dem genau die
richtige Temperatur herrscht, damit Leben auf einem dort
vorhandenen Planeten entstehen kann. Das ist nach unserer
irdischen Ansicht der Bereich, in dem Wasser in flüssiger Form
bleiben kann. Pflanzen und Tiere auf der Erde konnten sich
nur deshalb entwickeln, weil wir hier genau die richtige
Menge von Wärme und Sonnenlicht bekommen. Der größte
Teil der Erdoberfläche ist weder zu heiß noch zu kalt.

Befände sich die Erde näher an der Sonne, wäre es viel zu
heiß, und das Wasser würde verdampfen. Wäre die Erde
weiter von der Sonne entfernt, würde das Wasser zu Eis
gefrieren. Der Treibhauseffekt ist jedoch zu berücksichtigen!

Heiße Sterne

Sonnenartig

Kühle Sterne

Habitable Zone der Hauptreihensterne

Planeten bewegen sich nach
          Kepler`schen Gesetzen

Die Kepler`schen Gesetze

Kreisbahnen                              Kreisbahnen

Problem der Antike:
Mars bewegt sich retrograd ?

      Kapitel 6 Keplergesetze und Gravitation

Weltbild von Ptolemäus (145 n.Chr)
Epizyklen bewegen sich entlang eines
grossen Kreises (Deferent)

Astronomie am Ende des Mittelalters
1054      Supernova (Krebs-Nebel)
Keine abendländische Dokumente (Sternhimmel ist eine perfekte und daher
    unveränderliche Schöpfung)
vor 1500 System von Ptolemäus wird von Arabern gelehrt
Al Battani 858-928, Al Sufi 903-986, Alfons X von Kastilien 1226-1284 Alfonsische
    Tafeln
1492 Kolumbus  Entdeckung von Amerika
1473-1542 Kopernikus
Kopernikanisches Weltbild (Aristarch), heliozentrisches Weltbild mit Kreisbahnen
    und Epizyklen für Planeten
1546-1601 Tycho Brahe
Sternkatalog, Marsbahn (2‘), Supernova 1572, Kometenbahn durch Planeten-
    Spähren, Tychonisches Weltbild (Aegypter)
1600 Giordano Bruno wird in Rom verbrannt
„das All ist unendlich, mit unendliche vielen Welten mit eigenen Sonnen“
1608 Hans Lippershey
erfindet das Teleskop
1564 – 1642 Galileo Galilei
Verfechter der kopernikanischen Lehre (Inquisition), baut Fernrohr 1609,
Entdeckt Jupitermonde, Sonnenflecken, Venusphasen, Mondgebirge (Physik:
    Gesetze des freien Falls und Pendelschwingungen)
1571 – 1630 Johannes Kepler
Findet die 3 Keplerschen Gesetze (Mars-Daten von Tycho), heliozentrisches
    Weltbild mit Ellipsenbahnen

17. Jh.
 ----------
 Galilei
   und
 Kepler
 setzen
    die
 Sonne
    ins
Zentrum

Kepler:
Analyse der Marsdaten von
Tycho war der Schlüssel
zum Durchbruch

• elliptische Bahnen
• ungleichmässige
  Bewegunggeschwindigkeit

Johannes Kepler 1571 - 1630

Johannes Kepler
                 (1571 – 1630)

                                         1596:
                      Mysterium Cosmographicum

  1609: 1. und 2.              1619:                     1627:
Keplersches Gesetz     3. Keplersches Gesetz     Rudolphinische Tabellen

Prag 

 Weil
der Stadt
Geburtshaus

Kepler in Graz 1594 - 1599

Kepler
in Prag
----------
 1610-
  1627

Kepler
in Linz
----------
 1612-
  1627

1. und 2. Kepler-Gesetz

September 11, 2018

Die Polarform der Ellipse
    r0 = p = a(1 – e²)

 r

Keplersche Gesetze
1. Planeten auf Ellipsenbahnen, Sonne in
   einem Brennpunkt
2. Verbindungslinie Planet-Sonne überstreicht
   in gleichen Zeiten gleiche Flächenstücke
3. P2/a3 = const.

                          a

Isaac Newton erklärt Kepler
Newtonsche Mechanik
Die 3 Newtonschen Gesetze der Mechanik (1687):
1) Trägheitsgesetz (Körper bleibt ohne Krafteinwirkung in
     Ruhe oder gleichförmiger Bewegung)
2)    F=dp/dt (eine Kraft bewirkt eine zeitliche Veränderung des
     Impulses in Richtung dieser Kraft)
3)    Fij = - Fji (Actio = Reactio)

•    Revolution für die Naturwissenschaften
                  Mechanisches Weltbild
•    Die empirisch hergeleiteten Kepler-Gesetze
     folgen exakt aus der Newtonschen Mechanik
•    Komet Halley (Periode 76 Jahre) als Beweis

Zusammenfassung
• Aristoteles entwickelt leider eine völlig
  falsche Vorstellung des Sonnensystems, die
  bis ins 17. Jh. vorherrscht (Kirche vertreten).
• Diese wird erst im 17. Jh. durch die Arbeiten
  von Galilei, Tycho Brahe und Johannes Kepler
  zur modernen Theorie entwickelt.
• Isaac Newton gelingt es schließlich 1683 die
  Kepler Gesetze durch das Gravitationsgesetz
  zu erklären.
• Die Kepler Gesetze sind auch heute noch
  gültig, wenn auch nur angenähert (Einstein).