Der neue Kosmos

1. Einführung.- 1. Klassische Astronomie und das Planetensystem.- Sterne und Menschen: Beobachten und Denken Historische Einleitung in die klassische Astronomie.- 2. Klassische Astronomie.- 2.1 Koordinaten und Zeit: Bewegungen von Sonne, Erde und Mond.- 2.1.1 Die Himmelskugel. Astronomische Koordinatensysteme.- 2.1.2 Die Bewegungen der Erde. Jahreszeiten und Tierkreis.- 2.1.3 Die Zeit: Tag, Jahr und Kalender.- 2.1.4 Der Mond.- 2.1.5 Mond- und Sonnenfinsternisse.- 2.2 Bahnbewegungen und Entfernungen im Planetensystem...- 2.2.1 Planetenbewegungen und Bahnelemente.- 2.2.2 Kometen und Meteore.- 2.2.3 Entfernungsbestimmungen, Dopplereffekt und Aberration.- 2.3 Mechanik und Gravitationstheorie.- 2.3.1 Newtonsche Gesetze.- 2.3.2 Impuls-oder Schwerpunktsatz.- 2.3.3 Drehimpuls-oder Flächensatz.- 2.3.4 Energiesatz.- 2.3.5 Virialsatz.- 2.3.6 Gravitationsgesetz. Gravitationsenergie.- 2.4 Himmelsmechanik.- 2.4.1 Erstes und zweites Keplergesetz: Planetenbahnen.- 2.4.2 Drittes Keplergesetz: Massenbestimmung.- 2.4.3 Energiesatz und Entweichgeschwindigkeit.- 2.4.4 Rotation und Trägheitsmoment.- 2.4.5 Präzession.- 2.4.6 Gezeiten.- 2.4.7 Ptolemäisches und kopernikanisches Weltsystem.- 2.5 Weltraumforschung.- 2.5.1 Bahnen künstlicher Satelliten und Raumfahrzeuge.- 2.5.2 Astronomische Beobachtungen vom Weltraum aus.- 2.5.3 Erkundung des Mondes.- 2.5.4 Raumfahrtmissionen im Planetensystem.- 3. Physikalische Beschaffenheit der Körper im Planetensystem.- 3.1 Globale Eigenschaften der Planeten und Satelliten.- 3.1.1 Möglichkeiten zur Erforschung der Planeten und Satelliten..- 3.1.2 Globaler Energiehaushalt der Planeten.- 3.1. 3 innerer Aufbau und Stabilität.- 3.1.4 Aufbau der Planetenatmosphären.- 3.2 Erde, Mond und erdähnliche Planeten.- 3.2.1 Innerer Aufbau der erdähnlichen Planeten.- 3.2.2 Radioaktive Altersbestimmungen. Erdgeschichte.- 3.2.3 Magnetfelder. Plattentektonik.- 3.2.4 Mondoberfläche.- 3.2.5 Oberflächen der erdähnlichen Planeten.- 3.2.6 Atmosphären der erdähnlichen Planeten.- 3.3 Planetoiden oder kleine Planeten (Asteroiden).- 3.3.1 Bahnen der Planetoiden.- 3.3.2 Eigenschaften der Planetoiden.- 3.4 Die großen Planeten.- 3.4.1 Jupiter.- 3.4.2 Saturn.- 3.4.3 Uranus.- 3.4.4 Neptun.- 3.5 Pluto und transneptunische Kleinplaneten.- 3.5.1 Pluto und Charon.- 3.5.2 Transneptunische Kleinplaneten.- 3.6 Kometen.- 3.6.1 Struktur, Spektren und chemische Zusammensetzung.- 3.6.2 Entwicklung der Kometen.- 3.7 Meteore und Meteorite.- 3.7.1 Meteorite und Einschlagkrater.- 3.7.2 Meteore in der Erdatmosphäre.- 3.7.3 Eigenschaften und Herkunft der Meteorite.- 3.8 Interplanetare Materie.- II. Strahlung, Instrumente und Beobachtungsverfahren.- Entwicklung astronomischer Beobachtungsverfahren Historische Einführung in die Erschließung des elektromagnetischen Spektrums.- 4. Strahlung und Materie.- 4.1 Elektromagnetische Strahlung.- 4.2 Spezielle Relativitätstheorie.- 4.2.1 Lorentztransformation. Dopplereffekt.- 4.2.2 Relativistische Mechanik.- 4.3 Strahlungstheorie.- 4.3.1 Phänomenologische Strahlungsgrößen.- 4.3.2 Emission und Absorption. Strahlungstransportgleichung.- 4.3.3 Thermodynamisches Gleichgewicht und Hohlraumstrahlung.- 4.4 Materie im thermodynamischen Gleichgewicht.- 4.4.1 Boltzmann-Statistik.- 4.4.2 Geschwindigkeitsverteilung.- 4.4.3 Thermische Anregung.- 4.4.4 Thermische Ionisation.- 4.4.5 Massen Wirkungsgesetz.- 4.5 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie.- 4.5.1 Freie Weglänge.- 4.5.2 Wirkungsquerschnitt und Reaktionsrate.- 4.5.3 Stoß- und Strahlungsprozesse: Kinetische Gleichungen.- 4.5.4 Atomare Elementarprozesse.- 4.5.5 Extinktions- und Emissionskoeffizienten.- 4.5.6 Energiereiche Photonen und Teilchen.- 5. Astronomische und astrophysikalische Instrumente.- 5.1 Teleskope und Detektoren im Optischen und Ultraviolett.- 5.1.1 Teleskope herkömmlicher Art.- 5.1.2 Auflösungsvermögen und Lichtstärke. Optische Interferometer.- 5.1.3 Adaptive und aktive Optik. Großteleskope.- 5.1.4 Optische Detektoren.- 5.1.5 Spektrographen.- 5.1.6 Weltraumtclcskope.- 5.2 Teleskope und Detektoren für den Radio- und Infrarotbereich.- 5.2.1 Radioteleskope.- 5.2.2 Empfänger und Spektrometer für den Radiofrequenzbereich...- 5.2.3 Beobachtungsverfahren im Infrarot.- 5.3 Instrumente der Hochenergieastronomie.- 5.3.1 Teilchendetektoren.- 5.3.2 Teleskope für die Kosmische Strahlung.- 5.3.3 Gammastrahlenteleskope.- 5.4 Instrumente im Röntgenbereich und extremen Ultraviolett.- 5.4.1 Detektoren und Spektrometer im Röntgenbereich.- 5.4.2 Teleskope und Satelliten im Röntgenbereich.- 5.4.3 Teleskope für das extreme Ultraviolett.- III. Sonne und Sterne: Astrophysik des einzelnen Sterns.- Astronomie + Physik = Astrophysik Historische Einleitung.- 6. Entfernungen und Zustandsgrößen der Sterne.- 6.1 Die Sonne.- 6.1.1 Photosphärisches Spektrum. Mitte-Rand-Variation.- 6.1.2 Energieverteilung.- 6.1.3 Leuchtkraft und Effektivtemperatur.- 6.2 Entfernungen und Geschwindigkeiten der Sterne.- 6.2.1 Trigonometrische Parallaxe.- 6.2.2 Radialgeschwindigkeit und Eigenbewegung.- 6.2.3 Stromparallaxe.- 6.2.4 Sternpositionen und Kataloge.- 6.3 Helligkeiten, Farben und Radien der Sterne.- 6.3.1 Scheinbare Helligkeit.- 6.3.2 Farbindex und Energieverteilung.- 6.3.3 Absolute Helligkeit.- 6.3.4 Bolometrische Helligkeit und Leuchtkraft.- 6.3.5 Sternradien.- 6.4 Klassifikation der Sternspektren. Hertzsprung-Russell-Diagramm.- 6.4.1 Spektraltyp.- 6.4.2 Hertzsprung-Russell-Diagramm. Leuchtkraftklasse.- 6.4.3 MK-Klassifikation.- 6.4.4 Zweifarbendiagramm.- 6.4.5 Rotation der Sterne.- 6.5 Doppelsterne und die Massen der Sterne.- 6.5.1 Visuelle Doppelsterne.- 6.5.2 Spektroskopische Doppelsterne. Bedeckungsveränderliche..- 6.5.3 Perioden und Rotation.- 6.5.4 Massen der Sterne.- 6.5.5 Enge Doppelsternsysteme.- 6.5.6 Pulsare in Doppelsternsystemen.- 6.5.7 Begleiter mit substellaren Massen: Braune Zwerge und Planeten.- 7. Spektren und Atmosphären der Sterne.- 7.1 Spektren und Atome.- 7.1.1 Grundbegriffe der Atomspektroskopie.- 7.1.2 Anregung und Ionisation.- 7.1.3 Linienabsorptionskoeffizient.- 7.1.4 Verbreiterung der Spektrallinien.- 7.1.5 Bemerkungen zur Molekülspektroskopie.- 7.2 Physik der Sternatmosphären.- 7.2.1 Aufbau der Sternatmosphären.- 7.2.2 Absorptionskoeffizienten in Sternatmosphären.- 7.2.3 Modellatmosphären. Spektrale Energieverteilung.- 7.2.4 Strahlungstransport in den Fraunhoferlinien.- 7.2.5 Wachstumskurve.- 7.2.6 Quantitative Analyse der Sternspektren.- 7.2.7 Elementhäufigkeiten in der Sonne und den Sternen.- 7.3 Die Sonne: Chromosphäre und Korona. Strömungen, Magnetfelder und Aktivität.- 7.3.1 Granulation und Konvektion.- 7.3.2 Magnetfelder und Magnetohydrodynamik.- 7.3.3 Sonnenflecke und Aktivitätszyklus. Magnetische Flußröhren..- 7.3.4 Chromosphäre und Korona.- 7.3.5 Protuberanzen.- 7.3.6 Sonneneruptionen oder Flares.- 7.3.7 Sonnenwind.- 7.3.8 Oszillationen: Helioseismologie.- 7.4 Veränderliche Sterne. Strömungen, Magnetfelder und Aktivität bei Sternen.- 7.4.1 Pulsierende Sterne. R Coronae Borealis-Sterne.- 7.4.2 Magnetische oder Spektrum-Veränderliche. Ap-Sterne und Metalliniensterne.- 7.4.3 Aktivität, Chromosphären und Koronen bei kühlen Sternen.- 7.4.4 Koronen, Sternwinde und Variabilität bei heißen Sternen.- 7.4.5 Kataklysmische Veränderliche: Novae und Zwergnovae.- 7.4.6 Röntgendoppelsterne: Akkretion auf Neutronensterne.- 7.4.7 Supernovae und Pulsare.- 7.4.8 Stellare Gammaquellen.- 7.4.9 Gammaburster.- 8. Aufbau und Entwicklung der Sterne.- 8.1 Grundgleichungen des Sternaufbaus.- 8.1.1 Hydrostatisches Gleichgewicht und Zustandsgieichung der Materie.- 8.1.2 Temperaturverteilung und Energietransport.- 8.1.3 Energieerzeugung durch Kernreaktionen.- 8.1.4 Gravitationsenergie und thermische Energie.- 8.1.5 Stabilität der Sterne.- 8.1.6 Grundgleichungssystem und allgemeine Folgerungen.- 8.2 Entwicklung der Sterne.- 8.2.1 Hauptreihensterne: Zentrales Wasserstoffbrennen.- 8.2.2 Aufbau der Sonne. Solare Neutrinos.- 8.2.3 Vom Wasserstoff-zum Heliumbrennen.- 8.2.4 Spätphasen der Sternentwicklung.- 8.2.5 Nukleosynthese in Sternen.- 8.2.6 Enge Doppelsternsysteme.- 8.2.7 Physik der Akkretionsscheiben.- 8.3 Endstadien der Sternentwicklung.- 8.3.1 Braune Zwerge.- 8.3.2 Zustandsgieichung elektronenentarteter Materie.- 8.3.3 Aufbau der Weißen Zwerge.- 8.3.4 Neutronensterne.- 8.4 Starke Gravitationsfelder.- 8.4.1 Allgemeine Relativitätstheorie.- 8.4.2 Kugelsymmetrische Felder im Vakuum.- 8.4.3 Lichtablenkung und Gravitationslinsen.- 8.4.4 Schwarze Löcher.- 8.4.5 Gravitationswellen.- IV. Sternsysteme. Kosmologie und Kosmogonie.- Der Vorstoß ins Weltall Historische Einleitung in die Astronomie des 20. Jahrhunderts.- 9. Sternhaufen.- 9.1 Offene Sternhaufen und Sternassoziationen.- 9.1.1 Offene (galaktische) Sternhaufen.- 9.1.2 Sternassoziationen.- 9.1.3 Farben-Helligkeits-Diagramme und Alter offener Haufen.- 9.2 Kugelsternhaufen.- 9.2.1 Kugelhaufen in der Milchstraße.- 9.2.2 Metallhäufigkeit und Zweifarbendiagramm.- 9.2.3 Farben-Helligkeits-Diagramme und Alter der Kugelhaufen..- 9.2.4 Kugelhaufen in anderen Galaxien.- 10. Interstellare Materie und Sternentstehung.- 10.1 Interstellarer Staub.- 10.1.1 Dunkelwolken.- 10.1.2 Interstellare Extinktion und Verfärbung.- 10.1.3 Polarisation von Sternlicht durch interstellaren Staub.- 10.1.4 Eigenschaften der Staubkörner.- 10.1.5 Diffuse interstellare Absorptionsbänder.- 10.2 Neutrales interstellares Gas.- 10.2.1 Atomare interstellare Absorptionslinien.- 10.2.2 Die 21 cm-Linie des neutralen Wasserstoffs. HI-Wolken.- 10.2.3 Interstellare Moleküllinien. Molekül wölken.- 10.3 Ionisiertes Gas: Leuchtende Gasnebel.- 10.3.1 H II-Regionen.- 10.3.2 Planetarische Nebel.- 10.3.3 Supernovaüberreste.- 10.3.4 Heißes interstellares Gas.- 10.4 Hochenergetische Komponenten.- 10.4.1 Interstellare Magnetfelder.- 10.4.2 Kosmische Strahlung.- 10.4.3 Galaktische Gammastrahlung.- 10.5 Frühe Entwicklung und Entstehung der Sterne.- 10.5.1 Vor-Hauptreihensterne.- 10.5.2 Sternentstehungsgebiete.- 10.5.3 Gravitationsinstabilität und Fragmentation.- 10.5.4 Entwicklung der Protosterne.- 10.5.5 Strömungen in der Umgebung der Protosterne.- 10.5.6 Stellarstatistik und Geburtsraten der Sterne.- 11. Aufbau und Dynamik des Milchstraßensystems.- 11.1 Sterne und der Bau der Milchstraße.- 11.1.1 Galaktische Koordinaten.- 11.1.2 Sternzählungen.- 11.1.3 Raumgeschwindigkeiten der Sterne.- 11.1.4 Sternhaufen: Entfernungsbestimmung und Bau der Milchstraße.- 11.2 Dynamik und Verteilung der Materie.- 11.2.1 Rotation der galaktischen Scheibe.- 11.2.2 Verteilung der interstellaren Materie.- 11.2.3 Galaktische Bahnen der Sterne. Lokale Massendichte.- 11.2.4 Massenverteilung in der Milchstraße.- 11.2.5 Dynamik der Spiralarme.- 11.2.6 Populationen und Elementhäufigkeiten.- 11.3 Zentralbereich der Milchstraße.- 11.3.1 Galaktischer Bulge (R £ 3 kpc).- 11.3.2 Kernbereich des galaktischen Bulge (R £ 300 pc).- 11.3.3 Zirkumnukleare Scheibe und Minispirale (R £ 1 0 pc).- 11.3.4 Innerster Bereich (R £ 1 pc) mit Sgr A*.- 12. Galaxien und Galaxienhaufen.- 12.1 Normale Galaxien.- 12.1.1 Entfernungsbestimmung.- 12.1.2 Klassifikation und absolute Helligkeiten.- 12.1.3 Leuchtkraftfunktion.- 12.1.4 Helligkeitsprofil und Durchmesser.- 12.1.5 Dynamik und Massen.- 12.1.6 Sternpopulationen und Elementhäufigkeiten.- 12.1.7 Gas-und Staubverteilung.- 12.2 Infrarot- und Starburst-Galaxien.- 12.2.1 Infrarotgalaxien.- 12.2.2 Starburst-Aktivität.- 12.3 Radiogalaxien, Quasare und Aktivität in Galaxienkernen..- 12.3.1 Synchrotronstrahlung.- 12.3.2 Nichtthermische Radiostrahlung normaler Galaxien.- 12.3.3 Radiogalaxien.- 12.3.4 Quasare (Quasistellare Objekte).- 12.3.5 Seyfert-Galaxien.- 12.3.6 Aktivität in Galaxienkernen.- 12.4 Haufen und Superhaufen von Galaxien.- 12.4.1 Lokale Gruppe.- 12.4.2 Klassifikation und Massen der Galaxienhaufen.- 12.4.3 Gas in Galaxienhaufen.- 12.4.4 Wechselwirkung der Galaxien. Entwicklung der Galaxienhaufen.- 12.4.5 Superhaufen von Galaxien.- 12.5 Entstehung und Entwicklung der Galaxien.- 12.5.1 Entstehung der Galaxien und Galaxienhaufen.- 12.5.2 Intergalaktisches Medium und Lyman a-Systeme.- 12.5.3 Wechselwirkende Galaxien.- 12.5.4 Entwicklung der Galaxien.- 12.5.5 Galaxien im frühen Universum.- 13. Kosmologie: Der Kosmos als Ganzes.- 13.1 Weltmodelle.- 13.1.1 Fluchtbewegung der Galaxien.- 13.1.2 Newtonsche Kosmologie.- 13.1.3 Relativistische Kosmologie.- 13.1.4 Materiekosmos.- 13.2 Strahlung und Beobachtung. Elemententstehung im Kosmos.- 13.2.1 Ausbreitung von Strahlung.- 13.2.2 Beobachtete Parameter des heutigen Kosmos.- 13.2.3 Mikrowellen-Hintergrundstrahlung.- 13.2.4 Strahlungskosmos.- 13.2.5 Elemententstehung im Kosmos.- 13.2.6 Olbers-Paradox.- 13.3 Evolution des Kosmos.- 13.3.1 Planckzeit.- 13.3.2 Fundamentale Teilchen und Wechselwirkungen.- 13.3.3 Entwicklung des Kosmos nach dem Standardmodell.- 13.3.4 Inflationärer Kosmos.- 13.3.5 Andere Kosmologien.- 14. Kosmogonie des Sonnensystems.- 14.1 Entstehung der Sonne und des Planetensystems.- 14.1.1 Überblick über das Planetensystem.- 14.1.2 Protoplanetare Scheibe und Entstehung der Planeten.- 14.1.3 Entstehung der Meteorite.- 14.1.4 Entstehung des Erde-Mond-Systems.- 14.1.5 Planetensysteme bei anderen Sternen.- 14.2 Entwicklung der Erde und des Lebens.- 14.2.1 Entwicklung der Atmosphäre und der Ozeane.- 14.2.2 Molekularbiologische Grundlagen.- 14.2.3 Präbiotische Moleküle.- 14.2.4 Entwicklung der Lebewesen.- Anhang 529.- A.1 Verschiedene Einheiten, Internationales Einheitensystem und Gaußsches System.- A.2 Namen der Sternbilder.- Ausgewählte Probleme.- Literatur und Daten.- Quellennachweis.- Physikalische Fundamentalkonstanten (Hintere Einbandinnenseite).- Astronomische Konstanten und Einheiten (Hintere Einbandinnenseite).