Der neue Kosmos PDF
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Unsöld · Baschek Der neue Kosmos Albrecht Unsöld Bodo Baschek Der neue Kosmos Fünfte, überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 242 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Professor Dr. Albrecht Unsold Institut fiir Theoretische Physik und Sternwarte, Universităt Kiel, OIshausenstraBe 40, W-2300 Kiel 1 Professor Dr. Bodo Baschek Institut fiir Theoretische Astrophysik, Universităt Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 561, W-6900 Heidelberg 1 Umschlagbild: Optisches Bild der Radiogalaxie NGC 5128 = Centaurus A. Aufnahme mit dem Anglo-Australian Telescope von David Malin. (Mit Genehmigung des Anglo-Australian TeIescope Board) Frontispiz: Galaxiengruppe (NGC 6769-71) in Pavo mit Anzeichen fiir Gravitationswechselwirkung zwischen den Galaxien: Iichtschwache Htillen und verbindende Bogen, Verformung von Spiralarmen und Zentralbereichen. (Aufnahme von S. Laustsen mit dem 3.6 m-Teleskop der Europăischen Stidsternwarte) ISBN 978-3-662-06532-7 Dle Deutsche Blbliothek - CIP·E1Oheltsaufnahme Unsald. Albrecht: Der neue Kosmos / Albrecht Unsold ; Bodo Baschek. - 5., uberarb. und erw. Aufl. Engl. Ausg. u. d. T.: Unsold, Albrecht: The new cosmos ISBN 978-3-662-06532-7 ISBN 978-3-662-06531-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-06531-0 NE: Baschek, Bodo: DlOses Werk ist urheberrechtlich geschiltzt. Die dadurch begnindeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und TabeHen, der Funksendung, der Mlkroverfilmung oder der Vervielfalllgung aut anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, blelben, auch bel nur auszugswelser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervlelfaltigung dleses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ISt auch lm EinzelfaH nur 10 den Grenzen der gesetzlichen Besllmmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepubhk Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulasslg. Sie ISt grundsatzlich vergiltungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1967, 1974, 1981, 1988, 1991 Ursprünghch erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1991 Softcover reprint of the hardcover 5th edition 1991 Dle Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. In dlesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzelchnung mcht zu der Annahme, daB solche Namen lm S10ne der Warenzelchen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frel zu betrachten waren nnd daher von jedermann benutzt werden durften. Satz: K + V Fotosatz, W-6124 Beerfelden 54/3140-543210 - Gedruckt auf saurefreiem Papier In Memoriam M.G. J. Minnaert (12.2.1893 - 26.10.1970) Vorwort zur fünften Auflage Knapp drei Jahre nach dem Erscheinen der vierten, völlig neu bearbeiteten Auflage ist es bereits jetzt notwendig, eine überarbeitete und erweiterte Bearbeitung des "Neuen Kosmos" vorzulegen. Nahezu gleichzeitig mit dieser Auflage erscheint auch deren Über setzung als vierte englische Auflage. Gegenüber der vorhergehenden Auflage wurden wichtige astronomische Erkenntnisse der letzten Jahre, wie z. B. die Ergebnisse des Vorbeiflugs von Voyager 2 am Neptun system, neuere Informationen über das Hubble-Weltraum-Teleskop und kürzlich gestar tete Satelliten, über Neutrino-Experimente und die Beobachtung ferner Galaxien, be rücksichtigt sowie Daten und Literaturangaben auf den neu esten Stand gebracht. Selbstverständlich wurden die uns bekannten Fehler korrigiert und einige Ungereimt heiten behoben. Weiterhin sind ausgewählte Übungsaufgaben, deren Lösung zur Vertie fung des Stoffes dienen sollen, sowie einige farbige Abbildungen neu in das Buch aufge nommen. Nach Erscheinen der vierten Auflage erreichten uns viele Zuschriften mit kritischen Hinweisen und Anregungen, die zum großen Teil bereits in der vorliegenden Auflage be rücksichtigt werden konnten. Wir bedanken uns bei allen Kollegen für ihre hilfreichen Bemerkungen, vor allem bei Prof. D. Schlüter, Kiel, und Prof. J. Oxenius, Brüssel, die das Buch besonders sorgfältig und kritisch durchgesehen haben. Dem Springer-Verlag, insbesondere den Herren Dr. H. Lotsch und C.-D. Bachern, danken wir für die angeneh me Zusammenarbeit bei der Herstellung dieser Auflage. Kiel und Heidelberg, Albrecht Unsöld Februar 1991 Bodo Baschek Vorwort zur vierten Auflage Die stürmische Entwicklung der Astronomie hat sich in den sieben Jahren seit Erschei nen der letzten Auflage weiter fortgesetzt. Die neuen Beobachtungsmöglichkeiten durch die Raumfahrt, die Entwicklung hochempfindlicher Lichtdetektoren und der Einsatz leistungsstarker Elektronenrechner sowohl bei der Gewinnung der Beobachtungsdaten als auch bei deren theoretischer Deutung haben hierzu entscheidend beigetragen. Ob wohl von vielen Teilgebieten der Astronomie noch kein abgeklärtes Bild vorliegt, er scheint es uns dennoch notwendig, mit einer erheblich überarbeiteten Neuauflage den Versuch zu unternehmen, eine zusammenhängende Darstellung der Beobachtungs methoden, der theoretischen Grundlagen und der Ergebnisse für das Gesamtgebiet der Astronomie zu geben. Nach wie vor sehen wir die wesentliche Aufgabe dieses Buches darin, dem Studenten der Astronomie und anderer Naturwissenschaften, dem Fachmann aus Nachbargebie ten und dem Amateurastronomen eine verständliche Einführung in alle Bereiche der Astronomie und Astrophysik zu geben, die den heutigen Stand der Forschung berück sichtigt und einen Einstieg in die weiterführende Literatur ermöglicht. Der enorme Fortschritt und die Vermehrung der astronomischen Kenntnisse schlagen sich zwangsläufig in einer merklichen Vergrößerung des Umfangs dieser Auflage gegen über der vorangehenden nieder. Während bereits früher behandelte Gebiete nur wenig gekürzt werden konnten, beanspruchen u. a. unser Planetensystem, die vielfältigen astronomischen Instrumente und Beobachtungsmethoden, die nukleare Entwicklung der Sterne, der komplexe physikalische Zustand der interstellaren Materie, die Galaxien und Galaxienhaufen und die Aktivitätserscheinungen in den Galaxienkernen sowie die moderne Kosmologie in Verbindung mit Theorien der Elementarteilchen erheblichen zusätzlichen Raum. Die bewährte Gliederung des Inhalts wurde bis auf wenige Umstellungen und eine der Übersicht dienende, feinere Unterteilung der einzelnen Abschnitte beibehalten. Soweit nicht astronomische Einheiten benutzt werden, haben wir in dieser Auflage erstmals für die Angaben von Zahlenwerten das internationale Einheitensystem SI eingeführt, dane ben aber noch weitgehend wie bisher das Gaußsche cgs-System verwendet. In einem An hang sind die wichtigsten Beziehungen zwischen den beiden Maßsystemen zusammen gestellt. Bei der Abfassung der früheren Auflagen des Neuen Kosmos konnte sich A. Unsöld der unermüdlichen Mitarbeit seiner damaligen Kieler Kollegen erfreuen. Bei der kriti schen Durchsicht der Manuskripte sowie mit vielerlei Rat und Hilfe halfen B. Baschek, T. Gehren, H. Holweger, D. Reimers, E. Richter und V. Weidemann; bei der Herstellung der Manuskripte Fräulein A. Wagner, Frau G. Mangelsen und Frau G. Hebeler. Ihnen X Vorwort zur vierten Auflage allen möchte er bei seinem Ausscheiden aus der aktiven Forschung noch einmal recht herzlich danken. Ein wesentlicher Teil dieser Neubearbeitung erfolgte durch B. Baschek, bei dem auch die Verantwortung, insbesondere für die neuen Teile, liegt. In allen Phasen der Arbeit an dieser Auflage haben uns zahlreiche Fachkollegen durch vielerlei Rat und Hilfe, durch neueres Material und durch konstruktive Kritik an einzelnen Abschnitten großzü gig unterstützt, denen wir hier nicht allen namentlich danken können. Unsere Heidel berger Kollegen J. Köppen, R. Wehrse und P. Hauschildt haben uns bereitwillig durch eine kritische Durchsicht des gesamten Manuskripts geholfen. Durch ihre unermüdliche Arbeit bei der Herstellung des Manuskripts haben Frau G. Höhns, Frau B. Hoffmann und vor allem Frau M. Wolf, die auch viele der Zeichnungen angefertigt hat, einen wichtigen Beitrag zu diesem Buch geleistet. Ihnen allen möchten wir ganz herzlich dan ken. Kiel und Heidelberg, Albrecht Unsöld Januar 1988 Bodo Baschek Aus dem Vorwort zur ersten Auflage In den Jahren 1827 bis 1859 schrieb Alexander von Humboldt seinen "Kosmos, Ent wurf einer physikalischen Weltbeschreibung<~ Humboldts Ziel war es, einem weiten Kreis seiner Zeitgenossen die Erforschung der Natur nicht nur als eine Sammlung von Methoden und Ergebnissen vorzuführen, son dern ihnen vor allem zu zeigen, was diese für die Menschheit in ihrer geistigen Entwick lung bedeutet. Naturforschung war für ihn - im Sinne von Schiller und Goethe - ein lebendiger Teil der menschlichen Bildung. Unser Jahrhundert brachte eine Entwicklung der Astronomie, die sich den gleichzei tigen großen Leistungen der Relativitätstheorie, der Quantentheorie und der Kernphysik würdig an die Seite stellt. Die Welt als Ganzes, der Kosmos in seinem räumlichen Auf bau und in seiner zeitlichen Entwicklung ist ein Gegenstand exakter naturwissenschaft licher Forschung geworden. Mit neuen Augen erblicken wir einen Neuen Kosmos und - wie in früheren Epochen - wandelt sich mit seinem Aspekt der Außenwelt auch der sie erforschende Mensch. Dieses Buch möchte einem großen Kreis von Lesern, die über eine gewisse naturwis senschaftliche Vorbildung verfügen, das neue Bild des Weltalls näherbringen. Ein sol ches Buch darf nicht zu umfangreich sein. Dementsprechend bemühte sich der Verfas ser, die Grundgedanken der verschiedenen Bereiche astronomischer Forschung nach ihren sachlichen und historisch-menschlichen Zusammenhängen ganz deutlich hervor treten zu lassen. . .. Die Astronomie hat vor vierhundert Jahren die Menschen herausgeführt aus der Enge ihres mittelalterlichen, geozentrischen Weltbildes. In unserer Zeit ist ihre Bedeu tung sicher nicht geringer geworden für eine freiere und modernere Gestaltung unserer Bildung und damit für die innere Freiheit und das Glück der Menschen. . .. Kiel, April 1966 Albrecht Unsöld Inhaltsverzeichnis 1. Einführung ....................................................... . 2. Klassische Astronomie. Das Planetensystem ........................... 5 2.1 Sterne und Menschen: Beobachten und Denken (Historische Einleitung in die klassische Astronomie) .............. 5 2.2 Die Himmelskugel. Astronomische Koordinatensysteme. Geographische Länge und Breite ................................ 8 2.3 Die Bewegungen der Erde. Jahreszeiten und Tierkreis. Die Zeit: Tag, Jahr und Kalender ............................... 10 2.4 Der Mond. Mond- und Sonnenfinsternisse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5 Bahnbewegungen und Entfernungen im Planetensystem ............ 18 2.5.1 Planetenbewegungen und Bahnelemente .................... 18 2.5.2 Kometen und Meteore ................................... 21 2.5.3 Entfernungsbestimmungen, Dopplereffekt und Aberration ... 23 2.6 Mechanik und Gravitationstheorie ............................... 24 2.6.1 Newtonsche Gesetze ..................................... 25 2.6.2 Impuls- oder Schwerpunktsatz ............................ 26 2.6.3 Erhaltung des Drehimpulses .............................. 26 2.6.4 Energiesatz und Virialsatz ................................ 27 2.6.5 Gravitationsgesetz. Himmelsmechanik ..................... 28 2.6.6 Gezeiten ............................................... 31 2.6.7 Ptolemäisches und kopernikanisches Weltsystem ............ 32 2.7 Künstliche Satelliten und Raumfahrzeuge. Weltraumforschung ...... 33 2.8 Physikalische Beschaffenheit der Planeten und ihrer Monde ........ 39 2.8.1 Möglichkeiten zur Erforschung der Planeten und Satelliten. . . 39 2.8.2 Globaler Energiehaushalt der Planeten ..................... 41 2.8.3 Innerer Aufbau und Stabilität ............................ 41 2.8.4 Aufbau der Planetenatmosphären ......................... 43 2.8.5 Erde und Mond. Die erdähnlichen Planeten ................ 44 a) Innerer Aufbau ...................................... 45 b) Radioaktive Altersbestimmungen. Erdgeschichte ......... 46 c) Magnetfelder. Plattentektonik ......................... 46 d) Mondoberfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 e) Oberflächen der erdähnlichen Planeten. . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 f) Atmosphären der erdähnlichen Planeten ................ 57 2.8.6 Planetoiden oder kleine Planeten (Asteroiden) .............. 60
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