Sternbilder und Positionen

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Sternbilder ✔ | Scheinbare Bewegung ✔ | Abschätzung von Entfernungen im All ✔

Sternbilder

Das Sternbild Orion
Das Sternbild Orion. Seine Sterne scheinen eine Gruppe zu bilden, sind aber miteinander nicht in Beziehung. Rigel ist fast doppelt so weit entfernt wie Beteigeuze.

Seit Tausenden von Jahren schauen Menschen in den Himmel und sehen Muster in den Positionen der hellsten Sterne. Die verschiedenen Sterngruppen werden Sternbilder genannt. Sie wurden nach Tieren, Gegenständen und Figuren aus der Mythologie benannt. Zum Beispiel: der Große Bär, der Kleine Bär, das Kreuz des Südens und Orion (der Jäger). In Wirklichkeit sind die Sterne in jeder Sternbild-Konstellation weit voneinander entfernt und nicht gruppiert. Zum Beispiel kann ein Stern viel weiter weg sein als ein anderer, aber er sieht genauso hell aus, weil er heißer oder größer ist.

Aus praktischen Gründen teilen die Astronomen den Himmel noch immer in Sternbilder auf. Es hilft ihnen, Sterne und andere Objekte im Raum zu lokalisieren und zu identifizieren.


Sonne, Sterne und Planeten
Die Sonne ist ein Stern. Andere Sterne sehen aus wie winzige Punkte, weil sie viel weiter weg sind.
Die Sonne hat Planeten, die in Umlaufbahnen um sie kreisen. Der nächste Stern ist fast 7000 mal weiter von uns entfernt als der am weitesten entfernte Planet.


Das Kreuz des Südens
Das Kreuz des Südens ist von der südlichen Hemisphäre der Erde aus sichtbar. Es ist eins der wenigen Sternbilder, die auch so aussehen wie ihr Name!

Scheinbare Bewegung

Wir betrachten die Sterne von einem sich langsam drehenden Kreisel namens Erde. So wie der Mond scheinen sich auch die Sterne im Laufe der Nacht zu bewegen. In der nördlichen Hemisphäre scheint sich der ganze Nachthimmel um Polaris, den Polarstern, zu drehen. Der Polarstern bleibt in der gleichen Position, weil er fast genau auf einer Linie mit der Erdachse liegt. Auf der Südhalbkugel scheint sich auch der Himmel zu drehen, aber es gibt keinen ähnlich hellen Stern auf der Achse.

Die Sterne sind so weit von uns entfernt, dass sich ihre relativen Positionen am Himmel von Tag zu Tag nicht merklich verändern. Fünf Punkte am Himmel ändern jedoch ständig ihre Positionen. Dies sind die fünf, mit bloßem Auge sichtbaren Planeten: Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Sie sind uns sehr viel näher als die Sterne, ihre Bewegung ist offensichtlicher. In der Tat stammt das Wort "Planet" von einem griechischen Wort, das "Wanderer" bedeutet.


Auf der nördlichen Hemisphäre scheinen sich die Sterne im Kreis um den Polarstern zu bewegen. Diese Illustration zeigt den Weg von einigen von ihnen über einen Zeitraum von zwölf Stunden. In Wirklichkeit dreht sich die Erde.

Wie sich die scheinbare Position des Planeten Mars relativ zu den Sternen im Hintergrund verändert.
Position des Mars heute
Position jetzt
Position des Mars einen Monat später
Position 1 Monat später

Abschätzung von Entfernungen im Weltall
Während die Erde die Sonne umkreist, scheinen sich nahe Sterne vor dem Hintergrund weit entfernter Sterne leicht zu bewegen.

Abschätzen von Entfernungen im All

Im Laufe der Jahre haben Astronomen eine Reihe von Methoden entwickelt, um die Entfernungen zu Planeten, Sternen und Galaxien abzuschätzen.

Planeten

Die mathematischen Gesetze, die die Planetenbewegungen bestimmen, hat man gut verstanden. Wenn also die Zeit gemessen wird, die ein Planet benötigt, um die Sonne zu umkreisen, kann seine Entfernung von der Sonne berechnet werden.

Nahegelegene Sterne

Während die Erde die Sonne umkreist, ändert sich unser Blickwinkel im Raum, so dass sich nahe Sterne scheinbar leicht vor dem Hintergrund weiter entfernter Sterne bewegen. Diese scheinbare Bewegung nennt man Parallaxe: Je näher der Stern, desto größer die Parallaxe. Wenn der Winkel der Parallaxe gemessen wird, kann die Entfernung mittels Trigonometrie berechnet werden.

Weit entfernte Sterne

Wenn ein Stern weiter weg ist als ein identischer, aber nähergelegener Stern, erscheint er wegen seiner größeren Entfernung weniger hell. Dieser Umstand kann verwendet werden, um seine Entfernung abzuschätzen. Aber zuerst muss das Licht von vielen Sternen analysiert werden, um ein passendes Paar zu finden und die Position des näheren Sterns durch die Parallaxe zu berechnen. Diese Methode funktioniert auch für Sterne, die in benachbarten Galaxien beobachtet werden können.

Weit entfernte Galaxien

Andere Galaxien fliegen förmlich von uns weg, weil sich das Universum ausdehnt. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto schneller entfernt sie sich und desto mehr wird ihr Licht rotverschoben (zum roten Ende des elektromagnetischen Spektrums hin verschoben). Dieses von Edwin Hubble entdeckte Prinzip kann verwendet werden, um die Entfernung von Galaxien zu schätzen.


Fragen

Richtig ist:
Die Planeten bewegen sich vor dem Hintergrund der Sterne.

2. Scheinbare Bewegungen

  1. Warum scheinen sich fast alle Sterne am Nachthimmel im Kreis zu bewegen?
  2. Warum scheint sich der Polarstern nicht zu bewegen?

Richtig ist:

  1. Das liegt an der Erdrotation.
  2. Das liegt daran, dass der Polarstern auf einer Linie mit der Rotationsachse der Erde liegt.

3. Im Laufe eines Jahres scheint sich der Stern auf der Abbildung von einer Seite zur anderen zu bewegen.

  1. Warum tritt dieser Effekt auf?
  2. Wie kann dieser Effekt genutzt werden?

Richtig ist:

  1. Das liegt an der Umlaufbahn der Erde um die Sonne. Auf dem Weg um die Sonne ändert sich unser Blickwinkel auf den Stern, so dass dieser sich scheinbar bewegt. Diesen Effekt nennt man Paralaxe.
  2. Man kann den Effekt der Paralaxe dazu benutzen, um Entfernungen im All zu berechnen.

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