Neue Fenster in das Universum (eBook)

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 8
1 Das Licht der Sterne 12
1.1 Sonne – Sterne – Planeten 12
1.1.1 Die Sonne 13
1.1.2 Planeten 15
1.1.3 Sterne 16
1.2 Die Strahlung der Sterne und Planeten 16
1.2.1 Ein Gesetz für die Strahlung? 16
1.2.2 Die Helligkeit der Sterne wird gemessen 18
1.2.3 Entfernungen der Sterne 18
1.2.4 Die Strahlung der Planeten 19
1.3 Was ist eigentlich Licht 21
1.3.1 Licht als Teilchen 21
1.3.2 Licht als eine Welle 23
1.3.3 Licht und Quantenphysik 24
1.3.4 Spektrallinien im Spektrum 26
1.3.5 Der Dopplereffekt 27
1.3.6 Geschwindigkeiten im Universum messen 29
2 Teleskope – Augen in das Universum 32
2.1 Grundtypen von Teleskopen 32
2.1.1 Linsen 32
2.1.2 Spiegel 35
2.1.3 Linsen- und Spiegelteleskope 37
2.1.4 Vergrößerung und Auflösungsvermögen eines Teleskops 40
2.2 Die Erdatmosphäre 41
2.2.1 Die Durchlässigkeit der Erdatmosphäre 42
2.2.2 Wann gehen Sonne und Mond auf? 43
2.2.3 Die turbulente Erdatmosphäre oder weshalb Sterne funkeln 44
2.2.4 Das menschliche Auge: unser natürlicher Detektor 47
2.2.5 CCD 49
2.2.6 Fotografie 50
2.2.7 Der Blick ins Fernrohr 50
2.3 Die Helligkeiten der Sterne 51
2.3.1 Wie hell leuchten Sterne eigentlich 51
2.3.2 Die absolute Helligkeit 53
2.4 Einige Beispiele für historische Teleskope 54
2.4.1 Von der Erfindung des Teleskops zu ersten großen Fernrohren 54
2.4.2 Praktikum für Interessierte: Sonnenflecken beobachten 58
2.4.3 Neue Planeten im Sonnensystem 59
2.5 Moderne Großtelelskope 62
2.5.1 Die Brennweite bestimmt die Bildgröße 63
2.5.2 Das größte Sonnenteleskop 63
2.5.3 Die Europäische Südsternwarte, ESO 64
2.5.4 Observatorien auf den Kanarischen Inseln 68
2.5.5 Teleskope auf Hawaii 72
3 Licht vom Rande des Universums – die Welt der Galaxien 77
3.1 Größe und Expansion des Universums 77
3.1.1 Unser Milchstraße- die Heimat im Kosmos 77
3.1.2 Galaxien-Bausteine des Universums 79
3.1.3 Die Expansion des Universums 85
3.1.4 Das Universum hat einen Anfang 86
3.2 Das Universum wird kälter 88
3.2.1 Experiment mit der Fahrradpumpe 88
3.2.2 Der Blick in die Vergangenheit 89
3.2.3 Glühen aus der Zeit des Urknalls 91
3.2.4 Dem ersten Licht auf der Spur 94
3.3 Die Entstehung der chemischen Elemente 95
3.3.1 Die ersten Drei Minuten – oder die primordiale Kernfusion 95
4 Der Radiohimmel 100
4.1 Was beobachtet man im Radiobereich 100
4.1.1 Radarsignale erforschen Planeten 100
4.1.2 Entdeckung der Radiostrahlung aus dem Universum 103
4.1.3 Wie funktioniert ein Radioteleskop 105
4.1.4 Wie entsteht Radiostrahlung 106
4.2 Schwarze Löcher 109
4.2.1 Schwarze Löcher und Sternentwicklung 109
4.2.2 Supermassive Schwarze Löcher 114
4.2.3 Das Monster sichtbar machen 116
4.2.4 ALMA 119
5 Gravitationswellen – ein neues Fenster in den Kosmos 123
5.1 Allgemeine Relativitätstheorie 123
5.1.1 Einstein und die Relativität 123
5.1.2 Von der speziellen zur allgemeinen Relativitätstheorie 127
5.2 Was sind Gravitationswellen? 130
5.2.1 Wellen 130
5.2.2 Wie entstehen Gravitationswellen 131
5.2.3 Wenn Sterne kollidieren 133
5.2.4 Kollision zweier Neutronensterne 134
5.2.5 Eigenschaften und Nachweis der Gravitationswellen 135
5.2.6 Das Spektrum der Gravitationswellen 137
5.3 Die erste direkte Beobachtung von Gravitationswellen 137
5.3.1 Weitere Messungen 140
5.3.2 Dunkle Materie und Gravitationswellen 141
6 Neutrinos – Geisterteilchen 143
6.1 Was sind Neutrinos 143
6.1.1 Ein ganzer Zoo an Teilchen 143
6.1.2 Wie elementar sind Protonen und Neutronen 145
6.1.3 Neutrinos 149
6.2 Neutrinos entdecken 151
6.2.1 Das erste Neutrinoobservatorium 151
6.2.2 Weitere Neutrinoteleskope 152
6.3 Woher kommen Neutrinos aus dem Universum 153
6.3.1 Das Problem der Sonnenneutrinos 153
6.3.2 Neutrinos von einer Supernovaexplosion 158
7 Das Hubble Weltraumteleskop 162
7.1 Planung, Start, Probleme 162
7.1.1 Erste Ideen 162
7.1.2 Vorläufermissionen 163
7.2 Die große Enttäuschung 167
7.2.1 Ein Fehler in der Optik... 167
7.2.2 Der Fehler wird behoben 168
7.3 Instrumente des Hubble Teleskops 168
7.3.1 Wie sieht ein Weltraumteleskop aus? 168
7.3.2 Instrumente an Bord des HST 172
7.4 Einige Beobachtungsergebnisse mit dem Hubble Teleskop 173
7.4.1 Sonnensystem 173
7.4.2 Sterne, Nebel 176
7.4.3 Galaxien 182
7.4.4 Ein Blick in das frühe Universum: Das Hubble Deep Field 185
8 Das James Webb Teleskop 191
8.1 Planung 191
8.1.1 Erste Ideen für den Nachfolger des Hubble Teleskops 191
8.1.2 Schwierigkeiten 193
8.1.3 Der Start 194
8.2 Aufbau und Instrumente des JWST 194
8.2.1 Konstruktion des Teleskops 194
8.2.2 Wo befindet sich das James Webb Teleskop? 195
8.3 Basisversorgung und Instrumente 197
8.3.1 Versorgungseinheit, Energieversorgung 197
8.3.2 Lagekontrolle, Kommunikationssystem 198
8.3.3 Antrieb 199
8.3.4 Das Sonnenschild 200
8.3.5 Die Optik 200
8.4 Instrumente des JWST 202
8.4.1 Die Near Infrared Camera 202
8.4.2 MIRI 202
8.4.3 NIRSpec, FGS-NIRIS 202
8.5 Erste Bilder 203
8.5.1 Planetensystem 204
8.5.2 Exoplaneten 205
8.5.3 Sterne 210
8.5.4 Galaxien und das frühe Universum 212
Literatur 219
Stichwortverzeichnis 220