Die Astronomie ist die naturwissenschaftliche Untersuchung des Universums. Die Erforschung von Himmelskörpern wie Sterne, Planeten, Asteroiden, Galaxien oder anderen sogenannten "Gestirnen" fallen unter in diesen Themenbereich. Alles was du siehst, wenn du in den Himmel schaust, wird von der Astronomie untersucht.
Astronomie – Bedeutung in der Wissenschaft
Das Wort Astronomie stammt aus dem altgriechischen "astronomia", was sich ins deutsche übersetzen lässt als "Gesetz der Sterne". Die Beobachtung von Sternen reicht weit in die Vergangenheit, bis ins Alte Ägypten und Mesopotamien.
Die Naturwissenschaft der Astronomie ist nicht das selbe wie die Astrologie. Die Astrologie begründet irdische Vorkommnisse mit der Stellung von Sternen und Planeten. Astrologie ist die pseudowissenschaftliche Scheinkorrelation aus Sternpositionen und irdischem Geschehen.
Das Ziel der Astronomie ist ein tieferes und besseres Verständnis des Universums. Monde, Kometen, Planeten, Sterne und Sonnensysteme werden nach ihrem Aufbau, ihren Eigenschaften und ihrer Bewegung untersucht.
Schon seit tausenden Jahren beobachten Menschen den Himmel und versuchen die Erscheinungen und Vorgänge zu deuten und zu erklären. Dabei wurden über die vielen Jahre große Fortschritte gemacht und alte Weltbilder wurden widerlegt.
Abbildung 1: Seit tausenden Jahren beobachtet der Mensch den Himmel (Quelle: pixabay.com)
Lange glaubte der Mensch an ein geozentrisches Weltbild, bei dem die Erde als Mittelpunkt des Universums angesehen wurde. Erst im 16. Jahrhundert wurde das heliozentrische Weltbild durch Nikolaus Kopernikus eingeführt, welches besagt, dass die Sonne das Zentrum des Sonnensystems ist.
Die Wissenschaft der Astronomie wird in unterschiedliche Fachbereiche unterteilt, da die Forschung mittlerweile so weit fortgeschritten ist, dass im Themengebiet der Astronomie alles untersucht wird, vom Urknall bis hin zu Satellitenbahnen.
Astronomie – Themen
Alle Themengebiete der Astronomie sind miteinander verknüpft, werden aber trotzdem meist getrennt voneinander betrachtet und erforscht.
Das Sonnensystem
Astronominnen und Astronomen beobachten schon lange andere Himmelskörper wie Planeten, Monde und Sterne. Dank der fortschreitenden Technik ist es den Forschenden mittlerweile möglich, auch weit über den menschlich sichtbaren Teil des Himmels hinaus zu forschen. Es gibt immer neuere, hochmoderne Teleskope, mit denen die Weiten des Universums erforscht werden.
Abbildung 2: Teleskop auf einem hohen Berg (Quelle: pixabay.com)
Planeten, Sterne, Asteroiden und viele weitere Himmelskörper können entdeckt werden und ein besseres Verständnis des eigenen Planeten und dem Sonnensystem liefern. Forscher*innen finden auch regelmäßig sogenannte Exoplaneten. Das sind Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Immer wieder hört man auch von Exoplaneten in der habitablen Zone, oder auch erdähnliche Planeten. Das sind dann Planeten, die ähnlich wie die Erde in einem bewohnbaren Abstand zum eigenen Stern kreisen.
Planeten
In unserem Sonnensystem gibt es 8 Planeten: Merkur, Venus, die Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Lange Zeit wurde auch Pluto als Planet angesehen, bis er 2006 als Zwergplanet abgestuft wurde. Als Planet werden Himmelskörper bezeichnet, die sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne befinden, und deren Masse so groß ist, dass sie das dominierende Objekt ihrer Umlaufbahn sind und eine kugelähnliche Gestalt besitzen.
Zu den Planeten unseres Sonnensystems findest du noch mehr auf StudySmarter.
Geozentrisches- und Heliozentrisches Weltbild
Das geozentrische Weltbild besagt, dass die Erde und damit der Mensch der zentrale Fixpunkt des Universums ist und daher alle Planeten, Monde und die Sonne die Erde umkreisen. Dieses Weltbild wurde vom heliozentrischen Weltbild abgelöst, welches besagt, dass die Sonne das Zentrum des Universums ist, und sich alle Planeten um sie bewegen. Heute wissen wir, dass die Sonne nur das Zentrum unseres Sonnensystems ist und das Sonnensystem sich wiederum um ein schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße, unserer Galaxie, dreht.
Sonnenstand und Jahreszeiten
Die Sonne ist im durchschnitt 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Der weiteste Abstand von Sonne und Erde sind 152 Mio. Kilometer, der kürzeste Abstand beträgt 147 Mio. Kilometer. Allerdings hat der Abstand nicht mit den Jahreszeiten zu tun, obwohl dies eine häufige Annahme ist. Die Jahreszeiten sind vom Neigungswinkel der Erdachse abhängig. Dieser entspricht 23,4° und ist relativ konstant. Im Sommer der Nordhalbkugel ist der Einfallswinkel der Sonne steiler, so dass die Tage länger sind als auf der Südhalbkugel, wo der Einfallswinkel flacher ist, dementsprechend die Sonnenstunden weniger und die Nächte länger sind.
Die Neigung der Erdachse verändert sich mit einer Periodendauer von rund 40.000 Jahren um ungefähr 2°. Der Einfluss auf die Dauer der Jahreszeit bleibt dennoch klein. Mehr über den Sonnenstand und Jahreszeiten erfährst du auf StudySmarter.
Die Sonne
Die Sonne im Zentrum unseres Sonnensystems wird als "gelber Zwerg" klassifiziert und ist damit in der Hauptreihe der Größen von Sternen. Sie besteht zum Großteil aus Wasserstoff und Helium und ist mit einem Durchmesser von ca. 1,4 Milliarden Kilometern rund 110-mal größer als die Erde. Die Sonne ist so groß, dass sie über 99% der gesamten Masse in unserem Sonnensystem ausmacht.
Sterne
Sterne bestehen aus heißem Gas und Plasma und werden anhand ihrer Größe, Temperatur und Masse unterschieden. Sterne entstehen aus Gaswolken, die aufgrund ihrer Schwerkraft ineinander zusammenfallen. Ein Stern lebt je nach Größe mehrere Billionen Jahre und erzeugt über die gesamte Lebensdauer riesige Mengen an Energie durch die Kernfusion im inneren des Sterns. Am Ende des Lebens eines Sterns fällt der Kern in sich zusammen und erzeugt, je nach Größe, einen Neutronenstern oder sogar ein schwarzes Loch. Die äußeren Schichten des Sterns werden bei einer Explosion ins Universum geschleudert. Diese Explosion eines Sterns wird auch Supernova genannt.
Hertzsprung-Russell-Diagramm
Sterne werden anhand ihrer eigenen Leuchtkraft und ihrem Spektraltyp klassifiziert. Je nach Stärke des eigenen Leuchtens des Sterns und dem Lichtspektrum des emittierten Lichts kann ein Stern in die unterschiedlichen Klassen wie Zwerg, Hauptklasse oder Riese eingeordnet werden. Die Sonne wird in diesem Diagramm als gelber Zwerg charakterisiert. Du kannst anhand dieses Diagramms ebenfalls den Entwicklungsstand eines Sterns bestimmen.
Wenn du mehr zu diesem Thema wissen willst, dann lies dir unbedingt den zugehörigen Artikel durch!
Urknall und die Struktur des Universums
In der Kosmologie wird die Struktur des Universums und der Beginn des Universums untersucht. Als Startpunkt von Materie, Raum und Zeit wird der Urknall vor ungefähr 13,5 Milliarden Jahren datiert. Aufgrund von Beobachtungen von weit entfernten Objekten wird vermutet, dass sich das Universum seither ausdehnt und expandiert. Daher kommt auch die Theorie des unendlichen Universums. Allerdings ist der Beweis solcher Theorien unglaublich schwierig.
Sterne bilden das Zentrum von allen Sonnensystemen. Galaxien bestehen aus einer großen Menge an Sonnensystemen und im Zentrum der Galaxien wird ein schwarzes Loch vermutet. Diese Vermutung wurde im Jahr 2019 belegt, als erstmals ein schwarzes Loch nachgewiesen und fotografiert wurde.
Durch eine Netzwerk von acht Teleskopen konnte im Jahr 2019 das allererste Bild von einem schwarzen Loch gemacht werden. Die Teleskope haben eine Konstellation gebildet, die Daten gesammelt haben, um aus den aufgenommenen elektromagnetischen Wellen ein bahnbrechendes Bild zu generieren.
Abbildung 3: Das erste Bild von einem schwarzen Loch (Quelle: mpg.de)
Dieses Bild unterstützt die zuvor aufgestellten Thesen zu schwarzen Löchern von Physikern wie Stephen Hawking oder Albert Einstein, die Vorhersagen zu genau diesen Beobachtungen gemacht haben.
Die Gründe für diese Art von Erscheinungen und Bewegungen werden in der Astrophysik und der Astromechanik geklärt.
Hubble Teleskop
Durch die Raumfahrt konnte aber auch die Astronomische Forschung voran getrieben werden. Zum Beispiel durch das Hubble Weltraumteleskop oder das im Januar 2022 gestartete James-Webb Weltraumteleskop, welches das Hubble Teleskop beerben soll. Durch sie konnten Aufnahmen wie das sogenannte "Hubble-Deep-Field-Image" gemacht werden.
Abbildung 4: "Hubble Deep Field Image" (Quelle: nasa.gov)
Zu sehen sind Galaxien, die Millionen von Lichtjahren entfernt von der Milchstraße sind. Durch solche Bilder kann weit in die Vergangenheit geschaut werden und vielleicht kann irgendwann der Ursprung des Universums geklärt werden. Mehr zum Hubble Teleskop findest du im eigenen Artikel dazu.
Gravitation und Planetenbahnen
Unter der Astrophysik verstehen wir die physikalischen Hintergründe für die Bewegung von den Himmelsobjekten. Gravitation und Planetenbahnen können mithilfe der Astrophysik beschrieben und vorhergesagt werden.
Auch die Schwerkraft und die Gravitationsgesetze sind Teile der Astrophysik. Im Jahr 1686 stellte Isaac Newton das Gravitationsgesetz auf, das heute als das Newtonsche Gravitationsgesetz bezeichnet wird. Das Gesetz besagt, dass jeder Massenpunkt jeden anderen Massenpunkt mit einer Kraft anzieht, die entlang der Verbindungslinie gerichtet ist.
Es liefert Erklärungen für die Schwerkraft der Erde, den Mondumlauf um die Erde und die Planetenbewegungen um die Sonne. Auch Phänomene wie die Gezeiten oder die Bahnstörungen des Mondes können mithilfe des Newtonschen Gravitationsgesetzes erklärt werden.
Wenn du mehr zum Newtonschen Gravitationsgesetz wissen willst, dann schau dir auf jeden Fall den Artikel dazu an.
Keplersche Gesetze
Neben den Newtonschen Gesetzen sind auch die Keplerschen Gesetze wichtig, wenn man das Verhalten von Himmelskörpern betrachtet. In den drei Keplerschen Gesetzen wird das Bahnverhalten von Planeten um die Sonne als Gesetzmäßigkeiten aufgestellt. Basierend auf den Erkenntnissen der Planetenumlaufbahnen werden auch Satellitenumlaufbahnen aufgestellt. Auch zu den Keplerschen Gesetzen und zu Satellitenumlaufbahnen findest du ausführliche Artikel.
Die Keplerschen Gesetze sind essenziel für die Raumfahrt, da nur durch die Vorhersagbarkeit von Umlaufbahnen und der Orbitalmechanik erfolgreiche Missionen möglich sind.
Der Flugplan der ersten Mondmission
Durch die von Newton und Kepler aufgestellten Gesetze konnte der Mensch zum Mond fliegen und sicher nach Hause kommen. Damals wurden die Umlaufbahnen und die Flugbahn der Raumkapseln noch von Menschen berechnet. Bei der Raumfahrt heutzutage werden die Berechnungen von Computern erledigt.
Willst du mehr zu Satellitenbahnen erfahren? Lies dir gerne den Artikel dazu durch!
Astronomie – Das Wichtigste
Die Astronomie ist eine der ältesten Naturwissenschaften der Erde und wird auch Stern- oder Himmelskunde genannt.
Sie beschäftigt sich mit allen Objekten des Weltalls, deren Eigenschaften, Bewegungen und Entwicklungen.
Ziel der Astronomie ist es, durch Beobachtungen natürliche Zusammenhänge und Gesetze zu erkennen und Erscheinungen und Vorgänge erklären zu können.
Die Astronomie ist eine Naturwissenschaft, während die Astrologie eine Pseudowissenschaft ist.
Planetare Bewegungen können durch das Newtonsche- und die Keplerschen Gesetze beschrieben werden.
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