Grundlagen der Astrophysik

Geheimnisse des Kosmos

16.03.17 | Redakteur: Dr. Anna-Lena Idzko

Überbleibsel der Supernova SN 1006
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Überbleibsel der Supernova SN 1006 (Bild: NASA, ESA, Zolt Levay (STScI))

Die Astronomie ist die vielleicht älteste aller Wissenschaften. Sie entstand aus religiösem Empfinden und sollte den unerreichbaren Himmel, seiner Veränderung und den Platz des Menschen erklären. Erst im 20. Jahrhundert, mit Hilfe der Geometrie bzw. Mathematik, wandelte sie sich zur Astrophysik.

Die Astrophysik befasst sich mit den physikalischen Grundlagen der Erforschung von Himmelserscheinungen, dazu gehört die Entstehung von Sternen und Planetensystemen, die Sonnenphysik, Gravitationsdynamik sowie Schwarze Löcher und Neutronensterne.

Bereits seit Anfang des 17. Jahrhunderts verwende der Mensch Hilfsmittel, um den nächtlichen Sternenhimmel zu betrachten. Die anfänglich verwendeten Linsenfernrohre entwickelten sich zu Hightech-Spiegelteleskopen – und jedes neue Teleskop erweitert unseren Horizont. Mit der Gravitationswellenastrophysik kommt nun ein weiterer Blickwinkel dazu.

Die wichtigste Methode der Beobachtenden Astrophysik ist die Spektralanalyse der elektromagnetischen Strahlung. Von der Erde aus können außer dem sichtbaren Licht, die Frequenzbereiche von Radiowellen und einige Teile des Infrarotbereichs beobachtet werden. Der größte Teil des infraroten und ultravioletten Licht, sowie der Röntgen- und Gammastrahlung können nur von Satelliten aus beobachtet werden, da die Erdatmosphäre als Filter wirkt.

Die Theoretische Astrophysik versucht, anhand von Modellen Himmelserscheinungen vorauszusagen oder nachzubilden. Viele astrophysikalische Prozesse lassen sich durch partielle Differentialgleichungen beschreiben, für die nur in Ausnahmesituationen eine exakte analytische Lösung gefunden werden kann. Eine weit verbreitete Methode in der Astrophysik sind daher numerische Berechnungen und Simulation, die oft auf Supercomputer oder Cluster durchgeführt werden. Die so gewonnenen Resultate vergleicht man mit Beobachtungen und überprüft, ob sie übereinstimmen.

Objekte im leeren Raum

Das Universum ist überwältigend groß und hauptsächlich leer. Es besteht nur zu 0,5 % aus Sternen, zu 4 % aus Gas und einem sehr geringen Prozentsatz an Neutrinos und schweren Elementen. Woraus die restlichen 95 % bestehen, ist nicht bekannt.

Im Universum gibt es eine Vielzahl von Galaxien die im Wesentlichen eine durch Gravitation gebundene, große Ansammlung von Sternen, Planetensystemen, Gasnebeln oder anderen stellaren Objekten sind. Galaxien variieren stark in Aussehen, Größe und Zusammensetzung und werden entsprechend dieser Kriterien eingeteilt. Die Milchstraße gehört zu den größeren und besitzt etwa 300 Milliarden Sterne bei einem Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren. Galaxien treten oft in Gruppen oder Haufen mit bis zu einigen tausend Mitgliedern auf.

Die Magellansche Wolke und der Andromeda Nebel sind unsere intergalaktischen Nachbarn – Galaxien die auch aus Milliarden Sternen, Sternhaufen und Nebeln bestehen. Die einzelnen Objekte können nur Hochleistungsgeräte wie das Weltraumteleskop Hubble ausmachen.

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