Fachbegriffe Astronomie,

Physik und Chemie

Wenn man sich mit Astronomie befasst, trifft man auf viele Fachbegriffe: aus der Astronomie selbst, aber auch aus der Physik und der Chemie: Gravitation, Masse, Atome, Moleküle und viele andere. In diesem Kapitel wirst du Definitionen und Erklärungen finden, die dir helfen, die Texte auf dieser Webseite besser zu verstehen. Fachbegriffe, die mit optischen Geräten wie Ferngläsern und Teleskopen zu tun haben, findest du hier.

Chemie

Die Chemie ist die Wissenschaft, die sich mit dem Aufbau, den Eigenschaften und der Umwandlung von Stoffen beschäftigt. Für das Fach Astronomie ist es wichtig, das Prinzip der Atome zu verstehen und wie in der Kernfusion neue chemische Elemente geschaffen werden.

Element, chemisches

Ein chemisches Element ist die Sammelbezeichnung für alle Atomarten mit derselben Anzahl an Protonen im Atomkern. Somit haben alle Atome eines chemischen Elements dieselbe Kernladungszahl (auch Ordnungszahl). Sie werden im Periodensystem der Elemente angeordnet. Die wichtigsten chemischen Elemente in der Astronomie sind diejenigen, die in Sternen umgewandelt oder gebildet werden:

 

Wasserstoff H - Helium He - Kohlenstoff C - Sauerstoff O - Silizium Si - Neon Ne - Magnesium Mg - Eisen Fe - Kupfer Cu - Germanium Ge - Silber Ag - Gold Au - Uran U

Elektron

Ein Elektron ist ein elektrisch negativ geladenes Elementarteilchen. Elektronen sind etwa um ein 2000faches kleiner als Protonen oder Neutronen. Elektronen kreisen um den Atomkern, befinden sich also in der Atomhülle.

Die Elektronenkonfiguration, also die Anzahl und Verteilung der Elektronen in der Atomhülle, ist maßgeblich für die chemischen Eigenschaften des Atoms. 

Proton

Ein Proton ist ein elektrisch positiv geladenes Teilchen. Wie auch Neutronen befinden sich Protonen im Atomkern. Die Zahl der Protonen im Atomkern bestimmt das chemische Element und das lässt sich sehr leicht im Periodensystem anhand der Ordnungszahl ablesen. Die Ordnungszahl entspricht nämlich der Anzahl der Protonen im Atomkern des jeweiligen Elementes. So verfügt Kohlenstoff über insgesamt sechs Protonen, denn im Periodensystem ist es unter der Ordnungszahl 6 aufgeführt. Die Anordnung im Periodensystem kommt also nicht willkürlich zu Stande, sondern richtet sich nach den physikalischen Eigenschaften der Elemente.

Neutron

Neutronen bilden gemeinsam mit Protonen den Atomkern eines Atoms. Neutronen sind, wie es der Name schon sagt, elektrisch weder positiv noch negativ geladen.

Wichtig sind Neutronen im Zusammenhang mit Isotopen. Atome mit gleicher Kernladungszahl (Protonenzahl), aber unterschiedlicher Neutronenzahl werden als Isotope bezeichnet. Einfaches Beispiel sind die drei Isotope des Wasserstoffs: 

Wasserstoff (1 Proton, 0 Neutronen), Deuterium (1 Proton, 1 Neutron) und Tritium (1 Proton, 2 Neutronen). 

Achtung: Es handelt sich bei entsprechenden Isotopenreihen immer um das gleiche Element! Trotz der unterschiedlichen Massezahl gehören die obigen Isotope zum chemischen Element Wasserstoff. Ergo bestimmt die Zahl der Protonen das chemische Element des Atoms und die Zahl der Neutronen das entsprechende Isotop.

Physik

Physik ist die Wissenschaft, die die grundlegenden Phänomene der Natur erforscht, insbesondere die Materie und Energie und ihre Wechselwirkung in Raum und Zeit. In der Astronomie beobachten wir physikalische Phänomene vor allem in der Bewegung von Himmelskörpern, der Kernfusion in  Sternen sowie deren Abgabe von Elektromagnetischer Strahlung.

Molekül

Ein Molekül ist ein Teilchen, das aus zwei oder mehreren zusammenhängenden Atomen besteht. Ein Molekül kann eine Verbindung von zwei gleichartigen Atomen sein, z.B. besteht ein Sauerstoffmolekül aus zwei verbundenen Sauerstoffatomen. Ein Molekül kann aber auch aus verschiedenartigen Atomen zusammengesetzt sein. Wasser z.B. ist eine Verbindung von zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O) = H2O

Kernfusion

Unter Kernfusion versteht man die Verschmelzung von Atomkernen. Dabei entstehen neue chemische Elemente und es wird sehr viel Energie in Form von Elektromagnetischer Strahlung freigesetzt. In Sternen werden in erster Linie Wasserstoffatome zu Heliumatomen fusioniert. In älteren Sternen kann auch Helium zu Kohlenstoff, Sauerstoff und Silizium umgewandelt werden.

Materie

Der Begriff Materie kommt vor allem in der Physik und der Chemie vor. Damit bezeichnen Forscher alles, was eine Masse hat.  Dazu gehören neben Dingen, die man anfassen kann, auch flüssige oder gasförmige Stoffe wie Luft oder Wasser. Materie besteht aus Atomen und Elementarteilchen. Unsere ganze Welt besteht also aus Materie. Im Universum selber macht die Materie jedoch nur einen kleinen Teil, ca. 5% aus. Der Rest besteht aus sogenannter Dunkler Materie und Dunkler Energie. Worum es sich dabei handelt, wissen wir noch nicht.

Masse

Die Masse gibt an, wie viel Masse in einem Körper enthalten ist. Die Masse bestimmt auch, wie schwer oder wie träge ein Körper ist.
 

Formelzeichen: m

Einheit: ein Kilogramm (1 kg)

 

Die Masse eines Körpers ist im Unterschied zur Gewichtskraft an jedem beliebigen Ort gleich groß. Die Einheit der Masse ist eine Basiseinheit des Internationalen Einheitensystems (SI).

Atom

Atome sind die kleinsten mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegbaren Teilchen eines chemischen Elements. Atome bestehen immer aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Die Hülle besteht aus Elektronen, die ständig um den Atomkern kreisen. Elektronen sind elektrisch negativ geladen. Der Kern wiederum besteht aus Protonen, die elektrisch positiv geladen sind und Neutronen, die keine Ladung besitzen.

Rotation

Rotation bedeutet, das sich ein Körper um seine eigene Achse dreht. So, wie eine Eiskunstläuferin bei der Pirouette. Alle bekannten Himmelskörper (Sterne, Planeten, Monde usw.) führen eine Rotation durch. Die einen relativ langsam, andere so schnell, dass sich ihr kugelförmiger Körper abplattet und am Äquator viel breiter wird.

Umlauf

Unter Umlauf versteht man die Bewegung eines Himmelskörpers um einen anderen:

 Der Mond bewegt sich um die Erde  und benötigt dafür ca. 27.3 Tage.

Die Erde bewegt sich in einem Jahr einmal um die Sonne.

Die Sonne wiederum bewegt sich um das galaktische Zentrum und braucht dafür rund 225 Millionen Jahre.

Gravitation

Alle Körper ziehen sich aufgrund ihrer Massen gegenseitig an. So zieht z. B. die Erde den Mond an. Umgekehrt zieht auch der Mond die Erde an.

Die gegenseitige Anziehung von Körpern aufgrund ihrer Massen wird Massenanziehung oder Gravitation (gravis, lat.: schwer) genannt. Die dabei wirkenden Kräfte werden als Schwerkräfte oder als Gravitationskräfte bezeichnet.

Die Gravitationskraft zwischen zwei Körpern kann mit dem Gravitationsgesetz berechnet werden. Sie ist umso größer,

je größer die Massen der Körper sind

je näher sie sich zueinander befinden

Astronomische Einheit (AE)

International auch astronomical unit (au). Entspricht dem mittleren Abstand zwischen Erde und Sonne, rund 150 Millionen Kilometer und wird als Masseinheit innerhalb unseres Sonnensystems verwendet.

Lichtjahr

Das Lichtjahr ist nicht eine Masseinheit für Zeit, sondern für Distanz. Es handelt sich um die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt ca. 300'000 Km/s und somit rund 10 Billionen Km/Jahr. Es ist die höchste Geschwindigkeit, die im Raum überhaupt erreicht werden kann. Ein Lichtstrahl würde die Erde in einer Sekunde rund 7.5x umrunden. Lichtgeschwindigkeit ist also für unsere Verhältnisse extrem schnell. Im Vergleich zu den Distanzen im Universum wiederum ist Lichtgeschwindigkeit sehr langsam. Schon nur um unseren Nachbarstern, Proxima Centauri, zu erreichen, wäre ein Lichtstrahl über vier Jahre unterwegs.

Parsec

Parsec ist ein astronomisches Längenmass und entspricht 3.26 Lichtjahren. Es wird verwendet, um interstellare Distanzen anzugeben. Ebenfalls Verwendung findet es bei der Definition der Absoluten Helligkeit von Sternen. Hier wird angegeben, wie hell ein Stern in einer Distanz von 10 Parsec, also 32.6 LJ wäre.

Doppler-Effekt

Der Doppler-Effekt ist die zeitliche Stauchung bzw. Dehnung einer Welle durch die Veränderungen des Abstands zwischen Sender und Empfänger.

Ein bekanntes Beispiel aus dem Alltag ist ein vorbeifahrender Krankenwagen mit eingeschalteter Sirene: Der Krankenwagen fährt erst auf dich zu: der Abstand zwischen dir und dem Auto verringert sich und so steigt die wahrgenommene Frequenz =>  der Ton der Sirene wird höher. Kaum ist der Krankenwagen vorbei, vergrößert sich der Abstand zwischen dir und dem Auto und so sinkt die wahrgenommene Frequenz => der Ton der Sirene wird tiefer. 

Genau wie beim Schall funktioniert der Doppler-Effekt auch beim Licht: Entfernen sich Sterne oder Galaxien von uns, verschiebt sich ihr Lichtspektrum ins Rote, kommen sie auf uns zu, verschiebt sich das Spektrum ins Blaue.

Ekliptik

Fast alle Himmelskörper, die um die Sonne kreisen, tun dies in elliptischen (ovalen) Bahnen, die mehr oder weniger auf einer gemeinsamen gedachten Scheibe liegen. Diese gemeinsame Bahnebene  nennt man Ekliptik.

Zwergplanet

Ein Zwergplanet verhält sich wie andere Planeten – er kreist um die Sonne und reflektiert ihr Licht. Doch während ein Planet alle Objekte aus seiner Umlaufbahn räumt, befinden sich auf den Bahnen der Zwergplaneten noch zahlreiche andere Objekte. Es gibt fünf Zwergplaneten: Pluto, Eris, Ceres, Haumea und Makemake. Sie bilden eisige Reste der Planetenentstehung vor 4.5 Milliarden Jahren.