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Theoretische Astronomie Die besteht in der Anwendung mathematischer Modelle um Bewegungen und Eigenschaften von Himmelsk

Theoretische Astronomie

Die Theoretische Astronomie besteht in der Anwendung mathematischer Modelle, um Bewegungen und Eigenschaften von Himmelskörpern und deren Physik, Chemie und Entwicklung zu untersuchen. Andere wichtige bzw. angrenzende Fachbereiche sind die Kern- und Astrophysik, die Astrometrie (Positionsastronomie), die Himmelsmechanik, die Stellarstatistik und die Kosmologie. Für die Bestätigung der theoretischen Modelle ist oft auch die Entwicklung neuartiger Messinstrumente und Sensoren wesentlich, z. B. zum Nachweis der Gravitationswellen.

Erste Schritte zu theoretisch-astronomischen Modellen Bearbeiten

Als erstes Werk theoretischer Astronomie können einige Bände des Almagest von Ptolemäus gelten. Pionier des Fachs im heutigen Sinn ist Johannes Kepler (1571–1630) und seine Methodik, die Kepler-Gesetze der Planetenbewegung herzuleiten und die mögliche Existenz unsichtbarer Himmelskörper – gefolgt von Isaac Newton mit dem Gravitationsgesetz, den verfeinerten Methoden der Bahnbestimmung von Heinrich Olbers und der Entwicklung genauer Bezugsysteme durch Simon Newcomb. Zu den bedeutendsten Theoretikern der Astronomiegeschichte ist auch Arthur Eddington zu zählen, der um 1930 erstmals das Innere von Sternen durch mathematisch-physikalische Modelle erforschte.

Wegen der großen durch beobachtende Astronomie anfallenden Datenmengen war die Himmelskunde unter den ersten Wissenschaften, die Computer in großem Maß einsetzten. Dementsprechend liegt in numerisch-theoretischen Modellen ein Großteil der heutigen Arbeitstechniken.

Integration von Physik und Astrophysik Bearbeiten

Die Astronomie hat wesentliches zum tieferen Verständnis der Physik beigetragen und ist oft ein "Labor" für energiereiche, auf der Erde nicht untersuchbare Vorgänge. Umgekehrt hilft die "terrestrische" Physik, astronomische Phänomene zu erklären und rechnerisch zu modellieren. Typische Beispiele sind die Theorie der Mondbahn, die thermonukleare Energiequellen im Sonnenkern oder die Entwicklung großer Strukturen des Universums.

Die Integration von Astronomie und Physik beinhaltet unter anderem:

Physikalische Interaktion Astronomisches Phänomen
Elektromagnetismus: Beobachtungen im elektromagnetischen Spektrum
Thermische Strahlung, Schwarzkörperstrahlung Licht- und Wärmestrahlung
Synchrotronstrahlung astronomische Radio- und Röntgenquellen
Beschleunigung geladener Teilchen Kosmische Strahlung, aktive Galaxienkerne, Pulsare
Absorption und Streuung Interstellare Materie
Kernphysik, Starke und schwache Wechselwirkung Nukleosynthese in Sternen
Supernovae
Pauli-Prinzip Neutronensterne
Relativitätstheorie frühes Universum
Gravitation Bahnen von Planeten, Satelliten und Doppelsternen, Struktur des Universums, N-Körper-Theorie in Sternhaufen und Galaxien, Expansion des Weltalls.

Astrochemie Bearbeiten

Derzeitige Forschungsthemen und Methoden Bearbeiten

Theoretische Astronomen benützen eine Vielzahl von Tools – darunter besonders häufig analytische Modelle von Prozessen und computergestützte numerische Simulationsrechnungen. Erstere können Einblicke in innere Vorgänge geben, während numerische Simulationen oft der einzige Weg sind, unerklärlichen Phänomenen näherzukommen.

Die Wissenschaftler entwerfen theoretische Modelle und arbeiten heraus, was die beobachtbaren Konsequenzen dieser Modellrechnungen sind. So können sie unzutreffende Modelle widerlegen oder zwischen alternativen Modellen unterscheiden.

Neue Messergebnisse führen dazu, Modelle zu modifizieren und den Beobachtungen anzupassen. Wie in anderen Naturwissenschaften bewährt es sich auch hier, zunächst möglichst geringe Änderungen des Modells oder seiner Parameter vorzunehmen. Erst wenn zahlreiche Inkonsistenzen auftreten, muss das Modell gänzlich verworfen werden.

Wichtige Arbeitsgebiete sind derzeit:

Die astrophysikalische Relativität erlaubt, die Großstrukturen abzuschätzen, welche von der Gravitation entscheidend geprägt werden, ebenso wie die Dunkle Materie und die Theorie der Gravitationswellen.

Astronomische Modelle Bearbeiten

Weitgehend geklärte und akzeptierte Modelle sind solche zu den Phänomenen der Supernovae, zum Urknall (Big Bang) und zur anfänglichen kosmischen Inflation. Auch weitere für die Astrophysik und Kosmologie fundamentale physikalische Theorien sind anerkannt, bei der Dunklen Materie allerdings nur ihre vermutliche Existenz.

Einige Beispiele solcher Forschungsthemen und -Modelle sind:

Spezielle Forschungsbereiche Bearbeiten

Theoretische Astrophysik und Astrochemie Bearbeiten

Beispiele für aktuelle Forschungsthemen sind:

Literatur und Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Die Theoretische Astronomie besteht in der Anwendung mathematischer Modelle um Bewegungen und Eigenschaften von Himmelskorpern und deren Physik Chemie und Entwicklung zu untersuchen Andere wichtige bzw angrenzende Fachbereiche sind die Kern und Astrophysik die Astrometrie Positionsastronomie die Himmelsmechanik die Stellarstatistik und die Kosmologie Fur die Bestatigung der theoretischen Modelle ist oft auch die Entwicklung neuartiger Messinstrumente und Sensoren wesentlich z B zum Nachweis der Gravitationswellen Inhaltsverzeichnis 1 Erste Schritte zu theoretisch astronomischen Modellen 2 Integration von Physik und Astrophysik 3 Astrochemie 3 1 Derzeitige Forschungsthemen und Methoden 4 Astronomische Modelle 5 Spezielle Forschungsbereiche 5 1 Theoretische Astrophysik und Astrochemie 6 Literatur und WeblinksErste Schritte zu theoretisch astronomischen Modellen BearbeitenAls erstes Werk theoretischer Astronomie konnen einige Bande des Almagest von Ptolemaus gelten Pionier des Fachs im heutigen Sinn ist Johannes Kepler 1571 1630 und seine Methodik die Kepler Gesetze der Planetenbewegung herzuleiten und die mogliche Existenz unsichtbarer Himmelskorper gefolgt von Isaac Newton mit dem Gravitationsgesetz den verfeinerten Methoden der Bahnbestimmung von Heinrich Olbers und der Entwicklung genauer Bezugsysteme durch Simon Newcomb Zu den bedeutendsten Theoretikern der Astronomiegeschichte ist auch Arthur Eddington zu zahlen der um 1930 erstmals das Innere von Sternen durch mathematisch physikalische Modelle erforschte Wegen der grossen durch beobachtende Astronomie anfallenden Datenmengen war die Himmelskunde unter den ersten Wissenschaften die Computer in grossem Mass einsetzten Dementsprechend liegt in numerisch theoretischen Modellen ein Grossteil der heutigen Arbeitstechniken Integration von Physik und Astrophysik Bearbeiten Hauptartikel Astrophysik Die Astronomie hat wesentliches zum tieferen Verstandnis der Physik beigetragen und ist oft ein Labor fur energiereiche auf der Erde nicht untersuchbare Vorgange Umgekehrt hilft die terrestrische Physik astronomische Phanomene zu erklaren und rechnerisch zu modellieren Typische Beispiele sind die Theorie der Mondbahn die thermonukleare Energiequellen im Sonnenkern oder die Entwicklung grosser Strukturen des Universums Die Integration von Astronomie und Physik beinhaltet unter anderem Physikalische Interaktion Astronomisches PhanomenElektromagnetismus Beobachtungen im elektromagnetischen SpektrumThermische Strahlung Schwarzkorperstrahlung Licht und WarmestrahlungSynchrotronstrahlung astronomische Radio und RontgenquellenBeschleunigung geladener Teilchen Kosmische Strahlung aktive Galaxienkerne PulsareAbsorption und Streuung Interstellare MaterieKernphysik Starke und schwache Wechselwirkung Nukleosynthese in SternenSupernovaePauli Prinzip NeutronensterneRelativitatstheorie fruhes UniversumGravitation Bahnen von Planeten Satelliten und Doppelsternen Struktur des Universums N Korper Theorie in Sternhaufen und Galaxien Expansion des Weltalls Astrochemie BearbeitenDerzeitige Forschungsthemen und Methoden Bearbeiten Theoretische Astronomen benutzen eine Vielzahl von Tools darunter besonders haufig analytische Modelle von Prozessen und computergestutzte numerische Simulationsrechnungen Erstere konnen Einblicke in innere Vorgange geben wahrend numerische Simulationen oft der einzige Weg sind unerklarlichen Phanomenen naherzukommen Die Wissenschaftler entwerfen theoretische Modelle und arbeiten heraus was die beobachtbaren Konsequenzen dieser Modellrechnungen sind So konnen sie unzutreffende Modelle widerlegen oder zwischen alternativen Modellen unterscheiden Neue Messergebnisse fuhren dazu Modelle zu modifizieren und den Beobachtungen anzupassen Wie in anderen Naturwissenschaften bewahrt es sich auch hier zunachst moglichst geringe Anderungen des Modells oder seiner Parameter vorzunehmen Erst wenn zahlreiche Inkonsistenzen auftreten muss das Modell ganzlich verworfen werden Wichtige Arbeitsgebiete sind derzeit Stellardynamik und Sternentwicklung Dynamik und Struktur der Milchstrasse grossraumige Massenverteilung im Universum Ursprung der kosmischen Strahlung Allgemeine Relativitat physikalische Kosmologie und Teilchenphysik Die astrophysikalische Relativitat erlaubt die Grossstrukturen abzuschatzen welche von der Gravitation entscheidend gepragt werden ebenso wie die Dunkle Materie und die Theorie der Gravitationswellen Astronomische Modelle BearbeitenWeitgehend geklarte und akzeptierte Modelle sind solche zu den Phanomenen der Supernovae zum Urknall Big Bang und zur anfanglichen kosmischen Inflation Auch weitere fur die Astrophysik und Kosmologie fundamentale physikalische Theorien sind anerkannt bei der Dunklen Materie allerdings nur ihre vermutliche Existenz Einige Beispiele solcher Forschungsthemen und Modelle sind Physikalischer Prozess Experimenteller Zugang Theoretisches Modell erklart pradiziertGravitation Radioteleskope Self gravitating System SternentstehungKernfusion Spektroskopie Sternentwicklung Stellare Strahlung und Metall SyntheseUrknall Hubble Space Telescope COBE Expandierendes Universum WeltalterQuantenfluktuationen Kosmische Inflation FlachheitsproblemGravitationskollaps Rontgenastronomie Allgemeine Relativitatstheorie Schwarzes Loch in der AndromedagalaxieCNO Zyklus im Innern von SternenSpezielle Forschungsbereiche BearbeitenTheoretische Astrophysik und Astrochemie Bearbeiten Beispiele fur aktuelle Forschungsthemen sind Stellare Photospharen Planeten Atmospharen Sonnenwind Interplanetare organische Materie Koma von Kometen interstellare Materie Turbulenz Theorien Gasnebel Supernova Radioaktivitat und Staubbildung Thermodynamik Schwarzer Locher Schwache Wechselwirkung massereiche IsotopeLiteratur und Weblinks BearbeitenArnold Hanslmeier Einfuhrung in Astronomie und Astrophysik Springer Spektrum 2020 ISBN 978 3662604120 W H McCrea Observational and theoretical astronomy 2006 Rezension hier Wilhelm Klinkerfues 1871 Theoretische Astronomie Nachdruck Bremen University Press 2013 das erste Werk dieses Namens aber nur teilweise im Sinn der heutigen Definition Korean Astronomy Cosmology Introduction to Cataclysmic Variables CVs L Sidoli 2008 Transient outburst mechanisms Commentary on The Compendium of Plain Astronomy is a manuscript from 1665 about theoretical astronomy Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Theoretische Astronomie amp oldid 225799430