Astronomie

Das Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte schießt einen Laserleitstern auf das galaktische Zentrum ⓘ

Die Astronomie (von altgriechisch ἀστρονομία (astronomía) 'Wissenschaft, die die Gesetze der Sterne studiert') ist eine Naturwissenschaft, die Himmelsobjekte und -phänomene untersucht. Sie nutzt Mathematik, Physik und Chemie, um deren Entstehung und Entwicklung zu erklären. Zu den interessanten Objekten gehören Planeten, Monde, Sterne, Nebel, Galaxien und Kometen. Zu den relevanten Phänomenen gehören Supernovaexplosionen, Gammastrahlenausbrüche, Quasare, Blazare, Pulsare und die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung. Allgemeiner ausgedrückt, untersucht die Astronomie alles, was außerhalb der Erdatmosphäre entsteht. Die Kosmologie ist ein Zweig der Astronomie, der das Universum als Ganzes untersucht. ⓘ

Die Astronomie ist eine der ältesten Naturwissenschaften. Die frühen Zivilisationen in der aufgezeichneten Geschichte machten methodische Beobachtungen des Nachthimmels. Dazu gehören die Babylonier, Griechen, Inder, Ägypter, Chinesen, Maya und viele alte indigene Völker Amerikas. In der Vergangenheit umfasste die Astronomie so unterschiedliche Disziplinen wie Astrometrie, Himmelsnavigation, Beobachtungsastronomie und die Erstellung von Kalendern. Heutzutage wird die Berufsastronomie oft mit der Astrophysik gleichgesetzt. ⓘ

Die Fachastronomie wird in einen beobachtenden und einen theoretischen Zweig unterteilt. Die beobachtende Astronomie konzentriert sich auf die Gewinnung von Daten aus der Beobachtung astronomischer Objekte. Diese Daten werden dann mit Hilfe der grundlegenden Prinzipien der Physik analysiert. Die theoretische Astronomie befasst sich mit der Entwicklung von Computer- oder Analysemodellen zur Beschreibung astronomischer Objekte und Phänomene. Diese beiden Bereiche ergänzen sich gegenseitig. Die theoretische Astronomie versucht, Beobachtungsergebnisse zu erklären, und die Beobachtungen werden zur Bestätigung der theoretischen Ergebnisse herangezogen. ⓘ

Die Astronomie ist eine der wenigen Wissenschaften, in denen Amateure eine aktive Rolle spielen. Dies gilt insbesondere für die Entdeckung und Beobachtung von vorübergehenden Ereignissen. Amateurastronomen haben zu vielen wichtigen Entdeckungen beigetragen, z. B. zur Entdeckung neuer Kometen. ⓘ

Sternwarte auf La Palma, das astronomische Observatorium am Roque de los Muchachos ⓘ

Obwohl die Astronomie nur an wenigen Schulen ein Unterrichtsfach ist, finden ihre Forschungsergebnisse in der Öffentlichkeit viel Interesse; als Amateurastronomie ist sie ein weit verbreitetes Hobby. Dies hängt einerseits mit dem „erhebenden“ Eindruck zusammen, den der Sternhimmel auch bei freisichtiger Beobachtung macht, andererseits mit ihrer thematischen Vielfalt, der Berührung philosophischer Fragen und der Verbindung zur Raumfahrt. ⓘ

Im Gegensatz zu früheren Zeiten wird die Astronomie als Naturwissenschaft heute streng abgegrenzt von der Astrologie, die aus Stellung und Lauf der Gestirne auf irdische Geschehnisse schließen will. Die Abgrenzung erfolgt auch, da die Astrologie eine Pseudowissenschaft ist – während die Astronomie auf empirischer Basis die Beschaffenheit, Bewegungen und Beziehungen von Himmelskörpern untersucht. Dennoch werden, wohl wegen der Ähnlichkeit beider Bezeichnungen, Astrologie und Astronomie von Laien nicht selten verwechselt. ⓘ

An den Universitäten wurde die Astronomie um etwa 1800 zu einer eigenen Studienrichtung, wird aber heute zunehmend dem Physik-Studium zugeordnet. In der deutschen Hochschulpolitik wird sie gemeinsam mit der Astrophysik als Kleines Fach eingestuft. ⓘ

Etymologie

Astronomisches Observatorium, New South Wales, Australien 1873 ⓘ

Das astronomische Observatorium von Quito aus dem 19. Jahrhundert befindet sich 12 Minuten südlich des Äquators in Quito, Ecuador. ⓘ

Astronomie (aus dem Griechischen ἀστρονομία von ἄστρον astron, "Stern" und -νομία -nomia von νόμος nomos, "Gesetz" oder "Kultur") bedeutet "Gesetz der Sterne" (oder "Kultur der Sterne", je nach Übersetzung). Die Astronomie sollte nicht mit der Astrologie verwechselt werden, dem Glaubenssystem, das behauptet, dass menschliche Angelegenheiten mit den Positionen von Himmelsobjekten korreliert sind. Obwohl die beiden Bereiche einen gemeinsamen Ursprung haben, sind sie heute völlig unterschiedlich. ⓘ

Verwendung der Begriffe "Astronomie" und "Astrophysik"

"Astronomie" und "Astrophysik" sind Synonyme. Nach strenger Wörterbuchdefinition bezeichnet "Astronomie" "die Untersuchung von Objekten und Materie außerhalb der Erdatmosphäre und ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften", während "Astrophysik" den Zweig der Astronomie bezeichnet, der sich mit "dem Verhalten, den physikalischen Eigenschaften und den dynamischen Prozessen von Himmelsobjekten und -phänomenen" beschäftigt. In einigen Fällen, wie z. B. in der Einleitung des einführenden Lehrbuchs The Physical Universe von Frank Shu, wird "Astronomie" verwendet, um das qualitative Studium des Fachs zu beschreiben, während "Astrophysik" die physikalisch orientierte Version des Fachs bezeichnet. Da sich jedoch die meisten modernen astronomischen Forschungsarbeiten mit Themen befassen, die mit der Physik zusammenhängen, könnte man die moderne Astronomie eigentlich als Astrophysik bezeichnen. Einige Bereiche, wie die Astrometrie, sind reine Astronomie und nicht auch Astrophysik. Verschiedene Abteilungen, in denen Wissenschaftler zu diesem Thema forschen, können "Astronomie" und "Astrophysik" verwenden, teilweise abhängig davon, ob die Abteilung historisch mit einer Physikabteilung verbunden ist, und viele Berufsastronomen haben eher einen Abschluss in Physik als in Astronomie. Zu den führenden wissenschaftlichen Zeitschriften auf diesem Gebiet gehören The Astronomical Journal, The Astrophysical Journal und Astronomy & Astrophysics. ⓘ

Geschichte

Tagundnachtgleiche von der prähistorischen Stätte bei Pizzo Vento bei Fondachelli-Fantina, Sizilien ⓘ

Flammarions Holzstich wurde oft für eine authentische Darstellung eines mittelalterlichen Weltbildes gehalten (Illustration in Camille Flammarion: La forme du ciel, Paris 1888) ⓘ

Planet Saturn, Aufnahme der Raumsonde Cassini 2004 ⓘ

Die Astronomie gilt als eine der ältesten Wissenschaften. Ihre Anfänge liegen im Nachdenken über die Himmelserscheinungen, in der kultischen Verehrung der Gestirne und im Erarbeiten von Kalender bzw. Zeitbestimmung. In einem jahrtausendelangen Prozess – besonders gut erkennbar in der Himmelskunde Mesopotamiens und Griechenlands – trennten sich zunächst Astronomie und („Natur“)-Religion, später Astronomie und Meteorologie, in der Frühmoderne dann Astronomie und Astrologie. Wesentliche Meilensteine für unser Wissen über das Weltall waren die Erfindung des Fernrohrs vor etwa 400 Jahren, das die kopernikanische Wende vollendete, sowie später im 19. Jahrhundert die Einführung der Fotografie und Spektroskopie. ⓘ

Seit den 1960er-Jahren haben Astronomen mit der unbemannten und bemannten Raumfahrt die Möglichkeit, die Erdatmosphäre zu überwinden und ohne ihre Einschränkungen zu beobachten – also ohne Luftunruhe und in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Dazu kommt erstmals die Möglichkeit, die untersuchten Objekte direkt zu besuchen und dort andere als nur rein beobachtende Messungen durchzuführen. Parallel dazu werden immer größere Teleskope für bodengebundene Beobachtungen gebaut. ⓘ

Eine Himmelskarte des niederländischen Kartographen Frederik de Wit aus dem 17. ⓘ

Antike Zeiten

In frühen historischen Zeiten bestand die Astronomie lediglich aus der Beobachtung und Vorhersage der Bewegungen von Objekten, die mit bloßem Auge sichtbar waren. An einigen Orten stellten frühe Kulturen massive Artefakte zusammen, die möglicherweise einen astronomischen Zweck erfüllten. Neben ihrer zeremoniellen Nutzung konnten diese Observatorien auch zur Bestimmung der Jahreszeiten eingesetzt werden, ein wichtiger Faktor, um den richtigen Zeitpunkt für die Anpflanzung von Feldfrüchten zu bestimmen und die Länge des Jahres zu ermitteln. ⓘ

Bevor Hilfsmittel wie das Teleskop erfunden wurden, erfolgte die Erforschung der Sterne mit dem bloßen Auge. Mit der Entwicklung der Zivilisationen, vor allem in Mesopotamien, Griechenland, Persien, Indien, China, Ägypten und Mittelamerika, wurden astronomische Observatorien errichtet, und man begann, Vorstellungen über die Natur des Universums zu entwickeln. Der größte Teil der frühen Astronomie bestand in der Kartierung der Positionen der Sterne und Planeten, eine Wissenschaft, die heute als Astrometrie bezeichnet wird. Auf der Grundlage dieser Beobachtungen entstanden frühe Vorstellungen über die Bewegungen der Planeten, und die Natur von Sonne, Mond und Erde im Universum wurde philosophisch erforscht. Man ging davon aus, dass die Erde das Zentrum des Universums ist und sich Sonne, Mond und Sterne um sie drehen. Dies ist als geozentrisches Modell des Universums oder als ptolemäisches System bekannt, benannt nach Ptolemäus. ⓘ

Das Suryaprajnaptisūtra, ein Astronomietext der Jains aus dem 6. Jahrhundert v. Chr. in der Schoyen Collection, London. Oben: sein Manuskript aus der Zeit um 1500 n. Chr. ⓘ

Eine besonders wichtige frühe Entwicklung war der Beginn der mathematischen und wissenschaftlichen Astronomie, die bei den Babyloniern ihren Anfang nahm, die den Grundstein für die späteren astronomischen Traditionen legten, die sich in vielen anderen Zivilisationen entwickelten. Die Babylonier entdeckten, dass sich Mondfinsternisse in einem sich wiederholenden Zyklus, dem so genannten Saros, wiederholen. ⓘ

Griechische Äquatorialsonnenuhr, Alexandria am Oxus, heutiges Afghanistan, 3.-2. Jahrhundert v. Chr. ⓘ

Nach den Babyloniern wurden im antiken Griechenland und in der hellenistischen Welt bedeutende Fortschritte in der Astronomie erzielt. Die griechische Astronomie zeichnete sich von Anfang an durch die Suche nach einer rationalen, physikalischen Erklärung für Himmelserscheinungen aus. Im 3. Jahrhundert v. Chr. schätzte Aristarchos von Samos die Größe und Entfernung von Mond und Sonne und schlug ein Modell des Sonnensystems vor, in dem sich die Erde und die Planeten um die Sonne drehen, das heute als heliozentrisches Modell bezeichnet wird. Im 2. Jahrhundert v. Chr. entdeckte Hipparchus die Präzession, berechnete die Größe und Entfernung des Mondes und erfand die frühesten bekannten astronomischen Geräte wie das Astrolabium. Hipparchus erstellte auch einen umfassenden Katalog von 1020 Sternen, und die meisten Sternbilder der nördlichen Hemisphäre gehen auf die griechische Astronomie zurück. Der Mechanismus von Antikythera (ca. 150-80 v. Chr.) war ein früher Analogrechner, der die Position von Sonne, Mond und Planeten für ein bestimmtes Datum berechnen konnte. Technologische Artefakte von ähnlicher Komplexität tauchten erst im 14. Jahrhundert wieder auf, als mechanische astronomische Uhren in Europa auftauchten. ⓘ

Das Mittelalter

Das mittelalterliche Europa beherbergte eine Reihe bedeutender Astronomen. Richard von Wallingford (1292-1336) leistete bedeutende Beiträge zur Astronomie und Uhrmacherei, darunter die Erfindung der ersten astronomischen Uhr, des Rectangulus, der die Messung von Winkeln zwischen Planeten und anderen astronomischen Körpern ermöglichte, sowie eines Äquatoriums namens Albion, das für astronomische Berechnungen wie Mond-, Sonnen- und Planetenlängen verwendet werden und Finsternisse vorhersagen konnte. Nicole Oresme (1320-1382) und Jean Buridan (1300-1361) erörterten erstmals Beweise für die Rotation der Erde. Buridan entwickelte außerdem die Impetustheorie (Vorläufer der modernen wissenschaftlichen Trägheitstheorie), mit der er nachweisen konnte, dass sich die Planeten auch ohne das Eingreifen von Engeln bewegen können. Georg von Peuerbach (1423-1461) und Regiomontanus (1436-1476) trugen dazu bei, dass astronomische Fortschritte für Kopernikus' Entwicklung des heliozentrischen Modells Jahrzehnte später von entscheidender Bedeutung waren. ⓘ

Die Astronomie blühte in der islamischen Welt und in anderen Teilen der Welt auf. Dies führte im frühen 9. Jahrhundert zur Entstehung der ersten astronomischen Observatorien in der muslimischen Welt. Im Jahr 964 wurde die Andromeda-Galaxie, die größte Galaxie der Lokalen Gruppe, von dem persisch-muslimischen Astronomen Abd al-Rahman al-Sufi in seinem Buch der Fixsterne beschrieben. Die Supernova SN 1006, das hellste scheinbare Sternereignis der Geschichte, wurde von dem ägyptisch-arabischen Astronomen Ali ibn Ridwan und chinesischen Astronomen im Jahr 1006 beobachtet. Zu den prominenten islamischen (meist persischen und arabischen) Astronomen, die bedeutende Beiträge zur Wissenschaft leisteten, gehören Al-Battani, Thebit, Abd al-Rahman al-Sufi, Biruni, Abū Ishāq Ibrāhīm al-Zarqālī, Al-Birjandi und die Astronomen der Sternwarten von Maragheh und Samarkand. Die Astronomen dieser Zeit führten viele arabische Namen ein, die heute für einzelne Sterne verwendet werden. ⓘ

Es wird auch angenommen, dass die Ruinen von Great Zimbabwe und Timbuktu astronomische Observatorien beherbergt haben könnten. Im postklassischen Westafrika untersuchten die Astronomen die Bewegung der Sterne und ihre Beziehung zu den Jahreszeiten und fertigten auf der Grundlage komplexer mathematischer Berechnungen Himmelskarten sowie präzise Diagramme der Umlaufbahnen der anderen Planeten an. Der Songhai-Historiker Mahmud Kati dokumentierte einen Meteoritenschauer im August 1583. Die Europäer hatten bisher geglaubt, dass es im vorkolonialen Mittelalter in Afrika südlich der Sahara keine astronomischen Beobachtungen gegeben hatte, doch moderne Entdeckungen beweisen das Gegenteil. ⓘ

Mehr als sechs Jahrhunderte lang (von der Wiederbelebung der antiken Gelehrsamkeit im späten Mittelalter bis zur Aufklärung) förderte die römisch-katholische Kirche das Studium der Astronomie finanziell und sozial mehr als wahrscheinlich alle anderen Institutionen. Eines der Motive der Kirche war es, das Datum für Ostern zu bestimmen. ⓘ

Wissenschaftliche Revolution

Galileis Skizzen und Beobachtungen des Mondes zeigten, dass die Oberfläche gebirgig war. ⓘ

Eine astronomische Karte aus einem frühen wissenschaftlichen Manuskript, ca. 1000 ⓘ

Während der Renaissance schlug Nikolaus Kopernikus ein heliozentrisches Modell des Sonnensystems vor. Seine Arbeit wurde von Galileo Galilei verteidigt und von Johannes Kepler weiterentwickelt. Kepler war der erste, der ein System entwarf, das die Einzelheiten der Bewegung der Planeten um die Sonne korrekt beschrieb. Allerdings gelang es Kepler nicht, eine Theorie hinter den von ihm niedergeschriebenen Gesetzen zu formulieren. Es war Isaac Newton, der mit seiner Erfindung der Himmelsdynamik und seinem Gravitationsgesetz die Bewegungen der Planeten endgültig erklärte. Newton entwickelte auch das Spiegelteleskop. ⓘ

Die Verbesserung von Größe und Qualität des Teleskops führte zu weiteren Entdeckungen. Der englische Astronom John Flamsteed katalogisierte über 3000 Sterne. Noch umfangreichere Sternkataloge wurden von Nicolas Louis de Lacaille erstellt. Der Astronom William Herschel erstellte einen detaillierten Katalog von Nebeln und Sternhaufen und entdeckte 1781 den Planeten Uranus, den ersten neu entdeckten Planeten. ⓘ

Im 18. und 19. Jahrhundert führte die Untersuchung des Dreikörperproblems durch Leonhard Euler, Alexis Claude Clairaut und Jean le Rond d'Alembert zu genaueren Vorhersagen über die Bewegungen von Mond und Planeten. Diese Arbeit wurde von Joseph-Louis Lagrange und Pierre Simon Laplace weiter verfeinert, so dass die Massen der Planeten und Monde anhand ihrer Störungen geschätzt werden konnten. ⓘ

Bedeutende Fortschritte in der Astronomie ergaben sich durch die Einführung neuer Technologien, darunter das Spektroskop und die Fotografie. Joseph von Fraunhofer entdeckte 1814-15 etwa 600 Banden im Spektrum der Sonne, die 1859 von Gustav Kirchhoff auf das Vorhandensein verschiedener Elemente zurückgeführt wurden. Es wurde nachgewiesen, dass Sterne der Sonne der Erde ähnlich sind, allerdings mit einer großen Bandbreite an Temperaturen, Massen und Größen. ⓘ

Die Existenz der Milchstraße, der Galaxie der Erde, als eigene Gruppe von Sternen wurde erst im 20. Der beobachtete Rückzug dieser Galaxien führte zur Entdeckung der Expansion des Universums. Die theoretische Astronomie führte zu Spekulationen über die Existenz von Objekten wie schwarzen Löchern und Neutronensternen, die zur Erklärung beobachteter Phänomene wie Quasare, Pulsare, Blazare und Radiogalaxien herangezogen wurden. Die physikalische Kosmologie hat im 20. Jahrhundert große Fortschritte gemacht. In den frühen 1900er Jahren wurde das Modell der Urknalltheorie formuliert, das durch die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, das Hubble-Gesetz und die kosmologischen Elementhäufigkeiten eindeutig belegt ist. Weltraumteleskope haben Messungen in Teilen des elektromagnetischen Spektrums ermöglicht, die normalerweise durch die Atmosphäre blockiert oder unscharf sind. Im Februar 2016 wurde bekannt, dass das LIGO-Projekt im vergangenen September Anzeichen für Gravitationswellen entdeckt hatte. ⓘ

Beobachtungsastronomie

Die Hauptquelle für Informationen über Himmelskörper und andere Objekte ist das sichtbare Licht oder allgemeiner die elektromagnetische Strahlung. Die beobachtende Astronomie kann nach dem entsprechenden Bereich des elektromagnetischen Spektrums, in dem die Beobachtungen gemacht werden, kategorisiert werden. Einige Teile des Spektrums können von der Erdoberfläche aus beobachtet werden, während andere Teile nur aus großen Höhen oder außerhalb der Erdatmosphäre beobachtet werden können. Im Folgenden finden Sie spezifische Informationen zu diesen Teilgebieten. ⓘ

Radioastronomie

Das Very Large Array in New Mexico, ein Beispiel für ein Radioteleskop ⓘ

Die Radioastronomie nutzt Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als einem Millimeter, also außerhalb des sichtbaren Bereichs. Die Radioastronomie unterscheidet sich von den meisten anderen Formen der beobachtenden Astronomie dadurch, dass die beobachteten Radiowellen als Wellen und nicht als diskrete Photonen behandelt werden können. Daher ist es relativ einfach, sowohl die Amplitude als auch die Phase von Radiowellen zu messen, während dies bei kürzeren Wellenlängen nicht so einfach möglich ist. ⓘ

Auch wenn einige Radiowellen direkt von astronomischen Objekten ausgesendet werden, was ein Produkt der thermischen Emission ist, ist der größte Teil der beobachteten Radioemission das Ergebnis von Synchrotronstrahlung, die entsteht, wenn Elektronen Magnetfelder umkreisen. Darüber hinaus sind eine Reihe von Spektrallinien, die von interstellarem Gas erzeugt werden, insbesondere die Wasserstoffspektrallinie bei 21 cm, bei Radiowellenlängen zu beobachten. ⓘ

Eine Vielzahl anderer Objekte kann bei Radiowellenlängen beobachtet werden, darunter Supernovae, interstellares Gas, Pulsare und aktive galaktische Kerne. ⓘ

Infrarotastronomie

Das ALMA-Observatorium ist eines der höchstgelegenen Observatorien der Erde. Atacama, Chile. ⓘ

Die Infrarotastronomie beruht auf der Erkennung und Analyse von Infrarotstrahlung, also von Wellenlängen, die länger als das rote Licht sind und außerhalb unseres Sehbereichs liegen. Das Infrarotspektrum ist nützlich für die Untersuchung von Objekten, die zu kalt sind, um sichtbares Licht auszustrahlen, wie Planeten, zirkumstellare Scheiben oder Nebel, deren Licht durch Staub blockiert wird. Die längeren Wellenlängen des Infrarotspektrums können Staubwolken durchdringen, die das sichtbare Licht blockieren, und ermöglichen so die Beobachtung junger Sterne in Molekülwolken und in den Kernen von Galaxien. Die Beobachtungen des Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) waren besonders effektiv bei der Entdeckung zahlreicher galaktischer Protosterne und ihrer Wirtssternhaufen. Mit Ausnahme der infraroten Wellenlängen, die nahe am sichtbaren Licht liegen, wird diese Strahlung von der Atmosphäre stark absorbiert oder maskiert, da die Atmosphäre selbst erhebliche Infrarotstrahlung erzeugt. Daher müssen Infrarot-Observatorien an hoch gelegenen, trockenen Orten auf der Erde oder im Weltraum eingerichtet werden. Einige Moleküle strahlen stark im Infraroten ab. Dies ermöglicht die Erforschung der Chemie des Weltraums; insbesondere kann damit Wasser in Kometen nachgewiesen werden. ⓘ

Optische Astronomie

Das Subaru-Teleskop (links) und das Keck-Observatorium (Mitte) auf dem Mauna Kea, beides Beispiele für Observatorien, die im nahen Infrarot und im sichtbaren Bereich arbeiten. Das NASA Infrared Telescope Facility (rechts) ist ein Beispiel für ein Teleskop, das nur im nahen Infrarot arbeitet. ⓘ

Historisch gesehen ist die optische Astronomie, auch Astronomie des sichtbaren Lichts genannt, die älteste Form der Astronomie. Die Bilder der Beobachtungen wurden ursprünglich von Hand gezeichnet. Im späten 19. Jahrhundert und während des größten Teils des 20. Jahrhunderts wurden Bilder mit Hilfe von Fotogeräten erstellt. Moderne Bilder werden mit digitalen Detektoren, insbesondere mit ladungsgekoppelten Bauelementen (CCDs), aufgenommen und auf modernen Datenträgern gespeichert. Obwohl sich das sichtbare Licht selbst von etwa 4000 Å bis 7000 Å (400 nm bis 700 nm) erstreckt, kann dieselbe Ausrüstung auch zur Beobachtung von Strahlung im nahen Ultraviolett und nahen Infrarot verwendet werden. ⓘ

Ultraviolettastronomie

In der Ultraviolettastronomie werden ultraviolette Wellenlängen zwischen etwa 100 und 3200 Å (10 bis 320 nm) verwendet. Licht bei diesen Wellenlängen wird von der Erdatmosphäre absorbiert, so dass Beobachtungen bei diesen Wellenlängen von der oberen Atmosphäre oder vom Weltraum aus durchgeführt werden müssen. Die Ultraviolettastronomie eignet sich am besten für die Untersuchung der Wärmestrahlung und der spektralen Emissionslinien von heißen blauen Sternen (OB-Sternen), die in diesem Wellenbereich sehr hell sind. Dazu gehören auch die blauen Sterne in anderen Galaxien, die das Ziel mehrerer Ultraviolett-Durchmusterungen waren. Andere Objekte, die häufig im ultravioletten Licht beobachtet werden, sind planetarische Nebel, Supernova-Überreste und aktive galaktische Kerne. Da ultraviolettes Licht jedoch leicht von interstellarem Staub absorbiert wird, ist eine Anpassung der Ultraviolettmessungen erforderlich. ⓘ

Röntgenastronomie

Röntgenstrahl eines supermassiven schwarzen Lochs, der vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA entdeckt wurde und durch Licht aus dem frühen Universum sichtbar gemacht wurde ⓘ

Die Röntgenastronomie nutzt die Wellenlängen von Röntgenstrahlen. Typischerweise wird Röntgenstrahlung durch Synchrotronemission (das Ergebnis von Elektronen, die um Magnetfeldlinien kreisen), thermische Emission von dünnen Gasen über 10⁷ (10 Millionen) Kelvin und thermische Emission von dicken Gasen über 10⁷ Kelvin erzeugt. Da Röntgenstrahlung von der Erdatmosphäre absorbiert wird, müssen alle Röntgenbeobachtungen von Höhenballons, Raketen oder Röntgenastronomiesatelliten aus durchgeführt werden. Bemerkenswerte Röntgenquellen sind Röntgendoppelsterne, Pulsare, Supernovaüberreste, elliptische Galaxien, Galaxienhaufen und aktive galaktische Kerne. ⓘ

Gammastrahlenastronomie

In der Gammastrahlenastronomie werden astronomische Objekte bei den kürzesten Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums beobachtet. Gammastrahlen können direkt von Satelliten wie dem Compton-Gammastrahlen-Observatorium oder von speziellen Teleskopen, den atmosphärischen Cherenkov-Teleskopen, beobachtet werden. Die Cherenkov-Teleskope spüren die Gammastrahlen nicht direkt auf, sondern erkennen stattdessen die Blitze des sichtbaren Lichts, die entstehen, wenn Gammastrahlen von der Erdatmosphäre absorbiert werden. ⓘ

Bei den meisten Gammastrahlenquellen handelt es sich um Gammastrahlenausbrüche, d. h. Objekte, die nur wenige Millisekunden bis zu Tausenden von Sekunden Gammastrahlung erzeugen, bevor sie wieder verschwinden. Nur 10 % der Gammastrahlenquellen sind nicht transiente Quellen. Zu diesen beständigen Gammastrahlenquellen gehören Pulsare, Neutronensterne und Kandidaten für Schwarze Löcher wie aktive galaktische Kerne. ⓘ

Felder, die nicht auf dem elektromagnetischen Spektrum basieren

Neben der elektromagnetischen Strahlung können von der Erde aus auch einige andere Ereignisse beobachtet werden, die aus großer Entfernung stammen. ⓘ

In der Neutrinoastronomie nutzen Astronomen stark abgeschirmte unterirdische Anlagen wie SAGE, GALLEX und Kamioka II/III für den Nachweis von Neutrinos. Die überwiegende Mehrheit der Neutrinos, die die Erde durchströmen, stammt von der Sonne, aber es wurden auch 24 Neutrinos von der Supernova 1987A entdeckt. Die kosmische Strahlung, die aus sehr energiereichen Teilchen (Atomkerne) besteht, die zerfallen oder absorbiert werden können, wenn sie in die Erdatmosphäre eintreten, führt zu einer Kaskade von Sekundärteilchen, die von den derzeitigen Observatorien nachgewiesen werden können. Einige künftige Neutrinodetektoren könnten auch für die Teilchen empfindlich sein, die beim Auftreffen kosmischer Strahlen auf die Erdatmosphäre entstehen. ⓘ

Die Gravitationswellenastronomie ist ein aufstrebender Bereich der Astronomie, in dem Gravitationswellendetektoren eingesetzt werden, um Beobachtungsdaten über weit entfernte massive Objekte zu sammeln. Es wurden bereits einige Observatorien gebaut, wie z. B. das Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO). LIGO entdeckte erstmals am 14. September 2015 Gravitationswellen, die von einem binären schwarzen Loch ausgingen. Eine zweite Gravitationswelle wurde am 26. Dezember 2015 entdeckt, und weitere Beobachtungen sollten folgen, aber Gravitationswellen erfordern extrem empfindliche Instrumente. ⓘ

Die Kombination von Beobachtungen mit elektromagnetischer Strahlung, Neutrinos oder Gravitationswellen und anderen ergänzenden Informationen wird als Multi-Messenger-Astronomie bezeichnet. ⓘ

Astrometrie und Himmelsmechanik

Sternhaufen Pismis 24 mit einem Nebel ⓘ

Eines der ältesten Gebiete der Astronomie und der gesamten Wissenschaft ist die Messung der Positionen von Himmelsobjekten. Historisch gesehen war die genaue Kenntnis der Positionen von Sonne, Mond, Planeten und Sternen für die Himmelsnavigation (die Verwendung von Himmelsobjekten als Orientierungshilfe für die Navigation) und die Erstellung von Kalendern unerlässlich. ⓘ

Die sorgfältige Messung der Positionen der Planeten hat zu einem soliden Verständnis der Gravitationsstörungen geführt und ermöglicht es, vergangene und künftige Positionen der Planeten mit großer Genauigkeit zu bestimmen - ein Bereich, der als Himmelsmechanik bekannt ist. In jüngerer Zeit wird die Verfolgung erdnaher Objekte Vorhersagen über nahe Begegnungen oder mögliche Kollisionen der Erde mit diesen Objekten ermöglichen. ⓘ

Die Messung der Sternparallaxe von nahen Sternen liefert eine grundlegende Basis für die kosmische Entfernungsskala, die zur Messung der Größe des Universums verwendet wird. Parallaxenmessungen von nahen Sternen liefern eine absolute Basis für die Eigenschaften von weiter entfernten Sternen, da ihre Eigenschaften verglichen werden können. Messungen der Radialgeschwindigkeit und der Eigenbewegung von Sternen ermöglichen es den Astronomen, die Bewegung dieser Systeme durch die Milchstraßengalaxie zu verfolgen. Die astrometrischen Ergebnisse bilden die Grundlage für die Berechnung der Verteilung der vermuteten dunklen Materie in der Galaxie. ⓘ

In den 1990er Jahren wurde die Messung des Sternwackelns von nahen Sternen genutzt, um große extrasolare Planeten zu entdecken, die diese Sterne umkreisen. ⓘ

Theoretische Astronomie

Theoretische Astronomen verwenden verschiedene Instrumente, darunter analytische Modelle und numerische Computersimulationen, die jeweils ihre eigenen Vorteile haben. Analytische Modelle eines Prozesses sind besser geeignet, um einen breiteren Einblick in den Kern des Geschehens zu geben. Numerische Modelle enthüllen die Existenz von Phänomenen und Effekten, die sonst unbeobachtet bleiben. ⓘ

Theoretiker in der Astronomie bemühen sich, theoretische Modelle zu erstellen und aus den Ergebnissen Vorhersagen über die beobachteten Folgen dieser Modelle zu treffen. Die Beobachtung eines von einem Modell vorhergesagten Phänomens ermöglicht es den Astronomen, zwischen mehreren alternativen oder widersprüchlichen Modellen dasjenige auszuwählen, das die Phänomene am besten beschreiben kann. ⓘ

Theoretiker versuchen auch, Modelle zu erstellen oder zu ändern, um neue Daten zu berücksichtigen. Im Falle einer Unstimmigkeit zwischen den Daten und den Modellergebnissen besteht die allgemeine Tendenz darin, zu versuchen, minimale Änderungen am Modell vorzunehmen, damit es Ergebnisse liefert, die den Daten entsprechen. In einigen Fällen kann eine große Menge widersprüchlicher Daten im Laufe der Zeit dazu führen, dass ein Modell ganz aufgegeben wird. ⓘ

Zu den Phänomenen, die von theoretischen Astronomen modelliert werden, gehören: Sterndynamik und -entwicklung; Galaxienbildung; großräumige Verteilung der Materie im Universum; Ursprung der kosmischen Strahlung; allgemeine Relativitätstheorie und physikalische Kosmologie, einschließlich String-Kosmologie und Astroteilchenphysik. Die astrophysikalische Relativitätstheorie dient als Instrument zur Messung der Eigenschaften großräumiger Strukturen, bei denen die Gravitation eine wichtige Rolle bei den untersuchten physikalischen Phänomenen spielt, sowie als Grundlage für die (Astro-)Physik schwarzer Löcher und die Untersuchung von Gravitationswellen. ⓘ

Einige weithin akzeptierte und untersuchte Theorien und Modelle in der Astronomie, die jetzt in das Lambda-CDM-Modell einbezogen sind, sind der Urknall, die dunkle Materie und die grundlegenden Theorien der Physik. ⓘ

Ein paar Beispiele für diesen Prozess:

Physikalischer Prozess	Experimentelles Werkzeug	Theoretisches Modell	Erklärt/Vorhersagen ⓘ
Gravitation	Radioteleskope	Selbstgravitierendes System	Entstehen eines Sternsystems
Kernfusion	Spektroskopie	Stellare Entwicklung	Wie die Sterne leuchten und wie Metalle entstehen
Der Urknall	Hubble-Weltraumteleskop, COBE	Das sich ausdehnende Universum	Das Alter des Universums
Quantenfluktuationen		Kosmische Inflation	Problem der Flachheit
Gravitationskollaps	Röntgenastronomie	Allgemeine Relativitätstheorie	Schwarze Löcher im Zentrum der Andromeda-Galaxie
CNO-Zyklus in Sternen			Die wichtigste Energiequelle für massereiche Sterne.

Zusammen mit der kosmischen Inflation sind die dunkle Materie und die dunkle Energie die derzeit wichtigsten Themen in der Astronomie, da ihre Entdeckung und Kontroverse ihren Ursprung in der Erforschung der Galaxien haben. ⓘ

Spezifische Teilbereiche

Astrophysik

Die Astrophysik wendet Physik und Chemie an, um die von der Astronomie durchgeführten Messungen zu verstehen. Darstellung des beobachtbaren Universums, einschließlich der Bilder von Hubble und anderen Teleskopen. ⓘ

Die Astrophysik ist der Zweig der Astronomie, der die Grundsätze der Physik und Chemie anwendet, "um die Beschaffenheit der astronomischen Objekte und nicht nur ihre Positionen oder Bewegungen im Raum zu bestimmen". Zu den untersuchten Objekten gehören die Sonne, andere Sterne, Galaxien, extrasolare Planeten, das interstellare Medium und der kosmische Mikrowellenhintergrund. Ihre Emissionen werden in allen Teilen des elektromagnetischen Spektrums untersucht, und zu den untersuchten Eigenschaften gehören Leuchtkraft, Dichte, Temperatur und chemische Zusammensetzung. Da die Astrophysik ein sehr breit gefächertes Thema ist, wenden Astrophysiker in der Regel viele Disziplinen der Physik an, darunter Mechanik, Elektromagnetismus, statistische Mechanik, Thermodynamik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Kern- und Teilchenphysik sowie Atom- und Molekularphysik. ⓘ

In der Praxis umfasst die moderne astronomische Forschung oft einen beträchtlichen Teil der Arbeit in den Bereichen der theoretischen und beobachtenden Physik. Astrophysiker untersuchen unter anderem die Eigenschaften von dunkler Materie, dunkler Energie und schwarzen Löchern, die Frage, ob Zeitreisen möglich sind, ob sich Wurmlöcher bilden können oder ob es ein Multiversum gibt, sowie den Ursprung und das endgültige Schicksal des Universums. Zu den von theoretischen Astrophysikern untersuchten Themen gehören auch die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems, die Dynamik und Entwicklung von Sternen, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien, die Magnetohydrodynamik, die großräumige Struktur der Materie im Universum, der Ursprung der kosmischen Strahlung, die allgemeine Relativitätstheorie und die physikalische Kosmologie, einschließlich der String-Kosmologie und der Astroteilchenphysik. ⓘ

Astrochemie

Astrochemie ist die Untersuchung der Häufigkeit und der Reaktionen von Molekülen im Universum und ihrer Wechselwirkung mit der Strahlung. Die Disziplin ist eine Überschneidung von Astronomie und Chemie. Der Begriff "Astrochemie" kann sowohl auf das Sonnensystem als auch auf das interstellare Medium angewendet werden. Die Untersuchung der Häufigkeit von Elementen und Isotopenverhältnissen in Objekten des Sonnensystems, wie z. B. Meteoriten, wird auch als Kosmochemie bezeichnet, während die Untersuchung interstellarer Atome und Moleküle und deren Wechselwirkung mit der Strahlung manchmal als molekulare Astrophysik bezeichnet wird. Die Entstehung, die atomare und chemische Zusammensetzung, die Entwicklung und das Schicksal von molekularen Gaswolken sind von besonderem Interesse, da sich aus diesen Wolken die Sonnensysteme bilden. ⓘ

Studien auf diesem Gebiet tragen zum Verständnis der Entstehung des Sonnensystems, des Ursprungs und der Geologie der Erde, der Abiogenese und des Ursprungs von Klima und Ozeanen bei. ⓘ

Astrobiologie

Die Astrobiologie ist ein interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet, das sich mit den Ursprüngen, der frühen Entwicklung, der Verbreitung und der Zukunft des Lebens im Universum beschäftigt. Die Astrobiologie befasst sich mit der Frage, ob außerirdisches Leben existiert und wie der Mensch es gegebenenfalls aufspüren kann. Der Begriff Exobiologie ist ähnlich. ⓘ

Die Astrobiologie bedient sich der Molekularbiologie, der Biophysik, der Biochemie, der Chemie, der Astronomie, der physikalischen Kosmologie, der Exoplanetologie und der Geologie, um die Möglichkeit von Leben auf anderen Welten zu untersuchen und dabei zu helfen, Biosphären zu erkennen, die sich von denen auf der Erde unterscheiden könnten. Die Entstehung und frühe Entwicklung des Lebens ist ein untrennbarer Bestandteil der Astrobiologie. Die Astrobiologie befasst sich mit der Interpretation vorhandener wissenschaftlicher Daten, und obwohl Spekulationen in den Raum gestellt werden, um einen Kontext zu schaffen, befasst sich die Astrobiologie in erster Linie mit Hypothesen, die sich in bestehende wissenschaftliche Theorien einfügen. ⓘ

Dieses interdisziplinäre Gebiet umfasst Forschungen zur Entstehung von Planetensystemen, zur Entstehung organischer Verbindungen im Weltraum, zu den Wechselwirkungen zwischen Gestein, Wasser und Kohlenstoff, zur Abiogenese auf der Erde, zur Bewohnbarkeit von Planeten, zur Erforschung von Biosignaturen für den Nachweis von Leben und zu Studien über das Potenzial des Lebens, sich an die Herausforderungen auf der Erde und im Weltraum anzupassen. ⓘ

Physikalische Kosmologie

Die Kosmologie (von griechisch κόσμος (kosmos) "Welt, Universum" und λόγος (logos) "Wort, Studium" oder wörtlich "Logik") könnte als das Studium des Universums als Ganzes betrachtet werden. ⓘ

Hubble Extreme Deep Field ⓘ

Die Beobachtung der großräumigen Struktur des Universums, ein als physikalische Kosmologie bekannter Zweig, hat ein tiefes Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Kosmos ermöglicht. Grundlegend für die moderne Kosmologie ist die allgemein anerkannte Theorie des Urknalls, nach der unser Universum zu einem einzigen Zeitpunkt begann und sich dann im Laufe von 13,8 Milliarden Jahren bis zu seinem heutigen Zustand ausdehnte. Das Konzept des Urknalls lässt sich bis zur Entdeckung der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Jahr 1965 zurückverfolgen. ⓘ

Im Laufe dieser Expansion durchlief das Universum mehrere Entwicklungsstadien. In den allerersten Momenten, so die Theorie, erlebte das Universum eine sehr schnelle kosmische Inflation, die die Ausgangsbedingungen homogenisierte. Danach hat die Nukleosynthese den Elementarreichtum des frühen Universums hervorgebracht. (Siehe auch Nukleokosmochronologie.) ⓘ

Als sich die ersten neutralen Atome aus einem Meer von Ur-Ionen bildeten, wurde der Raum für Strahlung durchlässig und setzte die Energie frei, die heute als Mikrowellen-Hintergrundstrahlung angesehen wird. Das sich ausdehnende Universum erlebte dann ein dunkles Zeitalter, da es keine stellaren Energiequellen gab. ⓘ

Aus winzigen Schwankungen in der Massendichte des Raums begann sich eine hierarchische Struktur der Materie zu bilden. Die Materie sammelte sich in den dichtesten Regionen an und bildete Gaswolken und die ersten Sterne, die Sterne der Population III. Diese massereichen Sterne lösten den Reionisierungsprozess aus, und es wird angenommen, dass sie viele der schweren Elemente im frühen Universum hervorbrachten, die durch Kernzerfall leichtere Elemente erzeugten, wodurch der Zyklus der Nukleosynthese länger fortgesetzt werden konnte. ⓘ

Gravitationsbedingte Ansammlungen ballten sich zu Filamenten zusammen und ließen in den Lücken Leerräume zurück. Nach und nach verschmolzen Organisationen aus Gas und Staub zu den ersten primitiven Galaxien. Im Laufe der Zeit zogen diese immer mehr Materie an und organisierten sich oft in Galaxiengruppen und -haufen und später in größeren Superhaufen. ⓘ

Verschiedene Bereiche der Physik sind für die Erforschung des Universums von entscheidender Bedeutung. Interdisziplinäre Studien umfassen die Bereiche Quantenmechanik, Teilchenphysik, Plasmaphysik, Physik der kondensierten Materie, statistische Mechanik, Optik und Kernphysik. ⓘ

Grundlegend für die Struktur des Universums ist die Existenz von dunkler Materie und dunkler Energie. Man geht heute davon aus, dass diese beiden Komponenten das Universum dominieren und 96 % der Masse des Universums ausmachen. Aus diesem Grund werden große Anstrengungen unternommen, um die Physik dieser Komponenten zu verstehen. ⓘ

Extragalaktische Astronomie

Dieses Bild zeigt mehrere blaue, schleifenförmige Objekte, bei denen es sich um Mehrfachbilder derselben Galaxie handelt, die durch den Gravitationslinseneffekt des gelben Galaxienhaufens in der Mitte des Bildes dupliziert werden. Die Linse wird durch das Gravitationsfeld des Galaxienhaufens erzeugt, das das Licht krümmt und das Bild eines weiter entfernten Objekts vergrößert und verzerrt. ⓘ

Das Studium von Objekten außerhalb unserer Galaxie ist ein Zweig der Astronomie, der sich mit der Entstehung und Entwicklung von Galaxien, ihrer Morphologie (Beschreibung) und Klassifizierung, der Beobachtung aktiver Galaxien und in größerem Maßstab mit Galaxiengruppen und -haufen befasst. Letzteres ist wichtig für das Verständnis der großräumigen Struktur des Kosmos. ⓘ

Die meisten Galaxien sind in verschiedene Formen gegliedert, die eine Klassifizierung ermöglichen. Sie werden üblicherweise in Spiralgalaxien, elliptische und unregelmäßige Galaxien unterteilt. ⓘ

Wie der Name schon sagt, hat eine elliptische Galaxie die Querschnittsform einer Ellipse. Die Sterne bewegen sich auf zufälligen Bahnen ohne bevorzugte Richtung. Diese Galaxien enthalten wenig oder keinen interstellaren Staub, wenige Sternentstehungsgebiete und ältere Sterne. Elliptische Galaxien sind häufiger im Kern von Galaxienhaufen zu finden und können durch die Verschmelzung großer Galaxien entstanden sein. ⓘ

Eine Spiralgalaxie besteht aus einer flachen, rotierenden Scheibe, die in der Regel einen auffälligen Wulst oder Balken im Zentrum und helle Arme aufweist, die sich spiralförmig nach außen bewegen. Die Arme sind staubige Sternentstehungsgebiete, in denen massereiche junge Sterne eine blaue Färbung erzeugen. Spiralgalaxien sind in der Regel von einem Halo aus älteren Sternen umgeben. Sowohl die Milchstraße als auch eine unserer nächsten Nachbargalaxien, die Andromeda-Galaxie, sind Spiralgalaxien. ⓘ

Irreguläre Galaxien haben ein chaotisches Aussehen und sind weder spiralförmig noch elliptisch. Etwa ein Viertel aller Galaxien sind irregulär, und die eigentümlichen Formen solcher Galaxien sind möglicherweise das Ergebnis gravitativer Wechselwirkungen. ⓘ

Eine aktive Galaxie ist ein Gebilde, das einen erheblichen Teil seiner Energie aus einer anderen Quelle als seinen Sternen, Staub und Gas abgibt. Sie wird von einer kompakten Region im Kern angetrieben, bei der es sich vermutlich um ein supermassereiches Schwarzes Loch handelt, das Strahlung aus herabfallendem Material aussendet. ⓘ

Eine Radiogalaxie ist eine aktive Galaxie, die im Radioteil des Spektrums sehr hell leuchtet und riesige Gasfahnen oder -keulen ausstrahlt. Zu den aktiven Galaxien, die hochenergetische Strahlung mit kürzerer Frequenz aussenden, gehören Seyfert-Galaxien, Quasare und Blazare. Man geht davon aus, dass Quasare die am stärksten leuchtenden Objekte im bekannten Universum sind. ⓘ

Die großräumige Struktur des Kosmos wird durch Gruppen und Haufen von Galaxien dargestellt. Diese Struktur ist in einer Hierarchie von Gruppierungen organisiert, von denen die größten die Superhaufen sind. Die kollektive Materie ist in Filamente und Wände gegliedert, zwischen denen große Leerräume liegen. ⓘ

Galaktische Astronomie

Beobachtete Struktur der Spiralarme der Milchstraße ⓘ

Das Sonnensystem umkreist die Milchstraße, eine Balkenspiralgalaxie, die ein prominentes Mitglied der Lokalen Gruppe von Galaxien ist. Sie ist eine rotierende Masse aus Gas, Staub, Sternen und anderen Objekten, die durch gegenseitige Anziehungskraft zusammengehalten wird. Da sich die Erde in den staubigen Außenarmen befindet, sind große Teile der Milchstraße dem Blick entzogen. ⓘ

Im Zentrum der Milchstraße befindet sich der Kern, eine balkenförmige Ausbuchtung, in deren Zentrum sich vermutlich ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet. Dieser ist von vier Primärarmen umgeben, die sich spiralförmig vom Kern ausbreiten. Dies ist eine Region mit aktiver Sternentstehung, die viele jüngere Sterne der Population I enthält. Die Scheibe ist von einem kugelförmigen Halo aus älteren Sternen der Population II sowie von relativ dichten Ansammlungen von Sternen, den so genannten Kugelsternhaufen, umgeben. ⓘ

Zwischen den Sternen liegt das interstellare Medium, eine Region mit spärlicher Materie. In den dichtesten Regionen bilden molekulare Wolken aus molekularem Wasserstoff und anderen Elementen Sternentstehungsgebiete. Diese beginnen als kompakter prästellarer Kern oder Dunkelnebel, der sich konzentriert und kollabiert (in Volumina, die durch die Jeanslänge bestimmt werden), um kompakte Protosterne zu bilden. ⓘ

Wenn die massereicheren Sterne erscheinen, verwandeln sie die Wolke in eine H II-Region (ionisierter atomarer Wasserstoff) aus glühendem Gas und Plasma. Der stellare Wind und die Supernovaexplosionen dieser Sterne führen schließlich dazu, dass sich die Wolke auflöst und oft einen oder mehrere junge offene Sternhaufen zurücklässt. Diese Haufen lösen sich allmählich auf, und die Sterne schließen sich der Bevölkerung der Milchstraße an. ⓘ

Kinematische Untersuchungen der Materie in der Milchstraße und anderen Galaxien haben gezeigt, dass es mehr Masse gibt, als der sichtbaren Materie zugerechnet werden kann. Ein Halo aus dunkler Materie scheint die Masse zu dominieren, obwohl die Natur dieser dunklen Materie noch nicht geklärt ist. ⓘ

Stellarastronomie

Mz 3, oft als Planetarischer Ameisennebel bezeichnet. Das vom sterbenden Zentralstern ausgestoßene Gas zeigt symmetrische Muster, die sich von den chaotischen Mustern gewöhnlicher Explosionen unterscheiden. ⓘ

Das Studium der Sterne und der Sternentwicklung ist für unser Verständnis des Universums von grundlegender Bedeutung. Die Astrophysik der Sterne wurde durch Beobachtung und theoretisches Verständnis sowie durch Computersimulationen des Sterninneren bestimmt. Die Sternentstehung findet in dichten Regionen aus Staub und Gas statt, die als riesige Molekülwolken bekannt sind. Wenn sie destabilisiert sind, können Wolkenfragmente unter dem Einfluss der Schwerkraft kollabieren und einen Protostern bilden. Ein ausreichend dichter und heißer Kernbereich löst die Kernfusion aus, wodurch ein Hauptreihenstern entsteht. ⓘ

Nahezu alle Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium, sind in den Kernen von Sternen entstanden. ⓘ

Die Eigenschaften des entstehenden Sterns hängen in erster Linie von seiner Ausgangsmasse ab. Je massereicher der Stern ist, desto heller leuchtet er und desto schneller verschmilzt sein Wasserstoffbrennstoff in seinem Kern zu Helium. Mit der Zeit wird dieser Wasserstoff vollständig in Helium umgewandelt, und der Stern beginnt sich zu entwickeln. Für die Fusion von Helium ist eine höhere Kerntemperatur erforderlich. Ein Stern mit einer ausreichend hohen Kerntemperatur drückt seine äußeren Schichten nach außen und erhöht gleichzeitig seine Kerndichte. Der aus den expandierenden äußeren Schichten entstehende Rote Riese hat eine kurze Lebensdauer, bevor der Heliumbrennstoff im Kern verbraucht wird. Sehr massereiche Sterne können auch eine Reihe von Evolutionsphasen durchlaufen, in denen sie immer schwerere Elemente fusionieren. ⓘ

Das endgültige Schicksal des Sterns hängt von seiner Masse ab: Sterne mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonne werden zu Supernovae mit Kernkollaps, während kleinere Sterne ihre äußeren Schichten absprengen und den trägen Kern in Form eines Weißen Zwerges zurücklassen. Der Auswurf der äußeren Schichten bildet einen planetarischen Nebel. Der Überrest einer Supernova ist ein dichter Neutronenstern oder, wenn die Masse des Sterns mindestens dreimal so groß war wie die der Sonne, ein Schwarzes Loch. Eng umkreisende Doppelsterne können komplexere Entwicklungspfade durchlaufen, wie z. B. einen Massentransfer auf einen Weißen Zwerg, der möglicherweise eine Supernova auslösen kann. Planetarische Nebel und Supernovae verteilen die im Stern durch Fusion erzeugten "Metalle" an das interstellare Medium; ohne sie würden sich alle neuen Sterne (und ihre Planetensysteme) allein aus Wasserstoff und Helium bilden. ⓘ

Sonnenastronomie

Ein ultraviolettes Bild der aktiven Photosphäre der Sonne, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop TRACE. NASA-Foto ⓘ

Sonnenobservatorium Lomnický štít (Slowakei), gebaut 1962 ⓘ

Der am häufigsten untersuchte Stern in einer Entfernung von etwa acht Lichtminuten ist die Sonne, ein typischer Zwergstern der Hauptreihe mit der Sternklasse G2 V und einem Alter von etwa 4,6 Milliarden Jahren (Gyr). Die Sonne gilt nicht als veränderlicher Stern, unterliegt jedoch periodischen Aktivitätsschwankungen, die als Sonnenfleckenzyklus bekannt sind. Dabei handelt es sich um eine 11-jährige Oszillation der Sonnenfleckenzahl. Sonnenflecken sind Regionen mit unterdurchschnittlichen Temperaturen, die mit intensiver magnetischer Aktivität verbunden sind. ⓘ

Die Leuchtkraft der Sonne hat seit ihrer Entstehung als Hauptreihenstern stetig um 40 % zugenommen. Die Leuchtkraft der Sonne hat sich in regelmäßigen Abständen verändert, was erhebliche Auswirkungen auf die Erde haben kann. So wird beispielsweise das Maunder-Minimum für die Kleine Eiszeit im Mittelalter verantwortlich gemacht. ⓘ

Die sichtbare äußere Oberfläche der Sonne wird als Photosphäre bezeichnet. Oberhalb dieser Schicht befindet sich ein dünner Bereich, der als Chromosphäre bezeichnet wird. Diese ist von einem Übergangsbereich mit schnell ansteigenden Temperaturen und schließlich von der überhitzten Korona umgeben. ⓘ

Im Zentrum der Sonne befindet sich der Kernbereich, ein Volumen mit ausreichender Temperatur und ausreichendem Druck, in dem die Kernfusion stattfinden kann. Oberhalb des Kerns befindet sich die Strahlungszone, in der das Plasma den Energiestrom durch Strahlung weiterleitet. Darüber befindet sich die Konvektionszone, in der das Gasmaterial die Energie hauptsächlich durch physikalische Verschiebung des Gases, die so genannte Konvektion, transportiert. Es wird angenommen, dass die Bewegung der Masse innerhalb der Konvektionszone die magnetische Aktivität erzeugt, die Sonnenflecken entstehen lässt. ⓘ

Ein Sonnenwind aus Plasmateilchen strömt ständig von der Sonne nach außen, bis er an der äußersten Grenze des Sonnensystems die Heliopause erreicht. Wenn der Sonnenwind an der Erde vorbeizieht, interagiert er mit dem Magnetfeld der Erde (Magnetosphäre) und lenkt den Sonnenwind ab, fängt aber auch einen Teil davon ab, wodurch die Van-Allen-Strahlungsgürtel entstehen, die die Erde einhüllen. Die Polarlichter entstehen, wenn Sonnenwindteilchen von den magnetischen Flusslinien in die Polarregionen der Erde gelenkt werden, wo die Linien dann in die Atmosphäre abfallen. ⓘ

Planetenforschung

Der schwarze Fleck oben ist ein Staubteufel, der eine Kraterwand auf dem Mars erklimmt. Diese sich bewegende, wirbelnde Säule der Marsatmosphäre (vergleichbar mit einem irdischen Tornado) verursachte den langen, dunklen Streifen. ⓘ

Die Planetenforschung befasst sich mit der Gesamtheit der Planeten, Monde, Zwergplaneten, Kometen, Asteroiden und anderen Körper, die die Sonne umkreisen, sowie mit extrasolaren Planeten. Das Sonnensystem ist relativ gut erforscht, zunächst durch Teleskope und später durch Raumfahrzeuge. Dies hat zu einem guten Gesamtverständnis der Entstehung und Entwicklung des Planetensystems der Sonne geführt, obwohl immer noch viele neue Entdeckungen gemacht werden. ⓘ

Das Sonnensystem ist unterteilt in das innere Sonnensystem (unterteilt in die inneren Planeten und den Asteroidengürtel), das äußere Sonnensystem (unterteilt in die äußeren Planeten und Zentauren), Kometen, die transneptunische Region (unterteilt in den Kuipergürtel und die Streuscheibe) und die fernsten Regionen (z. B. die Grenzen der Heliosphäre und die Oortsche Wolke, die sich bis zu einem Lichtjahr erstrecken kann). Die inneren terrestrischen Planeten bestehen aus Merkur, Venus, Erde und Mars. Die äußeren Riesenplaneten sind die Gasriesen (Jupiter und Saturn) und die Eisriesen (Uranus und Neptun). ⓘ

Die Planeten bildeten sich vor 4,6 Milliarden Jahren in der protoplanetaren Scheibe, die die frühe Sonne umgab. Durch einen Prozess, der Gravitationsanziehung, Kollision und Akkretion umfasste, bildete die Scheibe Materieklumpen, die mit der Zeit zu Protoplaneten wurden. Der Strahlungsdruck des Sonnenwindes trieb dann den größten Teil der nicht entstandenen Materie aus, und nur die Planeten mit ausreichender Masse behielten ihre gasförmige Atmosphäre. Die Planeten stießen die verbleibende Materie während einer Periode intensiven Bombardements aus, wovon die vielen Einschlagskrater auf dem Mond zeugen. Während dieser Zeit könnten einige der Protoplaneten kollidiert sein, und bei einer solchen Kollision könnte der Mond entstanden sein. ⓘ

Sobald ein Planet eine ausreichende Masse erreicht hat, trennen sich während der planetarischen Differenzierung die Materialien unterschiedlicher Dichte in seinem Inneren. Bei diesem Prozess kann sich ein steiniger oder metallischer Kern bilden, der von einem Mantel und einer äußeren Kruste umgeben ist. Der Kern kann feste und flüssige Bereiche umfassen, und einige Planetenkerne erzeugen ein eigenes Magnetfeld, das ihre Atmosphären vor dem Abreißen durch den Sonnenwind schützen kann. ⓘ

Die Wärme im Inneren eines Planeten oder Mondes stammt von den Kollisionen, durch die der Körper entstanden ist, vom Zerfall radioaktiver Stoffe (z. B. Uran, Thorium und ²⁶Al) oder von der Gezeitenerwärmung, die durch die Wechselwirkung mit anderen Körpern entsteht. Einige Planeten und Monde speichern genug Wärme, um geologische Prozesse wie Vulkanismus und Tektonik in Gang zu setzen. Diejenigen, die eine Atmosphäre haben oder beibehalten, können auch Oberflächenerosion durch Wind oder Wasser erfahren. Kleinere Körper ohne Gezeitenerwärmung kühlen schneller ab, und ihre geologische Aktivität hört auf, mit Ausnahme von Einschlagskratern. ⓘ

Interdisziplinäre Studien

Astronomie und Astrophysik haben bedeutende interdisziplinäre Verbindungen zu anderen wichtigen Wissenschaftsbereichen entwickelt. Archäoastronomie ist das Studium der antiken oder traditionellen Astronomie in ihrem kulturellen Kontext, unter Verwendung archäologischer und anthropologischer Belege. Astrobiologie ist das Studium der Entstehung und Entwicklung biologischer Systeme im Universum, mit besonderem Schwerpunkt auf der Möglichkeit nicht-terrestrischen Lebens. Astrostatistik ist die Anwendung der Statistik auf die Astrophysik zur Analyse einer großen Menge astrophysikalischer Beobachtungsdaten. ⓘ

Die Untersuchung der im Weltraum vorkommenden chemischen Stoffe, einschließlich ihrer Bildung, Wechselwirkung und Zerstörung, wird als Astrochemie bezeichnet. Diese Stoffe sind in der Regel in Molekülwolken zu finden, können aber auch in Niedrigtemperatursternen, Braunen Zwergen und Planeten vorkommen. Die Kosmochemie befasst sich mit den chemischen Stoffen, die im Sonnensystem vorkommen, einschließlich der Herkunft der Elemente und der Veränderungen der Isotopenverhältnisse. In diesen beiden Bereichen überschneiden sich die Disziplinen Astronomie und Chemie. Als "forensische Astronomie" schließlich wurden Methoden aus der Astronomie zur Lösung juristischer und historischer Probleme eingesetzt. ⓘ

Amateurastronomie

Amateurastronomen können ihre eigene Ausrüstung bauen und Sternenpartys und -treffen wie die Stellafane veranstalten. ⓘ

Die Astronomie ist eine der Wissenschaften, zu der Amateure den größten Beitrag leisten können. ⓘ

Gemeinsam beobachten Amateurastronomen eine Vielzahl von Himmelsobjekten und -phänomenen, manchmal mit einfachen oder selbst gebauten Geräten. Zu den häufigen Zielen von Amateurastronomen gehören die Sonne, der Mond, Planeten, Sterne, Kometen, Meteoritenschauer und eine Vielzahl von Deep-Sky-Objekten wie Sternhaufen, Galaxien und Nebel. Astronomievereine gibt es auf der ganzen Welt, und viele bieten ihren Mitgliedern Programme an, um sie bei der Einrichtung und Durchführung von Beobachtungsprogrammen zu unterstützen, z. B. bei der Beobachtung aller Objekte, die im Messier-Katalog (110 Objekte) oder im Herschel-Katalog (400 Objekte) als interessante Punkte am Nachthimmel aufgeführt sind. Ein Zweig der Amateurastronomie, die Astrofotografie, beschäftigt sich mit der Aufnahme von Fotos des Nachthimmels. Viele Amateure spezialisieren sich auf die Beobachtung von bestimmten Objekten, Objektarten oder Ereignissen, die sie interessieren. ⓘ

Die meisten Amateure arbeiten im sichtbaren Wellenlängenbereich, aber viele experimentieren auch mit Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Spektrums. Dazu gehört die Verwendung von Infrarotfiltern an herkömmlichen Teleskopen, aber auch der Einsatz von Radioteleskopen. Der Pionier der Amateur-Radioastronomie war Karl Jansky, der in den 1930er Jahren mit der Beobachtung des Himmels bei Radiowellenlängen begann. Eine Reihe von Amateurastronomen verwenden entweder selbstgebaute Teleskope oder Radioteleskope, die ursprünglich für die astronomische Forschung gebaut wurden, jetzt aber auch für Amateure zugänglich sind (z. B. das One-Mile-Teleskop). ⓘ

Amateurastronomen leisten nach wie vor wissenschaftliche Beiträge zur Astronomie, und sie ist eine der wenigen wissenschaftlichen Disziplinen, in der Amateure noch immer bedeutende Beiträge leisten können. Amateure können Bedeckungsmessungen durchführen, mit denen sich die Bahnen von Kleinplaneten genauer bestimmen lassen. Sie können auch Kometen entdecken und regelmäßige Beobachtungen von veränderlichen Sternen durchführen. Verbesserungen in der Digitaltechnik haben es Amateuren ermöglicht, beeindruckende Fortschritte auf dem Gebiet der Astrofotografie zu machen. ⓘ

Ungelöste Probleme in der Astronomie

Obwohl die wissenschaftliche Disziplin der Astronomie enorme Fortschritte beim Verständnis der Natur des Universums und seines Inhalts gemacht hat, gibt es noch einige wichtige unbeantwortete Fragen. Ihre Beantwortung kann den Bau neuer boden- und weltraumgestützter Instrumente und möglicherweise neue Entwicklungen in der theoretischen und experimentellen Physik erfordern.

• Was ist der Ursprung des stellaren Massenspektrums? Das heißt, warum beobachten Astronomen die gleiche Verteilung der Sternmassen - die anfängliche Massenfunktion - offenbar unabhängig von den Anfangsbedingungen? Es ist ein tieferes Verständnis der Entstehung von Sternen und Planeten erforderlich.
• Gibt es anderes Leben im Universum? Insbesondere, gibt es anderes intelligentes Leben? Wenn ja, was ist die Erklärung für das Fermi-Paradoxon? Die Existenz von Leben anderswo hat wichtige wissenschaftliche und philosophische Implikationen. Ist das Sonnensystem normal oder atypisch?
• Was ist die Natur der dunklen Materie und der dunklen Energie? Sie bestimmen die Entwicklung und das Schicksal des Kosmos, doch ihre wahre Natur bleibt unbekannt.
• Was wird das endgültige Schicksal des Universums sein?
• Wie haben sich die ersten Galaxien gebildet? Wie entstanden supermassereiche schwarze Löcher?
• Wodurch entsteht die ultrahochenergetische kosmische Strahlung?
• Warum ist die Lithiumhäufigkeit im Kosmos viermal geringer als vom Standard-Urknallmodell vorhergesagt?
• Was geschieht wirklich jenseits des Ereignishorizonts? ⓘ

Literatur

Einzelwerke

• Albrecht Unsöld, Bodo Baschek: Der neue Kosmos. ISBN 3-540-42177-7
• Alfred Weigert, Heinrich Johannes Wendker, Lutz Wisotzki: Astronomie und Astrophysik. Ein Grundkurs. Wiley-VCH, Weinheim 2010, ISBN 978-3-527-40793-4.
• Jeffrey Bennett et al.: Astronomie. Die kosmische Perspektive (Hrsg. Harald Lesch), 5., aktualisierte Auflage 2010. Pearson Studium Verlag, München, ISBN 978-3-8273-7360-1
• Meyers Handbuch Weltall, Wegweiser durch die Welt der Astronomie. 1994 (7., überarbeitete Auflage), ISBN 3-411-07757-3
• P. Murdin (Hrsg.): Encyclopedia of Astronomy & Astrophysics. 2001, ISBN 0-333-75088-8 – http://eaa.crcpress.com/
• Der Brockhaus Astronomie: Planeten, Sterne, Galaxien. F. A. Brockhaus, Mannheim – Leipzig 2006, ISBN 3-7653-1231-2
• Joachim Herrmann: dtv-Atlas Astronomie, 15. Auflage 2005. Deutscher Taschenbuch-Verlag München, ISBN 3-423-03267-7
• Kurt Hopf: Von der Erde ins All – Das Weltall in Beispielen – Didaktische Materialsammlung auf CD-ROM für Kindergärten, Schulen, Sternwarten und Planetarien, COTEC-Verlag Rosenheim
• Harry Nussbaumer: Das Weltbild der Astronomie. 2007, ISBN 978-3-7281-3106-5, 2., erweiterte und aktualisierte Auflage. vdf Hochschulverlag.
• M. Wächter: Kleine Entdeckungsgeschichte(n) der Astronomie im Kontext von Zeitgeschichte und Physik, Verlag Königshausen und Neumann, Würzburg 2018, ISBN 978-3-8260-6511-8
• R.A. Freedman, W.J. Kaufmann: Universe. Freeman, NY 2004, ISBN 0-7167-9884-0
• Arnold Hanslmeier: Einführung in Astronomie und Astrophysik. Spektrum Akad. Verl., Berlin 2007, ISBN 978-3-8274-1846-3
• Hans-Ulrich Keller: Kompendium der Astronomie: Einführung in die Wissenschaft vom Universum. Franckh-Kosmos, 6. aktual. & erw. Auflage, Stuttgart 2019, ISBN 978-3-440-16276-7
• Edward Brooke-Hitching: Der Atlas des Himmels. Eine kleine Geschichte der Astronomie. Übersetzt von Lutz-W. Wolff. Knesebeck Verlag, München 2020, ISBN 978-3-95728-424-2 ⓘ

Periodika ⓘ

• Sterne und Weltraum, Monatszeitschrift für Astronomie
• Sternenbote, österreichische Monatszeitschrift für Astronomie
• Interstellarum, ehemalige 2-Monats-Zeitschrift für Astronomie
• Astronomie + Raumfahrt, 2-Monats-Zeitschrift für Unterricht, Fortbildung, Freizeit ISSN 0004-6310
• Orion, 2-Monats-Zeitschrift der Schweizerischen Astronomischen Gesellschaft
• Regiomontanusbote, Quartalsschrift der Nürnberger Astronomischen Gesellschaft und Nürnberger Astronomischen Arbeitsgemeinschaft, ISSN 0938-0205 ⓘ

Weblinks

Commons: Astronomie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikibooks: Einführung in die Astronomie – Lern- und Lehrmaterialien

Wikibooks: Astronomie – Lern- und Lehrmaterialien

Wikiquote: Astronomie – Zitate

Wikisource: Astronomie – Quellen und Volltexte

Wiktionary: Astronomie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Weltraumbild des Tages (APOD) – Deutsche Übersetzung von Astronomy Picture of the Day
• NASA ADS – Datenbank astronomischer Forschungsliteratur (englisch)
• Astronomie.de – Deutschsprachige Website über Astronomie
• AstroSkript – eine freie Einführung in die Astronomie – E-Book zum Download (PDF; 6,92 MB)
• sternsucher.com – Astronomie für Einsteiger und Fortgeschrittene mit Blog und Tipps für die eigene Beobachtung
• Astrotreff-Deep-Sky.de – Informationen zum Einstieg in das Hobby Astronomie
• Lexikon der Alten Musik BR-Klassik: Astronomie in: br-klassik.de, 22. Dezember 2019; abgerufen am 29. Juli 2021 (Lexikonartikel mit zusätzlichem Audiobeitrag inkl. Musikbeispielen) ⓘ

Videos

• Warum betreiben wir Astronomie? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 27. Sep. 1998.
• Quo vadis Astronomie? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 6. Jan. 2002. ⓘ