Astrophysics - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Physik 1&2 oder Experimentalphysik 1&2

Fachkompetenz: die Studierenden beherrschen qualitatives und quantitatives Verständnis über die dynamischen Verhältnisse im Sonnensystem und über die Entstehung der Sterne sowie die Prozesse der Energiekonversion.
Methodenkompetenz: Die Studierenden sind in der Lage, erworbene Grundlagen aus der klassischen Mechanik sowie Thermodynamik und Atomphysik auf kosmologische Fragestellungen zu extrapolieren.
Sozialkompetenz: Die Studierenden können aktiv an gesellschaftlich relevanten Diskussionen zur Thematik teilhaben und argumentativ den Präsentationen der s.g. Populärwissenschaft entgegentreten.
 
Stufen der Lernergebnisse:Die Studierenden können Zusammenhänge aus den Vorlesungen zur Mechanik und Thermodynamik wiederholen und haben diese anhand von Beispielen verfestigt. Die Studierenden erkennen Zusammenhänge zwischen Beobachtungen aus dem Alltag und können physikalische Grundgesetze mit astrophysikalischen Gegebenheiten vergleichen. Die Studierenden sind fähig Bahnberechnungen und Energiebilanzrechnungen für planetare und stellare Systeme durchzuführen. Die Studierenden können alternative Modelle der Entstehung der Planetensysteme und des Lebens differenzieren. Die Studierenden sind in der Lage aktuelle Veröffentlichungen und diskutieren die Schlussfolgerungen anhand der erlernten Zusammenhänge zu bewerten. Die Studierenden können Denkansätze entwickeln, wie neue astronomische Entdeckungen oder Berichte zu interpretieren sind.

Teil 1:Physik des Sonnensystems

• Grundlagen
  • Skalen im Universum,
  • Messmethoden für Entfernungen und physikalische Größen
  • Newtonsche Mechanik
  • Vielkörperproblem
  • Bahnstörungen
• Entstehung des Sonnensystems
• Planeten, Monde, Planetoiden:
  • Phänomene,
  • Erkundung
  • Bahnbeeinflussung
• Kometen, Meteoroide und Staub;
  • Nicht-gravitative Effekte
  • Asteroidenabwehr
• Meteore und Meteorite:
  • Beobachtung
  • Statistik
  • Chemische Zusammensetzung
• Extrasolare Planeten
  • Entdeckung
  • Grundlagen
  • Eigenschaften

Teil 2: Physik der Sterne

• Sternaufbau
  • Hertzsprung-Russel-Diagramm (Farbe-Leuchtkraft-Beziehung)
  • Hydrostatisches Gleichgewicht
  • Energiebilanz: pp- und CNO-Prozesse
  • Theoretisches Modell für Hauptreihensterne
  • Gelbe Zwerge - Aufbau der Sonne
  • Sonnenmagnetfeld - Heliosphäre
• Sternentstehung
  • Interstellare Gas- und Staubwolken
  • Hayashi-Grenze
  • Akkretionsscheiben und HH-Objekte
  • T Tauri Sterne
• Sternentwicklung
  • Rote und Braune Zwerge
  • Rote Riesen - Schalenbrennen, Helium Flash
  • Planetare Nebel - Weiße Zwerge
  • Blaue Zwerge - Kohlenstoff Flash
  • Helle Riesen  - Veränderliche: Cepheiden, RR-Lyrae, ZZ-Ceti
  • Überriesen - Mehrfach-Schalenbrenne
  • Hyperriesen - Wolf-Rayet-Sterne
  • Supernovae - Nukleosynthese
• Sternendstadien
  • Braune und Weiße Zwerge
  • Neutronensterne - Pulsare
  • Schwarze Löcher - Aktive Galaxienkerne

Teil 3: Kosmologie (Dr. Beenken)

• Kosmologische Grundlagen
  • Kosmische Rotverschiebung
  • Friedmann-Lemaitre Modell
  • Dunkle Materie
  • Dunkle Energie

• Kosmogenese
  • Urknall - Inflation
  • Primordiale Nukleosynthese
  • Kosmische Hintergrundstrahlung - Dark Ages
  • Population III Sterne
  • Galaxien

• Struktur des Universums
  

Beamer (PowerPointPräsentation), Tafel

B. W. Caroll, D. A. Ostlie: An Introduction to Modern Astrophysics (2nd Ed.), Cambridge University Press, 2017

R. J. Tayler: Sterne - Aufbau und Entwicklung, Springer Vieweg, 1985

R. Kippenhahn, A. Weigert, A. Weiss: Stellar Structure and Evolution (2nd Ed.), Springer, 2012