Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

6 KAPITEL 1. GEOMETRIE
Die folgende Tabelle gibt einige ausgewählte Längen in Gaußschen und den üblichen Einheiten. Die
Formeln für die Fundamentallängen der Quanten Gravitation, Kernphysik und Atomphysik sind im
Anhang nochmals zusammengestellt.
Objekt Länge L Abk. L/c Name /
cm s Bemerkung
Planck-Länge 1.6·10 −33 6·10 −44 l P
Atomkern 10 −13 fm 3·10 −24 s Fermi
Atomhülle 10 −8 ˚A 3·10 −19 s ˚Angstrøm
Staub 10 −4 µ 3·10 −15 s Mikrometer
Mensch 10 2 m Meter
Erde 6·10 8 R⊕ Eichstandard
Erde-Mond 4·10 10 1 s
Sonne 7·10 10 R⊙ 2 s
Erde-Sonne 1.5·10 13 AE 500 s astronomische Einheit
Erde-Pluto 6.5·10 14 6 h
Parsec 3·10 18 pc 3 yr Erdbahnradius unter ′′
α-Centauri 1 pc 4 yr nächster Stern
Milchstraße 5·10 22 15 kpc 50 kyr Radius
LMC 1.5·10 23 50 kpc 150 kyr Große Maghellansche Wolke
Lokale Gruppe 3·10 24 1 Mpc 3 Myr Mega Parsec
Virgo (Haufen) 6·10 25 20 Mpc 60 Myr Eichstandard
Grosse Mauer 1·10 26 30 Mpc 100 Myr max. Struktur im Kosmos
Coma 3·10 26 110 Mpc 250 Myr Eichstandard
Quasar 3C273 3·10 27 1 Gpc 3 Gyr Giga Parsec
Universum 10 28 4 Gpc 12 Gyr
Abb. 1.1: Längenhierarchie
Als abgeleitete Größe geben wir einige Anzahldichten des Kosmos:
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
✻
re
Mensch
Erde
Galaxis
Universum
1. Die Teilchendichte (von H) beträgt für die kritische Dichte, nc, 1 Teilchen pro Kubikmeter:
nc = 10 −6 cm −3 .
2. Dem entspricht 1 Galaxie (mit 10 11 Sternen) pro Kubik Mega Parsek.
3. Die mittlere Sterndichte in Sonnennähe beträgt 0.2 Sterne (mit einer halben Sonnenmasse) pro
Kubik Parsec.
4. Dem entspricht eine mittlere Anzahldichte in Sonnennähe von 7 Teilchen pro Kubik Zentimeter.
5. Die mittlere Gasdichte in Sonnennähe beträgt 1 H Atom pro Kubik Zentimeter.
Solche Dichten sind im Labor unerreichbar. Zum Vergleich: die Teilchenzahldichte der Luft (unter
Normalbegingungen) beträgt 10 19 Teilchen pro Kubik Zentimeter.
• ZUSATZ (WAS SIND GRUNDGESETZE IN DER PHYSIK?)
Wir wollen darunter – etwas unscharf – die grossen physikalischen Theorien wie Thermodynamik, Mechanik bzw. Quantenmechanik,
Maxwellsche Theorie der Elektrodynamik bzw. Quantenfeldtheorie und Newtonsche bzw. Einsteinsche Gravitationstheorie
(ART) verstehen. Quantenchromodynamik und schwache Wechselwirkung haben heute noch Modellcharakter,
gehören aber dazu.
Es entfallen aber z. B. bei der Beschreibung der Kosmos als Ganzes (also bei der Kosmologie) Inflation (Guth, Linde)
oder eine veränderliche Gravitationskonstante (Jordan - Brans - Dicke Theorie) oder Einsteins kosmologische Konstante
(modern: Vakuumenergie). Es werden ferner keine neuen Gesetze eingeführt, wie etwa bei der ’steady state’ Theorie
(Materieerzeugung).