Benutzer:Geof/Theoretische Astronomie

Theoretische Astronomie ist die Anwendung mathematischer Modelle, um Bewegungen, Physik, Chemie und Entwicklung von Himmelskörpern zu untersuchen. Andere wichtige Fachbereiche sind die Astrophysik, die Astrometrie (Positionsastronomie), der Instrumentenbau, die Himmelsmechanik, die Stellarstatistik und die Kosmologie.

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 -- gefolgt von Isaak Newton mit dem Gravitationsgesetz. 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 Beobachtung anfallenden Datenmengen war die Astronomie unter den ersten Wissenschaften, die Computer in großem Maß einsetzten. Dementsprechend liegt in numerisch-theoretischen Modellen ein Großteil der heutigen Arbeitstechniken.

Integration von Astronomie und Physik

Die Astronomie hat wesentliches zum tieferen Verständnis der Physik beigetragen und ist in Vielem ein "Labor" für energiereiche, auf der Erde nicht untersuchbare Vorgänge. Umgekehrt hilft die 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	Pulsare und Kosmische Strahlung
Absorption und Streuung	Interstellare Materie
Starke und schwache Wechselwirkung	Nukleosynthese in Sternen
	Supernovae
	frühes Universum
Gravitation:	Bahnen von Planeten, Satelliten und Doppelsternen, Struktur des Universums, N-Körper-Theorie in Sternhaufen und Galaxien, Expansion des Weltalls.

Integration von Astronomie und Chemie

==> mit der Bitte an chemisch Versierte, den entsprechenden Abschnitt von en:theoretical astronomy hierher zu übertragen. Geof (Diskussion) 22:06, 29. Okt. 2015 (CET)

Werkzeuge und gegenwärtige Forschungsthemen

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 Wissenschafter entwerfen theoretische Modelle und arbeiten heraus, was die beobachtbaren Konsequenzen dieser Modellrechnungen sind. Damit 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 Ämnderungen des Modells oder seiner Parameter vorzunehmen. Erst wenn zahlreiche Inkonsistenzen auftreten, muss das Modellgänzlich verworfen werden.

Wichtige Arbeitegebiete sind derzeit:

• Stellardynamik und Sternentwicklung
• Dynamik und Struktur der Milchstraße
• großräumige Massenverteilung im Universum
• Ursprung der kosmischen Strahlung
• Allgemeine Relativität, physikalische Kosmologie und Teilchenphysik.

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

Einige weitgehend geklärte und akzeptierte Modelle sind die Phänomene Urknall und kosmische Inflation, die Existenz Dunkler Materie und fundamentale Theorien der Physik. Überwiegend, aber nicht vollständig akzeptiert sind Dunkle Energie und neuere Erweiterungen des Lambda-CDM-Modells.

Einige Beispiele astrophysikalischer und kosmologischer Forschungsthemen und -Modelle sind:

Physikalischer Prozess	Experimenteller Zugang	Theoretisches Modell	erklärt/prädiziert
Gravitation	Radioteleskope	Self-gravitating System	Sternentstehung
Kernfusion	Spektroskopie	Sternentwicklung	Stellare Strahlung und Metall-Synthese
Urknall	Hubble Space Telescope, COBE	Expandierendes Universum	Weltalter
Quantenfluktuationen		Kosmische Inflation	en:Flatness problem
Gravitationskollaps	Röntgenastronomie	Allgemeine Relativitätstheorie	Schwarzes Loch in der Andromedagalaxie
CNO-Zyklus im Innern von Sternen

Spezielle Forschungsbereiche

Theoretische Astrophysik und Astrochemie

(evt. gestrafft aus ):

• Stellare Photosphären, Planeten-Atmosphären, Gasnebel, interstellare Materie
• Schwache Wechselwirkung, Thermodynamik Schwarzer Löcher, massereiche Isotope
• Interstellare organische Materie, Koma von Kometen
• Supernova-Radioaktivität und Staubbildung

Weblinks

• 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

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