Als Teilbereich der Physik beschäftigt sich die Astrophysik mit dem Universum und den darin vorhandenen Galaxien, Sterne und Planeten. Was sind eigentlich Exoplaneten und wie fand der Urknall statt? Antworten auf diese Fragen liefert die Astrophysik.
Während sich die Kosmologische Bereich mit dem Ursprung, der Entwicklung und der allgemeinen Struktur des Kosmos beschäftigt und das Universum als Ganzes im Blick hat, untersucht die Astrophysik Sterne, Planeten und Galaxien mithilfe von physikalischen Methoden um ihren Ursprung und ihre Entwicklung zu verstehen.
Um zu verstehen, was das Universum zusammenhält, untersucht dieser Bereich die Materie bestehend aus den drei Teilchenarten Protonen, Neutronen und den Elektronen sowie die vier Grundkräfte, die diese Materie zusammenhalten.
Astrophysikerinnen beschäftigen sich auch damit, wie Schwarze Löcher funktionieren. Diese Himmelsphänomene übersteigen eigentlich unsere Vorstellungskraft, denn in ihrem Inneren gelten die Gesetze der klassischen Physik nicht.
In diesem Artikel zeigen wir euch, womit sich Astrophysikerinnen beschäftigen, wie die Geschichte dieser Disziplin aussieht und wo man dieses Fach rund ums Weltall studieren kann.
Eine kurze Geschichte der Astrophysik
Entdeckungen wie die Schwerkraft, die Milchstraße oder Schwarze Löcher werden heute als selbstverständlich angesehen, dabei gehen sie auf einen langen Weg der Forschung und Entdeckungen zurück.
Dass der Urknall den Beginn unseres Universums darstellt, war nicht immer bekannt. Sehen wir uns also die Geschichte der Astrophysik an und entdecken einige der größten Fortschritte in diesem Bereich.
Schon in den früheren Hochkulturen, wie etwa im alten Babylonien, bei den alten Ägyptern oder bei den Mayas wurde Astronomie in Form von Beobachtungen der Sternkonstellationen und Sonnenkalender beschrieben. Die Menschen setzten sich also schon früh mit den verschiedenen Himmelskörpern auseinander.
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Bis man sich jedoch mit Dunkler Materie und gravitativen Wechselwirkungen auseinandersetze, sollten noch einige Jahrhunderte beziehungsweise Jahrtausende vergehen.
Über die Astronomie hinaus, die sich vor allem mit den Positionen, Bewegungen und Eigenschaften der Planeten, Sterne und dem Mond beschäftigt, kamen physikalische Erklärungen erst zum Anfang des 17. Jahrhunderts ins Spiel.
Der Astronom Galileo Galilei verwendete erstmals eine Fernroh, um sich die Geschehnisse im Sonnensystem anzuschauen und entdeckte 1609 die Jupitermonde. Diese Entdeckung sorgte für die bahnbrechende Erkenntnis, dass die Erde Teil eines Sonnensystems ist und um die Sonne kreist und nicht umgekehrt.
Im Zuge der nach ihm benannten Keplerschen Gesetze entdeckte der Astronom Johannes Kepler die grundlegenden Gesetze der Planetenbewegung. Sie beschreiben die Bahnform von Planeten sowie die Stellung der Sonne, die Bewegung der Planeten auf ihrer Bahn und erklären den Zusammenhang zwischen der Größe der Bahn und der Zeit, die ein Planet braucht, um die Sonne zu umdrehen.
Die Erkenntnisse von Galilei und Kepler bauten damit auf dem heliozentrischen Weltbild von Nikolais Kopernikus auf, das nicht die Erde sondern die Sonne ins Zentrum des Weltraums stellte.
Wie auch bei der Elektrizitätslehre dauerte es einige Jahrhunderte, bis die beobachteten Phänomene wissenschaftlich erklärt werden konnten.
Es dauerte wieder einige Jahre, bis eine Ursache für die von Kepler entdeckten Regeln gefunden werden konnte. Isaac Newton stellte gegen Ende des 17. Jahrhunderts die Gravitationstheorie auf, die die Bewegungen der Planeten erklären konnte.
Eine genauere Untersuchung der Zusammensetzung der Planeten wurde durch die Entwicklung des Spektrometers durch Joseph von Fraunhofer im Jahre 1814 möglich. Nach ihm ist auch das renommierte Fraunhofer Institut benannt.
Weitere Astrophysiker und Forscher wie Hermann von Helmholtz, Antoine Henri Becquerel oder Albert Einstein brachten das Thema der Entstehung des Weltraums mit ihren Erkenntnissen auf den Stand, auf dem es aktuell ist.
Anders als die Mechanik in der Physik beschäftigt sich die Astrophysik mit Dingen, die wahnsinnig weit entfernt von uns sind, aber trotzdem unsere Leben bestimmen.
Die wichtigsten Teilgebiete der Astronomie
Wenn ein Prof an der Universität in München, Berlin, Heidelberg, Dresden, Hamburg oder Frankfurt zu astrophysikalischen Prozessen spricht, dann meint er damit den theoretischen Teil der Disziplin. Dieser versucht mit bestimmten Modellen Voraussagen zu Himmelserscheinungen und Bewegungen von Sternen zu machen.
Anders arbeitet der beobachtende Teil der Disziplin, die verschiedene Messmethoden wie Spektralanalyse und Teleskope in Observatorien dazu nutzt, Beobachtungen über das Planetensystemen aufzustellen.
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Ähnlich wie die bei der Optik in der Physik, beschäftigen sich Astrophysikerinnen auch viel mit Licht und Lichtgeschwindigkeit.
Diese Teilgebiete gibt es in der Disziplin:
- Astronomie: dieser Bereich beschäftigt sich mit dem Weltraum, den darin enthaltenen Himmelskörpern und deren Eigenschaften. Dabei geht es um die Bewegungen der Himmelskörper sowie Mondphasen und Jahreszeiten.
- Kosmologie: dieser Teilbereich beschäftigt sich mit der Entstehungsgeschichte des Universums. Das sogenannte Standardmodell der Kosmologie ist dabei die aktuell anerkannteste Theorie zur Entstehung von Universum und Galaxien und geht vom Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren aus.
- Teilchenphysik: die Teilchenphysik ist noch ein junger Bereich, der sich mit den Bausteinen der Materie beschäftigt und untersucht, wie die Elementarteilchen miteinander wirken.
- Entstehung von Planetensystemen: neben dem Sonnensystem gibt es noch weitere Planetensysteme, bei denen sich verschiedene Himmelskörper durch Gravitation um einen gemeinsamen zentralen Stern bewegen. Diese Bereich beschäftigt sich mit Exoplaneten, die außerhalb des Einflusses der Sonne bestehen.
- Schwarze Löcher: da diese Phänomene sehr schwer zu erforschen sind, beschäftigt sich eine Teildisziplin nur damit.
- Gravitationsdynamik: dieser Bereich befasst sich mit der Entstehung und Entwicklung von Galaxien, also einer durch Gravitation gebundenen große Ansammlung von Sternen, Planetensystemen oder Dunkler Materie.
Während man in der physikalischen Thermodynamik Forschung anhand von Experimenten machen kann, bauen Astrophysikerinnen auf Beobachtungen und Messungen im Weltall.
Mit einem Studium die Galaxien verstehen
Die Entstehung von Sternen und Planeten, die Struktur von Galaxien oder die Dynamik des interstellaren Staub sind alles Themen, die zwar auch mit der klassischen Physik zu tun haben, aber eigentlich weit darüber hinaus gehen.
Darum verwundert es auch nicht, dass es mit dem Studium der Astrophysik einen eigenständigen Studiengang zu diesem Thema gibt. Hier werden zentrale wichtige physikalischeThemen mit astronomischen und kosmologischen Themen vereint.
Um die physikalische Beschaffenheit der kosmischen Objekte im Universum zu verstehen, kann man sich an der Universität im Studium mit dem Verhalten und den Gesetzmäßigkeiten von Himmelserscheinungen und Himmelskörpern auseinandersetzen.
Aktuell gibt es diesen Studiengang in Deutschland nur als Masterstudiengang, der auf den Grundlagen aus dem Physikbachelor aufbaut. Ein Physikstudium im Bachelor kann man in München, Berlin, Heidelberg, Dresden, Hamburg, Frankfurt und vielen anderen Städten machen.
Aber um zukünftig als Astrophysiker zu arbeiten, muss man sich zwischen der Universität Bonn, der Universität Potsdam, der LMU München und der Uni Tübingen entscheiden.
Neben Grundlagen der Mathematik benötigt man auch die Erkenntnisse der Relativitätstheorie und ein Verständnis von Atomphysik, um das Studium zu bestehen.
Diese Berufe erwarten dich als Astrophysiker
Ob als Prof an der Uni oder als Forscher an einem Institut, du beschäftigst dich in dieser Disziplin mit astrophysikalischen Beobachtungen und versuchst anhand allgemeiner physikalischer Gesetze und Erkenntnisse Aussagen über verschiedene Himmelskörper im Weltall zu treffen.
Nach dem Studium kannst du als wissenschaftlicher Mitarbeiter an Universitäten arbeiten und selber Prof werden. Dann gibst du dein Wissen an die neue Generation weiter und forscht selber an der Teilchenphysik oder den Sternen.
Aber auch außerhalb des akademischen Bereiches warten viele Jobmöglichkeiten auf dich. Besonders in privaten Forschungseinrichtungen findet man interessante Jobs, aber auch eine Sternwarte oder Unternehmen für Energietechnik und Softwareentwicklung bieten tolle Arbeitsplätze.
Der gesamte Bereich der Luft- und Raumfahrt bietet Arbeitsmöglichkeiten, sei es in der Entwicklung von Geräten oder in der Forschung. Und vielleicht bist du im Maschinenbau an der Entwicklung einer modernen Rakete beteiligt, die die Tiefen des Weltraums erkunden soll.
Wenn man sich die Joboptionen anschaut, dann lohnt es sich, diesen Teilbereich der Physik zu studieren.
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Urknall, Exoplaneten und Schwarze Löcher zu Hause verstehen
Wenn du dich für das Thema interessiert, aber nicht weißt, ob du es direkt studieren möchtest, dann gibt es zahlreiche Alternativen, wie man sich damit beschäftigen kann.
Mittlerweile gibt es nicht nur einen Podcast, der sich mit Sonne, Mond und Sternen beschäftigt. Der Wissenschaft Podcast „Auf Distanz“ richtet sich an Astronomie- und Raumfahrtinteressierte beschreibt in jeder Folge ein spezielles Thema aus dem Bereich.
Auch der Podcast „Raumzeit“ bietet tolle Informationen innerhalb der Gespräche mit Wissenschaftlern, Ingenieuren und Astronauten. Der Podcast „Sternengeschichten“ versucht sich an einer einfachen Erklärung der Physik mit spannenden Geschichten aus dem Universum.
Außerdem findest du viel Literatur zu dem Thema. Für Anfänger empfiehlt sich die „Einführung in Astronomie und Astrophysik“ von Arnold Hanslmeier, das eine gute Übersicht über das theoretische und praktische Grundwissen der Disziplin bietet.
Das Buch „Astrophysik“ vom Physiker und Philosoph Alexander Mäder bietet eine spannende Zusammenfassung faszinierende Phänomene aus der Welt der Sterne. Der Wissenschaftsjournalist lädt einen auf eine Reise in entferne Galaxien ein.
Interessierte können sich auch mit dem Buch „Kurze Antworten auf große Fragen“ von Stephen Hawking an den Bereich heranwagen. Darin gibt der bekannte Physiker Antworten auf wichtige Fragen rund um das Universum und den Platz des Menschen darin.
Die verschiedenen Teilgebiete der Physik fließen teilweise ineinander, sodass es sich lohnt, auch über den Tellerrand hinaus zu schauen und einen Blick in die Weiten des Universums zu wagen.
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