KVHS Northeim 2025 : Astronomie - eine Reise durch Raum und Zeit

Längen- und Zeit-Skalen

Links

- Universität Erlangen : Master-Studium
- LEFIphysik : Elektromagnetisches Spektrum
- Spektrum : Entfernungsmasse

Unser Erfahrungshorizont - Länge

Länge von einem Meter : $L_m = 1 m$
Genaue Messung : $L_m = 1.000 m$ oder $L = 1.001 m$
Messauflösung Millimeter: $dL_m = 0.001 m = 1 \cdot 10^{-3} m = 1 mm$ entsprechend 1E-3 m
Entfernung von einem Kilometer : $L_{km} = 1 km = 1000 m = 1 \cdot 10^{+3} m$

Bemerkung: kilo lateinisch 1000, milli lateinisch tausendstel

Unser Erfahrungshorizont - Zeit

Zeit von einer Sekunde : $T_s = 1 s$
Zeit von einer Minute : $T_m = 1 m = 60 s$ (Minute, nicht Meter!)
Zeit von einer Stunde : $T_h = 1 h = 60 m = 60 \cdot 60 s = 3600 s$
Zeit von einem Tag : $T_d = 1 d = 24 h = 24 \cdot 60 m = 1440 m = 86400 s$
Zeit von einem Jahr : $T_y = 1 y = 365.25 d = 365.25 \cdot 24 h = 31557600 s$

Umrechnungen: Kilometer - AstronomischeEinheit - Lichtjahr

1 km	=	6.68459 E - 9 ae	=	1.057 E - 13 lj
1 ae	=	1.495978707 E+8 km	=	1.5813 E - 5 lj
1 lj	=	9.460730473 E+12 km	=	63241.077 ae

Faktor $\rightarrow$	km	ae	lj
1 km =	1	6.684587122E-9	1.057000834E-13
1 ae =	149597871	1	1.58125E-5
1 lj =	9460730472580	63241	1

Längenskalen im Universum

Beispiel für Skalen physikalischer Grössen: Wellenlänge und Frequenz

Charakteristische physikalische Grössen bei der Ausbreitung des Lichts:
- die Lichtstärke (Amplitude) des Lichts ändert sich periodisch mit der Zeit
- eine Schwingung entspricht einer Periode mit einer Wellenlänge
- Anzahl der Schwingungen pro Sekunde entspricht der Frequenz

Mathematische Beziehungen:
- die Ausbreitungsgeschwindigkeit $v$ des Lichts berechnet sich mit:
$\boxed{v = \lambda \cdot \nu}$

Wellenlänge : $\boxed{\lambda ~:~[\lambda]=m}$

Frequenz : $\boxed{\nu ~:~[\nu]=\dfrac{1}{s} = Hz}$ Hz : Hertz
(Anzahl der Schwingungen pro Sekunde)

Geschwindigkeit : $\boxed{v = c ~:~[v, c]=\dfrac{m}{s} = 299792458 \dfrac{m}{s}}$

- die Ausbreitungsgeschwindigkeit $c$ des Lichts ist eine universelle Naturkonstante
und damit in allen Bezugssystemen gleich: $\boxed{v = c = 299792458 \dfrac{m}{s}}$

- nach Planck berechnet sich die Energie des Lichts mit: $\boxed{E = h \cdot \nu}$
Darin bedeuten:
$\boxed{E : [E] = J = \dfrac{kg \cdot m^2}{s^2}}$ Energie des Lichts in Joule

$\boxed{h = 6.62607 \cdot 10^{-34} J \cdot s}$ das Plancksche Wirkungsquantum

Veranschaulichung der Längen-Zeit-Skala von Lichtwellen:
(Lichtwellen werden allgemeiner elektromagnetische Wellen genannt)

Längenskalen im Elektromagnetischen Spektrum

Längenskala im Mikro- und Makrokosmos

Mikro-Makro-Kosmos: Längen- und Zeit-Skalen

Mikro-Makro-Kosmos: Längenskala vom Kleinsten zum Grössten

Mikro-Makro-Kosmos: Zeitskala vom Kleinsten zum Grössten

Entwicklungsskala des Universums

Entwicklung vom
Urknall: Quantenfluktuationen, extrem hohe Energiedichte, punktförmiger Raum
bis zum heutigen Stand:
Universum: 14.8 Milliarden Lichtjahre, Galaxien, Sterne, Planeten, Leben

Zeitliche und räumliche Entwicklung des Universums