Fixsterne - Fixed stars
Die Fixsterne ( lateinisch : stellae fixae ) bilden den Hintergrund von astronomischen Objekten , die sich am Nachthimmel scheinbar nicht relativ zueinander bewegen , im Gegensatz zum Vordergrund von Objekten des Sonnensystems , die sich zu bewegen scheinen. Unter Fixsternen werden im Allgemeinen alle Sterne außer der Sonne verstanden . Auch Nebel und andere Deep-Sky-Objekte können zu den Fixsternen gezählt werden.
Die genaue Abgrenzung des Begriffs wird dadurch erschwert, dass Himmelsobjekte tatsächlich nicht zueinander fixiert sind. Nichtsdestotrotz bewegen sich extrasolare Objekte so langsam am Himmel, dass die Änderung ihrer relativen Positionen auf typischen menschlichen Zeitskalen außer bei sorgfältiger Untersuchung kaum wahrnehmbar ist und daher für viele Zwecke als "fest" angesehen werden kann. Außerdem bewegen sich ferne Sterne und Galaxien noch langsamer am Himmel als vergleichsweise nähere.
Menschen in vielen Kulturen haben sich vorgestellt, dass die Sterne Konstellationen bilden , die scheinbare Bilder am Himmel sind. In der antiken griechischen Astronomie glaubte man, dass die Fixsterne auf einer riesigen Himmelskugel oder einem Firmament existieren , die sich täglich um die Erde dreht.
Herkunft des Namens
Die Versuche, das Universum zu erklären, stammen aus Beobachtungen der am Himmel gefundenen Objekte. Unterschiedliche Kulturen haben historisch gesehen unterschiedliche Geschichten, um eine Antwort auf die Fragen zu geben, was sie sehen. Nordische Mythologie stammt aus Nordeuropa, um die geographischen Lage der heutigen Region Skandinavien und nördlichen Deutschlands . Die nordische Mythologie besteht aus Erzählungen und Mythen aus dem Altnordischen , einer norddeutschen Sprache aus dem Mittelalter . Es gibt eine Reihe von Manuskripttexten in Altnordisch, die eine Sammlung von [35] Gedichten aus mündlicher Überlieferung enthalten. Unter Historikern scheint es Spekulationen über die genauen Daten der geschriebenen Gedichte zu geben, jedoch wird die geschätzte Erwähnung der Texte um den Beginn des 13. Jahrhunderts gelegt. Obwohl die mündliche Überlieferung von Geschichten schon lange vor dem Aufkommen von Textmanuskripten und Druckversionen existierte.
Unter den erhaltenen Texten wird der mythologische Gott Odin erwähnt . Gelehrte haben die Geschichte des Schöpfungsmythos der Αesir-Götter erzählt, der die Idee von Fixsternen beinhaltet, die in der Teleologie der Geschichte gefunden wurden. Padaric Colum hat ein Buch geschrieben, The Children of Odin , das in vielen Details die Geschichte wiederholt, wie die Asen-Götter den Riesen namens Ymir zu Tode brachten und die Welt aus seinem Körper erschufen, indem sie Funken aus dem feurigen Muspelheim oder dem festen Sterne, zur Himmelskuppel, die der Schädel von Ymir war. Der nordische Schöpfungsmythos ist einer von mehreren Fällen, in denen Sterne als an einer Sphäre jenseits der Erde befestigt behandelt wurden. Spätere wissenschaftliche Literatur zeigt astronomisches Denken, das bis ins 17. Jahrhundert eine Version dieser Idee beibehielt.
Astronomische Modelle mit Fixsternen
Pythagoräer
Pythagoräische Philosophen vertraten eine Reihe verschiedener Ansichten über die Struktur des Universums, aber jede enthielt eine Kugel von Fixsternen als Grenze. Philolaos (ca. 5. Jh. v. Chr.) schlug ein Universum vor, das in seinem Zentrum ein für den Menschen unsichtbares zentrales Feuer hatte. Alle Planeten, der Mond, die Sonne und die Sterne rotierten um dieses zentrale Feuer, wobei die Erde das nächste Objekt war. In diesem System befinden sich die Sterne in der am weitesten entfernten Kugel, die ebenfalls rotiert, aber zu langsam, um eine Bewegung zu beobachten. Die Bewegung der Sterne wird stattdessen durch die Bewegung der Erde um das zentrale Feuer erklärt.
Ein anderer Pythagoräer, Ekphantos von Syrakus (ca. 400 v. Chr.), schlug ein System vor, das dem von Philolaos ziemlich ähnlich war, jedoch ohne ein zentrales Feuer. Stattdessen war dieser Kosmos auf der Erde zentriert, die stationär blieb, sich aber um eine Achse drehte, während sich Mond, Sonne und Planeten um sie drehten. Die letzte Grenze dieses Systems war eine feste Kugel von Sternen, und die wahrgenommene Bewegung der Sterne wurde vermutlich durch die Rotation der Erde verursacht.
Plato
Platons (ca. 429-347 v. Chr.) Universum war auf einer vollständig stationären Erde zentriert, die aus einer Reihe konzentrischer Kugeln bestand. Die äußere Sphäre dieses Systems bestand aus Feuer und enthielt alle Planeten (zu denen nach Platon Mond und Sonne gehörten). Der äußerste Teil dieser Kugel war die Position der Sterne. Diese Feuerkugel drehte sich um die Erde und trug die Sterne mit sich. Der Glaube, dass die Sterne an ihrem Platz in der Feuersphäre fixiert waren, war für das gesamte System Platons von großer Bedeutung. Die Position der Sterne wurde als Referenz für alle Himmelsbewegungen verwendet und verwendet, um Platons Vorstellungen von Planeten mit mehreren Bewegungen zu erstellen.
Aristarchos von Samos
Aristarchos (3. Jh. v. Chr.) schlug ein frühes heliozentrisches Universum vor, das später die Arbeit von Kopernikus inspirieren sollte . In seinem Modell lag die Sonne, völlig stationär, im Zentrum, und alle Planeten kreisten um sie. Jenseits der Planeten war die Sphäre der Fixsterne, ebenfalls bewegungslos. Dieses System präsentierte zwei weitere einzigartige Ideen zusätzlich zu seiner Heliozentrik : Die Erde drehte sich täglich, um Tag, Nacht und die wahrgenommenen Bewegungen der anderen Himmelskörper zu erzeugen, und die Sphäre der Fixsterne an ihrer Grenze war immens weit von ihrem Zentrum entfernt. Diese massive Entfernung musste angenommen werden, da beobachtet wurde, dass Sterne keine Parallaxe haben, was nur durch Geozentrizität oder immense Entfernungen erklärt werden kann, die eine zu kleine Parallaxe erzeugen, um gemessen zu werden.
Eudoxus
Eudoxus , ein Schüler von Platon, lebte von 408 bis 435 v. Als Mathematiker und Astronom erstellte er basierend auf seinem Hintergrund als Mathematiker eines der frühesten kugelzentrierten Modelle der Planetensysteme. Das Modell von Eudoxus war geozentrisch, wobei die Erde eine stationäre Kugel im Zentrum des Systems war, umgeben von 27 rotierenden Kugeln. Die am weitesten entfernte Kugel trug Sterne, von denen er erklärte, sie seien in der Kugel fixiert. Somit bewegten sich die Sterne zwar durch die von ihnen besetzte Sphäre um die Erde, bewegten sich aber selbst nicht und galten daher als feststehend.
Aristoteles
Aristoteles , der von 384 bis 322 v. Chr. lebte, studierte und veröffentlichte ähnliche Ideen wie Platon, aber er verbesserte sie durch seine Bücher Metaphysics und On the Heavens, die um 350 v. Er behauptete, dass sich alle Dinge irgendwie bewegen können (einschließlich "Himmelskörper" oder Planeten), aber er bestreitet, dass die Bewegung durch ein Vakuum verursacht werden könnte, weil sich die Objekte dann viel zu schnell und ohne vernünftige Richtungen bewegen würden. Er stellte fest, dass alles von etwas bewegt wurde und begann, ein der Schwerkraft ähnliches Konzept zu erforschen. Er war einer der ersten, der argumentierte (und bewies), dass die Erde rund ist, und stützte sich dabei auf Beobachtungen von Sonnenfinsternissen und den Bewegungen der anderen Planeten relativ zur Erde. Er kam zu dem Schluss, dass die meisten Planeten in einer kreisförmigen Bewegung navigierten. Sein Kosmos war geozentrisch, mit der Erde im Zentrum, umgeben von einer Wasser- und Luftschicht, die wiederum von einer Feuerschicht umgeben war, die den Raum füllte, bis sie den Mond erreichte. Aristoteles schlug auch ein fünftes Element namens "Äther" vor, das angeblich die Sonne, die Planeten und die Sterne ausmacht. Aristoteles glaubte jedoch, dass die Sterne, während sich die Planeten drehen, immer noch fixiert bleiben. Sein Argument war, dass es sicherlich Beweise geben muss, die von der Erde aus wahrnehmbar sind, wenn sich ein so massiver Körper bewegt. Allerdings kann man die Sterne nicht bewegen hören, noch kann man ihren Fortschritt wirklich sehen, daher kommt Aristoteles zu dem Schluss, dass sie zwar von den Planeten verschoben werden, sich aber nicht selbst bewegen. Er schreibt in On the Heavens : "Wenn sich die Körper der Sterne entweder in einer Menge von Luft oder Feuer bewegen würden ... würde der Lärm, den sie erzeugten, unweigerlich enorm sein, und in diesem Fall würde er die Dinge hier weiter erreichen und zerschmettern Erde". Seine Theorie, dass die Sterne getragen werden können, aber fixiert sind und sich nicht autonom bewegen oder drehen, wurde eine Zeit lang weithin akzeptiert.
Ptolemäus
Ptolemäus , 100-175 n. Chr., fasste seine Ideen über den Kosmos in seinen mathematischen Modellen und in seinem Buch Mathematical Syntaxis , viel besser bekannt als Almagest, zusammen. Es wurde um 150 n. Chr. geschrieben und Ptolemäus erklärte, dass die Anordnung der Sterne zueinander und die Abstände voneinander durch die Himmelsdrehung unverändert blieben. Er verwendete eine Methode, die Finsternisse nutzt, um die Entfernungen der Sterne zu bestimmen, und berechnete die Entfernung des Mondes basierend auf Parallaxenbeobachtungen. Kurz darauf schrieb er einen Nachfolger namens Planetary Hypotheses. Ptolemäus verwendete und schrieb über das geozentrische System und stützte sich stark auf die traditionelle aristotelische Physik. Er erklärte, dass die Sterne in ihren himmlischen Sphären fixiert sind, aber die Sphären selbst sind nicht fixiert. Die Drehungen dieser Kugeln erklären somit die subtilen Bewegungen der Konstellationen im Laufe des Jahres.
Kopernikus
Nicolaus Copernicus (1473-1543) (siehe Abbildung in Developing Western Astronomy ) schuf ein heliozentrisches System, das aus Kugeln besteht, die jeden der Himmelskörper tragen. Die letzte Kugel in seinem Modell waren die Fixsterne. Diese letzte Kugel war die größte seines Kosmos, sowohl im Durchmesser als auch in der Dicke. Diese Sternenkugel ist vollständig fixiert, da die Sterne in die Kugel eingebettet sind und die Kugel selbst unbeweglich ist. Die wahrgenommene Bewegung der Sterne wird daher durch die tägliche Rotation der Erde um ihre Achse erzeugt.
Tycho Brahe
Tycho Brahes (1546-1601) System des Universums wird aufgrund seiner zweifachen Struktur als „geo-heliozentrisch“ bezeichnet. In seinem Zentrum liegt die stationäre Erde, die von Mond und Sonne umkreist wird. Die Planeten drehen sich dann um die Sonne, während sie sich um die Erde dreht. Hinter all diesen Himmelskörpern liegt eine Kugel aus Fixsternen. Diese Kugel dreht sich um die stationäre Erde und erzeugt die wahrgenommene Bewegung der Sterne am Himmel. Dieses System hat eine interessante Eigenschaft, da die Sonne und die Planeten nicht in festen Kugeln enthalten sein können (ihre Kugeln würden kollidieren), aber dennoch werden die Sterne als in einer festen Kugel an der Grenze des Kosmos enthalten dargestellt.
Kepler
Johannes Kepler , 1571–1630, war ein hingebungsvoller Kopernikaner, der den Vorbildern und Ideen des Kopernikus folgte und sie entwickelte. Er war auch von 1600 bis 1601 Schüler von Tycho Brahe und hat viele Schriften zu seinem Namen. Einige seiner mehr zitierten Werke sind das Mysterium cosmographicum (1596), Astronomiae pars optica (1604), Dioptrice (1611), in dem die Optik von Linsen diskutiert wurde, Harmonice mundi (1618) und Epitome astronomiae Copernicanae (1618), das ein Lehrbuch für Anfänger war für die allgemeine kopernikanische Astronomie zusammen mit der neueren Keplerschen Astronomie. Er stellte auch die Keplerschen Gesetze und die Rudolphine-Tabellen auf , die Arbeitstabellen sind, von denen aus Planetenpositionen gezeigt werden konnten. Keplers Gesetze waren der Wendepunkt bei der endgültigen Widerlegung der alten geozentrischen (oder ptolemäischen) kosmischen Theorien und Modelle.
Entwicklung der westlichen Astronomie
Westliches astronomisches Wissen basierte auf den traditionellen Gedanken aus philosophischen und beobachtenden Untersuchungen der griechischen Antike . Andere Kulturen trugen zum Nachdenken über die Fixsterne bei, darunter die Babylonier, die vom 18. bis zum 6. Jahrhundert v. Chr. Konstellationskarten konstruierten . Karten der Sterne und die Idee mythologischer Geschichten zu ihrer Erklärung wurden weitgehend auf der ganzen Welt und in mehreren Kulturen erworben. Eine Ähnlichkeit zwischen ihnen allen war das vorläufige Verständnis, dass die Sterne im Universum fixiert und unbeweglich waren.
Dieses Verständnis wurde von Philosophen wie Anaximander und Aristoteles von den alten Griechen in theoretisierte Modelle und mathematische Darstellungen des Kosmos integriert . Anaximander verfasste eine Abhandlung, von der nur noch wenige Auszüge erhalten sind. In dieser Arbeit legt er seine vorgeschlagene Reihenfolge der Himmelsobjekte, der Sonne, des Mondes und der Fixsterne dar. Die Sterne, die er erwähnt, sind Öffnungen von "radartigen, mit Feuer gefüllten Verdichtungen", die in diesem System der Erde am nächsten liegen. Die in Fragmenten hinterlassenen Aufzeichnungen von Anaximanders Werk geben nur einen kleinen Einblick in die Rekonstruktion seiner beabsichtigten Bedeutung im Verständnis seiner Ansichten über den Kosmos . Anaximander schlug eine andere Perspektive vor als andere spätere Astronomen, indem er behauptete, die Fixsterne seien der Erde am nächsten der Himmelskörper. Andere Modelle des Planetensystems zeigen eine Himmelskugel mit Fixsternen im äußersten Teil des Universums.
Aristoteles und andere ähnliche griechische Denker der Antike und später das ptolemäische Modell des Kosmos demonstrierten ein erdzentriertes Universum. Diese geozentrische Sichtweise wurde durch das Mittelalter hindurch vertreten und wurde später von nachfolgenden Astronomen und Mathematikern gleichermaßen wie Nicolaus Copernicus und Johannes Kepler widerlegt . Die Denktradition, die in all diesen Systemen des Universums, selbst mit ihren abweichenden Mechanismen, auftaucht, ist das Vorhandensein einer Himmelssphäre, die die Fixsterne enthält. Ptolemäus war einflussreich mit seinem stark mathematischen Werk The Almagest , das versucht, die Eigentümlichkeit von sich bewegenden Sternen zu erklären. Diese "Wandersterne", Planeten, bewegten sich über den Hintergrund von Fixsternen, die entlang einer das Universum umgebenden Sphäre verteilt waren. Später stellten zeitgenössische Astronomen und Mathematiker wie Kopernikus die langjährige Sicht des Geozentrismus in Frage und konstruierten ein sonnenzentriertes Universum, das als heliozentrisches System bekannt ist. Sein System hielt noch immer die Tradition einer Himmelskugel aufrecht, die die Fixsterne enthält. Kepler lieferte auch ein Modell des Kosmos in seinem 1596 erschienenen Buch Mysterium Cosmopgraphicum, das ein Bild abbildet, das eine Himmelskugel auf Latein "sphaera stellar fixar" oder eine Kugel von Fixsternen bezeichnet.
Die Himmelsforschung wurde mit der Erfindung des Teleskops revolutioniert . Erstmals im Jahr 1608 entwickelt, wurde die Entwicklung von Teleskopen weithin bekannt gemacht, und Galileo hörte und baute ein Teleskop für sich. Er bemerkte sofort, dass die Planeten tatsächlich nicht vollkommen glatt waren, eine Theorie, die früher von Aristoteles aufgestellt wurde. Er untersuchte weiterhin den Himmel und die Konstellationen und wusste bald, dass die untersuchten und kartierten "Fixsterne" nur ein winziger Teil des massereichen Universums waren, der für das bloße Auge unerreichbar war.
'Feste Sterne' nicht behoben
Astronomen und Naturphilosophen teilten zuvor die Lichter am Himmel in zwei Gruppen ein. Eine Gruppe enthielt die Fixsterne , die auf- und untergehen, aber im Laufe der Zeit dieselbe relative Anordnung beibehalten. Die andere Gruppe enthielt die Planeten mit bloßem Auge , die sie Wandersterne nannten . (Die Sonne und der Mond wurden manchmal auch Sterne und Planeten genannt.) Die Planeten scheinen sich zu bewegen und ihre Position über kurze Zeiträume (Wochen oder Monate) zu ändern. Sie scheinen sich immer innerhalb der Sternenbande zu bewegen, die von Westlern als Tierkreis bezeichnet wird. Die Planeten können auch von Fixsternen unterschieden werden, weil Sterne zum Funkeln neigen, während Planeten mit einem konstanten Licht zu leuchten scheinen. Fixsterne haben jedoch eine Parallaxe , eine Änderung der scheinbaren Position, die durch die Umlaufbewegung der Erde verursacht wird. Es kann verwendet werden, um die Entfernung zu nahen Sternen zu bestimmen. Diese Bewegung ist nur scheinbar; es ist die Erde, die sich bewegt. Dieser Effekt war klein genug, um bis zum 19. Jahrhundert nicht genau gemessen zu werden, aber ab etwa 1670 und danach begannen Astronomen wie Pickard, Hooke, Flamsteed und andere, Bewegungen von den Sternen zu erkennen und Messungen zu versuchen. Diese Bewegungen beliefen sich auf bedeutende, wenn auch fast unmerklich kleine Bruchteile.
Die Fixsterne weisen jedoch auch eine reale Bewegung auf. Diese Bewegung kann als Komponenten angesehen werden, die zum Teil aus der Bewegung der Galaxie bestehen, zu der der Stern gehört, zum Teil aus der Rotation dieser Galaxie und zum Teil aus der Bewegung, die dem Stern selbst innerhalb seiner Galaxie eigen ist. Bei Sternsystemen oder Sternhaufen bewegen sich die einzelnen Komponenten nichtlinear zueinander. Die Entwicklung der Newtonschen Gesetze wirft bei den Theoretikern weitere Fragen zu den Mechanismen des Himmels auf: Die universelle Schwerkraft legt nahe, dass Sterne nicht einfach fixiert oder ruhen können, da ihre Anziehungskraft eine "gegenseitige Anziehung" bewirkt und sie daher dazu bringt, sich zu bewegen Beziehung zueinander.
Diese reale Bewegung eines Sterns wird in radiale Bewegung und Eigenbewegung unterteilt , wobei "Eigenbewegung" die Komponente über der Sichtlinie ist. 1718 verkündete Edmund Halley seine Entdeckung, dass die Fixsterne tatsächlich Eigenbewegungen haben. Die richtige Bewegung wurde von alten Kulturen nicht bemerkt, weil sie genaue Messungen über lange Zeiträume erfordert, um sie zu bemerken. Tatsächlich sieht der Nachthimmel heute sehr ähnlich aus wie vor Tausenden von Jahren, so dass einige moderne Sternbilder erstmals von den Babyloniern benannt wurden.
Ein typisches Verfahren zur Bestimmung der Eigenbewegung besteht darin, die Position eines Sterns relativ zu einer begrenzten, ausgewählten Menge sehr weit entfernter Objekte zu messen, die keine gegenseitige Bewegung aufweisen und von denen aufgrund ihrer Entfernung angenommen wird, dass sie eine sehr kleine Eigenbewegung haben. Ein anderer Ansatz besteht darin, Fotografien eines Sterns zu verschiedenen Zeiten vor einem großen Hintergrund weiter entfernter Objekte zu vergleichen. Der Stern mit der größten bekannten Eigenbewegung ist Barnards Star .
Der Begriff "Fixstern" ist technisch falsch, wird aber dennoch im historischen Kontext und in der klassischen Mechanik verwendet.
In der klassischen Mechanik
Zu Newtons Zeiten wurden die Fixsterne als Referenzsystem angeführt, das angeblich relativ zum absoluten Raum ruht . In anderen Bezugssystemen, entweder in Ruhe in Bezug auf die Fixsterne oder in gleichförmiger Translation relativ zu diesen Sternen, sollten die Newtonschen Bewegungsgesetze gelten. Bei relativ zu den Fixsternen beschleunigenden, insbesondere relativ zu den Fixsternen rotierenden Frames hingegen galten die Bewegungsgesetze nicht in ihrer einfachsten Form, sondern mussten um fiktive Kräfte ergänzt werden , z. die Corioliskraft und die Zentrifugalkraft .
Wie wir heute wissen, sind die Fixsterne nicht fixiert . Das Konzept der Inertialsysteme ist weder an Fixsterne noch an den absoluten Raum gebunden. Vielmehr basiert die Identifizierung eines Inertialsystems auf der Einfachheit der physikalischen Gesetze des Systems, insbesondere auf der Abwesenheit von fiktiven Kräften.
Das Trägheitsgesetz gilt für das Galileische Koordinatensystem, das ein hypothetisches System ist, relativ zu dem Fixsterne fixiert bleiben.
Siehe auch
- Scheinbare Helligkeit (bezogen auf scheinbare Helligkeit )
- Behenischer Fixstern
- Firmament
- Rotationskurve der Galaxie
- Milchstraße