Lexikon der Astrophysik

Es ist eine wunderbare Sache, sich mit dem Weltall zu beschäftigen - ob als Hobby, oder als Beruf. Um zu verstehen, was da draußen passiert, ist es gut ein paar Grundkenntnisse in den Naturwissenschaften zu haben. Vor allem die Physik bietet in Gestalt der Astrophysik fundierte Modelle, die sehr erfolgreich viele Beobachtungen in der Natur beschreiben. Die moderne Astronomie ist ein stetig wachsender Wissenschaftszweig und hat sich weit von den Anfängen seit der Erfindung des Fernrohrs im 17. Jahrhundert entfernt. Dies verdanken wir einerseits den schnellen, technologischen Entwicklungen: moderne Teleskope sind Hightech-Geräte, die in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums - von Radiowellen bis in den hochenergetischen Bereich der kosmischen Strahlung - Beobachtungsdaten in Form von Fotos und Spektren liefern. Andererseits verdanken wir es den Erfolgen in der Theorie, die eine mathematisch-physikalische Berechnung der Vorgänge in der Natur gestattet. Die rasante Entwicklung der Computer- und Speichertechnologie beschleunigt den wissenschaftlichen Fortschritt, weil sie erst den Umgang mit großen Datenmengen erlaubt (Beobachtung) und weil dadurch komplexe Berechnungen erst möglich werden (Simulation).
Zusammen liefern Beobachtung und Theorie ein Verständnis der Vorgänge im Kosmos: Wir verstehen, weshalb Sterne leuchten; wir bekommen eine quantitative Vorstellung von Galaxien, Galaxienhaufen und dem ganzen Universum. Dieses Wissen führt uns an die Grenzen des Vorstellbaren und darüber hinaus.

Haben Sie sich schon einmal gefragt, weshalb die Sonne jeden morgen aufgeht und beständig scheint? Wieso können sogar Sterne explodieren? Wie nehmen Massen Einfluss auf Raum und Zeit? Gibt es wirklich Schwarze Löcher? Was ist Quintessenz, und was verbirgt sich hinter dieser mysteriösen Dunklen Energie, die unser Universum so stark beeinflussen soll? Was ist so anders an der Welt im Kleinen, wenn wir subatomare Bereiche betrachten? Was sind Quanten, Quarks, Fermionen, Leptonen und Hyperonen? Weshalb ist der Tunneleffekt nicht mit unserer Alltagserfahrung vereinbar? In diesem Wissensportal für Astrophysik bekommen Sie einige Antworten präsentiert, die Sie verblüffen werden. Alles wird auf der Grundlage der modernen, naturwissenschaftlichen Forschung erörtert.
Moderne Weltraumforschung deckt das ganze Spektrum des Denkbaren ab: von wohl etabliert und nachvollziehbar bis hoch spekulativ und verrückt; von verifiziert bis hypothetisch, von glaubwürdig bis unglaublich. Geist und Natur kennen keine Grenzen und ständig wächst der forschende Mensch über seine eigenen Grenzen hinaus.

Dieses Lexikon möchte dabei ein Werkzeug sein, um die unglaubliche Wissensflut, die uns Beobachtungen und Veröffentlichungen täglich bescheren, zu bändigen. Der Leser erfährt in kompakter Form die wesentlichen Aspekte eines Begriffs, der in der Astronomie eine Rolle spielt. Verständlichkeit und Aktualität sind dabei wichtige Kriterien. Links bieten eine hervorragende Möglichkeit, um die Wissenseinheiten miteinander zu verknüpfen: Der Leser kann bequem von einem Begriff zum nächsten, inhaltlich relevanten Begriff kommen. Das Lexikon ist natürlich inhaltlich beschränkt, doch bereits nach dem Lesen weniger Begriffe eignet sich der Leser ein kompaktes Wissen über die großen Fragen der Astrophysik an. Dieses Wissen kann den Blick an den Nachthimmel mit Verständnis bereichern oder Ausgangspunkt für mehr sein - für eine wissenschaftliche Diskussion, für vertiefende Lektüre, für Forschung oder für ein schlichtes Bestaunen dieser faszinierenden Komplexität und Ästhetik.

Dieses Astro-Lexikon möchte Ariadnefaden im Minotaurus-Labyrinth der modernen Astrophysik sein. Der Leser bekommt Einblicke in das, was Physiker in ihren Elfenbeintürmen treiben.

Im Index gibt es 550 Begriffe, die Bestandteil folgender Disziplinen sind:

• Relativitätstheorie,
• kompakte Objekte,
• Schwarze Löcher,
• Galaxien,
• Aktive Galaktische Kerne,
• Extragalaktik,
• Stellarphysik,
• Nukleare Astrophysik,
• Quantenphysik,
• Teilchenphysik,
• Hochenergiephysik,
• Quantenfeldtheorien,
• Hydrodynamik,
• Magnetohydrodynamik,
• Kosmologie.

Die Einteilung ist alphabetisch von A wie Abbremsparameter bis Z wie Zyklotron. In der Webversion des Lexikons finden Sie rechts oben den Index; in der Druckversion ist er am Ende des Dokuments: einfach auf den Begriff klicken und eine kompakte Beschreibung kann nachgelesen werden. Nutzen Sie dabei die Vernetzung der Begriffe, um das Wissen - ausgehend von einem Aspekt - allmählich zu erweitern oder gehen Sie gezielt vor.

In meinem Lexikon der Astrophysik habe ich von Anfang an versucht über eine oberflächliche und knappe Behandlung eines Begriffs hinauszugehen. Aus Erfahrung weiß ich, dass die meisten Leser es schon gerne genau wissen wollen. Zu grobe Vereinfachungen eines Sachverhalts oder Weglassen damit zusammenhängender Aspekte werden oft einem Thema nicht gerecht und 'gaukeln Banalität vor, wo keine ist'. Ich bin davon überzeugt, dass die Kenntnisse, die Neugier und die damit verbundene Motivation des Lesers häufig unterschätzt werden. Deshalb möchte ich mit meinem Lexikon nach einer grundlegenden Einordnung und Klärung des jeweiligen Begriffs dort anknüpfen, wo andere Lexika aufhören.
Der Vorteil ist, dass die Inhalte sehr nahe an der aktuellen Forschung sind. Für den einen oder anderen Leser wird es ein Nachteil sein, weil zur Beschreibung auch die wissenschaftliche Sprache verwendet wird - aber ich habe auch den Versuch unternommen, diesen Fachjargon mit verständlicher Alltagssprache zu erklären.

Verständnis ist eine Frage des Anspruchs.

Das profunde Verständnis einer Theorie ist - nicht nur in den Naturwissenschaften - mit einem sorgfältigen Studium sämtlicher Methoden der Theorie verbunden. Das kostet viel Zeit. Gewissermaßen gibt es verschiedene Verständnisebenen für eine physikalische Theorie:

• kein Verstehen,
• oberflächliches Verstehen in rein prosaischen Grundzügen,
• konzeptionelles Verstehen in dem Sinne 'Was will die Theorie womit erreichen?' (qualitatives Verständnis),
• abstrakt-mathematisches Verstehen von Begrifflichkeiten und Gesetzmäßigkeiten (quantitatives Verständnis),
• umfassendes Verstehen in allen mathematischen Details mit vielen Anknüpfungspunkten zu anderen facheigenen Theorien,
• Ausbau der begrifflich und mathematisch fundierten Erkenntnisse auf fachfremdem Gebiet: Interdisziplinarität.

Niemand kann alles machen - nicht einmal, wenn man sich nur auf die Astrophysik beschränkt, die ihrerseits ja schon eine Teildisziplin der Physik ist. Somit ist Verständnis untrennbar mit dem Anspruch des Interessenten und mit Selektion verbunden.

Dieses Lexikon bewegt sich auf den mittleren Stufen der gerade genannten Verständnisebenen. Die Einträge können nur ein konzeptionelles Verständnis von Bereichen oben genannter Teildisziplinen der Physik vermitteln. Es handelt sich um 'Physik in Prosa', also eine Verwendung der Alltagssprache und Fachsprache, um physikalisches Wissen darzustellen. Die exakte Sprache der Physik ist jedoch die Mathematik. Nur sie kann ein analytisches Verständnis der Physik leisten. Ich habe bei den Erläuterungen großteils auf Gleichungen und Formeln verzichtet. Falls einige dargestellt sind, werden sie auch erklärt. Für ein volles und tiefes Verständnis der Physik sind mathematische Gleichungen allerdings unerlässlich! Die Gleichungen sind das Werkzeug, um ein naturwissenschaftliches Phänomen zu berechnen. Erst der routinierte Umgang mit Gleichungen ermöglicht das Lösen physikalischer Fragen und festigt das naturwissenschaftliche Verständnis.

Die Physik ist eine exakte Naturwissenschaft, die sich der mathematischen Sprache und der Methode der Logik bedient.

Ich habe häufig in den Lexikoneinträgen auf wissenschaftliche Veröffentlichungen verwiesen und in den Literaturangaben sowie unter dem Abschnitt Literatur für die Astrophysik mit dem Charakter einer Rezension finden sich ebenfalls hervorragende Standardwerke, die ein analytisch-mathematisches und profundes oder breiteres Verständnis fördern.

Die Zielsetzung dieses Lexikons ist es, eine grobe Vorstellung von den großen Fragen der Astrophysik zu vermitteln. Es versteht sich als Bindeglied zwischen Laien und Fachmann und popularisiert die wissenschaftliche Arbeit. Die Zielgruppe setzt sich eher aus naturwissenschaftlich fortgeschrittenen Interessierten, Hobbyastronomen und Studenten der Naturwissenschaften zusammen; aber auch der naturwissenschaftliche Laie soll eine Antwort auf seine Fragen erhalten. Dabei erhebt das Lexikon sicher keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Sie werden sicherlich den einen oder anderen Begriff vermissen. Ich werde versuchen, dieses Lexikon ständig zu erweitern und zu aktualisieren, so dass Sie immer auf dem aktuellen Stand der wissenschaftlichen Forschung in der Astrophysik sind - so wie in den letzten Jahren auch.

Im April 2007 wurde ein Relaunch der Website durchgeführt: die Website präsentiert sich in neuem, farbfrohem Design und natürlich wurden auch die Inhalte aktualisiert. Viele neue Grafiken veranschaulichen die Inhalte. Außerdem gibt es fast 120 neue Lexikoneinträge. Für das Glossar wurde eine technisch bessere Lösung gefunden: In der Webvariante des Lexikons gelangen Sie über Links auf Buchstaben am Ende eines jeden Lexikoneintrags zum Index und zwar an die Position des Anfangsbuchstabens Ihres Suchbegriffs. In der pdf-Druckversion gibt es links einen Verzeichnisbaum, der direkt Buchstabe, Eintrag und Unterkapitel listet. Nun muss nur der gewünschte Suchbegriff in der Liste angeklickt werden, und Sie finden die entsprechenden Informationen. Nachschlagen und 'Querlesen' vieler Einträge wurde dadurch vereinfacht.

Ihre Meinung interessiert mich! Empfinden Sie das Lexikon und die Website insgesamt als benutzerfreundlich? Vermissen Sie bestimmte Inhalte? Bei Fragen, Anregungen oder Hinweisen auf Fehler würde ich mich in jedem Fall über einen Kontakt mit Ihnen sehr freuen!

Um die neuen Einträge im Lexikon schneller auffinden zu können, folgt hier eine Liste:

A AdS/CFT-Korrespondenz, Apastron, Aphel, Apogäum, asymptotisch flach, Auflösungsvermögen, B Balbus-Hawley-Instabilität, Bardeen-Beobachter, baryonische Materie, Bezugssystem, Blandford-Payne-Szenario, Bogenminute, Bogensekunde, Bosonenstern, Brans-Dicke-Theorie, Bulk, C Chaplygin-Gas, D Deep Fields, Derricks Theorem, DGP-Szenario, Doppler-Effekt, E Eklipse, Ekliptik, Elementarladung, Energiebedingungen, Epizykel, Extinktion, Exzentrizität, F Falschfarbenbild, Fermionenstern, Fernparallelismus, Flachheitsproblem, FLRW-Kosmologie, Fluchtgeschwindigkeit, f(R)-Gravitation, G Galaxie, Grad, Granulation, Gravitation, Gravitationskühlung, Gravitomagnetismus, H Hierarchieproblem, Hintergrundmetrik, HLX, Homogenitätsproblem, Horizontproblem, I intermediate-mass black hole, Isospin, Isotop, ITER, J Jahreszeiten, K Kaluza-Klein-Theorie, Kaup-Grenzmasse, Kerr-de-Sitter-Lösung, Kerr-Newman-de-Sitter-Lösung, K-Korrektur, Koinzidenzproblem, Kompaktheit, L Laborsystem, Laserleitstern, Leuchtkraftdistanz, Levi-Civita-Zusammenhang, Licht, Lichtkurve, LIRG, Lokale Gruppe, M Magnitude, Mikroblazar, Milchstraße, mittelschwere Schwarze Löcher, MOND, Monopolproblem, N Newtonsche Gravitation, Nullgeodäte, O Öffnung, Oppenheimer-Volkoff-Grenze, P Periastron, Perigäum, Perihel, periodisch, persistent, PG1159-Sterne, Pioneer-Anomalie, Planckscher Strahler, Planet, Planetarische Nebel, Polytrop, Post-Newtonsche Approximation, Pseudo-Newtonsche Gravitation, Q quasi-periodisch, Quelle, R Radioaktivität, Randverdunklung, Rayleigh-Jeans-Strahlungsformel, Reissner-Nordstrøm-de-Sitter-Lösung, relativistisch, RGB-Bild, Robinson-Theorem, RRAT, Ruhesystem, S scheinbare Größe, Schwarzer Körper, Schwarzschild-de-Sitter-Lösung, Schwerkraft, Stefan-Boltzmann-Gesetz, T Tagbogen, Tetraden, TeVeS, Tiefenfeldbeobachtung, Tierkreis, TNO, transient, Transit, U ULX, W Wellenfunktion, Wiensche Strahlungsformel, w-Parameter, Z Zwergplanet

Neben der Webvariante steht das Lexikon im weit verbreiteten pdf-Format (Portable Document File) zum Download zur Verfügung. Diese Dateien können Sie mit dem Acrobat-Reader von Adobe öffnen und ausdrucken. Das Lexikon ist sowohl komplett, als auch buchstabenweise als pdf erhältlich.

Eine Neuerung 2007 ist, dass nun auch in der pdf-Version die volle Funktionalität mit Hyperlinks umgesetzt wurde - genau wie in der html-Version. Die Links sind im pdf farblich hervorgehoben und verweisen sowohl intern an die jeweilige Stelle im Lexikon (blau gerahmte Links), als auch extern ins Worldwide Web (rot gerahmte Links; zur Nutzung der Links ins WWW in das entsprechende Plug-In für den Acrobat-Reader erforderlich). Außerdem gibt es am Ende des Lexikons einen Index, der auf die Seitenzahl des Stichworts verweist und die gleiche Funktion hat, wie der Index der html-Version.

Achtung: Die Linkfunktionalität im pdf von Eintrag zu Eintrag (blau gerahmt) ist nur bei der kompletten Version mit knapp 1000 Seiten gegeben! WWW-Links (rot gerahmt) bleiben in allen Versionen erhalten.

Wichtiger Hinweis zum Ausdrucken: Die farblichen Rahmen der Links werden nicht gedruckt. Die Druckversionen wurden wie die professionelle Fachliteratur mit dem Textsatzsystem LaTeX erzeugt. Daher präsentiert sich das Lexikon nach dem Ausdruck in Buchqualität.

Komplettes Lexikon von A-Z, inklusive 222 Abbildungen; 934 Seiten, ca. 26 MB:

DOWNLOAD Lexikon_AMueller2007.pdf

Einzelne Kapitel nach Buchstaben aus dem Lexikon:

Sowohl Webversion, als auch Druckversionen sind vom Stand April 2007.

• Müller, A.: Experimental Evidence of Black Holes, Proceedings of Science (P2GC) 017, 2007; Editors: L. Bonora, S. Fajfer, R. Iengo, D. Klabucar, S. Pallua, I. Picek; pdf, Preprint pdf
• Müller, A.: The onset of General Relativity: Gravitationally redshifted emission lines, Astronomische Nachrichten 327, 1024-1027, 2006; Proceedings zum ESAC/XMM-Newton Science Operations Centre Workshop Variable and Broad Iron Lines around Black Holes, 26.-28.06.06 in Madrid; preprint pdf
• Müller, A. & Wold, M.: On the Signatures of Gravitational Redshift: The Onset of Relativistic Emission Lines, Astronomy & Astrophysics 457, 485, 2006; pdf, Preprint pdf
• Hasinger, G. & Müller, A.: Active Cores in Deep Fields, Proceedings zum Symposium der Internationalen Astronomischen Union Nr. 230, Populations of High Energy Sources in Galaxies, Aug 15-19 2005, Dublin, Eds E.J.A. Meurs & G. Fabbiano; pdf
• Müller, Andreas: Wirbel der Raumzeit - Die Astrophysik rotierender Schwarzer Löcher, Sterne und Weltraum 10, 2004; pdf
• Müller, Andreas & Camenzind, M.: Relativistic emission lines from accreting black holes - The effect of disk truncation on line profiles, Astronomy & Astrophysics 413, 861, 2004; pdf
• Müller, Andreas: Black Hole Astrophysics: Magnetohydrodynamics on the Kerr geometry, Dissertationsschrift, Ruperto-Carola-Universität Heidelberg, 2004; pdf (9.9 MB). Die Dissertation ist komplett in englischer Sprache, hat 182 Seiten und enthält 33 Farbabbildungen, 20 s/w Abbildungen sowie einen Index.
• Müller, Andreas: Emissionslinienprofile relativistischer Scheiben um rotierende Schwarze Löcher, Diplomarbeit, Landessternwarte Heidelberg, 2000; pdf (3.9 MB). Die Diplomarbeit ist in deutscher Sprache, hat 183 Seiten und enthält 27 Farbabbildungen sowie 27 s/w Abbildungen.

Die Papiere, die einen Großteil der hier dargestellten Inhalte ausmachen, werden an geeigneter Stelle im Lexikon zitiert. Die Veröffentlichungen können über den Preprintserver arXiv beschafft werden (vor allem aus den Rubriken astro-ph/ und gr-qc/ oder sind über The Smithsonian/NASA Astrophysics Data System (ADS) erhältlich. Achtung: In der Regel erfordern die Fachjournale ein kostenpflichtiges Abonnement.
Eine wunderbare Website ist Astronomy Picture of the Day (APOD), die von der NASA betrieben wird und auf der täglich neue und faszinierende Bilder aus dem Weltall erscheinen. Die Bilder werden knapp und verständlich kommentiert.

• C. W. Misner, K. S. Thorne und J. A. Wheeler: Gravitation (1973), Freeman San Francisco
• S. L. Shapiro & S. A. Teukolsky: Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars - The Physics of Compact Objects (1983), Wiley, New York
• S. Chandrasekhar: The Mathematical Theory of Black Holes (1983), Clarendon Press, New York
• R. d'Inverno: Introducing Einstein's Relativity (1992), Oxford University Press
• M. Camenzind: Compact Objects in Astrophysics. White Dwarfs, Neutron Stars and Black Holes (2007), Springer Berlin
• K.R. Popper, Logik der Forschung (1994), Verlag J.C.B. Mohr, Tübingen
• W. Nolting: Grundkurs: Theoretische Physik (1993), Band 1 - 7, Verlag Zimmermann-Neufang
• K. S. Thorne, R. H. Price, D. A. Macdonald: Black Holes: The Membrane Paradigm (1986), Yale University Press, New Haven and London
• K. S. Thorne: Black holes and time warps: Einstein's outrageous legacy (1994), Papermac London
• H. Goenner: Einführung in die Kosmologie (1994), Spektrum Verlag
• S. W. Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit (1993), Rowohlt Taschenbuch Verlag
• T. Bührke, Albert Einstein (2004), dtv portrait, Deutscher Taschenbuch Verlag
• G. B. Rybicki & A. P. Lightman: Radiative Processes in Astrophysics (1979), Wiley, New York
• J. A. Peacock: Cosmological Physics (1999), Cambridge University Press
• S. W. Hawking und G. F. R. Ellis: The Large Scale Structure of Space-Time (1973), Cambridge University Press
• S. W. Hawking und versch. Autoren: Hawking on the Big Bang and Black Holes (1993), World Scientific Publishing
• diverse Autoren, Die Klassiker der Physik - E = mc² (2004), Verlag Hoffmann und Campe
• G. Fasching, Sternbilder und ihre Mythen (1993), Springer-Verlag Wien - New York
• Schülerduden Die Astronomie (1989), Meyers Lexikonverlag
• P.A. Tipler, Physik (1994), Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg - Berlin - Oxford
• J.R Gott, Zeitreisen in Einsteins Universum (2003), Rowohlt Taschenbuch Verlag
• Diverse Autoren: Teilchen, Felder und Symmetrien (1988), Verlag Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg
• S. Weinberg: Gravitation and Cosmology (1972), Wiley, New York
• H. Weyl: Raum-Zeit-Materie (1988), Springer Verlag, Berlin
• Duden, Die deutsche Rechtschreibung (2001), Band 1, 22. Auflage, Dudenverlag Mannheim - Leipzig - Wien - Zürich
• Langenscheidt, Taschenwörterbuch Altgriechisch (1993), Teil 1, Langenscheidt Berlin - München - Wien - Zürich - New York
• Schülerduden Lateinisch - Deutsch (2002), 2. Auflage, Dudenverlag Mannheim - Leipzig - Wien - Zürich
• Bitte schauen Sie auch in meine Buchbesprechungen.

• M. Camenzind: General Relativity, LSW Heidelberg, 2004
• M. Camenzind: Quasars and Rotating Black Holes, LSW Heidelberg, 2002
• M. Camenzind: Compact Objects in Astrophysics, LSW Heidelberg, 2000/2001
• M. Camenzind: Physik Rotierender Schwarzer Löcher, LSW Heidelberg, 1998
• M. Camenzind: Einführung in die Astronomie und Astrophysik, LSW Heidelberg, 1997
• M. Bartelmann: Cosmology, ZAH Heidelberg, 2005
• P. Schneider: Einführung in die Astronomie II, Argelander-Institut für Astronomie Bonn, 2002
• N. Grewe: Theoretische Physik (Klassische Mechanik, Klassische Elektrodynamik, Quantenmechanik, Quantenfeldtheorien, Vielteilchenphysik), TU Darmstadt, 1994 - 1998
• J. Wambach: Physik der Kompakten Sterne, TU Darmstadt, 1998
• T. Mohaupt: verschiedene Ressourcen zum Thema Stringtheorien

Vielen Dank an die vielen Wissenschaftler, die zur Anreicherung dieses Wissens, dieses etablierten Weltbildes beigetragen haben. Besten Dank an meine Förderer und Ausbilder, die mir die Erstellung dieses Lexikons ermöglicht haben: Prof. Dr. Max Camenzind (Landessternwarte Heidelberg) und Prof. Dr. Günther Hasinger (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching). Ein herzliches Dankeschön an die Leser meiner Website, die mit Lob, Kritik und vielen Anregungen zur Verbesserung des Angebots beigetragen haben. Ein spezielles Dankeschön an Dr. Michael Petri, Dr. Bernd Aschenbach, Dr. Neven Bilic, Thomas Mädler, Werner Kasper und Sönke Derlin für sehr inspirierende Diskussionen. Ich danke auch der Max-Planck-Gesellschaft, die exzellente Bedingungen für Forschung und Öffentlichkeitsarbeit bietet. Und natürlich danke ich meiner Familie Anja, Pascal & Dominic, die mir immer dann Bodenhaftung verleiht, wenn ich mich um Lichtjahre von der irdischen Normalität zu entfernen drohe.

Nun endlich viel Spaß mit dem Lexikon der Astrophysik!

Ihr Andreas Müller

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© Andreas Müller, August 2007

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