Die Physik der Sterne
Aus einer Rezension...
Die stellare Astrophysik erlebt, nicht zuletzt durch die enormen Fortschritte der Spektroskopie und Asteroseismologie, eine Renaissance. Zugleich steigt das Interesse an den Ergebnissen der Theorie der Sterne in den Bereichen Galaxienentwicklung, Strukturentstehung und Kosmologie. Damit einhergehend finden sich vermehrt auch Lehrbücher zum Thema in den Neuerscheinungen der Wissenschaftsverlage. In diesem Umfeld füllt das Buch "Die Physik der Sterne" von Mathias Scholz in doppelter Hinsicht eine Lücke. Zunächst ist das Buch speziell an Studenten der Physik und Astrophysik vor dem ersten Abschluss gerichtet, und zum zweiten ist das Buch in Deutsch verfasst, ein Umstand, der es Studenten in den ersten Jahren eventuell leichter macht, sich mit einem neuen Gebiet anzufreunden.
Das Buch ist sehr umfangreich, sowohl wegen der Seitenzahl von 750 Seiten, als auch wegen der Vielzahl von Themen, die in der Tat die Physik der Sterne aus allen Blickwinkeln beleuchtet. So liegt es auf der Hand, dass es den Rahmen einzelner Vorlesungen bei Weitem sprengt. Dennoch ist das Buch sehr flüssig zu lesen, was auch daran liegt, dass der erfahrene Autor schon mehrere Bücher verfasst hat. Daneben ist der Text immer wieder von durchaus spannenden und unterhaltsamen historischen Rückblicken durchsetzt.
Mit einer solchen Rückschau beginnt das Buch auch im ersten Kapitel, das allerdings wegen der verwendeten Fachbegriffe erst mit dem nötigen Wissen komplett genossen werden kann. Danach schließt sich ein nützliches Kapitel über alle Beobachtungsmethoden an, die unser empirisches Wissen über Sterne ergeben. Auch hier werden leider - vielleicht unumgänglich - Effekte diskutiert, die erst in späteren Kapiteln besprochen werden.In diesem Teil des Buches wird bereits erkennbar, dass der Autor besonders tief im Gebiet der Spektroskopie, der stellaren Spektren und Sternatmosphären bewanderet ist, dem er das nächste, ebenfalls umfangreiche und tiefgehende Kapitel widmet, das bis zu detaillierten Analysemethoden reicht. Hier kann der Leser wohl einiges gefahrlos überspringen.
Das vierte Kapitel ist dem inneren Aufbau von Sternen gewidmet und liefert bereits einen ersten Einblick in die Physik ihrer Struktur. Besonders lobenswert ist, dass polytrope Sternmodelle - eine besondere Klasse von Zustandsgleichungen - vorgestellt werden, die leider, trotz ihrer hohen didaktischen Nützlichkeit, zunehmend in Vergessenheit geraten. Dieses Thema wird im sechsten Kapitel mit der Beschreibung der Entwicklung von Sternen fortgesetzt. Leider zeigt das Buch hier einige Schwächen, da wiederholt die Erklärungen zum Verhalten der Sterne zumindest missverständlich, wenn nicht falsch sind. Auch die Tatsache, dass diese Kapitel nur jeweils halb so lang sind wie diejenigen zum Strahlungstransport, zeigt, dass hier nicht die Stärke des Autors liegt. Dennoch sind beide Kapitel, wie auch das dazwischen abgehandelte zur Kernphysik und Nukleosynthese durchaus lesenswert und lehrreich. Sehr positiv fällt auch auf, dass gewisse Fakten wiederholt im Buch auftauchen, was bei einem Buch dieses Umfangs dem Lernerfolg gewiss zuträglich ist.
Im siebten und letzten Kapitel werden die Endstadien der Sternentwicklung präsentiert. In besonderem Maße und sehr ausführlich geht der Autor auf die vielen Aspekte der Neutronensterne ein, wird dabei jedoch sehr speziell und sprengt damit vielleicht den ursprünglich anvisierten Rahmen.
Der Inhalt des Buches ist absolut aktuell, bis hin zu den Messungen von Gravitationswellen; die Abbildungen sind instruktiv, die Literaturhinweise nützlich und für weitergehende Recherchen ausreichend. Der Index ist ebenfalls gelungen. Sehr ärgerlich sind aber die relativ vielen falschen Verweise auf Gleichungen und wiederholte Fehler in Gleichungen, die hoffentlich in weiteren Auflagen oder in der Print-on-Demand-Version behoben werden.
Insgesamt ist das Buch aber sehr gelungen. Es ist auch für Masterkurse und -studenten sowie als Nachschlagewerk geeignet, oder als Einstieg in ein bis dahin weniger bekanntes Gebiet der Physik der Sterne.
Prof. Dr. Achim Weiss, Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching
Klappentext...
Dieses Buch bietet eine Einführung in die Physik der Sterne. Es behandelt damit die Beobachtungsmethoden, Sternentstehung und Lebenszyklus der Sterne.In diesem Buch finden Sie einen umfassenden Einstieg in die physikalischen Eigenschaften von Sternen und deren Zustandsgrößen. Der aktuelle Wissensstand zu Sternaufbau und –entwicklung wird hier zusammengefasst und ein Blick auf spannende, offene Fragen der Astrophysik geworfen.
Interessierte Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften aber auch Abiturienten, Dozenten, Lehrer und nicht zuletzt auch Amateurastronomen finden in diesem Buch eine wertvolle Übersicht über die Physik der Sterne. Mitzubringen ist dafür nur das mathematisch-physikalische Rüstzeug, welches nicht über das Grundwissen zur Integral- und Differentialrechnung hinausgeht. In dieser Hinsicht soll dieses Buch auch eine Brücke schlagen zur heute im Internet verfügbaren Fachliteratur, um diese mit Gewinn lesen zu können.
Der erste Teil zeichnet die historische Entwicklung nach, an deren Ende ein detailliertes Verständnis der Natur der Sterne und ihrer Lebensläufe möglich war. Das Ziel der folgenden Kapitel besteht in einem pragmatischen Einstieg in die physikalischen Prozesse, welche den Aufbau und die Entwicklung der Sterne in Abhängigkeit ihrer Basisgrößen wie Masse und chemische Zusammensetzung determinieren. Es wird gezeigt, was man aus der Analyse des Sternenlichts über die Sternatmosphären in Erfahrung bringen kann, welche fundamentale Rolle der Virialsatz im Leben der Sterne spielt und welche kernphysikalischen Prozesse tief im Innern der Sterne die Energie liefern, die sie erstrahlen lassen. Zum Abschluss wird noch ein ausführlicher phänomenologischer Blick auf die Endstadien der Sternentwicklung geworfen. Dort werden Materiezustände besprochen, die weit von einer experimentellen Realisierbarkeit entfernt sind, deren Eigenschaften sich aber – unterlegt durch entsprechende theoretische Vorstellungen – zumindest prinzipiell aus der Beobachtung konkreter Objekte wie Weiße Zwerge oder Neutronensterne erschließen lassen. Gerade hier sind in Zukunft noch viele aufregende Entwicklungen zu erwarten.
Leseprobe
Die "10% Edition" als Leseprobe
Ausführliches Inhaltsverzeichnis
1. Eine kurze Geschichte der Erforschung der Sterne
2. Was kann man an Sternen beobachten?
Sternhelligkeiten
Intensitäten und Strahlungsströme
Einfluss der Erdatmosphäre auf die scheinbare Helligkeit
Interstellare Extinktion und Verfärbung
Fotometrie und Schwarzkörperstrahlung
Sterndurchmesser
Durchmesserbestimmung mittels optischer Interferometrie
Intensitätsinterferometrie nach R. Hanbury-Brown und R. Q. Twiss
Speckle-Interferometrie
Sternbedeckungen durch den Mond
Microlensing-Ereignisse
Direkte Abbildung von Sternoberflächen
Lichtkurven bedeckungsveränderlicher Sterne
Baade-Wesselink-Verfahren
Fotometrische Sterndurchmesser
Die größten bekannten Sterne
Sternmassen
Doppelsternbeobachtungen
Astroseismologie
Ableitung von Massen durch Anpassung von Sternmodellen an Beobachtungsparameter
Massebestimmung von binären Radiopulsaren, Röntgenpulsaren und Schwarzen Löchern
Die massereichsten Sterne der Milchstraße
Sternspektren
Klassifikation der Sternspektren
Leuchtkraftklassen
Populationszugehörigkeit
Spektralklassen
Korrelationen
Farben-Helligkeitsdiagramme
Masse-Leuchtkraft-Beziehung
Masse-Radius-Beziehung
Hertzsprung-Russell-Diagramm
Analyse des Schwingungsverhaltens von Sonne und Sternen
Dopplergramme
Solare Oszillationen
Modelle
Direkte und inverse Methode
3. Sternspektren und Sternatmosphären
Physikalische Grundlagen der Spektroskopie
Strahlungsprozesse im Bohr- Sommerfeldschen Atommodell
Das Wasserstoffatom und sein Spektrum
Spektren der Alkalimetalle
Elektronenkonfiguration von Ionen
Atome mit mehreren Elektronen
Das Heliumspektrum und die Spektren heliumartiger Ionen
Spektren der Wasserstoffionen
Molekülspektren
Identifikation von Spektrallinien in Sternspektren
Linienprofile und Linienbreiten
Linienaufspaltung durch den Zeeman-Effekt
Strahlungstransport in Spektrallinien
Lokales thermodynamisches Gleichgewicht und Kirchhoff'scher Satz
Formale Lösung der Strahlungstransportgleichung
Eddington-Barber-Beziehung
Strahlungsprozesse und Absorptionskoeffizienten
Boltzmann-Verteilung
Saha-Gleichung
Quantitative Spektralanalyse
Wachstumskurven
Synthetische Spektren
Photosphärenmodelle
Grundlegende Physik einer Sternphotosphäre
Modellatmosphären und Bestimmung der fundamentalen Sternparameter
4. Innerer Aufbau von Sternen
Sterne im hydrostatischen Gleichgewicht und Virialtheorem
Energiehaushalt und Leuchtkraft
Energietransport
Strahlungstransport
Konvektiver Wärmetransport
Zustandsgleichungen
Ideales Gas und Photonengas
Entartete Materie
Innere Energie
Statische Sternmodelle
Numerische Lösung von Sternstrukturmodellen
Polytrope Lösungen
Homologe Sternmodelle
5. Nukleare Energieerzeugungsprozesse und Elementesynthese
Bindungsenergie und Massendefekt
Nukleare Reaktionsraten
Energieabhängigkeit nuklearer Reaktionsraten
Resonanzen in den nuklearen Reaktionsraten
Wichtige nukleare Brennphasen im Laufe der Sternentwicklung
Deuterium- und Lithiumbrennen
Wasserstoffbrennen
Heliumbrennen - der Triple-Alpha-Prozess
Fortgeschrittene thermonukleare Brennphasen
6. Evolution der Sterne
Evolutionäre Sternmodelle
Visualisierung von Entwicklungsprozessen
Stellare Zeitskalen
Sternentstehung
Interstellares Medium (ISM) und Molekülwolken
Gravitationskollaps einer Molekülwolke und Sternbildung
Hauptreihen- und Nachhauptreihenentwicklung
Evolution Roter Zwergsterne
Evolution massearmer Sterne
Evolution von Sternen im mittleren Massebereich
Evolution von Sternen im oberen Massebereich
7. Endstadien der Sternentwicklung
Weiße Zwerge
Spektrum
Physische Eigenschaften
Atmosphäre
Innere Struktur
Abkühlung
Neutronensterne
Radiopulsare
Röntgenpulsare
Physische Eigenschaften
Protoneutronensterne
Innerer Aufbau
Quarkmaterie und (mehr oder weniger seltsame) Quarksterne
Quark-Gluon-Plasma
Seltsame Materie
Stellare Schwarze Löcher
Einteilung Schwarzer Löcher nach Entstehung und Masse
Röntgendoppelsterne mit Black-Hole-Komponente
Anhang
LiteraturSachverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Eine kurze Geschichte der Erforschung der Sterne
Was kann man an Sternen beobachten?
Sternhelligkeiten
Sterndurchmesser
Sternmassen
Sternspektren
Korrelationen
Analyse des Schwingungsverhaltens von Sonne und Sternen
Sternspektren und Sternatmosphären
Physikalische Grundlagen der Spektroskopie
Strahlungstransport in Spektrallinien
Quantitative Spektralanalyse
Photosphärenmodelle
Innerer Aufbau von Sternen
Sterne im hydrostatischen Gleichgewicht und Virialtheorem
Energiehaushalt und Leuchtkraft
Energietransport
Zustandsgleichungen
Statische Sternmodelle
Nukleare Energieerzeugungsprozesse und Elementesynthese
Bindungsenergie und Massendefekt
Nukleare Reaktionsraten
Wichtige nukleare Brennphasen im Laufe der Sternentwicklung
Evolution der Sterne
Evolutionäre Sternmodelle
Sternentstehung
Hauptreihen- und Nachhauptreihenentwicklung
Endstadien der Sternentwicklung
Weiße Zwerge
Neutronensterne
Quarkmaterie und (mehr oder weniger seltsame) Quarksterne
Stellare Schwarze Löcher
Literatur- und Sachverzeichnis
Ich hätte das Buch lieber als "Echtes Buch"
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