1.1 Wie schnell ist Licht? Wenn wir am Abend den Himmel betrachten, dann sehen wir in die Vergangenheit unseres Universums. Der Polarstern ist etwa 430 Lichtjahre entfernt: Das Licht des Sterns benötigt 430 Jahre, um zu uns zu gelangen. Wir sehen den Stern also so, wie er vor 430 Jahren war. Wenn wir eine Vorstellung davon haben wollen, wie weit der Stern von uns entfernt ist, müssen wir wissen, wie schnell sich Licht durch den Weltraum ausbreitet. Unsere Alltagserfahrung sagt uns, dass die Lichtgeschwindigkeit sehr hoch sein muss, jedenfalls viel höher als die Schallgeschwindigkeit (60.3). Um die Geschwindigkeit des Lichts zu messen, benötigen wir daher entweder sehr große Entfernungen oder sehr genaue Uhren. Die astronomische Messung der Lichtgeschwindigkeit Die Orientierung von Schiffen auf dem Meer erfolgte lange Zeit über die Beobachtung der Sterne und über Zeitmessung. Die Suche nach einer Verbesserung der Zeitmessung führte zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit. Die geographische Breite kann durch Messung der Höhe des Polarsterns (60.2) oder des höchsten Punkts der aktuellen Sonnenbahn bestimmt werden. Zur Bestimmung der geographischen Länge muss man den Unterschied zwischen der lokalen Sonnenzeit und der Zeit am Nullmeridian kennen. Zur Zeit der großen europäischen Entdeckungsfahrten im 16. Jahrhundert gab es keine Schiffsuhren, auf welchen man die Zeit am Nullmeridian ablesen konnte. So kam es häufig vor, dass Schiffe hunderte Seemeilen von der vermeintlichen Position entfernt waren. Im 17. Jh. wurde es mit Fernrohren möglich, die periodischen Bewegungen von Himmelskörpern als Uhren zu benutzen. Zu diesem Zweck notierte der französische Astronom Giovanni Domenico Cassini, Direktor der Pariser Sternwarte, die Verfinsterungen des Jupitermonds Io auf Zeittafeln. Als der dänische Astronom Ole Römer um 1675 zur Verbesserung dieser Zeittafeln den Jupitermond nochmals beobachtete, stellte er fest, dass die Verfinsterung des Jupitermondes später eintritt als berechnet, wenn die Erde weiter vom Jupiter entfernt ist. Daraus schloss Römer im 17. Jh., dass sich Licht mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Eine ausführliche Beschreibung dazu findest du im digitalen Zusatzmaterial. 60.1 Unser Auge ist unser wichtigstes Sinnesorgan. Über die Pupille erhalten wir auch Information über das Innere des Auges. Wichtig ist die Untersuchung der Netzhaut. Wie funktioniert das? 60.2 Der Polarstern ist der hellste Stern im Kleinen Wagen. Die geographische Breite φ auf der Nordhalbkugel entspricht der Höhe des Polarsterns über dem Horizont. Die Höhe erhältst du, indem du im einfachsten Fall den Stern anvisierst und den Winkel zwischen dem Stern und der Horizontalen misst. Polarstern Horizont Nordpol Erddrehung Äquator Erdachse Südpol φ φ 60.3 Am Fußballplatz kannst du bei größerer Entfernung vom Spielfeld feststellen, dass du einen Tritt gegen den Ball siehst, bevor du das dazugehörige Geräusch hörst. 60 1 Reflexion und Brechung In diesem Kapitel erfährst du, – wie man die Geschwindigkeit des Lichts messen kann, – wie man Reflexion und Brechung für den Bau optischer Geräte nutzen kann, – wie unser Auge funktioniert Elektromagnetische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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