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Einige physikalische Größen in der Natur haben einen bestimmten, festen Wert, der im Laufe der Zeit immer genauer bestimmt worden ist. Man nennt solche physikalischen Größen Naturkonstanten. Typische Beispiele für solche Naturkonstanten sind die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum als die größtmögliche in der Natur auftretende Geschwindigkeit, der absolute Nullpunkt der Temperatur als die tiefstmögliche Temperatur oder die Fallbeschleunigung, die angibt, welche Beschleunigung ein Körper im Gravitationsfeld beim Fall im luftleeren Raum hat.

Die Verleihung von Nobelpreisen hatte der schwedische Chemiker und Unternehmer ALFRED NOBEL, der von 1833 bis 1896 lebte, 1895 in seinem Testament verfügt. Der Nobelpreis wird seit 1901 jeweils zum Todestag von ALFRED NOBEL am 10. Dezember in den Bereichen Physik, Chemie, Medizin/Physiologie, Literatur und Frieden verliehen. Seit 1969 erfolgt auch eine Verleihung des Nobelpreises auf dem Gebiet der Wirtschaftswissenschaften. Der Nobelpreis gilt als höchste wissenschaftliche Auszeichnung.

Wäre die Erde eine unbewegte Kugel, würden sich die globalen Windsysteme vom Äquator zu den Polen hin ausrichten:
Die Sonneneinstrahlung ist am Äquator am höchsten. Die am Äquator auftretenden Strahlungsgewinne führen zur Erwärmung der Luft und lassen sie aufsteigen. Über dem äquatorialen Tiefdruckgebiet würde die Luft dann nord- und südwärts zu den Polen hin abströmen.
Durch die Erdrotation kann es aber einen solchen geschlossenen Kreislauf der Luftmassen zwischen Äquator und Polen, die sogenannte HEADLEY-Zelle, nicht geben. Die Zelle bzw. der Kreislauf existiert lediglich im Raum zwischen dem Äquator und etwa 30° nördlicher und südlicher Breite und wird als Passatzirkulation bezeichnet.
Die HEADLEY-Zelle ist allerdings nicht nur in ihrer Breitenausdehnung begrenzt. Durch die Erdrotation tritt zusätzlich eine scheinbare Kraft auf, die die auf der Nordhalbkugel vom Äquator weg wehenden Winde nach Osten und die zum Äquator hin wehenden Winde nach Westen ablenkt. Auf der Südhalbkugel sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt. Diese ablenkende Kraft heißt CORIOLIS-Kraft.

Die Sonne ist der uns am nächsten stehende Stern. Sie liefert die Energie, durch die Leben auf der Erde überhaupt erst entstehen und sich entwickeln konnte. Aufgrund der relativ geringen Entfernung sind viele Daten der Sonne recht genau bekannt. Sie sind in Übersichten dargestellt.

Es gibt eine Vielzahl physikalischer Systeme, bei denen geringfügige Änderungen in den Anfangsbedingungen erhebliche Auswirkungen haben können. Ein einfaches Beispiel dafür ist das Fallenlassen eines Blattes Papier. Es fällt je nach dem Ausgangszustand in sehr unterschiedlicher Weise nach unten – es verhält sich chaotisch. Trotzdem wirken auch in diesem Falle physikalische Gesetze. Man bezeichnet das Verhalten solcher Systeme als deterministisches Chaos. Ihre Beschreibung erfolgt nicht nichtlinearen Gleichungen.

Die Weltmeere sind ein gewaltiger Speicher erneuerbarer Energien. Bei der Nutzung der thermischen und kinetischen Energie der Ozeane steht der Mensch jedoch noch am Anfang. Bislang arbeiten nur wenige Gezeiten- und Wellenkraftwerke erfolgreich. Auch bei der Entwicklung von Temperaturgefällekraftwerken, die gleichzeitig zur Meerwasserentsalzung genutzt werden können, muss noch viel Pionierarbeit geleistet werden.

Die Erde ist einer der neun großen Planeten in unserem Sonnensystem und steht der Sonne relativ nahe. Sie ist der einzige Himmelskörper, auf dem sich höhere Formen des Lebens entwickeln konnten. Als Planet und Himmelskörper im Sonnensystem kann die Erde mit zum Forschungsgegenstand der Astronomie gezählt werden, insbesondere was ihre Bewegungen und ihre Daten betrifft. Die Wissenschaft, die sich aber vorrangig mit der Erde beschäftigt, ist die Geografie.

Erde und Erdmond, meist kurz als Mond bezeichnet, sind enge kosmische Partner. Sie bewegen sich seit ihrer Entstehung gemeinsam um die Sonne. Während die Erde der Planet des Lebens ist, herrschen auf dem Mond Bedingungen, unter denen sich nicht einmal primitive Einzeller entwickeln konnten. Der Mond ist der einzige Himmelskörper außerhalb der Erde, den Menschen bisher besuchten.

Im Spektrum von sehr weit entfernten Galaxien beobachtet man auffällige Linienverschiebungen der Spektrallinien gegenüber dem Spektrum einer ruhenden Vergleichsquelle. Auf ähnliche Weise wie bei den Radialgeschwindigkeiten der Sterne müssen diese Linienverschiebungen im Spektrum der Galaxien als radiale Bewegungen interpretiert werden. Sehr weit entfernte Galaxien bewegen sich von uns fort. Diesen Effekt bezeichnet man als Galaxienflucht.

Die Fernrohrbeobachtungen GALILEO GALILEIs (1564-1642) darf man als entscheidenden Wendepunkt am Beginn der Erforschung der Galaxis ansehen. GALILEI richtete um das Jahr 1610 zum ersten Mal ein Fernrohr auf das diffus leuchtende Band der Milchstraße und konnte es in einzelne Sterne auflösen.
Damit erhob sich die Frage, weshalb die Sterne in einem flachen Band konzentriert sind und an anderen Stellen des Himmels in wesentlich geringer Anzahl auftreten.

Die Kugelgestalt der Erde war lange umstritten. Seit der griechischen Antike bis weit ins Mittelalter hinein wurde von der Kirche und Gelehrten die Erde als kreisrunde Scheibe betrachtet. Erst nach wissenschaftlichen Berechnungen, indirekten Beweisen und den ersten Weltumseglungen setzten sich die wahren Auffassungen über die Gestalt der Erde endgültig durch.

Ein Blick zum Sternhimmel lässt erkennen, dass die einzelnen Sterne stark voneinander abweichende Helligkeitseindrücke im menschlichen Auge hervorrufen. Bezüglich der vom menschlichen Auge wahrgenommenen visuellen Helligkeit, die auch als scheinbare Helligkeit bezeichnet wird, ist der Stern Sirius von Mitteleuropa aus der hellste Stern, den wir am Himmel sehen.

Das HERTZSPRUNG-RUSSELL-Diagramm, benannt nach dem dänischen Astronomen EJNAR HERTZSPRUNG (1873-1967) und dem amerikanischen Astronomen HENRY NORRIS RUSSELL (1877-1957), ist das bekannteste Zustandsdiagramm der Astrophysik. Auf den Achsen sind die Leuchtkraft und die Oberflächentemperatur aufgetragen. Jeder Stern wird als Punkt abgebildet. In diesem Diagramm treten typische Häufungsgebiete auf, die unmittelbar mit bestimmten Stadien der Sternentwicklung verbunden sind.

Die Vorstellung vom Hüllenbau („Sphären“) der Erde ist sehr alt.
Heute wird der Hüllenbegriff vor allem in den Geo- und Biowissenschaften für stofflich-energetische Bereiche an der Erdoberfläche verwendet, für die zugleich bestimmte Erscheinungsformen der Materie einschließlich ihrer Prozesse charakteristisch sind. Die wesentlichsten Teilhüllen sind zugleich die Gegenstände bestimmter Wissenschaften. Die Geografie untersucht die Landschaftshülle (Geosphäre). Das ist der Durchdringungsbereich vieler Teilhüllen unmittelbar beidseitig der Erdoberfläche.

Das kosmologische Prinzip beschreibt die wichtigste Arbeitshypothese der Kosmologie. Es gründet sich auf die bisherigen Erfahrungen, die bei der Erforschung der Struktur und der Bewegungsverhältnisse im Universum gesammelt worden sind. Es lautet:
Im Universum existiert kein Punkt, der in irgend einer besonderen Weise physikalisch ausgezeichnet ist.

Als Milchstraßensystem oder Galaxis bezeichnet man das Sternsystem, in dem sich unsere Sonne befindet. Das Milchstraßensystem ist also die kosmische Heimat der Menschheit. Unser Sternsystem gehört zur Gruppe der Spiralgalaxien. Es beherbergt etwa 100 Milliarden Sterne, darüber hinaus verschiedene Typen von Sternhaufen und interstellare Materie. Wie bei vielen anderen Spiralgalaxien kann man auch im Milchstraßensystem einige großräumige Strukturelemente deutlich voneinander unterscheiden. Zu diesen zählen die Scheibe mit den Spiralarmen, das Zentralgebiet und der galaktische Halo.

Als Mond bezeichnet man den natürlichen Begleiter eines Planeten oder eines Planetoiden. Im engeren Sinn versteht man unter der Bezeichnung „Mond“ den Trabanten der Erde.
Allein im Jahre 2000 hat man 23 Monde neu entdeckt. Damit erhöhte sich die Gesamtanzahl der bekannten Planetenmonde auf 91 (Stand: Januar 2001). Zu Beginn des Jahres 2003 betrug diese Anzahl bereits über 100. Offensichtlich hält die Entdeckungsserie neuer Monde gegenwärtig an, eine feste Obergrenze für die Zahl der natürlichen Planetenbegleiter im Sonnensystem anzugeben, ist daher kaum möglich.

Der uns nächste Stern ist die Sonne, die sich in einer mittleren Entfernung von 149,6 Millionen Kilometern (1 astronomische Einheit, 1 AE) von der Erde entfernt befindet. Der neben der Sonne nächste Stern ist Proxima Centauri, der 1,30 pc oder $\mathrm{2,70}\cdot {10}^5\text{AE oder 4}\text{,04}\cdot {\text{10}}^{\text{16}}\text{m}$ von uns entfernt ist, also 270.000-mal so weit wie die Sonne.

Unter dem Begriff Rotverschiebung versteht man die Verschiebung von Spektrallinien hin zu größeren Wellenlängen. Handelt es sich hierbei um Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, dann bedeutet ihre Vergrößerung, dass sie näher an den Spektalbereich rücken, der von Menschen als rotes Licht wahrgenommen wird. Grundsätzlich muss man zwischen verschiedenen Arten der Rotverschiebung unterscheiden.

Schwarze Löcher sind Bereiche des Weltraums, aus denen keinerlei Strahlung entweichen kann. In der klassischen Physik kann man sich zur Erklärung dieses Effektes vorstellen, dass die Fluchtgeschwindigkeit, die zum Verlassen dieser Objekte notwendig wäre, größer als die Lichtgeschwindigkeit ist.

In der Natur kann man die Ausbildung vielfältiger Strukturen (Kristalle, Zellen, Wirbel, Wolkenformen) beobachten. Dabei bilden sich unter bestimmten Bedingungen aus zunächst unstrukturierten oder wenig strukturierten Zuständen Strukturen heraus. Da diese Vorgänge von selbst ablaufen, wenn die erforderlichen Bedingungen vorliegen, spricht man von Selbstorganisation. Die Theorie der Selbstorganisation, die ab etwa 1970 entwickelt wurde, bezeichnet man auch als Synergetik. Gegenstand der Synergetik ist die Erforschung der spontanen Bildung von Strukturen. Selbstorganisation bedeutet eine Erhöhung der Ordnung im System, die mit einer Entropieminderung verbunden ist.

Der Gang der Witterung eines Normaljahres ist sowohl von Zeitabschnitten mit Kälterückfällen und mit zu warmer Witterung als auch von zu feuchten oder zu trockenen Witterungsperioden geprägt. Die Ursachen dafür liegen im regelhaften Auftreten unterschiedlicher Großwetterlagen. Diese sind durch unterschiedliche Luftmassen aus verschiedenen Herkunftsgebieten mit jeweils spezifischen Eigenschaften gekennzeichnet. Statistische Auswertungen zeigen, dass sich die Abweichungen vom normalen Witterungsverlauf immer wieder um bestimmte Termine zeigen. Sie werden deshalb als Witterungsregelfälle, als sogenannte Singularitäten, bezeichnet. Viele Wetterregeln (Bauernregeln) sind an den Singularitätenterminen orientiert.

Wasser hat von allen in der Natur vorkommenden Stoffen mit die größte spezifische Wärmekapazität. Diese Tatsache wird in der Technik, z. B. bei Warmwasserheizungen oder der Kühlung von Motoren, bewusst ausgenutzt. Andererseits beeinflussen große Wassermassen, insbesondere große Meere und Ozeane, das Klima vieler Gebiete der Erde.
Besondere Einflüsse auf das Klima besitzen aber auch Meeresströmungen.

Die Sonne ist der uns nächste Stern und zugleich das Massezentrum unseres Planetensystems. Das Gesamtbild unseres Zentralgestirns wird durch die physikalischen Zustandsgrößen Durchmesser (Radius), mittlere Dichte, Masse, Rotationsdauer, Leuchtkraft und Oberflächentemperatur bestimmt.

Im Jahre 1900 begründete der deutsche Physiker MAX PLANCK die Quantentheorie. Als Geburtstunde dieser Theorie gilt ein Vortrag, den er auf der Sitzung der Berliner Physikalischen Gesellschaft am 14. Dezember 1900 gehalten hat und der den Titel „Zur Theorie des Gesetzes der Energieverteilung im Normalspektrum“ trug.
Nachfolgend sind Auszüge aus diesem Vortrag sowie aus einem Beitrag angegeben, den er etwa zwei Monate vorher vor dem gleichen Gremium gehalten und in dem er erstmals seine Strahlungsformel vorgestellt hat.