Hallo, ich mache dieses Jahr schriftliches Abitur in Bayern im Fach Physik und für die 12. Klasse sogar noch Astrophysik. Ich wollte zur Übung einige Aufgaben von den Vorjahren machen, bin dabei aber vor allem bei einigen Aufgaben der Astrophysik auf Probleme gestoßen und habe auch immer nur paar mathematische Ansätze gefunden. Falls sich jemand hier die Zeit nehmen könnte, mir zu helfen mit Ansätzen oder auch eventuell Lösungen..., wäre ich sehr dankbar:

1) Die Internationale Raumstation (ISS) umläuft die Erde auf einer näherungsweise kreisförmigen Bahn von West nach Ost in einer mittleren Höhe von 400 km.

a) Zeigen Sie, dass die ISS innerhalb von 92 Minuten die Erde einmal umläuft, und bestimmen Sie, wie oft für die Astronauten an Bord der ISS während eines Erdtages die Sonne aufgeht. Erklären Sie ferner, dass die ISS nach 92 Minuten nicht an derselben Stelle am Himmel beobachtet werden kann.

b) Berechnen Sie die Umlaufgeschwindigkeit v(ISS) der Raumstation auf ihrer Bahn um die Erde und begründen Sie, dass bei Beobachtung im Zenit die Bewegung der ISS mit der Bewegung eines Verkehrsflugzeuges vergleichbar ist, das in etwa 10 km Höhe mit einer Geschwindigkeit von 800 km/h fliegt. Vergleichen Sie dazu zum Beispiel die Winkel, welche die Flugobjekte in einer bestimmten Zeit in Bezug auf den Beobachter überstreichen.

c) Im Gegensatz zu einem Flugzeug verschwindet die ISS unvermittelt am Nachthimmel, bevor sie den Horizont erreicht hat. Erklären Sie dieses Phänomen. Nennen Sie eine weitere Möglichkeit zur Unterscheidung beider Objekte.

Die ISS verliert täglich etwa 100 m an Höhe. Die deshalb immer wieder notwendige Bahnkorrektur geschieht auf einer halben Ellipsenbahn. 

d) Geben Sie einen Grund für den Höhenverlust an.

e) Fertigen Sie eine Skizze der Flugbahn vor, während und nach der Bahnanhebung an und erläutern Sie qualitativ die hierzu notwendigen Geschwindigkeitsänderungen der ISS.

Bei optimalen Bedingungen erreicht die ISS eine scheinbare Helligkeit, bei der die Bestrahlungsstärke etwa 25-mal so groß ist wie die von Sirius, dem hellsten Stern am nächtlichen Nordhimmel. Sirius hat die scheinbare Helligkeit –1,44.

f) Geben Sie an, bis zu welcher scheinbaren Helligkeit Himmelsobjekte bei günstigen Bedingungen mit bloßem Auge beobachtet werden können. Bestimmen Sie die scheinbare Helligkeit der ISS bei optimalen Bedingungen.

g) Der ISS muss permanent eine elektrische Leistung P(perm) von 120 kW zur Verfügung stehen. Dafür ist die Raumstation mit vier Solarmodulen ausgestattet, deren Solarzellen eine Fläche von 4500 m 2 haben und deren Wirkungsgrad 14 % beträgt. Berechnen Sie die maximale Leistung P(max) der Module. Erläutern Sie anhand zweier Aspekte, warum sich P(max) deutlich von P(perm) unterscheiden muss.

Quelle: https://www.isb.bayern.de/download/22038/ph_2019_aalspdf.pdf