Sexl Physik 8, Schulbuch

3.1 Eigenschaften von Sternen In klaren Nächten kann man fern von Städten, in denen Lichtreklamen und Stra- ßenbeleuchtung den Himmel erhellen, mit freiem Auge rund 2000 Sterne sehen, mit einem einfachen Feldstecher bereits 50000. Diese Sterne gehören wie die Son- ne zur Milchstraße und bewegen sich um das Zentrum der Milchstraße. Bei sehr guten Bedingungen ist am nördlichen Himmel als Objekt außerhalb unse- rer Milchstraße die Andromeda-Galaxie zu sehen. Auf Grund von Langzeitauf- nahmen kleiner Himmelsbereiche mit dem Hubble-Weltraum-Teleskop schätzt man die Zahl der Galaxien innerhalb einer Entfernung von etwa 12Mrd. Lichtjahren auf etwa 50Milliarden , jede hat durchschnittlich 100Mrd. Sterne .  Untersuche, überlege, forsche: Lichtverschmutzung 77.1 S 1  Informiere dich, wodurch die Aufhellung des Nachthimmels hauptsächlich verursacht wird und welche Wirkungen dies auf Menschen, Tiere und Pflanzen hat. Finde Beispiele und mache Vorschläge, wie die Lichtverschmutzung verrin- gert werden kann. Helligkeit und Leuchtkraft der Sterne Wie hell ein Stern auf der Erde wahrgenommen wird, hängt von seiner Leucht- kraft und seiner Entfernung , eventuell auch von der lichtabsorbierenden Wirkung von interstellarer Materie (Gas und Staub) zwischen Stern und Beobachter ab. Be- reits im Altertum teilte man die Sterne in sechs Größenklassen ein. Die hellsten Sterne bezeichnete man als Sterne erster Größe, die mit bloßem Auge gerade noch sichtbaren schwächsten Sterne nannte man Sterne sechster Größe. Die auf der Erde gemessene Lichtenergie eines Sterns wird als scheinbare Hellig- keit bezeichnet. In der modernen Astronomie gilt: Scheinbare Helligkeit I I ist die Lichtenergie, die pro Quadratmeter und Sekunde auf die Erde fällt. Zwei Sterne unterscheiden sich um eine Größenklasse (Magnitude m ), wenn sich ihre Helligkeiten um den Faktor z ≈ 2,51 unterscheiden. Ein Unterschied um fünf Magnituden bedeutet, dass sich die Helligkeiten um den Faktor z 5  ≈ (2,51) 5  ≈ 100 unterscheiden. Für den Stern Wega im Sternbild Leier (Lyra) wird der Wert m = 0 festgelegt. Je lichtschwächer ein Stern ist, desto größer ist seine Magnitude. Sterne heller als Wega haben negative Magnituden. Die Tabelle (  77.2 ) gibt die Größenklassen m einiger leicht am Himmel zu findenden Sterne an. Zur Bestimmung der Leuchtkraft, der tatsächlichen Energieabstrahlung, eines Sterns braucht man seine Entfernung r von der Erde. Für die sonnennächsten Ster- ne benützt man dazu die Parallaxenmethode, eine trigonometrische Methode mit dem Erdbahndurchmesser als Standlinie (  78.1 ). Proxima Centauri und das mit freiem Auge sichtbare Doppelsternsystem Alpha Centauri am südlichen Sternhim- mel sind die sonnennächsten Sterne. Unser Abstand von α Centauri beträgt r ≈ 4,3 Lj = 4 · 10 16 m (1 Lichtjahr (Lj) = 9,46 · 10 15 m). Aus der Entfernung r und der scheinbaren Helligkeit kann man die Leuchtkraft eines Sterns berechnen. Leuchtkraft L L ist die gesamte Lichtenergie, die der Stern pro Sekunde aussendet. Für α Centauri ist beispielsweise I ≈ 2 · 10 −8 W/m 2 und folglich L = 4 π r 2 · I ≈ 4 π · (4 · 10 16 m) 2 · 2 · 10 −8 W/m 2  ≈ 4 · 10 26 W ≈ L 8 . Die Leuchtkraft L von α Centauri stimmt also annähernd mit der Leuchtkraft L 8 der Sonne überein. Für andere Sterne erhält man Werte zwischen einem Zehntau- sendstel und dem Zehntausendfachen der Leuchtkraft der Sonne. Die Sonne ist ein Stern mittlerer Leuchtkraft. Sterne in Sonnennähe Stern Entfernung in Lichtjahren Proxima Centauri 4,3 α Centauri A 4,4 α Centauri B 4,4 Barnards Stern 6,0 Wolf 359 7,6 HD 95735 8,1 Sirius A 8,6 Sirius B 8,6 77.1 In einer Entfernung bis zu 10 Lichtjahren findet man 11 Sterne, davon 3 Doppelsternsys- teme. Namen wie HD, Wolf, etc. beziehen sich auf Sternkataloge. 77.2 Die Kurzbezeichnung in der mittleren Spalte bezieht sich auf das Sternbild, in dem der Stern zu finden ist. Negative Werte von m bedeuten große Helligkeit. Der Vollmond hat m = −12,5, die Sonne m = −26,8, Venus m = −4. Der Rote Riese Beteigeuze hat große Hellig- keitsschwankungen, sein Durchmesser wurde mit dem VLT vermessen und beträgt mehr als 400 Sonnendurchmesser. Die hellsten Sterne am Nord-Himmel Stern Symbol m Sirius A α Cma −1,5 Arktur α Boo 0,0 Wega α Lyr 0,0 Capella α Aur 0,1 Rigel β Ori 0,1 Prokyon α Cm 0,4 Altair α Aql 0,8 Beteigeuze α Ori 0,3 – 0,6 Aldebaran α Tau 0,9 Spica α Vir 1,0 77.3 Das Spektrum der Sonne weist zahlrei- che Absorptionslinien auf. Sie entstehen da- durch, dass die hochionisierten Atome der Sonnenatmosphäre Sonnenlicht entsprechend ihren Spektrallinien absorbieren und in alle Richtungen wieder emittieren. Die wichtigsten stammen von Natrium, Magnesium, Calcium und Eisen. (Fotomontage des gesamten Spek- trums in Einzelstreifen) 77 | AKTUELLE FORSCHUNG Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv