Farbe und Helligkeit des Sternlichts

Auf den ersten Blick erscheinen "Sterne" am Himmel gleich, bei genauerer Betrachtung fallen jedoch Unterschiede auf.

Unterschied Fixstern - Planet

Fixsterne sind zwar "riesengroße" Objekte (Sonnen wie unsere eigene), da sie jedoch sehr weit entfernt sind, erscheinen sie selbst bei Betrachtung durch ein Fernrohr mit starker Vergrößerung "punktförmig", d . h das vom Fixstern kommende Licht trifft im Auge nur eine Sehzelle.
Planeten gehören zu unserem Sonnensystem, sind uns also viel näher als die Fixsterne. Obwohl sie viel kleiner als Fixsterne sind, bieten sie einen "flächenhaften" Anblick.

Die folgende Skizze soll den Sachverhalt veranschaulichen:

Das sprichwörtliche "Funkeln" der Sterne trifft also nur auf Fixsterne zu, Planeten strahlen gleichmäßig.

Im Folgenden werden nun die Fixsterne betrachtet.

Die folgende Aufnahme wurde mit feststehender Kamera in Richtung Norden gemacht (Die Aufnahme ist im Februar gegen 22 Uhr in Südtirol entstanden)

Die Sterne scheinen sich im Gegenuhrzeigersinn um den Polarstern zu drehen, der Drehwinkel beträgt etwa 20 Grad. Eine einfache Überlegung ergibt die Belichtungsdauer: Eine volle Umdrehung (360°) dauert 24 Stunden, in einer Stunde ergibt sich also ein Winkel von 15°. Für einen Winkel von 20° ist also eine Belichtungsdauer von etwa 1 Stunde und 20 Minuten erforderlich. Auf dem Bild erkennt man sehr schön, dass die Sterne unterschiedlich hell sind und verschiedene Farben haben. (Man muss allerdings beachten: Die Farbwiedergabe des verwendeten Films ist nicht optimal, Sterne, die nur einen kurzen Bogen zurück legen müssen, konzentrieren ihr Licht auf eine kleinere Strecke und erscheinen deshalb heller als sie eigentlich sind)

Der Stern, an dem der Drehwinkel eingetragen ist, ist Arktur im Sternbild Bootes. Er geht gerade im Osten auf. Er fällt auf, weil er
1.) sehr hell ist und
2.) eine rötliche Farbe hat.

Die Helligkeit der der Sterne

Schon im Altertum teilte man die Sterne in Größenklassen ein. Die hellsten Sterne gehören in die 1. Größenklasse, die mit bloßem Auge gerade noch sichtbaren Sterne in die 6. Größenklasse. Die anderen Sterne wurden entsprechend ihrer Helligkeit in die Größenklassen 2 bis 5 eingeteilt. Arktur ist der zweithellste Fixstern überhaupt, er gehört in die 1. Größenklasse. Der hellste Fixstern ist Sirius (Sternbild "Großer Hund"), er ist im Winter in südlicher Richtung zu sehen. Der Polarstern gehört in die 2. Größenklasse.
Auch aus dem Altertum stammt die Kennzeichnung des hellsten Sterns eines Sternbilds mit Alpha, des zweithellsten mit Beta usw.. So ist z.B. Beteigeuze Alpha Orionis, also der hellste Stern des Sternbilds Orion, Rigel ist Beta Orionis (Orionis ist der Genitiv des Sternbildnamens Orion). In manchen Fällen stimmt die Zuordnung von Alpha und Beta auch nicht genau. Im Sternbild Zwillinge (Gemini) ist z.B. Castor "Alpha" und Pollux "Beta", tatsächlich ist aber die Reihenfolge der Helligkeit umgekehrt.
Nach Erfindung der Fotografie war es möglich, Sterne mit längerer Belichtungsdauer aufzunehmen, also ihr Licht "zu sammeln". Dabei wird die Kamera auf eine Vorrichtung montiert, die die scheinbare Drehung des Sternhimmels mitmacht, so dass die Sterne als Punkte abgebildet werden (und nicht als Bögen wie im obigen Bild). Dabei kommen dann Sterne zum Vorschein, die man mit bloßem Auge nicht sieht. Die Skala der Größenklassen wurde deshalb erweitert: 7. Größenklasse, 8. ... usw.

Scheinbare Helligkeit - Absolute Helligkeit

Die so fest gelegten Größenklassen sind ein Maß für die scheinbare Helligkeit der Sterne. Die von uns beobachteten Helligkeitsunterschiede sind natürlich zum Teil auch auf die unterschiedliche Entfernung der Sterne zurück zu führen. Den Astronomen ist es gelungen, Methoden zu finden, mit denen man die Entfernung der Sterne messen kann. Diese Entfernungen sind so groß, dass die Längeneinheit "Kilometer" unpraktisch ist. Statt dessen wird die Längeneinheit "Parsec" verwendet, auf deren Definition hier nicht eingegangen wird. 1 Parsec ist etwa gleich 3,1 Lichtjahre, das Licht braucht also etwa 3,1 Jahre, um diese Strecke zurück zu legen.
Wenn man die Entfernungen von Sternen kennt, kann man sie "rechnerisch" alle in die gleiche Entfernung bringen und ausrechnen, in welche Größenklasse sie dann einzuordnen wären. Man hat als Bezugsentfernung 10 Parsec = 31 Lichtjahre gewählt. Die so ermittelten Größenklassen stellen ein Maß für die Absolute Helligkeit eines Sterns dar. Arktur ist übrigens auch "absolut gesehen" sehr hell. Weitere Sterne mit großer absoluter Helligkeit sind z. B. Aldebaran und Rigel im Sternbild Orion. Sirius dagegen ist in dieser Beziehung nur "Mittelmaß", er erscheint uns nur deshalb so hell, weil  er uns relativ nahe ist. (er ist nur etwa 8,6 Lichtjahre entfernt)

Die Farbe des Sternlichts

Für die Farbe des Sternlichts gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten, die man auch beobachtet, wenn man z.B. eine Glühlampe über einen Dimmer einschaltet: Wenn man die Spannung allmählich steigert, wird der Glühdraht immer heißer. Erleuchtet dabei zunächst schwach rötlich und schließlich grell weiß. Spätestens dann darf man die Spannung nicht mehr steigern, weil sonst der Glühfaden durchbrennt. Sterne können aber noch heißer sein, sie leuchten dann bläulich.

Das folgende Bild zeigt die Spektren einiger typischer Sterne und die entsprechenden Temperaturen (Zur Erzeugung eines Spektrums wird das Licht mit z.B. mit einem Prisma zerlegt. Unser Auge kann diese Zerlegung nicht durchführen, man nimmt diejenige Farbe wahr, bei der die Intensität des Spektrums am größten ist)

Die Sonne ist übrigens mit dem Stern Kapella (Sternbild Fuhrmann) zu vergleichen.

Rote Riesen - Weiße Zwerge

Arktur ist auch absolut gesehen sehr hell. Wie ist das möglich, wo er doch wegen seiner "niedrigen" Temperatur pro Quadratmeter nur relativ weinig Licht abstrahlt? Die Erklärung ist, dass Arktur sehr groß ist, er ist ein "Roter Riesenstern". Auch Beteigeuze und Aldebaran im Sternbild Stier gehören zu den "Roten Riesen".
Das Gegenstück zu den Roten Riesensternen sind die "Weißen Zwergsterne". Ihre bläulich weiße Farbe weist auf eine hohe Temperatur hin, trotzdem ist ihre Absolute Helligkeit klein. Sie müssen also eine kleine Oberfläche haben. Am Himmel gibt es keinen Weißen Zwerg mit bloßem Auge zu sehen (Sie sind halt zu lichtschwach). Mit Fernrohren kann man sie aber finden. So hat z.B. Sirius einem Begleitstern (Sirius und sein Begleiter kreisen um ihren gemeinsamen Schwerpunkt). Sirius selbst ist zu sehen, sein Begleiter ist so lichtschwach, dass man ihn mit bloßem Auge nicht erkennt, obwohl er praktisch genau so weit entfernt ist wie Sirius selbst. (Außerdem stehen von uns gesehen die beiden natürlich sehr nahe beieinander, man hätte Schwierigkeiten, sie mit bloßem Auge zu trennen)

Ein Tipp: Bei WIKIPEDIA gibt es zu vielen Sternen "Steckbriefe", aus denen man die wichtigsten Eigenschaften entnehmen kann. Einfach den Sternnamen eingeben!

Beispiele:

Die Sterne des Winter-Sechsecks und Beteigeuze:

Beteigeuze (Sternbild Orion): http://de.wikipedia.org/wiki/Beteigeuze

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