Wie unterscheidet man einen leuchtstarken, weit entfernten Stern von einem leuchtschwachen, aber nahen Stern?

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5 Antworten

Hallo deepxpalexblue,

in der Astrophysik lösen Wissenschaftler dieses Problem mithilfe des sogenannten Distanzmoduls und der trigonometrischen Parallaxe. Im allgemeinen gibt es für die Entfernungbestimmung viele unterschiedliche Möglichkeiten. Im Falle von Sternen, die der Milchstraße angehörig sind, erweist sich in aller Regel, die Parallaxe als hilfreich.

Dabei wird angenommen, dass die Erde auf dem Weg um die Sonne ein Kreisbahn vollführt. Stellen wir uns vor, wir vermessen die Position eines beliebigen Sterns am Nachthimmel. 6 Monate später, steht die Erde logischerweise genau "gegenüber" des aktuellen Bahnpunkts, da ein Umlauf um die Sonne ja 12 Monate benötigt.

Zu dieser Zeit wird die Position des Sterns relativ zum Himmelshintergrund erneut vermessen. Letztlich bilden die beiden Bahnpunkte der Erde, in der Verbindungslinie mit dem beobachteten Stern ein Dreieck. Am besten du zeichnest es selber mal auf, oder guckst es dir kurz im Internet an. Es verbleibt letztlich ein kleiner Winkel unter dem Stern, der im allgemeinen nun als Parallaxe bezeichnet wird.

Letztlich ist der dieser Methode zugrundeliegende Mechanismus, auch aus dem Alltag bekannt. Wenn du dich bewegst, so wie es die Erde um die Sonne tut, verschieben sich die Objekte, die sich näher an dir befinden, schneller, als die Objekte die weiter von dir entfernt sind. Wenn man nun empfindliche Instrumente zur Verfügung hat, die in der Lage sind diese winzigen Verschiebungen am Nachthimmel ausfindig zu machen, ist mithilfe dieser trigonometrischen Parallaxe eine genaue Entfernungbestimmung bis auf mehrere Tausend Lichtjahre möglich.

Alles darüber hinaus, kann mithilfe der Parallaxe aber nicht mehr vermessen werden. Im übrigen hat man aufgrund des Paradoxons, dass du in deiner Fragestellung beschreibst in der Astronomie den Begriff der absoluten Helligkeit eingeführt. Wenn man die Helligkeit eines Sterns am Nachthimmel kennt, und außerdem seine Entfernung bestimmt, kann man seine tatsächliche Leuchtkraft ermitteln. Die absolute Helligkeit eines Sterns ist immer die Helligkeit die er in einer Entfernung von genau 32,6 Lichtjahren zur Erde hätte. Auf diese Weise hat man einen direkten Vergleich.

Lg Nikolai

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Kommentar von Abahatchi
18.04.2016, 23:10

Sehr schöne Antwort. Vielleicht ist es aber noch gestattet zu erwähnen, dasz die absolute Helligkeit genau die Helligkeit ist, die ein Stern in genau 10 Parsec Entfernung hätte, denn die von Dir erwähnten 32,6 Lichtjahre sind  nicht genau 10 Parsec, sondern nur rund. 

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Wie man Parallaxe messen kann wurde schon beantwortet. Allerdings hat man die benötigte Genauigkeit erst mit dem Hipparcos Satelliten erreicht. Vorher hat man aber auch schon in etwa gewusst, wie weit sehr helle ferne Sterne wie Betelgeuse oder Rigel von uns weg sind.

Der Grund ist: Die Farbe des Sterns ist ein Maß für die Helligkeit des Sterns pro Fläche. Und die Größe eines Sterns kann man aus der Breite der Spektrallinien ableiten.

Ein kleiner Stern (wie die Sonne) hat an der Oberfläche eine stärkere Schwerkraft wie Riesensterne. Die stärkere Schwerkraft führt zu einem steileren Dichteprofil, und das führt dazu dass die Photosphäre (der sichtbare Teil des Sterns) eine höhere Dichte hat. Und das schließlich führt zu breiteren Spektrallinien.

Diese Breite wird mit römischen Ziffern angegeben. Z.B Betelgeuse hat Spektralklasse M2I (römisch I für Riese) und die Sonne hat G2V (römisch V für Zwerg).

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Kommentar von Abahatchi
19.04.2016, 08:54

Zu dem einen von Dir erwähnten Punkt möchte ich noch ergänzen, dasz es eben neben den von Dir erwähnten Spektralklassen auch noch die Leuchtkraftklassen gibt.

Anhand der von der Erde aus gemessenen Helligkeit, der Spektralklassen und den Leuchtkraftklassen kann man ungefähr auf die Entfernung zu uns schlieszen. Die Spektrallinien würde ich aber nicht als "breiter" bezeichnen, sondern je nach dem als "schärfer" bzw. "verschwommen" bezeichnen. Durch das "verschwimmen" wirken sie dann breiter.

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Soweit ich weiß, gibt es da unterschiedliche Methoden, aber das elektromagnetische Spektrum der Abstrahlung von Sternen ist ziemilch charakteristisch.

Durch die relativistische Rotverschiebung ist das Spektrum weiter entfernter Sterne in Richtung längerer Wellenlängen verschoben. Das kann man feststellen.

Das Problem liegt darin, die relativistische Rotverschiebung von einer Rotverschiebung durch den klassischen Doppler-Effekt zu unterscheiden. Das Spektrum eines Sterns ist nämlich sowohl rotverschoben, wenn er weit entfernt ist, als auch wenn er sich vom Beobachter entfernt. Umgekehrt ist das Spektrum eines Sternes, der sich auf den Beobachter zubewegt, aufgrund des klassischen Doppler-Effekts blauverschoben. Man wird also in der Regel Informationen aus mehreren Quellen benötigen, um an einen zuverlässigen Entfernungswert zu gelangen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Sterne zu verschiedenen Zeitpunkten im Jahr zu beobachten und den Versatz zu bestimmen, der durch Parallaxe entsteht, schließlich verändert sich die Position der Erde über die Zeit ebenfalls. Dadurch bekommt man einen Blick ins Universum aus verschiedenen Perspektiven und kann daraus Tiefeninformation gewinnen, ähnlich wie das Gehirn Tiefeninformation aus den Bildern beider Augen, die ja ebenfalls räumlich versetzt angeordnet sind, extrahiert.

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Lies mal hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Standardkerze

Entfernungsbestimmung ist bzw. war tatsächlich eine harte Nuss in den Anfangsjahren der systematischen Astrometrie.

Zu dem Thema gibts auch einige interessante Alpha Centauri Folgen.

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garnicht, lediglich die helligkeit ist für astronomen ein maßstab, ggf. noch helligkeitsschwankungen bei veränderlichen sternen oder der typ eines sternS, z.b. roter riese oder weißer zwerg..

da sich optisch weiter entfertne und nähere aufgrund der riesigen entferungen nicht unterscheiden (per salod sind alles nur mehr oder weniger helle punkte) ist das eben nur zweitrangig.

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Kommentar von deepxpalexblue
18.04.2016, 17:20

Aber woher wissen sie dann z.B. dass der Stern Alioth im großen Wagen 85.22 Lichtjahre entfernt ist oder die Vega 22 oder was es war? 🤔
Und bei den Planeten unseres Sonnensystems? Können sie da die Entfernung anhand der Gravitation irgendwie errechnen? Denn da brauchen sie es ja schließlich für Sonden...

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