Die Farben der Sterne

Einleitung

Das Sternenlicht reicht von feurigen Rottönen bis zu eisigen Blautönen und offenbart eine Vielzahl von Farben, die die einzigartigen Eigenschaften und Prozesse dieser Himmelskörper widerspiegeln. Doch was beeinflusst die Farbe eines Sterns genau?

Die Oberflächentemperatur eines Sterns ist der Hauptfaktor für seine Farbe. Sterne mit höheren Temperaturen strahlen blaueres Licht aus, während kühlere Sterne rötlicheres Licht aussenden. Dies können wir sogar in einer Kerzenflamme oder einem Lagerfeuer beobachten. Das Zentrum der Flamme erscheint immer weiß oder bläulich, während die äußeren Schichten gelb, orange oder rot wirken.

In diesem Artikel erkunden wir die faszinierende Welt der Sternfarben, untersuchen, welche weiteren Faktoren sie beeinflussen, klassifizieren Sterne nach ihrer Temperatur und erfahren, wo unser liebster Stern in unserem Sonnensystem – die Sonne – in diesem Diagramm steht.

Was beeinflusst die Farbe von Sternen?

Oberflächentemperatur und Entfernung zur Erde

Die Farbe eines Sterns wird hauptsächlich von zwei Faktoren beeinflusst: seiner Oberflächentemperatur und seiner Entfernung zur Erde.

Oberflächentemperatur: Sterne senden Licht über ein Farbspektrum aus. Heißere Sterne erscheinen bläulich, während kühlere Sterne rötlich wirken.
Das erklärt das Wiensche Verschiebungsgesetz, das besagt, dass heißere Objekte Licht mit kürzeren Wellenlängen (blaueres Licht) aussenden, während kühlere Objekte Licht mit längeren Wellenlängen (roteres Licht) abgeben. Zum Beispiel haben blau-weiße Sterne wie Sirius Oberflächentemperaturen von über 10.000 Kelvin, während rote Sterne wie Beteigeuze etwa 3.000 Kelvin heiß sind.

Unsere Sonne strahlt im Allgemeinen ein weißes Licht aus, da sie bei etwa 6.000 Kelvin brennt. Diese Weißfärbung ist weiter draußen im Weltraum deutlicher zu erkennen. Von der Erde aus – in einer Entfernung von 149,6 Millionen Kilometern – erscheint das Licht jedoch gelblich oder golden. Dies liegt daran, dass wir aus unserer Position Blitze des Brennprozesses wahrnehmen.

Entfernung zur Erde: Die Entfernung eines Sterns kann ebenfalls seine scheinbare Farbe beeinflussen, wie wir sie von der Erde aus sehen. Sterne erscheinen schwächer und rötlicher, je weiter sie von uns entfernt sind, da Gas- und Staubwolken im Weltraum ihr Licht blockieren oder streuen.
Dieses Phänomen, bekannt als interstellare Extinktion, sorgt dafür, dass entfernte Sterne einen rötlicheren Farbton zeigen, verglichen mit ihrer tatsächlichen Farbe.

Bilder, die im Abstand von 60 Sekunden aufgenommen wurden, zeigen, wie Sterne ihre Farben ändern können. Bildnachweis: Amanda Cross

Stellare Klassifikationen: OBAFGKM

Nein, der Titel ist nicht das Ergebnis davon, dass jemand wahllos auf der Tastatur getippt hat – auch wenn es auf den ersten Blick so wirken mag. Tatsächlich stehen diese Buchstaben für die verschiedenen Sterntypen oder, genauer gesagt, die stellaren Klassifikationen.

Heute klassifizieren wir die meisten Sterne nach dem Morgan-Keenan-System (MK) mit den Buchstaben O, B, A, F, G, K und M. Diese Klassen werden den Sternen entsprechend ihrer Temperatur und Farbe zugewiesen. Laut dieser Skala sind die heißesten Sterne, die für uns auf der Erde bläulich erscheinen, Sterne der Klasse O, während die kühlsten Sterne in roten oder orangenen Farbtönen zur Klasse M gehören.

Blaue Sterne

Sterne, die blau erscheinen, überschreiten oft eine Oberflächentemperatur von 10.000 Grad Celsius. Diese hohen Temperaturen führen dazu, dass sie Licht mit kürzeren Wellenlängen aussenden, das unsere Augen als blau wahrnehmen. Blaue Sterne sind meist massereich und jung, da sie ihren nuklearen Brennstoff sehr schnell verbrauchen und dabei intensives blaues Licht abgeben. Beispiele für blaue Sterne sind Rigel im Sternbild Orion und Spica im Sternbild Jungfrau.

Weiße Sterne

Sterne, die weiß erscheinen, haben Oberflächentemperaturen zwischen 7.500 und 10.000 Grad Celsius. Diese Temperaturen erzeugen eine ausgeglichene Lichtemission über das sichtbare Spektrum, ohne dass eine Farbe dominiert. Weiße Sterne sind oft mittelgroß und befinden sich in den mittleren Phasen ihres Lebenszyklus. Beispiele für weiße Sterne sind Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, und Wega, einer der hellsten Sterne der nördlichen Hemisphäre.

Gelbe Sterne

Sterne, die gelb erscheinen, haben typischerweise Oberflächentemperaturen zwischen 5.000 und 7.500 Grad Celsius. Gelbe Sterne sind oft mittelalt und mittelgroß und befinden sich in einer Übergangsphase von der heißeren, bläulicheren zur kühleren, rötlicheren Stufe ihrer Entwicklung. Beispiele für gelbe Sterne sind unsere Sonne, die ein weißlich-gelbes Licht abstrahlt, und Capella, einer der hellsten Sterne im Sternbild Fuhrmann (Auriga).

Orange Sterne

Sterne, die orange erscheinen, haben Oberflächentemperaturen zwischen 3.500 und 5.000 Grad Celsius. Orange Sterne sind im Allgemeinen kühler und weniger massereich als gelbe oder weiße Sterne und haben eine längere Lebensdauer. Beispiele für orange Sterne sind der Überriese im Sternbild Orion, Arktur, einer der hellsten Sterne des nördlichen Himmels, und der hellste Stern im Sternbild Bärenhüter (Boötes).

Rote Sterne

Sterne, die rot erscheinen, haben in der Regel niedrigere Oberflächentemperaturen als Sterne anderer Farben, typischerweise zwischen 2.500 und 3.500 Grad Celsius. Rote Sterne sind oft kühler und weniger massereich als andere Sterne. Sie befinden sich häufig in den späteren Phasen ihrer Entwicklung, wie etwa Rote Riesen oder Rote Zwerge. Beispiele für rote Sterne sind Beteigeuze, ein roter Überriese im Sternbild Orion, und Antares, ein roter Überriese im Sternbild Skorpion (Scorpius).

Green Stars and Purple Stars

Green stars are quite rare, and we do not typically observe them in the night sky. In fact, no stars emit a pure green light. The perception of green stars may occur under specific conditions, such as atmospheric effects or unusual interactions with a telescope's optics. The same can be said about purple stars, which may appear to glow purple because of some combinations of blue and red colors, but true purple stars do not exist in nature.

How is the Sun Classified?

This star classification chart places our most important star, the Sun, as a G-type main-sequence star. We often call it a yellow dwarf, although its actual color is closer to white. As a main-sequence star, the Sun is in a stable phase of its life cycle. This classification helps astronomers understand the Sun's place among the billions of stars in the universe and provides insights into its structure, behavior, and evolutionary path.

Can Stars Change Colors?

Yes, stars can change colors over time due to various factors:

Temperature Changes: A star's surface temperature primarily determines its color. As a star ages, its temperature may change due to internal processes. For example, a young star might start off as a hot, blue giant but eventually cool down as it exhausts its nuclear fuel, causing it to become a cooler, red giant.

Evolutionary Stage: Stars go through different stages of evolution, each of which can affect their color. For instance, as a star exhausts its hydrogen fuel and transitions into a red giant, its surface temperature decreases, causing it to emit more red light. Similarly, a star may shed its outer layers and expose its hot core during the later stages of its life, causing it to appear blue or white.

Composition: The chemical composition of a star can also impact its color. Stars with different compositions emit different wavelengths of light, which can affect their perceived color. For example, a star with a high concentration of heavy elements may appear bluer than a star with fewer heavy elements.

Interactions with Other Objects: Stars can interact with other objects in their vicinity, such as companion stars or surrounding dust and gas clouds. These interactions can influence how the star emits or scatters light, potentially altering its color. For instance, if a star orbits another star closely, the pull of gravity between the two may affect their shapes and temperatures, leading to color changes.

Conclusion

To conclude our exploration of different star colors and why they are different in the first place, here is what we can take from this article:

1. A star's surface temperature and its distance from Earth primarily influence its color. Hotter stars emit bluer light, while cooler stars emit redder light. Additionally, stars appear dimmer and redder as their distance from Earth increases.
2. We classify stars based on their temperature using the OBAFGKM system. O-type stars are the hottest and appear blue, while M-type stars are the coolest and appear red. Our Sun, classified as a G-type main-sequence star, emits a whitish-yellow light.
3. Depending on their surface temperatures, stars exhibit a wide range of colors, from blue and white to yellow, orange, and red. Blue stars are typically young and massive, while red stars are cooler and less massive, often found in the later stages of their evolution.
4. Stars that appear green or purple are rare and typically not observed in the night sky. We may perceive green stars under specific conditions, but true purple stars do not exist in nature.
5. Stars can change colors over time due to temperature changes, evolutionary stages, and interactions with other objects nearby. 

Quelle

1. O’Connell (27 March 2023). "Magnitude and Color Systems." Caltech ASTR 511.
2. Wikipedia - "Stellar Classification"
3. NASA - "Star Types"
4. NASA - "Star Basics"
5. LCO - "Magnitude and Color"
6. LCO - "Apparent Magnitude"