Was beeinflusst die Helligkeit eines Sterns?

Einleitung

Seit Menschen die Oberfläche dieses Planeten betreten haben, blicken sie mit Faszination zum Nachthimmel empor. Der Anblick eines klaren Himmels, übersät mit funkelnden Diamanten unterschiedlichster Sterne, hat Dichter inspiriert und Generationen von Astronomen Einblicke in die Geheimnisse des Universums gewährt.

Die meisten sichtbaren Sterne sind sehr schwach, während nur wenige wirklich hervorstechen. Dieser enorme Unterschied in der Helligkeit hat nur ein paar wesentliche Gründe. Der wichtigste ist die Entfernung zur Erde. Die meisten der von der Erde aus sichtbaren Sterne sind Rote Zwerge. Diese Sterne sind zwar nicht groß, doch weil sie alle innerhalb unserer Galaxie liegen, sind sie nahe genug, um sie deutlich zu sehen.

Allerdings sind die helleren Sterne nicht unbedingt näher bei uns. Etwa die Hälfte der hellsten Sterne am Himmel brennt intensiver. Dadurch sind sie selbst aus großer Entfernung noch klar und deutlich sichtbar.

In diesem Artikel werden wir im Detail erfahren, was die Helligkeit der Sterne am Himmel beeinflusst, wie sie gemessen wird, den Unterschied zwischen Helligkeit und Leuchtkraft und vieles mehr.

Was beeinflusst die Helligkeit der Sterne?

Entfernung zur Erde: Sterne, die weiter entfernt sind, erscheinen schwächer, da ihr Licht eine längere Strecke zurücklegen muss, um uns zu erreichen. Dadurch nimmt die Helligkeit ab. Sterne, die näher an uns liegen, erscheinen hingegen heller, weil ihr Licht einen kürzeren Weg zu unseren Augen hat.

Allerdings sind die hellsten Sterne nicht unbedingt die nächstgelegenen. Tatsächlich ist der nächste Stern zu unserem Sonnensystem ein Roter Zwerg, ein Stern der M-Klasse, der viel kleiner und weniger leuchtkräftig ist als unsere Sonne, ein gelber Zwerg der G-Klasse. Dieser Rote Zwerg heißt Proxima Centauri und ist nur 4,24 Lichtjahre entfernt.

Es gibt Pläne, ein lichtsegelbetriebenes Raumschiff zu Proxima Centauri und seinen Schwestersternen im Alpha-Centauri-System zu schicken. Dieses Raumschiff könnte in 20 Jahren dort ankommen und eine Fülle von Informationen über dieses Sternentrio und den mysteriösen Planeten liefern, der sie umkreist.

Masse und Größe: Größere und massereichere Sterne neigen dazu, heller zu sein als kleinere, da sie mehr Energie als Licht abgeben können.

Temperatur: Die Oberflächentemperatur eines Sterns beeinflusst sowohl seine Helligkeit als auch seine Farbe. Heißere Sterne strahlen mehr Licht ab und erscheinen heller, oft mit einem bläulich-weißen Farbton. Im Vergleich dazu strahlen kühlere Sterne weniger Licht ab, erscheinen schwächer und haben meist eine rötliche Farbe.

Zusammensetzung: Die chemische Zusammensetzung eines Sterns kann ebenfalls seine Helligkeit beeinflussen. Sterne mit einem höheren Anteil an schweren Elementen tendieren dazu, heller und blauer zu erscheinen, während Sterne mit weniger schweren Elementen schwächer und röter wirken.

Entwicklungsstadium: Sterne durchlaufen verschiedene Entwicklungsphasen, die ihre Helligkeit beeinflussen können. Zum Beispiel kann ein Stern heller werden, wenn er sich zu einem Roten Riesen entwickelt, oder schwächer, wenn er zu einem Weißen Zwerg übergeht.

Externe Faktoren: Staub- und Gaswolken zwischen den Sternen können das Sternenlicht absorbieren oder streuen, wodurch die Helligkeit der Sterne, die wir von der Erde aus sehen, reduziert wird. Auch gravitatorische Wechselwirkungen mit anderen Sternen, Eklipsen und Planetenbewegungen können die Helligkeit eines Sterns beeinflussen.

Der hellste Stern, der von der Erde aus sichtbar ist – abgesehen von der Sonne – ist Alpha Canis Majoris, besser bekannt als Sirius oder der Hundsstern. Sirius ist zwanzigmal heller als unsere Sonne und befindet sich im Zentrum des Sternbildes Großer Hund.

Wir sehen Sirius nicht so groß wie die Sonne, weil Sirius viel weiter entfernt ist. Die Sonne ist nur etwa 150 Millionen Kilometer (93 Millionen Meilen) von uns entfernt, während Sirius etwa 8,6 Lichtjahre entfernt liegt. Obwohl Sirius größer und heller als die Sonne ist, lässt seine enorme Entfernung ihn für uns wie einen winzigen Lichtpunkt am Himmel erscheinen.

Leuchtkraft

Was ist die Leuchtkraft eines Sterns?

Eine der wichtigsten Eigenschaften der Helligkeit eines Sterns ist seine Leuchtkraft. Die Leuchtkraft (auch absolute Helligkeit genannt) ist die Gesamtmenge an Energie, die ein Stern in alle Richtungen abstrahlt und wird mit L gemessen. Interessanterweise haben manche Sterne eine höhere Leuchtkraft als die Sonne.

Leuchtkraft vs. Helligkeit

Die Leuchtkraft beschreibt die gesamte Energiemenge, die von einem bestimmten Punkt im Raum abgegeben wird. Sie sagt jedoch nichts über die beobachtbare Helligkeit eines Sterns aus, wie wir sie von der Erde aus sehen.

Selbst wenn alle Sterne die gleiche Leuchtkraft hätten, würde die tatsächliche Helligkeit am Nachthimmel unterschiedlich erscheinen. Um diesen Unterschied zu beschreiben, haben Wissenschaftler den Begriff "scheinbare Helligkeit" eingeführt.

Scheinbare Helligkeit und Magnitude

Was ist die Magnitude eines Sterns?

Wissenschaftler verwenden den Begriff „Magnitude“ (m), um die scheinbare Helligkeit eines Sterns zu messen. Der Astronom Hipparchos führte diesen Begriff im antiken Griechenland ein. Er bestimmte die Helligkeit von Sternen, wie sie mit bloßem Auge sichtbar sind, und ordnete sie in sechs Magnitudenklassen ein. Im Gegensatz zur Leuchtkraft misst die scheinbare Helligkeit, wie hell ein Stern für einen Beobachter auf der Erde erscheint. Sie wird als die Energiemenge pro Sekunde gemessen, die auf einen Detektor trifft.

Messung der Sternenmagnitude

Heutzutage ermöglicht es die moderne Technologie, die Magnitude der Sterne weitaus genauer zu messen als zu Hipparchos' Zeiten. Die Magnitudenskala ist logarithmisch, was bedeutet, dass ein Stern der Magnitude 1 100-mal heller ist als ein Stern der Magnitude 6. Die allgemeine Regel lautet: Je niedriger die Magnitude, desto heller erscheint der Stern.

Das Verständnis von Sternenhelligkeit

Helle Sterne

Ein Stern gilt als hell, wenn seine Magnitude zwischen 5,00 und 6,99 liegt. Solche Sterne können in großen Städten mit Ferngläsern beobachtet werden, sind jedoch auch mit bloßem Auge sichtbar, wenn der Himmel in Vorstadtgebieten klar ist.

Sehr helle Sterne

Sterne bis zur Magnitude 4 gelten als sehr hell. Sterne der Magnitude 4 sind mit bloßem Auge in Vorstadtgebieten sichtbar. In großen Städten mit starker Lichtverschmutzung sind jedoch oft Ferngläser erforderlich, um sie deutlich zu erkennen.

Sichtbarkeit der Sterne

Die Sichtbarkeit von Sternen von der Erde aus hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie den atmosphärischen Bedingungen, der Lichtverschmutzung und der Position des Beobachters. In Gegenden mit minimaler Lichtverschmutzung und klarem Himmel sind mehr Sterne mit bloßem Auge sichtbar. In städtischen Gebieten mit hoher Lichtverschmutzung werden viele Sterne jedoch verdeckt, was die Sichtbarkeit einschränkt.

Zusätzlich können atmosphärische Bedingungen wie Wolken, Dunst und Luftverschmutzung die Sichtbarkeit weiter beeinflussen. Auch der Standort des Beobachters spielt eine Rolle: Bäume, Gebäude oder Berge können Sterne in der Nähe des Horizonts verdecken, während Sterne direkt über dem Kopf in der Regel besser sichtbar sind.

Fazit

Menschen haben ihr Leben damit verbracht, den Himmel und die Sterne zu erforschen, und doch gibt es noch Lichtjahre voller Sterne, die entdeckt werden wollen. Indem man sich zurücklehnt und beobachtet, wie verschiedene Sterne hervorstechen, kann man viel über das gewaltige Universum lernen, in dem unser Planet nur ein winziger Punkt ist. Zusammenfassend:

1. Sterne erscheinen heller aufgrund ihrer Nähe zur Erde sowie Faktoren wie Masse, Größe, Temperatur und chemischer Zusammensetzung, zusätzlich zu äußeren Einflüssen wie Staub- und Gaswolken.
2. Die Helligkeit von Sternen wird mithilfe von Konzepten wie Leuchtkraft und scheinbarer Helligkeit gemessen. Die Magnitudenskala kategorisiert Sterne nach ihrer beobachteten Helligkeit von der Erde aus, wobei niedrigere Magnituden hellere Sterne darstellen.
3. Die Sichtbarkeit der Sterne hängt von den atmosphärischen Bedingungen, der Lichtverschmutzung und dem Standort des Beobachters ab. Ein Himmel mit minimaler Lichtverschmutzung und klarer Sicht verbessert die Sichtbarkeit, während städtische Gebiete und ungünstige Bedingungen viele Sterne verdecken können. Sterne in der Nähe des Horizonts sind oft durch Bäume, Gebäude oder Berge blockiert.
4. Sterne wie Sirius (Alpha Canis Majoris) stechen als außergewöhnlich helle Objekte hervor, die von der Erde aus sichtbar sind. Das Verständnis ihrer Helligkeitsmerkmale bietet wertvolle Einblicke in die Eigenschaften der Sterne und die Himmelsbeobachtung.

Quelle

1. Luminosity | astronomy". Encyclopedia Britannica. Retrieved 24 June 2018.
2. Hopkins, Jeanne (1980). Glossary of Astronomy and Astrophysics (2nd ed.). The University of Chicago Press.
3. Wikipedia - "Apparent Magnitude"
4. Dutton Institute - "Luminosity and Apparent Brightness"
5. Wikipedia - "List of brightest stars"