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Sterne haben als Gaskugeln keine feste Oberflache Dennoch wird selbst in der astronomischen Fachliteratur sehr oft der Ausdruck Sternoberflache verwendet und damit einhergehend Bezeichnungen wie Oberflachentemperatur Oberflachenschwere und Sternradius Da diese Grossen sowohl fur die Physik des Sterninneren siehe Sternaufbau als auch der ausseren Sternschichten fundamental sind bedarf der Begriff der Sternoberflache einer sehr sorgfaltigen Definition Aufnahme der Sonne vom 7 Juni 1992 Im sichtbaren Bereich des Lichtes hat die Sonnenscheibe einen wohldefinierten Rand Mit dem Yohkoh Satelliten gewonnene Aufnahme der Sonne im Rontgenlicht Die Sonnenscheibe ist nach wie vor klar erkennbar doch von einem diffusen Kranz der Korona umgeben In der astronomischen Beobachtungspraxis wird anstelle der Oberflache in der Regel der Radius eines Sterns betrachtet was aber zueinander aquivalent ist Dementsprechend werden nach der Einleitung welche zwei typische Beispiele von Sternoberflachen vorstellt verschiedene Definitionen und Messverfahren fur den Sternradius diskutiert Inhaltsverzeichnis 1 Beispiele von Sternoberflachen 1 1 Oberflache der Sonne 1 2 Oberflache von Beteigeuze 2 Definitionen des Begriffs Sternradius 2 1 Mit Hilfe der optischen Tiefe 2 2 Auf Grundlage der umschlossenen Masse 2 3 Mit Hilfe der Temperatur 2 4 Auf Grundlage der Randverdunklung 3 Oberflachentemperatur 4 Messungen des Sternradius 4 1 Interferometrische Methode 4 1 1 Verfahren 4 1 2 Probleme 4 1 3 Genauigkeit 4 2 Strahlungsenergetische Methode 4 2 1 Verfahren 4 2 2 Probleme 4 2 3 Genauigkeit 4 3 Radiuswerte 5 Siehe auch 6 Weblinks 7 LiteraturBeispiele von Sternoberflachen Bearbeiten nbsp Dichte und Temperaturverlauf der obersten Schichten der SonneOberflache der Sonne Bearbeiten Als einziger Stern dessen Oberflache im Detail betrachtet werden kann ist die Sonne bei weitem am geeignetsten an die Problematik heranzufuhren Angesichts des vertrauten Bilds der scharf umrissenen Sonnenscheibe scheint bei unserem Zentralgestirn der Begriff Oberflache trotz des Fehlens einer festen Kruste unproblematisch zu sein Beobachtet man aber die Sonne wahrend einer totalen Sonnenfinsternis oder mit einem das Licht der Sonnenscheibe weitgehend ausblendenden Instrument einem sogenannten Koronografen oder gar in anderen Wellenlangenbereichen stellt man fest dass sie an dem gewohnlich so klar sichtbaren Rand keineswegs aufhort Ohne das dominante Licht ihrer Scheibe erscheint die Sonne von einem weitausholenden von Strahlen durchsetzten diffusen Kranz umgeben Im Rontgenbereich bietet sich ein vergleichbares Bild und auch im Radiobereich erscheint die Sonne wesentlich grosser als im sichtbaren Licht Dieses sehr komplexe Erscheinungsbild ist darauf zuruckzufuhren dass die Aussenschichten der Sonne aus mehreren Plasmaschichten bestehen in denen sehr unterschiedliche physikalische Bedingungen herrschen Dass unser Zentralgestirn im Sichtbaren einen scharfen Rand aufweist ist dadurch zu erklaren dass die Photosphare fur elektromagnetische Wellen Licht tieferer Schichten undurchsichtig ist und in guter Naherung die Eigenschaften eines schwarzen Korpers besitzt wahrend alle Schichten oberhalb im sichtbaren Bereich so transparent sind dass man meint das sichtbare Licht wurde einer dunnen Schicht entspringen deren Dicke im Vergleich zum Radius des eigentlichen Sonnenkorpers sehr klein ist Zudem ist die Photosphare im Sichtbaren viel heller als die sich anschliessenden Bereiche die als Chromosphare und Korona bezeichnet werden Letztere sind wegen ihrer Lichtschwache im Optischen nur sichtbar wenn die sehr viel hellere die Photosphare reprasentierende Sonnenscheibe vom Mond oder kunstlich abgedeckt wird Dass die Korona im Rontgenbereich nicht vom eigentlichen Sonnenkorper uberstrahlt wird hat sie ihrer sehr hohen Temperatur zu verdanken bis zu 2 Millionen K gegenuber 4400 6600 K in der Photosphare siehe auch die Zusammenstellung der solaren Zustandsgrossen in dem unter Weblinks angegebenen NASA Website Sun Fact Sheet Die solare Radiostrahlung ist starken Schwankungen unterworfen Neben einer standig vorhandenen ruhigen Strahlung treten im Rahmen von Sonneneruptionen sogenannten Flares immer wieder kurzzeitige heftige Strahlungsausbruche auf Trotz des Bilds der klaren Sonnenscheibe bereitet die Definition des Begriffs Oberflache also auch schon bei unserem Zentralgestirn erhebliche Schwierigkeiten Da die Photosphare im Vergleich zur Chromosphare und Korona aber bei weitem den Lowenanteil der gesamten Leuchtkraft der Sonne stellt scheint es ausreichend zu sein die Oberflache eines Sterns mit dessen Photosphare gleichzusetzen Oberflache von Beteigeuze Bearbeiten nbsp Unter Verwendung des Lucky Imaging mit dem VLT gewonnene hochaufgeloste Aufnahme von Beteigeuze Im Unterschied zur Sonne erscheint Beteigeuze als diffuses Objekt Jedoch gibt es Sterne bei denen auch die Gleichsetzung Oberflache Photosphare zu Schwierigkeiten fuhrt Dazu zahlen beispielsweise Objekte wie Rote Riesen Rote Uberriesen leuchtkraftige Blaue Veranderliche und Wolf Rayet Sterne Detaillierte Untersuchungen zeigen dass bei solchen Sternen die Dicke der Photosphare gegenuber dem Radius des eigentlichen Sternkorpers nicht mehr klein ist Ein besonders intensiv untersuchter Stern mit ausgedehnter Photosphare ist Beteigeuze Trotz seiner Entfernung von 600 Lichtjahren kann seine Scheibe durch ihre gewaltige Grosse noch als flachiges Objekt aufgelost werden Direkt moglich ist dies mit dem Hubble Weltraumteleskop siehe z B Ronald L Gilliland und Andrea K Dupree 1996 Mit Hilfe der Apertursynthese eine Erweiterung der klassischen Interferometrie bei der nicht nur zwei sondern mindestens drei Strahlenbundel zur Interferenz gebracht werden oder des sogenannten Lucky Imaging kann Beteigeuze auch mit erdgebundenen Teleskopen wie dem in der Atacamawuste befindlichen Very Large Telescope als ausgedehnter Korper aufgelost werden siehe z B Haubois et al 2009 oder Ohnaka et al 2009 Wenn auch der Winkeldurchmesser von Beteigeuze nur etwa 5 bis 10 mal grosser ist als die mittels der oben genannten Techniken erreichbare Winkelauflosung so machen die mit dem Hubble Weltraumteleskop oder dem VLT gewonnenen Aufnahmen doch den entscheidenden Unterschied zur Sonne deutlich Die Scheibe von Beteigeuze hat keinen scharfen Rand auch nicht in den Wellenlangenbereichen in denen die Strahlung der Photosphare dominiert Zwar ist das diffuse Erscheinungsbild auch Folge der im Vergleich zum Winkeldurchmesser nach wie vor recht beschrankten Auflosung doch eine genaue Analyse der Atmosphare Beteigeuzes bestatigt dass der Eindruck einer im Vergleich zum eigentlichen Sternkorper ausgedehnten Hulle der Wahrheit entspricht Definitionen des Begriffs Sternradius BearbeitenDie Unterschiede zwischen Sonne und Beteigeuze kann man auch durch folgendes Gedankenexperiment veranschaulichen Konnte man in die Sonnenatmosphare eindringen so hatte man solange man sich in der Korona oder Chromosphare befande noch eine weitgehend ungestorte Sicht nach aussen da diese Schichten nur einen geringen Anteil des sie durchquerenden Lichts absorbieren und streuen Nach dem Eintauchen in die Photosphare aber wurde man auf einer sehr kurzen Distanz von nur wenigen hundert Kilometern den Eindruck gewinnen von einem gleissenden Nebel umgeben zu sein da die nun zusatzlich uber dem hypothetischen Sonnenreisenden sich befindlichen Schichten fast alles einfallende Licht absorbieren und streuen Bei einem Eindringen in die Photosphare Beteigeuzes wurde die Sicht nach aussen hingegen nur allmahlich schlechter werden man konnte noch mehrere zehn Millionen Kilometer zurucklegen ehe sie sich vollig vernebelt Mit Hilfe der optischen Tiefe Bearbeiten nbsp Absorptionsspektrum der Sonne mit den Fraunhoferlinien nbsp Spektrum des Roten Uberriesen HD 94599Das hier skizzierte Gedankenexperiment gestattet eine erste Definition des Begriffs Sternradius Er bezeichnet demzufolge denjenigen Abstand vom Sternmittelpunkt bei dem die noch daruberliegenden Schichten einen gewissen Anteil des sie durchquerenden Lichts absorbieren Das Absorptionsverhalten von Sternatmospharen wird oft mittels der optischen Tiefe beschrieben Hat eine Materieschicht die optische Tiefe t displaystyle tau nbsp so lasst sie nur den Anteil e t displaystyle tau nbsp des einfallenden Lichts passieren Leider fuhrt der Versuch mittels der optischen Tiefe zu einer objektiven Radiusdefinition zu gelangen zu erheblichen Schwierigkeiten Die erste Schwierigkeit besteht darin den Wert der optischen Tiefe festzulegen den die jenseits des Sternradius gelegenen Schichten aufweisen sollen Meist wird t displaystyle tau nbsp 1 gefordert was bedeutet dass die Aussenschichten nur etwa 37 Prozent des sie durchquerenden Lichts passieren lassen Oft wird aber auch die Festlegung t displaystyle tau nbsp 2 3 benutzt was einem Durchlassen von 51 Prozent der einfallenden Energie entspricht Gerade bei Sternen mit ausgedehnten Atmospharen haben allein schon solche unterschiedlichen Definitionen erhebliche Konsequenzen Bessell et al zeigten schon 1989 dass bei sogenannten Mirasternen veranderliche Rote Riesen mit sehr starken periodischen Helligkeitsschwankungen die Radien sich um bis zu 10 Prozent unterscheiden je nachdem ob fur die Aussenschichten t displaystyle tau nbsp 1 oder t displaystyle tau nbsp 2 3 gefordert wird Die zweite Schwierigkeit ergibt sich aus der Wellenlangenabhangigkeit der Absorption Die dunkel erscheinenden Fraunhoferlinien des Sonnenspektrums zeigen anschaulich dass die Photosphare je nach Wellenlange mehr oder weniger durchsichtig ist In den Bereichen der Linien kann man nicht so tief in den Stern hineinschauen wie zwischen ihnen Die hier diskutierte Definition liefert also einen grosseren Radius wenn man Wellenlangenbereiche benutzt die von Spektrallinien belegt sind Wieder sind Sterne mit ausgedehnten Atmospharen besonders betroffen Bessell und seine Mitarbeiter 1989 fanden allein schon im sichtbaren Bereich fur Mirasterne Radiusunterschiede von bis zu 100 Prozent je nach betrachteter Wellenlange Erschwerend kommt bei Roten Riesen und Roten Uberriesen hinzu dass ihre Spektren praktisch keine linienfreien Bereiche haben Wie das danebenstehende Beispiel von Malyuto et al 1997 zeigt werden im Sichtbaren die Spektren solcher Sterne von zahlreichen breiten Absorptionsbanden beherrscht zwischen denen nur noch wenige schmale absorptionsarme Bereiche Platz finden Ein weiterer Nachteil der optischen Tiefe als Radiuskriterium ist ihre fehlende Handhabbarkeit Das Absorptionsverhalten einer Sternatmosphare lasst sich nicht unmittelbar messen weil selbst in den linienfreien Bereichen noch kontinuierliche Absorption durch Streuung an freien Elektronen vorkommt also ein absorptionsfreies Niveau nicht beobachtbar ist Die Absorption kann man nur indirekt erschliessen indem man die von simulierten Modellatmospharen vorhergesagten Spektren mit dem beobachteten vergleicht Auf Grundlage der umschlossenen Masse Bearbeiten Will man ein Modell des inneren Aufbaus eines Sterns konstruieren siehe Sternaufbau so muss man festlegen in welchem Abstand vom Sternmittelpunkt dieser aufhoren soll Die optische Tiefe hier heranzuziehen ist problematisch weil zwar im Sterninneren in guter Naherung lokales thermisches Gleichgewicht verwirklicht ist nicht jedoch in den Aussenschichten Stattdessen wird haufig als Sternradius derjenige Abstand vom Mittelpunkt definiert ausserhalb dessen sich nur ein sehr kleiner Bruchteil der gesamten Sternmasse befindet welcher Druck und Dichte der darunterliegenden Sternschichten nur noch marginal beeinflussen kann Auch diese Festlegung hat ihre Schattenseiten Wie das unter Sternaufbau diskutierte Sonnenmodell zeigt darf bei Hauptreihensternen der ausserhalb des eigentlichen Sternkorpers gelegene Massenanteil nicht zu gross angesetzt werden weil bei solchen Sternen die Masse sehr stark zum Zentrum hin konzentriert ist Lasst man bei der Sonne 1 Prozent der Gesamtmasse ausser Acht schliesst man also 99 Prozent ihrer Masse innerhalb der Bezugsentfernung vom Mittelpunkt ein so befindet man sich gemass Abraham und Iben 1971 erst 0 82 Sonnenradien vom Zentrum entfernt also noch weit unterhalb der Photosphare Detaillierte Untersuchungen von Baschek et al 1991 welche das Sterninnere mit der Photosphare verknupfen zeigen fur Rote Riesen ein von der Sonne deutlich abweichendes Bild Der Radius welcher 99 Prozent der Sternmasse umgibt ragt bereits in die Photosphare hinein Zwar haben Rote Riesen einen im Vergleich zur Sonne wesentlich dichteren Kern die Masse der stark aufgeblahten Schichten ist aber weit weniger zum Zentrum hin konzentriert Hinsichtlich der Beobachtbarkeit ist der auf der umschlossenen Masse beruhende Radius als mindestens so kritisch zu betrachten wie der durch die optische Tiefe festgelegte Wieder ist man auf Simulationen angewiesen deren Vorhersagen mit der Beobachtung verglichen werden mussen Mit Hilfe der Temperatur Bearbeiten nbsp Widerspruchliche Temperaturverteilung im Sonneninneren Die Werte unterscheiden sich um den Faktor 1000 Die bisher besprochenen Radiusdefinitionen haben nicht nur den Nachteil dass sie sich einer direkten Beobachtung entziehen Da fur die jenseits des Radius noch vorhandene Materie eine gewisse optische Tiefe bzw Masse gefordert werden muss haftet diesen Definitionen auch eine gewisse Willkur an Die nun diskutierte Methode ist zumindest von diesem Mangel frei Modelle des Sterninneren geben nicht nur an welche Masse mit zunehmender Entfernung r displaystyle r nbsp vom Mittelpunkt umschlossen wird sondern auch welche Leuchtkraft L r displaystyle L r nbsp Bei nicht pulsierenden Sternen ist ausserhalb des Kerns die eingeschlossene Leuchtkraft konstant die Energiestromdichte nimmt rein geometrisch mit dem Radius ab Mittels des Stefan Boltzmann Gesetzes kann man die Energiestromdichte in die sogenannte Effektivtemperatur T e f f displaystyle T mathrm eff nbsp umrechnen indem ungehinderte Abstrahlung der zugehorigen Schwarzkorperstrahlung angenommen wird Im Sterninneren liegt die tatsachliche Temperatur der Strahlung wie der Teilchen viel hoher da dort das Strahlungsfeld entgegen der Annahme fast isotrop ist An der Oberflache fallt die Gastemperatur aber steil ab und schneidet schliesslich die Effektivtemperatur siehe Diagramm Dieser Schnittpunkt definiert den Sternradius und die Oberflachentemperatur Die Gastemperatur ist dort wohldefiniert da die Teilchen Elektronen Ionen Atome Molekule untereinander noch weit uber die Oberflache hinaus durch Stosse lokal im Gleichgewicht sind Erneut stellt sich die Frage inwieweit der so bestimmte Radius mit dem aus der optischen Tiefe konsistent ist Fur Hauptreihensterne trifft das tatsachlich zu Bei Sternen mit ausgedehnten Atmospharen treten aber z T erhebliche Abweichungen auf die nach Bessell und Mitarbeitern 1989 bis zu 40 Prozent ausmachen die Temperatur liefert bei Roten Riesen systematisch grossere Radien Auf Grundlage der Randverdunklung Bearbeiten Obige Aufnahme der Sonnenscheibe zeigt dass sie in der Mitte wesentlich heller ist als am Rand Diese sogenannte Randverdunklung ist darauf zuruckzufuhren dass man im Zentrum der Sonnenscheibe in tiefere d h heissere und damit nach dem Stefan Boltzmann Gesetz leuchtkraftigere Bereiche der Photosphare hineinschauen kann als an ihrem Rand Die Randverdunklung kann ebenfalls zur Festlegung des Sternradius dienen Als Radius gilt derjenige Abstand vom Sternmittelpunkt bei dem die Intensitat der Sternscheibe im Vergleich zur Mitte auf einen bestimmten Bruchteil abgefallen ist in der Praxis wird er zumeist auf 1 Prozent gesetzt Wie bei der optischen Tiefe und der umschlossenen Masse muss ein subjektiver Schwellwert definiert werden Die Randverdunklung ist von allen Radiuskriterien jedoch das anschaulichste und spielt auch fur praktische Radiusmessungen die weitaus bedeutendste Rolle Die dabei auftretenden Schwierigkeiten werden zusammen mit den Messungen im nachsten Abschnitt behandelt Oberflachentemperatur Bearbeiten nbsp Photosphare der SonneDie Oberflachentemperatur von Sternen ist die fur uns messbare Temperatur des Sterns sagt jedoch wenig uber dessen innere Temperatur aus Sie ist dort hoher als die an der Oberflache weil im Inneren durch Kernfusion grosse Warmemengen freigesetzt werden Diese Warme wird dann entlang des Temperaturgefalles nach aussen transportiert und dort abgestrahlt wobei die Beziehung zwischen der Wellenlange des emittierten Lichtes und der Oberflachentemperatur des Sterns durch das Wiensche Verschiebungsgesetz gegeben ist Da man nicht in der Lage ist die Temperatur des Sterns direkt zu messen wohl aber die Wellenlange der von ihm freigesetzten Strahlung kann man auf diese Weise die Oberflachentemperatur des Sterns indirekt ermitteln Zum Beispiel hat die Sonnenstrahlung ein Spektrum mit einem Maximum bei 500 nm Wellenlange blau grunes Licht woraus sich eine Temperatur ihrer Photosphare von ungefahr 5 800 Kelvin folgern lasst Siehe auch Effektive Temperatur und SpektralklasseMessungen des Sternradius BearbeitenInterferometrische Methode Bearbeiten Trotz ihrer grossen Entfernungen sind Sterne keine Punktquellen Interferometrische Techniken gestatten es einen Stern als flachiges Objekt aufzulosen d h insbesondere dessen Winkeldurchmesser zu bestimmen Ist zusatzlich die Entfernung bekannt kann aus dem Winkeldurchmesser unmittelbar der physische Radius abgeleitet werden Im 20 Jahrhundert wurden mehrere interferometrische Verfahren entwickelt die alle in den entsprechenden Artikeln erlautert werden so dass hier nur eine kurze Zusammenfassung gegeben wird Verfahren Bearbeiten Michelson Sterninterferometer Hier werden durch zwei Primarteleskope im Abstand D displaystyle D nbsp zwei Strahlenbundel erzeugt die anschliessend uberlagert werden so dass ein Interferenzmuster entsteht Um den Winkeldurchmesser eines Sterns zu messen beginnt man mit kleinem D displaystyle D nbsp und zieht die Primarteleskope so lange auseinander bis das Interferenzmuster verschwindet Der Winkeldurchmesser ist dann direkt durch l D displaystyle lambda D nbsp gegeben wobei l displaystyle lambda nbsp die verwendete Wellenlange ist Das Interferenzmuster wird erheblich durch die Luftunruhe gestort so dass zur Erzielung einer hinreichenden Messgenauigkeit adaptive Optik eingesetzt werden muss Intensitatsinterferometer In diesem Fall werden die beiden Primarstrahlen in Photostrome umgewandelt die miteinander korreliert werden Bei kleinem D displaystyle D nbsp sind die Strome stark miteinander korreliert Mit zunehmendem D displaystyle D nbsp wird die Korrelation immer geringer und sinkt schliesslich auf Null ab Je grosser der Winkeldurchmesser eines Sterns umso geringer ist der Abstand D displaystyle D nbsp der erforderlich ist um einen Korrelationsabfall zu erzielen Die Korrelation zwischen den Photostromen ist aufgrund der Bose Einstein Statistik auf korrelierte Ankunftszeiten der Photonen zuruckzufuhren In der Praxis wird sie von viel starkeren unkorrelierten Schwankungen der Strome uberlagert die durch die Luftunruhe bedingt sind Um sie wegzumitteln sind sehr lange Belichtungszeiten oft mehrere Tage erforderlich so dass heutzutage dem mit adaptiver Optik ausgestatteten Michelson Sterninterferometer aufgrund seiner weitaus besseren Empfindlichkeit der Vorzug gegeben wird Speckle Interferometrie Infolge der Luftunruhe erreicht das Licht eines Sterns auf leicht unterschiedlichen Wegen das Teleskop Diese Pfade uberlagern einander so dass ein komplexes aus einzelnen Flecken englisch Speckles bestehendes Interferenzmuster entsteht welches sich zudem standig rasch andert Durch sehr kurze Belichtungszeiten oft nur 1 100 Sekunde gewinnt man Interferenzmuster welche naherungsweise als stationar betrachtet werden durfen Werden diese durch ein spezielles Verfahren miteinander kombiniert entsteht ein rekonstruiertes Abbild des Sterns welches fast allein der Beugung unterliegt von der Luftunruhe aber weitestgehend frei ist Nun ist die Empfindlichkeit durch kurze Belichtungszeiten beschrankt so dass abermals moderne Michelson Sterninterferometer besser abschneiden Probleme Bearbeiten Randverdunklung Die Randverdunklung hat zur Folge dass interferometrische Messungen generell einen zu kleinen Winkeldurchmesser liefern da die bei der Mitte der Sternscheibe gelegenen Bereiche starker zum Interferenzverhalten beitragen als diejenigen am Rand So muss man im Vergleich zu einer gleichmassig leuchtenden Scheibe bei dem Michelson Sterninterferometer die beiden Primarteleskope etwas weiter auseinanderbringen um das Interferenzmuster verschwinden zu lassen Analoges gilt fur das Intensitatsinterferometer wo die Korrelation der beiden Photostrome etwas langsamer mit zunehmendem D displaystyle D nbsp abfallt Im Falle der Speckle Interferometrie besteht die Gefahr dass der Rand der Sternscheibe unter die Empfindlichkeitsgrenze des rekonstruierten Abbilds fallt In der Praxis geschieht die Korrektur des gemessenen Winkeldurchmessers dadurch dass man ihn mit einem Faktor multipliziert welcher aus Modellen von Sternatmospharen abgeleitet werden muss Glucklicherweise ist der Effekt selbst fur einen Stern wie Beteigeuze trotz ausgedehnter Atmosphare klein So ermittelten Ohnaka et al 2009 im nahen Infraroten fur Beteigeuze einen nominellen Winkeldurchmesser von 43 2 Millibogensekunden und unter Beachtung der Randverdunklung von 43 6 Millibogensekunden Der Unterschied von 0 4 Millibogensekunden entspricht also nur 1 Prozent des absoluten Winkeldurchmessers Der Messfehler betrug fur beide Werte weniger als 0 1 Millibogensekunden Ausgedehnte Photosphare Eine ausgedehnte Photosphare lasst einen Stern grosser erscheinen als der darunterliegende eigentliche Sternkorper tatsachlich ist Die Trennung der beiden Komponenten durch eine interferometrische Messung ist jedoch nicht moglich Man ist auf Modelle sowohl der Sternatmosphare als auch des Sterninneren angewiesen wobei all die bereits im zweiten Abschnitt des Artikels diskutierten Unsicherheiten einfliessen Genauigkeit Bearbeiten Der Winkeldurchmesser eines Sterns kann einschliesslich der Korrektur durch die Randverdunklung mit modernen Interferometern mit einer extrem hohen Genauigkeit von unter 0 1 Millibogensekunden gemessen werden Die Hauptfehlerquelle bei der Bestimmung des physischen Radius ist daher zumeist die Entfernung des Sterns Fur Objekte welche einer interferometrischen Messung zuganglich sind ist die Entfernung aber zumeist gut bekannt da vom Hipparcos Satelliten gemessene trigonometrische Parallaxen zur Verfugung stehen Die Radien sind somit typischerweise von Unsicherheiten von nur wenigen Prozent des Absolutwertes behaftet Strahlungsenergetische Methode Bearbeiten Verfahren Bearbeiten Kennt man die Leuchtkraft L displaystyle L nbsp und die Effektivtemperatur T e f f displaystyle T mathrm eff nbsp eines Sterns so kann man nach dem Stefan Boltzmann Gesetz unmittelbar dessen Radius R displaystyle R nbsp bestimmen R L 4 p s T e f f 4 displaystyle R sqrt frac L 4 pi sigma T mathrm eff 4 nbsp Dieses Verfahren hat im Vergleich zur Interferometrie den Vorteil dass es auch auf weit entfernte Sterne angewandt werden kann deren Winkeldurchmesser zu klein fur eine direkte Messung ist z B auf Objekte im galaktischen Halo oder selbst nahen Nachbargalaxien wie den Magellanschen Wolken Es sind somit Sterne zuganglich die sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung erheblich von den Sternen der Sonnenumgebung die in der Regel der galaktischen Scheibe angehoren unterscheiden Auch konnen weit lichtschwachere Objekte wie Rote Zwerge oder gar Braune Zwerge untersucht werden Da nicht versucht wird den Stern als flachiges Objekt darzustellen ist zudem die Luftunruhe weit weniger storend als bei der Interferometrie so dass keine adaptive Optik benotigt wird Auch ist keine Kenntnis der Randverdunklung erforderlich Probleme Bearbeiten Den eben skizzierten Vorteilen stehen jedoch auch erhebliche Nachteile gegenuber Um die Effektivtemperatur eines Sterns zu ermitteln muss sein Spektrum aufgenommen und mit den Spektren simulierter Sternatmospharen verglichen werden Die Radiusbestimmung mit Hilfe des Stefan Boltzmann Gesetzes ist also weit starker von theoretischen Modellen abhangig als die interferometrische Methode wo solche Modelle nur in die ohnehin kleine Korrektur der Randverdunklung eingehen Das zweite gravierende Handikap besteht darin dass die Leuchtkraft des Sterns bekannt sein muss weshalb von strahlungsenergetischer Methode gesprochen wird Um sie zu bestimmen muss die Intensitat der Sternstrahlung uber einen moglichst grossen Wellenlangenbereich gemessen werden wobei aber nicht nur die Entfernung des Sterns sondern auch die Lichtschwachung durch den interstellaren Staub die sogenannte interstellare Extinktion bekannt sein muss Sterne bei denen die interferometrische Methode versagt konnten in der Regel auch nicht von Hipparcos gemessen werden so dass keine prazisen Entfernungsangaben vorliegen Bei erdgebundenen Beobachtungen ist es zudem gar nicht moglich ein uber alle relevanten Wellenlangenbereiche sich erstreckendes Spektrum zu gewinnen denn sowohl der ultraviolette als auch der infrarote Anteil des Sternenlichts wird weitgehend von der Atmosphare ausgefiltert Sehr heisse und kuhle Sterne erstere strahlen uberwiegend im Ultravioletten letztere vor allem im Infraroten sind davon besonders betroffen Wieder ist man auf simulierte Sternatmospharen angewiesen um von dem beobachteten Spektrum auf die ausgeblendeten Anteile schliessen zu konnen Genauigkeit Bearbeiten Wahrend die Effektivtemperatur in der Regel recht genau bestimmt werden kann die Unsicherheit betragt typischerweise nur wenige Prozent des Absolutwertes ist die Leuchtkraft bei Sternen ohne eine von Hipparcos gemessene Parallaxe meist mit erheblicher Ungenauigkeit behaftet die oft einige 10 Prozent des Absolutwertes ausmacht Die mit Hilfe des Stefan Boltzmann Gesetzes ermittelten Radien sind also bestenfalls auf etwa 10 Prozent des Absolutwertes genau d h dieses Verfahren steht hinsichtlich der Genauigkeit deutlich hinter der Interferometrie zuruck Wie schon im zweiten Abschnitt des Artikels gezeigt wurde weicht zudem der auf der Temperatur beruhende Radius gerade bei Sternen mit ausgedehnten Photospharen deutlich von den anderen Radiusdefinitionen ab Zum Vergleich der strahlungsenergetischen Radien mit den interferometrischen muss man erneut Modellatmospharen heranziehen Radiuswerte Bearbeiten Abschliessend seien typische Werte fur Sterne verschiedener Spektral und Leuchtkraftklassen nach Scheffler und Elsasser 1990 zusammengestellt Als Einheit wird der Sonnenradius verwendet Sternradius in Abhangigkeit von Spektraltyp und Leuchtkraftklasse Spektraltyp Hauptreihe Riesen UberriesenO5 12 0 B0 0 7 5 15 0 30A0 0 2 5 0 5 0 60F0 0 1 5 0 5 0 80G0 0 1 1 0 6 100K0 0 0 9 16 200M0 0 0 6 40 500Siehe auch BearbeitenPhotosphare HelioseismologieWeblinks BearbeitenSun Fact Sheet Zusammenstellung der Zustandsgrossen der SonneLiteratur BearbeitenAbraham Z I Iben More Solar Models and Neutrino Fluxes In American Astronomical Society Hrsg Astrophysical Journal Band 170 1971 S 157 B Baschek M Scholz R Wehrse The parameters R and T e f f displaystyle T eff nbsp in stellar models and observations In Astronomy and Astrophysics Band 246 1991 S 374 M S Bessell J M Brett M Scholz P R Wood The effects of photospheric extension upon the spectra of M type Mira variables In Astronomy and Astrophysics Band 213 1989 S 209 R L Gilliland A K Dupree HST Imaging of Betelgeuse In International Astronomical Union Symposium Band 176 Kluwer Academic Publishers Dordrecht 1996 S 165 X Haubois G Perrin S Lacour T Verhoelst S Meimon L Mugnier E Thiebaut J P Berger S T Ridgway J D Monnier R Millan Gabet W Traub Imaging the spotty surface of Betelgeuse in the H band In Astronomy and Astrophysics Band 505 2009 S 923 ff V Malyuto M O Oestreicher Th Schmidt Kaler Quantitative Spectral Classification of Galactic Disk K M Stars from Spectrophotometric Measurements In Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Band 286 1997 S 500 K Ohnaka K H Hofmann M Benisty A Chelli T Driebe F Millour R Petrov D Schert Ph Stee F Vakili G Weigelt Spatially resolving the inhomogeneous structure of the dynamical atmosphere of Betelgeuse with VLTI AMBER In Astronomy and Astrophysics Band 503 2009 S 183 Scheffler H Elsasser H Physik der Sterne und der Sonne Hrsg BI Wissenschaftsverlag 2 Auflage 1990 ISBN 3 411 14172 7 S 122 auch S 88 92 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Sternoberflache amp oldid 239116058