Spektren von Himmelskörpern

Spektren von Himmelskörpern
Inkohärente Lichtquellen
Tobias Schulte
25.05.2016
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Gliederung
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Schwarzkörperstrahlung
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Spektrum der Sonne
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Spektralklassen
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Hertzsprung‐Russell‐Diagramm
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Scheinbare und absolute Helligkeit
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Hintergrundstrahlung
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Supernovae
●
optische Effekte
●
●
Rotverschiebung, Dopplereffekt
●
Gravitationslinsen
Exoplaneten
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Schwarzkörperstrahlung
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schwarzer Körper absorbiert auftreffende Strahlung
vollständig
Abstrahlung nach dem Planckschen Strahlungsgesetz:
λ,
●
●
2⋅π⋅ ⋅
λ
1
⋅
⋅
⋅
⋅
1
abhängig von Temperatur und Wellenlänge
Strahlung von Sternen kann näherungsweise mit dieser
Formel beschrieben werden
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Schwarzkörperstrahlung
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Spektrum der Sonne
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Sonne ähnelt einem schwarzen Strahler mit T = 5800 K
Maximum der Kurve liegt bei etwa 500 nm
(Wiensches Verschiebungsgesetz)
mittlere Bestrahlungsstärke: ca. 1367 W/m²
Quelle: Photovoltaik (Merte
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Fraunhoferlinien
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Absorptionslinien im Spektrum der Sonne
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1802: erste Beobachtung durch W. H. Wollaston
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1814: genauere Untersuchungen durch Joseph von Fraunhofer
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1859: Begründung der Spektralanalyse
●
●
Linien sind verschiedenen Elementen zuzuordnen
Absorption findet statt...
●
an der Sonnenoberfläche
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in der Erdatmosphäre (Sauerstoff)
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Fraunhoferlinien
Das Bild k ann zurzeit nicht angezeigt werden.
Quelle: Chemie Lexikon (chemie.de)
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Fraunhoferlinien
Quelle: apod.nasa.gov
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Spektralklassen
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hier: Harvard‐Klassifikation (A. Cannon, 1910)
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früher Einteilung nach Stärke der Wasserstofflinien
heute: Abstufung nach Temperatur
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Das Bild k ann zurzeit nicht angezeigt werden.
Quellen: chemie.de, Astronomie und Astrophysik (Hanslmeier)
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Hertzsprung‐Russell‐Diagramm
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1913 entwickelt durch E. Hertzsprung
und H. N. Russell
Zusammenhang zwischen Spektral‐
klassen und Helligkeiten
Die meisten Sterne liegen in der
Hauptreihe
y‐Achse: absolute Helligkeit
Quelle: Experimentalphysik 4 (Demtröder)
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Scheinbare Helligkeit
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Helligkeit eines Sterns, wie sie einem Beobachter auf der
Erde erscheint
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abhängig von Leuchtkraft und Entfernung
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1856 formuliert durch N. Pogson
2.5 ⋅
Φ
Φ:
Φ
●
Angabe in Magnituden
●
Referenzstern: Vega (heute 0,03 mag)
●
Sonne: ‐26,8 mag; Vollmond: ‐12,5 mag
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Absolute Helligkeit
●
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Die scheinbare und absolute Helligkeit hängen über die
Entfernung des Sterns zusammen
Differenz wird Entfernungsmodul genannt
5⋅
●
10
:
daraus folgt: m = M, wenn Entfernung 10 pc beträgt
1 pc = 3,0857 * 10^16 m
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Kosmische Hintergrundstrahlung
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1964 durch A. Penzias und R. Wilson entdeckt
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entspricht einem schwarzen Strahler mit T = 2,728 K
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Maximum bei etwa 1,062 mm (Mikrowellenstrahlung)
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Nachwirkung des Urknalls
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ist weitgehend isotrop, Fluktuationen im Bereich µK
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extrem genaue Übereinstimmung mit der Theoriekurve
nach Planck
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Kosmische Hintergrundstrahlung
Quelle: Welt der Physik
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Supernovae
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Supernova: Explosion eines massereichen Sterns
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Leuchtkraft erhöht sich extrem stark
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Einteilung in mehrere Spektraltypen
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SN I: keine H‐Linien, dafür Linien einfach ionisierter Atome
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SN II: Linien der Balmerserie, Helium, Metalle
letzte sichtbare Supernova im Jahr 1987
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Rotverschiebung
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1929: E. Hubble entdeckt Rotverschiebung von Spektrallinien
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Deutung als Dopplereffekt
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Licht von sich entfernenden Objekten ist rotverschoben
●
Blauverschiebung durch Bewegung zum Beobachter hin
1
1
●
⁄
⁄
1
weitere Ursachen:
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kosmologische Verschiebung durch Ausdehnung der Raumzeit
●
gravitative Verschiebung (Photonen im Schwerefeld)
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Gravitationslinsen
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Licht von einem Himmelskörper wird an Galaxie abgelenkt
(Relativitätstheorie)
Winkel der Ablenkung:
θ
●
4⋅
⋅
⋅
6.674 ⋅ 10
⋅
G: Gravitationskonstante
m: Masse der ablenkenden Galaxie
a: Entfernung des Lichtes von der Galaxie
Dadurch können mehrere Bilder des gleichen Objektes entstehen
●
je nach Positionierung ist auch ein Ring möglich
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Gravitationslinsen
Einsteinring, Quelle: phys.org
Einsteinkreuz, Quelle: astronews.com
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Exoplaneten
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Planeten außerhalb des Sonnensystems
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direkte Beobachtung nur schwer möglich
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meistens indirekter Nachweis
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Verminderung der Helligkeit durch Planetentransit
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Messung der Bewegung anhand Rotverschiebung
●
Positionsänderung eines Sterns
bislang wurden fast 1900 Exoplaneten sicher entdeckt
(Stand: 23. Juli 2015)
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Exoplaneten
Quelle: Faszination Astronomie (Hanslmeier)
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Quellen
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W. Demtröder: Experimentalphysik 4, Springer (2014), 4. Auflage
●
A. Hanslmeier: Einführung in Astronomie und Astrophysik, Springer (2013), 3. Auflage
●
A. Hanslmeier: Faszination Astronomie, Springer (2016), 2. Auflage
●
A. Unsöld, B. Baschek: Der neue Kosmos, Springer (2002), 7. Auflage
●
Lexikon Chemie: Fraunhoferlinie, http://www.chemie.de/lexikon/Fraunhoferlinie.html
●
Lexikon Chemie: Spektralklasse, http://www.chemie.de/lexikon/Spektralklasse.html
●
K. Mertens: Photovoltaik, Hanser (2013), 2. Auflage
●
Astronomy Picture of the Day : The Solar Spectrum, http://apod.nasa.gov/apod/ap000815.html
●
●
●
●
Lexikon der Astronomie: Helligkeit, http://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/
helligkeit/172
Lexikon der Astronomie: Rotverschiebung, http://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/
rotverschiebung/417
Spektrum der Wissenschaft: Kosmische Hintergrundstrahlung, http://www.spektrum.de/
news/kosmische‐hintergrundstrahlung/1295435
Welt der Physik: Die kosmische Hintergrundstrahlung, http://www.weltderphysik.de/
gebiet/astro/kosmologie/die‐kosmische‐hintergrundstrahlung/
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
Source: nasa.gov, Hubble Sees a Smiling Lens
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