Sterne (4)

Sterne (4)
Vorstellungen über Sterne…
Was Sterne eigentlich „sind“ war in der antiken Welt kein Thema. Nach der Theorie
der „Kristallsphären“, die im Spätmittelalter sehr populär war (z.B. Chalcidius , 5. Jhd.),
waren die Sterne an der „stellaren Sphäre“ fest angeheftet -> Fixsterne.
350 v.Chr. Eudoxos (~400 - 350 v.Chr.) erstellte die erste ernsthafte, auf Positionsmessungen
beruhende Himmelskarte
134 v.Chr. Hipparch sah im Jahre 134 einen Stern im Sternbild Skorpion, den er meinte noch
nie dort gesehen zu haben  daraufhin beschloß er die Anfertigung eines
Sternkatalogs mit genauen Koordinatenangaben. Im Vergleich zu älteren Sternbeobachtungen entdeckte er, daß sich alle Sterne entgegen ihrer täglichen
Bewegung ganz langsam von West nach Ost bewegen. Damit entdeckte er die
Äquinoktialpräzession (Vorrücken der Tag- und Nachtgleiche).
Weiterhin erfand er eine sechsstufige Skala für Sternhelligkeiten
Erst zu Beginn der Neuzeit verbreitete sich die Meinung, daß die Sterne vielleicht etwas
Analoges wie die Sonne sein könnten, die nur so weit entfernt sind, daß man sie lediglich als
Punktlichtquellen wahrnehmen kann. Da die Sterne unterschiedlich hell sind, sind sie
vielleicht unterschiedlich weit entfernt (G. Bruno).
Sterne galten im Unterschied zu Sonne, Mond und Planeten als am Himmel unbeweglich,
weshalb man sie auch Fixsterne nannte. Diese Anschauung begann im 17. Jahrhundert
zu wanken:
1. Entdeckung von „Neuen Sternen“: Tychos Supernova von 1572; Kepler Supernova
von 1604
2. Entdeckung der ersten veränderlichen Sterne: Mira 1639 (Holwarda, Fabricius),
Algol 1669 (Montanari); Chi Cygni 1687 (G. Kirch); R Hydrae 1704 (Maraldi)
3. Entdeckung der Eigenbewegung der Sterne 1718 durch E.Halley; gemessen 1728
durch Bradley  initiierte die Suche nach Sternen mit besonders großer Eigenbewegung,
da sie als beste Kandidaten für die Lösung des Problems der Fixsternparallaxen
angesehen wurden (Herschel, 1783 -> entdeckte anhand von 14 Sternen den Apex
der Sonnenbewegung)
Bereits im 18. Jahrhundert waren sich die Gelehrten einig, daß Sterne „ferne Sonnen“ sind,
die sich autonom durch den kosmischen Raum bewegen. Was noch fehlte, war die
Bestimmung ihrer Entfernung.
Eigenbewegung von Barnard‘s Stern zwischen 2001 und 2009
10,3“ pro Jahr - Parallaxe 545 mas - Entfernung 5.98 Lj
Die erste Messung der Entfernung eines Sterns: 1838
Alle Versuche, die Fixsternparallaxe zu messen, waren bis dato fehlgeschlagen.
James Bradley versuchte sie zu messen und entdeckte die Aberration des Sternlichts;
Wilhelm Herschel versuchte sie zu messen und entdeckte optische und physische
Doppelsterne sowie die Eigenbewegung des Sonnensystems gegenüber dem Sternhimmel. Die Messung einer Fixsternparallaxe war „das“ Ziel der beobachtenden
Stellar-Astronomie des beginnenden 19. Jahrhunderts und wurde von einer ganzen Anzahl
von Astronomen betrieben…
1. Parallaxenmessung: Thomas James Henderson (1798-1844)
Er beobachtete zwischen 1830 und 1833 am britischen Observatorium am Kap der
Guten Hoffnung intensiv die Position von Alpha Centauri, der durch seine Eigenbewegung
von 6.1 Bogenminuten pro Jahrzehnt (!) äußerst auffällig war. Aus seinen Beobachtungen
schloß Henderson auf eine Parallaxe von 1.16“, was einer Entfernung von ~3 Lj entsprach.
Da er seine Ergebnisse jedoch erst nach Bessel im Jahre 1839 veröffentlichte, gilt weiterhin
Friedrich Wilhelm Bessel als der Astronom, der einigermaßen sicher die erste Sternentfernung bestimmt hat.
2. Parallaxenmessung: Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) und 61 Cygni
Eigenbewegung ~ 5“ / a
Große Eigenbewegung impliziert
geringe Entfernung zur Sonne
Heliometer
Friedrich Wilhelm Bessel (1784 Minden – 1846 Königsberg)
1813:
1818:
1838:
1844:
Bestimmung der Präzessionskonstanten
Sternkatalog (Lilienthal)
Parallaxe 61 Cygni
Unsichtbare Begleiter von Sirius und Prokyon
Mathematik: Bessel-Funktionen
Geodäsie:
Vermessung Ostpreußens
3. Parallaxenmessung: Georg Wilhelm von Struve (1793-1864) und die Wega
9.5 Zoll Fraunhofer-Refraktor 1824 Dorpat
Die ersten Parallaxenmessungen zeigten zum ersten mal quantifizierbar,
daß der kosmische Raum unermeßlich groß ist. Weiterhin beweisen sie,
daß Sterne etwas Analoges zur Sonne sind – oder anders ausgedrückt:
Die Sonne ist ein Stern – von denen es hunderte Millionen am Sternhimmel gibt…
Wenn man die Sonne beobachtet, erfährt man auch etwas über die
Eigenschaften der Sterne
Fragestellung zur Sonne im 18. und
19. Jahrhundert:
Wie weit ist die Sonne von der Erde entfernt
Wie heiß ist es auf der Sonne?
Was stellen die Sonnenflecken dar?
Was „heizt“ die Sonne?
Warum ist der Sonnenrand dunkler als die Mitte?
Aus was besteht die Sonne?
Wilhelm Herschel und das Sonnenspektrum
Entdeckung der unsichtbaren „Infrarotstrahlung“
im Anschluß an das rote Ende des Sonnenspektrums.
Ein Jahr später (1801) entdeckte der deutsche
Physiker Johann Wilhelm Ritter (1776-1810)
die UV-Strahlung am violetten Ende des
Sonnenspektrums (Schwärzung von Silberchloridpapier)
Joseph Fraunhofer und die Spektrallinien
Unabhängig von William Hyde Wollaston entdeckte Fraunhofer 1814 die
nach ihm benannten fraunhoferschen Linien im Sonnenspektrum. Er
erfand 1814 das Spektroskop. Außerdem führte er als erster
Experimente zur Beugung von Licht an optischen Gittern durch
(fraunhofersche Beugung). Seine Erkenntnisse auf diesen Gebieten
nutzte Fraunhofer, um die Materialeigenschaften (Brechzahl) optischer
Gläser mit einer wesentlich gesteigerten Genauigkeit zu messen. Mit
diesem Wissen gelang es ihm, bessere Objektive zu fertigen, als es vor
ihm möglich gewesen war.
Joseph von Fraunhofer
(1787-1826)
Kirchhoff und Bunsen bereiten die astronomische Spektralanalyse vor
Gustav Kirchhoff und
Robert Bunsen
Gustav Kirchhoff (1824-1887) und Robert Bunsen (1811-1899) untersuchten das Zustandekommen von Spektrallinien und begründeten damit die Spektroskopie.
Die Spektralanalyse erlaubte zum ersten Mal die Stoffe, aus denen Sterne oder
Gasnebel bestehen, zu bestimmen.
 Entwicklung der Astronomischen Spektroskopie
Noch Auguste Comte (1798-1857) schrieb in seiner Schrift Traité philosophique
d'astronomie populaire, daß der Aufbau und die Funktionsweise der Sterne für immer
ein Rätsel bleiben werden…
(er kannte das Lehrbuch von Kippenhahn und Weigert noch nicht…)
Etablierung der astronomischen Spektralanalyse durch einen Liebhaberastronomen
William Huggins (1824-1910)
Margaret Lindsay Huggins (1848-1915)
W Huggins baute für seine Privatsternwarte einen
Refraktor mit 20 cm Öffnung und beobachtete
damit als Erster Sterne und Nebel durch
ein Spektroskop.
Sie beobachteten zuerst visuell, danach photographisch Sternpektren…
Mit der Spektralanalyse und der Theorie, die dahinter steckt (die Quantentheorie)
war das Tor zur Erforschung der Physik der Sterne aufgestoßen.