Die Cepheiden – ein Schlüssel zur kosmischen

Himmelserscheinungen im Dezember: Die Cepheiden – ein Schlüssel zur kosmischen Entfernungsskala - NZZ Sternenhimmel
Himmelserscheinungen im Dezember
Die Cepheiden – ein Schlüssel zur
kosmischen Entfernungsskala
Die Cepheiden sind Sterne, die periodisch ihre Helligkeit verändern. Anhand
dieser Sterne können wir heute ermessen, wie weit andere Galaxien von uns
entfernt sind.
von Felicitas Mokler
Am Dezemberhimmel raunen uns tief im Nordwesten noch Leier und Schwan
aus den Sommertagen zu. Im Südwesten versinkt der Wassermann am
Horizont. Höher im Südwesten finden wir die markante Sternkonstellation
aus Pegasus und Andromeda. Auf der Ekliptik darunter ziehen die Fische
vorüber. Im Südosten bietet das grossflächige Wintersechseck Orientierung.
Es setzt sich aus den hellsten Sternen der auffälligen Wintersternbilder
zusammen: Aldebaran, dem blutunterlaufenen Auge im Stier, Kapella, dem
Hauptstern im Fuhrmann, Pollux in den Zwillingen, Prokyon im Kleinen
Hund, Sirius im Grossen Hund und Rigel im Orion.
Nicht weit vom Himmelspol entfernt gen Westen geneigt steht das eher
unscheinbare Sternbild des Kepheus. Wie Kassiopeia ist auch ihr Gemahl so
weit nördlich am Firmament verewigt, dass er von unseren Breiten aus
betrachtet niemals unter dem Horizont verschwindet und sich daher die
gesamte Nacht beziehungsweise das ganze Jahr über beobachten lässt.
Im Jahr 1784 bemerkte der englische Astronom John Goodricke, dass der
vierthellste Stern dieser Konstellation, Delta Cephei, regelmässig seine
Helligkeit ändert. Mit einer Periode von nur 5,3 Tagen wird er zunächst heller
und schliesslich wieder dunkler. Auch in seinem Minimum ist der Stern noch
gut mit blossem Auge sichtbar, der Unterschied zum Maximum beträgt etwa
eine Grössenklasse. So lässt sich der gesamte Helligkeitsverlauf auch gut ohne
astronomische Hilfsmittel verfolgen.
Vor rund 100 Jahren katalogisierte die Amerikanerin Henrietta Swan Leavitt
1777 veränderliche Sterne in den Magellanschen Wolken. Der damalige
Direktor des Harvard College Observatory, Edward Pickering, hatte sie und
eine ganze Reihe weiterer Frauen angestellt, um Fotoplatten mit
Sternaufnahmen auszuwerten. Dabei stiess Leavitt auf 25 Sterne in der
kleinen Magellanschen Wolke, deren Helligkeit nach dem Muster von Delta
Cephei schwankte. Sie fand heraus, dass die Periode der Cepheiden umso
länger war, je heller die Sterne an sich strahlten. Damit entdeckte sie die
Periode-Helligkeit-Beziehung für diesen Sternentyp.
Zum damaligen Zeitpunkt kannte man allerdings noch nicht die Entfernung
zur kleinen Magellanschen Wolke und glaubte sogar, sie sei Teil der
Milchstrasse. Wenig später gelang es jedoch, die Entfernung ähnlicher
Cepheidensterne innerhalb der Milchstrasse zu bestimmen und damit ihre
Helligkeit zu eichen.
http://www.nzz.ch/wissenschaft/sternenhimmel/die-cepheiden--ein-schluessel-zur-kosmischen-entfernungsskala-1.18653197
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Damit liess sich die von Leavitt gefundene Relation auf rein stellare Grössen
zurückführen: Die Cepheiden gehorchten einer einfachen PeriodeLeuchtkraft-Beziehung. Mit dieser Erkenntnis war den Astronomen ein
wichtiges Werkzeug zur Entfernungsbestimmung in die Hände gelegt.
Kennt man nämlich die Periode eines Cepheiden-Veränderlichen, lässt sich
seine Leuchtkraft erschliessen und aus dieser Grösse und der beobachteten
Helligkeit wiederum seine Entfernung bestimmen. Mit heutigen
Observatorien wie dem Hubble-Teleskop können Astronomen Cepheiden
selbst in Galaxien beobachten, die bis zu 60 Millionen Lichtjahre entfernt
sind. Somit spielen sie eine Schlüsselrolle bei der Festlegung der kosmischen
Entfernungsskala.
Dass die Leuchtkraft der Cepheiden periodisch schwankt, hat mit dem Alter
dieser Sterne zu tun. Sie haben ihre besten Jahre bereits hinter sich und sind
mit der Zeit instabil geworden. In diesem Zustand heizen sich die äusseren
Sternschichten zunächst stark auf, der Stern wird heller, er gewinnt an
Leuchtkraft. Die abgestrahlte Energie reicht aber nicht aus, um das
thermodynamische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, daher dehnt sich
schliesslich die Hülle aus. Dabei kühlt der Stern ab und wird wieder dunkler,
die Hülle zieht sich zusammen, und der ganze Prozess beginnt wieder von
vorne. Lauf des Mondes: Zu Monatsbeginn, am 3. 12., steht der abnehmende
Halbmond im Sternbild Löwe. Zu Neumond befindet sich der Erdtrabant am
11. 12. im Schlangenträger. Der wieder zunehmende Halbmond ist am 18. 12.
in den Fischen aufzufinden. Am 25. 12. steht der Vollmond in den Zwillingen.
Lauf der Planeten: Merkur ragt zu Monatsende in den frühen Abendstunden
tief im Südwesten knapp über den Horizont. Venus dagegen leuchtet den
ganzen Monat über als heller «Morgenstern» im Südosten. Ebenfalls am
morgendlichen Südosthimmel finden wir den rötlichen Mars. Der
Riesenplanet Jupiter geht bereits gegen Mitternacht auf und ist in den
Morgenstunden schon weiter gen Süden gerückt. Uranus in den Fischen und
Neptun im Wassermann sind Objekte für den Feldstecher.
Kometen und Sternschnuppen: Der Komet C/2013 US10, im Jahr 2013 mit
dem Catilina Survey entdeckt, könnte sich zu einem hübschen
Weihnachtskometen am Morgenhimmel entwickeln. Im Lauf des Monats
bewegt er sich durch die Konstellation Jungfrau Richtung Norden und geht in
den Bärenhüter über. Zwar sind Helligkeitsentwicklungen von Kometen
schwer vorhersagbar. Doch im Monatsverlauf nimmt seine Helligkeit zu, und
es wird auch unter Experten gemunkelt, dass er um Weihnachten herum gut
von blossem Auge sichtbar sein könnte.
An Sternschnuppen sind im Dezember die Geminiden aktiv. Scheinbar aus
dem Sternbild Zwillinge kommend, ist ihr Maximum in den Abendstunden
des 14. Dezember zu erwarten.
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