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Helligkeiten und Entfernungen der Sterne

Die Helligkeit, die wir von einem Stern sehen, hängt davon ab, wie stark er leuchtet. Sterne wie Sirius und Rigel leuchten immer gleich hell, während Planeten wie Mars mal heller und mal schwächer erscheinen. Die Entfernung von Sternen zur Erde kann mithilfe der Parallaxe bestimmt werden. Neugierig geworden? Dann schau dir den folgenden Text an und erfahre mehr darüber.

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Lerntext zum Thema Helligkeiten und Entfernungen der Sterne

Helligkeit und Entfernungen der Sterne

Bereits im Altertum wurde auf Grundlage von Sternenbeobachtungen eine Skala für die scheinbare Helligkeit eines Sterns festgelegt. Die unterschiedliche Helligkeit der Sterne am nächtlichen Himmel diente dazu, den Sternenhimmel zu ordnen.

Scheinbare Helligkeit eines Sterns

Ein physikalisches Maß für den von unserem Auge registrierten Lichteindruck ist die sogenannte scheinbare Helligkeit m{m}, also die zur Erde gelangte Strahlungsintensität eines Sterns.

Als Maß für m{m} wurden die hellsten Sterne mit 1 mag1~\text{mag} bezeichnet und die schwächsten, gerade noch mit unserem Auge sichtbaren Sterne mit 6 mag6~\text{mag}. Mittlerweile ist diese Skala um negative Werte und um Zwischenwerte erweitert worden. Je kleiner der Wert ist, desto heller ist der Himmelskörper.

Himmelskörper Scheinbare Helligkeit
Sirius 1,43 mag–1{,}43~\text{mag}
Rigel 0,153 mag–0{,}153~\text{mag}
Polarstern 4,8 mag–4{,}8~\text{mag} bis 3,3 mag–3{,}3~\text{mag}
Mars 3,13 mag–3{,}13~\text{mag} bis 1,8 mag1{,}8~\text{mag}

In dieser Tabelle finden wir auf der einen Seite Himmelskörper und auf der anderen Seite die scheinbare Helligkeit, diesmal auch mit negativen Zahlen, da es sich um relativ helle Himmelskörper handelt. Die ersten drei Himmelskörper – Sirius, Rigel und der Polarstern – sind Fixsterne. Die entsprechende scheinbare Helligkeit ist konstant. Die beiden anderen Einträge sind die Planeten Venus und Mars. Sie ändern durch ihre Bewegung um die Sonne ihre Entfernung von der Erde und variieren daher in ihrer scheinbaren Helligkeit.

Entfernung eines Sterns

Die scheinbare Helligkeit eines Sterns wird durch seine Leuchtkraft und durch seine Entfernung von der Erde beeinflusst.

Abhängigkeit der Helligkeit von der Entfernung

Diese Abbildung verdeutlicht, dass sich das Licht einer Lichtquelle mit zunehmender Entfernung von dieser Lichtquelle auf eine immer größere Fläche verteilt. Daher erscheint ein Stern in geringerer Entfernung heller als in weiterer Entfernung. Wie lässt sich nun die Entfernung eines Sterns bestimmen?

Zustandekommen der Parallaxe der Fixsterne

Durch die Erdbewegung um die Sonne ändert sich die scheinbare Position eines Sterns am Himmel.

Was versteht man unter Parallaxe?

Als Parallaxe bezeichnet man die scheinbare Änderung der Position eines Objekts, wenn der Betrachter seine eigene Position verschiebt.

Die Astronomie hat den halben Beobachtungswinkel zwischen den Sehstrahlen von der Position der Erde zu einem Stern als Parallaxe pp bezeichnet. Die Erde umläuft die Sonne auf einer elliptischen Bahn. Die mittlere Entfernung der Sonne zur Erde wird als eine astronomische Einheit bezeichnet. Das Einheitenzeichen dafür ist AE\pu{AE}.

Nun sind die gemessenen Sternparallaxen sehr, sehr klein. Daher benutzt man für diese Parallaxen einmal die Winkelminute

1=1°601'=\dfrac{1°}{60}

und die Winkelsekunde:

1=1°36001''=\dfrac{1°}{3\,600}

Ein Stern mit einer Parallaxe von einer Winkelsekunde hat einen Abstand zur Erde von rund 200000 AE200\,000~\text{AE}.

Es leuchtet ein, dass wir eine neue Entfernungseinheit benötigen. Für die Parallaxensekunde Parsec mit dem Einheitenzeichen pc\pu{pc} gilt:

1 pc=3,0861013 km\pu{1 pc} = 3{,}086 \cdot 10^{13} ~ \pu{km}

Definition der Entfernung Parsec

Hier sehen wir einen Stern, der unter der Parallaxensekunde beobachtet wurde.

Einheiten zum Angeben von Entfernungen der Sterne von der Erde

Es gibt aber noch eine weitere Entfernungseinheit. Das Lichtjahr wird abgekürzt mit Lj\pu{Lj} oder lyr\pu{lyr}. Das Lichtjahr ist die Entfernungseinheit, die das Licht im Vakuum in einem Jahr zurücklegt.

1 Lj=9,51012 km\pu{1 Lj} = 9{,}5 \cdot 10^{12}~\pu{km}

Daraus ergibt sich:

1 pc=3,26 Lj\pu{1 pc} = 3{,}26~\pu{Lj}

Absolute Helligkeit von Sternen

Die scheinbare Helligkeit ist von der Entfernung der Erde und ihrer Leuchtkraft abhängig. Um diese Abhängigkeiten zu umgehen und eine bessere Vergleichbarkeit herstellen zu können, wurde in der Astrophysik die absolute Helligkeit MM eingeführt. Damit wird die Helligkeit bezeichnet, mit der ein Stern aus einer Entfernung von 10 pc\pu{10 pc} zu beobachten ist. Um einen Wert von MM, der absoluten Helligkeit, anzugeben, wird ein Stern gedanklich so verschoben, dass er in einer Entfernung von zehn Parsec versetzt wird. Ist er tatsächlich weiter, erscheint er natürlich dann näher an der Erde und wird gedanklich heller und umgekehrt wird er gedanklich dunkler, wenn er aus einer näheren Entfernung nach zehn Parsec verschoben wird.

Die absolute Helligkeit ist die Helligkeit, die ein Stern in einem Abstand von zehn Parsec hätte (dies gilt für alle Sterne). Die absolute Helligkeit sagt also aus, wie hell uns ein Stern auf der Erde erscheinen würde, wenn er sich von uns

10 pc=32,62 Lj\pu{10 pc} = 32{,}62~\pu{Lj}

entfernt befände.

Zusammenfassung – Helligkeit und Entfernung der Sterne

  • Als Maß für die scheinbare Helligkeit m{m} werden die hellsten Sterne mit 1 mag1~\text{mag} bezeichnet und die schwächsten, gerade noch mit unserem Auge sichtbaren Sterne mit 6 mag6~\text{mag}. Mittlerweile ist diese Skala um negative Werte und um Zwischenwerte erweitert worden.

  • Als Parallaxe bezeichnet man die scheinbare Änderung der Position eines Objekts, wenn der Betrachter seine eigene Position verschiebt.

  • Ein Stern mit einer Parallaxe von einer Winkelsekunde hat einen Abstand zur Erde von rund 200000 AE200\,000~\text{AE}.

  • Die absolute Helligkeit ist die Helligkeit, die ein Stern in einem Abstand von zehn Parsec hätte.
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Helligkeit und Entfernung der Sterne

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