Sterne (8) Photometrie II

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Wilhelm Kappel
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1 Sterne (8) Photometrie II

2 Stellarphotometrie Die Sternphotometrie beschäftigt sich mit der exakten Bestimmung der Helligkeit von Sternen in vorgegebenen Spektralbereichen. Physikalische Grundlage ist die Definition der Sternhelligkeit in Größenklassen. Unter Ausnutzung des Weber-Fechnerischen Gesetzes wird eine Beziehung zwischen dem Strahlungsfluß und der Helligkeitswahrnehmung hergestellt. Physikalisch von Bedeutung ist dabei aber nur der (spektrale) Strahlungsfluß. m = m A m B = 2.5 log λ 2 K λ E λ I A λ dλ λ 1 λ 2 K λ E λ I B λ dλ λ 1 Je nach verwendeten Spektralbereich (Bandbreite) unterscheidet man verschiedene Helligkeiten. Das bekannteste System für den optischen Spektralbereich ist das UBV-System nach Johnson und Strömgren.

Erste Versuche einer objektiven Helligkeitsmessung in der Astronomie Weihnachtskugelphotometer Licht des Vollmondes wird auf einer versilberten Kugel gespiegelt

Sternhelligkeit und Mondreflektion gleich hell erscheinen. Die Entfernung der Weihnachtsbaumkugel vom Beobachter ist dann ein objektives Maß für die Sternhelligkeit.

3 Erste Versuche einer objektiven Helligkeitsmessung in der Astronomie Weihnachtskugelphotometer Licht des Vollmondes wird auf einer versilberten Kugel gespiegelt (Umwandlung in einen Lichtpunkt) und die Helligkeit von dessen Bild mit der Sternhelligkeit verglichen, wobei die Kugel so weit vom Beobachter weg platziert wird, bis Sternhelligkeit und Mondreflektion gleich hell erscheinen. Die Entfernung der Weihnachtsbaumkugel vom Beobachter ist dann ein objektives Maß für die Sternhelligkeit. Diese Methode wird heute in umgekehrter Richtung noch gern zur Photometrie von Mondfinsternissen verwendet. Insbesondere reine Halbschattenfinsternisse lassen sich auf diese Weise nachweisen

4 John Herschels Astrometer 1836: Sternkatalog hellerer Sterne John Herschel verwendete eine Linsenanordnung und einen Schirm, um ein sternartig verkleinertes Mondbild zu erhalten. Die Entfernung dieses Schirms zum Auge wurde so variiert, bis Sternbild und Mondbild gleich hell erschienen. Visuelles Katzenaugen- bzw. Irisblendenphotometer Bei zwei Fernrohren mit gleicher Öffnung wurde von einem die Öffnung mit einer verstellbaren Irisblende ausgestattet. Ein weniger heller Vergleichsstern wird mit einem helleren Stern im zweiten Fernrohr verglichen, wobei die Objektivblende so weit geschlossen wird, bis beide Sterne gleich hell erscheinen. Das Verhältnis der beiden Objektivdurchmesser ist dann ein Maß für den relativen Helligkeitsunterschied. Irisblende

5 Der technologische Durchbruch: Zöllners Sternphotometer (1861) Prinzip: Erzeugung eines in der Helligkeit regelbaren künstlichen Sterns im Strahlengang des Fernrohrs. Lichtquelle: Petroleumflamme Helligkeitsregulierung über zwei Nicol-Prismen Der Drehwinkel (über einen Nonius ablesbar) ist ein Maß für die Abschwächung des künstlichen Vergleichssterns. Später wurde zur Verbesserung noch ein weiteres Nicol-Prisma sowie eine planparallele Bergkristallplatte eingebaut, die eine Regulierung der Sternfarbe erlauben. Ein Maß für die Farbe war dann der Drehwinkel des Kolorimeterkreises. Weiterentwicklung: Pickeringsches Meridianphotometer vergleicht wirkliche Sterne

6 Auslöschphotometer Beispiel: Keilphotometer nach Kayser Man verringert die Helligkeit eines Sterns durch einen Graukeil im Strahlengang so lange, bis er nicht mehr wahrnehmbar ist. Das Maß für die Helligkeit des Sterns ist dann die Dicke des Keils, bei der der Stern im Fernrohr verschwindet. Mit Graukeilen lassen sich sehr einfache und billige Photometer herstellen. Ihre Genauigkeit ist aber nicht sehr hoch, da bei ihnen die Empfindlichkeit des Auges des Beobachters eine große Rolle spielt.

7 Photographische Photometrie Größe und Dichte der Schwärzungsscheibchen als Maß für die Sternhelligkeit Verschiedene Prinzipien: Wärmemessung mit Thermoelement und Galvanometer / lichtelektrische Messung unter Ausnutzung des Photoeffekts / Durchmesserbestimmung des Sternscheibchens

8 Registrierendes Irisblendenphotometer nach Siedentopf

10 Lichtelektrische Photometrie Paul Guthnick (Potsdam Babelsberg) entwickelte die Helligkeitsmessung von Sternen mittels einer Photozelle zur Perfektion. Selen-Zelle wegen der geringen Empfindlichkeit nur für helle Sterne geeignet Prinzip wurde auch für Plattenphotometer eingesetzt (Hoffmeister in Sonneberg) Paul Guthnick und Cuno Hoffmeister

11 Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) Die Einführung von SEV s stellten einen Meilenstein in der Sternphotometrie dar, da damit auch die Helligkeit schwächerer Sterne meßbar wurden. Photomultiplier

12 Produktbeispiel: OPTEC Stellar Photomultiplier Photometer für Amateure Einsatz: Beobachtung des Lichtwechsels veränderlicher Sterne oder des Rotationslichtwechsels von Planetoiden

13 Nächstes Mal: Halbleiterdetektoren zur Photometrie und Bildgebung

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Sterne (6) Photometrie Sternhelligkeiten Neben der Position ist die Helligkeit eine wichtige Charaktergröße eines Sterns Bis zu Beginn des 20. Jahrhunderts konnten Sternhelligkeiten nur geschätzt werden.