Klaus G. Strassmeier. Aktive Sterne. Laboratorien der solaren Astrophysik

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1 Klaus G. Strassmeier Aktive Sterne Laboratorien der solaren Astrophysik SpringerWienNewYork

2 INHALT vii Inhalt Vorwort v Prolog 1 Das Weltbild, in dem wir leben Die Liebe zum Detail oder... haben wir schon zuviel Wissen? Die Natur will sich nicht genau festlegen Zwei unumstößliche Größen Eine Antwort ergibt zwei neue Fragen - wenigstens! Das kosmologische Standardmodell Die drei Säulen des Standardmodells Teamarbeit anstelle einzelner Genies? Das Maurergerüst-Syndrom der Astrophysik Die Sprache des Naturforschers Funktionale Zusammenhänge Winkelfunktionen, Logarithmen und ähnliches Skalare, Vektoren und Tensoren Differential- und Integralgleichungen Operatoren Warum Aktive Sterne erforschen? 19 Stellare Aktivitäten Historisches Präzise Beobachtungsmethoden werden benötigt Direkte Fotografie: CCD imaging" Abbildende Interferometrie Spektroskopie Lichtelektrische Photometrie Eine Möglichkeit für Amateure Super-Sternflecken, Koronalöcher oder Aktive Regionen? Chromosphärisch aktive Sterne Ordnung ist das halbe Leben: das HR-Diagramm Der Lebenslauf unserer Sonne Vom Nebel zum T-Tauri-Stern Ankunft auf der ZAMS Die Nach-Hauptreihen-Entwicklung bis zum Weißen-Zwerg. 53

3 viii AKTIVE STERNE 3 Alles Walzer" - die Rotation der Sterne Einleitung Rotation im Hertzsprung-Russell-Diagramm Hauptreihen-Sterne Unterriesen und Riesen Helle-Riesen und Überriesen Weiße Zwerge Sterne, die sich selbst bremsen Das Prinzip der magnetischen Bremse Drehimpuls ohne magnetische Bremse Je älter, desto langsamer Das Skumanich-Gesetz Das Haufen-Paradoxon Die schnellsten Rotatoren Frühe Sterne Späte Sterne 79 4 Rotation in Doppelsternen Einleitung Die irdischen Gezeiten" Das Röche"-Volumen eines Sternes.. :...:.: Synchronisation der Sternrotation Die Reibung der Gezeiten......:..., Meridionale Strömungen als Bremsmechanismus, Pseudosynchrone Rotation...-,....,......;.... :., Asynchrone Rotation ,.,.-.. r,- : : Ein Vergleich am Beispiel TZFornacis Präzise stellare Daten sind notwendig Die Rotation der F7III-Komponente...'.' Die Rotation der G8III-Komponente Zirkularisation des TZ-For-Systems 99 5 RotationsmodulierteDaliehanalyse, ' Doppier-Effekt und Sternrotation '.'..' Wie funktioniert das?....'.' Das spektrale Linienprofil Ein eindimensionales Bild" eines Sternes." Eine schnelle Methode... s. ; : Periodische Helligkeitsschwankuhgen '."" Doppler-Imaging.'' Almdudler what? 111 5:3.2 Voraussetzungen Das direkte Problem : : Das inverse Problem..., ii Kenntnis des lokalen Linienprofils....:

4 INHALT ix Methodische und praktische Probleme Differentielle Interferometrie Frequenzaufspaltung von Pulsationsmoden Rotations-Aktivitäts Korrelation Stellare Magnetfelder Einleitung Der Zeeman-Effekt ; Die Topologie stellarer Magnetfelder Lokale und poloidale Felder Transversale und longitudinale Felder Geschüttelte Magnetfelder und stellare Winde Zeeman-Analyse der Linienverbreiterung Spektroskopie des polarisierten Lichts Die Stokes-Profüe Zeeman-Doppler-Imaging Beobachtungsergebnisse Unsere Sonne als Stern Solare Aktivitätsphänomene Flecken Fackeln und Plages Aktive Regionen Flares Radiobursts Protuberanzen Der 11-jährige Aktivitätszyklus 169, 7.2 Die ominöse Solarkonstante Absolut kalibrierte Messungen sind notwendig Das ACRIM-Experiment Überraschende Entdeckungen Die Struktur der ruhigen" Atmosphäre Hat die Sonne eine Oberfläche"?, Das Energiebudget der Photosphäre Das Spektrum der Photosphäre Granulation Nicht-radiale Oszillationen Das Spektrum der Chromosphäre Die heiße Korona Sonnenaktivität und Raumschiff Erde Ohne Erdmagnetfeld keine Leben Wechselwirkungen mit der Erdatmosphäre Globale Temperaturschwankungen Das 14 C-Isotop 195

5 x AKTIVE STERNE 8 Sternflecken: Aktivitätsphänomene der Photosphäre mal größer als auf der Sonne Sternflecken und Sonnenflecken Unterschiede und Gemeinsamkeiten Die große Unbekannte: der Sonnendynamo Entstehung von Sternflecken? Magnetische Flußröhren Sternflecken-Photometrie Astronomen müssen einzelne Photonen zählen Der lichtelektrische Effekt Photometrische Filtersysteme Lichtwechsel durch differentielle Rotation Die Sonne als Wegweiser Es gibt immer noch Überraschungen Lichtkurven aus dem Computer Ein einfaches numerisches Modell Versuch und Irrtum VY Arietis im Zeitraffer Die Fleckentemperatur von HD Molekülspektroskopie von Sternflecken Moleküle bei 4,000 Grad Kelvin? TiO Spektrumsynthese Das chaotische Leben der Supersternflecken Aktive Chromosphären Zur Entstehung von Emission in Fraunhofer-Linien Historisches Die berühmten Kalzium H-und K-Linien H- und K-Beobachtungen möchten absolut kalibriert sein Der Mt. Wilson Cail-S-Index Direkte Spektren hoher Auflösung Die Verbindung Aktivität und Sternalter Nicht alle Emission ist magnetischen Ursprungs Heizen mit Schallwellen Alt, langsam und inaktiv Der Wilson-Bappu-Effekt Sternaktivität und ein Element namens Lithium Die Rossby-Zahl als Dynamokriterium Rotation und chromosphärische Aktivität Hauptreihensterne: Herr und Frau Mittelmaß Entwickelte Sterne: die Riesen Ausnahmen bestätigen die Regel Aktivitätszyklen sonnenähnlicher Sterne Perioden zwischen 7 und 21 Jahren Aktivitätsstillstände 272

6 INHALT xi 10 Röntgenstrahlung aktiver Sterne Der Beginn einer neuen Ära Mechanismen stellarer Röntgenemission Energie und Wellenlänge Strahlungsprozesse im Sternplasma Die Sonnenkorona: ein heißes Pflaster Das Paradoxon einer heißen Korona Eine innere" und eine äußere" Schicht Die Sonnenkorona im 11jährigen Fleckenzyklus Stellare Koronae Koronae im HR-Diagramm Heizungsmechanismen Sternrotation und Röntgenhelligkeit Die Temperaturstruktur stellarer Koronae Koronales mapping" Kühle Protuberanzen Solare Flares Was uns die Sonne erzählt Die Struktur solarer Flares *.3 Auswirkungen auf die Erde Stellare Flares Frühe Beobachtungen Größer, stärker und länger AXAF und XMM Alles fließt: Geschwindigkeitsfelder Der Fall a Orionis Das Phänomen konvektiver Turbulenz Können Sternatmosphären turbulent sein? Das Konzept der Mikroturbulenz Makroturbulenz Granulation im HR-Diagramm Die Sonne macht's vor Je größer, desto turbulenter Granulation im Supercomputer..' Stellare Pulsationen Ein stetiges Auf und Ab Pulsation und Rotation am Beispiel C Ophiuchi Schall- versus Schwerewellen Pulsation und Aktivität Extrasolare Planeten: Endlich! Mit oder ohne Leben? Die Drakesche-Gleichung Pulsarplaneten 353

7 xii AKTIVE STERNE Das Problem der jungen Sonne Auf der Suche nach Planeten Höchste Präzision ist erforderlich Pegasi B: der Planet, der keiner war Braune Zwergsterne oder jupiterähnliche Riesenplaneten? Die Science-Fiction bekommt mehr Science SETI-Nachfolger PHOENIX 365 Anhang A Astronomische Zeitschriften Anhang B Einige interessante World-Wide-Web Adressen Anhang C Physikalische und astronomische Konstanten Anhang D Numerische Werte zum HR-Diagramm Anhang E Chemische Elemente der Sonnenphotosphäre Anhang F Eine Auswahl aktiver Doppelsterne Glossar Abbildungsnachweis Index