Spektren von Himmelskörpern

Transkript

1 Spektren von Himmelskörpern Inkohärente Lichtquellen Tobias Schulte

2 Gliederung Schwarzkörperstrahlung Spektrum der Sonne Spektralklassen Hertzsprung Russell Diagramm Scheinbare und absolute Helligkeit Hintergrundstrahlung Supernovae optische Effekte Rotverschiebung, Dopplereffekt Gravitationslinsen Exoplaneten

3 Schwarzkörperstrahlung schwarzer Körper absorbiert auftreffende Strahlung vollständig Abstrahlung nach dem Planckschen Strahlungsgesetz: λ, 2 π λ 1 1 abhängig von Temperatur und Wellenlänge Strahlung von Sternen kann näherungsweise mit dieser Formel beschrieben werden

4 Schwarzkörperstrahlung

5 Spektrum der Sonne Sonne ähnelt einem schwarzen Strahler mit T = 5800 K Maximum der Kurve liegt bei etwa 500 nm (Wiensches Verschiebungsgesetz) mittlere Bestrahlungsstärke: ca W/m² Quelle: Photovoltaik (Merte

6 Fraunhoferlinien Absorptionslinien im Spektrum der Sonne 1802: erste Beobachtung durch W. H. Wollaston 1814: genauere Untersuchungen durch Joseph von Fraunhofer 1859: Begründung der Spektralanalyse Linien sind verschiedenen Elementen zuzuordnen Absorption findet statt... an der Sonnenoberfläche in der Erdatmosphäre (Sauerstoff)

7 Das Bild kann zurzeit nicht angezeigt werden. Fraunhoferlinien Quelle: Chemie Lexikon (chemie.de)

8 Fraunhoferlinien Quelle: apod.nasa.gov

9 Das Bild kann zurzeit nicht angezeigt werden. Spektralklassen hier: Harvard Klassifikation (A. Cannon, 1910) früher Einteilung nach Stärke der Wasserstofflinien heute: Abstufung nach Temperatur Quellen: chemie.de, Astronomie und Astrophysik (Hanslmeier)

10 Hertzsprung Russell Diagramm 1913 entwickelt durch E. Hertzsprung und H. N. Russell Zusammenhang zwischen Spektralklassen und Helligkeiten Die meisten Sterne liegen in der Hauptreihe y Achse: absolute Helligkeit Quelle: Experimentalphysik 4 (Demtröder)

11 Scheinbare Helligkeit Helligkeit eines Sterns, wie sie einem Beobachter auf der Erde erscheint abhängig von Leuchtkraft und Entfernung 1856 formuliert durch N. Pogson 2.5 Φ Φ Φ: Angabe in Magnituden Referenzstern: Vega (heute 0,03 mag) Sonne: 26,8 mag; Vollmond: 12,5 mag

12 Absolute Helligkeit Die scheinbare und absolute Helligkeit hängen über die Entfernung des Sterns zusammen Differenz wird Entfernungsmodul genannt 5 10 : daraus folgt: m = M, wenn Entfernung 10 pc beträgt 1 pc = 3,0857 * 10^16 m

13 Kosmische Hintergrundstrahlung 1964 durch A. Penzias und R. Wilson entdeckt entspricht einem schwarzen Strahler mit T = 2,728 K Maximum bei etwa 1,062 mm (Mikrowellenstrahlung) Nachwirkung des Urknalls ist weitgehend isotrop, Fluktuationen im Bereich µk extrem genaue Übereinstimmung mit der Theoriekurve nach Planck

14 Kosmische Hintergrundstrahlung Quelle: Welt der Physik

15 Supernovae Supernova: Explosion eines massereichen Sterns Leuchtkraft erhöht sich extrem stark Einteilung in mehrere Spektraltypen SN I: keine H Linien, dafür Linien einfach ionisierter Atome SN II: Linien der Balmerserie, Helium, Metalle letzte sichtbare Supernova im Jahr

16 Rotverschiebung 1929: E. Hubble entdeckt Rotverschiebung von Spektrallinien Deutung als Dopplereffekt Licht von sich entfernenden Objekten ist rotverschoben Blauverschiebung durch Bewegung zum Beobachter hin weitere Ursachen: kosmologische Verschiebung durch Ausdehnung der Raumzeit gravitative Verschiebung (Photonen im Schwerefeld)

17 Gravitationslinsen Licht von einem Himmelskörper wird an Galaxie abgelenkt (Relativitätstheorie) Winkel der Ablenkung: θ Dadurch können mehrere Bilder des gleichen Objektes entstehen je nach Positionierung ist auch ein Ring möglich G: Gravitationskonstante m: Masse der ablenkenden Galaxie a: Entfernung des Lichtes von der Galaxie

18 Gravitationslinsen Einsteinring, Quelle: phys.org Einsteinkreuz, Quelle: astronews.com

19 Exoplaneten Planeten außerhalb des Sonnensystems direkte Beobachtung nur schwer möglich meistens indirekter Nachweis Verminderung der Helligkeit durch Planetentransit Messung der Bewegung anhand Rotverschiebung Positionsänderung eines Sterns bislang wurden fast 1900 Exoplaneten sicher entdeckt (Stand: 23. Juli 2015)

20 Exoplaneten Quelle: Faszination Astronomie (Hanslmeier)

21 Quellen W. Demtröder: Experimentalphysik 4, Springer (2014), 4. Auflage A. Hanslmeier: Einführung in Astronomie und Astrophysik, Springer (2013), 3. Auflage A. Hanslmeier: Faszination Astronomie, Springer (2016), 2. Auflage A. Unsöld, B. Baschek: Der neue Kosmos, Springer (2002), 7. Auflage Lexikon Chemie: Fraunhoferlinie, Lexikon Chemie: Spektralklasse, K. Mertens: Photovoltaik, Hanser (2013), 2. Auflage Astronomy Picture of the Day : The Solar Spectrum, Lexikon der Astronomie: Helligkeit, helligkeit/172 Lexikon der Astronomie: Rotverschiebung, rotverschiebung/417 Spektrum der Wissenschaft: Kosmische Hintergrundstrahlung, news/kosmische hintergrundstrahlung/ Welt der Physik: Die kosmische Hintergrundstrahlung, gebiet/astro/kosmologie/die kosmische hintergrundstrahlung/

22 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Source: nasa.gov, Hubble Sees a Smiling Lens