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Was das Hertzsprung-Russell-Diagramm über Sterne aussagt

Die Sterne sind die erstaunlichsten physischen Motoren im Universum. Sie strahlen Licht und Wärme aus und erzeugen chemische Elemente in ihren Kernen. Wenn Beobachter sie jedoch am Nachthimmel betrachten, sehen sie nur Tausende von Lichtpunkten. Einige erscheinen rötlich, andere gelb oder weiß oder sogar blau. Diese Farben geben tatsächlich Hinweise auf die Temperaturen und das Alter der Sterne und darauf, wo sie sich in ihrer Lebensspanne befinden. Astronomen „sortieren“ Sterne nach ihren Farben und Temperaturen. Das Ergebnis ist eine berühmte Grafik namens Hertzsprung-Russell-Diagramm. Das HR-Diagramm ist ein Diagramm, das jeder Astronomiestudent früh lernt.

 

Lernen des grundlegenden HR-Diagramms

Im Allgemeinen ist das HR-Diagramm ein „Diagramm“ der Temperatur gegen die Leuchtkraft. Stellen Sie sich „Leuchtkraft“ als eine Möglichkeit vor, die Helligkeit eines Objekts zu definieren. Die Temperatur ist etwas, mit dem wir alle vertraut sind, im Allgemeinen als die Wärme eines Objekts. Es hilft dabei, die sogenannte Spektralklasse eines Sterns zu definieren , was Astronomen auch herausfinden, indem sie die Wellenlängen des vom Stern kommenden Lichts untersuchen. In einem Standard-HR-Diagramm werden Spektralklassen von den heißesten bis zu den kühlsten Sternen mit den Buchstaben O, B, A, F, G, K, M (und bis zu L, N und R) gekennzeichnet. Diese Klassen repräsentieren auch bestimmte Farben. In einigen HR-Diagrammen sind die Buchstaben über der obersten Zeile des Diagramms angeordnet. Heiße blau-weiße Sterne liegen links und die kühleren eher auf der rechten Seite des Diagramms.

Das grundlegende HR-Diagramm ist wie das hier gezeigte gekennzeichnet. Die nahezu diagonale Linie wird als Hauptsequenz bezeichnet. Fast 90 Prozent der Sterne im Universum existieren zu einem bestimmten Zeitpunkt in ihrem Leben entlang dieser Linie. Sie tun dies, während sie noch Wasserstoff mit Helium in ihren Kernen verschmelzen. Schließlich geht ihnen der Wasserstoff aus und sie beginnen, Helium zu verschmelzen. Dann entwickeln sie sich zu Riesen und Überriesen. Auf dem Diagramm landen solche „fortgeschrittenen“ Sterne in der oberen rechten Ecke. Sterne wie die Sonne können diesen Weg einschlagen und schließlich zu weißen Zwergen schrumpfen , die im unteren linken Teil der Karte erscheinen.

 

Die Wissenschaftler und die Wissenschaft hinter dem HR-Diagramm

Das HR-Diagramm wurde 1910 von den Astronomen Ejnar Hertzsprung und Henry Norris Russell entwickelt. Beide Männer arbeiteten mit Sternenspektren – das heißt, sie untersuchten das Licht von Sternen mithilfe von Spektrographen. Diese Instrumente zerlegen das Licht in seine Komponentenwellenlängen. Die Art und Weise, wie die Sternwellenlängen erscheinen, gibt Hinweise auf die chemischen Elemente im Stern. Sie können auch Informationen über seine Temperatur, Bewegung durch den Raum und seine Magnetfeldstärke preisgeben. Durch Auftragen der Sterne im HR-Diagramm nach ihren Temperaturen, Spektralklassen und Leuchtkraft können Astronomen Sterne in ihre verschiedenen Typen einteilen.

Heutzutage gibt es verschiedene Versionen des Diagramms, je nachdem, welche spezifischen Eigenschaften Astronomen darstellen möchten. Jedes Diagramm hat ein ähnliches Layout, wobei sich die hellsten Sterne nach oben erstrecken und nach links oben abbiegen, und einige in den unteren Ecken.

 

Die Sprache des HR-Diagramms

Das HR-Diagramm verwendet Begriffe, die allen Astronomen bekannt sind. Es lohnt sich daher, die „Sprache“ des Diagramms zu lernen. Die meisten Beobachter haben wahrscheinlich den Begriff „Größe“ gehört, wenn er auf Sterne angewendet wird. Es ist ein Maß für die Helligkeit eines Sterns. Ein Stern kann jedoch aus mehreren Gründen hell erscheinen :

  •  Es könnte ziemlich nah sein und somit heller aussehen als eins weiter entfernt
  •  Es könnte heller sein, weil es heißer ist.

Für das HR-Diagramm interessieren sich Astronomen hauptsächlich für die „intrinsische“ Helligkeit eines Sterns – das heißt für seine Helligkeit aufgrund der tatsächlichen Hitze. Aus diesem Grund ist die (bereits erwähnte) Leuchtkraft entlang der y-Achse aufgetragen. Je massereicher der Stern ist, desto leuchtender ist er. Aus diesem Grund werden die heißesten und hellsten Sterne unter den Riesen und Überriesen im HR-Diagramm dargestellt.

Temperatur und / oder Spektralklasse werden, wie oben erwähnt, abgeleitet, indem das Licht des Sterns sehr genau betrachtet wird. Innerhalb seiner Wellenlängen sind Hinweise auf die Elemente im Stern verborgen. Wasserstoff ist das häufigste Element, wie die Arbeit der Astronomin Cecelia Payne-Gaposchkin in den frühen 1900er Jahren zeigt. Wasserstoff wird fusioniert, um Helium im Kern zu bilden. Deshalb sehen Astronomen Helium auch im Spektrum eines Sterns. Die Spektralklasse hängt sehr eng mit der Temperatur eines Sterns zusammen, weshalb die hellsten Sterne in den Klassen O und B liegen. Die kühlsten Sterne gehören zu den Klassen K und M. Die kühlsten Objekte sind ebenfalls dunkel und klein und umfassen sogar braune Zwerge .

Eine Sache, die Sie beachten sollten, ist, dass das HR-Diagramm uns zeigen kann, welcher Sternentyp ein Stern werden kann, aber nicht unbedingt Änderungen in einem Stern vorhersagt. Deshalb haben wir Astrophysik. die die Gesetze der Physik auf das Leben der Sterne anwendet.

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