Das 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 Sterne nach ihren Farben und Temperaturen "sortieren", und das Ergebnis ist ein berühmter Graph namens Hertzsprung-Russell-Diagramm. Das H-R-Diagramm ist ein Diagramm, das jeder Astronomiestudent früh lernt.
Lernen des grundlegenden H-R-Diagramms
Im Allgemeinen ist das H-R-Diagramm ein "Diagramm" der Temperatur gegen Helligkeit. 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, etwas zu definieren, das als Stern bezeichnet wird
Spektralklasse, welche Astronomen auch durch Studium herausfinden die Wellenlängen des Lichts, die vom Stern kommen. In einem Standard-H-R-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 H-R-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 H-R-Diagramm ist wie das hier gezeigte gekennzeichnet. Die fast diagonale Linie heißt die Hauptsequenz. 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 dann letztendlich schrumpfen, um zu werden weiße Zwerge, die im unteren linken Teil des Diagramms angezeigt werden.
Die Wissenschaftler und die Wissenschaft hinter dem H-R-Diagramm
Das H-R-Diagramm wurde 1910 von den Astronomen Ejnar Hertzsprung und Henry Norris Russell entwickelt. Beide Männer arbeiteten mit Spektren von Sternen - das heißt, sie untersuchten das Licht von Sternen unter Verwendung 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 liefern. Durch Auftragen der Sterne auf dem H-R-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 H-R-Diagramms
Das H-R-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 könnte jedoch erscheinen hell aus ein paar Gründen:
- Es könnte ziemlich nah sein und somit heller aussehen als eins weiter entfernt
- Es könnte heller sein, weil es heißer ist.
Für das H-R-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 sind die heißesten und hellsten Sterne im H-R-Diagramm unter den Riesen und Überriesen 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 gezeigt die Arbeit der Astronomin Cecelia Payne-Gaposchkin in den frühen 1900ern. Wasserstoff wird zu Helium im Kern verschmolzen, 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 coolsten Stars sind in den Klassen K und M. Die coolsten Objekte sind auch dunkel und klein und enthalten sogar braune Zwerge.
Eine Sache, die zu beachten ist, ist, dass das H-R-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.