Über dieses Experiment
Trägt man Sterne anhand ihrer Oberflächentemperatur und ihrer Leuchtkraft auf, verteilen sie sich nicht zufällig. Die meisten liegen auf einem diagonalen Band, der Hauptreihe; einige kühle, aber sehr helle Riesensterne liegen darüber und heiße, lichtschwache Weiße Zwerge darunter. Erkunden Sie 32 echte Sterne, von Proxima Centauri bis Rigel, erschaffen Sie einen Stern beliebiger Masse und sehen Sie, wo er landet. Lassen Sie anschließend einen Sternhaufen altern und beobachten Sie, wie sich die Hauptreihe von oben her auflöst.
Lernziele
- Leuchtkraft, Temperatur und Spektralklasse anhand eines Hertzsprung-Russell-Diagramms ablesen
- Verwende L = 4πR²σT⁴, um zu erklären, warum Riesensterne kühl, aber hell und Weiße Zwerge heiß, aber lichtschwach sind
- Beschreiben Sie, wie die Masse die Position, Leuchtkraft und Lebensdauer eines Hauptreihensterns bestimmt
- Erkläre, wie sich aus dem Abzweigepunkt eines Sternhaufens sein Alter bestimmen lässt
- Nenne die wichtigsten Bereiche des Diagramms und die Entwicklungsstadien der Sterne, die sie darstellen
Anleitung
- 1Klicke auf die Sonne, dann auf Sirius B und Beteigeuze. Welcher Stern ist am heißesten, welcher am hellsten und welcher am größten? Verwende die Linien gleichen Radius.
- 2Finde zwei Sterne mit nahezu gleicher Temperatur, aber sehr unterschiedlicher Leuchtkraft. Was muss bei ihnen unterschiedlich sein?
- 3Erstelle einen Stern mit 0,1 Sonnenmassen und einen mit 10 Sonnenmassen. Vergleiche ihre Leuchtkräfte, Farben und Lebensdauern.
- 4Finde die Masse, bei der die Lebensdauer auf der Hauptreihe dem Alter des Universums entspricht, also etwa 13,8 Milliarden Jahre beträgt.
- 5Lass den Sternhaufen von 3 Millionen auf 10 Milliarden Jahre altern. Beschreibe, wie sich der Abzweigepunkt verschiebt und was unterhalb der Hauptreihe erscheint.
- 6Verwende die Schaltflächen für die Sternhaufen. Schätze die Abzweigemasse der Plejaden, der Hyaden und von M67 und ordne die Haufen nach ihrem Alter.
Das Modell
Annahmen
- Die Sternendaten sind gerundete Literaturwerte. Viele helle Sterne sind veränderlich oder ihre Entfernungen sind unsicher, sodass sich die veröffentlichten Leuchtkraftwerte um 10 bis 30 % unterscheiden.
- Hauptreihensterne folgen stückweisen Potenzgesetzen für Leuchtkraft und Radius in Abhängigkeit von der Masse. Diese Näherungen sind auf wenige Zehn Prozent genau, keine Sternmodelle.
- Der Sternhaufen umfasst 700 Sterne, die mit einem festen Startwert aus der Salpeter-Massenfunktion zwischen 0,4 und 20 Sonnenmassen gezogen wurden.
- Beim Verlassen der Hauptreihe wandern Sterne in den Riesenbereich; masseärmere Sterne enden als Weiße Zwerge, Sterne mit mehr als 8 Sonnenmassen als Supernovae. Diese späteren Positionen sind schematisch und keine Entwicklungsbahnen.
- Die Punktgrößen wachsen logarithmisch mit dem Radius. Daher wird ein Überriese, der tausendmal breiter als die Sonne ist, nur wenige Male größer dargestellt.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Stern X hat dieselbe Temperatur wie die Sonne und die 100-fache Leuchtkraft. Wie verhält sich sein Radius im Vergleich zur Sonne?
- Q2Sirius B ist heißer als die Sonne, aber 18-mal lichtschwächer. Was sagt das über seine Größe aus?
- Q3Warum leben massereiche Sterne kürzer, obwohl sie mehr Brennstoff haben?
- Q4In einem Sternhaufen gibt es keine Sterne mit mehr als 2 Sonnenmassen auf der Hauptreihe. Schätze sein Alter.
- Q5Warum gibt es in einem Sternhaufen, der erst 10 Millionen Jahre alt ist, keine Weißen Zwerge?
Häufig gestellte Fragen
Warum ist die Temperatur auf der Achse umgekehrt aufgetragen?
Das Diagramm begann als Darstellung der Spektralklassen in der Reihenfolge O B A F G K M, von heiß nach kühl. Als Astronomen zur Temperatur wechselten, behielten sie diese Reihenfolge bei, sodass heiße Sterne weiterhin links stehen.
Bewegen sich Sterne im Laufe ihres Lebens entlang der Hauptreihe?
Kaum. Einen Großteil ihres Lebens bleibt ein Stern nahe einem Punkt auf der Hauptreihe und wird langsam heller, während sich Helium in seinem Kern ansammelt. Seine Position wird hauptsächlich durch seine Masse bestimmt. Größere Veränderungen treten erst auf, wenn der Wasserstoff im Kern aufgebraucht ist.
Wer hat das erste Diagramm erstellt?
Ejnar Hertzsprung (1911) und Henry Norris Russell (1913) trugen unabhängig voneinander die Helligkeit gegenüber der Farbe oder dem Spektraltyp auf. Russell bemerkte, dass sich Riesen- und Zwergsterne gleicher Farbe stark in ihrer Helligkeit unterscheiden, was auf sehr unterschiedliche Größen hindeutete.