Über dieses Experiment
Halte einen Finger bei ausgestrecktem Arm hoch und betrachte ihn abwechselnd mit einem Auge und dann mit dem anderen: Vor dem Hintergrund scheint er zu springen. Astronomen machen dasselbe mit der Erdumlaufbahn. Ein naher Stern, den man im Januar und erneut im Juli beobachtet, verschiebt sich ganz leicht gegenüber viel weiter entfernten Sternen. Anhand der Größe dieser Verschiebung lässt sich seine Entfernung bestimmen. Selbst beim nächstgelegenen Stern beträgt die Verschiebung weniger als eine Bogensekunde, weshalb es bis 1838 dauerte, sie zu messen. Mache Fotos mit verschiedenen Instrumenten und ermittle die Entfernungen zu echten Sternen.
Lernziele
- Erkläre die Parallaxe als scheinbare Verschiebung eines nahen Objekts vor einem entfernten Hintergrund.
- Definiere das Parsec und berechne Entfernungen mit d = 1 / p.
- Erkläre, warum die Fotos etwa sechs Monate auseinander aufgenommen werden müssen.
- Erkläre, warum die Parallaxe nur bei relativ nahen Sternen funktioniert.
- Vergleiche die Genauigkeit bodengebundener Teleskope mit der von Weltraummissionen wie Hipparcos und Gaia.
Anleitung
- 1Beobachte ein ganzes Jahr lang das Teleskopbild. Welche Sterne bewegen sich, und welche bleiben unbewegt? Warum?
- 2Fotografiere Proxima Centauri mit einem Bodenteleskop, warte sechs Monate und mache ein weiteres Foto. Ermittle die Entfernung und vergleiche sie mit dem tatsächlichen Wert.
- 3Mache zwei Fotos, die nur einen Monat auseinanderliegen. Warum ist das Ergebnis weniger zuverlässig?
- 4Wechsle mit einem Bodenteleskop zu Polaris. Kannst du ihre Parallaxe messen? Versuche es nun mit Hipparcos und Gaia.
- 5Versuche es mit bloßem Auge. Warum konnten Astronomen vor der Erfindung des Teleskops keine Sternparallaxe erkennen?
- 6Vergleiche Vega und Proxima Centauri. Warum zeichnet Vega eine rundere Ellipse?
Das Modell
Annahmen
- Die Erdbahn ist ein Kreis mit einem Radius von 1 AE. Der Stern zeichnet eine Ellipse mit den Halbachsen p und p·sin β, wobei β sein Winkel über der Bahnebene ist.
- Die Entfernungen sind gerundete Werte von Gaia und Hipparcos. Die Bewegung des Sterns über den Himmel (Eigenbewegung) ist nicht berücksichtigt.
- Jedes Foto fügt einen zufälligen Fehler hinzu, dessen Größe für das jeweilige Instrument typisch ist: 60″ mit bloßem Auge, 0,05″ bei einem bodengebundenen Teleskop, 0,001″ bei Hipparcos und 0,00002″ bei Gaia.
- Die aus deinen Fotos ermittelte Entfernung ergibt sich, indem man die gemessene Verschiebung durch die Verschiebung teilt, die ein Stern in 1 pc Entfernung zwischen denselben beiden Daten zeigen würde.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Ein Stern hat eine Parallaxe von 0,25″. Wie weit ist er in Parsec und in Lichtjahren entfernt?
- Q2Warum messen Astronomen die Parallaxe anhand der Erdumlaufbahn statt von zwei Orten auf der Erde aus?
- Q3Gaia kann 20 Mikrobogensekunden messen. Wie weit kann es mit einer Genauigkeit von 10 % messen?
- Q4Warum nimmt der Entfernungsfehler bei weit entfernten Sternen so schnell zu?
- Q5Wenn Astronomen vom Mars aus beobachten würden, der die Sonne in 1,52 AU Entfernung umkreist, wie würde sich die Parallaxe eines Sterns verändern?
Häufig gestellte Fragen
Warum heißt die Einheit Parsec?
Das ist die Kurzform von „Parallaxensekunde“: die Entfernung, in der ein Stern eine Parallaxe von genau einer Bogensekunde aufweist. Das entspricht etwa 31 Billionen Kilometern.
Wer hat als Erster die Parallaxe eines Sterns gemessen?
Friedrich Bessel maß 1838 bei dem Stern 61 Cygni eine Parallaxe von etwa 0,3 Bogensekunden. Dass so lange keine Parallaxe nachgewiesen werden konnte, wurde einst als Argument dafür verwendet, dass sich die Erde nicht bewegt.
Wie werden weiter entfernte Sterne vermessen?
Die Parallaxe kalibriert andere Methoden, etwa die Messung der Helligkeit von Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia, mit denen sich viel größere Entfernungen bestimmen lassen. Diese Abfolge von Methoden wird als kosmische Entfernungsleiter bezeichnet.