EXP:Temperaturen von Sternen mit einfachen Mitteln bestimmen

Über das Wiensche Verschiebungsgesetz lassen sich Temperaturen von Schwarzkörpern bestimmen. Sterne können grob als Schwarzkörper genähert werden. Dieses Experiment stellt eine Möglichkeit dar, kostengünstig und mit häufig verfügbaren Mitteln das Plansche Strahlungsgesetz zu bestätigen beziehungsweise über die scheinbare Helligkeit von Sternen die Temperatur der Sternoberfläche zu bestimmen. Wird mit dieser Methode eine Sternhaufen fotografiert, können die ermittelten Temperaturen in ein Hertzsprung-Russel-Diagramm eingetragen werden.

Theorie

• Scheinbare Helligkeit
• Wien

Für die Sterntemperatur lässt sich die Näherungsformel

$T=4600\ {\text{K}}\left({\frac {1}{0,92\cdot (B-V)+1,7}}+{\frac {1}{0,92\cdot (B-V)+0,62}}\right)$

verwenden, wobei B-V den B-V-Index darstellt.

Benötigtes Material

• Kamera (mit Raw-Speicherung der Bilder, manuellem Modus und manuellem Fokus)
• Kameraobjektiv, ca. 150 mm
• Computer
• Programm zur Auswertung: Fitswork

Versuchsdurchführung

Der eigentliche Versuch beschränkt sich auf die Fotografie von Sternen oder gleich eines Sternhaufens. Es ist zu empfehlen mehrere Bilder mit verschiedenen Einstellungen aufzunehmen. Wichtige Hinweise:

• Die Sterne dürfen nicht in Sättigung sein. Häufig erkennt man auf dem Kameradisplay die Sterne nicht einmal. Wird die ISO-Empfindlichkeit erhöht, bis man die Sterne auf dem Display sieht, sind sie meist bereits in Sättigung, also überbelichtet.
• Je größer der ISO-Wert, desto kürzer kann die Belichtungszeit sein, desto größer wird aber auch das Rauschen.
• Die Belichtungszeit sollte nicht zu lang gewählt werden und hängt von der verwendeten Brennweite, dem Öffnungsverhältnis des Objektivs und der ISO-Empfindlichkeit ab. Zu lange Belichtungszeiten führen unweigerlich zu Strichspuren der Sterne, was die einfache Auswertung erschwert.
• Die Blende sollte maximal geöffnet sein.
• Auf jeden Fall die Bilder auch im RAW-Format abspeichern. Eine Kompression könnte zum Verlust wichtiger Bildinformationen führen.

Auswertung

Eintragen in ein Hertzsprung-Russel-Diagramm

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0