Eine Frage, die viele Leute Astronomen stellen, ist: ‚Woher weißt du so viel über das Universum? Wenn ich über die Sterne, Galaxien, ihre Größen, Temperaturen usw. spreche., Ich werde häufig gefragt, wie ihr das alles misst. Das ist das Schöne an der Physik. In der Physik müssen wir neue Wege finden, um ein Problem zu lösen und die Funktionsweise des Kosmos besser zu verstehen. In diesem Artikel zeige ich Ihnen, wie Astrophysiker die Temperatur von Sternen messen, die Billionen Kilometer entfernt sind.
Astrophysiker verwenden mehrere indirekte Techniken der Temperaturmessung. Schauen wir uns einige davon nacheinander an.
Wiens Verschiebungsgesetz :
Wiens Verschiebungsgesetz befasst sich mit dem Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers. Demnach wird die Schwarzkörperstrahlungskurve für verschiedene Temperaturen bei verschiedenen Wellenlängen, die umgekehrt proportional zur Temperatur sind, ihren Höhepunkt erreichen. Mit dieser inversen Beziehung zwischen Wellenlänge und Temperatur können die Temperaturen von Sternen geschätzt werden.
Dies gilt jedoch nur für Sterne mit Spektren, die denen eines schwarzen Körpers sehr nahe kommen. Darüber hinaus sollten auch die flusskalibrierten Spektren des betrachteten Sterns verfügbar sein. Diese Methode liefert jedoch keine genauen Ergebnisse, da Sterne keine perfekten schwarzen Körper sind.
Stefans Gesetz:
Ein weiteres Gesetz, das zur Messung der Temperatur von Sternen verwendet werden kann, ist das Stefansche Gesetz. Wir haben dieses Gesetz ausführlich in der Reihe Grundlagen der Astrophysik behandelt. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschreibt die von einem schwarzen Körper abgestrahlte Kraft in Bezug auf seine Temperatur. Nach diesem Gesetz ist die gesamte von einer Oberfläche abgegebene Strahlungswärmeleistung proportional zur vierten Potenz ihrer absoluten Temperatur. L = 4πR2σT4 . Hier ist σ die Stefan-Boltzmann-Konstante, L die Leuchtkraft, R und T der Radius und die Temperatur des betrachteten Sterns.
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Zunächst messen wir den gesamten Lichtfluss, der vom Stern kommt. Durch die Kombination dieser Faktoren schätzen Wissenschaftler dann die Leuchtkraft. Und mit Interferometern kann ein Radius eines Sterns gefunden werden. Schließlich wird die Temperatur gemessen, indem alle diese Begriffe in Stefans Formel eingefügt werden. Der limitierende Faktor ist hier die Schwierigkeit, die Radien der größten oder nächsten Sterne zu messen. Messungen existieren also nur für wenige Riesen und ein paar Dutzend nahegelegene Hauptreihensterne. Diese fungieren jedoch als grundlegende Kalibratoren, mit denen Astrophysiker andere Techniken vergleichen und kalibrieren.
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Durch Spektrumanalyse eines Sterns:
Wir wissen, dass Atome / Ionen haben unterschiedliche Energieniveaus. Und die Population dieser Ebenen hängt von der Temperatur ab. Höhere Ebenen werden bei höheren Temperaturen belegt und umgekehrt für niedrigere Ebenen. Die Übergänge zwischen den Ebenen können in Abhängigkeit von der Energiedifferenz zwischen den betreffenden Ebenen zur Emission oder Absorption von Licht einer bestimmten Wellenlänge führen. Im Allgemeinen ist ein Stern innen heißer und außen kühler. Die kühleren, darüber liegenden Schichten absorbieren die Strahlung, die aus dem Zentrum des Sterns austritt. Dies führt zu Absorptionslinien in dem Spektrum, das wir erhalten.
Die Spektrumanalyse besteht darin, die Stärken dieser Absorptionslinien für verschiedene chemische Elemente und verschiedene Wellenlängen zu messen. Die Stärke einer Absorptionslinie hängt in erster Linie von der Temperatur des Sterns und der Menge eines bestimmten chemischen Elements ab. Einige andere Parameter wie Schwerkraft, Turbulenz, atmosphärische Struktur usw., kann es auch beeinflussen. Diese Methode liefert Temperaturmessungen mit einer Genauigkeit von +/-50 Kelvin.
Farbtemperatur-Beziehung:
Eine andere Methode, um die Temperatur von Sternen zu messen, ist die Analyse ihrer Farbe. Obwohl alle Sterne weiß erscheinen, haben sie bei sorgfältiger Betrachtung unterschiedliche Farben. Die Schwankungen sind das Ergebnis ihrer Temperatur. Die kalten Sterne erscheinen rot und die heißen sind blau. Wir messen die Farbe eines Sterns mit einem Instrument, das photoelektrisches Photometer genannt wird.
Dabei wird das Licht durch verschiedene Filter geleitet und die Menge ermittelt, die durch jeden Filter fließt. Die Messungen des Photometers werden mit Standardskalen in Temperatur umgerechnet. Diese Methode ist vorteilhaft, wenn kein gutes Spektrum eines Sterns verfügbar ist. Die mit dieser Methode erhaltenen Ergebnisse sind genau bis zu +/- 100-200 K. Diese Methode liefert jedoch schlechte Ergebnisse für kühlere Sterne.
Jede der oben genannten Methoden hat ihre Vorteile und Einschränkungen. Dennoch verwenden Astrophysiker auf der ganzen Welt diese Methoden und liefern zufriedenstellende Ergebnisse.
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Editor bei ‚The Secrets Of The Universe‘, Ich habe meinen Master in Physik aus Indien abgeschlossen und ich werde bald Institut für Weltraumwissenschaften beitreten, Barcelona für meine Doktorarbeit über Exoplaneten. Ich liebe es, über eine Vielzahl von Themen zu schreiben, die sich mit den Planetenwissenschaften, der beobachtenden Astrophysik, der Quantenmechanik und der Atomphysik sowie mit den Fortschritten in der Raumfahrtindustrie befassen.