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Untersuchung von Sternenlicht

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Präsentation zum Thema: "Untersuchung von Sternenlicht"—  Präsentation transkript:

1 Untersuchung von Sternenlicht
Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold

2 Geometrische Optik: Licht als Strahl
Reflexion (Umbeugung) Refraktion (Brechung) a a   Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

3 Licht als Welle Dispersion Absorption
Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

4 Licht als Welle |2 Warum ist Glas durchsichtig?
Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

5 Licht als Welle |3 Polarisation
Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

6 Licht als Welle |4 Beschreibung einer Welle ~ n v   · n
 h · n v A Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

7 Licht: Atommodell Elektronen bewegen sich auf Schalen um den Atomkern (energetisch günstig). Um ein Elektron vom Kern wegzuziehen (+ und – ziehen sich an) muss man Energie aufwenden, wenn das Elektron näher an den Kern herankommt, wird Energie frei. H e– p+ | n C Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

8 Licht |2 Erhält das Elektron Energie springt es von der K-Schale auf die M-Schale. Wieviel Energie? Wenn die Schalen Energie- zustände darstellen gibt es eine bestimmte Menge Energie, die not- wendig ist, um von der K-Schale auf die M-Schale zu springen. E N M L K Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

9 Beispiele Energie be-nötigt: 1,88 eV Energie wird frei: 10,21 eV
M: -1,51 eV M: -1,51 eV L: -3,39 eV L: -3,39 eV K: -13,6 eV K: -13,6 eV Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

10 Licht |3 Diese so erhaltene Energie entspricht gemäss E = h ·  einer Frequenz und damit einer Farbe. Energie in Elektronenvolt 1 eV = 1,602 ·10-19 J Planck‘sche Konstante h = 6,62608 · Js Lichtgeschwindigkeit c = 299‘792‘458 m/s Übungen a) Berechne Frequenz und Wellenlänge der Photonen von Folie 9. b) Photonenenergie beträgt für rotes Licht etwa 1,65 eV und für ultraviolettes Licht etwa 12,4 eV. Stimmt das? Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

11 Licht |4 Die berechneten Energiewerte der Schalen gelten nur für das Wasserstoffatom, die komplizierte Rechnung müsste für jedes andere Atom wiederholt werden - erst dann kann man die Photonenenergien bei Elektronensprüngen zwischen Schalen von anderen Atomen bestimmen. Sprünge von oder auf die erste Schale nennt man die Lymann-Serie, Sprünge von oder auf die zweite Schale die Balmer-Serie, danach kommen Paschen-, Brackett- und Pfund-Serie. Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

12 Licht |5 5 4 Während die Lymann- Serie komplett im unsichtbaren Bereich liegt, entsprechen die Energien der Balmer- Serie Photonen im sichtbaren Bereich (vgl. Übungen Folie 10). Die Linien werden mit Ha, Hb, H usw. be- zeichnet. 3 2 1 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

13 Spektrum Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

14 Spektrum |2 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

15 Balmer Serie: Wasserstofflinien
H  n=2 auf n= nm H  n=2 auf n= nm H  n=2 auf n= nm H  n=2 auf n= nm Wenn wir Sternenlicht auffächern in das Spektrum sagen uns die Spektrallinien, von welchen Atomen das Licht des Sternes stammt. Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

16 Temperatur und Linienstärke
Je grösser T, destö höher die Energiezustände Meiste e– im Zustand n=1 Balmer-Serie schwach Kühler Stern T < 7000 K Mittlerer Stern T ≈ 10‘000 K Sehr viele e– im Zustand n=2 Balmer-Serie stark Heisser Stern T > 20‘000 K Meiste e– im Zustand n≥3 Balmer-Serie schwach Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

17 Temperatur und Linienstärke |2
Violette Sterne sind sehr heiss mit schwachen Balmer-Linien Bläuliche Sterne sind heiss mit den stärksten Balmer-Linien Gelbliche Sterne sind mässig heiss mit schwachen Balmer-Linien Rote Sterne sind kalt mit schwachen Balmer-Linien Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

18 Spektralklassen Mit dem Zusammenhang zwischen Spektrum und Temperatur teilt man die Gesamtheit aller Stern ein in die folgenden Spektralklassen: Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

19 Spektren Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

20 Sonnenspektrum (G-Stern)

21 Beispiele G M F B O/A Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

22 Analyse des Spektrums Temperatur des Sterns Entfernung zum Stern
Mathematik (Physik) Grösse des Sterns Spektrum des Sterns Bewegung des Sterns Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

23 Analyse des Spektrums |2
Eine genauere Analyse eines Spektrums bekommt man, wenn man statt der Absorptionslinien alleine auch die Intensität betrachtet: Intensität Absorptionsspektrum Emissionsspektrum Wellenlänge Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

24 Analyse des Spektrums |3
Intensität Ultraviolett, Rönten-, Gammastrahlen Infrarot Wellenlänge Sichtbares Licht Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

25 Analyse des Spektrums |4
Intensität Wellenlänge Absorbierte Wellenlänge Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

26 Analyse des Spektrums |5
Nun sucht man den Zusammenhang der Eigenschaften eines Sternes mit der Form des Spektrums: Welche Eigenschaften des Sterns bestimmen Höhe, Wellenlänge (= Farbe) mit maximaler Intensität, und Breite des Spektrums? Weshalb sind Linien verschoben gegen rot oder gegen blau oder weshalb wird eine Linie verschmiert und schwächer? Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

27 Schwarzkörperstrahlung
Definition Schwarzkörperstrahlung := Alle einfallende elektromagnetische Strahlung wird absorbiert. Der schwarze Körper erhält dadurch eine Temperatur, weshalb er selbst wieder strahlt gemäss idealisierten Gesetzen. Gesetz von Stefan-Boltzmann s: Stefan-Boltzmann-Konstante Wien‘sches Verschiebungsgesetz a = 0,00289 m·K E = s T4 l =  Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

28 Schwarzkörperstrahlung |2
Die Lage des Maximums und die Intensität lassen auf die Temperatur schliessen. heisser als Sonne Intensität Sonne Je weiter rechts das Maximum, desto kälter der Stern. kälter als Sonne Wellenlänge Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

29 Schwarzkörperstrahlung |3
Die Form der Kurve lässt auf die Temperatur schliessen. heisser als Sonne (Rigel, Sirius) Intensität Sonne kälter als Sonne (Arktur, Aldebaran) Wellenlänge Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

30 Spektralverschiebung
Das gleiche Spektrum (:= identische Anordnung und Breite der Linien) kann bei verschiedenen Sternen rot- oder blauverschoben sein. Stern mit blauverschobenem Spektrum Intensität Sonne Stern mit rotverschobenem Spektrum Wellenlänge Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

31 Spektralverschiebung |2
Blauverschiebung Das Objekt bewegt sich schnell auf die Erde zu, es kommen in gleichen Zeitabschnitten immer mehr Wellen an, Wellenlänge wird kürzer. Spektrum eines Objektes, das sich gegenüber der Erde nicht bewegt Objekt bewegt sich schnell auf Erde zu: Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

32 Spektralverschiebung |3
Rotverschiebung Das Objekt bewegt sich schnell von Erde weg, es kommen immer weniger Wellen in gleichen Zeitabschnitten an, Wellenlänge wird länger. Spektrum eines Objektes, das sich gegenüber der Erde nicht bewegt Objekt bewegt sich schnell von Erde weg: Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

33 Verbreiterung des Spektrums
In heissen Sternen bewegen sich die einzelnen Partikel sehr schnell und senden so mehr rot- bzw. blauverschobenes Licht aus. Intensität Intensität Kalter Stern Heisser Stern Wellenlänge Wellenlänge Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

34 Welches Spektrum sieht man?
Schwarzkörper-Strahler Absorptionsspektrum des Gases Kontinuierliches Spektrum Emissionsspektrum des Gases Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.

35 Astronomie ist schön. Credits:
Die meisten PowerPoint Graphiken sind zusammengestohlen von der Swinburne University (http://astronomy.swin.edu.au/) Die Fotos sind aus Büchern und dem Internet gestohlen. Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.


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