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Hertzsprung-Russell-Diagramm – Klassifizierung von Sternen

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Numcy
Hertzsprung-Russell-Diagramm – Klassifizierung von Sternen
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Hertzsprung-Russell-Diagramm – Klassifizierung von Sternen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Hertzsprung-Russell-Diagramm – Klassifizierung von Sternen kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die wesentlichen Eigenschaften des Hertzsprung-Russel-Diagramms.

    Tipps

    Welche Achsen erkennst du im Diagramm?

    Was bedeuten die jeweiligen Größen dabei?

    Warum ist der Diagrammhintergrund farbig hinterlegt?

    Lösung

    Das Hertzsprung-Russel-Diagramm setzt Farbe und Temperatur eines Sterns in Bezug zu seiner Leuchtkraft.

    Betrachtet man im Diagramm einen Stern, so kann man mit Hilfe der vertikalen (senkrechten) Achsen seine Helligkeit bestimmen. Dies erfolgt entweder in Magnituden (hier auf der linken Seite des Diagramms) oder im Vergleich zur Leuchtkraft der Sonne (!) (hier auf der rechten Seite des Diagramms). Sterne mit einer hohen positiven Magnitude sind dabei leuchtschwach, bei einer hohen negativen Magnitude sind sie leuchtstark.

    Die vertikalen Achsen geben Aufschluss über die Temperatur der Sternoberfläche (obere Achse im Diagramm) und deren Farbe (Spektralklassen, untere Achse im Diagramm). Die Temperatur kann in Kelvin oder Grad Celsius angegeben sein. Die Spektralklassen beginnen bei 0 und enden bei M.

    Jeder Temperatur kann in der Physik auch eine Farbe zugeordnet werden: Leuchten Sterne in einer bestimmten Farbe, so gibt dies einen Aufschluss über ihre Oberflächentemperatur. Darum ist der Diagrammhintergrund farbig hinterlegt. Blaue und weiße Sterne sind sehr heiß (linke Seite), orange und rote Sterne vergleichsweise kühl (rechte Seite).

  • Ordne den Spektralklassen die jeweiligen Farben zu.

    Tipps

    Die Abbildung zeigt das Spektrum der jeweiligen Spektralklasse.

    Bei Spektralklasse A sind alle Teile des sichtbaren Lichts gleichmäßig vorhanden. Darum leuchten Sterne dieser Klasse weiß.

    Heißere Sterne haben ein in den Blaubereich verschobenes Spektrum.

    Kühlere Sterne haben ein in den Rotbereich verschobenes Spektrum.

    Lösung

    Die Spektralklassen der Sterne spiegeln noch einmal den Zusammenhang zwischen Oberflächentemperatur und Farbe eines Sterns wider.

    Wie man in der Abbildung der Spektralanalyse erkennt, sind bei Spektralklasse A alle Teile des sichtbaren Lichts gleichmäßig vorhanden. Darum leuchten Sterne dieser Klasse weiß. Heißere Sterne haben ein in den Blaubereich verschobenes Spektrum. Kühlere Sterne haben ein in den Rotbereich verschobenes Spektrum. Blaue Sterne besitzen eine sehr hohe Oberflächentemperatur, rote Sterne eine geringe. Dabei erstreckt sich der Temperaturbereich der Sterne von 50 000° Celsius bis lediglich 2 000° Celsius.

  • Ermittle, welcher Gruppe im Hertzsprung-Russel-Diagramm die folgenden Sterne zugeordnet werden können.

    Tipps

    Suche für jeden Stern im Diagramm den Punkt, wo sich die angegebene absolute Magnitude und die Oberflächentemperatur kreuzen.

    Die absolute Magnitude ist an der linken Achse dargestellt, die Oberflächentemperatur an der oberen Achse.

    Lösung

    Der weiße Zwerg Prokyon B liegt im Sternbild Kleiner Hund. Aufgrund seiner geringen Größe von nur etwa einem Hundertstel der Sonne ist er trotz hoher Oberflächentemperatur sehr leuchtschwach im Vergleich zur Sonne.

    Der Hauptreihenstern Alpha Centauri A im Sternbild des Zentauren ist der Sonne sehr ähnlich. Er ist etwas größer als die Sonne und etwa eineinhalb Mal so leuchtstark.

    Der Rote Riese Aldebaran liegt im Sternbild Stier. Er ist etwa zweieinhalb mal so schwer wie die Sonne, jedoch etwa 45 mal größer. Darum leuchtet er sehr hell: etwa 150 mal stärker als die Sonne.

    Der rote Überriese Beteigeuze liegt im Sternbild Orion. Er ist über 600 mal so groß wie die Sonne und besitzt aufgrund seiner Größe eine enorme Leuchtkraft, die etwa zehntausend Mal höher ist als die der Sonne.

  • Ermittle die wesentlichen Eigenschaften der Gruppen im Hertzsprung-Russel-Diagramm.

    Tipps

    Welche Information erhältst du durch Ablesen welcher Achse?

    Manche Grenzen können aufgrund der Achseneinteilung nicht genau abgelesen werden. Diese musst du abschätzen.

    Vergegenwärtige dir die wichtigsten Eigenschaften der Gruppen, damit du nichts verwechselst.

    Lösung

    Im Hertzsprung-Russel-Diagramm sind alle bekannten Sterne eingetragen. Daher sind die Merkmale der einzelnen Gruppen nicht an einem typischen Vertreter festlegbar.

    Aber eine Zusammenfassung wie folgt ist überschaubar und gut zu verinnerlichen:

    Überriesen sind aufgrund ihrer relativ hohen Oberflächentemperaturen und ihrer enormen Größe sehr leuchtstark. Sie befinden sich daher oben auf der rechten Seite im Hertzsprung-Russel-Diagramm. Sie bilden sich aus massereichen Sternen der Hauptreihe.

    Unter den Überriesen im Diagramm liegen die Riesen. Sie sind ebenfalls groß und leuchtstark, jedoch nicht in den Dimensionen, wie die Überriesen. Riesen bilden sich aus nicht so massereichen Sternen der Hauptreihe wie etwa unserer Sonne.

    Die Hauptreihensterne bilden im Diagramm einen fast diagonalen Ast. Sie umfassen alle Leuchtintensitäten und Oberflächentemperaturen, die in erster Linie von ihrer Masse abhängen. Den Großteil ihrer Lebensspanne verbringen Sterne als Hauptreihensterne.

    Die weißen Zwerge befinden sich unten links im Diagramm. Sie sind leuchtschwach, obwohl sie sehr hohe Oberflächentemperaturen besitzen können. Das liegt daran, dass sie im Vergleich mit den anderen Sterngruppen winzig sind. Sie bilden sich aus Riesen und sind somit das letzte Stadium der Entwicklung von nicht so massereichen Hauptreihensternen.

  • Gib die (voraussichtliche) Entwicklung unserer Sonne wieder.

    Tipps

    Überriesen entstehen aus blauen Hauptreihensternen.

    Rote Riesen mit weniger als acht Sonnenmassen entwickeln sich zu Weißen Zwergen.

    Lösung

    Die Sonne ist ein relativ massearmer Stern. Als solcher verbringt sie den Hauptteil ihrer Lebenszeit in der Hauptreihe des Hertzsprung-Russel-Diagramms.

    Gelbe Sterne (Spektralklassen G, F, A) werden zu Roten Riesen. Somit trifft dieses Schicksal auch unsere Sonne. Aber bis dahin vergeht noch etwas Zeit, das Anwachsen zum Roten Riesen, der die inneren Planeten Merkur und Venus verschlucken wird, beginnt erst in über 6 Milliarden Jahren. Etwa eine Milliarde Jahre später wird aus der Sonne ein Weißer Zwerg entstanden sein. Sehr schwere gelbe Hauptreihensterne (über acht Sonnenmassen) entwickeln sich hingegen zu einer Supernova!

    Überriesen entwickeln sich nur aus blauen Hauptreihensternen (Spektralklassen O und B). Diese explodieren in einer Supernova und werden dann entweder zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch.

    Die roten Hauptreihensterne (Spektralklassen K und M) erlöschen als so genannte Rote Zwerge nach einer sehr langen Lebensspanne einfach.

  • Beurteile den Lebenszyklus des folgenden Sterns.

    Tipps
    Lösung

    Han ist ein blauer Stern der Hauptreihe. Er liegt in der linken oberen Ecke des Hertzsprung-Russel-Diagramms, weil er leuchtstark ist und entsprechend seiner Spektralklasse aufgrund seiner sehr hohen Oberflächentemperatur einen bläulichen Farbton besitzt.

    Überriesen entwickeln sich aus blauen Hauptreihensternen (Spektralklassen O und B). Diese explodieren in einer Supernova und werden dann entweder zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Dies wird demnach auch auf den Stern Han zutreffen, sobald er beginnt, die Hauptreihe zu verlassen.

    Gelbe Sterne (Spektralklassen G, F, A) werden zu Roten Riesen. Somit trifft dieses Schicksal auch unsere Sonne. Aber bis dahin vergeht noch etwas Zeit. Das Anwachsen zum Roten Riesen, der die inneren Planeten Merkur und Venus verschlucken wird, beginnt erst in über 6 Milliarden Jahren. Etwa eine Milliarde Jahre später wird aus der Sonne ein Weißer Zwerg entstanden sein. Sehr schwere gelbe Hauptreihensterne (über acht Sonnenmassen) entwickeln sich hingegen zu einer Supernova.

    Die roten Hauptreihensterne (Spektralklassen K und M) erlöschen als sogenannte Rote Zwerge nach einer sehr langen Lebensspanne einfach.

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