Spektralverteilung eines Sterns

Das Licht, das von einem Stern ausgeht, weicht in seiner Spektral- und Intensitätsverteilung, manchmal ganz erheblich, von dem eines schwarzen Körpers gleicher Effektivtemperatur ab. Das hängt damit zusammen, dass Licht nicht nur von der Oberfläche, sondern auch aus tieferen Bereichen abgestrahlt wird.
Da die Temperatur zum Sterninneren hin aber zunimmt, hat das Licht von
dort auch eine andere spektrale Zusammensetzung als das von der Oberfläche. In erster Näherung jedoch dominiert die Effektivtemperatur
die Spektralverteilung des abgestrahlten Lichts.

Frage:
Ist diese Abweichung von der Schwarzkörperschrahlung abhängig von der Masse eines Sterns? Wenn ja, ist dies eine lineare Funktion?

Schon mal vielen Dank für eure Antworten!

Gruss Elmar

Hallo Elmar,

Das Licht, das von einem Stern ausgeht, weicht in seiner
Spektral- und Intensitätsverteilung, manchmal ganz erheblich,
von dem eines schwarzen Körpers gleicher Effektivtemperatur
ab.

Naja, nenne mir bitte einen Stern, bei dem das Woertchen „erheblich“ zutreffen sollte, mir sind solche Anonmalien nicht bekannt. Das Licht von Sternen ist in sehr guter Naeherung eine Schwarzkoerperstrahlung plus einiger Absorbtionsbanden.

Das hängt damit zusammen, dass Licht nicht nur von der
Oberfläche, sondern auch aus tieferen Bereichen abgestrahlt
wird.

Definitiv nicht, denn alles, was aus tieferen Schichten an Photonen emitiert wird, wird lange vorher aufgrund der Schichtdicke und damit der effektiven Strahlungslaenge wieder absorbiert.

Da die Temperatur zum Sterninneren hin aber zunimmt, hat das
Licht von
dort auch eine andere spektrale Zusammensetzung als das von
der Oberfläche. In erster Näherung jedoch dominiert die
Effektivtemperatur
die Spektralverteilung des abgestrahlten Lichts.

Noch einmal nein, dieser Absatz ist schlichtweg komplett falsch!

Frage:
Ist diese Abweichung von der Schwarzkörperschrahlung abhängig
von der Masse eines Sterns? Wenn ja, ist dies eine lineare
Funktion?

Besagte Absorbtionsbanden, was etwas ganz anderes ist, als was Du Dir an Auswirkung und Ursachen vorstellst, haengen vielmehr von Elementen in der („eigentlich“) strahlenden oberen Schicht der Photosphere und in den duenneren, aber teilweise heisseren Schichten ueber Photosphere sowie der Temperatur und Dichten der Schichten ueber der Photosphere. Ansonsten, also von Absorbtionsbanden und aehnlichem „Kleinkram“ emittiert die Photosphere ein fast perfekte Schwarzkoerperstrahlung ihrer jeweiligen Temperatur und nichts ist mit einer abweichenden Temperatur noch tiefer liegender Schichten.

viele gruesse peter

Hallo Peter,

erstmal vielen Dank für deine Antwort.

Wenn du alle Punkte in dieser Beschreibung als unzutreffend oder sogar als falsch bezeichnest, wirft das natürlich neue Fragen auf. Diese Beschreibung habe ich zu 100% aus dem Buch „Kosmologie für Fußgänger“ S.138 Z.10ff. von Harald Lesch/Jörn Müller abgetippt. Einzig die Frage nach der Abhängikeit ist von mir.

Was ist denn nun richtig? Der Auszug aus dem Buch, oder deine Aussage?
Das kann ich schwer entscheiden!

Gruss Elmar

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Hallo,
wenn ich mich kurz einmischen darf.

Wenn du alle Punkte in dieser Beschreibung als unzutreffend
oder sogar als falsch bezeichnest, wirft das natürlich neue
Fragen auf. Diese Beschreibung habe ich zu 100% aus dem Buch
„Kosmologie für Fußgänger“ S.138 Z.10ff. von Harald Lesch/Jörn
Müller abgetippt. Einzig die Frage nach der Abhängikeit ist
von mir.

Prof. Lesch hat recht.

Was ist denn nun richtig? Der Auszug aus dem Buch, oder deine
Aussage?

Das Zauberwort ist LTE (lokales thermisches Gleichgewicht, local thermodynamical equilibrium) und non-LTE (eben nicht einmal lokales thermisches Gleichgewicht. Ein Planck’scher Strahler muss genaugenommen im globalen TE.

Links dazu:
http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy305/PHY305…
Da ist auch ein schönes Beispiel für einen Stern dabei, dessen Spektralverteilung „gewisse“ Abweichungen von der eines Planck’schen Strahlers aufweist.
Beachte Folie 26 und 27: „Stars do differ from black bodies“

Ciao
R.

Hallo Elmar,

Wenn du alle Punkte in dieser Beschreibung als unzutreffend
oder sogar als falsch bezeichnest, wirft das natürlich neue
Fragen auf. Diese Beschreibung habe ich zu 100% aus dem Buch
„Kosmologie für Fußgänger“ S.138 Z.10ff. von Harald Lesch/Jörn
Müller abgetippt. Einzig die Frage nach der Abhängikeit ist
von mir.

Hmmm, _"… Das Licht, das von einem Stern ausgeht, weicht in seiner Spektral- und Intensitätsverteilung, manchmal ganz erheblich, von dem eines schwarzen Körpers gleicher Effektivtemperatur ab. …" das trifft aber nicht fuer Hauptreihensterne zu. Exoten mit sehr dichter Chromosphaere und Korona wie Superriesen liegen nicht auf dem Hauptreihenast.

„… Das hängt damit zusammen, dass Licht nicht nur von der Oberfläche, sondern auch aus tieferen Bereichen abgestrahlt wird.
Da die Temperatur zum Sterninneren hin aber zunimmt, hat das Licht von
dort auch eine andere spektrale Zusammensetzung als das von der Oberfläche. In erster Näherung jedoch dominiert die Effektivtemperatur
die Spektralverteilung des abgestrahlten Lichts. …“

Das ist dermassen populaerwissenschaftlich vereinfacht, dass es vielleicht fuer den Laien interessant und einleuchtend klingt, aber dort falsch wird, wo Populaerwissenschaft aufhoert. Die Photosphaere ist wirklich dick. Aber Photonen kommen in hochionisierten Gasen nicht weit, da reichen schon wenige Massendichten im einstelligen Bereich von g/cm² (da steht korrekterweise ein hoch 2) aus. Die Photosphaere ist aber zig-millionen von g/cm² dick. Von daher ist die Aussage aus dem mit der Begruendung physikalisch schlichtweg falsch, populaerwissenschaftlich in Zeiten von Pisa mir ein Greuel, vielleicht aber der einzige Weg den Leuten etwas zu erklaeren.

Was ist denn nun richtig? Der Auszug aus dem Buch, oder deine
Aussage?
Das kann ich schwer entscheiden!

Fuer den ersten Teil, siehe meine Zitierungsabsaetze, sind mir keine „erheblichen“ Abweichungen von Hauptreihensternen bekannt. Wenn man sich natuerlich von der Hauptreihe entfernt und von diesen anteilsmaessig wenigen Sternen dann noch die Exoten heraus pickt wie Vega, siehe Vega, Powerpointfolie page 27 wie von RoS verlinkt, dann kann man natuerlich etwas passendes finden :wink:

Fuer den zweiten Teil: Ich glaube, ich habe meinen Punkt deutlich gemacht zwischen aeusserst stark vereinfachter Populaerwissenschaft mit Aufmachern und einer wenigstens halbwegs wissenschaftlich vernuenftig wiedergegebenen Darstellung der tatsaechlichen Verhaeltnisse. kannste mir schon glauben, ausserdem ist es immer so eine sache mit koautoren und dem, was die verlage so wollen :smile:

viele gruesse, peter_

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Hallo rOs,

oder sogar als falsch bezeichnest, wirft das natürlich neue
Fragen auf. Diese Beschreibung habe ich zu 100% aus dem Buch
„Kosmologie für Fußgänger“ S.138 Z.10ff. von Harald Lesch/Jörn
Müller abgetippt. Einzig die Frage nach der Abhängikeit ist
von mir.

Prof. Lesch hat recht.

hmpf :wink:

er hat und er hat nicht, wenn er sich extrembeispiele aussucht und sie gelten laesst und wenn er fuer den laien sehr populaerwissenschaftlich schreibt, dann hat er recht, ansonsten hat er nicht recht und ich denke, dass er darum auch sehr genau bescheid weiss.

Was ist denn nun richtig? Der Auszug aus dem Buch, oder deine
Aussage?

Das Zauberwort ist LTE (lokales thermisches Gleichgewicht,
local thermodynamical equilibrium) und non-LTE (eben nicht
einmal lokales thermisches Gleichgewicht. Ein Planck’scher
Strahler muss genaugenommen im globalen TE.

Eben, wenn er sich nun einen besonderen Stern aussucht, dessen strahlende und darueber liegende Sphaeren mit Absorbionsbanden eben nicht im LTE vorliegen, wie bei Vega, bekommt man alles hin. Wobei der Flux in der Abb. auf Seite 27 linear angegeben ist und als erheblich weicht das in meinen Augen noch nicht ab, es kratz ja nur stellenweise am Faktor 2 und Faktor 2 laeuft unter Peanuts, tschuldigung, jetzt werde ich etwas salop, gebe ich ja zu :wink:

siehe auch meine antwort an elmar

Links dazu:
http://www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy305/PHY305…

viele gruesse, peter

Hi Peter,

er hat und er hat nicht, wenn er sich extrembeispiele aussucht

Nene du. Die Frage ist: Was ist ein Extrembeispiel? Ich denke, dass das Weltall voll mit Extremen ist. So selten sind heisse Sterne jetzt auch nicht. Alpha Lyr (Wega) ist ganz einfach ein Standardbeispiel, dass sich auch im „Neuen Kosmos“ findet. (Falls Du den neuen Kosmos hast: Im Kapitel *Sonne und Sterne. Astrophysik des einzelnen Sterns, Modellatmosphären* ist auch noch ein Beispiel für einen Hauptreihenstern mit Teff 30 000 K.)

Eben, wenn er sich nun einen besonderen Stern aussucht, dessen
strahlende und darueber liegende Sphaeren mit Absorbionsbanden
eben nicht im LTE vorliegen, wie bei Vega, bekommt man alles
hin. Wobei der Flux in der Abb. auf Seite 27 linear angegeben
ist und als erheblich weicht das in meinen Augen noch nicht
ab, es kratz ja nur stellenweise am Faktor 2 und Faktor 2
laeuft unter Peanuts, tschuldigung, jetzt werde ich etwas
salop, gebe ich ja zu :wink:

Schon, es geht aber darum, dass der Fit einer Kirchhoff-Planck-Funktion sehr unterschiedliche Ergebnisse geben kann (Passt man den Gesamtfluss an, kommt man auf etwa 9 500K, passt man dagegen im B an, werden 15 000 daraus.) Der entscheidende Punkt ist also, dass man zu komplizierteren Modellatmosphären „greifen“ muss, wenn man aus dem Spektrum eine vernünftige Abschätzung für verschiedene Parameter (Masse, Teff usw) bekommen will. Diese Parameterschätzung ist es aber, weshalb man überhaupt Spektren misst und analysiert Vermutlich legt Lesch deshalb so viel Wert auf diesen Unterschied zur Kirchhoff-Planck-Verteilung. (Für die Umgekehrte Frage, also das Verständnis, weshalb Sterne überhaupt in verschiedenen Farben erscheinen, ist der Unterschied zunächst von untergeordneter Bedeutung).

Mit der etwas wolkigen Erkärung will er meiner Ansicht nach die Erklärung der Begriffe thermodynamisches Gleichgewicht (global, lokal, gar nicht :wink: ) vermeiden:
Bei der Ableitung der Kirchhoff-Planck-Verteilung wird ja das thermodynamisches GG vorausgesetzt. Diese Voraussetzung ist in Sternen nur eingeschränkt (LTE) oder gar nicht (non-LTE) erfüllt. Mehr will er mit seinem Text wahrscheinlich gar nicht sagen.

Einen schönen Abend
R.

Übrigens beschäftigt Herr Lesch sich im Hauptberuf mit Plasmaastrophysik (http://www.usm.uni-muenchen.de/people/lesch/deumas.html). Du weisst es wahrscheinlich, aber nicht unsere Mitleser.

1 Like

Hi Elmar,

Ergänzend zu dem was schon geschrieben wurde und auf die Gefahr hin auch etwas zu einfach darzustellen:

Frage:
Ist diese Abweichung von der Schwarzkörperschrahlung abhängig
von der Masse eines Sterns?

Im Prinzip ja. Für die Haupreihe grob gesagt: Je schwerer, desto heisser (http://zebu.uoregon.edu/~soper/Stars/hrmass.html). Je heisser dest mehr Abweichungen vom thermodynamischen Gleichgewicht und desto wichtiger wird der Strahlungstransport => desto grössere Abweichungen von der Kirchhoff-Planck-Funktion.

Wenn ja, ist dies eine lineare
Funktion?

sicher nicht.

Ciao
R.

Hallo rOs,

er hat und er hat nicht, wenn er sich extrembeispiele aussucht

Nene du. Die Frage ist: Was ist ein Extrembeispiel?

wenn er sich extrembeispiele aussucht … und dann noch derartig lax formuliert, dass es in meinen Augen, wenn ich nur den Text als solchen lese ohne Zusatzinfo, von wem er fuer wen geschrieben wurde, ihn einfach als falsch ansehen muss, muesste ich hier noch ergaenzt haben zu er hat und er hat nicht

Davon ab, also wenn wir meinen letzten Absatz „vernachaessigen“ wuerden, gehe ich gerne mit, mit Deiner Frage, was ein Extrembeispiel ist und mit Deiner Verneinung.

Sterne jetzt auch nicht. Alpha Lyr (Wega) ist ganz einfach ein
Standardbeispiel, dass sich auch im „Neuen Kosmos“ findet.
(Falls Du den neuen Kosmos hast: Im Kapitel *Sonne und Sterne.
Astrophysik des einzelnen Sterns, Modellatmosphären* ist auch
noch ein Beispiel für einen Hauptreihenstern mit Teff 30 000
K.)

Nein, ausser meiner Ausbildung mit einer Spezialisierungsrichtung, naemlich der Plasmaphysik habe ich den „Neuen Kosmos“ nun nicht :smile:,

hin. Wobei der Flux in der Abb. auf Seite 27 linear angegeben
ist und als erheblich weicht das in meinen Augen noch nicht
ab, es kratz ja nur stellenweise am Faktor 2 und Faktor 2
laeuft unter Peanuts, tschuldigung, jetzt werde ich etwas
salop, gebe ich ja zu :wink:

Schon, es geht aber darum, dass der Fit einer

ok, …

Kirchhoff-Planck-Funktion sehr unterschiedliche Ergebnisse
geben kann (Passt man den Gesamtfluss an, kommt man auf etwa 9
500K, passt man dagegen im B an, werden 15 000 daraus.) Der
entscheidende Punkt ist also, dass man zu komplizierteren
Modellatmosphären „greifen“ muss, wenn man aus dem Spektrum
eine vernünftige Abschätzung für verschiedene Parameter
(Masse, Teff usw) bekommen will. Diese Parameterschätzung ist
es aber, weshalb man überhaupt Spektren misst und analysiert
Vermutlich legt Lesch deshalb so viel Wert auf diesen
Unterschied zur Kirchhoff-Planck-Verteilung. (Für die
Umgekehrte Frage, also das Verständnis, weshalb Sterne
überhaupt in verschiedenen Farben erscheinen, ist der
Unterschied zunächst von untergeordneter Bedeutung).

ja, aber das ist die eine sache, eine vorlesung fuer studenten der physik oder fuer wen auch immer zum beispiel eben jene powerpointfolien als adressaten bestimmt waren

Mit der etwas wolkigen Erkärung will er meiner Ansicht nach
die Erklärung der Begriffe thermodynamisches Gleichgewicht
(global, lokal, gar nicht :wink: ) vermeiden:

und nun die andere sache, indem er derart vereinfacht, das buch enthaelt ja auch zig themen und kann auf keines detailliert eingehen, extra fuer laien, dass diese beim lesen auch noch auf die falschen schlussfolgerungen kommen, mir missfaellt das.

Bei der Ableitung der Kirchhoff-Planck-Verteilung wird ja das
thermodynamisches GG vorausgesetzt. Diese Voraussetzung ist in
Sternen nur eingeschränkt (LTE) oder gar nicht (non-LTE)
erfüllt. Mehr will er mit seinem Text wahrscheinlich gar nicht
sagen.

hmmm, er gibt, wenn ich mir den von Elmar zitierten Teil noch einmal durchlese, nirgends auch nur den leisesten Hinweis/Wink auf lokale Ungleichgewichte, sondern nimmt nur Bezug auf Temperaturabhaenigkeiten mit dem radialen Abstand. Meiner Meinung nach hat er versucht die Dinge derart zu vereinfachen, als dass sie selbst fuer den Laien irgendwie einleuchtend ist: Naemlich: Unterschiedlicher radialer Abstand = unterschiedliche Temperaturen bewirken ein vom Schwarzstrahler abweichendes Spektrum, leuchtet ja zunaechst ein. Das lokale Ungleichgewichte, Massendichten und damit Strahllaengen, Absorbtionsbanden, Emissionsbanden, etc. auch bzw. sogar mehrheitlich die Rolle spielen, erwaehnt er in dem fraglichen Absatz mit keinem Wort. Das entspricht aber nicht der Wahrheit und daher halte ich diesen Weg der Erklaerung fuer verfehlt.

Einen schönen Abend

Oh, danke, denn hatte ich, und zwar zuerst: Hast Du keinen Käpt’n, dann borg Dir einen, Starship Entenscheiss und Käpt’n Ahab, aehm Picard, zurueck in die Vergangenheit, first contact, Borks wollen die Zeitlinie aendern. Durch puren Zufall sah ich anschliessend erstmalig von Festplatte eine Folge der zweiten Season

http://www.startrek.com/startrek/view/series/ENT/epi…

, wo, hier war der Zufall, eben einige Borks hundert Jahre spaeter nach dem first contact geborgen werden auf der Erde und wiederrum fuer Probleme im momentanen Jetzt und in der fernen Zukunft zu Picards Zeiten sorgen werden.

Übrigens beschäftigt Herr Lesch sich im Hauptberuf mit
Plasmaastrophysik
(http://www.usm.uni-muenchen.de/people/lesch/deumas.html). Du
weisst es wahrscheinlich, aber nicht unsere Mitleser.

yep, umso mehr war ich ueberrascht, dass es auf seinem mist gewachsen war, aber da war noch der co-autor und der verlag :wink:

viele gruesse und wuensche wohl zu ruhen, peter

p.s. nein, ich bin kein treckie, ich sehe es gerne, aber es ist kein muss *g*

Hallo rOs und Peter,

zunächst möchte ich euch beiden danken, daß ihr euch so um eine Antwort auf meine Frage bemüht habt!

Vor allem Danke für die Links, und dieses Buch „Neuer Kosmos“ muss ich mir auch besorgen.

Falls es noch nicht aufgefallen ist, ich bin astronomisch ein „bloody Anfänger“ im Vergleich zu euch beiden zumindest.

Daher kann ich auch wenig zu eurem wissenschaftlichen Disput beitragen, ohne mich sofort lächerlich zu machen. Immerhin ich kenne das RH-Diagramm und bin eigentlich auch von Sternen auf der Hauptreihe ausgegangen. Ich werde mal eine Mail an Herrn Lesch schicken in ihn direkt zu diesem „unseligen“ Abschitt fragen.

Bis dahin verbleibe ich

Gruss Elmar

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Hi Elmar

Vor allem Danke für die Links, und dieses Buch „Neuer Kosmos“
muss ich mir auch besorgen.

Der neue Kosmos
Einführung in die Astronomie und Astrophysik
Unsöld, Albrecht, Baschek, Bodo
7. Aufl. 2002. Korr. Nachdruck, 2004, XIV, 575 S. 278 Abb., 20 in Farbe., Geb.
isbn: 3 540 42177 7
http://www.springeronline.com/sgw/cda/frontpage/0,11…

Das Buch ist (war zu meiner Studienzeit) das Standard-Anfängerlehrbuch in Astronomie. Es ist aber trotzdem keine leichte Kost - Auch wenn keine großen Vorkenntnisse erforderlich sind …

Für Studenten finde ich ausserdem

Stellar Structure and Evolution.
Rudolf Kippenhahn, Alfred Weigert
ISBN: 3540502114 Buch anschauen

interessant. Für den Laien ist das aber zu heftig.

der Hauptreihe ausgegangen. Ich werde mal eine Mail an Herrn
Lesch schicken in ihn direkt zu diesem „unseligen“ Abschitt
fragen.

Hmm Ich würde eher sagen es ist eine etwas unglückliche didaktische Verkürzung :wink:

Ciao
R.