Sterne: Farbe, Zusammensetzung und Masse

Wir auf der Erde nehmen die Sterne am Nachthimmel als kleine leuchtende Punkte wahr. Aber in Wirklichkeit sind sie riesige Kugeln aus extrem heißen Gasen, die unvorstellbar viel Energie erzeugen. Diese Energie strahlt von den Sternen als ein so helles Licht ab, dass wir es von sehr weit weg trotzdem sehen können. Schauen wir nach oben in den Nachthimmel, können wir erkennen, dass manche Sterne viel heller als andere leuchten. Bedeutet das, dass die helleren Sterne mehr Licht ausstrahlen?

Hm, mal sehen. Schau dir eine Lampe in deinem Zimmer an und eine Straßenlaterne am Ende der Straße. Die Straßenlampe strahlt bestimmt mehr Licht aus, aber die kleine Lampe sieht trotzdem heller aus. Das liegt daran, dass die Lampe sich viel näher an dir befindet als die Laterne. Wenn wir aber über Sterne sprechen, würden wir den Helligkeitsunterschied scheinbare Helligkeit nennen, weil sie beschreibt, wie hell das Licht uns auf der Erde erscheint.

Die Sonne zum Beispiel scheint viel heller zu strahlen als der Nordstern (auch Polarstern genannt). Die scheinbare Helligkeit der Sonne ist größer. Aber der Polarstern strahlt über zweitausendmal mehr Energie ab! Die Energiemenge, die ein Stern wirklich abstrahlt, ist die Leuchtkraft des Sterns. Wie hell ein Stern also von der Erde aus aussieht – also seine scheinbare Helligkeit – hängt davon ab, wie viel Energie er ausstrahlt – wie stark seine Leuchtkraft ist – und auch die Entfernung zur Erde.

Die Leuchtkraft hängt auch mit der Temperatur zusammen. Heißere Sterne strahlen mehr Energie ab und sind dann auch heller. Aber woher wissen wir, wie heiß ein Stern ist? Wenn du ein Streichholz anzündest, ist die Flamme ganz nah am Holz, wo die Temperatur am höchsten ist, blau, aber weiter weg, wo sie sich abkühlt, glüht sie orange oder rot. Das gleiche gilt auch für Sterne – das Licht, das sie ausstrahlen, hat unterschiedliche Farben – von Blau und Weiß über Gelb, Orange bis Rot.

Die Farbe, die wir sehen, hängt von der Oberflächentemperatur ab. Manchmal siehst du den Unterschied schon mit bloßem Auge! Wissenschaftler, etwa Astronomen, verwenden jedoch Spezialgeräte, um das von den Sternen ausgestrahlte Licht genauer zu untersuchen. Eins dieser Geräte, der Spektrograf, funktioniert in etwa wie ein Prisma. Er spaltet Licht in ein Muster aus Farben und Linien auf – ein Spektrum.

Alle Elemente haben auch ein eigenes typisches Spektrum. Durch den Vergleich der typischen Muster mit dem Lichtspektrum, das ein Stern ausstrahlt, können Wissenschaftler bestimmen, aus welchen Elementen der Stern besteht – wie sein Aufbau ist. Die erste Wissenschaftlerin, die den Aufbau der Sonne und anderer Sterne verstand, war Cecilia Payne. Dank dieser Methode und Cecilia Paynes Erkenntnissen wissen wir, dass die meisten Sterne hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und einem Bruchteil an anderen Elementen bestehen. Verfahren wie die Spektroskopie helfen uns dabei, viel über Sterne herauszufinden, aber die Sternmasse – außer die der Sonne – blieb lange Zeit ein Rätsel.

Das Rätsel wurde gelöst, als Astronomen entdeckten, dass manchmal zwei Sterne umeinander kreisen und einen Doppelstern bilden. Durch die Erforschung, wie lange die Sterne für eine Umkreisung brauchen und wie groß die Umlaufbahn ist, konnten die Astronomen schließlich die Masse jedes dieser Sterne berechnen. Sie entschieden sich, sie mit der Sonne zu vergleichen und dadurch wurde die Sonnenmasse eine Standard-Maßeinheit, um die Masse anderer Sterne anzugeben. Manche Sterne können weniger als 0,1 Sonnenmassen haben, während der massereichste bekannte Stern des Universums über 265-mal schwerer als die Sonne ist! Auf den ersten Blick wirken alle Sterne gleich, aber jetzt weißt du, wie unterschiedlich sie sein können.

Und wer weiß, wie viel es noch zu entdecken gibt?