Helligkeit und Farbe der Sterne

Fünf Größenklassen entsprechen genau dem Helligkeitsfaktor 100. Sirius erscheint deshalb etwa 25-mal heller als Polaris.

Eine Skala, die rückwärts läuft

Astronomen messen die scheinbare Helligkeit eines Sterns mit der Magnitudenskala. Zunächst überrascht sie jeden: Kleinere Zahlen bedeuten heller. Die Idee ist uralt. Ptolemäus ordnete die Sterne in seinem Katalog im zweiten Jahrhundert sechs Klassen zu: die hellsten „erster Größenklasse“, die schwächsten sichtbaren sechster. 1856 machte Norman Pogson daraus eine mathematische Skala. Er legte fest, dass fünf Größenklassen Unterschied genau dem Helligkeitsfaktor 100 entsprechen. Eine Größenklasse entspricht dann der fünften Wurzel aus 100, also etwa 2.512.

Für die hellsten Objekte musste die Skala über 1 hinaus erweitert werden. Sehr helle Sterne haben deshalb Werte nahe null oder darunter. Im Bright Star Catalogue steht Wega bei 0.03 und Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, bei −1.46. Planeten können noch heller werden: Venus erreicht etwa −4. Am anderen Ende nahm Pogson Größenklasse 6 als Grenze für das bloße Auge an. Unter wirklich dunklem Himmel können scharfe Augen allerdings noch etwas schwächere Sterne sehen.

Helligkeitsverhältnisse berechnen

Um zwei Sterne zu vergleichen, bilde die Differenz ihrer Größenklassen Δm und berechne 2.512 hoch Δm, genauer 10^(0.4 × Δm). Sirius (−1.46) und Polaris (2.02) unterscheiden sich um 3.48 Größenklassen. Sirius erscheint also 10^(0.4 × 3.48) ≈ 24.7-mal heller. Gegenüber Deneb (1.25) beträgt der Unterschied 2.71 Größenklassen, also etwa das 12-Fache. Ein Stern der Größenklasse 6 ist etwa 244-mal schwächer als Wega. Gemeint sind scheinbare Helligkeiten, also wie hell Sterne von der Erde aus wirken. Deneb gehört tatsächlich zu den leuchtkräftigsten sichtbaren Sternen. Er wirkt nur unscheinbar, weil er sehr weit entfernt ist.

Wie viele Sterne kannst du sehen?

Der Bright Star Catalogue verzeichnet 9110 Objekte, nahezu jeden Stern bis Größenklasse 6.5. Zählt man die Einträge, haben 5080 am gesamten Himmel die Größenklasse 6.0 oder sind heller. Zu jedem Zeitpunkt steht nur die Hälfte des Himmels über dem Horizont. Horizontnahe Sterne werden zudem durch die dicke Luftschicht abgeschwächt, die ihr Licht durchquert. Selbst in einer perfekten Nacht siehst du daher höchstens ein paar Tausend. In Städten hellen Straßenlampen den Himmelshintergrund auf und überstrahlen die schwachen Sterne. Oft bleiben nur Sterne heller als Größenklasse 3 oder 4 übrig. Im gesamten Katalog gibt es nur 518 Sterne mit Größenklasse 4.0 oder heller. Diese 518 Sterne und einige schwächere in den Verbindungslinien bilden das Modell dieses Kurses.

Sternfarben

Wenn du genau hinschaust, sind Sterne nicht alle weiß. Beteigeuze ist deutlich orange, Rigel blauweiß, Antares rötlich und Capella gelblich. Die Farbe verrät die Oberflächentemperatur: Kühlere Sterne leuchten rot und orange, heißere weiß und blau. Astronomen messen die Farbe, indem sie die Helligkeit durch einen Blaufilter (B) und einen gelbgrünen Filter (V) vergleichen. Die Differenz B−V heißt Farbindex. Ein heißer blauweißer Stern wie Rigel hat B−V nahe null (−0.03 im Katalog); Beteigeuze hat 1.85 und Antares 1.83. Das Modell rechnet B−V mit einer üblichen Näherung in eine Farbe um. So fallen die orangefarbenen Riesen des Winter- und Sommerhimmels auf.

Warum wirken schwache Sterne weiß, auch wenn sie rot sind? Die farbempfindlichen Zellen im Auge, die Zapfen, brauchen mehr Licht als die bei Dunkelheit arbeitenden Stäbchen. Unterhalb einer bestimmten Helligkeit reagieren nur die Stäbchen, und die sehen keine Farben. Deshalb erkennst du Farben am leichtesten bei den hellsten Sternen. Ferngläser sammeln mehr Licht und zeigen Sternfarben daher viel besser als das bloße Auge.