Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

4.2. STRAHLUNG UND IHRE QUELLEN 257
kB = 1.38054 · 10 −16 erg K −1 die Boltzmann Konstante
ν die Frequenz der Strahlung, E die Energie des Photons
T die Temperatur in Kelvin,
Q ≈ mv 2 die thermische (kin.) Energie der Teilchen.
Es ist in der Atomphysik üblich, die Energie in eV anzugeben, die typischen Bindungsenergien der
Elektronen im Atom sind von dieser Größenordnung. Im folgenden bedeuten: λ: Wellenlänge in cm;
w: Wellenzahl in cm −1 ; ν Frequenz in Hz und T : Temperatur in Grad Kelvin.
Mit der Definitionsformel
E = hν = hcw = hc
λ = k BT und
h
k B
= 4.8 · 10 −11
geben wir eine Tabelle zur Energie Umrechnung (c = 3 · 10 10 ) auf Atom Einheiten.
Atom Einheiten
w [cm −1 ] λ [cm] ν [Hz] ɛ [eV] T [K]
λ [cm] 1 1 c 1.24·10 −4 0.66
ν [Hz] c −1 c 1 4.5·10 −15 2.2·10 −11
ɛ [eV] 8067 1.29·10 −4 2.41·10 14 1 11605
T [K] 0.66 1.5 2·10 10 8.1·10 −5 1
Die Gleichung kann auch von rechts nach links gelesen werden: Ladungen der (thermischen) Energie
Q erzeugen (thermische) Strahlung der Frequenz ν.
Tab. 4.8: Atom Einheiten
Neben der Frequenz ist noch die Intensität I der Strahlung wesentlich. Hier macht die Thermodynamik
eine wichtige Aussage über Spektrum Iν und Amplitude I = I(T ): kein Körper (im thermischen
Gleichgewicht) kann mehr abstrahlen als ein schwarzer Körper.
Wir kommen zurück auf die oben gestellte Frage, was an Strahlung beim Beobachter (außerhalb der
Erdatmosphäre) ankommt, nachdem wir verstehen, wie Photonen mit der interstellaren Materie wechselwirken.
Wir setzen den atomaren Aspekt als bekannt voraus und betrachten im folgenden den astrophysikalisch
- phänomenologischen: also die Bestimmung von Säulendichte und Emissionsmaß.
Säulendichte
Die Säulendichte der Erdatmosphäre beträgt insgesamt (N2 und O2)
N⊕ = 2 · 10 25
cm −2
Bis zum Zentrum der Galaxis gilt (für H und H2)
NGal ≈ 10 23
cm −2
Für eine Molekülwolke gilt (für H und H2)
NW olke ≈ 10 21 . . . 10 22
Emissionsmass
cm −2
Das Emissionsmaß geht z. B. ein in die Leuchtkraft der Bremsstrahlung und die der Rekombination.
Es wird oft mit EM bezeichnet.