ausführliches pdf-file - Baader Planetarium
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Spektroskopie von Beta Aurigae<br />
Nachweis eines spektroskopischen Doppelsterns<br />
Zusammenfassung der Ergebnisse der Facharbeit von Oscar Cuypers & Benjamin Dick, Jahrgangstufe 12<br />
im Schuljahr 2011/2012. Zum Einsatz kam erstmalig ein Gitter mit 1800 L/mm im DADOS-Spektrographen,<br />
mit dem eine deutlich höhere spektrale Auflösung erzielt wird als mit dem Standardgitter 900 L/mm.<br />
Die Facharbeit wurde im Schülerlabor Astronomie des Carl-Fuhlrott-Gymnasiums, Wuppertal angefertigt<br />
unter der Projektleitung von Bernd Koch<br />
Das Schülerlabor Astronomie 1<br />
des Carl-Fuhlrott-Gymnasiums auf den Wuppertaler Südhöhen ermöglicht<br />
Schülern aller Jahrgangstufen und Lehramtsstudenten der nahegelegenen Bergischen Universität Wuppertal<br />
den Einstieg in die praktische Astronomie und Astrophysik. Das für die selbstständige Arbeit an der<br />
Sternwarte benötigte Fachwissen eignen sich die Schüler und Studenten in Form von Ausbildungskursen zu<br />
den Grundlagen der Astronomie, Astrofotografie und Sternspektroskopie an. Mehr als 50 Arbeiten zu<br />
astronomischen Themen sind seit 2009 an dieser Einrichtung bereits entstanden, darunter Staatsexamens,<br />
Bachelor und Masterarbeiten von Lehramtskandidaten. Mit ihren Facharbeiten nehmen die Schüler<br />
erfolgreich an Wettbewerben wie dem Physikpreis des Deutschen Röntgen-Museums und Jugend Forscht<br />
teil.<br />
Die Oberstufenschüler Oscar Cuypers und Benjamin Dick entschieden sich, eine Facharbeit zu ihrem<br />
Wunschthema zu verfassen. Beide nahmen im ersten Halbjahr des Schuljahrs 2011/12 zunächst erfolgreich<br />
an den dafür nötigen Ausbildungskursen teil, die unter der Leitung der Dozenten Michael Winkhaus, Bernd<br />
Koch und Ernst Pollmann bis Anfang Januar 2012 durchgeführt wurden. In knapp zwei Monaten bis zur<br />
2<br />
Abgabe der Arbeit Anfang März gelang es Oscar Cuypers und Benjamin Dick, mit MaxIm DL Aufnahmen des<br />
spektroskopischen Doppelsterns β Aur anzufertigen (Abb. 1), mit der Software VisualSpec 3 (Abb. 2) zu<br />
kalibrieren und das Ergebnis mit den Messungen von Olivier Thizy 4<br />
(Abb. 3) in Relation zu setzen.<br />
Abbildung 1: Das aufgenommene Spektrum von β Aurigae<br />
1 www.physikdidaktik.uni-wuppertal.de/<strong>file</strong>admin/physik/didaktik/Physik_in_der_Schule_Heft2-2012_01.<strong>pdf</strong><br />
2 www.cyanogen.com<br />
3 www.astrosurf.com/vdesnoux<br />
4 www.shelyak.com/dossier.php?id_dossier=22<br />
März 2013 Dipl.-Phys. Bernd Koch Seite 1
Abbildung 2: Mit VisualSpec kalibriertes und coloriertes Spektrum von β Aurigae<br />
Der spektroskopische Doppelstern β Aurigae besteht aus zwei etwa gleichgroßen Komponenten vom<br />
gleichen Spektraltyp A2, die etwa die gleiche Masse aufweisen. Sie umkreisen sich fast perfekt auf einer<br />
Kreisbahn, was anhand des Phasendiagramms (Abb. 3) ersichtlich ist. Die für die beiden Sternkomponenten<br />
jeweils gegen die Phase aufgetragenen Radialgeschwindigkeitswerte zeigen einen nahezu perfekten<br />
Sinus/Cosinus-Verlauf. Eine Phase von 1 bedeutet einen vollendeten Umlauf in 3,96 Tagen. Aufgrund des<br />
Dopplereffekts ist das Licht des sich dem Beobachter annähernden Sterns zu kürzeren Wellenlängen<br />
blauverschoben, während das Licht der anderen, sich entfernenden Sternkomponente rotverschoben ist.<br />
Sind, wie in diesem Fall, beide Sternkomponenten Spektrum sichtbar, sieht man eine Aufspaltung der<br />
Spektrallinien (Abb. 2). Diese beträgt zum Beobachtungsdatum ca. 3,2Å.<br />
Die Aufspaltung Δ
Abbildung 3: Radialgeschwindigkeitskurve von β Aurigae. Grün: Messung von Oscar Cuypers und Benjamin Dick.<br />
Schwarz: Messung von Olivier Thizy<br />
Das Ziel dieser Facharbeit wurde erreicht, indem die Aufspaltung der Spektrallinien von β Aurigae genau<br />
vermessen und in Relation zu Messwerten des Autors Olivier Thizy gesetzt wurde. Die<br />
Radialgeschwindigkeiten beider Komponenten konnten nicht einzeln gemessen werden, da keine kalibrierte<br />
Spektrallampe mit exakt bekannten Laborwellenlängen im Bereich um Hβ zur Verfügung stand. Die zur<br />
Fokussierung verwendete Energiesparlampe Ormalight ist für eine Wellenlängenkalibrierung nicht geeignet,<br />
weil starke Fluoreszenzbanden der Seltenen Erden in der Beschichtung der Lampe das Hg-Spektrum in<br />
diesem Spektralbereich überlagern. Die Wellenlängen dieser Banden sind für hochauflösende Messungen<br />
von Wellenlängenverschiebungen ungeeignet, weil sie nicht genau bekannt sind. Eine vorhandene Ne-<br />
Glimmlampe konnte im Blaugrünen nicht verwendet werden, weil es zu wenige und zudem zu schwache<br />
Linien gibt. Geeignet sind Lampen mit Füllungen von Ar, Xe oder Th, die über starke Linien im Blaugrünen<br />
verfügen. Diese Lampen sind in der Regel sehr teuer. Derzeit ist am CFG Wuppertal eine preiswerte<br />
Plasmaröhre 6<br />
in Erprobung, die mir Ne, Ar und Xe gefüllt ist und über das gesamte visuelle Spektrum genau<br />
bekannte Referenzlinien bereitstellt.<br />
Sollte in Zukunft die absolute Wellenlängenkalibrierung damit gelingen, ist mit dem DADOS-Gitter 1800<br />
L/mm die hochauflösende Spektroskopie möglich. Aus den dann ermittelten Radialgeschwindigkeitswerten<br />
der einzelnen Doppelsternkomponenten können unter Zuhilfenahme bekannter photometrischer<br />
Messungen dieses Bedeckungssterns vom Typ Algol die vollständigen Parameter des Doppelsternsystems<br />
bestimmt werden: Massen beider Sterne, Bahnradien, Exzentrizität der Umlaufbahn, Zeitpunkt des<br />
Periastrons, Umlaufsperiode, Länge des Periastrons und Bahnneigung sowie die Systemgeschwindigkeit<br />
relativ zur Sonne.<br />
Autor: Bernd Koch, CFG Wuppertal. Leitung des Projektkurses Astronomie in der Stufe Q1 am Schülerlabor<br />
Astronomie des Carl-Fuhlrott-Gymnasiums, Wuppertal. Kontakt: Bernd.Koch@astrofoto.de<br />
6 http://forum.astronomie.de/phpapps/ubbthreads/ubbthreads.php/topics/987888/Kalibrationslicht_fur_den_LHIR#Post987888<br />
März 2013 Dipl.-Phys. Bernd Koch Seite 3