Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

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Teleskope, Detektoren, Meßgeräte
Astronomie im kurzwelligen Spektralbereich
Mit der Untersuchung von kurzwelliger ( λ < 300 nm ) elektromagnetischer Strahlung eröffnet sich dem
Astronomen das Gebiet der hochenergetischen Vorgänge im Kosmos. Ein für die Astronomen
bedauerlicher und für alle anderen Lebewesen der Erde erfreulicher Umstand ist, daß diese kurzwellige
Strahlung ab der Absorptionskante des Ozons (der manchen Sonnenbrand vermeiden hilft) bei ca. 300
nm vollständig von der Erdatmosphäre abgeblockt wird. Oder anders ausgedrückt, die Erdatmosphäre
ist für kurzwellige elektromagnetische Strahlung vollkommen undurchsichtig. Um Astronomie in
diesem Spektralbereich zu betreiben, muß man zumindest die Ozonschicht in 25 km Höhe unter sich
lassen oder die Meßinstrumente gleich außerhalb der Erdatmosphäre plazieren: Gamma-, Röntgen-
und UV-Astronomie ist deshalb genaugenommen erst mit der Raumfahrt möglich geworden.
Dazu kommt noch, daß die Beobachtungsgeräte, wie sie in der optischen Astronomie Verwendung
finden, im kurzwelligen Bereich unbrauchbar sind. UV-Strahlung wird beispielsweise bereits in
normalen optischen Linsen vollkommen absorbiert (spezielle Fluorit-Optiken einmal ausgenommen).
Lediglich das nahe UV (NUV) kann außerhalb der Erdatmosphäre mit Spiegelteleskopen, die nur
reflektierende Flächen zur optischen Abbildung benutzen, noch recht gut beobachtet werden (Beispiel:
Hubble-Teleskop). Für Röntgen- und Gammastrahlung sind auch sie nicht geeignet.
Die Emission von kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung ist immer ein Zeichen extrem
energetischer Vorgänge. Man kann das leicht zeigen, wenn man von der thermischen Strahlung eines
schwarzen Körpers der Temperatur T ausgeht, welche durch das berühmte Planck`sche
Strahlungsgesetz beschrieben wird:
I
λ
λ
2
2 h c ⎛ h c ⎞
= (exp 1)
5 ⎜ ⎟ −
λ ⎝ k λ T ⎠
−1
I ist die wellenlängenabhängige Intensität der Strahlung (in
[1.34]
−2 −1 − 1
Wm m sterad ), k die
Boltzmannkonstante, h das Plancksche Wirkungsquantum und c die Lichtgeschwindigkeit. Berechnet
man daraus das Strahlungsmaximum (durch Differentiation und Null-Setzen der Ableitung), dann
erhält man das Wien`sche Verschiebungsgesetz, daß einen funktionalen Zusammenhang zwischen der
λ des Intensitätsmaximums und der Temperatur T des Strahlers herstellt:
Wellenlänge max
T λ = 0.0028978 [Km]
[1.35]
max
Dem kurzwelligen elektromagnetischen Spektrum entsprechen damit folgende Temperaturbereiche:
Strahlung Wellenlängenbereich Temperaturbereich [in K]
Nahes UV (NUV) 400 nm – 100 nm 7.24 ∙ 10 � − 2.89 ∙ 10 �
Extremes UV (EUV) 100 nm – 10 nm 2.89 ∙ 10 � − 2.89 ∙ 10 �
Weiche Röntgenstrahlung 10 nm – 0.1 nm 2.89 ∙ 10 � − 2.89 ∙ 10 �
Harte Röntgenstrahlung 0.1 nm – 0.01 nm 2.89 ∙ 10 � − 2.89 ∙ 10 �
Gammastrahlung < 0.01 nm > 2.89 ∙ 10 �