Absolute und scheinbare Helligkeit Die Größenklassen der Sterne
Wie hell ein Stern wirklich ist, können wir hier auf der Erde nicht wahrnehmen. Auch die Helligkeit der Planeten hängt davon ab, wie weit sie entfernt sind. Die scheinbare Helligkeit beschreibt, wie hell ein Objekt für euch ist.
Die scheinbare Größe eines Sterns entgeht dem menschlichen Auge, dafür sind die Sterne zu weit entfernt von uns. Trotzdem erkennt ihr selbst einen deutlichen Unterschied: Seht euch einmal die Sterne des Großen Wagens an und ihr werdet feststellen, dass sie sich stark unterscheiden - in ihrer Helligkeit. Von der ursprünglichen Leuchtkraft des Sterns kommt nur ein Teil auf der Erde an - durch seine Entfernung zu uns und durch interstellare Materie wie Staub und Gas, die sein Licht filtern. Was wir stattdessen von einem Stern wahrnehmen, ist seine scheinbare Helligkeit. Nach ihr werden Sterne unterschiedlicher Größenklassen unterschieden.
Größenklassen
Die Einteilung der Sterne in sechs Größenklassen geht auf die antike Astronomie zurück. Danach wurden die 15 hellsten Sterne wie Antares im Skorpion oder Regulus im Löwen als Sterne erster Größenklasse festgelegt. Gerade noch mit bloßem Auge sichtbare Sterne bildeten die sechste Größenklasse und damit das untere Ende der Skala. Ein Stern erster Größenklasse ist hundertmal heller als ein Stern sechster Größenklasse.
Die Skala ist nicht linear: Von einer Größenklasse zur anderen ändert sich die Strahlungsmenge um das 2,512-fache: Ein Stern fünfter Größenklasse ist 2,512-mal heller als ein Stern sechster Größenklasse, die vierte Größenklasse ist um Faktor 2,512 x 2,512 = 6,310 heller als die sechste usw.
Helligkeitszuwachs 6. bis 1. Größenklasse:
2,512 x 2,512 x 2,512 x 2,512 x 2,512
= 2,512⁵ = 100,023
~ 100
Scheinbare Helligkeit
scheinbare Helligkeit im Vergleich
Die scheinbare Helligkeit unterscheidet feiner, orientiert sich aber an den antiken Größenklassen. Ausgedrückt wird sie in "Magnituden" (auch: magnitudo) - etwa 2,1 mag (auch: 2,1ᵐ, 2ᵐ,1) für die scheinbare Helligkeit des Polarsterns. Während das bloße Auge jedoch nur Sterne bis etwa 6,5 mag wahrnehmen kann, ist seit der Entwicklung immer besserer Teleskope die Skala nach unten geöffnet worden: Der Zwergplanet Pluto etwa hat nur eine scheinbare Helligkeit von 14,0 mag. Aber auch nach oben musste die Skala erweitert werden, über die 0 hinaus: Sirius, der hellste Stern am Nordhimmel, ist fast zehnmal heller als Sterne erster Größenklasse; seine scheinbare Helligkeit beträgt -1,4 mag. Die Venus wird noch viel heller mit -4,4 mag und die Sonne bringt es auf -26,8 mag.
Wie viel heller ist hell?
Die scheinbare Helligkeit der Sonne ist also um 25,4 mag größer als die von Sirius - mehr als 25 Größenklassen. Was heißt das? Wie viel heller ist die Sonne? Das Verhältnis der tatsächlich messbaren Strahlungsströme, die von den beiden Gestirnen pro Zeiteinheit auf der Erde eintreffen, lässt sich über folgende Formel ausrechnen: 2,512 potenziert mit der Magnituden-Differenz. Die Sonne ist also 2,512 hoch 25,4-mal heller: Die Strahlungsmenge, die von ihr bei uns eintrifft, ist über 14 Milliarden Mal größer als die von Sirius. Kein Wunder, dass es tagsüber so hell ist.
Wo liegt die Sichtbarkeitsgrenze fürs bloße Auge?
Wenn ihr bei der größtmöglichen Dunkelheit - also nach der letzten bzw. vor der ersten Dämmerung - weitab von jedem Kunstlicht und jeder Lichtverschmutzung an einen wirklich klaren Nachthimmel schaut, dann könnt ihr Sterne bis zu einer scheinbaren Helligkeit von etwa 6,5 mag freiäugig sehen. Eine fast schon theoretische Angabe, denn an den meisten Orten in Deutschland wird es gar nicht mehr dunkel genug.
Absolute Helligkeit
In Wirklichkeit ist der Stern Sonne aber nicht leuchtkräftiger als der Stern Sirius, im Gegenteil. Doch die Lichtintensität nimmt quadratisch zur Entfernung ab: Ist ein Stern zehnmal weiter weg, ist sein Licht hundertmal schwächer - sechs Größenklassen. Um die Sterne direkt miteinander zu vergleichen, errechnet man ihre absolute Helligkeit: Die entspricht der scheinbaren Helligkeit, die der Stern hätte, wenn er genau zehn Parsec (knapp 33 Lichtjahre) von uns entfernt wäre. Sirius ist nur 8,6 Lichtjahre entfernt - in einer Entfernung von 33 Lichtjahren läge seine scheinbare Helligkeit nur noch bei 1,5 mag - das ist seine absolute Helligkeit, ebenfalls in Magnituden ausgedrückt: 1,5 M. Unsere Sonne, von der uns knapp 150 Millionen Kilometer trennen, wäre in 33 Lichtjahren Entfernung aber nur mehr ein Stern fünfter Größenklasse, sie hat eine absolute Helligkeit von 4,86 M. Ihre absolute Helligkeit ist also um 3,36 M kleiner als die von Sirius - mehr als drei Größenklassen.