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Doppel- und Mehrfachsterne

Mizar und Alkor im Sternbild Großer Wagen/Bär
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Mizar und Alkor

Haben Sie schon einmal mit einem einfachen Fernglas den Sternenhimmel betrachtet? Dann ist Ihnen sicher aufgefallen, dass sich mancher Stern plötzlich als Doppel- oder Mehrfachstern entpuppt: Zwei oder mehr Sterne, die so dicht stehen, dass sie für das bloße Auge wie ein Stern erscheinen. In manchen Fällen können Sie Doppelsterne auch mit dem bloßen Auge erkennen. Sehen Sie sich doch einmal den dritten Deichselstern im Großen Wagen an, den Stern Mizar. Knapp über ihm, 12 Bogenminuten entfernt, können Sie einen weiteren Stern finden: Alkor, das Reiterlein. Er wird auch "der Augenprüfer" genannt, denn nicht jeder kann ihn als Einzelstern erkennen.

Echte Doppelsterne (Grafik)
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Echte Doppelsterne

Echte und scheinbare - optisch oder physisch

Mizar und Alkor bilden einen scheinbaren oder optischen Doppelstern: Sie scheinen aus unserem Blickwinkel dicht nebeneinander zu stehen, sind in Wirklichkeit aber drei Lichtjahre voneinander entfernt - so weit, wie unsere Sonne vom nächsten Stern. Echte oder physische Doppelsterne stehen dagegen in einer engen gravitativen Beziehung - sie umkreisen einen gemeinsamen Schwerpunkt, wie Erde und Mond. Und sie sind auch gemeinsam entstanden, sind also gleich alt.

Die überwiegende Mehrheit aller Sterne gehören zu einem Doppel- oder Mehrfachsystem. Die Gaswolken, in denen neue Sterne entstehen, begünstigen durch ihre Eigendrehung eher die Entstehung von zwei oder mehr Sternen. Einzeln entstandene Sterne wie unsere Sonne sind weitaus seltener. Und auch Alkor und Mizar gehören zu Doppel- bzw. Mehrfachsystemen, wenn auch zu verschiedenen: Alkor ist ein Dreifachsystem, Mizar sogar ein Vierfachsystem.

Visuelle, spektroskopische oder photometrische Doppelsterne

Trennung der Einzelkomponenten eines Doppelsterns
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Trennung eines Doppelsterns

Zwei Komponenten des echten Mehrfachsystems Mizar können Sie mit einem einfachen Fernglas entdecken. Die beiden sind 14,4 Bogensekunden voneinander entfernt. Weil man sie optisch voneinander trennen kann, heißen sie auch visuelle Doppelsterne.

Doch alle vier Einzelsterne im Vierfachsystem Mizar werden erst spektroskopisch offenbar: Über die individuellen Lichtspektren der Einzelsterne, die durch die Rotation in typischer Weise verändert werden, können solche spektroskopischen Doppelsterne festgestellt werden, optisch sind sie aufgrund des geringen Abstands nicht mehr zu trennen.

Durch eine dritte Methode werden photometrische Doppelsterne erkannt: Über Lichtmessung wird die Helligkeitsentwicklung eines Sterns genau beobachtet. Bei gegenseitiger Bedeckung zweier sich umkreisender Sterne kommt es zu regelmäßigen Veränderungen in der Helligkeitskurve. Photometrische Doppelsterne sind dasselbe wie Bedeckungsveränderliche Sterne, etwa Algol im Sternbild Perseus.

Ein Mehrfachsystem im Sternbild Leier

Doppel- und Mehrfachsterne im Sternbild Leier
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Mehrfachsysteme in der Leier

Die Einzelsterne eines Mehrfachsystems werden mit zusätzlichen Buchstaben A, B, C usw. bezeichnet, wobei mit A immer die hellste Komponente, mit B die zweithellste usw. benannt werden. Ein schönes Beispiel für ein visuelles Mehrfachsystem finden Sie im Sternbild Leier, das in Sommernächten sehr gut zu beobachten ist. Suchen Sie ε Lyrae, einen etwas schwächeren Stern über der sehr hellen Wega. Bei sehr guten Sichtbedingungen können Sie vielleicht schon mit bloßem Auge zwei Komponenten von ε Lyrae auflösen, sonst reicht ein kleineres Fernglas. Die zwei Komponenten sind etwa vier Bogenminuten voneinander entfernt und nahezu gleich hell. Sie werden als AB und CD bezeichnet, denn jede lässt sich mit einem guten Fernglas oder kleinem Teleskop wieder in zwei Einzelsterne aufteilen. Obwohl C und D einen kleineren Abstand zueinander haben, werden Sie diese beiden leichter trennen können als A und B: Der Helligkeitsunterschied zwischen A und B ist mit mehr als einem mag recht groß - das erschwert die Auflösung der Einzelkomponenten, da der hellere Stern den dunkleren überstrahlt.

Doppelstern Sirius
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Doppelstern Sirius

Der lange unbekannte Begleiter von Sirius

Noch extremer ist dieser Unterschied bei Sirius, dem hellsten Stern am nördlichen Firmament im Sternbild Großer Hund. Sirius hat eine scheinbare Helligkeit von -1,46 mag. Erst 1862 stellte man fest, dass Sirius ein Doppelstern ist: Um die sehr helle Hauptkomponente A kreist ein Weißer Zwerg mit einer scheinbaren Helligkeit von nur 8,5 mag - zehn Größenklassen schwächer und daher trotz eines Winkelabstands von maximal 11,5 Bogensekunden kaum zu finden.

Doppelstern Albireo

Doppelstern Albireo

Ungleiche Zwillinge

Obwohl die zwei Komponenten eines Doppelsterns gleichzeitig entstanden und damit gleich alt sind, können sie völlig unterschiedliche Sterntypen sein - etwa ein großer, sehr heller Riesenstern in Begleitung eines lichtschwachen Zwerges. Ein schönes Beispiel ist Albireo, der Kopf im Sommerbild Schwan (β Cygni). Es ist einer der farbenprächtigsten Doppelsterne am Nordhimmel, mit 34 Bogensekunden Abstand schon im Fernglas gut zu trennen. Die hellere Komponente leuchtet gelb-orange, die schwächere ist türkisfarben.

Zu dieser oft unterschiedlichen Entwicklung der Komponenten eines Mehrfachsystems kommt noch die starke Wechselwirkung zwischen den Einzelsternen hinzu. So entzieht oft einer dem anderen große Mengen an Material, Gas strömt vom einen Stern zum anderen und das Massenverhältnis der beiden ändert sich fortlaufend.

Alpha Centauri-Video zum Thema

 
Prof. Harald Lesch

Doppelsterne entstehen gemeinsam. Doch ihre enge Beziehung bringt ihnen Probleme. Welche, zeigt Prof. Harald Lesch.

 

Wie schnell sich Doppelsterne umkreisen und wie weit sie voneinander entfernt sind, ist ganz unterschiedlich. Manche Systeme umkreisen sich alle paar Stunden, andere benötigen dafür über tausend Jahre. Über sehr lange Perioden kann dann beobachtet werden, wie sich die Komponenten umkreisen - ihr Winkelabstand ändert sich: Als man 1827 entdeckte, dass der Stern σ CrB im Sternbild Nördliche Krone ein Doppelstern ist, waren seine beiden Komponenten gerade mal 1,3 Bogensekunden voneinander entfernt - aus unserem Blickwinkel. Heute ist der Winkelabstand bereits auf 7,2 Bogensekunden gewachsen. In fünf Jahrhunderten werden die beiden Einzelsterne, die sich in etwa tausend Jahren einmal umrunden, 13 Bogensekunden voneinander entfernt sein. Der Doppelstern ζ Her im Sternbild Herkules hat dagegen eine Umlaufperiode von nur knapp 35 Jahren.

Welches Fernglas für welchen Doppelstern?  

Verschiedene Öffnungen
bloßes Auge 5 mm
Opernglas 25 mm
Fernglas 50 mm
Großes Fernglas 80 mm
Hobby-Teleskop 150 mm

Wollen Sie die zwei Komponenten eines Doppelsternsystems trennen, d. h. die einzelnen Sterne sehen, brauchen Sie ein Fernglas oder sogar ein Teleskop. Um Doppelsterne mit 11,7 Bogensekunden Abstand zu trennen, reichen Ihnen schon 10 mm Öffnung - ein kleineres Fernglas oder Opernglas. Sind die beiden Doppelstern-Komponenten dagegen nur 1,17'' voneinander entfernt, können Sie sie erst ab 100 mm Öffnung auflösen - da reicht auch ein großes Fernglas nicht mehr, Sie brauchen ein Teleskop.

Notwendige Öffnungen zur Trennung der Komponenten von Doppelsternen (Winkelabstand der Einzelsterne)
10 mm Öffnung 11,7'' Winkelabstand
100 mm 1,17''
5 mm 23,4''
25 mm 4,68''
50 mm 2,34''
80 mm 1,46''
150 mm 0,78''
Öffnung x Winkelabstand = 117
trennbarer Abstand = 117 / Öffnung
nötige Öffnung = 117 / Abstand

Das Produkt aus Teleskopöffnung (in mm) und dem trennbaren Abstand der Einzelsterne eines Doppelsystems (in '') ergibt immer 117 (''mm). Wollen Sie wissen, welche Teleskopöffnung Sie benötigen, um ein Doppelsternsystem wie σ CrB in der Nördlichen Krone mit 7,2'' (Bogensekunden) Winkelabstand aufzulösen, dividieren Sie die 117 durch den Sternenabstand: 117''mm/7,2'' = 16,25 mm Öffnung - hier genügt schon ein Opernglas. Möchten Sie dagegen ein viel enger stehendes Doppelsternsystem wie Porrima im Sternbild Jungfrau mit etwa 0,8'' Abstand trennen, brauchen Sie eine Öffnung von mindestens 117''mm/0,8'' = 146 mm - das ist schon ein Teleskop. Im Jahr 2008, wenn die Komponenten von Porrima nur noch 0,4'' voneinander entfernt stehen, benötigen Sie sogar fast 300 mm Öffnung. Wenn Sie den genauen Winkelabstand der Einzelkomponenten eines Doppelsterns kennen, können Sie also feststellen, welche Öffnung Ihr Fernglas oder Teleskop hat. Allerdings spielen die Sichtbedingungen sowie die scheinbaren Helligkeiten eine nicht zu unterschätzende Rolle.