Tagungsbericht Der Vds-Fachgruppe SPEKTROSKOPIE
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Tagungsbericht der VdS-Fachgruppe SPEKTROSKOPIE Editor: Thomas Eversberg 2 SPEKTROSKOPIE ist eine Fachgruppe der "Vereinigung der Sternfreunde (VdS)". Die Fachgruppe ist eine für je- de/jeden offene deutschsprachige Gemeinschaft von rund 50 interessierten Amateur- und Profiastronomen auf dem Gebiet der spektroskopischen Stellar- und Sonnenastrono- mie, des entsprechenden Instrumentenbaus sowie der physi- kalischen Datenanalyse. Die Gruppe wird von ihrem Grün- der und Sprecher Ernst Pollmann organisiert. Kontakt: Ernst Pollmann, Emil Nolde Straße 12, 51375 Leverkusen Tel.: 0214-91829 Fax: 0403603-038949 Email: [email protected] http://hometown.aol.de/pollmann/homepage Webseite der Fachgruppe: http://spektroskopie.fg-vds.de 3 4 Inhalt Vorwort Seite 7 Beobachtungen an spektroskopischen Doppelsternen Seite 10 Bernd Hanisch – Lebus Ein Spaltspektrograph maximaler Effizienz Seite 15 Thomas Eversberg & Klaus Vollmann – STScI Schnörringen Spektroskopische Untersuchungen auf der Sonne mit einem Lichtwellenleiter-Spektrografen Seite 21 Dieter Goretzki – Langenselbold What we learn studying binary Be stars Seite 32 Anatoli Miroshnichenko – University of Greensboro 10.000 Spektren in einem Schuss; Spektroskopie heute und morgen Seite 37 Reinhard Hanuschik – ESO Garching Spektroskopische Zeitserien von P Cygni und anderen heißen Überriesen Seite 42 Otmar Stahl – Landesternwarte Heidelberg 59 Cygni – Ein zweiter Be-Doppelstern mit heißem, kompaktem Begleiter Seite 48 Monika Maintz – Landesternwarte Heidelberg Absorptionslinien in Sternspektren Seite 54 Thomas Hunger – Warstein Jugend-forscht-Projekt „Solarspektroskopie“ Seite 65 Sara Butte, Martin Gotthardt, Deborah Weißer & Lara Wimmer – Kassel Selbstbau eines klassischen Gitterspektrographen und erste Beobachtungsergebnisse Seite 73 Lothar Schanne – Völklingen Nachwort von Ernst Pollmann Seite 79 Teilnehmerliste Seite 80 5 6 Vorwort Wer 1992, als die VdS-Fachgruppe „Spektroskopie“ von Ernst Pollmann aus Leverkusen gegründet wurde, eine Prognose über die Entwicklung dieser Initiative abgegeben hätte, wäre wohl kaum auf den Gedanken ge- kommen, dass sich im Laufe weniger Jahre eine auf hohem Arbeitsniveau international aktive Gruppe von rund 50 Personen entwickeln würde. Nach einigen Projekten, Tagungen und Workshops über mehrere Jahre fand am 13.-14. Mai 2006 an der Sternwarte Sonneberg in Thüringen die Fachgruppentagung 2006 statt. Auf diesen alle zwei Jahre an verschiede- nen Orten stattfindenden Treffen werden Erfahrungen präsentiert und ausgetauscht. Durch eine Reihe von Vorträgen aus verschiedenen spekt- roskopischen Bereichen wurde das mittlerweile hohe Arbeitsniveau aller Beteiligten belegt. Dazu gehören der Instrumentenbau, praktische und theoretische Aspekte der Sonnen- und Stellarspektroskopie sowie Beo- bachtungsschwerpunkte. Die Spektroskopie hat für die Amateurastronomen eine Sonderstellung. Mit Ausnahme weniger Entwicklungen stehen dem Amateur heute prin- zipiell zwar die gleichen Technologien zur Verfügung wie dem Profiast- ronomen, allerdings ist aufgrund begrenzter finanzieller Mittel eine Annä- herung an wissenschaftliche Ziele oder gar eine Zusammenarbeit mit den Profis in den meisten Bereichen kaum denkbar. In der Spektroskopie ist das anders! Die mögliche Zusammenarbeit zwischen Amateuren und Profis wird durch die vorliegenden Arbeiten verdeutlicht. Dieser Band ist eine Zusammenfassung aller zehn Vorträge auf der Ta- gung in Sonneberg 2006. Das Arbeitsspektrum erstreckt sich vom Ju- gend-forscht-Projekt bis zu Ergebnissen aus der Spitzenforschung und dokumentiert die aktuellen Fortschritte der amateurastronomischen Spektroskopie. 7 Ehm… bevor ich die Tagung eröffne… der Kuchen ist alle! 8 …er sagte „Der Kuchen ist alle“! Wie bitte? Moment mal, es waren doch noch drei Stücke da…! Egal, ich fang jetzt mal an. 9 Die Beobachtung des spektroskopischen Doppelsterns βAurigae Bernd Hanisch Am Bahnhof 8A, 15326 Lebus Zusammenfassung Linien dieser Komponenten zu kürzeren bzw. län- Nachfolgend wird über den Versuch berichtet, ei- geren Wellenlängen verschoben. Bei etwa gleichen nen spektroskopischen Doppelstern mit einem ein- Helligkeiten wird eine Linienaufspaltung mit der fachen Amateur-Objektivprismenspektrografen zu Wellenlängendifferenz Δλ sichtbar. beobachten. 1. Theoretische Überlegungen zu spektroskopi- schen Doppelsternen Spektroskopische Doppelsterne sind Sternsysteme mit zwei oder mehreren Komponenten, die sich nach den Keplerschen Gesetzen um einen gemein- samen Schwerpunkt bewegen und die so eng bei- einander stehen, dass sie optisch nicht mehr ge- trennt werden können [1]. Die Bewegung der Kom- ponenten wird aber in ihren Spektren durch periodi- sche Linienverschiebungen bzw. Linienaufspaltun- Abbildung 1: Bahnbewegung eines spektroskopischen Doppel- gen sichtbar, wodurch diese Sterne letztlich als sterns und Spektrum (in Anlehnung an [7]) Mehrkomponentensysteme identifiziert werden können. Ob lediglich die periodische Verschiebung In der Stellung B sind die radialen Geschwindig- einer Linie oder die Aufspaltung zu einem Linien- keitsanteile vr der Komponenten jeweils Null und es paar beobachtet werden kann, hängt praktisch vom kommt zu keiner Linienaufspaltung. Gegenüber der Helligkeitsunterschied der Komponenten des Sys- Laborwellenlänge der Spektrallinie bleibt lediglich tems ab. Beträgt dieser nicht mehr als 1 bis 2 die durch die Relativbewegung des Gesamtsystems Magnituden, können unter Amateurbedingungen zum Beobachter verursachte Linienverschiebung λ0 bei helleren Sternen in der Regel beide Komponen- zu λs bestehen. Aus dem Betrag der Wellenlängen- ten beobachtet werden. Das Prinzip der Verschie- differenz bei der maximalen Linienaufspaltung Δλ bung bzw. Aufspaltung der Linien infolge der Be- max kann nach Gleichung (1) der maximale radiale wegung des Systems bzw. der Komponenten zeigt Geschwindigkeitsanteil vr max der Einzelkomponen- Abb. 1. ten bzw. die Radialgeschwindigkeitsdifferenz bei- der Komponenten errechnet werden. Zunächst wird eine Spektrallinie mit der Laborwel- lenlänge λ 0 durch die Bewegung des gesamten Sys- V = 1 Δλ ⋅ c bzw. r,max 2( max λ) tems relativ zum Beobachter mit der Geschwindig- keit vs (im dargestellten Fall auf den Beobachter zu) ΔV = 2 ⋅V = Δλ ⋅ c (Gl. 1) zu kürzeren Wellenlängen verschoben. Diese Li- r,max r,max ( max λ) nienverschiebung wird durch die periodisch verän- derliche Bewegung der hier farblich unterschiedlich Ziel der praktischen Beobachtung ist die Ermittlung dargestellten Einzelkomponenten relativ zum Be- von Δλ bzw. vr zu möglichst vielen Zeitpunkten, obachter überlagert. So werden in den Stellungen A um letztlich die Radialgeschwindigkeit vr über die und C, in denen sich jeweils eine Komponente auf Zeit t aufzutragen und somit eine Radialgeschwin- den Beobachter zu bzw. von ihm weg bewegt, die digkeits-Zeit-Kurve zu erhalten. Aus der so erhalte- nen Radialgeschwindigkeits-Zeit-Kurve lassen sich 10 für ein Zwei-Komponenten-System dann (im Ideal- einflusst. Eine Vorstellung, in welcher Weise die fall, Inklination i = 90°) Aussagen zur mittleren Radialgeschwindigkeits-Zeit-Kurve in einem Zwei- Bahngeschwindigkeit vr der Einzelkomponenten in Komponenten-System von den beiden Sternmassen, der Sichtebene des Beobachters (Gleichung (1), zur dem Abstand der Sterne voneinander, der Bahnex- Umlaufperiode T der Komponenten um den ge- zentrizität, dem Inklinationswinkel und dem Kno- meinsamen Schwerpunkt, zum Bahnradius r (nach tenwinkel abhängt, vermittelt in sehr anschaulicher Gleichung (2), zum Massenverhältnis mA:mB der Weise das Modellierungsprogramm ORBITING Komponenten (nach Gleichung (3) sowie zur Ge- BINARY STARS von Terry Herter [5]. samtmasse des Systems mA+mB (nach Gleichung (4) treffen. 1 r = ⋅V ⋅T ,wenn i = 90 ° und Kreisbahn A 2π rA 1 r = ⋅V ⋅T ,wenn i = x ° und Kreisbahn A 2π ⋅sin x rA (Gl. 2) Abb. 2: Einfluss von Exzentrizität e und Periastronwinkel ω auf die Radialgeschwindigkeits-Zeit-Kurve (aus H.H. Voigt: Abriss der Astronomie [4]) m r A = B (Gl. 3) mB rA 2. Spektroskopische Beobachtungen an βAu- rigae und 2 3 Das Doppelsternsystem βAurigae ist in vielfacher 4π ⋅ ()rA + rB mA + mB = (Gl. 4) G ⋅T 2 Weise besonders gut für den Anfänger der spektro- skopischen Doppelsternbeobachtung geeignet. mit βAurigae ist ein Zwei-Komponenten-System vom Spektraltyp A2 mit zwei annähernd gleich großen : Radialgeschwindigkeit in km/s Vr (rA = 2,77 Sonnenradien, rB = 2,63 Sonnenradien), i : Inklinationswinkel zwischen Bahn- und Tangential- etwa gleich schweren (mA = 2,38 m Sonnenmassen, ebene in ° mB = 2,31 Sonnenmassen) und (wegen des geringen mA und mB : Massen der Komponenten A und B in Abstandes voneinander) nahezu gleich hellen Ein- Sonnenmassen zelkomponenten [2]. Letzteres lässt erwarten, dass rA und rB : Sternradien der Komponenten A und B in im Spektrum auch die Linien beider Komponenten Sonnenradien gleichberechtigt sichtbar werden. Das gesamte Sys- T : Umlaufperiode in Tage tem, das sich mit - 18 km/s [8] auf uns zu bewegt, ist von der Erde etwa 24,8 pc [2] entfernt. Es besitzt Aber auch hinsichtlich der Bahnexzentrizität e und eine scheinbare Helligkeit von 1,9mag und ist damit des Periastronwinkels ω, der u.a. die Lage der Bahn auch für Besitzer kleinerer Fernrohre leicht zu im Raum beschreibt, kann die Radialgeschwindig- spektroskopieren. Beide Einzelkomponenten um- keits-Zeit-Kurve wertvolle Aufschlüsse geben. In kreisen einen gemeinsamen Schwerpunkt auf einer Abb. 2 ist beispielhaft die Abhängigkeit des Ausse- kreisrunden Bahn (e = 0, [3]) mit einer Periode von hens der Radialgeschwindigkeits-Zeit-Kurve