Doppel- und Mehrfachsterne
Als Galilei und sein ehemaliger Schüler Benedetto Castelli den Himmel mit
Fernrohren durchmusterten, stießen sie immer wieder auf Lichtpünktchen, die sich
im Teleskop verdoppelten. Anscheinend standen hier zwei Sternchen fast in der
selben Blickrichtung.
Damals hielt man alle Sterne für gleich leuchtkräftig: Ein hell anmutender Stern sollte der Erde entsprechend näher stehen als ein schwacher. Die Doppelsterne waren demnach bloß perspektivische Phänomene.
Links: Gamma Leonis im Teleskop.
Alle Grafiken und Fotos: Dr. C. Pinter
Galilei und Castelli wollten das nutzen, um die gerade vom Vatikan per Dekret verbotene Lehre des Kopernikus zu beweisen - ein für allemal. Während die Erde um die Sonne läuft, verändert sich ihr Standort - und damit auch der des irdischen Beobachter. Ein naher Stern muss in Widerspiegelung der jährlichen Erdbewegung deshalb eine kleine Ellipse ans Firmament zeichnen.
Diese Verschiebung, die sogenannte Fixsternparallaxe, wäre ein unumstößlicher Beweis für die bewegte Erde und damit für das kopernikanische System gewesen!
Um die winzige Ellipse erkennen zu können, bedurfte es aber ruhender Eichmarken am Himmel.
Eine solche sollte die schwächere, vermeintlich weiter entfernte Sonne eines Doppelsterns abgeben, während die hellere, mutmaßlich nähere, ihre jährliche, perspektivische Ellipse zog.
Selbst Wilhelm Herschel ging anfangs noch von dieser Prämisse aus. Zwar brauchte er die Erdbewegung 1782 nicht mehr beweisen. Doch die Weite der Ellipse wäre auch ein Maß für die Sterndistanz gewesen - je näher der Stern, desto größer hätte seine Parallaxe sein müssen.
Wilhelm Herschel. Aus: Wilhelm Meyer, Weltgebäude (1914)
Also suchte Herschel den Himmel nach geeigneten engen Sternpaaren ab. Dabei stieß er auf einen neuen Planeten, den Uranus. Der sensationelle Fund machte ihn berühmt. Er wurde englischer Hofastronom.
Später sah Herschel: Viele Doppelsterne sind in Wahrheit per Gravitation aneinander gebunden. Sie umkreisen den gemeinsamen Schwerpunkt ihres Systems. In Mannheim hatte Christian Mayer schon 1777 ähnliches zumindest vermutet.
Heute unterscheidet man zwischen optischen und physischen Doppelsternen. Die Komponenten eines optischen Doppelsterns weilen nur aus unserer Perspektive in fast derselben Richtung. Entsprechend haben die Komponenten nichts oder nicht mehr miteinander zu tun. Sie werden im Raum von dutzenden oder hunderten Lichtjahren getrennt. Die hellere Komponente mag uns näher stehen als die schwächere. Aber auch der umgekehrte Fall ist durchaus möglich.
Hingegen umrunden die Komponenten eines physischen Doppelsterns einander, weilen also in gleicher Erddistanz. Unterschiedliche Helligkeiten spiegeln unterschiedliche Leuchtkräfte wider. Die Komponenten wurden einst gleichzeitig im selben Sonnennebel geboren. Bei differenten Anfangsmassen entwickelten sich selbst solche Sternenschwestern in verschiedenem Tempo weiter, was sich heute in unterschiedlichen Farbtönen und Helligkeiten widerspiegelt.
Grafik links: Die beiden Partner eines physischen Doppelsterns ziehen in der selben Zeit um den gemeinsamen Schwerpunkt. Der massenärmere Partner muss dabei den größeren Weg zurücklegen
Doppelsterne selbst beobachten
Ist eine Komponente um vieles heller als die andere, überstrahlt sie ihre Partnersonne rasch.
Besonders krass ist das beim Sirius, dessen Hauptstern 9000 mal mehr Licht aussendet als sein Partner; der wurde daher auch erst 1862 nachgewiesen.
Da beide Komponenten eines Doppelsterns in der selben Erddistanz weilen, erkennt
man sofort ihre unterschiedlichen Leuchtkräfte. So ist der lichtschwache
Begleiter des Sirius bloß ein Weißer Zwergstern, in dem keine Kernfusion mehr
stattfindet.
Von den Farben der Doppelsterne inspiriert, wollte der Salzburger Physiker Christian Doppler damit den von ihm postulierten Effekt beweisen:
Die jeweils bläulichere Komponente sollte sich auf uns zu, die rötliche von uns wegbewegen.
Den Doppler-Effekt gibt es wirklich, die Farben der Doppelsterne haben damit aber nichts zu tun.
Sie sind vielmehr eine Folge unterschiedlicher Oberflächentemperaturen. Sterne, die kühler sind als unsere Sonne, strahlen in einem warmen weiß, in gelblichen oder orangefarbigen Pastelltönen. Jene, die heißer sind, zeigen einen zarten Hauch von Blau in ihrem Weiß.
Besitzen die beiden Partner unterschiedliche Tönungen, erkennen wir also sofort ein Paar mit differierenden Temperaturen: Deutlich ist das etwa bei Gamma Andromedae, Beta Cygni und Alpha Herculi, Sternfreunden auch unter den aus dem Arabischen stammenden Namen Alamak, Albireo und Ras Algethi bekannt.
Bei Doppelsternen ist der Farbkontrast oft besonders deutlich - das Auge gaukelt uns hier intensivere Tönungen vor. Bei ungleichen Paaren nimmt der schwächere Stern mitunter sogar die Komplementärfarbe des kräftigeren an; man spricht vom "Simultankontrast".
Links: Pi im Bootes.
Deshalb können rötliche Sterne ihren blassen Begleitern auch schon einmal ein zartes Grün ins Gesicht hauchen.
So ist es z.B. dem extrem schwer auszumachenden Begleiter des Antares widerfahren.
Links: Delta in der Schlange
Die meisten Doppelsterne sind so eng, dass sie selbst das beste Teleskop nicht trennen mag. Sie verraten sich aber oft durch ein gegengleiches Hin- und Herrücken ihrer Spektrallinien, gegen Rot bzw. gegen Blau. Bei den Linien - nicht bei den Farben - funktioniert der Doppler-Effekt also.
Damit machte man auch einen besonders flinken spektroskopischen Doppelstern aus. Die beiden Komponenten des HM Cancri sind Weiße Zwerge, zwischen denen die Erdkugel höchstens dreimal Platz hätte. Das intime Paar wirbelt alle 5,4 Minuten umeinander herum.
Aufgrund ihrer Bewegung weitet sich der Abstand mancher Doppelsternkomponenten mit der Zeit. Castor ist mittlerweile leicht im Liebhaberfernrohr zu trennen.
Auch bei Gamma Virginis (Foto links) wird es leichter. Die beiden gleich hellen Sterne umrunden einander in 169 Jahren.
Etliche Sterne entpuppen sich im Teleskop sogar als Drei-, Vier- oder gar Fünffachsysteme. Zu solchen Mehrfachsternen zählen etwa Beta im Einhorn oder Zeta im Krebs.
Hingegen wird Theta im Orion - das berühmte Trapez im Orionnebel (Grafik links) - zu den Sternhaufen gezählt.
Selbst Amateure können wichtige Parameter messen:
- den Abstand (engl.: Separation, SEP) zwischen den Doppelsternkomponenten in Bogensekunden
- den Positionswinkel der Achse Hauptstern-Begleitstern relativ zum Himmelsnordpol (engl.: Position Angle, PA) in Grad
Früher machte man das mit speziellen, teuren Messokularen. Heute bedient man sich meist der fotografischen Astrometrie. Dazu bracht es ein möglichst langbrennweitiges Teleskop und eine Kamera im Fernrohrfokus, z.B. eine digitale Spiegelreflexkamera.
Bei Doppelsternen mit Umlaufszeiten von einigen Jahrzehnten verändern sich Abstand und Winkel in überschauberen Zeiten. So lässt sich der Nachweis erbringen, dass man es tatsächlich mit einem physischen Doppelstern zu tun hat.
Den meisten Hobbyastronomen genügt es aber schon, sich am Anblick der eng beisammen stehenden Himmelslichter zu erfreuen.
Empfehlungen im Jahreslauf
Im Winter
Im Sternbild Orion gibt es etliche Doppel- und Mehrfachsterne.
Sigma Orionis (SAO 132 406) besteht aus mindestens vier Sternen unterschiedlicher Helligkeit. Im gleichen Bildfeld sieht man Struve 761 (SAO 132 401): drei Sterne, zwei davon eng und in gleicher Helligkeit, werden noch von einem vierten, schwachen Sternchen begleitet.
Zeta Orionis, der linke Gürtelstern, ist ebenso wie Delta Orionis, der rechte, doppelt.
Beta Monocerotis (SAO 133 316) im Einhorn ist äußerst
reizvoll: Neben dem Hauptstern prangt ein enges Paar; alle sind weiß. Manchen
gilt Beta Monocerotis sogar als schönster Dreifachstern des Himmels!
Castor in den Zwillingen: Die beiden Hauptkomponenten
sind bereits leicht zu trennen.
Gamma Leporis (SAO 170 759) mutet mir gelblich und orange-rötlich an.
h3945 (SAO 173 349) im Großen Hund: Der Hauptstern ist orangefarben, der schwächere Begleiter wirkt auf mich bläulich-türkis; sehr empfehlenswert.
Sirius ist bei 20 cm Teleskopöffnung ein gleißender Lichtbatzen, dem mein Auge nicht Herr wird. Fotografisch gelingt es mir, auch Sirius B einzufangen. Erspäht jemand diesen engen Begleiter, einen schwach leuchtenden Weißen Zwerg?
Rigel im Orion ist visuell sehr schwierig, aufgrund des großen Helligkeitsunterschieds der Komponenten A und B. Allerdings lässt er sich leichter trennen als der gerade genannte Sirius.
Übrigens besteht Rigels Komponente B wiederum aus zwei (sehr engen) Doppelsternen.
Im Frühling
Iota Cancri zeigt hübschen Farbkontrast: Der Hauptstern ist gelblich, der Begleiter bläulich.
Der Löwenstern Regulus ist ein weiter Doppelstern. Tatsächlich besteht er aus vier Sonnen.
Pi Bootis ist ein hübscher Doppelstern, auch bei
kleinen Vergrößerungen um 80x. Ich sehe ein warmes Weiß beim Hauptstern, ein
kaltes beim Begleiter - was den Spektralklassen (A0/B9) entspricht.
Anders erscheint SAO 83259, ebenfalls im Bootes: Der weiß anmutende Hauptstern verschafft dem schwächeren Begleiter scheinbar einen rötlichen Teint im Achtzöller, obwohl beide Sterne heißer sind als unsere Sonne (Spektralklassen: F5 und F8)!
Im Sommer
Einfach zu trennen ist Alpha 1 Librae in der Waage: ein sehr weites Sternpaar (Spektralklassen: A3/F5). Aus dem Umlauf können Astronomen die Massen der beiden Sternpartner ermitteln, als hielten sie eine "Sternenwaage" in Händen!
Wunderschön ist der leider recht südliche Omikron im Schlangenträger: Der orangefarbige Hauptstern (Spektralklasse: K0) verschafft seinem schwächeren, in 10" Abstand weilenden Begleiter eine scheinbar violette Tönung: Obwohl bloß ein "weißer" Stern mit Spektralklasse F6, erinnert dieser nun an einen Amethyst. Sehen Sie selbst!
Ebenfalls im Schlangenträger finden wir den Doppelstern 70 Ophiuchi. Die hellere Komponente ist gelblich, die schwächere orangefarbig. Die Umlaufszeit beträgt nur 88 Jahre. 1855 meinte man, hier noch einen Planeten nachgewiesen zu haben. Doch der damalige Befund beruhte bloß auf Messfehlern.
Eta Coronae Borealis ist ein bloß 42 Lichtjahre entferntes System, das aus zwei gleich hellen Sternen besteht. Sie umkreisen einander auf recht enger Bahn in bloß 42 Jahren! Daher werden sie bloß von einer halben Bogensekunde getrennt, was Teleskope mit Öffnungen von 25 cm und mehr erfordert.
Im Herbst
Gamma Andromedae, 1778 erstmals von Tobias Mayer als Doppelstern erkannt, besticht mit einem hübschen Farbkontrast. Der Hauptstern ist gelblich. Was wir nicht sehen: Der bläuliche Begleiter besteht in Wahrheit aus drei Sonnen.
Albireo, formal Beta Cygni genannt, ist ebenfalls wegen seiner unterschiedlich getönten Komponenten berühmt (gelb-orange / bläulich). Der Hauptstern ist etwas kühler als unsere Sonne, der Begleiter sehr viel heißer. Wahrscheinlich stehen die beiden Sterne in unterschiedlicher Erddistanz.
Nur aus irdischer Perspektive in fast genau der selben Richtung weilend, bilden die zwei Komponenten des Albireo somit bloß einen optischen Doppelstern - keinen physischen. Sie umkreisen einander nicht.
In mit 360 Lichtjahren grob ähnlicher Distanz finden wir Ras Algethi, den dritthellsten Stern des Schlangenträgers. Der Hauptstern besitzt veränderliche Helligkeit, die aber stets über der des Begleiters bleibt. Abstand: 5 Bogensekunden. Umlaufszeit: 3.600 Jahre.
Keid, 40 Eridani, zählt mit 16 Lichtjahren Erdabstand zu unseren Nachbarn. Der Hauptstern ist gelblich-rötlich (Spektralklasse: K1). In relativ großem Abstand folgt ein Weißer Zwerg, ein ausgebrannter Sternenkern. Er wird von einem noch lichtschwächeren Roten Zwerg umkreist.
Literatur für Doppelsternbeobachter
Sterne beobachten in der Stadt
Klaus M. Schittenhelm stellt Touren am Himmel zusammen, die für die Balkonsternwarte taugen; geordnet nach Jahreszeit und Sternbildern. Ein liebevoll zusammengestelltes Werk, das auch Doppelsterne berücksichtigt
Klaus M. Schittenhelm stellt Touren am Himmel zusammen, die für die Balkonsternwarte taugen; geordnet nach Jahreszeit und Sternbildern. Ein liebevoll zusammengestelltes Werk, das auch Doppelsterne berücksichtigt
Double Stars for Small Telescopes
Ein Buch von Sissy Haas zur Doppelstern-Beobachtung, auf Englisch und vor allem in Tabellenform. Es nennt Daten für rund 2000 Sterne. Diese Objekte eignen sich auch gut für Stadtbewohner
Ein Buch von Sissy Haas zur Doppelstern-Beobachtung, auf Englisch und vor allem in Tabellenform. Es nennt Daten für rund 2000 Sterne. Diese Objekte eignen sich auch gut für Stadtbewohner
Double Star Atlas
Dieser englischsprachige Sternatlas hält die Örter von 2000 ausgewählten Doppel- und Mehrfachsternen fest, zusammen mit Angaben zu ihren Entdeckern
Dieser englischsprachige Sternatlas hält die Örter von 2000 ausgewählten Doppel- und Mehrfachsternen fest, zusammen mit Angaben zu ihren Entdeckern
Richard Dibon-Smith zeigt auf seiner Website die Orbits von 150 Doppelsternen, geordnet nach Sternbildern. Abstand und Positionswinkel für das Jahr 2000
Eine Website für Doppelsternspezialisten, auch mit Amateurmessungen. Ohne Login möglich: Unter Search Sternnamen eingeben, aktuellste Messung suchen, auf die Komponenten achten (für Teleskopbeobachter meist AB), Abstand (SEP) und Positionswinkel (PA) ablesen, Daten und Bahngrafiken sehen
Alle Angaben ohne Gewähr