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Doppelsterne



Inhalt:
  • Galileo und Riccioli
  • Beginn der systematischen Beobachtung
  • Die Suche nach der Parallaxe
  • Die Gegenwart



Galileo Galilei
(1564-1642)



Christian Mayer
(1719-1783)



Wilhelm Herschel
(1738-1822)



Johann Elert Bode
(1747-1826)



Friedrich Wilhelm Bessel
(1784-1846)



Friedrich Georg Wilhelm
Struve (1793-1864)




Kurze Geschichte der Doppelsternbeobachtung

Stichworte : Doppelsterne, Binary Stars, Double Stars, Parallaxe,

von J. S. Schlimmer

Galileo und Riccioli

In der Antike waren schon einige wenige Doppelsterne bekannt. Aber die eigentliche Doppelsternbeobachtung beginnt mit der Erfindung des Fernrohrs. Galileo Galilei beobachtete bereits 1617 Theta Orionis und erkannte 2 weitere, schwächere Sterne in der Nähe des Hauptsterns. Beide Begleiter waren etwa gleich hell und hatten zu Theta Orionis den gleichen Abstand. Für Galileo lagen die beiden Begleiter so dicht an der Hauptkomponente, dass sie diese praktisch berührten. Galileo erkannte bereits die Möglichkeit, anhand von eng beieinander stehenden Sternen die Parallaxe zu bestimmen. Diese Idee wurde rund 200 Jahre später von Wilhelm Herschel wieder aufgegriffen. Doch erst Struve und Bessel sollte die Bestimmung der Parallaxe Jahrzehnte später gelingen. Doch zurück zur Chronologie.


Abbildung 1: Galileos Teleskop wird heute im Museum für Wissenschaftsgeschichte "Instituto E Museo Di Storia Della Scienza" in Florenz aufbewahrt. Die Linse mit der er die 4 Galileischen Monde entdeckte, befindet sich seit 1677 in einem Elfenbeinrahmen. Sie ist auf der Eintrittskarte (aus dem Jahr 1997) des Museums dargestellt. Die optischen Eigenschaften seines Teleskops hatte er im Jahre 1609 ausführlich in seinem Buch Sidereus Nuncius beschrieben.

Einige Jahre später, um 1650 beobachtete der italienische Astronom G. B. Riccioli den Stern Mizar im Sternbild Großer Bär und entdeckte, dass dieser aus zwei Komponenten besteht (Abbildung 1). Das optische Paar Mizar und Alkor ist wegen der großen Distanz hingegen schon seit der Antike bekannt. Es lässt sich bereits mit dem bloßen Auge trennen.

Abbildung 2: Alkor (links) und Mizar (rechts) lassen sich bereits mit bloßem Auge trennen. Um Mizar getrennt zu sehen bedarf es hingegen ein kleines Teleskop. Seine Komponenten haben die Größen 2m,23 und 3m,88 und sind 14,3 Bogensekunden voneinander entfernt. Die Aufnahmen stammen vom 27.03.04 und wurden mit dem R200SS mit 1500 mm Brennweite angefertigt.

Beginn der systematischen Beobachtung

Die systematische Suche und Beobachtung der Doppelsterne begann mit Christian Mayer. Mayer beobachtete helle Fixsterne um deren Eigenbewegung zu untersuchen. Dabei fielen ihm schwächere Sterne in nächster Umgebung dieser hellen Sterne auf, die bislang in keinem Sternregister aufgeführt waren. Im Jahre 1779 veröffentlichte er eine erste Tabelle mit 72 Doppelsternen. Diese Tabelle erschien 2 Jahre später in Bodes "Berliner Astronomisches Jahrbuch für 1784" unter dem Titel "Verzeichnis aller bisher entdeckten Doppeltsterne". Die Tabelle wurde von Bode um 8 Sterne erweitert und enthielt somit 80 Doppelsterne. Im Gegensatz zu seinen Zeitgenossen, war Christian Mayer bereits von einer gravitativen Zusammengehörigkeit dieser neuen Sternsysteme überzeugt.

Durch Mayers Veröffentlichung angeregt beobachtete auch Friedrich Wilhelm Herschel ab dem Jahr 1779 systematisch Doppelsterne. Im Gegensatz zu Mayer hielt er diese Systeme jedoch nur für optische Doppelsterne. Herschel wollte mit seinen Beobachtungen geeignete Kandidaten zur Bestimmung der Parallaxe ermitteln, ein Vorschlag der bereits auf Galileo Galilei zurückgeht. Herschel veröffentlichte im Jahr 1782 seinen ersten Doppelstern Katalog mit insgesamt 269 Doppel- und Mehrfachsternen. Er teilte die beobachteten Doppelsterne je nach Schwierigkeitsgrad in 6 Klassen ein. In den nachfolgenden Jahren beobachtete er rund 1000 solcher Sterne, bis er 1804 zur Schlussfolgerung kam, ”dass es eigene Sternsysteme gibt, die aus 2 Fixsternen bestehen, von welchen der eine sich in einer regelmäßigen Bahn um den anderen bewege”. In diesen 24 Jahren hatte sich der Positionswinkel von 53 Xi UMa um 59° geändert (Abbildung 3 und 4) [1,2]. Er nannte diese Sterne Binary Stars im Gegensatz zu den scheinbaren Doppelsternen, die er als Double Stars bezeichnet [3]. Damit war der Beweis erbracht, dass das newtonsche Gravitationsgesetz von 1687 über unser Sonnensystem hinaus wirksam ist. Was uns heutzutage so selbstverständlich erscheint, war damals noch eine kleine Sensation.

Abbildung 3 : 53 Xi UMa besteht aus zwei Komponenten mit einer Helligkeit von 4m,33 und 4m,80 mit einem Abstand von derzeit 1,7 Bogensekunden. Die Aufnahme entstand am 27.03.04. Wegen des sehr guten Seeings betrug die Bildausbeute 34 %. Die Brennweite des R200SS wurde mit einer zweiten Barlowlinse auf 3000 mm verlängert.



Abbildung 4 : die Umlaufbahn für 53 Xi UMa, beide Komponenten umkreisen den gemeinsamen Schwerpunkt in nur 59,8 Jahren. Wie man anhand der Jahreszahlen sieht, kann man die Bahnbewegung von Jahr zu Jahr mit verfolgen. Das macht 53 Xi UMa zu einem der interessantesten Doppelsterne an unserem Himmel.

Die Suche nach der Parallaxe

Ab 1815 beschäftigte sich F.G.W. Struve in Dorpat mit der Beobachtung und Vermessung von Doppelsternen. Im Jahre 1822 veröffentlichte er seinen ersten Doppelsternkatalog. In den kommenden 15 Jahren folgten 2 weitere Kataloge. Ab dem Jahr 1840 führte J. H. Mädler Struves Doppelsternbeobachtungen in Dorpat fort und berechnete für einige wenige Systeme erste Umlaufbahnen. Auch F.W. Bessel beobachtete zu dieser Zeit von Königsberg aus Doppelsterne. Ihm gelang 1838 als erstem die genaue Bestimmung der Parallaxe anhand des Sterns 61 Cygni (Abbildung 5).


Abbildung 5 : Mit dem Fernglas ist der 5m,2 bzw. 6m,0 mag helle Doppelstern leicht zu finden. Seine Komponenten, die einen Abstand von 30 Bogensekunden haben, heben sich mit den Spektraltypen K5 und K7 deutlich als zwei rote Punkte vom Hintergrund der Milchstraße ab. Die Aufnahme entstand am 9. Oktober 2002. Die effektive Brennweite betrug 1500 mm. Das Bild zeigt das Ergebnis über 100 Mittellungen.

Aufgrund seiner schnellen Eigenbewegung von 5,2 Bogensekunden pro Jahr war den Astronomen des 19. Jahrhunderts bekannt, dass es sich bei 61 Cygni um einen der nächsten Nachbarsterne unserer Sonne handeln muss. Durch die jährliche Drehung der Erde um die Sonne - was zu beweisen war  - sollte eine periodische Verschiebung von 61 Cygni gegen den Himmelshintergrund der sehr viel weiter befindlichen Sterne beobachtbar sein. Dies wird allgemein als Sternparallaxe bezeichnet. Anhand der Parallaxe konnte Bessel experimentell die Richtigkeit des heliozentrischen Weltbildes beweisen und bestimmte zugleich als erster den Abstand eines Sternes von uns.

Anlässlich seines 200. Geburtstages brachte die Deutsche Bundespost 1984 Sonderbriefmarken mit dem Portrait von F. W. Bessel heraus. Auf der Briefmarke sind auch die Besselschen Funktionen 0. und 1. Ordnung abgebildet. Das Quadrat der Besselfunktion 0. Ordnung beschreibt unter anderem den Intensitätsverlauf eines Beugungsscheibchens bei einer Sternabbildung mit kreisrunder Öffnung. Mehr zur Bestimmung der Parallaxe und der Eigenbewegung von 61 Cygni finden Sie in dem Artikel Der Doppelstern 61 Cygni.

Abbildung 6 : Ausschnitt aus der Sonderbriefmarke der Deutschen Post von 1984 anläßlich des 200. Geburtstages von F. W. Bessel. Im Hintergrund sind die Besselschen Funktionen 0. und 1. Ordnung dargestellt.

Im Amerika befasste sich S.W. Burnham mit der Vermessung von Doppelsternen. Zunächst mit einem 6 Zoll Refraktor ausgestattet, stand ihm ab 1885 ein 18,5 Zoll Refraktor zur Verfügung. 1906 veröffentlichte Burnham einen Katalog mit über 13.000 Doppel- und Mehrfachsternen.

Die Gegenwart

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts sind die Astronomen des US Naval Observatoriums in Washington führend in der Beobachtung und Erforschung der Doppelsterne. Bis Ende der 90er Jahre wurde hierzu der aus dem Jahre 1870 stammende 26-inch Repsold Refraktor eingesetzt. Mit diesem wurden auch speckle interferometrische Untersuchungen von Doppelsternen mit Abständen bis 0,2’’ durchgeführt. Vom US Naval Observatorium wird auch derWashington Double Star Catalog” (WDS) - der rund 100.000 Doppelsterne beinhaltet - heraus gegeben. Dieser wird ständig überarbeitet und ist im Internet online verfügbar [5]. 

Um das unsichtbare Zentrum unserer Milchstraße bewegen sich nahe Sterne auf elliptischen Bahnen. Ein internationales Forscherteam konnte in den letzten 15 Jahren den Umlauf des Sterns S2 um Sgr A* beobachten. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse stützen die Annahme, dass es sich bei Sgr A* um ein schwarzes Loch handelt  [6]. Weitere Infos siehe Artikel : die Eigenbewegung der Fixsterne.

Dieser kurze historische Rückblick erhebt natürlich nicht den Anspruch auf Vollständigkeit. Er zeigt aber bereits, welche Rolle die Beobachtung der Doppelsterne in der Vergangenheit für das Verständnis über unseren Kosmos spielte.


Weitere Informationen

Das Grab von Galileo Galilei in der Basilika Santa Croce in Florenz



Quellennachweis

[1] Felix R. Paturi, Harenberg Schlüsseldaten Astronomie, Harenberg Lexikon Verlag 1996, ISBN 3-611-00537-1
[2] Sterne und Weltraum 4/2003, Aktuelles am Himmel
[3] G.D. Roth, Geschichte der Astronomie, Kosmos
[4] Richard Dibon-Smith, http://www.dibonsmith.com/orbits.htm
[5] The Washington Double Star Catalog, http://ad.usno.navy.mil/wds/
[6] Max Planck Gesellschaft, Presseinformationen, Massenmonster im Herzen der Milchstraße, http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2002/pri0287.htm

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