Techniklexikon

Entfernungsbestimmung von Himmelskörpern

Astronomie und Astrophysik, geometrische, photometrische und sonstige Methoden zur Bestimmung des Abstandes von Sternen, Galaxien und anderen Himmelskörpern von der Erde. Die geometrischen Methoden (Parallaxenmethoden) funktionieren weitgehend ohne weitere Modellannahmen. Die photometrischen Verfahren setzen hingegen die Kenntnis der Entfernungen einer hinreichenden Anzahl von Sternen jenes Typs, auf die sie angewandt werden sollen, voraus.

Die trigonometrische Parallaxe basiert auf der parallaktischen Verschiebung naher Sterne relativ zu entfernten Sternen oder Galaxien aufgrund der jährlichen Bewegung der Erde um die Sonne. Diese Methode reicht bis in Entfernungen von etwa 100 Parsec (pc). Mit den Daten des Satelliten Hipparcos lässt sich diese Grenze bis auf 500 pc hinausschieben.

Die Sternstromparallaxe kann auf Sterngruppen angewendet werden, in denen sich die Mitglieder in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit durch den Raum bewegen. Aus der Ermittlung des Fluchtpunktes sowie der räumlichen Bewegungen der Mitglieder lässt sich die Entfernung des Haufens bestimmen. Diese Methode funktioniert bis in eine Entfernung von etwa 2000 pc.

Bei der Rotationsparallaxe geht man von einem bestimmten Modell der Milchstrassenrotation aus und nutzt den Zusammenhang zwischen der Entfernung eines Sterns und seiner Radialgeschwindigkeit aus. Diese Methode reicht unter geeigneten Bedingungen bis in Entfernungen von über 2000 pc.

Bei den photometrischen Methoden misst man die scheinbare Helligkeit eines Sterns und ermittelt aus dem Sterntyp dessen absolute Helligkeit. Hieraus ergibt sich über das Entfernungsmodul die Entfernung.

Bei der spektrophotometrischen Methode bestimmt man mit Hilfe von Spektren oder von Helligkeitsmessungen in verschiedenen Farbbereichen (Farben-Helligkeits-Diagramm) die absolute Helligkeit eines Sterns. Diese Methoden lassen sich je nach scheinbarer Helligkeit und Grösse der Extinktion bis in Entfernungen zwischen 1 und 5000 pc anwenden.

Aus der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung der Delta-Cephei-Sterne und der einheitlichen absoluten Helligkeit der RR-Lyrae-Sterne lässt sich ebenfalls die Entfernung dieser Objekte ableiten. Sterne dieses Typs sind sogar in einigen Galaxien nachweisbar; sie dienen daher als zuverlässige Entfernungsindikatoren bis in Distanzen von etwa 20 Mpc.

Die Entfernungen von Galaxien lassen sich mit Hilfe verschiedener Methoden ermitteln; im Falle von Spiralgalaxien z.B. mit der Tully-Fisher-Relation und bei elliptischen Galaxien mit der Faber-Jackson-Relation.

Auch Supernovae werden als Entfernungsindikator eingesetzt. Hier nutzt man den empirisch ermittelten Befund, dass die Maximalhelligkeiten von Supernovae des Typs II nur eine geringe Streuung zeigen.

Am weitesten reicht die Methode der spektralen Rotverschiebung. Sie beruht darauf, dass sich nahezu alle Galaxien aufgrund der Expansion des Weltalls von uns entfernen, wobei die Grösse der Rotverschiebung mit steigender Entfernung wächst. Der Zusammenhang zwischen Entfernung und Radialgeschwindigkeit ist abhängig von dem Wert der Hubble-Konstanten und dem Weltmodell. [TB]