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<title>Sternoberfläche</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Sternoberfläche</span></h1>

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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p><a href="Stern" title="Stern">Sterne</a> haben als Gaskugeln keine feste Oberfläche. Dennoch wird – selbst in der astronomischen Fachliteratur – sehr oft der Ausdruck <b>Sternoberfläche</b> verwendet, und damit einhergehend Bezeichnungen wie Oberflächentemperatur, Oberflächenschwere und Sternradius. Da diese Größen sowohl für die Physik des Sterninneren (siehe <a href="Sternaufbau" title="Sternaufbau">Sternaufbau</a>) als auch der äußeren Sternschichten fundamental sind, bedarf der Begriff der Sternoberfläche einer sehr sorgfältigen Definition.

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<p>In der astronomischen Beobachtungspraxis wird anstelle der Oberfläche in der Regel der <a href="Radius" title="Radius">Radius</a> eines Sterns betrachtet, was aber zueinander äquivalent ist. Dementsprechend werden nach der Einleitung, welche zwei typische Beispiele von Sternoberflächen vorstellt, verschiedene Definitionen und Messverfahren für den Sternradius diskutiert.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beispiele_von_Sternoberflächen"><span id="Beispiele_von_Sternoberfl.C3.A4chen"></span>Beispiele von Sternoberflächen</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Oberfläche_der_Sonne"><span id="Oberfl.C3.A4che_der_Sonne"></span>Oberfläche der Sonne</h3></div>

<p>Als einziger Stern, dessen Oberfläche im Detail betrachtet werden kann, ist die <a href="Sonne" title="Sonne">Sonne</a> bei weitem am geeignetsten, an die Problematik heranzuführen. Angesichts des vertrauten Bilds der scharf umrissenen Sonnenscheibe scheint bei unserem Zentralgestirn der Begriff <i>Oberfläche</i> trotz des Fehlens einer festen Kruste unproblematisch zu sein.

</p><p>Beobachtet man aber die Sonne während einer totalen <a href="Sonnenfinsternis" title="Sonnenfinsternis">Sonnenfinsternis</a> (oder mit einem das Licht der Sonnenscheibe weitgehend ausblendenden Instrument, einem sogenannten <a href="Koronograf" title="Koronograf">Koronografen</a>), oder gar in anderen Wellenlängenbereichen, stellt man fest, dass sie an dem gewöhnlich so klar sichtbaren Rand keineswegs „aufhört“. Ohne das dominante Licht ihrer Scheibe erscheint die Sonne von einem weitausholenden, von Strahlen durchsetzten diffusen Kranz umgeben. Im Röntgenbereich bietet sich ein vergleichbares Bild, und auch im Radiobereich erscheint die Sonne wesentlich „größer“ als im sichtbaren Licht.

</p><p>Dieses sehr komplexe Erscheinungsbild ist darauf zurückzuführen, dass die Außenschichten der Sonne aus mehreren <a href="Plasma_(Physik)" title="Plasma (Physik)">Plasmaschichten</a> bestehen, in denen sehr unterschiedliche physikalische Bedingungen herrschen. Dass unser Zentralgestirn im Sichtbaren einen scharfen Rand aufweist, ist dadurch zu erklären, dass die <a href="Photosph%C3%A4re" title="Photosphäre">Photosphäre</a> für elektromagnetische Wellen, Licht, tieferer Schichten <a href="Opazit%C3%A4t" title="Opazität">undurchsichtig</a> ist und in guter Näherung die Eigenschaften eines <a href="Schwarzer_K%C3%B6rper" title="Schwarzer Körper">schwarzen Körpers</a> besitzt, während alle Schichten oberhalb im sichtbaren Bereich so <a href="Transparenz_(Physik)" title="Transparenz (Physik)">transparent</a> sind, dass man meint, das sichtbare Licht würde einer dünnen Schicht entspringen, deren Dicke im Vergleich zum Radius des eigentlichen Sonnenkörpers sehr klein ist. Zudem ist die Photosphäre im Sichtbaren viel heller als die sich anschließenden Bereiche, die als <a href="Chromosph%C3%A4re" title="Chromosphäre">Chromosphäre</a> und <a href="Korona_(Sonne)" title="Korona (Sonne)">Korona</a> bezeichnet werden. Letztere sind wegen ihrer Lichtschwäche im Optischen nur sichtbar, wenn die sehr viel hellere, die Photosphäre repräsentierende Sonnenscheibe vom <a href="Mond" title="Mond">Mond</a> oder künstlich abgedeckt wird.

</p><p>Dass die Korona im Röntgenbereich nicht vom eigentlichen Sonnenkörper überstrahlt wird, hat sie ihrer sehr hohen Temperatur zu verdanken (bis zu 2 Millionen K gegenüber 4400–6600 K in der Photosphäre; siehe auch die Zusammenstellung der solaren Zustandsgrößen in dem unter <i>Weblinks</i> angegebenen <a href="NASA" title="NASA">NASA</a>-Website Sun Fact Sheet). Die solare Radiostrahlung ist starken Schwankungen unterworfen. Neben einer ständig vorhandenen „ruhigen“ Strahlung treten im Rahmen von <a href="Sonneneruption" title="Sonneneruption">Sonneneruptionen</a>, sogenannten Flares, immer wieder kurzzeitige heftige Strahlungsausbrüche auf.

</p><p>Trotz des Bilds der klaren Sonnenscheibe bereitet die Definition des Begriffs Oberfläche also auch schon bei unserem Zentralgestirn erhebliche Schwierigkeiten. Da die Photosphäre im Vergleich zur Chromosphäre und Korona aber bei weitem den Löwenanteil der gesamten <a href="Leuchtkraft" title="Leuchtkraft">Leuchtkraft</a> der Sonne stellt, scheint es ausreichend zu sein, die Oberfläche eines Sterns mit dessen Photosphäre gleichzusetzen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Oberfläche_von_Beteigeuze"><span id="Oberfl.C3.A4che_von_Beteigeuze"></span>Oberfläche von Beteigeuze</h3></div>

<p>Jedoch gibt es Sterne, bei denen auch die Gleichsetzung Oberfläche = Photosphäre zu Schwierigkeiten führt. Dazu zählen beispielsweise Objekte wie <a href="Roter_Riese" title="Roter Riese">Rote Riesen</a>, <a href="Roter_%C3%9Cberriese" title="Roter Überriese">Rote Überriesen</a>, <a href="Leuchtkr%C3%A4ftiger_Blauer_Ver%C3%A4nderlicher" title="Leuchtkräftiger Blauer Veränderlicher">leuchtkräftige Blaue Veränderliche</a> und <a href="Wolf-Rayet-Stern" title="Wolf-Rayet-Stern">Wolf-Rayet-Sterne</a>. Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass bei solchen Sternen die Dicke der Photosphäre gegenüber dem Radius des eigentlichen Sternkörpers nicht mehr klein ist.

</p><p>Ein besonders intensiv untersuchter Stern mit ausgedehnter Photosphäre ist <a href="Beteigeuze" title="Beteigeuze">Beteigeuze</a>. Trotz seiner Entfernung von 600 <a href="Lichtjahr" title="Lichtjahr">Lichtjahren</a> kann seine Scheibe durch ihre gewaltige Größe noch als flächiges Objekt aufgelöst werden. Direkt möglich ist dies mit dem <a href="Hubble-Weltraumteleskop" title="Hubble-Weltraumteleskop">Hubble-Weltraumteleskop</a> (siehe z. B. Ronald L. Gilliland und Andrea K. Dupree (1996)). Mit Hilfe der Apertursynthese (eine Erweiterung der klassischen <a href="Interferometrie" title="Interferometrie">Interferometrie</a>, bei der nicht nur zwei, sondern mindestens drei Strahlenbündel zur Interferenz gebracht werden) oder des sogenannten <a href="Lucky_Imaging" title="Lucky Imaging">Lucky Imaging</a> kann Beteigeuze auch mit erdgebundenen Teleskopen wie dem in der <a href="Atacamaw%C3%BCste" class="mw-redirect" title="Atacamawüste">Atacamawüste</a> befindlichen <a href="Paranal-Observatorium#Very_Large_Telescope" title="Paranal-Observatorium">Very Large Telescope</a> als ausgedehnter Körper aufgelöst werden (siehe z. B. Haubois et al. (2009) oder Ohnaka et al. (2009)).

</p><p>Wenn auch der <a href="Winkeldurchmesser" class="mw-redirect" title="Winkeldurchmesser">Winkeldurchmesser</a> von Beteigeuze nur etwa 5- bis 10-mal größer ist als die mittels der oben genannten Techniken erreichbare <a href="Winkelaufl%C3%B6sung" class="mw-redirect" title="Winkelauflösung">Winkelauflösung</a>, so machen die mit dem Hubble-Weltraumteleskop oder dem VLT gewonnenen Aufnahmen doch den entscheidenden Unterschied zur Sonne deutlich. Die Scheibe von Beteigeuze hat keinen scharfen Rand, auch nicht in den Wellenlängenbereichen, in denen die Strahlung der Photosphäre dominiert. Zwar ist das diffuse Erscheinungsbild auch Folge der im Vergleich zum Winkeldurchmesser nach wie vor recht beschränkten Auflösung, doch eine genaue Analyse der <a href="Sternatmosph%C3%A4re" title="Sternatmosphäre">Atmosphäre</a> Beteigeuzes bestätigt, dass der Eindruck einer im Vergleich zum eigentlichen Sternkörper ausgedehnten Hülle der Wahrheit entspricht.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Definitionen_des_Begriffs_Sternradius">Definitionen des Begriffs Sternradius</h2></div>

<p>Die Unterschiede zwischen Sonne und Beteigeuze kann man auch durch folgendes Gedankenexperiment veranschaulichen. Könnte man in die Sonnenatmosphäre eindringen, so hätte man, solange man sich in der Korona oder Chromosphäre befände, noch eine weitgehend ungestörte Sicht nach außen, da diese Schichten nur einen geringen Anteil des sie durchquerenden Lichts absorbieren (und streuen). Nach dem Eintauchen in die Photosphäre aber würde man auf einer sehr kurzen Distanz von nur wenigen hundert Kilometern den Eindruck gewinnen, von einem gleißenden Nebel umgeben zu sein, da die nun zusätzlich über dem hypothetischen Sonnenreisenden sich befindlichen Schichten fast alles einfallende Licht absorbieren und streuen. Bei einem Eindringen in die Photosphäre Beteigeuzes würde die Sicht nach außen hingegen nur allmählich schlechter werden, man könnte noch mehrere zehn Millionen Kilometer zurücklegen, ehe sie sich völlig vernebelt.

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<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Mit_Hilfe_der_optischen_Tiefe">Mit Hilfe der optischen Tiefe</h3></div>

<p>Das hier skizzierte Gedankenexperiment gestattet eine erste Definition des Begriffs Sternradius. Er bezeichnet demzufolge denjenigen Abstand vom Sternmittelpunkt, bei dem die noch darüberliegenden Schichten einen gewissen Anteil des sie durchquerenden Lichts absorbieren.

</p><p>Das <a href="Absorption_(Physik)" title="Absorption (Physik)">Absorptionsverhalten</a> von <a href="Sternatmosph%C3%A4re" title="Sternatmosphäre">Sternatmosphären</a> wird oft mittels der <a href="Optische_Tiefe" class="mw-redirect" title="Optische Tiefe">optischen Tiefe</a> beschrieben. Hat eine Materieschicht die optische Tiefe <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \tau }">

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