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Das Spektrum der Sonne
Hamburger Sternwarte - Forschung: Einblicke

Zwei Sonnenspektren


Zwei Sonnenspektren von 3290 bis 12510 Angström (entsprechend 329 bis 1251 nm) können hier in Ausschnitten betrachtet werden . Sie beruhen auf sogenannten Fourier-Transform-Spektren, die am größten existierenden Sonnen-Teleskop, dem McMath-Solar Telecope des Kitt Peak Observatoriums in Arizona, von dem Fourier-Experten J. Brault registriert und in Hamburg von H. Neckel bearbeitet wurden (Brault & Neckel, 1987, unveröffentlicht; bisher nur auf Magnetband erhältlich). Die Spektren zeigen in hoher Auflösung die von Wollaston (1802) entdeckten, von Fraunhofer (1814) näher untersuchten und nach ihm benannten Spektrallinien (hier rund 15000). Jedes Spektrum besteht aus über 1 Million Punkten, deren Abstände in Wellenlänge zwischen 0.004 und 0.020 Angström liegen. Die Intensitätseinheit ist [Watt pro cm^2, pro Raumwinkel 1 und Angström]. Betreffs Genauigkeit der Wellenlängen und der absolut geeichten Intensitätsskala sind diese Spektren bisher unübertroffen.

Da die Sonne der einzige Stern ist, den wir als Scheibe sehen und deren Helligkeitsverteilung von der Mitte zum Rand hin (Randverdunklung) wir daher berücksichtigen können, stehen hier zwei Spektren zur Auswahl: das mit Sternspektren vergleichbare der ganzen Scheibe und das (intensivere) der Scheibenmitte. Die Intensitätsunterschiede zwischen beiden Spektren rühren daher, dass in der Scheibenmitte die Strahlung aus den tieferen, heißeren Schichten der Sonnenatmosphäre stammt. Im Zentrum starker Linien verschwindet der Unterschied nahezu: hier absorbieren die Atome so stark, dass nur Strahlung aus den obersten Schichten entweichen kann. Werden die Intensitäten des Scheibenspektrums mit 0.680 multipliziert, erhält man die Bestrahlungsstärke am Ort der Erde in der Einheit Watt pro m^2 und Angström (Abstand von der Sonne 1 AE, außerhalb der Erdatmosphäre; durch Integration über alle Wellenlängen - über die hier gegebenen Grenzen hinaus! - erhält man den gesamten Energiefluß, den die Erde von der Sonne erhält: 1.37 Kilowatt/m^2).

In beiden Spektren deutet die glatte durchgezogene Linie an, wie groß etwa die Intensität ohne Absorption von Atomen in den äußeren, kühleren Schichten der Sonne sein würde. Die "fehlende" Intensität ist ein Maß für die Absorption der vielen verschiedenen Atome in unterschiedlichen Ionisationsstufen; sie hängt ab von den physikalischen Parametern Temperatur und Schwerebeschleunigung, von der turbulenten Bewegung und der jeweiligen relativen Häufigkeit der Elemente (d.h. deren Atomzahlen im Vergleich zu den anderen Elementen).

Hier einige Beispiele. Man beachte, dass durch die Darstellung verschieden großer Spektralbereiche die Wellenlängenskala sehr unterschiedlich ist und insbesondere im ersten Bild die schwachen Linien sehr viel schmaler erscheinen. Am Ende der Seite kann man sich einen Ausschnitt eigener Wahl anfertigen.

(17k) Sonnenspektrum von 
3902 bis 4000 Angström

Spektren von Sonnenmitte und Sonnenscheibe im tief-violetten Spektralbereich von 3902 bis 4000 Angström. Der Ausschnitt zeigt neben rund 450 schwächeren Linien die Linien Ca K und Ca H des ionisierten Kalziums, die stärkste Linie im sichtbaren Sonnenspektrum. Am unteren Ende der Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges gelegen, ist sie visuell gerade noch erahnbar.

(11k) Sonnenspektrum von 
4847 bis 4875 Angström

Spektren von Sonnenmitte und Sonnenscheibe im Spektralbereich von 4847 bis 4875 Angström. Der Ausschnitt zeigt die bekannte H-beta Linie des Wasserstoff-Atoms.

(11k) Sonnenspektrum von 
5160 bis 5190 Angström

Spektren von Sonnenmitte und Sonnenscheibe im Spektralbereich von 5160 bis 5190 Angström. Die drei stärksten Linien im grünen Spektralbereich stammen vom Element Magnesium.

(7.3k) Sonnenspektrum von 
5883 bis 5903 Angström

Spektren von Sonnenmitte und Sonnenscheibe im gelben Spektralbereich von 5883 bis 5903 Angström. Der Ausschnitt zeigt insbesondere die bekannte Na D Doppellinie des Elements Natrium.

(12k) Sonnenspektrum von 
7590 bis :7620 Angström

Spektrum von Sonnenmitte und Sonnenscheibe im (nicht mehr sichtbarem) infraroten Spektralbereich von 7590 bis 7620 Angström. Das hier plötzlich einsetzende Bandenspektrum wird nicht in der Sonnenatmosphäre gebildet. Im Infraroten absorbieren Moleküle der Erdatmosphäre einen großen Teil der Strahlung. Dieser Ausschnitt zeigt molekulare Absorptionsbanden des Sauerstoff-Molekühls. Die Absorption beginnt am Bandenkopf bei 7593.6 Angström.




Spektrum der Sonnenscheibe   Spektrum der Scheibenmitte  



Wellenlängenbereich       bis     [A]

Achtung: das Erzeugen des Bildes dauert mindestens 30 Sekunden
Der maximale Bildausschnitt beträgt 100 [A].


Beide vollständige Spektren können hier als .tgz Datei (16 MB) geladen werden.



Tuesday, 10-Oct-2006 12:01:23 CEST | D.Groote