Sterrenkunde.nl Sterrenkunde in Nederland
Sterrenkunde.nl wordt verzorgd door de JongerenWerkGroep voor Sterrenkunde
Maan
Huidige maanfase

Spectrum


Spectrum op de bodem van een glazen gebouw
Spectrum op de bodem van een glazen gebouw

Door een gaatje in een van zijn vensterluiken te maken, liet de Engelse natuurkundige en astronoom Isaac Newton (1642-1727) een smalle bundel licht op de witte muur van zijn werkkamer vallen. Toen hij een glazen prisma in de lichtbundel plaatste, zag hij dat de witte plek op de muur plaats had gemaakt voor een heldere regenboog van kleuren. Het «witte» zonlicht bleek door het prisma tot alle kleuren van de regenboog uiteen gerafeld te worden. Newton noemde de kleurenband op zijn muur spectrum. Dat is een Latijns woord dat «(geestes)verschijning» betekent. Ook toonde hij aan dat je met een tweede prisma de kleuren van de regenboog weer tot wit licht kunt samenvoegen.

Newtons ontdekking vond plaats in 1666. Het zou nog bijna 150 jaar duren voordat het enorme nut van de kleurige spectra voor de sterrenkunde duidelijk werd.

Joseph von Fraunhofer (1787-1826) was een Duits optiekmaker.

Ondanks zijn adellijk aandoende naam, was hij een kind uit een arm gezin. En het scheelde niet veel of hij zou nooit tot zijn belangrijke ontdekkingen zijn gekomen. In 1801 over leefde hij op wonderbaarlijke wijze als enige de instorting van de bouwvallige optiekzaak in Mnchen waar hij werkte. Het nieuws van zijn opzienbarende redding verspreidde zich als een lopend vuurtje. Zelfs de Beierse prins Maxmiliaan Jozef werd op de hoogte gesteld van deze gebeurtenis. Hij bezocht Joseph in het ziekenhuis en was zo onder de indruk van de jonge knaap, dat hij hem achttien gouden dukaten schonk. Dat was voor Joseph voldoende om een glasslijpmachine en allerlei boeken over optica te kopen.

Tien jaar later was Joseph von Fraunhofer zo bedreven in het maken van glas en het slijpen van lenzen, dat hij tot de beste telescoopbouwers ter wereld werd gerekend. Door met lenzen en telescopen te experimenteren begaf hij zich op een gegeven moment ook op het terrein van de spectroscopie. In 1814 liet hij het licht van de zon via een spleet in de vensterluiken door een telescoop vallen. Voor het objectief van de telescoop had hij een glazen prisma geplaatst. Zoals verwacht, was door de kijker de regenboog van kleuren te zien, die eerder door Isaac Newton en anderen was waargenomen. Maar Fraunhofer zag in het kleurenspectrum van de zon ook allerlei donkere, verticale lijntjes. Newton had deze lijntjes niet gezien, omdat hij een te groot gat in zijn vensterluiken had gemaakt. Overigens was Fraunhofer niet de eerste die deze donkere lijnen waarnam. Al in 1802 had de Engelse arts en scheikundige William H. Wollaston (1766-1828) het experiment van Newton herhaald en de donkere lijnen in het spectrum ontdekt. Maar Wollaston dacht ten onrechte dat de lijnen afscheidingen tussen de verschillende kleuren waren.

Ongeveer een jaar na zijn ontdekking had Fraunhofer al 574 lijnen in het zonnespectrum in kaart gebracht. Hij stond voor een raadsel. Door prisma's van allerlei materialen te gebruiken, toonde hij aan dat de lijnen niet in het glas van het prisma ontstonden. Dat ook de atmosfeer van de aarde de boosdoener niet was, bleek toen de spectra van Sirius en andere heldere sterren een heel ander spectrum lieten zien.

In de loop der jaren ontwikkelde Fraunhofer steeds betere spectroscopen. Zo maakte hij een spectroscoop met een buigingsrooster in plaats van een prisma. Hiermee ont dekte hij de heldere lijnen in het spectrum van gloeiende stoffen. Maar dat maakte het raadsel alleen maar groter.

Misschien dat Fraunhofer de oplossing gevonden zou hebben als hij wat meer tijd had gehad. Maar dat was hem niet gegund.

Nog voor zijn 40e verjaardag overleed hij aan tuberculose.

De oplossing van het raadsel van de donkere en heldere spectraallijnen werd gevonden in het laboratorium. Fraunhofer had reeds vastgesteld dat sommige van de heldere lijnen in de spectra van gloeiende gassen leken samen te vallen met hun donkere tegenhangers in het spectrum van de zon. Het zou echter bijna een halve eeuw duren voordat dit fascinerende aanknopingspunt werd benut.

De sleutel lag in handen van twee Duitse wetenschappers. Dat waren Robert W. Bunsen (1811-1899) en Gustav R. Kirchhoff (1824-1887). Bunsen was de uitvinder van de naar hem genoemde gasbrander, een toestel dat bij uitstek geschikt was voor het onderzoek van spectra. Door allerlei verschillende gassen met een bunsenbrander te verbranden, stelden Bunsen en Kirchhoff vast dat elk gas een eigen, uniek patroon van heldere spec traallijnen vertoonde.

Op een avond in het jaar 1859 zagen Bunsen en Kirchhoff, vanuit hun laboratorium in Heidelberg, een brand woeden in de naburige stad Mannheim. Toen zij hun spectroscopen op het vuur richtten zagen ze in het spectrum van de brand de spectraallijnen van barium en strontium. Blijkbaar was het mogelijk om vanaf grote afstand de samenmstelling van een gloeiendhete stof te bepalen. Zou zoiets ook bij de zon lukken? Kirchhoff probeerde het en had succes. Hij stelde vast dat bepaalde donkere Fraunhoferlijnen in het spectrum van de zon samenvielen met de heldere lijnen in het laboratoriumspectrum van het element natrium. Ook calcium, magnesium, ijzer en vele andere elementen werden in de zon aangetoond.

In de jaren die volgden bleek dat in sterspectra weliswaar steeds donkere lijnen werden aangetroffen, maar dat de verschillende spectra op het eerste gezicht weinig overeen komsten leken te vertonen. Sommige sterren hadden een spectrum zoals dat van de zon: rijk aan spectraallijnen van zware elementen als calcium, natrium en ijzer. Andere ver toonden alleen brede waterstoflijnen of juist extreem brede absorptiebanden. Er bleek een grote behoefte aan een over zichtelijk classificatiesysteem voor de spectra van sterren.

Een eerste poging om de sterren te «sorteren» werd onder nomen door pater Angelo Secchi (1818-1878), die werkzaam was bij de sterrenwacht van het Vaticaan. In de periode 1863-1868 onderzocht hij de spectra van meer dan vierduizend sterren. Hij ontdekte dat hij de meeste sterspectra in vier verschillende soorten kon indelen: Type I: Witte of blauwe sterren met duidelijke absorptie lijnen van waterstof.

Type II: Gele of oranje sterren met veel metaallijnen (de zon behoort hiertoe).

Type III: Oranje tot rode sterren met brede absorptiebanden.

Type IV: Rode sterren met absorptielijnen van koolstof.

Hoewel de indeling van Secchi niet werd overgenomen door de wetenschappelijke wereld, moet men toch bewondering hebben voor zijn prestatie. Al zijn spectraalwaarnemingen verrichtte hij achter het oculair van een telescoop. Het op die manier in kaart brengen van een sterspectrum, is een uiterst moei zame zaak.

Even zag het er naar uit dat Secchi's indeling met behulp van de fotografie zou kunnen worden verfijnd. Maar het draaide uit op een geheel nieuwe classificatiemethode die ook heden ten dage nog wordt gebruikt. Dit Harvard-project stond onder leiding van Edward C. Pickering (1846-1919). In samenwerking met tal van vrouwelijke assistenten onderzocht hij de spectra van duizenden sterren. Daarbij werd een heel eenvoudige indeling gehanteerd. Men had namelijk vastgesteld dat in elk sterspectrum de donkere lijnen van waterstof te zien zijn. De sterren met de duidelijkste waterstoflijnen kregen de aanduiding A, die met iets zwakkere lijnen waren van klasse B, enzovoorts tot klasse N.

Aldus werden de sterspectra ingedeeld in dertien verschil lende spectraalklassen. De letter J werd overgeslagen om verwarring met de letter I te voorkomen. En dat was lang niet de enige klap die de alfabetische indeling te verwerken kreeg. Bij nader onderzoek bleken de «klassen» C, D en H het gevolg te zijn van onscherpe fotografische platen, zodat deze geschrapt moesten worden. Verdere aanpassingen volgden naar aanleiding van onderzoek door Annie J. Canon (1863-1941) aan sterren van de zuidelijke sterrenhemel. Zij ontdekte dat de volgorde van afnemende sterkten van de waterstof lijnen nogal eigenaardige sprongen in de sterkten van andere spectraallijnen veroorzaakten. Zo moest de wat geïntroduceerde O-klasse juist aan het begin van de reeks worden geplaatst. Andere klassen kwamen geheel te ver vallen.

Canons onderzoek liet van de alfabetische spectraalreeks weinig over. De uiteindelijke reeks luidde O, B, A, F, G, K, M, hetgeen je kunt onthouden met het zinnetje «Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me». Deze classificatie geldt ook vandaag de dag nog steeds. Genoemde rangorde is zuiver toevallig ook een rangschikking naar kleur en temperatuur.

O- en B-sterren zijn blauwwit van kleur, A- en F-sterren zijn wit, G-sterren geel en K- en M-sterren hebben een oranjerode kleur. O-sterren zijn het heetst. Hun oppervlakte temperatuur bedraagt maar liefst meer dan 30.000°C. De M sterren zijn het koelst, met temperaturen lager dan 3200°C.

De fotografische platen die voor het Harvard-onderzoek werden vervaardigd, waren zó rijk aan details, dat een verdere onderverdeling van de spectraalklassen nodig bleek.

Elke klasse werd onderverdeeld in tien subklassen van 0 tot en met 9. Het lijnenpatroon van een G5-ster ligt dus halverwege dat van een G0 en een K0-ster. Het resultaat van de onderzoekingen te Harvard, waarbij meer dan 200.000 sterren werden geclassificeerd, werd als »the Henry Draper Catalogue» gepubliceerd. Dit, omdat het programma door de weduwe van Henry Draper (1837-1882) werd gefinancierd, als aandenken aan het baanbrekend werk op het gebied van de astrofotografie van haar echtgenoot.

De zon is een G2-ster met een effectieve temperatuur van 5500°C. Vrijwel alle sterren passen in de spectrale reeks, maar er zijn afwijkende typen van zeldzame sterren, die die soms ook met letters worden aangeduid: R, N, S of W (voor de zeer hete Wolf-Rayet-sterren).

Kijk voor nog meer informatie bij het trefwoord straling.


Terug naar de woordenlijst

Advertenties
Sterren en planeten 2013
Alle informatie benodigd voor de amateurastronoom voor 2013 kun je vinden in sterren en planeten 2013.
Cursusbrochure Sterrenkunde
Deze brochure bevat alle basisbegrippen en kennis van de sterrenkunde. Ideaal voor starters in deze hobby (bestelcode JWG-80).
Astrodisk
Heb je je wel eens afgevraagd hoe een bepaalde ster heet? Net als de zon veranderen ook de sterren steeds van plaats aan de hemel. Met deze draaibare sterrenkaart kun je heel gemakkelijk de verschillende sterrenbeelden en sterren opzoeken (bestelcode AW-10).
Partnersites
De Jongenenwerkgroep voor Sterrenkunde. Vereniging voor 8 t/m 20 jarige met sterrenkunde als hobby.
Sterrenkijker.nl geeft informatie over sterrenkijker, telescopen, verrekijkers, enz.
Informatie over alle sterrenbeelden.
Pagina over deepskyobjecten
Prachtige site over zonsverduisteringen
De Koninklijke Nederlandse Vereniging voor Weer- en Sterrenkunde. Al meer dan 100 jaar het centrum voor amateursterrenkunde.
Www.astronomie.nl. Verzorgd door de Nederlandse Onderzoeksschool voor Astronomie
Stichting UniVersum is een stichting ter promotie van de (amateur)sterrenkunde. Zij is o.a. uitgeefster van veel sterrenkundig materiaal
Zenit is het sterrenkundig tijdschrift voor de amateurastronoom
Veel sterrenkundige nieuwtjes vind je hier.
Veel sterrenkundige info.
Universiteit Utrecht, faculteit Natuur & Sterrenkunde Valid XHTML 1.0! Valid CSS!