In dieser Nacht beta-Perseï (Algol) betrachtet und war höchst
erstaunt, daß seine Helligkeit verändert war. Er erscheint nun
in vierter Magnitude... Ich beobachtete ihn emsig für vielleicht mehr
als eine Stunde... kaum glaubend, daß er tatsächlich seine Helligkeit
verändert hat, denn ich habe nie von einem Stern gehört, der so
schnell in seiner Leuchtkraft wechselt. Ich dachte, es könnte vielleicht
an einer optischen Täuschung liegen, einem Fehler in meinen Augen
oder an verschmutzer Luft, aber die Fortsetzung wird zeigen, daß die
Veränderung real ist und daß ich nicht fehlgeleitet war.

(John Goodricke, Tagebucheintrag 12. November 1782)


John Goodricke

Die Entdeckung der Bedeckungsveränderlichen Sterne

John Goodricke Portrait

John Goodricke (1764-1786), Astronom

John Goodricke wurde am 17. September 1764 in Groningen geboren als Sohn eines britischen Diplomaten und einer holländischen Kaufmannstochter. Im Alter von fünf Jahren erkrankte er an Scharlach, wodurch er vollständig das Gehör verlor. Er schaffte es aber von den Lippen lesen und sprechen zu lernen. Die wohlhabenden Eltern hatten ihn dazu im Alter von acht in eine Spezialschule in Edinburgh geschickt. 1778 mit dreizehn Jahren konnte er dann eine Akademie in Warrington nahe York besuchen, die keine besonderen Einrichtungen für Behinderte besaß.

Perseus Sternbild in StarryNight
Die Entdeckung der veränderlichen Sterne begann mit David Fabricius (1564-1617) im Jahre 1596, der Mira bzw. omikron Ceti als einen Stern mit nicht gleichbleibender Helligkeit entdeckte. Dies war zu dieser Zeit eine Sensation, glaubte man doch noch an die Unveränderlichkeit des Fixsternhimmels. Fast ein Dreivierteljahrhundert später hielt der italienische Astronom Geminiano Montanari (1633-1687) 1670 fest, daß der zweithellste Stern im Perseus seine Helligkeit verändert.

Der Stern trägt den arabischen Namen "Algol", was "Kopf der Ghul" bedeutet. Tatsächlich ist an der Stelle von Algol im Sternbild das Haupt der Medusa, die der griechische Held Perseus mit seinem Spiegelschild durch ihren eigenen Blick getötet hatte. Mit dem Haupt konnte er das Seeungeheuer Cetus versteinern, dem die Prinzessin Andromeda, Tochter der Kassiopeia und des Kepheus geopfert werden sollte. Algol wird u.a. auch Teufelsstern genannt. Dieser Beiname Algols legt nahe, daß vielleicht schon vor Montanari arabische Astronome von der Besonderheit Algols gewußt hatten.

Über hundert Jahre nach der Entdeckung von Montanari betrachtete John Goodricke den Stern mit relativ bescheidenen Mitteln. Der Warringtoner Lehrer William Enfield brachte John Goodricke zur Astronomie, und der junge Mann beobachtete mit seinem Cousin Edward Piggott den Himmel. Anhand seiner Beobachtungen berechnete Goodricke als Erster die Periode von Algol zu 68 Stunden und 50 Minuten, in denen der Stern für wenige Stunden um mehr als eine Größenklasse von der Erde gesehen deutlich dunkler erscheint.

Goodricke berichtete 1783 von dieser Beobachtung vor der britischen Royal Society und lieferte als Erklärungsmöglichkeiten für solche periodischen Veränderungen zwei Theorien: daß die Sonne durch einen großen Körper regelmäßig verdeckt wird, oder daß auf dem Stern selbst eine stationäre dunklere Region existiert, die durch Rotation regelmäßig der Erde zugewandt wird. Mit seiner ersten Theorie ging Goodricke als Entdecker der Bedeckungsveränderlichen in die Geschichte der Astronomie ein. Für seine Arbeit erhielt der die Godfrey-Copley-Medallie von der Royal Society.

Algol Animation
Algol bzw. beta Perseï ist ein Mehrfachsternsystem in 96 Lichtjahren Entfernung mit zwei Hauptkomponenten, von denen ist der Zentralstern ein massereicher, heller blauweißer Hauptreihenstern (B8) mit 3,7facher Sonnenmasse bei 2,9fachem Sonnendurchmesser und einer absolut 100fachen Sonnenhelligkeit und der umkreisende Nebenstern ist ein gelbroter Unterriesenstern (K2) mit 0,8facher Sonnenmasse bei 3,5fachem Sonnendurchmesser und 3facher Sonnenhelligkeit. Die beiden Sterne sind etwa 8 Sonnendurchmesser voneinander entfernt. Um dieses Doppelsternsystem kreist ein dritter Hauptreihenstern (F1) in rund zwei Astronomischen Einheiten Entfernung. Die Natur des Algol-Systems konnte vor allem durch die Spektralanalyse und unter Anwendung des Doppler-Effekts ermittelt werden, der von Christian Andreas Doppler (1803-1853) postuliert wurde.

Der Zentralstern zieht dem Nebenstern Masse ab, die in einer Akkretionsscheibe um den Zentralstern spiralförmig einfließt, und die einen hellen, heißen Fleck besitzt, dort wo das Plasma des Nebensterns auf die Scheibe trifft. Die Rotationsebene von Algol ist zur Sichtebene von der Erde aus nur um etwa 8 Grad geneigt, so daß der "dunkle Körper", den Goodricke postuliert hatte, der lichtschwächere Stern ist, der sich regelmäßig vor den helleren Zentralstern schiebt.

Algols Helligkeit sinkt für mehr als 9 Stunden von 2m1 auf etwa 3m4, wenn der stärkere vom schwächeren Stern teilweise bedeckt wird. Wenn der Nebenstern hinter dem Hauptstern verschwindet, entsteht in der Gesamthelligkeit ein Nebenminimum, das allerdings nur Bruchteile einer Größenklasse beträgt. - Der dritte Stern hat keinen Einfluß auf die Helligkeit des Teufelssterns, aber in einer Periode von 1,862 Jahren verändert sich das Spektrum des Gesamtsystems, womit sich zuerst die Anwesenheit eines weiteren massereichen Körpers bemerkbar gemacht hatte.

Lyra Sternbild in StarryNight

Goodricke suchte nach weiteren Veränderlichen und fand 1783/4 in Sheliak bzw. beta Lyrae einen weiteren Vertreter. Seine Periode ermittelte der junge Astronom mit 12 Tagen und 20 Stunden. Im nebenstehenden Bild liegt der Stern unterhalb des Hauptsterns der Leier, Wega. - Die Leier ist ursprünglich das Instrument des geflügelten Götterboten Hermes, die in den Besitz des Sängers Orpheus gelangte, und der damit seine Geliebte Euridike aus der Unterwelt befreite.

Die Lichtkurve von Sheliak liegt zwischen 3m3 und 4m1, die wahre Periode dauert 12 Tage und rund 21,8 Stunden. Das Nebenminimum ist mit 3m7 wesentlich ausgeprägter als bei Algol, die Kurve ist aber dafür sehr viel kontinuierlicher.

Sheliak Animation
Sheliak ist ein Doppelsternsystem, bei dem zwei Riesensterne so nahe beieinander stehen, daß sie sich gegenseitig deformieren und auch gegenseitig Masse austauschen. In einer gewaltigen Akkretionsscheibe wird der Nebenstern zum Teil verdunkelt. Das Sonnensystem hat wahrscheinlich noch drei weitere Sterne als Begleiter und ist 860 bis 1000 Lichtjahre entfernt.

Die Helligkeitsveränderung bei Sheliak ergibt sich zu einem großen Teil aus der Deformation der Sternenatmosphäre. Wenn ein solcher Stern dem Betrachter die Breitseite zeigt, so erscheint er heller, als wenn man die spitze Seite sieht. Andererseits erscheint der wesentlich massereichere Nebenstern dunkler als der Hauptstern. Die Lichtkurve ergibt sich also aus der Kombination der Effekte durch Bedeckung und Verformung. Das Hauptminimum entsteht, wenn der eigentlich dunklere Riesenstern mit seiner spitzen Seite zur Erde zeigt, das Nebenminimum tritt ein, wenn der hellere Stern vor dem Riesenstern steht.

Cepheus in StarryNight
Einen weiteren veränderlichen Stern entdeckte Goodricke mit Altais bzw. delta Cepheï. Die Periode berechnete er auf 128 Stunden und 45 Minuten mit einer erstaunlichen Genauigkeit. Die scheinbare Helligkeit schwankt in dieser Zeit zwischen 3m6 und 4m4. Seine Theorien vom Ursprung der sich ändernden Helligkeit waren bei diesem Stern aber am Ende.

Der Stern delta Cepheï wurde namensgebend für eine eigene Klasse massereicher Sonnen - den delta-Cepheï-Sternen bzw. Cepheïden, die sich durch innere Vorgänge in spezifischer Weise periodisch aufblähen und wieder zusammenfallen. Sie verändern dabei nicht nur die Größe, sondern auch die Farbe, Oberflächentemperatur und Helligkeit in periodischer Weise. Die Helligkeitskeitsschwankung besitzt eine typische Haifischflossenform.

John Goodricke wurde schon mit 21 Jahren in die Royal Society am 16. April 1786 als Mitglied aufgenommen. Er erfuhr diese Ehrung jedoch nicht mehr, denn er starb am 20. April 1786 in York an einer Lungenentzündung. Einer der Hörsäle der Yorker Universität ist in Erinnerung an ihm benannt.

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Altais Animation
1912 entdeckte Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) eine Abhängigkeit zwischen der mittleren Helligkeit und der Periode in der Helligkeitsschwankung von delta-Cepheï-Sternen in der kleinen Magellanschen Wolke. Das bedeutet, daß mit der Periode eines solchen Sterns auch die absolute Helligkeit abgeschätzt werden kann. Mit dieser absoluten Helligkeit und der scheinbaren, auf der Erde sichtbaren Helligkeit kann aber gleichzeitig die Entfernung des Sterns näherungsweise bestimmt werden. Damit sind die delta-Cepheï-Sterne "Entfernungsschilder" für Galaxien, in denen sie gefunden werden können. Sie boten einen ersten Hinweis auf die Entfernungen und Ausdehnungen im Universum. (Siehe dazu auch das NASA Astrobild vom 27.10.98.)

Der von David Fabricius entdeckte veränderliche Stern Mira pulsiert wie Altais durch innere Vorgänge, allerdings ist Mira im Unterschied zu Altais ein roter Überriese mit einem Begleitstern und kein blauer Riesenstern. Die Gesetzmäßigkeit der Relation von Helligkeit und Periode trifft für Mira nicht zu (siehe auch NASA Astrobild vom 11.10.1998).

Quellen:
H.-U. Keller (Hrsg.): Das Kosmos Himmelsjahr 1997, Franck-Kosmos 1996
Joachim Herrmann (Hrsg.): Das große Lexikon der Astronomie, Orbis Verlag 1996
Roland Brutscher: Die Ferne der Sterne, in Star Observer 3/98

Die Animationen wurden gerendert mittels PoV-Ray 3.0 unter Linux 2.0, nach GIF gewandelt mittels PBM-Tools und kombiniert mittels Gifmerge. Die zeitlichen Relationen der Animationen sind denen der Periodenzeiten in der Realität angenähert (etwa 62tausendfach beschleunigt).


Seitenhistorie:
erstellt 1998-10-06 als himmel.99.09.html
geändert 1998-12-08 zu Goodricke.html
geändert 2000-02-04 Template
geändert 2003-07-04 Taubheit durch Scharlach (nach Michael B. Goodrick) + Cepheus
geändert 2003-08-06 Zitat und Details (Link zu Doppler)

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