Planetareschen Niwwel

Vu Wikipedia, der fräier Enzyklopedie.

E Planetaresche Niwwel ass een astronomescht Objet, a besteet aus engem Mantel vu Gas a Plasma, dat vun engem ale Stär um Enn vu senger Entwécklung ofgestouss gëtt.

D’Objet huet näischt mat engem Planéit ze dinn. D’Bezeechnung kënnt dohir, datt verschidden Niwwelen am Teleskop ausgesinn, wéi wann et e Gasris wéi de Jupiter wär.

Planetaresch Niwwelen existéieren meeschtens nët méi laang wéi e puer zéngdausend Joren. Am Vergläich zu engem duerchschnëttlechen „Stäreliewen“, dat e puer Milliarde Jore dauert, ass dës Zäitspan ganz kleng.

An eiser Galaxis, der Mëllechstrooss, sinn ronn 1.500 Planetaresch Niwwelen bekannt.

Planetaresch Niwwel spillen eng entscheedend Roll an der chemeschen Evolutioun vun der Galaxis, well dat ofgestoussend Material d’interstellare Matière mat schwéieren Elementen, wéi Kuelestoff, Stéckstoff, Sauerstoff, Kalzium an aneren Reaktiounsprodukten vun der stellaren Kärfusioun uräichert. An anere Galaxien sinn Planetaresch Niwwelen munchmol déi eenzeg observéiert Objete, déi genuch Informatioun liwweren, fir eppes iwwer déi chemesch Zesummesetzung gewuer ze ginn.

Mat dem Hubble-Weltraumteleskop goufe Fotoën vu ville planetareschen Niwwelen gemaach. E Fënneftel vun de Niwwelen weisen eng kugelfërmeg Gestalt op. Déi meescht sinn awer méi komplex opgebaut a weisen verschidden Formen op. D’Mechanismen vum Ausléisen vun der Form sinn nach nët genee bekannt. Méiglech Ursaachen kinnten Begleetstäre, Stärewand oder Magnéitfelder sinn.

[Änneren] Observatiounsgeschicht

Planetaresch Niwwel sinn am Allgemengen schwaach liichtend Objete an dofir mat dem bloussen A nët ze gesinn. Den éischten entdeckten Planetaresche Niwwel war den Hantelniwwel am Stärebild Vulpecula )Stärebild Fuuss). Hie gouf am Joer 1764 vum Charles Messier entdeckt a gëtt an sengem Katalog mat der Index M 27 opgefouert.

Well d’optesch Opléisung vun deenen fréieren Teleskope relativ geréng war, huet de Planetaresche Niwwel doran wéi eng niwweleg Scheif ausgesinn. Well Gasplanéiten een änlechen Ubléck ginn, kënnt dëst de Grond sinn, datt den William Herschel, Entdecker vum Planéit Uranus, hinnen den Adjektiv planetaresch ginn huet. Dës Bezeechnung gouf bis haut bäibehalen.

D’Zesummesetzung vu planetaresch Niwwel ass bis Mëtt vum 19. Joerhonnert onbekannt bliwwen, bis déi éischt spektroskopesch Observatiounen duerchgefouert goufen. Den William Huggins war een vun den éischten Astronomen, déi d’ Liichtspektrum vun astronomeschen Objete studéiert, andeem hie mat Hëllef vun engem Prismas hiirt d’Liicht zerstreet huet. Seng Stärenobservatiounen hun een duerchgéiend, d. h. kontinuéierlecht Spektrum mat e puer donklen Absorptionslinnen gewisen. E bëssche méi spéit huet hien erausfonnt, datt e puer niwwelech Objete, wéi den Andromedaniwwel, en ähnleche Spektrum aufweisen. Dës Niwwelen stellen sech spéider als Galaxien eraus. Wou den Huggins awer de Katzenaniwwel kuckt, fënnt hien e ganz anere Spektrum. Dëst war nët kontinuiéierlech, an huet nëmmen e puer Emissiounslinnen gewisen. Déi hellste Linn hat eng Wellelängt vun 500,7 Nanometer. Dës stung a kengem Zesummenhang mat iergend engem bekannten chemeschen Element. Am Ufank gouf dofir ugeholl, datt et sech ëm en onbekannt Element géif handelen, an si hunn him de Numm Nebulium ginn.

Am Joer 1868 gouf beim Sonnespektrum e bis dohin onbekannt Element, den Helium entdeckt. Kuerz drop gouf och Helium an der Äerdatmosphär nogewisen an isoléiert. Nebulium gouf net fonnt oder festgestallt.. Ufanks vum 20. Joerhonnert huet den Henry Norris Russell virgeschloen, datt et sech net ën een neit Element handelt, awer éischter e bekannt Element an onbekannte Verhältnesser.

An den 1920er Joren hu Physiker nogewisen, datt d’Gas an de planetaresche Niwwelen eng extrem niddreg Dicht besëtzt. Elektronen kënnen an den Atomen an an den Ionen metastabile Energielevel erreechen, déi soss bei héigeren Dichten duerch déi stänneg Kollisiounen nëmme kuerzzäiteg existéieren kënnen. Elektroneniwwergäng am Sauerstoff féieren zu enger Emissioun bei 500,7 nm. Spektrallinnen, déi nëmmen a Gasen mat ganz nidderegen Dichten observéiert kënne ginn, nennt een verbuede Linnen.

Bis Ufanks vum 20. Joerhonnert ass ugeholl ginn, datt Planetaresch Niwwel d’Virstuf vu Stären duerstellen. Et gouf gegleewt, datt sech d’Niwwel ënnert der eegenen Schwéierkraaft zesummenzéien an am Zentrum e Stär maachen. Spéider spektroskopesch Ënnersich hu gewisen, datt sech all Planetaresch Niwwel ausdeenen. Sou ass eraus fonnt ginn, datt d’Niwwel déi ofgestoussen baussescht Schichten vun engem futtissem Stär duerstellen, deen als ganz waarm, awer lichtschwaacht Objet am Zentrum zeréckbleiwt.

Géint Enn vum 20. Joerhonnert huet déi verbessert Technologie gehollef, d’Entwécklung vun de planetaresche Niwwelen besser ze verstoen. Duerch d’Weltraumteleskope konnten d’Astronomen och emittéiert Liicht baussescht dem siichtbarem Spektrum ënnersichen, dat wéinst der Äerdatmosphär mëttels buedegebonneener Observatoire net gesi ka ginn. Duerch d’Observatioun mat der infrarouden an ultravioletten Strahlungsundeeler vu planetaresche Niwwel kann een hir Temperatur, Dicht a chemesch Zesummesetzung méi genee bestënmmen. Mat Hellef vun CCD-Technologien loossen sech d’Spektrallinnen vill méi präzis bestëmmen an esou och extrem schwaach Linnen siichtbar maachen.

[Änneren] Entwécklung vu planetaresche Niwwel

Planetaresch Niwwel stellen d’Endstadium vun engem duerchschnëttleche Stär wéi eis Sonn duer.

En typesche Stär weist manner wéi déi duebelt Sonnemass op. Seng Energie gëtt am Kär ausgeléist, an deem d’Kärfusioun vu Waasserstoff zu Helium ofleeft. Deen doduerch entstoenden Strahlungsdrock verhënnert, datt de Stär duerch seng eegen Gravitatioun kollabéiert. Et stellt sech e stabilen Zoustand an, deen iwwer Milliarde Joere undauere kann.

No ville Milliarde Joeren sin d’Waasserstoffreserven am Kär verbraucht. De Strahlungsdrock léisst no an de Kär gëtt duerch d’Gravitatiounskraaften kompriméiert an hëtzt sech op. D’Temperatur am Kär klëmmt an dëser Phas vu 15 Millioune op 100 Millioune K un. Am Kär fusiounéiert elo Helium zu Kuelestoff a Sauerstoff. An der „Schuel“ ëm de Kär fusiounéiert Waasserstoff zu Helium. Als Folleg deent sëch d’Hüll vum Stär staark aus, an trëtt an de Stadium vun engem Roude Ris an.

D’Heliumfusioun ass staark temperaturempfindlech an huet eng Reaktiounsvitesse, déi proportional zu der 40. Potenz vun der Temperatur ass. Bei enger Erhéigung vun der Temperatur ëm nëmmen 2 % verduebelt sech d’Reaktiounsundeel. Dat mécht de Stär ganz onstabil – eng kleng Erhéigung vun der Temperatur féiert direkt zu engem erhiewleche Klammen vun der Reaktiounsvitesse, déi staark Energien fräisetzt, wouduerch d’Temperatur nach méi klëmmt. D’Schichten, an deenen grad d’Heliumfusioun stattfënnt, deenen sech mat staarker Vitesse aus a killen sech doduerch erëm of, wouduerch de Reaktiounsundeel erëm erofgesat D^Resultat ass engstaark Pulsatioun, déi munchmol staark genug ass, fir déi ganz Stärenatmosphär an de Weltraum ze schleideren.

D’Gas vun der Stärenhüll deent sech ufanks mat enger Vitesse vun 20 bis 40 Kilometer pro Sekonn aus an huet eng Temperatur vu ronn 10.000 K. Dësen vergläichsweis luese Stärewand mécht d’Haaptmass vum Niwwel aus. An déier Mooss, wéi de Stär no an no seng baussescht Hüllen verléiert an den ëmmer méi waarme Kär fräileet, wiesselt seng Farf vun orange iwwer giel bis hin zu wäiss an zum Schluss blo – e siichtbart Zeechen, datt seng Uewerflächentemperatur op iwwer 25.000 K klëmmt. Wann déi fräigelueten Uewerfläch ronn 30.000 K gliddesch ass, gi genuch héichenergetesch ultraviolette Photonen fortgeschéckt, fir dat virdrun ausgestoussend Gas ze ioniséieren. D’Gashülle gëtt elo als planetaresche Niwwel siichtbar. De Stär am Zentrum huet de Stadium vun engem Wäissen Zwerg erreescht.

[Änneren] Siichtbarkeetsdauer vum Niwwel

Déi ausgestoussen Gasen vum planetaresche Niwwel bewegen sech mat enger Vitesse vun e puer Kilometer pro Sekonn vum Zentrum ewech. De Stärewand kléngt am Laf vun der Zäit vollstänneg of, a beim Gas trëtt eng Rekombinatioun an, wouduerch en onsiichtbar gëtt. Fir déi meeschte planetaresch Niwwel ass d’Zäitspan tëschent Formatioun a Rekombinatioun ongeféier 10.000 Joer.

[Änneren] Galaktesch Recycler

Planetaresch Niwwel spillen eng wichtig Roll an der Entwécklung vun enger Galaxis. Dat fréiert Universum huet bal vollstänneg aus Waasserstoff an Helium bestanen. Erréischt duerch déi an de Stären oflafend Nukleosynthes goufen déi schwéier Elemente produzéiert, déi an der Astrophysik och Metalle genannt ginn. D’Gase vu planetareschenNiwwelen enthalen zu groussen Deeler Elemente wéi Kuelestoff, Stéckstoff a Sauerstoff, mat deenen si d’interstellar Matière uräicheren.

Nokommend Stäregeneratiounen bestinn zu engem klengen Undeel aus dëse schwéieren Elementer, déi awer en Afloss op d’Stärenentwécklung huet. D’Planéiten bestinn zu engem groussen Deel aus schwéieren Elementer.

Niewent de planetaresche Niwwelen stoussen och Supernovaexplosiounen an hirer Endphas masseräicher Stären schwéier Elementer aus.

[Änneren] Eegeschaften

[Änneren] Physikalesch Eegeschaften

Typesch planetaresch Niwwel sinn zu ronn 70 % Waasserstoff an 28 % Helium zesummegesat. De Rescht maachen haaptsächlech Kuelestoff, Stéckstoff a Sauerstoff souwéi Spuren vun aneren Elementen aus.

Si hunn en Duerchmiesser vu ronn engem Liichtjoer a bestinn aus extrem verdënntem Gas mat enger Dicht vu ronn 1.000 Deelecher pro Kubikzentimeter. Déi héichsten Dicht hunn „jonk“ planetaresch Niwwel mat bis zu enger Millioun Deelecher pro Kubikzentimeter. Am Laf vun der Zäit féiert d’Ausdeenung vum Niwwel zu enger Reduktioun vu senger Dicht.

De Stär am Zentrum wiermt duerch seng Strahlung d’Gasen op eng Temperatur vu ronn 10.000 K op. Entgéint den Erwardungen ass d’Gastemperatur meeschtens méi héich, wat e méi wäit vum Zentrum ewech kuckt. Dat läit dorun, datt energieräich Photonen méi selten absorbéiert ginn wéi manner energieräicher. An de Randberäicher vum Niwwels sinn déi wéineger energetesch Photonen schonns absorbéiert ginn an déi iwwreg gebliwwen héichenergetesch Photonen féieren dann zu der staarken Temperaturerhéigung.

Planetaresch Niwwel kann een entweder mat „matièrebegrenzt“ oder „strahlungsbegrenzt“ beschreiwwen. Am éischte Fall ass souvill Matière ëm de Stär, datt all ultraviolett Photonen, déi emittéiert gouf sinn, absorbéiert ginn a sou de Niwwel vu neutralem Gas ëmginn ass. Am anere Fall gëtt d’Strahlung duerch d’Maière begrenzt. Dobäi ginn genuch Photonen emittéiert, fir dat gesamt Gas vum Niwwel ze ioniséieren.

Niwwel, déi Regiounen aus ioniséiertem Waasserstoff enthalen, nennt een Emissiounsniwwel. Si bestinn zum gréissten Deel aus engem Plasma, an deem ioniséierte Waasserstoff (Protonen) a fräi Elektronen virkommen. Anescht wéi bei engem „einfache“ Gas kritt de Niwwel duerch d’Plasma charakteristesch Eegeschaften wéi Magnéitfeld, Plasma-Duebelschichten, Synchrotronstrahlung an Plasmainstabilitéiten.

[Änneren] Unzuel a Existenz

Zu eiser Zäit sinn 1.500 planetaresch Niwwel an eiser Galaxis bekannt, déi aus ronn 200 Milliarde Stäre besteht. Wann een déi ganz kuerz Existenz vu Niwwel a Relatioun zum ganze „Stäreliewen“ kuckt, gëtt déi kleng Unzuel verständlech. Et fënnt een se meeschtens ëmt d’Gläiche vun der Mëllechstrooss, mat der gréissten Konzentratioun am Galakteschen Zentrum. Et sinn nëmmen zwee planetaresch Niwwel a Stärekéip bekannt.

Viru kuerzem huet eng systematesch fotografesch Duerchmusterung vum Himmel d’Unzuel vu bekannten planetaresch Niwwel drastesch erhéichtt. Obschonns CCDs de chemesche Film an der modernen Astronomie ersat huet, gouf dobäi e Kodak-Technical-Pan-Film agesat. A Kombinatioun mat engem spezielle Filter fir d’Isolatioun vun den typeschen Waasserstofflinnen, déi an all Planetaresche Niwwele virkommen, konnten och liichtschwaach Objete nogewise ginn.

[Änneren] Gestalt

Am Allgemengen hu planetaresche Niwwel eng symmetresch an ongeféier sphäresch Gestalt. Et existéieren awer och ënnerscheedlech a komplex Formen. Ongeféier 10% sinn staark bipolar ausgepräegt, verschiddener sinn asymmetresch; een Exemplar ass – vun eis aus gesinn – souguer rechteckeg. D’Ursaache vun der Formenvillfalt ass net genee bekannt. Méiglecherweis entstinn d’Formen duerch Gravitatiounswierkungen vu Begleetstäre. Eng aner Méiglechkeet wär, datt masseräich Planéiten de Matièrefloss stéieren, wa sech de Niwwel ausformt. Am Januar 2005 gouf éischtmols e Magnéitfeld ëm déi zentral Stäre vu zwee planetarech Niwwel fonnt.

[Änneren] Aktuelle Fuerschungsgéigestand

Een Haaptproblem bei der Erfuerschung vu planetaresche Niwwel besteet doran, datt een hir Distanz nëmme schwéier bestëmme kann. Bei relativ noe planetareschen Niwwelen ass d’ Distanzbestëmmung mat Hellef vun der Parallax méiglech. Ass d’Distanz bekannt, léisst sech duerch joerlaang Observatiounen d’Expansiounsvitesse vum Niwwel vertikal zu der Observatiounsrichtung bestëmmen. Duerch d’spektroskopesch Ënnersich vum Dopplereffekt erhält een och d’Expansiounsvitesse an Observatiounsrichtung.

D’Erklärungen fir d’extrem Formenvillfalt gëtt zur Zäit kontrovers diskutéiert.

[Änneren] Literatur

• Lubos Kohoutek: Catalogue of galactic planetary nebulae, Abhandlungen aus der Hamburger Sternwarte Nr. 12, Hamburg-Bergedorf 2001
• Sun Kwok: The origin and evolution of planetary nebulae, Cambridge 2000
• Harm Jan Habing: Planetary nebulae - proceedings of the 180th Symposium of the International Astronomical Union, Dordrecht 1997 (Kluwer)
• Grigor A. Gurzadyan: The physics and dynamics of planetary nebulae, Berlin 1997 (Springer)
• Holger Marten: Zeitabhängige Effekte in der Entwicklung Planetarischer Nebel und deren Bedeutung für die Interpretationen von Beobachtungen, Universitätsdissertation, Kiel 1994
• Ralf Napiwotzki: Analyse von Zentralsternen alter planetarischer Nebel und verwandter Objekte, Universitätsdissertation, Kiel 1993