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Friedrich Wilhelm Bessel
(1784-1846)



Alvan Graham Clark
(1832-1897)
Doppelsterne im Sternbild Canis Major, Großer Hund

Sirius, a CMa, AGC 1AB, WDS06451-1643

 
Abbildung 1 : Sirius B im März 2020, 12-Zoll Newton 1500mm Brennweite



Allgemeines


Mit einer Helligkeit von -1,46 Magnituden ist Sirius der hellste Stern am Himmel. Da er in unseren Breiten nur eine Höhe von etwa 24° über dem Horizont erreicht, ist er den Luftturbulenzen besonders ausgesetzt. Dadurch funkelt er in einer klaren Nacht wie ein Diamant. Diese beiden Eigenschaften machen es besonders schwer seinen nur 8,44 Magnituden hellen Begleiter Sirius B zu beobachten. Ein Größenunterschied von 9,9 Magnituden entspricht etwa einem Kontrast von 1: 9000. Das bedeutet, dass Sirius etwa 9000-mal so hell leuchtet wie sein Begleiter.


Entdeckungsgeschichte


Erstmals wurde Sirius B im Jahr 1844 von Friedrich Wilhelm Bessel vorhergesagt. Dieser verglich die Position von Sirius mit Angaben aus älteren Sternkatalogen und stellte eine Abweichung von der zu erwartenden Eigenbewegung in R.A. fest. Aus seinen Untersuchungen schloss er :

"Wenn das System als Doppelstern bekannt ist, so kann die Beobachtung einer Veränderlichkeit der Bewegung eines seiner Bestandtheile nicht überraschen, indem ihr Vorhandensein und ihre Wiederkehr in der Periode der Umlaufsbewegung beider Bestandtheile um einen gemeinschaftlichen Schwerpunkt, nothwendig sind. Wenn sie dagegen an einem einfach erscheinenden Stern bemerkt wird, so führt sie auf die Annahme, dass er der einzige sichtbare Theile eines kleinen Systems ist; auf eine Annahme, deren Statthaftigkeit nur bestritten werden könnte, wenn Grund vorhanden wäre, die Eigenschaft des Leuchtens für eine wesentliche der Masse zu halten. Dass zahllose Sterne sichtbar sind, beweiset offenbar nichts gegen das Dasein zahlloser unsichtbarer." [1]

Bessel ging offenbar von einem unsichtbaren Begleiter aus. Was er darunter verstand, führte er jedoch nicht weiter aus. An diese Stelle sei noch bemerkt, dass die Doppelsternnatur von Sirius bei Beobachtungen von Bessel, Pond Struve, Argelander und Airy im Zeitraum von 1815 bis 1830 unerkannt blieb, obwohl in dieser Zeit der Abstand des Begleiters zwischen 10" und 11" betrug
[1, 2]Das größte Teleskope zu dieser Zeit war Struves 9 ½ -Zoll Fraunhofer Refraktor der Dorpater Sternwarte. Dorpat (heute Tartu) liegt jedoch auf einer Breite von 58°, wodurch Sirius nur eine Horizonthöhe von 16° erreicht und somit die Beobachtung den Luftturbulenzen und der atmosphärischen Dispersion umso stärker ausgesetzt ist. Das größte Teleskop stand also an einem ungünstigen Standort für eine erfolgreiche Sichtung von Sirius B. Es war mit den besten Teleskopen der damaligen Zeit nicht möglich, Sirius B während seiner Apastron-Passage zu beobachten. Sollte also die eigene Sichtung mit einem 6-Zoll oder 8-Zoll Teleskop nicht gelingen, so ist das nicht weiter erstaunlich.

Bereits 1851 wurde eine erste Bahnberechnung von C.A.F. Peters veröffentlicht. Peters ging von einer Umlaufzeit von 50,09 Jahren aus. Die erste visuelle Beobachtung von Sirius B gelang dem Amerikaner Alvan Clark am 31. Januar 1862 mit einem neuen 18 ½ - Zoll Refraktor. Nur wenige Tage später, am 10. Februar konnte der Direktor des Havard College Observatoriums G.P. Bond mit einem 15 -Zoll Refraktor einen Positionswinkel von 85,15° und einen Abstand von 10,37" messen :

"Ich konnte ihn mit unserem 15-Zoll Refraktor wie folgt beobachten: Wenn die Bilder ruhig sind, ist der Begleiter deutlich genug zu sehen, aber diese Momente sind ziemlich selten, da die niedrige Höhe des Sirius ihn fast ständigen atmosphärischen Störungen aussetzt (...)" [5].

Das Observatorium von Bond befindet sich in Cambridge/Massachusetts auf einer Breite von rund 42° Nord, was gegenüber den europäischen Beobachtern einen großen Vorteil bietet.


Umlaufbahn

Die aktuelle Bahnberechnung von H.E. Bond u.a. (BdH2017) geht von einer Umlaufzeit von 50,13 Jahre aus.
Der maximale Abstand wird im Jahr 2023 mit etwa 11,33" erreicht werden, bis Sirius B im Jahr 2044 mit 2,56" seinen Periastron durchlaufen wird [3]. Das Diagramm oben zeigt die Bahn nach Bond, sowie alle im WDS [4] gelisteten Beobachtungen bis Ende 2019. Das Diagramm (Abbildung 2) und die Tabelle 3 wurden mit Hilfe von
B. Workmans Binary Star Orbit Calculator erstellt [6]. Nachfolgende Tabelle gibt den Winkel und die Distanz für die Zeit von 2020-2030 wieder :

Sirius, a CMa, AGC 1AB, WDS06451-1643
Abbildung 2 : Umlaufbahn von Sirius B nach Bond, BdH2017 [3], [6]




Ephemeriden nach BdH2017
Jahr
Winkel / ° Abstand / ''
2020,0
68,1
11,19
2021,0
66,2
11,27
2022,0
64,4
11,32
2023,0
62,5
11,33
2024,0
60,7
11,31
2025,0
58,9
11,26
2026,0
57,0
11,16
2027,0
55,1
11,03
2028,0
53,1
10,86
2029,0
51,1
10,65
2030,0
48,9
10,39
Tabelle 3 : Ephemeriden für Sirius B [3], [6]


Eigene Beobachtungen und Erfahrungen

Bei der fotografischen Beobachtung mit Hilfe einer Astrolumica QHY5L II CMOS Color Kamera wird Sirius B im Primärfokus des 12-Zoll Newtons sofort sichtbar. Die Anwendung eines Filters vereinfacht die Sichtbarkeit. Das Filter dient dabei zur Verrirngerung der atmosphärischen Dispersion. Ob es sich hier um einen einfachen Farbfilter oder um den Baader Fringe Killer Filter handelt, der das Spektrum auf beiden Seiten beschränkt, ist dabei unerheblich. In Abbildung 1 wurden die besten 45/200 Einzelbilder eines kurzen Videos gestacked. Zur Reduzierung der sphärischen Dispersion und zur Unterdrückung des Seeings wurde ein orange Filter eingesetzt. Es erfolgte keine weitere Bildbearbeitung. Abbildung 4 zeigt Sirius B im Februar 2022.


Abbildung 4 : Sirius B im Februar 2022 mit einem 12-Zoll Newton Teleskop
a) ohne Filter b) mit Fringe Killer Filter


Alle Versuche einer visuellen Beobachtung sind bislang jedoch gescheitert. Dies gilt sowohl für die für Beobachtungen mit einem 12-Zoll Newton, als auch für die Beobachtungen mit einem 5-Zoll Refraktor. Der Vorteil des Newtons gegenüber dem Refraktor liegt in der deutlich größeren Öffnung. Der Vorteil des Refraktors gegenüber dem Newton liegt wiederum in der deutlich besseren Bilddefinition. Ohne Filter zeigt sich im 5-Zoll Refraktor das zentrale Beugungsscheibchen umgeben vom roten und blauem Farbsaum. Auch mehrere Beugungsringe sind zu sehen. Des Weiteren treten radial verlaufende Speckelmuster auf, siehe Abbildung 5a :


Abbildung 5 : Sirius mit einem 5-Zoll Refraktor, a) Zeichnung von 2021, b) Aufnahme ohne Filter c) mit Fringe Killer Filter
Der Begleiter Sirius B ist nicht zu sehen.

Für einen Abstand von 11 Bogensekunden sollte für die visuelle Beobachtung eine geringe Vergrößerung bereits ausreichen, jedoch zeigt sich der Begleiter bei keiner der verwendeten Vergrößerungen, weder im Refraktor noch im Netwon Teleskop. Bei der Beobachtung mit dem Refraktor drängt sich zudem die Frage auf, ob es sein kann, dass sich Sirius B in einem der Beugungsringe verbirgt und von diesen überstrahlt wird ? Um diese Frage zu beantworten, muss der Intensitätsverlauf für eine Beugung an einer Kreisblende mit einem Durchmesser von 5-Zoll berechnet werden.

Die Intensitätsverteilung bei einer Beugung an einer kreisförmigen Öffnung wird allgemein durch

I(x) = I0 (2 J1 (x) / x)2

berechnet, wobei :

I0 = Intensität
J1 = Besselfunktion erster Ordnung
x = Abstand


sind [7]. Für ein 5-Zoll Refraktor ergibt sich bei einer Wellenlänge von 550 nm ein Beugungsscheibchen von rund 1,1 Bogensekunden Radius. Die Wellenlänge von 550 mm entspricht der größten spektralen Empfindlichkeit des Auges beim Tagsehen (siehe Anmerkung 1). Im Abstand von 1,1 Bogensekunden liegt somit das erste Intensitätsminimum. Nachfolgende Grafik zeigt den theoretischen Intensitätsverlauf eines 4-Zoll und eines 5-Zoll Refraktors in einem Bereich von 0 bis 15 Bogensekunden. Die Helligkeit von Sirius B ist ebenfalls eingetragen, ISirius B  = 1:9000. Zur besseren Darstellung wurde ein logarithmischer Maßstab für die Intensität gewählt !

Intensitätsverlauf Refraktor
Abbildung 6 : Theoretischer Intensitätsverlauf der Abbildung eines punktförmigen Objektes bei einem 4-Zoll und einem 5-Zoll Refraktor

Wie man schnell erkennt, ist Sirius B heller wie das Beugungsmuster eines 5-Zoll Refraktors aber bei einem 4 Zoll Refraktor ist die Helligkeit identisch mit der des 9. Beugungsringes und fällt ungünstiger Weise mit diesem zusammen. Theoretisch ist es daher nicht mehr möglich, Sirius B mit einem 4-Zoll Refraktor zu beobachten ! Aber wie wir aus dem Bericht von G.P. Bond oben entnehmen können, ist es selbst mit einem größeren Teleskop nicht einfach Sirius B visuell wahrzunehmen, selbst wenn er ein wenig höher am Himmel steht.
 




Anmerkung

(1) Tagsehen : Die Helligkeit von Sirius ist im Okular so hoch, dass die Wahrnehmung ausschließlich über die Zapfen stattfindet. Die Zapfen erlauben sowohl das Farbsehen als auch das Sehen mit einer größeren Schärfe. Daher lässt sich bei der Beobachtung von Sirius auch die atmosphärische Dispersion beobachten. Beim Nachtsehen werden keine Farben mehr wahrgenommen (nachts sind alle Katzen grau). Die maximale spektrale Empfindlichkeit beim Nachtsehen liegt bei 520 nm.




Weitere Informationen :

Der 9 ½ - Zoll Fraunhofer Refraktor im Deutschen Museum in München




Quellennachweis

[1] Bessel, Über die Veränderlichkeit der eigenen Bewegung der Fixsterne, Astronomische Nachrichten Nr. 514+515, 1844
[2] C.A.F. Peters, Über die eigene Bewegung des Sirius, Astronomische Nachrichten Nr. 745, 1851
[3] R.A. Matson, S.J. Williams, W.I Hartkopf & B.D. Mason, Sixth Catalog of Orbits of Visual Binary Stars
[4] The Washington Double Star Catalog, http://ad.usno.navy.mil/wds/
[5] G.P. Bond, On the Companion of Sirius, Director of the Observatory of Havard College, Astronomische Nachrichten Nr. 1353, 1862
[6] Brian Workman, Binary Star Orbit Calculator
[7] Wikipedia, Beugungsscheibchen, https://de.wikipedia.org/wiki/Beugungsscheibchen, abgerufen im Februar 2022




Danksagung

This research has made use of the Washington Double Star Catalog maintained at the U.S. Naval Observatory.