Astronomie: Physikalische Größen

Gehört zu: Astronomie, Physik
Siehe auch: Scheinbare Helligkeit, Entfernungsbestimmung, Zeitmessung

Physikalische Größen / SI-Einheiten

Die französische Akademie der Wissenschaften erhält 1790 von der französischen Nationalversammlung den Auftrag, ein einheitliches System von Maßen und Gewichten zu entwerfen. Sie folgt dabei den Prinzipien, die Grundeinheiten aus naturgegebenen Größen abzuleiten, alle anderen Einheiten darauf zurückzuführen und alle, mit Ausnahme der Zeit, dezimal zu vervielfachen und zu unterteilen. Als Grundeinheiten Meter, Gramm und Sekunde gewählt.

1889 Gründung der Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM)

Aktuell sind als sog. SI-Einheiten sind international definiert:

  1. Meter (m)  – Länge
  2. Kilogramm  (kg) –  Masse
  3. Sekunde (s) –  Zeit
  4. Ampere (A) –  Stromstärke  (1948)
  5. Kelvin (K) –  Temperatur  (1954, 1968)
  6. Mol (mol) –  Stoffmenge  (1971)
  7. Candela (cd)  –  Lichtstärke   (1979)

Zeit: Sekunde

1790:  Erste Definution der Sekunde als 1/86 400ster Teil des mittleren Sonnentages

1967 hat man der Sekunde eine atomphysikalische Definition gegeben: “Die Sekunde ist das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids Cs-133 entsprechenden Strahlung.”

Länge: Meter

1790: Erste Definition des Meters als zehnmillionster Teil des Erdmeridianquadranten

1960 wurde dieses “Urmeter” abgelöst durch eine neue Definition des Meters als Vielfaches der Wellenlänge eines Kyrpton-Lasers zu definieren.
Die Wellenlänge einer elektromagnetischen Strahlung, die vom Kryptonisotop 86Kr ausgestrahlt wird, wurde 1960 als Grundlage für die Definition des Meters gewählt.  Ein Meter wurde als das 1.650.763,73fache der Wellenlänge der vom Nuklid 86Kr beim Übergang vom 5d5 in den 2pl0-Zustand ausgesandten und sich im Vakuum ausbreitenden Strahlung definiert.

1983 hat die  17. Generalkonferenz für Maß und Gewicht das Verhältnis zwischen Lichtgeschwindigkeit und Meterdefinition umgekehrt.
Dabei wurde die Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante definiert zu 299 792 458 m/s und das Meter definiert als “Die Strecke, die Licht im Vakuum während der Zeit von 1/299 792 458 Sekunden zurücklegt.

Masse: Gramm / Kilogramm

1790: Erste Definition des Gramms als Gewicht, später als Masse von 1 cm3 reinem Wasser bei 4 °C und einem Druck von 760 mm Quecksilbersäule

Lichtstärke: Candela

Für die Messung der Himmelshelligkeit ist die Lichtstärke gemessen in Candela interessant. Wobei die SI-Definition besagt:

Eine Lichtquelle hat die Lichtstärke 1 cd, wenn sie monochromatisches Licht der Frequenz 540 x 1012 Hertz (555 nm) aussendet und dabei in einen Raumwinkel von 1 sr (Steradiant) eine Leistung von 1/683 Watt abgibt.

Abgeleitete Einheiten:

  • Lichtstrom  Φv , gemessen in Lumen (lm): Eine Lichtquelle der Lichtstärke 1 cd strahlt in einen Raumwinkel von 1 sr einen Lichtstrom von 1 lm (Lumen) ab. Also lm = cd sr
  • Leuchtdichte  Lv , gemessen in Candela pro Qudratmeter  (cd m-2 oder lm m-2 sr-1)
  • Beleuchtungsstärke E, gemessen in Lux (lx):  Lichtstrom pro m². Also lx = lm m-2

Die Wikipedia gibt für einen “Sternklaren Nachthimmel” eine Leuchtdichte (also Flächenhelligkeit) von   0,001 cd m-2 an. Nach der unten stehenden Umrechnungsformel wären das 20,08 mag/arcsec².

Wobei “mag” für Größenklassen (Magnituden) der klassischen astronomischen Helligkeitsskala steht.

Umrechnungen:

  • 1 cd/m²    =     12,58 mag/arcsec²
  • Allgemein gilt:  Leuchtdichte in  mag/arcsec² =  12,58 –  2,5 * log(LV)    (wobei LV: Leuchtdichte in cd/m²  und log der 10er Logarithmus ist)