Perseïden 2017   –   Google Play SterHemel  app  MijnHemel App Store   –   Hemel vannacht   –   Weer   –   Meer vragen over sterren   –   FAQ   –   Gegevens van sterren   –   Astrokalender   –   Hemelkaart   –   Maanfasekalender     Naar de hoofdpagina Contact HemelApps FAQ Google Play App Store YouTube Google agenda Facebook Twitter


Logo hemel.waarnemen.com

Welke kleuren hebben sterren?


Met het blote oog is te zien dat sommige sterren een beetje roodachtig van kleur zijn, terwijl de meeste gewoon wit zijn. Welke kleuren kunnen sterren nog meer hebben?




De kleur van een ster wordt met name bepaald door zijn oppervlaktetemperatuur. 'Koele' sterren zijn roodachtig van kleur, terwijl de allerheetste sterren een blauwige glans hebben. Dit is vergelijkbaar met de kleur van een staaf ijzer die wordt verhit: in het begin wordt het ijzer alleen maar heet, en geeft het geen licht. Maar als je goed kijkt, en er niet teveel licht in de kamer is, zul je zien dat het ijzer een donker-rode gloed krijgt. Als je het ijzer verder gaat verhitten wordt de gloed duidelijker en zal de staaf duidelijk, helder rood licht gaan uitstralen. Nog verder verhitten, en het licht wordt alsmaar fellen, en de kleur verandert van rood naar oranje, geel, en wit. Heet ijzer noemen we roodgloeiend, heel heet ijzer heet witheet. Voor sterren geldt ruwweg hetzelfde.

De straling die van een heet voorwerp (zoals metaal of gas) komt, piekt bij een bepaalde golflengte. Dat wil zeggen, er is weinig straling met extreem korte golflengten en weinig met extreem lange, maar ertussenin wordt een maximum bereikt. We noemen (de geïdealiseerde voorstelling van) zo'n voorwerp een zwarte straler. Een grafiek die de intensiteit van de straling als functie van de golflengte weergeeft (het spectrum) is dus een kromme, die bij lage en hoge golflengtes laag is, en ertussenin hoog. Zo'n grafiek heet een Planck-spectrum. Een voorbeeld vind je in Figuur 1, voor sterren van verschillende temperatuur. Ik moet hier duidelijk bij vermelden dat sterspectra in werkelijkheid behoorlijk afwijken van Planck-spectra. Voor het verhaal over kleuren is dat verschil echter niet erg belangrijk.
Plankse spectra

Figuur 1: Plank-spectra voor sterren met een oppervlaktetemperatuur tussen 4000 en 10000 Kelvin.



De figuur laat ten eerste zien dat de piek (het maximum) van het spectrum voor een heter voorwerp naar kortere golflengte verschuift. De verschuivingswet van Wien zegt dat het maximum in intensiteit ligt bij de golflengte: 0.29cm/T, waarin T de temperatuur in Kelvin is en de golflengte van het maximum in centimeters is uitgedrukt. (Bij voldoende hoge temperaturen valt het verschil tussen Kelvin (K) en graden Celsius (°C) weg). Daarnaast maakt de figuur duidelijk dat een heter gas op iedere golflengte meer licht uitzendt. De lijn voor een heter lichaam ligt in de grafiek immers overal boven de lijn van een koeler lichaam, de lijnen snijden dus niet.

Punt 2) hierboven geeft aan dat een heter voorwerp in totaal meer straling uitzendt. Wanneer je 1) en 2) combineert, vind je dus dat een hetere object veel meer straling van korte golflengte uitstraalt, maar ook (ietsje) meer straling van langere golflengte. In de grafiek is dit duidelijk te zien; in het linker deel is het verschil tussen de lijnen veel groter dan in het rechter deel.

Plankse spectra

Figuur 2: Genormaliseerde Plank-spectra.

Voor sterren (zowel echte als de versimpelde sterren die we hier behandelen) betekent dit dat een hetere ster (veel) meer licht uitzendt dan een koelere ster. Dit volgt uit de hoogte van de lijnen. Voor de kleur van een ster is dat echter niet belangrijk, daarvoor telt alleen de plaats van het maximum van de grafiek. Om die reden toont Figuur 2 dezelfde grafiek nog eens, maar nu zijn de lijnen genormaliseerd, d.w.z. de het maximum van iedere lijn ligt op dezelfde hoogte. Op die manier is duidelijker te zien hoe het maximum van de grafiek naar links verschuift voor sterren met hogere temperatuur.

Uit deze grafiek kunnen we in principe schatten wat de 'totale' kleur is die bij ieder spectrum hoort. De kleur die een voorwerp heeft is immers de optelsom (of het gemiddelde) van alle bijdragen van de verschillende kleuren van het spectrum. Hierbij wil ik nogmaals opmerken dat de 'sterren' die we hier beschouwen versimpelde spectra hebben. Daarnaast introduceren we nu een tweede benadering, namelijk dat de gevoeligheid van ons oog gelijk is voor alle kleuren. Ook dat is niet het geval. Ondanks het feit dat onze uitkomst dus niet exact is, klopt deze echter vrij aardig.

Neem bijvoorbeeld de lijn van 4000K (3730°C). Het meeste licht van zo'n ster wordt uitgezonden in het rood, maar ook van de andere is er een bescheiden bijdrage. Dit betekent dat de ster er roodachtig uit zal zien, maar niet vuurrood. De andere kleuren zorgen ervoor dat de rode kleur een beetje 'uitgesmeerd' wordt, een beetje valer rood. Voorbij ongeveer 770nm is de straling infrarood. De ster straalt dat 'licht' dus wel uit, maar het is voor ons onzichtbaar, en doet dus niet mee in het bepalen van de kleur. Hetzelfde kunnen we stellen voor de sterren met de hoogste temperaturen. In dat geval telt het ultra-violet niet mee, en spelen meer kleuren dan alleen blauw/paars een rol. Deze sterren zullen er dus (vaal)-blauw uitzien. Hetzelde geldt voor sterren met een oppervlaktetemperatuur die hoger is dan 10.000K (9730°C, het verschil tussen K en °C is hier nog slechts 3%).

Plankse spectra

Figuur 3: Plank-spectrum voor 5400K.

Ruwweg geldt dus dat sterren de kleur hebben van de golflengte van het licht waarbij het Planck-spectrum voor hun oppervlaktetemperatuur een maximum bereikt. Zo zien we dus dat koele sterren rood zijn, minder koele sterren oranje, en via geel komen we zo uiteindelijk bij blauw terecht. Een uitzondering hierop vormt groen: er bestaan geen groene sterren! Als we naar Figuur 2 kijken zouden we verwachten dat het maxiumum van de grafiek voor een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 5500K (ongeveer zoals de Zon dus), in het groene deel van het spectrum zou moeten liggen. Dat is in werkkelijkheid ook inderdaad het geval, zie Figuur 3 (voor een temperatuur van 5400K). Vervolgens zouden we ons kunnen baseren op de bewering van hierboven, dat de kleur van zo'n ster groen zou moeten zijn. En dat klopt dus niet.

De reden hiervoor is als volgt. Als we naar Figuur 3 kijken, zien we dat groen ongeveer in het midden van het zichtbare spectrum ligt. Het gevolg is dat het Planck-spectrum wel-is-waar vooral groen licht bevat, maar daarnaast niet alleen bijdragen heeft van de kortere golflengtes (zoals een rode ster) of alleen bijdragen van de langere golflengtes (zoals een blauwe ster). In het geval van deze ster komen de bijdragen van beide kanten. Zo'n beetje alle kleuren van de regenboog (letterlijk) komen dus voor in het licht van een 'groene' ster. En hoe noemen we de kleur die een mix is van alle kleuren van de regenboog? Dat noemen we wit. Sterren die het felst zijn in het groene deel van het spectrum, zijn dus niet groen, maar wit!

Nu is onze serie compleet, al moeten we de preciese temperaturen met een korrel zout nemen. Koele sterren (4000K en minder) zijn roodachtig van kleur. Sterren met een temperatuur van rond de 5000K hebben een oranje-achtige gloed, die naar geel verloopt voor hetere sterren. Rond 6000K zijn de sterren geel/wit van kleur. Sterren heter dan dat, rond 8000K, zijn wit. Hele hete sterren, met een oppervlaktetemperatuur van 10.000K of meer, zijn blauw-wit van kleur.


Hoe goed we de kleur van een ster ook echt kunnen zien, hangt af van de eigenschappen van ons oog. Het blijkt dat op het netvlies van het menselijk oog twee soorten 'detectoren' voorkomen. De zogenaamde kegeltjes zitten ruwweg in het midden van ons blikveld en ze zijn gevoellig voor kleur. Er zijn drie soorten kegeltjes, die welke het meest gevoelig zijn voor rood, groen en blauw licht. Tesamen geven de kegeltjes dus een 'kleurbeeld'. Behalve de kegeltjes, bevat het netvlies ook staafjes. De staafjes zijn ongevoelig voor kleur, dat wil zeggen, ongeveer even gevoelig voor alle kleuren. Dit betekent dat we met de staafjes geen kleuren kunnen onderscheiden (het staafje weet immers niet of het nu een rood of een blauw foton (lichtdeeltje) ziet), maar het voordeel is dat we er zwakker licht mee kunnen detecteren. Als op een kegeltje dat alleen rood kan waarnemen immers een rood, een groen en een blauw foton vallen, zal het alleen het rode foton waarnemen. Als dezelfde drie fotonen op een staafje vallen, worden alledrie de fotonen gedetecteerd. De staafjes zitten vooral meer naar de rand van ons beeldveld op het netvlies.

Het gevolg van de twee soorten 'detectoren' is dat we in het midden van het beeldveld goed kleuren kunnen onderscheiden, terwijl dat meer naar de rand van het beeldveld (de periferie) minder goed gaat. Omgekeerd kunnen we met de periferie beter zwakke objecten waarnemen dan met het centrale deel van ons beeldveld. Om een zwak (hemel)object beter te kunnen zien, moet je dus net naast dat object kijken (perifeer waarnemen). Het gevolg van deze verdeling van staafjes en kegeltjes is dat we zwakke hemelobjecten, zoals de meeste sterren, alleen met de staafjes kunnen zien, en dat het dus moeilijk is om de kleur ervan waar te nemen. Daardoor kunnen we vooral van een aantal heldere sterren zien dat ze duidelijk roodachtig van kleur zijn (Aldebaran, Betelgeuze, Antares), terwijl andere weer duidelijk blauwachtig van kleur zijn (de drie sterren in de 'Gordel van Orion'). Een telescoop versterkt het licht van een ster, zodat we bijvoorbeeld zwakkere sterren die met het blote oog niet zichtbaar zijn, met een telescoop wel kunnen zien. Daarnaast maakt een telescoop sterren die we wel al met het blote oog kunnen zien, helderder. Dit betekent dat we in dat geval sterren eerder met de kegeltjes kunnen waarnemen en dat het door een telescoop (of verrekijker) dus gemakkelijker is om de kleuren van sterren te onderscheiden.





De onderstaande vraag werd oorspronkelijk beantwoord op deze pagina. Omdat er veel overlap is tussen beide vragen, heb ik besloten beide antwoorden op een pagina te zetten. Omdat de vraag hierboven algemener van aard is, is deze als eerste weergegeven. Met het antwoord op de vraag hierboven, is het antwoord op de tweede vraag kort te houden.



Welke kleur hebben sterren met een temperatuur van een miljoen graden?

Onze Zon is een ster met een oppervlaktetemperatuur van 6000°C en is geel. Er zijn sterren met een temperatuur van 10000°C en die zijn wit, en sterren met een temperatuur van 50000°C zijn blauw. Mijn vraag is: zijn er sterren die meer dan een miljoen graden zijn en welke kleur hebben deze dan? En welke kleur krijgt een denkbeeldige ster als de oppervlaktetemperatuur steeds hoger wordt (zeg maar oneindig)?



We kijken hiervoor weer naar Figuur 1. Zoals gezegd, verschuift het maximum van het spectrum naar links (kortere golflengten) wanneer de temperatuur toeneemt. We ook zien dat voor de hoogste temperaturen in de grafiek het grootste deel van de straling buiten het zichtbare licht valt. Voor hele hoge temperaturen ligt de piek in het UV of zelfs in het röntgengebied. De meeste straling kunnen we dan dus niet zien, maar de 'staart' aan de rechterkant van de grafiek loopt door het gebied van zichtbaar licht en een deel van de straling kunnen we dus wel zien. Uit de grafiek zie je ook dat de lijnen voor hogere temperatuur steeds steiler worden. Dit betekent dat er relatief steeds meer blauw licht wordt uitgestraald en het licht dat we zouden kunnen zien zou dus steeds blauwer worden, ook voor temperaturen rond 1 miljoen graden of hoger. Uit Wiens wet volgt dat de piek voor 1 miljoen graden bij 3 nm ligt, en dat zijn (harde) röntgenstralen. Dit stralingsveld zou dus extreem gevaarlijk zijn voor levende wezens. Maar de kleur die we zien is blauw-achtig.


Zie ook:
Welke temperaturen hebben sterren?
Hoe ontstaan, leven en eindigen sterren?
Hoe komt de Zon aan haar energie?
Hoe komen sterrenstelsels aan hun kleur?

Vannacht aan de hemel: Maan, planeten en deepsky-objecten
De 100 helderste sterren
Eigenschappen van sterren naar spectraaltype
Eigenschappen van sterren naar massa
Gegevens van sterrenbeelden
Deepsky-objecten


App Store       Google Play                

Perseïden 2017   –   Google Play SterHemel  app  MijnHemel App Store   –   Hemel vannacht   –   Weer   –   Meer vragen over sterren   –   FAQ   –   Gegevens van sterren   –   Astrokalender   –   Hemelkaart   –   Maanfasekalender     Naar de hoofdpagina Contact HemelApps FAQ Google Play App Store YouTube Google agenda Facebook Twitter


Copyright © 2004–2017   Marc van der Sluys, hemel.waarnemen.com  –  De sterrenhemel voor Nederland en België  —  gewijzigd: 12/08/2017  —  bronvermelding