Van november tot en met maart is het sterrenbeeld Orion in de avond goed zichtbaar. Kijk naar het zuiden en je kunt Orion niet missen. Orion lijkt op een zandloper, met linksboven de heldere ster Betelgeuze en rechtsonder de ster Rigel. Zie figuur 1.
Als je Orion met het blote oog bekijkt kan je zien dat Rigel en Betelgeuze er anders uitzien dan de meeste sterren. Betelgeuze ziet er een stuk roder uit, terwijl Rigel er een stuk blauwer uit ziet.
a) Mocht het op het moment van lezen winter zijn, ga dan in de avond naar buiten en probeer het verschil in kleur tussen Rigel en Betelgeuze zelf waar te nemen!
-
Wat is de oorzaak van die verschillen in kleur eigenlijk? Op 31 oktober 2024 stond hierover een artikel in de NRC. In het artikel staat: “De kleur van een ster hangt af van zijn oppervlaktetemperatuur. ‘Koelere’ sterren, met een temperatuur tussen de 2.000 en 3.700°C, zijn oranje of rood. Hetere sterren, tot zo’n 50.000°C, zijn blauw”.
b) Bereken de golflengte van het licht dat met de grootste stralingsintensiteit uitgezonden wordt door een ster met een oppervlaktetemperatuur van 2000°C. Geef je antwoord in 2 significante cijfers.
Wet van Wien: $\lambda_{\mathrm{max}}\cdot T=k_w\rightarrow\lambda_{\mathrm{max}}=\frac{k_w}{T}=\frac{2,898\cdot 10^{-3}}{2000+273}=1,3\cdot 10^{-6}~\mathrm{m}$
c) Zoek in BiNaS op wat voor soort straling dit is.
Dit is infraroodstraling.
Als een ster een oppervlaktetemperatuur van 2000°C zou hebben, zou het spectrum eruit zien zoals het spectrum in figuur 2.
d) Geef op de horizontale as de grenzen van zichtbaar licht aan.
e) Verklaar met behulp van figuur 2 dat deze ster door ons als rood waargenomen wordt.
Je ziet in de figuur in het antwoord van de vorige vraag dat de ster heel weinig licht met een kleine golflengte (blauw) uitzendt, en veel meer licht met een grote golflengte (rood). Maar het grootste deel van het spectrum, inclusief de piek, valt bij nog grotere golflengten (infrarood). Doordat de intensiteit van het rode licht zoveel groter is, zal ons oog het licht als roodachtig waarnemen.
f) Bereken de golflengte van het licht dat met de grootste stralingsintensiteit uitgezonden wordt door een ster met een oppervlaktetemperatuur van 50.000°C. Geef je antwoord in 2 significante cijfers.
Wet van Wien: $\lambda_{\mathrm{max}}\cdot T=k_w\rightarrow\lambda_{\mathrm{max}}=\frac{k_w}{T}=\frac{2,898\cdot 10^{-3}}{50000+273}=5,8\cdot 10^{-8}~\mathrm{m}$
g) Wat voor soort straling is dit?
Dit is ultraviolet licht (UV-straling).
h) Leg uit waarom een ster met een oppervlaktetemperatuur van 50.000°C als blauw waargenomen wordt.
De ster zendt dus voornamelijk UV-straling uit. In het zichtbare deel van het spectrum is de intensiteit van het blauwe licht veel hoger dan de intensiteit van het rode licht. Hierdoor neemt ons oog het licht als blauw waar.
i) Wat kan je dus concluderen over de oppervlaktetemperaturen van Betelgeuze en Rigel?
Blijkbaar is Betelgeuze roder en dus een stuk kouder dan Rigel. In het artikel staat dat Betelgeuze zo’n 3.000°C is, terwijl Rigel volgens Wikipedia een oppervlaktetemperatuur van 11.000 K heeft.
In het artikel staat dat een ster met een temperatuur rond de 5.500°C, zoals onze zon, wit is.
j) Voer de volgende opdrachten uit:
- Zoek het spectrum van de zon op.
- Wat bedoelen we met wit licht?
Bijvoorbeeld Binas tabel 22, en dan de lijn bij 5700 K. Of via internet:
Bron: Wikipedia
In de figuur zie je dat de zon het hele zichtbare spectrum uitzendt, en dat de intensiteit van de verschillende golflengtes in het zichtbare spectrum niet veel uit elkaar loopt. Ons oog neemt deze combinatie van golflengtes waar als wit licht. Wit licht is dus een combinatie van golflengtes. Als alle golflengten in gelijke mate vertegenwoordigd zijn ervaren wij dat als ‘wit’.
Verstrooiing
Hoewel het licht van de zon dus wit is, lijkt de zon voor ons vaak gelig. Hoe komt dat dan? De auteur van het artikel schrijft: “Dat komt door deeltjes in de atmosfeer, die bepaalde kleuren (golflengten) effectiever verstrooien dan andere”. Het blijkt dat de mate van verstrooiing afhankelijk is van de golflengte. De mate van verstrooiing is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte.
k) Leg uit dat blauw licht sterker verstrooid wordt dan rood licht.
Er is een omgekeerd evenredig verband met de vierde macht van de golflengte. Hoe kleiner de golflengte, hoe sterker het licht verstrooid wordt. Blauw licht heeft een kleinere golflengte dan rood licht en wordt dus sterker verstrooid.
l) Leg uit waarom het licht van de zon een beetje gelig lijkt te zijn.
Bij vraag j heb je gezien dat de zon alle kleuren licht uitzendt, met een vergelijkbare intensiteit. Het licht van de zon gaat echter door de atmosfeer voordat het door onze ogen waargenomen wordt. In de atmosfeer wordt vooral het blauwe licht verstrooid, waardoor dit met een lagere intensiteit in onze ogen terecht komt. Doordat het waargenomen zonlicht minder blauw bevat, zal het voor ons oog een beetje gelig eruitzien.
Het begrip verstrooiing verklaart ook andere kleuren die wij aan de hemel kunnen zien.
m) Leg uit waarom de hemel blauw is.
Als je naar de hemel kijkt in andere richtingen dan die van de zon, zie je zonlicht dat verstrooid wordt door deeltjes in de atmosfeer. Dit is schematisch weergegeven in onderstaande figuur.
Aangezien blauw licht in sterkere mate verstrooid wordt dan rood licht, zal het ontvangen licht uit andere richtingen er blauw uitzien.
n) Leg uit waarom het zonlicht roder is aan het einde van de dag.
Aan het einde van de dag staat de zon lager en legt het zonlicht een grotere afstand door de atmosfeer af voordat het in jouw oog terechtkomt. Dit is schematisch afgebeeld in onderstaande figuur.
Doordat het licht een grotere afstand door de atmosfeer aflegt, wordt er nog meer blauw licht verstrooid. Wat er overblijft bevat juist minder blauw. Hierdoor nemen wij het licht vanuit de richting van de zon steeds roder waar.
