Was ist Parallaxe?

Astronomen schätzen die Entfernung von nahen Objekten im Weltraum mithilfe einer Methode namens stellare Parallaxe oder trigonometrische Parallaxe. Einfach ausgedrückt messen sie die scheinbare Bewegung eines Sterns vor dem Hintergrund weiter entfernter Sterne, während sich die Erde um die Sonne dreht.



Parallaxe ist der beste Weg, um in der Astronomie Distanz zu gewinnen, sagte Mark Reid, Astronom am Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. Er beschrieb Parallaxe als den Goldstandard für die Messung von Sternentfernungen, da sie keine Physik beinhaltet; eher, es beruht ausschließlich auf der Geometrie .

Laut Edward L. Wright, Professor an der der University of California, Los Angeles.

Es funktioniert so: Halten Sie Ihre Hand aus, schließen Sie Ihr rechtes Auge und legen Sie Ihren ausgestreckten Daumen über einen entfernten Gegenstand. Wechseln Sie nun die Augen, so dass Ihre Linke geschlossen und Ihre Rechte geöffnet ist. Ihr Daumen scheint sich gegenüber dem Hintergrund leicht zu verschieben. Indem Sie diese kleine Änderung messen und den Abstand zwischen Ihren Augen kennen, können Sie den Abstand zu Ihrem Daumen berechnen.

Um die Entfernung eines Sterns zu messen, verwenden Astronomen eine Basislinie von 1 Astronomischen Einheit (AE), dem Durchschnitt Abstand zwischen Erde und Sonne , etwa 93 Millionen Meilen (150 Millionen Kilometer). Sie messen auch kleine Winkel in Bogensekunden, die am Nachthimmel winzige Bruchteile eines Grades sind.

Wenn wir die Basislinie einer AE durch die Tangente einer Bogensekunde teilen, ergibt sie etwa 19,2 Billionen Meilen (30,9 Billionen Kilometer) oder etwa 3,26 Lichtjahre. Diese Distanzeinheit wird Parallaxekunde oder Parsec (pc) genannt. Aber selbst der nächste Stern ist mehr als 1 Parsec von unserer Sonne entfernt. Um die Entfernung zu einem Stern zu bestimmen, müssen Astronomen also Sternverschiebungen um weniger als 1 Bogensekunde messen, was vor der modernen Technik unmöglich war.

Die trigonometrische Parallaxenmethode bestimmt die Entfernung zu einem Stern oder einem anderen Objekt durch Messung seiner leichten Verschiebung der scheinbaren Position von den gegenüberliegenden Enden der Erde aus gesehen

Die trigonometrische Parallax-Methode bestimmt die Entfernung zu einem Stern oder einem anderen Objekt, indem sie ihre leichte Verschiebung der scheinbaren Position misst, wie sie von entgegengesetzten Enden der Erdbahn aus gesehen wird.(Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)

Frühe Maßnahmen

Die erste bekannte astronomische Messung mit Parallaxe soll im Jahr 189 v.

Hipparchos bemerkte, dass es am 14. März dieses Jahres in Hellespont, Türkei, eine totale Sonnenfinsternis gab, während der Mond weiter südlich in Alexandria, Ägypten, nur vier Fünftel der Sonne bedeckte. Da er die Basisentfernung zwischen Hellespont und Alexandria – 9 Breitengrade oder etwa 965 km – zusammen mit der Winkelverschiebung des Mondrandes gegenüber der Sonne (etwa ein Zehntelgrad) kannte, berechnete er die Entfernung zum Mond etwa 350.000 Meilen (563.300 km) entfernt, was fast 50 Prozent zu weit war. Sein Fehler bestand darin, anzunehmen, dass sich der Mond direkt über ihm befände, wodurch er den Winkelunterschied zwischen Hellespont und Alexandria falsch berechnete.

1672 italienischer Astronom Giovanni Cassini und ein Kollege, Jean Richer, machte gleichzeitige Beobachtungen des Mars mit Cassini in Paris und Richer in Französisch-Guayana. Cassini berechnete die Parallaxe, bestimmte die Entfernung von der Erde . Dies ermöglichte eine erste Abschätzung der Dimensionen des Sonnensystems.

Die erste Person, der es gelang, die Entfernung zu einem Stern mit Parallaxe zu messen, war F. W. Bessel , der 1838 den Parallaxenwinkel von 61 Cygni mit 0,28 Bogensekunden maß, was einer Distanz von 3,57 pc entspricht. Der nächste Stern, Proxima Centauri, hat eine Parallaxe von 0,77 Bogensekunden, was einer Entfernung von 1,30 pc entspricht.

Astronomen verwenden eine Technik namens Parallaxe, um die Entfernung zu Sternen am Himmel genau zu messen. Mit der Technik, die die Beobachtung von Zielen von gegenüberliegenden Seiten der Erde erfordert

Astronomen verwenden eine Technik namens Parallaxe, um die Entfernung zu Sternen am Himmel genau zu messen. Mit dieser Technik, die die Beobachtung von Zielen von gegenüberliegenden Seiten der Erdumlaufbahn um die Sonne erfordert, haben Astronomen die Entfernung zum berühmten Sternhaufen 'Sieben Schwestern', den Plejaden, genau bestimmt.(Bildnachweis: Alexandra Angelich, NRAO/AUI/NSF)

Kosmische Distanz

Parallaxe ist eine wichtige Sprosse in der kosmischen Distanzleiter. Durch die Messung der Entfernungen zu einer Reihe naher Sterne konnten Astronomen Beziehungen zwischen der Farbe eines Sterns und seiner intrinsischen Helligkeit herstellen, d. h. der Helligkeit, die er aus einer Standardentfernung zu haben scheint. Diese Sterne werden dann zu Standardkerzen.

Wenn ein Stern zu weit entfernt ist, um seine Parallaxe zu messen, können Astronomen seine Farbe und sein Spektrum an eine der Standardkerzen anpassen und seine intrinsische Helligkeit bestimmen, sagte Reid. Wenn wir dies mit seiner scheinbaren Helligkeit vergleichen, können wir ein gutes Maß für seine Entfernung erhalten, indem wir die 1/ anwenden.R^2 Regel.

Die 1/RDie ^2-Regel besagt, dass die scheinbare Helligkeit einer Lichtquelle proportional zum Quadrat ihrer Entfernung ist. Wenn Sie beispielsweise ein Bild von einem Quadratfuß auf eine Leinwand projizieren und den Projektor dann doppelt so weit wegbewegen, wird das neue Bild 2 Fuß mal 2 Fuß oder 4 Quadratfuß groß sein. Das Licht wird auf eine viermal größere Fläche verteilt und ist nur ein Viertel so hell wie bei halb so großer Entfernung des Projektors. Wenn Sie den Projektor dreimal weiter wegbewegen, bedeckt das Licht 9 Quadratfuß und erscheint nur zu einem Neuntel so hell.

Wenn ein auf diese Weise gemessener Stern Teil eines entfernten Sternhaufens ist, können wir davon ausgehen, dass alle diese Sterne die gleiche Entfernung haben, und wir können sie der Bibliothek der Standardkerzen hinzufügen.

Schießen für Genauigkeit

1989 startete die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ein umlaufendes Teleskop namens Hipparcos (benannt nach Hipparchos). Sein Hauptzweck bestand darin, Sternentfernungen mit Parallaxe mit einer Genauigkeit von 2-4 Millibogensekunden (mas) oder Tausendstel einer Bogensekunde zu messen. Laut ihrer Website hat der ESA-Satellit Hipparcos mehr als 100.000 Sterne geortet, 200-mal genauer als je zuvor. Ihre Ergebnisse sind in einem online durchsuchbarer Katalog .

Die Nachfolgemission der ESA zu Hipparcos ist Gaia, die 2013 in die Erdumlaufbahn gestartet wurde. ESA beschreibt es als ehrgeizige Mission, eine dreidimensionale Karte unserer Galaxie, der Milchstraße, zu erstellen und dabei die Zusammensetzung, Entstehung und Entwicklung der Galaxie aufzudecken. Der Satellit hat bereits Entfernungen von 1 Milliarde Sterne, etwa 1 Prozent aller Sterne der Milchstraße, erreicht und spektakuläre 3D-Karten erstellt. [Verwandt: Struktur der Milchstraße in beispiellosen Details abgebildet]

Ein Stereoskop verwendet zwei Fotos, die aus leicht unterschiedlichen Winkeln aufgenommen wurden. Durch die Linsen betrachtet verschmelzen die Fotos zu einem 3D-Bild.

Ein Stereoskop verwendet zwei Fotos, die aus leicht unterschiedlichen Winkeln aufgenommen wurden. Durch die Linsen betrachtet verschmelzen die Fotos zu einem 3D-Bild.(Bildnachweis: prophoto14 / Shutterstock)

3D-Bildgebung

Eine weitere Anwendung der Parallaxe ist die Wiedergabe und Darstellung von 3D-Bildern. Der Schlüssel besteht darin, 2D-Bilder des Motivs aus zwei leicht unterschiedlichen Winkeln aufzunehmen. ähnlich dem menschlichen Auge , und präsentieren Sie sie so, dass jedes Auge nur eines der beiden Bilder sieht.

Zum Beispiel ein Stereoptikon oder Stereoskop, was im 19. Jahrhundert ein beliebtes Gerät war , verwendet Parallaxe, um Fotos in 3D anzuzeigen. Zwei nebeneinander montierte Bilder werden durch einen Linsensatz betrachtet. Jedes Bild wird aus einem etwas anderen Blickwinkel aufgenommen, der genau dem Augenabstand entspricht. Das linke Bild stellt dar, was das linke Auge sehen würde, und das rechte Bild zeigt, was das rechte Auge sehen würde. Durch einen speziellen Viewer verschmelzen die 2D-Bilder zu einem einzigen 3D-Foto. Das moderne View-Master-Spielzeug verwendet das gleiche Prinzip. [ Video: Brian May von Queen stellt das erste stereoskopische Pluto-Bild zusammen ]

Eine andere Methode zum Aufnehmen und Anzeigen von 3D-Bildern, Anaglyphe 3D , trennt Bilder, indem sie sie durch Farbfilter fotografiert. Die Bilder werden dann mit speziellen farbigen Brillen betrachtet. Eine Linse ist normalerweise rot und die andere cyan (blau-grün). Dieser Effekt funktioniert bei Filmen und gedruckten Bildern, aber die meisten oder alle Farbinformationen der Originalszene gehen verloren.

Einige Filme erzielen mit polarisiertem Licht einen 3D-Effekt. Die beiden Bilder werden in orthogonalen Richtungen oder im rechten Winkel zueinander polarisiert, typischerweise in einem X-Muster, und zusammen auf den Bildschirm projiziert. Die spezielle 3D-Brille, die von den Zuschauern getragen wird, blockiert für jedes Auge eines der beiden überlagerten Bilder.

Die meisten heutigen 3D-Fernseher verwenden ein aktives Shutter-Schema, um Bilder für jedes Auge anzuzeigen, die mit 240 Hz abwechseln. Spezielle Brillen werden mit dem Fernseher synchronisiert, sodass sie abwechselnd das linke und rechte Bild für jedes Auge blockieren.

Virtual-Reality-Gaming-Headsets, wie z Augenriss und der HTC Vive , erzeugen virtuelle 3D-Umgebungen, indem ein Bild aus einem anderen Blickwinkel auf jedes Auge projiziert wird, um einen Parallaxeneffekt zu simulieren.

Auch in Wissenschaft und Medizin gibt es viele Einsatzmöglichkeiten für 3D-Bildgebung. Zum Beispiel, CT-Scans – das sind echte 3D-Bilder von Regionen im Körper, nicht nur zwei 2D-Projektionen – können angezeigt werden, sodass jedes Auge das Bild aus einem etwas anderen Winkel sieht, um einen Parallaxeneffekt zu erzeugen. Das Bild kann dann während der Betrachtung gedreht und geneigt werden. Wissenschaftler können 3D-Bilder auch verwenden, um Moleküle, Viren, Kristalle, Dünnfilmoberflächen, Nanostrukturen und andere Objekte zu visualisieren, die mit optischen Mikroskopen nicht direkt gesehen werden können, weil sie zu klein sind oder in undurchsichtige Materialien eingebettet sind.

Zusätzliche Ressourcen:

Dieser Artikel wurde am 12. Dezember 2018 von guesswhozoo.com-Mitarbeiter Adam Mann aktualisiert.