Sirius (auch als Alpha Canis Majoris oder Hundsstern bezeichnet) ist ein Doppelsternsystem. Sirius ist Teil des Sternbildes „Großer Hund“ und der mit Abstand hellste sichtbare Stern am Nachthimmel. Heller sind lediglich die Sonne, der Mond, Venus, Merkur, Jupiter und Mars. Entsprechend ist der Hundsstern schon seit der Antike bekannt.
Grundsätzliche astronomische Daten zu Sirius
Sirius ist circa 8,6 Lichtjahre von der Erde entfernt und somit eines der nächsten Sternensysteme. Dabei bewegt sich Sirius stetig auf das Sonnensystem zu und wird in 64.000 Jahren mit 7,68 Lichtjahren die größte Annäherung erreicht haben. Anschließend wird sich Sirius wieder entfernen.
Bei Sirius handelt sich um ein Doppelsternsystem, welches aus mindestens zwei Komponenten besteht, die als Sirius A und Sirius B bezeichnet werden. Für die Beobachtung und den größten Teil der Erkenntnisse über diese Sterne ist aber vor allem Sirius A relevant (dazu gleich mehr).
Sirius A ist circa 1,7-mal so groß wie die Sonne und wiegt 2,1-mal so viel. Der Stern gilt als besonders metallreich, wobei der genaue Anteil von Metallen nicht festgestellt wurde. Sirius A strahlt 25-mal heller als die Sonne und ist auf seiner Oberfläche circa 10.000 Kelvin heiß – also gut 4.000 Kelvin heißer als die Sonne.
Sirius ist zudem kein Fixstern, sondern bewegt sich kontinuierlich in Richtung Südwesten (von der Erde aus gesehen). Dabei beträgt die Bewegung circa 1,3″ im Jahr, wobei die Bewegung gen Süden deutlich ausgeprägter ist. Die Bewegung des Sterns ist sehr ausgeprägt; es gibt kaum Sterne, die sich so schnell zu bewegen scheinen.
Die Spektrallinien des Lichts sind der Grund, warum Sirius als metallreich gilt: Dabei zeigt sich besonders viel Eisen, wobei aber angenommen werden muss, dass sich dieses vor allem in der äußeren Konvektionszone und eben nicht im Kern befindet. Da Sirius – wie auch die Sonne – Wasserstoff verbrennt, ist seine weitere Entwicklung gut vorherzusehen. Dabei ist der Stern allerdings im Vergleich zur Sonne eher blauweiß leuchtend. Es handelt sich um einen Stern mit dem Spektraltyp A (Sonne: Spektraltyp G).
Das Doppelsternsystem aus Sirius A und Sirius B
Es handelt sich bei Sirius um ein Doppelsternsystem. Sirius As Begleiter ist dabei Sirius B. Während Sirius A ein besonders leuchtstarker Stern ist, der überdies auch relativ groß ist, ist Sirius B ein Weißer Zwerg. Er ist ungefähr so groß wie die Erde, hat circa 98 Prozent der Sonnenmasse, besitzt aber nur 2,7 Prozent der Leuchtkraft der Sonne. Entsprechend wird er von seinem großen Begleiter meist völlig überstrahlt. Entsprechend schwierig war die Entdeckung von Sirius B.
Sirius B bewegt sich mit einer stark elliptischen Bahn um Sirius A. Die Umlaufdauer beträgt dabei knapp über 50 Jahre, wobei sich Sirius B mehr als die hälfte der Zeit so weit von Sirius A entfernt befindet, dass er gut zu beobachten ist.
Ungeachtet dessen, dass sich das gesamte Doppelsternsystem bewegt, wird die Umlaufbahn von Sirius B in der Regel in Relation zu Sirius A als Fixpunkt dargestellt. Der kleinste Abstand von Sirius B zu Sirius A beträgt dabei 8 AE (also circa 1,2 Milliarden Kilometer) und der größte Abstand beträgt 31,5 AE (4,725 Milliarden Kilometer). Die Exzentrität der Umlaufbahn ist entsprechend sehr hoch. Allen Erkenntnissen nach handelt es sich aber um ein sehr stabiles System.
Sirius B ist unterdessen der am nächsten zur Erde liegende Weiße Zwerg und somit auch der am besten beobachtete.
Aufbau der beiden Sterne im Vergleich
Sirius A ist für einen Stern recht gewöhnlich. Er ist zwar besonders hell, aber er ist nicht riesig, nicht besonders klein und sein Verbrennungsprozess zeigt keine Besonderheiten. Er ist mutmaßlich auch nicht weniger oder mehr aktiv als beispielsweise die Sonne.
Sirius B ist als Weißer Zwerg hingegen in mehrfacher Hinsicht erwähnenswert. So ist seine Dichte mit im Mittel 2,38 Tonnen/cm3 sehr hoch. Die Gravitation auf seiner Oberfläche ist in etwa 400.000-mal so hoch wie die auf der Erde. Zudem ist er mit 25.000 Kelvin Oberflächentemperatur mehr als viermal so heiß wie die Sonne. Dennoch ist der Weiße Zwerg sehr leuchtschwach.
Über seinen inneren Aufbau ist bekannt, dass Sirius B ausgebrannt ist und kontinuierlich abkühlen dürfte. Er besteht fast ausschließlich aus einer ionisierten Kohlenstoff-Sauerstoff-Mischung und wird von einer dünnen Hülle ionisierten Wasserstoffs umgeben. Dies bedeutet, dass das Innere ausschließlich aus freien Atomkernen und Ionen besteht – und nicht etwa aus dem, was allgemein als feste oder gasförmige Materie bezeichnet werden kann. Dies ist auch die Erklärung für die hohe Dichte.
Sirius B zeigt in seinen Spektrallinien ausschließlich Wasserstoff. Es ist denkbar, dass es noch andere Elemente gab oder gibt, diese aber aufgrund der hohen Gravitation in den Kern abgesunken sind.
Möglichkeit der Existenz von Sirius C
In den 1920er Jahren wurde wiederholt ein weiterer Begleitstern beobachtet, der dann aber verloren ging. Zudem gibt es Unregelmäßigkeiten in der Bahn von Sirius, was auf einen dritten Begleiter hindeuten könnte. Modellrechnungen ergaben, dass dieser circa 0,06 Sonnenmassen haben müsste und wohl um Sirius A kreisen würde. Er wurde bisher nicht entdeckt und trägt vorerst die Bezeichnung Sirius C.
Entstehungsgeschichte von Sirius
Das Doppelsternsystem entstand vor circa 240 Millionen Jahren, wobei Sirius B ursprünglich viel heller, massereicher und größer als Sirius A gewesen sein soll. Er wird in seinem Anfangsstadium auf fünf Sonnenmassen und die 630-fache Leuchtkraft geschätzt. Hätte der Mensch ihn zu dieser Zeit beobachten können, wäre er ohne Probleme auch schon während der leichtesten Dämmerung sichtbar gewesen.
Allerdings bedeutet eine höhere Masse bei Sternen immer, dass sie ihren Wasserstoff zunehmend schneller verbrennen. Es handelt sich hierbei immer um einen exponenziellen Prozess, der zu einem Aufheizen des Sterns führt. Nach 100 Millionen Jahren war der Wasserstoffvorrat verbraucht und Sirius B wurde zu einem Roten Riesen. Es erfolgte ein Verbrennen und Fusionieren des Heliums zu Kohlenstoff und Sauerstoff und schließlich war auch diese Energiequelle verbraucht. Sonnenwinde entrissen ihm circa vier Fünftel seiner Masse, Sirius B sank in sich zusammen und wurde zum Weißen Zwerg. Seit mehr als 120 Millionen Jahren kühlt er allmählich ab und hat den Zustand der völligen Inaktivität fast erreicht.
Sirius A hat sich seit seiner Entstehung – mit Ausnahme der natürlichen Veränderung, der Sterne unterworfen sind – nicht weit entwickelt. Er hat das Stadium des Roten Riesen noch vor sich.
Beobachtung von Sirius und Entdeckung
Sirius lässt sich besonders gut zur Winterzeit am südlichen Himmel ausmachen. Als deutlich hellster Stern ist er leicht zu erkennen. Im Spätwinter und Frühling ist er zumeist der erste gut sichtbare Stern nach Einbruch der Dämmerung. Mit Teleskopen lässt er sich zuweilen auch tagsüber ausmachen. Gegen Ende August erscheint Sirius dann sogar noch vor dem Sonnenaufgang und leitet die sprichwörtlichen Hundstage ein – also die besonders heißen Tage des Jahres.
Die Sichtbarkeit von Sirius wird sich in den nächsten Jahrtausenden verändern: So wird sich die Grenze immer weiter nach Süden hin verschieben, bis Sirius schließlich „nur noch“ vom Südpol bis zum 52. Breitengrad (Berlin) sichtbar ist. Anschließend kehrt sich dieser Effekt um und Sirius wird das ganze Jahr über in Deutschland zu sehen sein. Diese Wanderung wird aber noch etwas über 5.500 Jahre in Anspruch nehmen. Derzeit ist Sirius vom Südpol bis zum 67. südlichen Breitengrad ganzjährig sichtbar.
Sirius ist schon seit vielen Jahrtausenden bekannt, war aber früher weniger hell, da er weiter entfernt lag. Sirius wird also immer heller. Eine Quelle aus dem Jahre 150 bezeichnet den Stern allerdings als „rot“. Tatsächlich finden sich solche Hinweise mehrfach, weshalb debattiert wird, ob Sirius eventuell seine Farbe (oder vielmehr: die durch seine Strahlung wahrgenommene Farbe) verändert haben könnte. 2000 Jahre scheinen für diesen Effekt allerdings zu kurz zu sein. Es ist indes nicht ausgeschlossen, dass irgendein bisher unbekannter Prozess im Stern dies bewerkstelligt haben könnte.
Während Sirius A schon lange bekannt war, wurde die Existenz eines anderen Objektes (Sirius B) erst 1844 vermutet, da eine Unregelmäßigkeit in der Bewegung durch Friedrich Bessel festgestellt wurde. Masse und Umlaufperiode von Sirius B wurden sieben Jahre später von Christian Peters bestimmt. 1862 entdeckte Alvan Graham Clark dann Sirius B eher zufällig. Zu diesem Zeitpunkt bewegte sich der kleine Begleiter von Sirius A weg, was das Wiederauffinden enorm vereinfachte. Die Bestätigung des Doppelsternsystems erfolgte also somit am 31. Januar 1862.
Die Zukunft des Doppelsternsystems
Nicht nur, dass Sirius sich bewegt. Auch wird Sirius A in einer knappen Milliarde Jahre seine Vorräte verbrannt haben und zum Roten Riesen werden. Anschließend wird auch er zum Weißen Zwerg und wird sich spätestens dann der Beobachtung mit einfachen optischen Mitteln entziehen.
Es wird diskutiert, ob Sirius A aufgrund der weiteren Abkühlung und des weiteren Masseverlustes von Sirius B reicher an Metallen ist (der gemeinsame Schwerpunkt der beiden verlagert sich immer weiter in Richtung Sirius A).
Es ist indes auch nicht ausgeschlossen, dass Sirius A und Sirius B sich im Verlaufe ihrer Entwicklung verlieren werden. Zudem steht auch nicht fest, inwiefern der hypothetisch existente Sirius C an der weiteren Entwicklung der beiden beteiligt ist.
Verlässlich ist allerdings die Aussage, dass Sirius A rein optisch für den Menschen vorerst an Leuchtkraft gewinnen wird. Dies allerdings so graduell, dass es wohl in einem einzigen Menschenleben nicht auffallend ist.
