Emissionsnebel

Um was geht es

Die fünfte Runde im Osterwettbewerb bei ATDS verlangt nach einer Erklärung des Phänomens Emissionsnebel und der Bedeutung für visuelle als auch photografische Beobachter.

Genauer lautet die Frage: Wie entstehen und leuchten Emissionsnebel - und warum können sowohl visuelle als auch fotografische Beobachter von der Art des Leuchtens profitieren?

...dann mal los...

Der Nebel, wie wir ihn kennen, besteht aus Gas (und Staub), welches sich in den Weiten befindet. Wird solches Gas auf einem kleineren Raum konzentriert und angestrahlt, so können wir es auch sehen. Ist keine Lichtquelle (also 'ne Sonne) in der Nähe, so bleiben uns die Gasansammlungen auch i.d.R. verborgen.

Was sind Emissionsnebel?

Unter Emissionsnebel vesteht man Nebel, die selbst Licht (in verschiedenen Wellenlängen) ausstrahlen.

Was sind Reflektionsnebel?

Reflexionsnebel strahlen selbst kein Licht aus, diese reflektieren das Licht von in der Nähe befindlichen Lichtquellen.

Was sind diffuse Nebel?

Unter den diffusen Nebeln versteht man ein Gemisch aus Emissions- und Reflexionsnebel.

Die Ursachen für den Emissionsnebel

Der interstellare Nebel aus Gas leuchtet von sich aus nicht. Damit dieser leuchten kann, muss sich in der Nähe eine (starke) Energiequelle befinden. Diese Lichtquelle sind heiße Sterne (also junge Sterne). Diese Sterne sind O- oder B-Sterne (Spektralklasse). Die ausgesandten Energie (Photonen) dieser Sterne sind so energiereich, das sich die Atomstrukturen des Gases ändern.

Zum einen werden den Atomen der Gase durch Photoionisation Elektronen geklaut. Damit entsteht das (ionisierte) Atom als auch freie Elektronen als (Zwischen-)produkt. Der so angeregte Nebel ist also ein Gemisch aus Ionen und Elektronen. Die Ionen fangen sich aber diese ihnen fehlenden Elektronen bei der sogenannten Rekombination wieder ein. Dabei geben die Elektronen Teile ihre (kinetische) Energie wieder ab, und zwar in Form eines Photon. Damit beginnt also der Nebel zu leuchten. Da die Atome aber nicht direkt an die Ursprungsposition zurückkommen, ist das Atom noch nicht ganz zufrieden. Nach und nach wandert das wieder eingefangene Atom zurück. Bei jedem dieser Schritte wird Energie in Form eines Photon abgegeben.

Ein weiterer Mechanismus, bei dem der Nebel zu leuchten beginnt, ist das Anregen des Atoms durch die Energiequelle, bei dem aber die Elektronen das Atom nicht verlassen, sondern (nur) auf eine höhere Schale gebracht werden. Beim Zurückspringen des Elektrons auf seine Ursprungsposition wird wieder Energie in Form von Photonen abgegeben (s.o.).

Das Farbenspiel im Emissionsnebel

Das Zurückspringen der Elektronen von einer äußeren Schale auf eine weiter innen gelegenen Schale als auch das Rekombinieren sind mit einer bestimmten Energiedifferenz verbunden. Diese Energiedifferenz wird überwunden. Damit ist auch die Energie des so abgegebenen Photon mit einer bestimmten Energie ausgestattet. Es leuchtet also mit einer bestimmten Wellenlänge.

Diese Wellenlänge, also die Energieabgabe, hängt natürlich von dem Atom ab, also von dem Material, dem Gas, dem Element. Häufigstes Element im interstellaren Raum ist natürlich der Wasserstoff.

Einfach ionisierter Wasserstoff (H-II, also ein Atom fehlt) gibt beim Wiedereinfangen des Elektron durch das Atoms Licht mit der Wellenlänge 656nm ab (H-α), also das Gas leuchtet rötlich. Bei H-β wird Licht in der Wellenlänge 486nm abgegeben, also mehr blau-grün und beim H-γ sehen wir das Licht in einem Blauton mit 434nm Wellenlänge.

Andere Elemente (z.B. Helium, Sauerstoff, Stickstoff) haben auch charakteritische Farben beim Rekombinieren. Diese kommen allerdings nicht so häufig vor, so das diese auch nicht dem Wasserstoff das Wasser reichen können. Sauerstoff leuchtet (als berühmtes O-III, zweifach ionisiert) mit 495nm und 500nm, also grünlich. Das Stickstoff (N-II) leuchtet im Rot-Ton mit 658nm.

Diese Negelgebiete können aber noch viel größer sein, als das sichtbare Gebiet. Wir sehen nur den ionisierten Bereich. Da eine Mindestenergie notwendig ist, um das Gas zu ionisieren, kann die Reichweite der genügend großen Energieabstrahlung eines Sterns zum Ionisieren viel kleiner sein als die Ausdehnung des Nebels.

Was haben die Fotografen davon?

Die Aufnahmen mit der Kamera können ein weites Spektrum des sichtbaren Lichts einfangen. Da viele Wellenlängen zum Leuchten beitragen, werden diese Aufnahmen auch farbenfroh sein. Die stärkste Linie, die H-α Linie leuchtet mit rotem Licht. Farbphotos zeigen solche Nebel dann meist mit rotem Touch.

Was haben die Visuellen davon?

Visuell ist mit der H-α Linie nichts anzufangen, da die dunkeladaptierten Augen in dem Bereich sehr unempfindlich sind (nur bei stark strahlenden, flächenhellen Nebeln kann ein Rot-Ton erkannt werden). Visuell ist man auf die H-β und die O-III angewiesen, da diese Wellenlängen vom dunkeladaptierte Auge gut wahrgenommen werden.

Auch können entsprechende (Linien)Filter den Kontrast noch verbessern. Hierbei ist aber zu beachten, das nur gewisse Wellenlängen durchkommen, der Nebel also anders aussehen kann, als ohne solche Filter.

Stand: 31. März 2009