Polaris: Der Nordstern

Polaris, auch bekannt als Nordstern, Alpha Ursae Minoris oder Stern von Arcady, ist der hellste Stern im Sternbild Ursa Minor.

Polaris zeichnet sich dadurch aus, dass er derzeit dem Himmelsnordpol am nächsten liegt. Der Pol markiert den wahren Norden, was den Nordstern für die Navigation wichtig macht, da die Höhe des Sterns über dem Horizont genau mit dem Breitengrad des Beobachters übereinstimmt.

Der Nordstern hat den Ruf, hell zu sein, aber er gehört nicht zu den 10 oder gar 40 hellsten Sternen am Nachthimmel. Er ist nur der 48. hellste Stern und verdankt seinen Ruf der Tatsache, dass er der dem Himmelsnordpol am nächsten gelegene relativ helle Stern (zweite Größenordnung) ist.
Polaris ist auch der Stern, der das Ende des Henkels des Kleinen Wagens markiert. Er ist etwa 434 Lichtjahre oder 133 Parsec von der Erde entfernt.

Polaris hat viele verschiedene Namen, darunter Nordstern, Polarstern, Lodestar, Leitstern und Cynosūra, abgeleitet vom griechischen κυνόσουρα für „Hundeschwanz“. In der griechischen Antike wurde Ursa Minor für einen Hund und nicht für einen Bären gehalten.

Die meisten der für Alpha Ursae Minoris (Alpha UMi) verwendeten Namen spiegeln die Rolle des Sterns als Polarstern wider. Der Name Polaris selbst ist eine Ellipse für Stella Polaris, das lateinische Wort für „Polarstern“. Im Lateinischen ist der Stern auch als Stella Maris oder „der Meeresstern“ bekannt. In der mittelalterlichen islamischen Astronomie war Polaris als Mismar bekannt, was „Nadel“ oder „Nagel“, al-kaukab al-shamaliyy oder „der Nordstern“ und al-kutb al-shamaliyy oder „die nördliche Achse (oder Spindel)“

Alpha Ursae Minoris ist leicht vom Pol entfernt, so dass ein Kreis um ihn herum etwa 1,5 Grad breit ist. Infolge der 26.000-jährigen Präzession der Erdachse nähert sich der Himmelspol derzeit dem Polarstern. Sobald er um das Jahr 2105 den Abstand von 14 Bogenminuten erreicht hat, wird sich der Pol wieder von dem Stern entfernen. Schließlich wird ein anderer Stern die Rolle des Navigationsmaßstabs für den geografischen Norden übernehmen.

Ortung

Wie man den Nordstern findet

Da der Kleine Wagen nicht hell genug ist, um von Gebieten aus gesehen zu werden, in denen es zu viel Lichtverschmutzung gibt, ist es am einfachsten, den Nordstern anhand der Sterne des größeren und helleren Großen Wagens im nahen Sternbild Ursa Major zu finden.

Die Sterne Dubhe und Merak in Ursa Major, auch bekannt als die Zeiger, sind der einfachste Weg, Polaris zu finden. Das sind die beiden hellen Sterne, die den äußeren Teil der Schale des Großen Wagens umranden. Eine imaginäre Linie durch diese Sterne führt direkt zum Nordstern. Polaris befindet sich etwa in der fünffachen Entfernung zwischen den Zeigersternen. Er ist der erste helle Stern in dieser Richtung.

Der Große Wagen vollendet alle 23 Stunden und 56 Minuten einen Kreis um den Polarstern, wobei die Zeigersterne immer in Richtung des Nordsterns zeigen.

Die einzigen hellen Sterne in der Nähe, die leicht zu sehen sind, sind Kochab und Pherkad, die ebenfalls Teil des Kleinen Wagens sind. Die beiden Sterne sind als „Wächter des Pols“ bekannt, weil sie wie Wachen um den Nordstern zu marschieren scheinen.

Polaris markiert das Ende des Griffs des Kleinen Wagens oder die Spitze des Schwanzes des Kleinen Bären. Die Sterne des Kleinen Wagens sind relativ lichtschwach und können nur unter guten Bedingungen, d.h. bei klarem Himmel, ohne Lichtverschmutzung und mit wenig oder gar keinem Mondlicht, ohne Fernglas gesehen werden.

Polstern

Polaris liegt fast in einer direkten Linie mit der Rotationsachse der Erde, also fast genau „über“ dem Nordpol. Der Stern ist fast unbeweglich, während alle anderen Sterne am Nordhimmel scheinbar um ihn herum rotieren. Der Nordstern geht nachts weder auf noch unter, sondern bleibt das ganze Jahr über in fast derselben Position über dem nördlichen Horizont, während die anderen Sterne um ihn zu kreisen scheinen. Für Beobachter am Nordpol liegt der Stern direkt über dem Horizont. Für Beobachter in New York steht er 41 Grad über dem Nordhorizont, was dem Breitengrad der Stadt entspricht. Für Beobachter am Äquator befindet sich der Polarstern direkt am Horizont. Je weiter man nach Norden kommt, desto höher steigt der Stern am Himmel und fällt für Beobachter auf der Südhalbkugel unter den Horizont.

Polaris wurde mindestens seit der Spätantike von Seefahrern als Polarstern verwendet. Er ist derzeit 0,7° vom Pol entfernt und umkreist ihn in einem kleinen Kreis mit einem Durchmesser von etwa anderthalb Grad.

Polaris war nicht immer der Nordstern. Um das Jahr 2500 v. Chr. befand sich der Himmelspol in der Nähe von Thuban im Sternbild Draco. Um das Jahr 400 v. Chr. lag der Pol näher bei Kochab, Beta Ursae Minoris, als bei Alpha UMi. Um das Jahr 14.000 herum wird die viel hellere Wega im Sternbild Leier dem Pol am nächsten sein.

Polaris wird sich dem Pol am 24. März 2100 am nächsten nähern, wenn er nur 27,15 Bogenminuten von ihm entfernt ist. Nach dem 21. Jahrhundert wird sich der Himmelspol von Polaris entfernen, und im 41. Jahrhundert wird er sich Gamma Cephei im Sternbild Cepheus nähern.

Im Gegensatz zum Himmelsnordpol hat der Pol auf der Südhalbkugel keinen hellen Stern, der nahe genug ist, um als Polarstern bezeichnet zu werden, und er wird auch in den nächsten 2.000 Jahren keinen haben. Der dem Südpol am nächsten gelegene Stern ist Sigma Octantis im Sternbild Octans. Mit einer visuellen Helligkeit von 5,45 ist er ohne Fernglas kaum zu sehen, was ihn für die Navigation nicht sehr nützlich macht.

Sternsystem

Polaris ist kein einzelner Stern, sondern ein Mehrfachsternsystem. Die Hauptkomponente, Alpha Ursae Minoris Aa, ist ein entwickelter gelber Überriese und gehört zur Spektralklasse F7. Er leuchtet 2.500 Mal heller als die Sonne, ist 4,5 Mal massereicher und hat einen Radius, der 46 Mal so groß ist wie der der Sonne. Der Stern ist als Cepheid-Veränderlicher klassifiziert und zeigt Pulsationen mit einer Periode von etwa vier Tagen.

Polaris A ist ein klassischer Cepheiden-Veränderlicher der Population I. Er ist der hellste Cepheiden-Veränderliche am Himmel. Cepheidenveränderliche sind Sterne, die Astronomen verwenden, um Entfernungen zu Galaxien und Galaxienhaufen zu messen. Die Helligkeit des Nordsterns schwankt in einem Zeitraum von 3,97 Tagen um 0,03 Magnituden. Seine Schwankungen wurden seit 1852 vermutet, aber erst 1911 durch den dänischen Astronomen Ejnar Hertzsprung bestätigt.

Amplitude und Periode der Schwankungen von Polaris A sind seit der Entdeckung nicht gleich geblieben. Vor 1963 betrug die Amplitude mehr als 0,1 Magnitude und nahm langsam ab. Nach 1966 nahm sie recht schnell ab, bis sie 0,05 Magnituden erreichte, und ist seitdem zwar unregelmäßig, aber in der Nähe dieses Bereichs geblieben. Die Periode der Schwankungen nahm bis 1963 mehr oder weniger stetig zu, blieb dann drei Jahre lang konstant und begann dann wieder zuzunehmen. Gegenwärtig zeigen die Messungen eine stetige Zunahme von 3,2 Sekunden pro Jahr.

Alpha Ursae Minoris Aa hat zwei Begleiter. Derjenige, der dem Überriesen näher ist und als Alpha Ursae Minoris Ab bezeichnet wird, ist ein Zwerg, der zur Spektralklasse F7 gehört. Er befindet sich in einer durchschnittlichen Entfernung von 17 Astronomischen Einheiten und hat eine Umlaufzeit von etwa 29,6 Jahren. Der Stern hat eine stark exzentrische Umlaufbahn, die ihn zwischen 27 und 6,7 Astronomischen Einheiten von der Primärkomponente entfernt.

Der weiter vom Überriesen entfernte Stern, Alpha Ursae Minoris B, ist 18 Bogensekunden entfernt. Er ist ein Zwergstern mit der stellaren Klassifikation F3 1.4. Er ist mindestens 2.400 Astronomische Einheiten von Polaris A entfernt und hat eine Umlaufzeit von mindestens 42.000 Jahren. Polaris B wurde im Jahr 1780 von William Herschel entdeckt. Er kann in einem bescheidenen Teleskop gesehen werden.

Polaris hat auch zwei weiter entfernte Begleiter, Alpha UMi C und Alpha UMi D.

Polaris ist der hellste in einem kleinen Halbkreis von Sternen, der als „Verlobungsring“ bekannt ist. Die Sterne liegen in einem Feld, das sechs Grad breit ist.

Der Himmelsnordpol liegt etwa auf halber Strecke zwischen Polaris und Lambda UMi.

Die Doppelsternnatur von Polaris A wurde 1929 nach einer Untersuchung des Spektrums des Sterns bestätigt. Alle drei Komponenten des Sternsystems wurden im Januar 2006 auf Hubble-Aufnahmen entdeckt.

Polaris könnte heute 2,5 Mal heller sein als zu der Zeit, als der griechische Astronom Ptolemäus den Stern beobachtete, so eine aktuelle Studie unter der Leitung von Scott Engle von der Villanova University in Pennsylvania.

Die auf historischen Aufzeichnungen basierende Studie, die im Rahmen einer Postersitzung auf der Tagung der American Astronomical Society in Washington, D.C., vorgestellt wurde, im Januar 2014 vorgestellt wurden, haben ergeben, dass sich der Stern seit Ptolemäus‘ Zeiten von der dritten zur zweiten Größenordnung verändert hat. Engle und sein Team verwendeten historische Messungen des Sterns von Ptolemäus im Jahr 137, dem persischen Astronomen Al Sufi im Jahr 964, dem dänischen Astronomen Tycho Brahe im 16. Jahrhundert und anderen.

Polaris: Alpha Ursae Minoris
Sternbild: Ursa Minor
Entfernung: 325 – 425 Lichtjahre (99 – 129,5 Parsec)
Koordinaten:
Alpha Ursae Minoris A – 02h 31m 49.09s (Rektaszension), +89°15’50.8″ (Deklination)
Alpha Ursae Minoris B – 02h 30m 41.63s (Rektaszension), +89°15’38.1″ (Deklination)
Scheinbare Helligkeit: 1,98v (Alpha Ursae Minoris Aa), 9,2 (Alpha Ursae Minoris Ab), 8,7 (Alpha Ursae Minoris B)
Absolute Helligkeit: -3,6 (Alpha UMi Aa), 3,6 (Alpha UMi Ab), 3,1 (Alpha UMi B)
Spektralklasse: F7Ib (Alpha UMi Aa), F6V (Alpha UMi Ab), F3V (Alpha UMi B)
Variablentyp: Klassischer Cepheid (Alpha UMi Aa)
Masse: 4,5 Sonnenmassen (Alpha UMi Aa), 1,26 (Alpha UMi Ab), 1,39 (Alpha UMi B)
Radius: 46±3 Sonnenradien (Alpha UMi Aa), 1,04 (Alpha UMi Ab), 1,38 (Alpha UMi B)
Leuchtkraft: 2.500 Sonnenleuchtstärken (Alpha UMi Aa), 3 (Alpha UMi Ab), 3,9 (Alpha UMi B)
Temperatur: 6.015 K (Alpha Umi Aa), 6.900 (Alpha UMi B)
Bezeichnungen: Polaris, Alpha Ursae Minoris, Nordstern, 1 Ursae Minoris, Cynosura, Alruccabah, Stern von Arcady. Navigatoria, Yilduz, Mismar, HR 424, BD +88°8, HD 8890, SAO 308, FK5 907, GC 2243, ADS 1477, CCDM 02319+8915, HIP 11767