Abitur Sachsen Physik 2025 · GK · Sonnenspektrum

2 Material

Material 1: Emissionsspektren einer Na- und einer Hg-Dampflampe

Material 2: Zweiteiliger Versuch mit einer Na-Dampflampe

Im Versuchsteil 1 werden zwei Schirme, vor denen jeweils ein Gasbrenner steht, mit dem Licht einer Na-Dampflampe bzw. einer Hg-Dampflampe beleuchtet (Abb. 2). Im Versuchsteil 2 wird in die von der Na-Dampflampe beleuchteten Flamme Kochsalz (NaCl) eingebracht. Dadurch entsteht in der Flamme ein hell gelb aufleuchtender Bereich, der auf dem Schirm einen Schatten wirft (Abb. 3).

Material 3: Sonnenspektrum mit Fraunhofer'schen Linien

Fraunhofer entdeckte mehr als 500 dunkle Linien im Spektrum des Lichts unserer Sonne, von denen einige in Abb. 4 dargestellt sind, und bezeichnete sie mit Buchstaben. Die Sonne ist aus mehreren gasförmigen Schichten aufgebaut. Das Sonnenlicht entsteht in der sogenannten Fotosphäre. Auf ihrem Weg zur Erde muss das Licht die weiter außen liegende und kühlere Chromosphäre durchqueren.

Material 4: Beobachtungen von Fraunhofer

„Das Farbenbild des roten Sternes Beteigeuze ist voll von Linien und Streifen, die sich jedoch ganz anders zu gruppieren scheinen als die von Sonnenlicht¹.“ (März 1819)

Auch im Spektrum des Sterns Sirius fand Fraunhofer eine ganz andere Anordnung der Linien als im Sonnenlicht.

„Ich sah heute im Farbenbild vom Lichte des Mondes [...] all die Linien und Streifen, die im Spectrum von Sonnenlicht gesehen werden. Ich erkannte die Linien D, E, b, F, G und selbst H noch schwach, auch einen großen Theil der zwischen diesen Räumen liegenden schwächeren Linien. Man erkennt schon im ersten Augenblick, daß alle Linien sich eben so wie im Sonnenlicht gruppieren.“ (April 1819)

Weiterhin stellte Fraunhofer fest, dass auch die Linien im Licht von Planeten des Sonnensystems eine hohe Übereinstimmung mit den Linien im Sonnenspektrum aufweisen.

¹ Gemeint ist das Licht unserer Sonne.

Die Rechtschreibung der Zitate folgt der Originalquelle.

1 In Natrium-Dampflampen (Na-Dampflampen) werden Natriumatome angeregt und geben Energie in Form von intensivem gelbem Licht wieder ab. Die vier niedrigsten Energiezustände von Natriumatomen liegen bei: $-5{,}1\text{ eV}$; $-3{,}0\text{ eV}$; $-1{,}9\text{ eV}$; $-1{,}4\text{ eV}$.

a

Stellen Sie die angegebenen Energiewerte in einem maßstabsgerechten Energieniveauschema dar.

b

Untersuchen Sie, welcher Übergang im Energieniveauschema die intensive Emissionslinie im Natrium-Spektrum in Material 1 erzeugt, und zeichnen Sie diesen Übergang als Pfeil in das Energieniveauschema ein.

2 Material

Material 1: Emissionsspektren einer Na- und einer Hg-Dampflampe

Material 2: Zweiteiliger Versuch mit einer Na-Dampflampe

Im Versuchsteil 1 werden zwei Schirme, vor denen jeweils ein Gasbrenner steht, mit dem Licht einer Na-Dampflampe bzw. einer Hg-Dampflampe beleuchtet (Abb. 2). Im Versuchsteil 2 wird in die von der Na-Dampflampe beleuchteten Flamme Kochsalz (NaCl) eingebracht. Dadurch entsteht in der Flamme ein hell gelb aufleuchtender Bereich, der auf dem Schirm einen Schatten wirft (Abb. 3).

Material 3: Sonnenspektrum mit Fraunhofer'schen Linien

Fraunhofer entdeckte mehr als 500 dunkle Linien im Spektrum des Lichts unserer Sonne, von denen einige in Abb. 4 dargestellt sind, und bezeichnete sie mit Buchstaben. Die Sonne ist aus mehreren gasförmigen Schichten aufgebaut. Das Sonnenlicht entsteht in der sogenannten Fotosphäre. Auf ihrem Weg zur Erde muss das Licht die weiter außen liegende und kühlere Chromosphäre durchqueren.

Material 4: Beobachtungen von Fraunhofer

„Das Farbenbild des roten Sternes Beteigeuze ist voll von Linien und Streifen, die sich jedoch ganz anders zu gruppieren scheinen als die von Sonnenlicht¹.“ (März 1819)

Auch im Spektrum des Sterns Sirius fand Fraunhofer eine ganz andere Anordnung der Linien als im Sonnenlicht.

„Ich sah heute im Farbenbild vom Lichte des Mondes [...] all die Linien und Streifen, die im Spectrum von Sonnenlicht gesehen werden. Ich erkannte die Linien D, E, b, F, G und selbst H noch schwach, auch einen großen Theil der zwischen diesen Räumen liegenden schwächeren Linien. Man erkennt schon im ersten Augenblick, daß alle Linien sich eben so wie im Sonnenlicht gruppieren.“ (April 1819)

Weiterhin stellte Fraunhofer fest, dass auch die Linien im Licht von Planeten des Sonnensystems eine hohe Übereinstimmung mit den Linien im Sonnenspektrum aufweisen.

¹ Gemeint ist das Licht unserer Sonne.

Die Rechtschreibung der Zitate folgt der Originalquelle.

2 In Material 2 wird ein zweiteiliger Versuch mit einer Na-Dampflampe beschrieben.

a

Erklären Sie die Schattenbildung mithilfe des Emissionsspektrums der Na-Dampflampe in Material 1.

b

Begründen Sie anhand von Material 1, dass auf dem Schirm kein Schatten sichtbar wird, wenn Kochsalz in die von der Hg-Dampflampe beleuchtete Gasbrennerflamme eingebracht wird.

2 Material

Material 1: Emissionsspektren einer Na- und einer Hg-Dampflampe

Material 2: Zweiteiliger Versuch mit einer Na-Dampflampe

Im Versuchsteil 1 werden zwei Schirme, vor denen jeweils ein Gasbrenner steht, mit dem Licht einer Na-Dampflampe bzw. einer Hg-Dampflampe beleuchtet (Abb. 2). Im Versuchsteil 2 wird in die von der Na-Dampflampe beleuchteten Flamme Kochsalz (NaCl) eingebracht. Dadurch entsteht in der Flamme ein hell gelb aufleuchtender Bereich, der auf dem Schirm einen Schatten wirft (Abb. 3).

Material 3: Sonnenspektrum mit Fraunhofer'schen Linien

Fraunhofer entdeckte mehr als 500 dunkle Linien im Spektrum des Lichts unserer Sonne, von denen einige in Abb. 4 dargestellt sind, und bezeichnete sie mit Buchstaben. Die Sonne ist aus mehreren gasförmigen Schichten aufgebaut. Das Sonnenlicht entsteht in der sogenannten Fotosphäre. Auf ihrem Weg zur Erde muss das Licht die weiter außen liegende und kühlere Chromosphäre durchqueren.

Material 4: Beobachtungen von Fraunhofer

„Das Farbenbild des roten Sternes Beteigeuze ist voll von Linien und Streifen, die sich jedoch ganz anders zu gruppieren scheinen als die von Sonnenlicht¹.“ (März 1819)

Auch im Spektrum des Sterns Sirius fand Fraunhofer eine ganz andere Anordnung der Linien als im Sonnenlicht.

„Ich sah heute im Farbenbild vom Lichte des Mondes [...] all die Linien und Streifen, die im Spectrum von Sonnenlicht gesehen werden. Ich erkannte die Linien D, E, b, F, G und selbst H noch schwach, auch einen großen Theil der zwischen diesen Räumen liegenden schwächeren Linien. Man erkennt schon im ersten Augenblick, daß alle Linien sich eben so wie im Sonnenlicht gruppieren.“ (April 1819)

Weiterhin stellte Fraunhofer fest, dass auch die Linien im Licht von Planeten des Sonnensystems eine hohe Übereinstimmung mit den Linien im Sonnenspektrum aufweisen.

¹ Gemeint ist das Licht unserer Sonne.

Die Rechtschreibung der Zitate folgt der Originalquelle.

a)

Erklären Sie ohne Rechnung die Entstehung der Fraunhofer'schen Linien im Spektrum des Lichts unserer Sonne (M 3) unter Nutzung der Erkenntnisse aus dem in Material 2 dargestellten Versuch.

b)

Stellen Sie ausgehend vom Auftreten der mit D bezeichneten Linie in Material 3 mithilfe von Material 1 eine Hypothese über die chemische Zusammensetzung der Chromosphäre auf.

c)

Erklären Sie die in Material 4 beschriebenen Beobachtungen von Fraunhofer.

d)

Beurteilen Sie unter Bezug auf die in Material 4 beschriebenen Beobachtungen von Fraunhofer die Relevanz der Spektralanalyse für die Erforschung des Weltalls.

e)

Durch die Analyse des Lichts von weit entfernten Sternen, das die Atmosphäre eines Planeten durchquert hat, lassen sich Rückschlüsse ziehen, welche Moleküle sich in seiner Atmosphäre befinden. So könnte man Moleküle finden, die vermuten lassen, dass es auf dem Planeten Leben gibt.

Erörtern Sie, was es für die Menschheit bedeuten könnte, wenn auf einem fremden Planeten solche Moleküle nachgewiesen werden.