rzut oka na nocne niebo nad ziemią pokazuje, że niektóre gwiazdy są znacznie jaśniejsze niż inne. Jednak jasność gwiazdy zależy od jej składu i odległości od planety.
astronomowie definiują jasność gwiazdy w kategoriach jasności pozornej — jasności gwiazdy od Ziemi — oraz jasności absolutnej — jasności gwiazdy w standardowej odległości 32,6 lat świetlnych, czyli 10 parseków. (Rok świetlny to odległość światła podróżuje w ciągu jednego roku-około 6 bilionów mil lub 10 bilionów kilometrów.,) Astronomowie mierzą także jasność-ilość energii (światła), jaką gwiazda emituje ze swojej powierzchni.
pomiar jasności gwiazd to starożytny pomysł, ale dziś astronomowie używają bardziej precyzyjnych narzędzi, aby uzyskać obliczenia.
od czasów greckich do czasów współczesnych
ponad 2000 lat temu Grecki astronom Hipparchus był pierwszym, który sporządził katalog gwiazd według ich jasności, według Dave ' a Rothsteina, który uczestniczył w programie Cornell University.strona internetowa „zapytaj astronoma” z 2003 roku.,
„zasadniczo spojrzał na gwiazdy na niebie i sklasyfikował je według ich jasności — najjaśniejsze gwiazdy to 'magnitude 1′, następne najjaśniejsze to 'magnitude 2′ itd., aż do 'magnitude 6′, które były najsłabszymi gwiazdami, jakie widział ” – napisał Rothstein.
ludzkie oczy nie są jednak zbyt wnikliwe. Duże różnice w jasności faktycznie wydają się znacznie mniejsze przy użyciu tej skali, Rothstein powiedział., Światłoczułe urządzenia CCD (charged-coupled devices) wewnątrz aparatów cyfrowych mierzą ilość światła pochodzącego z gwiazd i mogą zapewnić dokładniejszą definicję jasności.
korzystając z tej skali, astronomowie definiują różnicę pięciu magnitud jako stosunek jasności 100. Vega została użyta jako gwiazda odniesienia dla skali. Początkowo miała wielkość 0, ale dokładniejsze oprzyrządowanie zmieniło się na 0,3.
jasność pozorna vs absolutna
biorąc Ziemię jako punkt odniesienia, skala jasności nie uwzględnia rzeczywistych różnic jasności między gwiazdami . Jasność pozorna lub wielkość pozorna zależy od położenia obserwatora., Różni obserwatorzy wymyślą inny pomiar, w zależności od ich położenia i odległości od Gwiazdy. Gwiazdy, które są bliżej Ziemi, ale słabsze, mogą wydawać się jaśniejsze niż znacznie jaśniejsze, które są daleko.
„to 'prawdziwa' jasność — z uwzględnieniem zależności od odległości — jest najbardziej interesująca dla nas jako astronomów” – stwierdził kurs astronomii online z University of Tennessee.,
„dlatego warto ustanowić konwencję, w której możemy porównać dwie gwiazdy na tej samej podstawie, bez różnic w jasności z powodu różnych odległości komplikujących problem.”
rozwiązaniem było wdrożenie absolutnej skali jasności, aby zapewnić odniesienie między gwiazdami. Aby to zrobić, astronomowie obliczają jasność gwiazd taką, jaka wyglądałaby, gdyby znajdowała się ona w odległości 32,6 lat świetlnych, czyli 10 parseków od Ziemi.
inną miarą jasności jest jasność, czyli moc Gwiazdy — ilość energii (światła), którą gwiazda emituje ze swojej powierzchni., Jest on zwykle wyrażany w watach i mierzony pod względem jasności Słońca. Na przykład jasność Słońca wynosi 400 bilionów bilionów watów. Jedna z najbliższych Ziemi gwiazd, Alfa Centauri A, jest około 1,3 razy jaśniejsza od słońca.
aby obliczyć jasność na podstawie jasności absolutnej, należy obliczyć, że różnica 5 w skali jasności absolutnej jest równa współczynnikowi 100 w skali jasności — na przykład gwiazda o jasności absolutnej 1 jest 100 razy jaśniejsza niż gwiazda o jasności absolutnej 6.,
ograniczenia jasności absolutnej
podczas gdy skala jasności absolutnej jest najlepszym wysiłkiem astronomów, aby porównać jasność gwiazd, istnieje kilka głównych ograniczeń, które mają związek z instrumentami używanymi do jej pomiaru.
Po pierwsze, astronomowie muszą określić, jakiej długości fali światła używają do wykonania pomiaru. Gwiazdy mogą emitować promieniowanie w postaci od wysokoenergetycznych promieni rentgenowskich po niskoenergetyczne promieniowanie podczerwone. W zależności od typu gwiazdy mogą być jasne w niektórych z tych długości fal, a ciemniejsze w innych.,
aby rozwiązać ten problem, naukowcy muszą określić, jakiej długości fali używają do dokonywania pomiarów absolutnej wielkości.
kolejnym kluczowym ograniczeniem jest czułość przyrządu użytego do wykonania pomiaru. Ogólnie rzecz biorąc, wraz z rozwojem komputerów, a technologia zwierciadła teleskopu poprawiła się na przestrzeni lat, pomiary wykonane w ostatnich latach mają większą wagę wśród naukowców niż te, które zostały wykonane dawno temu.
paradoksalnie najjaśniejsze gwiazdy należą do najmniej przebadanych przez astronomów, ale ostatnio podjęto przynajmniej jedną próbę skatalogowania ich jasności., Konstelacja satelitów o nazwie BRITE (BRight Target Explorer) będzie mierzyć zmienność jasności między gwiazdami. Uczestnikami projektu six-satellite są Austria, Kanada i Polska. Pierwsze dwa satelity wystrzelone pomyślnie w 2013 roku.
Gwiazdy zmienne
chociaż wiele gwiazd ma stałą jasność, istnieje ponad 100 000 znanych i skatalogowanych gwiazd zmiennych. (Nawet nasze własne słońce jest zmienne, zmieniając swoją energię o około 0,1 procent, czyli jedną tysięczną swojej wielkości, podczas 11-letniego cyklu Słonecznego.,) Gwiazdy zmienne są albo wewnętrzne (co oznacza, że ich jasność zmienia się z powodu takich cech jak ekspansja, kurczenie się, erupcja lub pulsacja), albo zewnętrzne (co oznacza, że gwiazda lub planeta przechodzi przed gwiazdą i blokuje światło, lub że zmiana jest spowodowana obrotem Gwiazdy.)
gwiazdy mogą również zmieniać jasność w czasie. Gwiazda Północna lub Polaris, na przykład, mogła być aż 4,6 razy jaśniejsza w czasach starożytnych niż dzisiaj. Badanie z 2014 roku wykazało, że gwiazda ściemniała przez ostatnie kilka dekad, ale potem ponownie drastycznie rozjaśniła się., Polaris należy do klasy zmiennych Cefeidowych, które są gwiazdami niezwykle jasnymi, o krótkich okresach pulsacji. Różnice w jasności pozwalają astronomom obliczyć, jak daleko znajdują się te cefeidy, co czyni je użytecznymi „kijkami pomiarowymi”, jeśli gwiazdy są osadzone w galaktykach lub mgławicach.
Inne rodzaje wewnętrznych gwiazd zmiennych obejmują zmienne kataklizmiczne (które rozjaśniają się w wyniku wybuchów, takich jak wybuchy supernowych) lub zmienne erupcyjne (których jasność zmienia się podczas erupcji na powierzchni lub kombinacji z materią międzygwiazdową.,) Zmienne pozasłoneczne obejmują zaćmienie gwiazd podwójnych i obracających się gwiazd (takich jak pulsary, jądra supernowej, których promieniowanie elektromagnetyczne jest widoczne tylko wtedy, gdy wiązka jest skierowana na Ziemię.)