Как выражается видимая яркость звезд
Как выражается видимая яркость звезд
В астрономии, говоря о небесных телах, иногда используются специфические термины, характеризующие их цвет и яркость, например, звездная величина или показатель цвета.
Мы можем также определить отношение, оперируя понятиями коэффициента яркости:
Абсолютные звёздные величины
Абсолютным блеском звезды L называется тот блеск, который она имела бы, будучи удалена от наблюдателя на расстояние равное 10 парсекам.
Так как освещённость убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, то абсолютный блеск L и видимый блеск l связаны соотношением:
L/l = r 2 /100 = 2,512 m-M
m – видимая звёздная величина, М – абсолютная звёздная величина, под которой понимают ту звёздную величину, которую бы имела звезда, будучи удалённой на расстояние, равное 10 парсекам.
Из указанного соотношения получаем формулу:
С учётом межзвёздного поглощения:
где А(r) – поглощение света, пропорциональное расстоянию до звезды.
Эта формула позволяет вычислить абсолютную звёздную величину звезды, если известно расстояние, и вычислить расстояние, если известна абсолютная величина, по формуле:
Абсолютные звёздные величины могут быть болометрическими, визуальными, фотографическими.
Часто используют светимость звезды – отношение абсолютного блеска звезды к абсолютному блеску Солнца.
Отношение светимостей самых ярких и самых слабых звёзд достигает около 100 млрд.
Светимость (блеск) звезд
Представьте, что где-то в море в ночной тьме тихо мерцает огонек. Если бывалый моряк не объяснит вам, что это, вы часто и не узнаете: то ли перед вами фонарик на носу проходящей шлюпки, то ли мощный прожектор далекого маяка.
В том же положении в темную ночь находимся и мы, глядя на мерцающие звезды. Их видимый блеск зависит и от их истинной силы света, называемой светимостью (полное количествл энергии, излучаемой по всем направлениям), и от их расстояния до нас. Только знание расстояния до звезды позволяет подсчитать ее светимость по сравнению с Солнцем. Так например, светимость звезды, в десять раз менее яркой в действительности, чем Солнце, выразится числом 0,1.
Истинную силу света звезды можно выразить еще иначе, вычислив, какой звездной величины она бы нам казалась, если бы она находилась от нас на стандартном расстоянии в 32,6 светового года, то есть на таком, что свет, несущийся со скоростью 300 000 км/сек, прошел бы его за это время.
Принять такое стандартное расстояние оказалось удобным для различных расчетов. Яркость звезды, как и всякого источника света, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от него. Этот закон позволяет вычислять абсолютные звездные величины или светимости звезд, зная расстояние до них.
Когда расстояния до звезд стали известны, то мы смогли вычислить их светимости, то есть смогли как бы выстроить их в одну шеренгу и сравнивать друг с другом в одинаковых условиях. Надо сознаться, что результаты оказались поразительными, поскольку раньше предполагали, что все звезды «похожи на наше Солнце». Светимости звезд оказались поразительно разнообразными, и их в нашей шеренге не сравнить ни с какой шеренгой пионеров.
Приведем только крайние примеры светимости в мире звезд.
Самой слабой из известных долго являлась звезда, которая в 50 тысяч раз слабее Солнца, и ее абсолютная величина светимости: +16,6. Однако, впоследствии были открыты и ещё более слабые звезды, светимость которых, по сравнению с солнцем, меньше в миллионы раз!
На другом краю шеренги звезд стоит «S» Золотой Рыбы, видимая только в странах Южного полушария Земли как звездочка восьмой величины (то есть даже не видимая без телескопа!). В действительности она в 400 тысяч раз ярче Солнца, и ее абсолютная величина светимости: —8,9.
Абсолютная величина светимости нашего Солнца равна +5. Не так уж и много! С расстояния в 32,6 светового года мы бы его плохо видели без бинокля.
Если яркость обычной свечи принять за яркость Солнца, то в сравнении с ней «S» Золотой Рыбы будет мощным прожектором, а самая слабая звезда слабее самого жалкого светлячка.
Итак, звезды — это далекие солнца, но их сила света может быть совершенно иной, чем у нашего светила. Образно выражаясь, менять наше Солнце на другое нужно было бы с оглядкой. От света одного мы ослепли бы, при свете другого бродили бы, как в сумерках.
Видимая звездная величина
Видимая звёздная величина (иногда — просто «звёздная величина») — безразмерная числовая характеристика объекта на небе, чаще всего звезды, говорящая о том, сколько света приходит от него в точку, где находится наблюдатель. Видимая звёздная величина зависит не только от того, сколько света излучает объект, но и от того, на каком расстоянии от наблюдателя он находится. Видимая звёздная величина считается единицей измерения блеска звезды, причём чем блеск больше, тем величина меньше, и наоборот.
Содержание
Определение
Современное понятие видимой звёздной величины сделано таким, чтобы оно соответствовало величинам, приписанным звёздам древнегреческим астрономом Гиппархом во II веке до н. э. Гиппарх разделил все звёзды на шесть величин. Самые яркие он назвал звёздами первой величины, самые тусклые — звёздами шестой величины. Промежуточные величины он распределил равномерно между оставшимися звёздами.
В 1856 году Н. Погсон предложил формализацию шкалы звёздных величин. Видимая звёздная величина определяется по формуле:
где I — световой поток от объекта, C — постоянная.
Поскольку данная шкала относительная, то её нуль-пункт (0 m ) определяют как яркость такой звезды, у которой световой поток равен 10³ квантов /(см²·с·Å) в зелёном свете (шкала UBV) или 10 6 квантов /(см²·с·Å) во всём видимом диапазоне света. Звезда 0 m за пределами земной атмосферы создаёт освещённость в 2,54·10 −6 люкс.
Шкала звёздных величин является логарифмической, поскольку изменение яркости в одинаковое число раз воспринимается как одинаковое (закон Вебера — Фехнера). Кроме того, поскольку Гиппарх решил, что величина тем меньше, чем звезда ярче, то в формуле присутствует знак минус.
Следующие два свойства помогают пользоваться видимыми звёздными величинами на практике:
В наши дни видимая звёдная величина используется не только для звёзд, но и для других объектов, например, для Луны и Солнца и планет. Поскольку они могут быть ярче самой яркой звезды, то у них может быть отрицательная видимая звёздная величина.
Спектральная зависимость
Видимая звёздная величина зависит от спектральной чувствительности приёмника излучения (глаза, фотоэлектрического детектора, фотопластинки и т. п.)
Разности звёздных величин одного объекта в разных диапазонах U−B и B−V являются интегральными показателями цвета объекта, чем они больше, тем более красным является объект.
Звёздные величины некоторых объектов
| Объект | m |
|---|---|
| Солнце | −26,7 (в 400 000 раз ярче полной Луны) |
| Луна в полнолуние | −12,7 |
| Вспышка Иридиума (максимум) | −9,5 |
| Сверхновая 1054 года (максимум) | −6,0 |
| Венера (максимум) | −4,4 |
| Земля (глядя с Солнца) | −3,84 |
| Марс (максимум) | −3,0 |
| Юпитер (максимум) | −2,8 |
| Международная космическая станция (максимум) | −2 |
| Меркурий (максимум) | −1,9 |
| Галактика Андромеды | +3,4 |
| Самые слабые звёзды, наблюдаемые невооружённым глазом | От +6 до +7 |
| Проксима Центавра | +11,1 |
| Самый яркий квазар | +12,6 |
| Самый слабый объект, заснятый в 8-метровый наземный телескоп | +27 |
| Самый слабый объект, заснятый в космический телескоп Хаббл | +30 |
| Объект | Созвездие | m |
|---|---|---|
| Сириус | Большой пёс | −1,47 |
| Канопус | Киль | −0,6 |
| α Центавра | Центавр | −0,3 |
| Арктур | Волопас | −0,1 |
| Вега | Лира | 0,0 |
| Капелла | Возничий | +0,1 |
| Ригель | Орион | +0,2 |
| Процион | Малый пёс | +0,4 |
| Ахернар | Эридан | +0,5 |
| Бетельгейзе | Орион | +0,9 |
| Альтаир | Орёл | +0,9 |
| Альдебаран | Телец | +1,1 |
| Поллукс | Близнецы | +1,2 |
| Антарес | Скорпион | +1,2 |
| Фомальгаут | Южная рыба | +1,3 |
| Денеб | Лебедь | +1,3 |
| Регул | Лев | +1,3 |
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Видимая звездная величина» в других словарях:
ЗВЕЗДНАЯ ВЕЛИЧИНА — ЗВЕЗДНАЯ ВЕЛИЧИНА, в астрономии численная величина, выражающая яркость небесного тела в логарифмической шкале. Видимая величина это яркость, доступная наблюдению с Земли, визуальному, фотографическому или фотометрическому; она выражается числами… … Научно-технический энциклопедический словарь
Звездная величина — Видимая звёздная величина (иногда просто «звёздная величина») безразмерная числовая характеристика объекта на небе, чаще всего звезды, говорящая о том, сколько света приходит от него в точку, где находится наблюдатель. Видимая звёздная величина … Википедия
Абсолютная звездная величина — Абсолютная звёздная величина (M) определяется как видимая звёздная величина объекта, если бы он был расположен на расстоянии 10 парсек от наблюдателя. Абсолютная болометрическая звёздная величина Солнца +4,7. Если известна видимая звёздная… … Википедия
Абсолютная звёздная величина — (M) для звёзд определяется как видимая звёздная величина объекта, если бы он был расположен на расстоянии 10 парсек от наблюдателя. Абсолютная болометрическая (учитывающая полное излучение во всех диапазонах электромагнитных волн) звёздная… … Википедия
Звёздная величина — Звёздная величина, (блеск) безразмерная числовая характеристика яркости объекта. Обычно термин применяется к небесным светилам. Звёздная величина характеризует поток энергии (энергию всех фотонов в секунду) на единицу площади от… … Википедия
СОЗВЕЗДИЕ — группа звезд, названная в честь религиозного или мифического персонажа либо животного, либо в честь какого либо примечательного объекта древности или современности. Созвездия это своеобразные памятники древней культуры человека, его мифологии,… … Энциклопедия Кольера
ЗВЕЗДЫ — горячие светящиеся небесные тела, подобные Солнцу. Звезды различаются по размеру, температуре и яркости. По многих параметрам Солнце типичная звезда, хотя кажется гораздо ярче и больше всех остальных звезд, поскольку расположено намного ближе к… … Энциклопедия Кольера
Кометы — (от греч. kometes звезда с хвостом, комета; буквально длинноволосый) тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов обычно со светлым сгустком ядром в центре и хвостом. Общие сведения о кометах. К. наблюдаются тогда, когда … Большая советская энциклопедия
АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ — Аберрация света. Смещение наблюдаемого положения звезд, вызванное движением Земли. Аберрация сферическая. Размытие изображения, построенного зеркалом или линзой со сферической поверхностью. Аберрация хроматическая. Размытие и окрашенность краев у … Энциклопедия Кольера
Лямбда Ориона — λ Orionis A/B Двойная звезда Меисса «голова» созвездия … Википедия
Звездная величина
Каждая из этих звезд имеет определенную величину, позволяющую их увидеть
Звездная величина — числовая безразмерная величина, характеризирующая яркость звезды или другого космического тела по отношению к видимой площади. Другими словами, эта величина отображает количество электромагнитных волн, излучаемых телом, которые регистрируются наблюдателем. Поэтому данная величина зависит от характеристик наблюдаемого объекта и расстояния от наблюдателя до него. Термин охватывает лишь видимый, инфракрасный и ультрафиолетовый спектры электромагнитного излучения.
По отношению к точечным источникам света используют также термин «блеск», а к протяженным – «яркость».
История
Древнегреческий ученый Гиппарх Никейский, который жил на территории Турции во II веке до н. э., считается одним из влиятельнейших астрономов античности. Он составил объемный каталог звезд, первый в Европе, описав расположения более чем тысячи небесных светил. Также Гиппарх ввел такую характеристику как звездная величина. Наблюдая невооруженным глазом за звездами, астроном решил разделить их по яркости на шесть величин, где первая величина – самый яркий объект, а шестая — наиболее тусклый.
В XIX веке, британский астрономом Норман Погсон усовершенствовал шкалу измерений звездных величин. Он расширил диапазон ее значений и ввел логарифмическую зависимость. То есть с повышением звездной величины на единицу, яркость объекта уменьшается в 2.512 раза. Тогда звезда 1-й величины (1 m ) в сто раз ярче, нежели светило 6-й величины (6 m ).
Вега — эталон звездной величины
За эталон небесного светила с нулевой звездной величиной изначально брался блеск Веги, самой яркой точки в созвездии Лиры. Несколько позже было изложено более точное определение объекта нулевой звездной величины – его освещённость должная равняться 2,54·10 −6 люкс, а световой поток в видимом диапазон 10 6 квантов/(см²·с).
Видимая звездная величина
Абсолютная звездная величина и светимость
Для того чтобы была возможность сравнить истинную яркость космических тел, была разработана такая характеристика как абсолютная звездная величина. Согласно ней вычисляется значение видимой звездной величины объекта, если бы этот объект располагался на за 10 парсек (32,62 световых лет) от Земли. В таком случае отсутствуют зависимость от расстояния до наблюдателя при сравнении различных звезд.
Абсолютная звездная величина для космических объектов в Солнечной системе использует иное расстояние от тела к наблюдателю. А именно 1 астрономическую единицу, при этом, в теории, наблюдатель должен находиться в центре Солнца.
Материалы по теме
Размер Вселенной
Более современной и полезной величиной в астрономии стала «светимость». Эта характеристика определяет полную энергию, которую излучает космическое тело за определенный отрезок времени. Для ее вычисления как раз и служит абсолютная звездная величина.
Спектральная зависимость
Как уже говорилось ранее, звездная величина может быть измерена для различных видов электромагнитного излучения, а потому имеет разные значения для каждого диапазона спектра. Для получения картинки какого-либо космического объекта астрономы могут использовать фотопластинки, которые более чувствительны к высокочастотной части видимого света, и на изображении звезды получаются голубыми. Такая звездная величина называется «фотографической», mPv. Чтобы получилось значение близкое к визуальному («фотовизуальное», mP), фотопластинку покрывают специальной ортохроматической эмульсией и используют желтый светофильтр.
Снимок Солнца через темный светофильтр
Учеными была составлена так называемая фотометрическая система диапазонов, благодаря которой можно определять основные характеристики космических тел, такие как: температура поверхности, степень отражения света (альбедо, не для звезд), степень межзвездного поглощения света и прочие. Для этого производится фотографирование светила в разных спектрах электромагнитного излучения и последующие сравнение результатов. Для фотографии наиболее популярны следующие фильтры: ультрафиолетовый, синий (фотографическая звездная величина) и желтый (близкий к фотовизуальному диапазону).
Фотография с запечатленными энергиями всех диапазонов электромагнитных волн определяет так называемую болометрическую звездную величину (mb). С ее помощью, зная расстояние и степень межзвездного поглощения, астрономы вычисляют светимость космического тела.
Звездные величины некоторых объектов
Трасса Международной космической станции на фоне созвездия Большой Медведицы
Видимая звёздная величина
Видимая звёздная величина (иногда — просто «звёздная величина») — безразмерная числовая характеристика объекта на небе, чаще всего звезды, говорящая о том, сколько света приходит от него в точку, где находится наблюдатель. Видимая звёздная величина зависит не только от того, сколько света излучает объект, но и от того, на каком расстоянии от наблюдателя он находится. Видимая звёздная величина считается единицей измерения блеска звезды, причём чем блеск больше, тем величина меньше, и наоборот.
Содержание
Определение
Современное понятие видимой звёздной величины сделано таким, чтобы оно соответствовало величинам, приписанным звёздам древнегреческим астрономом Гиппархом во II веке до н. э. Гиппарх разделил все звёзды на шесть величин. Самые яркие он назвал звёздами первой величины, самые тусклые — звёздами шестой величины. Промежуточные величины он распределил равномерно между оставшимися звёздами.
В 1856 году Н. Погсон предложил формализацию шкалы звёздных величин. Видимая звёздная величина определяется по формуле:
где I — световой поток от объекта, C — постоянная.
Поскольку данная шкала относительная, то её нуль-пункт (0 m ) определяют как яркость такой звезды, у которой световой поток равен 10³ квантов /(см²·с·Å) в зелёном свете (шкала UBV) или 10 6 квантов /(см²·с·Å) во всём видимом диапазоне света. Звезда 0 m за пределами земной атмосферы создаёт освещённость в 2,54·10 −6 люкс.
Шкала звёздных величин является логарифмической, поскольку изменение яркости в одинаковое число раз воспринимается как одинаковое (закон Вебера — Фехнера). Кроме того, поскольку Гиппарх решил, что величина тем меньше, чем звезда ярче, то в формуле присутствует знак минус.
Следующие два свойства помогают пользоваться видимыми звёздными величинами на практике:
В наши дни видимая звёдная величина используется не только для звёзд, но и для других объектов, например, для Луны и Солнца и планет. Поскольку они могут быть ярче самой яркой звезды, то у них может быть отрицательная видимая звёздная величина.
Спектральная зависимость
Видимая звёздная величина зависит от спектральной чувствительности приёмника излучения (глаза, фотоэлектрического детектора, фотопластинки и т. п.)
Разности звёздных величин одного объекта в разных диапазонах U−B и B−V являются интегральными показателями цвета объекта, чем они больше, тем более красным является объект.
Яркость звезд и световой год
«Солнечный свет ярче любого другого огня, ведь он освещает мир на огромное расстояние в длину и ширину.»
Цицерон
Еще древние астрономы заметили, что звезды отличаются своей яркостью. Современные исследователи не только уточнили классификацию светимости звезд, но и разобрались с космическими расстояниями.
Звездные величины
Впервые делить звезды на классы по их яркости придумал древнегреческий математик и астроном Гиппарх (II век до н. э.). Он рассудил так: пусть самые яркие звезды будут называться звездами первой величины, те, что немного тусклее, — второй и так далее. В те времена считалось, что звезды располагаются на небесном своде на одинаковом расстоянии от Земли, и ярче светят те, что больше. Поэтому яркость и назвали звездной величиной.
По мере развития астрономии шкала светимости несколько раз пересматривалась. В итоге за нулевую звездную величину был взят блеск Веги. Те звезды, что светят ярче, стали обозначать отрицательными значениями, а те, что слабее, — положительными.
Звезды Большой Медведицы имеют среднюю величину +2. Объекты, которые не видны невооруженным глазом, но обнаруживаются с помощью обычного телескопа, имеют звездную величину около +10. Самые мощные оптические приборы позволяют увидеть звезды величиной +30 и более.
Космические расстояния
Космические расстояния поражают своими масштабами, и, конечно, для их измерения не годятся наши земные километры. Одна из важнейших единиц измерения в астрономии — световой год. Это расстояние, которое проходит свет за год. Если учесть, что скорость света составляет 300 тысяч километров в секунду, то получается 9400 миллиардов километров. Это поражающее воображение число и используется астрономами в измерениях и вычислениях.
Есть в астрономии и более мелкая, чем год, единица измерения. Она равна среднему расстоянию от Земли до Солнца (149 600 000 км) и называется астрономической единицей
Самый далекий от нас космический объект, который можно увидеть невооруженным глазом, — это туманность Андромеды. Расстояние до нее от Земли составляет 2 миллиона световых лет. То есть тот свет, который мы видим сейчас, покинул туманность 2 миллиона лет назад. Мы видим ее такой, какой она была тогда. Как она выглядит сейчас, мы никогда не узнаем — у нас нет такой возможности.
Получается, что астрономия, по крайней мере тот ее раздел, который занимается далекими объектами, — это наука о прошлом. Глядя на ночное небо, мы видим прошлое звезд. Возможно, некоторые из них уже не существуют, но их свет только сейчас достиг нашей Солнечной системы.
Расстояние от Солнца до центра нашей галактики составляет приблизительно 26 тысяч световых лет
Свет ближайшей к нам звезды, Солнца, доходит до Земли за 8 минут. Это не очень много, но все же и Солнце мы наблюдаем не в реальном времени. Замечая при помощи специальных приборов вспышку на Солнце, астрономы знают: на самом деле она произошла 8 минут назад. Самые отдаленные галактики, о существовании которых известно астрономам, находятся в 10-15 миллиардах световых лет он нас.