1. Wielkość gwiazdowa/jasność (magnitudo)
Zacznę najpierw od najważniejszego, czyli od tego, czym jest wielkość gwiazdowa, czyli co to za jednostka magnitudo. Z tym się można najczęściej spotkać i dzięki niej możemy określić jak jasny jest obiekt czy damy radę ujrzeć go gołym okiem, czy potrzebujemy sprzętu optycznego. Jest to akurat podstawa.
Taki podział jasności pochodzi już od starożytności, od czasów Ptolemeusza. Grecki astronom - Hipparchos z Nikei zaprojektował 6-stopniową skalę blasku gwiazd na niebie.
Tutaj musimy natrafić na dziwny paradoks. Przeważnie jest tak, że jak coś jest więcej, to jest więcej, a jak mniej, to mniej. Tutaj mamy na odwrót. Obiekty jaśniejsze mają mniejszą wartość, niż te mniej jasne, mniej widoczne.
Gwiazdy o jasności 1 magnitudo są najjaśniejsze, a te co mają 6 magnitudo, są na pograniczu widoczności gołym okiem. Podział jasności Hipparchosa został później spopularyzowany przez Ptolemeusza.
Coraz to później, z rozwojem teleskopów i innego sprzętu optycznego oraz fotometrii możemy obecnie z ogromną dokładnością wyliczyć jasność obiektu, posługując się częściami dziesiętnymi czy setnymi.
Dzięki teleskopom możemy ujrzeć znacznie słabsze obiekty niż gołym okiem. Przykładowo za pomocą mojego teleskopu - SkyWatcher Synta 8" 203/1200 można wypatrzeć przy idealnych warunkach nawet gwiazdy o wielkości ok. 14 magnitudo.
Dzięki temu skala magnitudo została bardziej rozbudowana. Weszły jednostki dziesiętne oraz wartość ujemna. Przy jaśniejszych obiektach (planety takie jak Wenus, Jowisz, a także nasz ziemski Księżyc i Słońce) mamy do czynienia z ujemną wartością magnitudo.
Obecnie wartość 0 magnitudo ma gwiazda Wega - najjaśniejsza gwiazda konstelacji Lutni - (najlepiej widoczna jest latem, wysoko nad naszymi głowami). Są gwiazdy jaśniejsze od Wegi i posiadają już ujemną wartość magnitudo.
Najjaśniejsza gwiazda na nocnym niebie - Syriusz - ma ujemną wartość. -1,47 mag. Druga najjaśniejsza gwiazda na nocnym niebie - Kanopus (z naszej szerokości geograficznej jest niewidoczna) ma jasność -0,65 mag. Księżyc w pełni ma ok. -11 mag, a Słońce ma wartość aż -26 mag.
Jeżeli znamy jasność wielu gwiazd, to możemy dzięki temu samemu określać jasność i mniej więcej ją oszacować.
Spotkacie się także z określeniem jak np. niebo ok. 6 magnitudo, niebo/widoczność ok. 4,5 magnitudo. Oznacza to to, jakie gwiazdy, o jakiej jasności widoczne są gołym okiem. Przy zaświetlonym niebie nie widać tak słabych gwiazd o jasności ok. 4,5 czy 6 mag gołym okiem.
Szacuje się, że pod bardzo ciemnym niebem, gołym okiem można maksymalnie ujrzeć gwiazdy o jasności do 6 magnitudo. Osoby o bardzo dobrym i ostrym wzroku ujrzą gwiazdy nawet do 7 mag!
Jednostkę magnitudo używa się praktycznie tylko w astronomii. W fizyce do wyliczania jasności używa się jednostek zwanych luksami. Jednak ze względu na historię i praktyczność jednostki magnitudo, w astronomii używa się właśnie jej, zamiast luksów.
1.1 Ekstynkcja
Jak już jesteśmy przy obserwacjach, wyjaśnię wam pojęcie "ekstynkcja", a dokładniej ekstynkcja atmosferyczna, bo można się na to natknąć.
Ekstynkcja jest to osłabienie widoczności światła gwiazd widocznych nisko nad horyzontem. Światło obiektów położonych nisko nad horyzontem muszą przejść przez grubszą warstwę atmosfery, przez co jest ono zaburzone, w postaci mniejszej jasności, migotania czy barwy przesuniętej w czerwień.
Jej wartość zależna jest od warunków atmosferycznych (mgła, wilgotność powietrza), wysokości n.p.m oraz wysokości obiektu nad horyzontem. Im wyżej, tym jest ona mniejsza.
 |
| Na zdjęciu widać, że gwiazdy zaczynają być słabiej widoczne nisko nad horyzontem z powodu grubszej warstwy atmosfery. |
W popularnym programie Stellarium mamy właśnie dwie wartości magnitudo przy obiekcie - normalną oraz w nawiasie "po uwzględnieniu ekstynkcji", gdzie mamy obiekt o większej wartości mag (mniej jasny), gdyż jego światło zostało przyćmione przez grubą warstwę atmosfery.
1.2 Jasność obserwowana oraz powierzchniowa
Przy obserwacjach przez teleskop, np. przy galaktykach może być tak, że jest jakaś galaktyka co ma 11 czy 12 magnitudo, a jest doskonale widoczna w teleskopie nawet przy średnim niebie, a jest i taka, co ma 6 magnitudo, a jest ledwo widoczna.
Od czego to zależy? Otóż pojawiają nam się dwa terminy: jasność obserwowana oraz jasność powierzchniowa. Mgławice, galaktyki czy gromady mają różne rozmiary kątowe. Jedne są duże i rozciągają się na cały kadr, a są też i malutkie, co w małym powiększeniu są prawie niewidoczne.
Przykładem takiej dziwnej galaktyki jest Galaktyka w Trójkącie (M 33). Jasność 5,9 mag. Pewnie bardzo łatwa do znalezienia i to przy średnio zaświetlonym niebie! A tu taki zonk... Galaktykę ciężko jest odciąć od tła, gdyż ma bardzo małą jasność powierzchniową.
5,9 magnitudo to niby mało, ale jak rozbijemy sobie tą jasność na obszar wielkości dwóch Księżyców na niebie, to okaże się, że obiekt świeci bardzo słabo. Jasność powierzchniowa Galaktyki w Trójkącie czy Galaktyki Andromedy jest niska - od 13-15 magnitudo. Dlatego te obiekty są ciężkie do odróżnienia od tła i przy bardziej zaświetlonym niebie widać ledwo same jądra galaktyk.
Takie zjawisko rozłożenia obiektu i jego jasności często nazywane jest kondensacją. Jak obiekt jest skondensowany, to znaczy, że jest mały, skupiony i jasny. Obiekt słabo skondensowany jest słabą plamką trudną do odcięcia od tła.
 |
| Stopień kondensacji 1-9. Takiej skali używa się również do komet. |
1.3 Jasność absolutna
Jeszcze spotkamy się z jednym terminem, a mianowicie z takim czymś jak jasność absolutna. Jest to taka jasność, jaką ma obiekt z określonej odległości.
W przypadku gwiazd jest to jasność danego ciała z odległości 10 parseków, czyli ok. 32,6 lat świetlnych. (1 parsek to ok. 3,26 roku świetlnego). Gwiazdy na niebie jak wiadomo są różnej wielkości, mają różną temperaturę, typ widmowy i siłę z jaką świecą. Gwiazdy większe i gorętsze (np. błękitne nadolbrzymy mają większą jasność (w sensie luminację) niż np. gwiazdy ciągu głównego typu F,G czy K.
Tutaj mamy do czynienia z rozbieżnością językową. W języku polskim słowo "jasność" traktujemy dwojako. Jasność, jako normalnie jasność oraz natężenie/siła z jaką dany obiekt świeci to też jasność.
Przykładowo w języku angielskim mamy łatwiej. Bo tutaj słowo jasność/jasny to "brightness/bright)", a natężenie światła to jest "luminosity/luminous".
Luminację wyrażamy w krotnościach jasności Słońca. Jasność Słońca to wartość 1, a np. inne gwiazdy są np. 1000x czy nawet 100000x jaśniejsze lub mniej jasne od Słońca.
Co to w ogóle znaczy, że jakaś gwiazda jest 10000x jaśniejsza od Słońca albo że Słońce jest 400000x jaśniejsze od Księżyca w Pełni?
Jest pewien wzór pozwalający obliczyć ile razy obiekt A jest jaśniejszy od obiektu B. Każde ciało niebieskie jaśniejsze o 1 magnitudo jest 2,5 raza jaśniejsze (Uwaga, jest to wzór przybliżony i nie do końca dokładny, jednak na proste obliczenia wystarczy).
Obiekt o jasności 3 magnitudo jest o 2,5 raza jaśniejszy od obiektu o jasności 4 magnitudo.
Zaś obiekt 4 magnitudo jest 2,5 raza jaśniejszy od obiektu 5 magnitudo. I tak dalej.
Policzyć możemy to za pomocą uproszczonego wzoru:
2,5 do potęgi różnicy jasności obu ciał.
Dajmy sobie obiekt o jasności 1 magnitudo (A) oraz 6 magnitudo (B). Różnica między ciałami to 5 magnitudo. Zatem podnosimy 2,5 do potęgi 5.
2,5^5 = ok. 97,65
Obiekt A jest jaśniejszy od obiektu B o prawie 100 razy.
Dla przykładu blask Słońca (-26 mag) jest jaśniejszy od Księżyca w Pełni (-11 mag) o ok. 400 000 razy. Czyli tutaj mamy 2,5^15.
Dzięki jasności absolutnej łatwiej jest oszacować odległość do bardziej odległych gwiazd
Znając odległości bliższych gwiazd, ich średnice możemy zbadać zależność między wartościami takimi jak: odległość, średnica, temperatura gwiazdy (typ widmowy), typ gwiazdy. Dzięki tym zależnościom można podstawić te wartości do wzoru, za pomocą którego możemy obliczyć jasność absolutną danej gwiazdy, a na jej podstawie wyliczyć np. odległość przekształcając wzór.
Oto wzór na jasność absolutną gwiazdy:
m - jasność obserwowalna (z Ziemi),
r - odległość wyrażona w parsekach,
p - paralaksa wyrażona w sekundach kątowych.
Drugiego wzoru (tego niżej) używamy w przypadku bliskich obiektów, gdzie wartości są niższe niż parsek i użyć możemy paralaksy rocznej.
Bardzo pomocną w tym klasyfikację gwiazd sporządził w 1911 roku duński chemik i astronom - Ejnar Hertzsprung. Był to tzw. diagram Hertzsprunga-Russella (H-R).
 |
| Diagram Hertzsprunga-Russela. Źródło: wikipedia.org |
Na koniec opiszę jak mierzy się jasność (luminację) danej gwiazdy, że np. jest 1000x jaśniejsza od Słońca.
Jasność absolutna Słońca to 4,83 magnitudo. Tyle miałoby Słońce z odległości ok. 32 lat świetlnych.
Dajmy sobie dla przykładu gwiazdę Wega z Lutni - białą gwiazdę ciągu głównego odległą o 25 lat świetlnych.
Jasność absolutna Wegi to 0.5 magnitudo. Różnica między jasnościami to ok 4 mag. Podniesiemy sobie 2,5 do potęgi 4-tej to wychodzi ok. 39,06, czyli ok. 40 razy.
Na Wikipedii jest napisane, że Wega jest 40x jaśniejsza. Czyli się zgadza :)
Jeżeli wam się podobało to udostępniajcie, piszcie w komentarzach, może podsuńcie jakieś pomysły. Pozdrawiam, McGoris.
Zapraszam także do polubienia strony na Facebooku: facebook.com/mcastronomia
ZOBACZ TEŻ:
McGoris #4 - Gwiazdy - typy gwiazd, gwiazdy zmienne.
McGoris #19 - Gwiazdy weglowe, cyrkonowe oraz gwiazdy nowe - nietypowe typy widmowe.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz