Величина (астрономия)
В астрономии , звездная величина мерой яркости объекта является обычно в определенной полосе пропускания . Неточное, но систематическое определение величины предметов было введено в древности Гиппархом .
Величины не имеют единиц измерения. Шкала является логарифмической и определяется так, что звезда 1-й величины ровно в 100 раз ярче звезды 6-й величины. Таким образом, каждый шаг одной величины равен раз ярче, чем на 1 звездную величину. Чем ярче выглядит объект, тем ниже значение его звездной величины, при этом самые яркие объекты достигают отрицательных значений.
Астрономы используют два разных определения величины: видимую величину и абсолютную величину . величина Видимая ( m ) представляет собой яркость объекта и зависит от собственной светимости объекта , его расстояния и затемнения, снижающего его яркость. Абсолютная парсеков звездная величина ( M ) описывает собственную светимость, излучаемую объектом, и определяется как равна видимой звездной величине, которую объект имел бы, если бы он был помещен на определенное расстояние в 10 для звезд. используется более сложное определение абсолютной величины Для планет и малых тел Солнечной системы , основанное на их яркости на расстоянии одной астрономической единицы от наблюдателя и Солнца.
Сириуса Видимая звездная величина Солнца составляет -27, а , самой яркой видимой звезды ночного неба, -1,46. Венера в самой яркой точке - -5. Международная космическая станция (МКС) иногда достигает магнитуды −6.
Астрономы-любители обычно выражают темноту неба через предельную величину , то есть видимую величину самой слабой звезды, которую они могут увидеть невооруженным глазом. В темном месте люди обычно видят звезды 6-й величины или тусклее.
Кажущаяся величина на самом деле является мерой освещенности , которую также можно измерить в фотометрических единицах, таких как люкс . [1]
История
[ редактировать ]Греческий астроном Гиппарх составил каталог, в котором отмечалась видимая яркость звезд во втором веке до нашей эры. Во втором веке нашей эры александрийский астроном Птолемей классифицировал звезды по шестибалльной шкале и ввел термин «величина» . [2] Невооруженному глазу более заметная звезда, такая как Сириус или Арктур, кажется больше, чем менее заметная звезда, такая как Мицар , которая, в свою очередь, кажется больше, чем действительно слабая звезда, такая как Алькор . В 1736 году математик Джон Кейлл так описал древнюю систему величин, видимую невооруженным глазом:
Неподвижные звезды кажутся разной величины не потому, что они таковы на самом деле, а потому, что не все они одинаково удалены от нас. [примечание 1] Те, что ближе всего, будут отличаться блеском и величиной; более отдаленные звезды будут давать более слабый свет и казаться глазу меньшими. Отсюда возникает распределение звезд в соответствии с их порядком и достоинством по классам ; первый класс, содержащий ближайшие к нам звезды, называется звездами первой величины; те, что находятся рядом с ними, — это Звезды второй величины... и так далее, пока мы не дойдем до Звезд шестой величины, которые включают в себя мельчайшие Звезды , которые можно различить невооруженным глазом. Ибо все остальные звезды , которые можно увидеть только с помощью телескопа и которые называются телескопическими, не причисляются к этим шести порядкам. Хотя различение звезд на шесть степеней величины обычно воспринимается астрономами ; однако мы не должны судить, что каждая конкретная Звезда должна быть ранжирована точно в соответствии с определенной Величиной, которая является одной из Шести; но в действительности существует почти столько же Орденов Звезд , сколько и Звезд , причем лишь немногие из них имеют одинаковую Величину и Блеск. И даже среди тех Звезды , которые считаются самыми яркими, имеют различные величины; ибо Сириус или Арктур каждый из них ярче, чем Альдебаран , или Глаз Быка , или даже Звезда в Спике ; и все же все эти звезды причислены к звездам первого порядка: И есть некоторые звезды такого промежуточного порядка, что астрономы по-разному классифицировали их; одни ставят одни и те же звезды в один класс, другие в другой. Например: Тихо поместил Маленькую среди Собаку . Звезд второй величины, которые Птолемей причислил к Звездам первого класса Поместите между обоими. [3]
Обратите внимание, что чем ярче звезда, тем меньше звездная величина: яркие звезды «первой величины» относятся к звездам «1-го класса», а звезды, едва видимые невооруженным глазом, относятся к «шестой величине» или «6-му классу».Система представляла собой простое разделение звездной яркости на шесть отдельных групп, но не учитывала изменения яркости внутри группы.
Тихо Браге попытался напрямую измерить «величину» звезд с точки зрения углового размера, что теоретически означало, что величина звезды может быть определена не только на основе субъективного суждения, описанного в приведенной выше цитате. звезд первой величины составляет 2 угловые минуты (2') ( Он пришел к выводу, что видимый диаметр 1 ⁄ 30 градуса, или 1 ⁄ 15 диаметра полной Луны), а звезды со второй по шестую величину имеют размеры 1 + 1 ⁄ 2 ′, 1 + 1 ⁄ 12 ′, 3 ⁄ 4 ′, 1 ⁄ 2 ′, и 1 ⁄ 3 ′ соответственно. [4] Развитие телескопа показало, что эти большие размеры были иллюзорными: в телескоп звезды казались намного меньшими. Однако первые телескопы давали ложное дискообразное изображение звезды, которое было больше для более ярких звезд и меньше для более тусклых. Астрономы от Галилея до Жака Кассини приняли эти ложные диски за физические тела звезд и, таким образом, вплоть до восемнадцатого века продолжали думать о величине с точки зрения физического размера звезды. [5] Иоганн Гевелий составил очень точную таблицу размеров звезд, измеренных с помощью телескопа, но теперь измеренные диаметры варьировались от чуть более шести секунд угловых для первой величины до чуть менее 2 секунд для шестой величины. [5] [6] Ко времени Уильяма Гершеля астрономы признали, что телескопические диски звезд были ложными и являлись функцией телескопа, а также яркости звезд, но все же говорили о размере звезды больше, чем о ее яркости. [5] Даже в девятнадцатом веке система величин продолжала описываться в виде шести классов, определяемых видимым размером, в которых
Не существует другого правила классификации звезд, кроме оценки наблюдателя; и поэтому некоторые астрономы относят к первой величине те звезды, которые другие считают ко второй. [7]
Однако к середине девятнадцатого века астрономы измерили расстояния до звезд с помощью звездного параллакса и поняли, что звезды находятся настолько далеко, что по сути кажутся точечными источниками света. После успехов в понимании дифракции света и астрономического зрения астрономы полностью поняли как то, что видимые размеры звезд были ложными, так и то, как эти размеры зависели от интенсивности света, исходящего от звезды (это видимая яркость звезды, которую можно измерить в таких единицах, как ватт на квадратный метр), поэтому более яркие звезды казались крупнее.
Современное определение
[ редактировать ]Ранние фотометрические измерения (проведенные, например, с использованием света для проецирования искусственной «звезды» в поле зрения телескопа и настройки ее так, чтобы яркость соответствовала реальным звездам) показали, что звезды первой величины примерно в 100 раз ярче звезд шестой величины. .
Так, в 1856 году Норман Погсон из Оксфорда предположил, что логарифмическая шкала 5 Между звездными величинами можно принять соотношение √ 100 ≈ 2,512, поэтому пять шагов по звездной величине точно соответствуют 100-кратному коэффициенту яркости. [8] [9] Каждый интервал одной звездной величины соответствует изменению яркости 5 √ 100 или примерно 2,512 раза. Следовательно, звезда 1-й величины примерно в 2,5 раза ярче звезды 2-й величины, примерно в 2,5 раза. 2 раз ярче звезды 3-й величины, примерно в 2,5 раза. 3 раз ярче звезды 4-й величины и так далее.
Это современная система звездных величин, которая измеряет яркость, а не видимый размер звезд. Используя эту логарифмическую шкалу, звезда может оказаться ярче звезды первого класса, поэтому Арктур или Вега имеют звездную величину 0, а Сириус - звездную величину -1,46. [ нужна ссылка ]
Шкала
[ редактировать ]Как упоминалось выше, шкала работает «наоборот»: объекты с отрицательной звездной величиной ярче, чем объекты с положительной звездной величиной. Чем более отрицательное значение, тем ярче объект.
Объекты, расположенные левее на этой линии, ярче, а объекты, расположенные дальше справа, более тусклые. Таким образом, ноль появляется посередине, самые яркие объекты — крайне слева, а самые тусклые объекты — крайне справа.
Видимая и абсолютная величина
[ редактировать ]Астрономы выделяют два основных типа величин:
- Видимая звездная величина — яркость объекта, каким он выглядит на ночном небе.
- Абсолютная величина, которая измеряет светимость объекта (или отраженный свет для несветящихся объектов, таких как астероиды ); это видимая величина объекта, видимая с определенного расстояния, условно 10 парсеков (32,6 световых лет ).
Разницу между этими понятиями можно увидеть, сравнив две звезды. Бетельгейзе (видимая величина 0,5, абсолютная величина -5,8) выглядит на небе немного тусклее, чем Альфа Центавра A (видимая величина 0,0, абсолютная величина 4,4), хотя она излучает в тысячи раз больше света, поскольку Бетельгейзе находится намного дальше.
Видимая величина
[ редактировать ]Согласно современной логарифмической шкале величин, два объекта, один из которых используется в качестве эталона или базовой линии, чей поток (т. е. яркость, мера мощности на единицу площади) в таких единицах, как ватты на квадратный метр (Вт·м). −2 ) являются F 1 и F ref , будут иметь величины m 1 и m ref, связанные соотношением
Астрономы используют термин «поток» для того, что в физике часто называют «интенсивностью», чтобы избежать путаницы с конкретной интенсивностью . Используя эту формулу, шкалу звездных величин можно расширить за пределы древнего диапазона звездных величин 1–6, и она станет точной мерой яркости, а не просто системой классификации. Астрономы теперь измеряют разницу в одну сотую величины. Звезды звездной величины от 1,5 до 2,5 называются второй звездной величиной; есть около 20 звезд ярче 1,5, которые являются звездами первой величины (см. список ярчайших звезд ). Например, Сириус имеет звездную величину -1,46, Арктур - -0,04, Альдебаран - 0,85, Спика - 1,04, а Процион - 0,34. По древней системе звездных величин все эти звезды можно было отнести к «звездам первой величины».
Величины также можно рассчитать для объектов, намного ярче звезд (например, Солнца и Луны ), а также для объектов, слишком тусклых для человеческого глаза (например, Плутона ).
Абсолютная величина
[ редактировать ]Часто упоминается только видимая величина, поскольку ее можно измерить напрямую. Абсолютную звездную величину можно рассчитать по видимой звездной величине и расстоянию по формуле:
потому что интенсивность падает пропорционально квадрату расстояния. Это известно как модуль расстояния , где d — расстояние до звезды, измеряемое в парсеках , m — видимая звездная величина, а M — абсолютная звездная величина.
Если на луч зрения между объектом и наблюдателем влияет поглощение света частицами межзвездной пыли , то видимая величина объекта будет соответственно слабее. Для величин вымирания А соотношение между видимыми и абсолютными величинами становится
Абсолютные звездные величины обычно обозначаются заглавной буквой M с нижним индексом, обозначающим полосу пропускания. Например, M V — это величина на частоте 10 парсек в V. полосе пропускания ( Болометрическая величина M bol ) — это абсолютная величина, скорректированная с учетом излучения на всех длинах волн; обычно она меньше (т.е. ярче), чем абсолютная величина в определенной полосе пропускания, особенно для очень горячих или очень холодных объектов. Болометрические величины формально определяются на основе светимости звезды в ваттах и нормируются так, чтобы быть примерно равными M V для желтых звезд.
Абсолютные величины объектов Солнечной системы часто указываются исходя из расстояния в 1 а.е. Они обозначаются заглавной буквой H. Поскольку эти объекты освещаются в основном отраженным светом Солнца, звездная величина H определяется как видимая звездная величина объекта на расстоянии 1 а.е. от Солнца и 1 а.е. от наблюдателя. [10]
Примеры
[ редактировать ]Ниже приводится таблица, показывающая видимые звездные величины небесных объектов и искусственных спутников от Солнца до самого слабого объекта, видимого с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) :
Очевидный величина | Яркость относительно магнитуда 0 | Пример | Очевидный величина | Яркость относительно магнитуда 0 | Пример | Очевидный величина | Яркость относительно магнитуда 0 | Пример | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
−27 | 6.31 × 10 10 | Солнце | −6 | 251 | МКС (макс.) | 15 | 10 −6 | |||
−26 | 2.51 × 10 10 | −5 | 100 | Венера (макс.) | 16 | 3.98 × 10 −7 | Харон (макс.) | |||
−25 | 10 10 | −4 | 39.8 | Самые слабые объекты, видимые днем невооруженным глазом, когда солнце высоко. [11] | 17 | 1.58 × 10 −7 | ||||
−24 | 3.98 × 10 9 | −3 | 15.8 | Юпитер (макс.) , Марс (макс.) | 18 | 6.31 × 10 −8 | ||||
−23 | 1.58 × 10 9 | −2 | 6.31 | Меркурий (макс.) | 19 | 2.51 × 10 −8 | ||||
−22 | 6.31 × 10 8 | −1 | 2.51 | Сириус | 20 | 10 −8 | ||||
−21 | 2.51 × 10 8 | 0 | 1 | Вега , Сатурн (макс.) | 21 | 3.98 × 10 −9 | Каллироя (спутник Юпитера) | |||
−20 | 10 8 | 1 | 0.398 | Антарес | 22 | 1.58 × 10 −9 | ||||
−19 | 3.98 × 10 7 | 2 | 0.158 | Полярная звезда | 23 | 6.31 × 10 −10 | ||||
−18 | 1.58 × 10 7 | 3 | 0.0631 | Сердце Чарльза | 24 | 2.51 × 10 −10 | ||||
−17 | 6.31 × 10 6 | 4 | 0.0251 | Акубенс | 25 | 10 −10 | Фенрир (спутник Сатурна) | |||
−16 | 2.51 × 10 6 | 5 | 0.01 | Веста (макс.) , Уран (макс.) | 26 | 3.98 × 10 −11 | ||||
−15 | 10 6 | 6 | 3.98 × 10 −3 | типичный предел невооруженного глаза [примечание 2] | 27 | 1.58 × 10 −11 | предел видимого света для 8-метровых телескопов | |||
−14 | 3.98 × 10 5 | 7 | 1.58 × 10 −3 | Церера (макс.): самые слабые звезды, видимые невооруженным глазом из «темных» сельских районов. [12] | 28 | 6.31 × 10 −12 | ||||
−13 | 1.58 × 10 5 | полная луна | 8 | 6.31 × 10 −4 | Нептун (макс.) | 29 | 2.51 × 10 −12 | |||
−12 | 6.31 × 10 4 | 9 | 2.51 × 10 −4 | 30 | 10 −12 | |||||
−11 | 2.51 × 10 4 | 10 | 10 −4 | типичный предел бинокля 7×50 | 31 | 3.98 × 10 −13 | ||||
−10 | 10 4 | 11 | 3.98 × 10 −5 | Рядом с Центавром | 32 | 1.58 × 10 −13 | предел видимого света космического телескопа Хаббл [13] | |||
−9 | 3.98 × 10 3 | Иридиевая вспышка (макс.) | 12 | 1.58 × 10 −5 | 33 | 6.29 × 10 −14 | ||||
−8 | 1.58 × 10 3 | 13 | 6.31 × 10 −6 | 3C 273 квазар предел телескопов 4,5–6 дюймов (11–15 см) | 34 | 2.50 × 10 −14 | Предел ближнего инфракрасного света космического телескопа Джеймса Уэбба [14] | |||
−7 | 631 | Сверхновая SN 1006 | 14 | 2.51 × 10 −6 | Плутон (макс.) предел телескопов 8–10 дюймов (20–25 см) | 35 | 9.97 × 10 −15 |
Другие масштабы
[ редактировать ]Любые звездные системы должны быть откалиброваны для определения яркости нулевой звездной величины. Многие системы звездных величин, такие как система Джонсона UBV, по определению присваивают среднюю яркость нескольких звезд определенному числу, и все другие измерения звездной величины сравниваются с этой контрольной точкой. [15] Другие системы величин калибруются путем прямого измерения энергии, без опорной точки, и они называются «абсолютными» системами отсчета. Современные абсолютные системы отсчета включают систему величин AB , в которой эталоном является источник с постоянной плотностью потока на единицу частоты, [16] и система STMAG, в которой вместо этого опорный источник имеет постоянную плотность потока на единицу длины волны. [ нужна ссылка ]
Децибел
[ редактировать ]Другой логарифмической мерой интенсивности является уровень в децибелах . Хотя он чаще используется для измерения интенсивности звука, он также используется для измерения интенсивности света. Это параметр для фотоумножителей и аналогичной оптики фотоаппаратов для телескопов и микроскопов. Каждый коэффициент интенсивности 10 соответствует 10 децибелам. В частности, множитель интенсивности 100 соответствует увеличению на 20 децибел, а также соответствует уменьшению магнитуды на 5. Обычно изменение уровня связано с изменением магнитуды на
- дБ
Например, объект, который на 1 звездную величину больше (тусклее) эталонного объекта, будет генерировать сигнал на 4 дБ меньше (слабее), чем эталонный, что, возможно, придется компенсировать увеличением возможностей камеры на столько же децибелы.
См. также
[ редактировать ]- Величины AB
- Цвет – цветовая диаграмма
- Список самых ярких звезд
- Звезда фотометрического стандарта
- Фотометрическая система UBV
Примечания
[ редактировать ]- ^ Сегодня астрономы знают, что яркость звезд зависит как от их расстояния, так и от их собственной светимости .
- ^ Под очень темным небом, например, в отдаленных сельских районах.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Круми, А. (октябрь 2006 г.). «Человеческий контрастный порог и астрономическая видимость» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 442 (3): 2600–2619. arXiv : 1405.4209 . Бибкод : 2014MNRAS.442.2600C . дои : 10.1093/mnras/stu992 .
- ^ Майлз, Р. (октябрь 2006 г.). «Легкая история фотометрии: от Гиппарха до космического телескопа Хаббл» . Журнал Британской астрономической ассоциации . 117 : 172. Бибкод : 2007JBAA..117..172M . Проверено 8 февраля 2021 г.
- ^ Кейлл, Дж. (1739). Введение в настоящую астрономию (3-е изд.). Лондон. С. 47–48 .
- ^ Торен, В.Е. (1990). Лорд Ураниборга . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 306 . ISBN 9780521351584 .
- ^ Перейти обратно: а б с Грейни, CM; Грейсон, Т.П. (2011). «О телескопических дисках звезд: обзор и анализ звездных наблюдений с начала 17 до середины 19 веков». Анналы науки . 68 (3): 351–373. arXiv : 1003.4918 . дои : 10.1080/00033790.2010.507472 . S2CID 118007707 .
- ^ Грейни, CM (2009). «Фотометрические данные XVII века в форме телескопических измерений видимых диаметров звезд Иоганна Гевелия». Балтийская астрономия . 18 (3–4): 253–263. arXiv : 1001.1168 . Бибкод : 2009БалтА..18..253Г .
- ^ Юинг, А.; Геммере, Дж. (1812). Практическая астрономия . Берлингтон, Нью-Джерси: Эллисон. п. 41.
- ^ Хоскин, М. (1999). Кембриджская краткая история астрономии . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 258.
- ^ Тассул, Дж.Л.; Тассул, М. (2004). Краткая история солнечной и звездной физики . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета . п. 47 . ISBN 9780691117119 .
- ^ «Глоссарий» . Лаборатория реактивного движения. Архивировано из оригинала 25 ноября 2017 г. Проверено 23 ноября 2017 г.
- ^ «Видеть звезды и планеты при дневном свете» . sky.velp.info . Архивировано из оригинала 7 марта 2016 года . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ «Шкала астрономических величин» . www.icq.eps.harvard.edu . Проверено 17 декабря 2020 г.
- ^ Иллингворт, Джорджия; Маги, Д.; Ош, Пенсильвания; Боуэнс, Р.Дж.; Лаббе, И.; Стиавелли, М.; ван Доккум, PG; Франкс, М.; Тренти, М.; Каролло, CM; Гонсалес, В. (21 октября 2013 г.). «HST eXtreme Deep Field XDF: объединение всех данных ACS и WFC3/IR по региону HUDF в самое глубокое поле на свете». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 209 (1): 6. arXiv : 1305.1931 . Бибкод : 2013ApJS..209....6I . дои : 10.1088/0067-0049/209/1/6 . S2CID 55052332 .
- ^ «Телескопы» . www.jaymaron.com . Архивировано из оригинала 1 августа 2017 года . Проверено 14 сентября 2017 г. (получено 14 сентября 2017 г.)
- ^ Джонсон, Х.Л.; Морган, WW (1953). «Фундаментальная звездная фотометрия для стандартов спектрального класса по пересмотренной системе спектрального атласа Йеркса» . Астрофизический журнал . 117 : 313. Бибкод : 1953ApJ...117..313J . дои : 10.1086/145697 . ISSN 0004-637X .
- ^ Ок, Джей Би; Ганн, Дж. Э. (1983). «Вторичные эталонные звезды для абсолютной спектрофотометрии» . Астрофизический журнал . 266 : 713. Бибкод : 1983ApJ...266..713O . дои : 10.1086/160817 . ISSN 0004-637X .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Ротштейн, Дэйв (18 сентября 2003 г.). «Что такое видимая величина?» . Корнеллский университет . Архивировано из оригинала 17 января 2015 г. Проверено 23 декабря 2011 г.