Самые яркие звезды: объяснение светимости и звездной величины

Здравствуйте, друзья!

Сегодня я бы хотел рассказать вам о самых ярких звездах на нашем небосклоне и их очень много.

Взгляд на ночное небо над Землей показывает, что некоторые звезды намного ярче других.

Однако яркость звезды зависит от ее состава и от того, насколько далеко она находится от планеты.

Астрономы определяют яркость звезды с точки зрения видимой величины — насколько яркой звезда выглядит с Земли — и абсолютной величины — насколько яркой звезда выглядит на стандартном расстоянии 32,6 световых лет или 10 парсеков.

Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год — около 6 триллионов миль или 10 триллионов километров.

Астрономы также измеряют светимость — количество энергии (света), которое звезда излучает со своей поверхности.

Измерение яркости звезд — древняя идея, но сегодня астрономы используют более точные инструменты для проведения расчетов.

В частности, они используют электромагнитный спектр, фокусируясь на длинах волн, видимых человеческому глазу.

Каждая звезда имеет характерный спектр света, который для наших глаз воспринимается как цвет.

Исторический обзор

Более 2000 лет назад греческий астроном Гиппарх (Hipparchus) первым составил каталог звезд в соответствии с их яркостью во II веке до нашей эры.

Гиппарх также интересовался крупномасштабной эволюцией неба и пытался понять, как звезды вписываются в его структуру.

Наша современная шкала величин основана на шкале, установленной римским астрономом Клавдием Птолемеем (Claudius Ptolemy), который создал звездный каталог во 2 веке нашей эры.

Птолемей более известен созданием модели Вселенной, ориентированной на Землю, основанной на его интерпретации движения планет невооруженным глазом — она была широко принята астрономическим сообществом вплоть до изобретения телескопа.

В каталоге Птолемея звезды перечислены от самых ярких (которые он считал первой величиной) до самых тусклых (шестая величина).

Однако Птолемей был ограничен тем, что мог смотреть на яркость звезд только невооруженным глазом.

Телескоп, появившийся в 17 веке, открыл гораздо больше звезд, чем может увидеть человеческий глаз.

В 1610 году один из первых телескопических наблюдателей Галилео Галилей (Galileo Galilei) был одним из первых зарегистрированных наблюдателей, заговоривших о силе телескопических наблюдений.

Он использовал телескоп, чтобы наблюдать, среди прочего, кратеры на Луне и спутники, вращающиеся вокруг Юпитера.

«Действительно, с помощью стекла вы обнаружите под звездами шестой величины такую толпу других, которые ускользают от естественного зрения, что в это трудно поверить», — сказал он.

«Самый большой из них… мы можем обозначить как имеющий седьмую величину».

Быстро развивающиеся телескопы быстро позволили астрономам видеть все более и более тусклые объекты, и сегодня профессиональные телескопы действительно могут быть весьма чувствительными.

«Сегодня пара 50-миллиметровых биноклей покажет звезды примерно 9-й величины, 6-дюймовый любительский телескоп достигнет 13-й величины, а космический телескоп Хаббла видел объекты столь же слабыми, как 31-я величина», — сообщили в Sky & Telescope.

Поскольку трудно определить разницу между величинами невооруженным глазом, в 19 веке астрономы начали обсуждать инструменты для более точного измерения величины.

«Они уже определили, что звезда 1-й величины излучает примерно в 100 раз больше света, чем звезда 6-й величины», — продолжили Sky & Telescope.

«Соответственно, в 1856 году оксфордский астроном Норман Р. Погсон (Norman R. Pogson) предложил точно определить разницу в пять звездных величин как отношение яркости 100 к 1.

Это удобное правило было быстро принято».

Сегодня мы можем измерить эту разницу, используя показатель под названием «поток», который определяет скорость, с которой энергия достигает нас от звезды на единицу площади.

Нашим современным инструментом выбора являются светочувствительные устройства с зарядовой связью внутри цифровых камер.

Примечательно, что миссия Европейского космического агентства под названием «Gaia» находится в долгосрочном поиске измерения яркости звезд с предельной точностью в космосе, что поможет обновлять наши каталоги.

Итак, теперь мы можем понять, как на практике работает шкала величин, когда мы смотрим на небо.

Мы используем Вегу в качестве опорной звезды для измерения величины по давнему соглашению — звездная величина раньше определялась с величиной 0, но теперь она составляет около 0,3 благодаря более точным измерениям.

Большинство людей со средним зрением могут видеть объекты тусклыми до шестой величины в темных местах.

Звезды могут быть яркими почти до -1,5 звездной величины, Международная космическая станция кажется яркой до -6 звездной величины, а Луна — почти до -13 звездной величины.

Солнце, которое слишком яркое, чтобы безопасно смотреть невооруженным глазом, имеет почти -27 звездную величину.

Видимая величина

Если принять Землю за точку отсчета, масштаб звездной величины не учитывает истинные различия в яркости между звездами.

Видимая звездная величина (или яркость) зависит от местоположения наблюдателя.

Разные наблюдатели придут к разным измерениям, в зависимости от их местонахождения и расстояния от звезды.

Звезды или объекты, которые находятся ближе к Земле, но слабее, могут казаться ярче, чем гораздо более яркие объекты, находящиеся далеко.

«Видимая величина объекта говорит нам только о том, насколько ярким он выглядит с Земли.

Она не говорит нам, насколько ярким этот объект по сравнению с другими объектами во Вселенной», — заявил Университет Лас-Кумбрес.

Безусловно, можно говорить о видимой величине, когда речь идет об астрономии на любительском уровне.

Большинство из нас ограничено использованием биноклей или небольших телескопов, и им не нужно выполнять профессиональные расчеты, чтобы наслаждаться наблюдениями.

Но профессионалы, изучающие звезды в их контексте, используют другую метрику, называемую абсолютной звездной величиной.

Абсолютная величина

Абсолютная величина, в отличие от видимой величины, позволяет нам служить эталоном для сравнения звезд.

Абсолютная величина вычисляет яркость звезд, как они выглядели бы, если бы они находились на расстоянии 32,6 световых года или 10 парсеков от Земли.

Хотя шкала абсолютной величины — это лучшая попытка астрономов сравнить яркость звезд, есть несколько основных ограничений, связанных с инструментами, которые используются для ее измерения.

Во-первых, астрономы должны определить, какую длину волны света они используют для измерения.

Звезды могут излучать излучение в различных формах, от высокоэнергетического рентгеновского до низкоэнергетического инфракрасного излучения.

В зависимости от типа звезды они могут быть яркими на одних из этих длин волн и тусклее на других.

Чтобы решить эту проблему, ученые должны указать, какую длину волны они используют для измерения абсолютной величины.

Еще одним ключевым ограничением является чувствительность прибора, используемого для измерения.

В общем, по мере развития компьютеров и совершенствования технологии зеркал телескопов с годами измерения, сделанные в последние годы, имеют больший вес среди ученых, чем те, которые были сделаны давно.

Как это ни парадоксально, самые яркие звезды наименее изучены астрономами, но недавно была предпринята по крайней мере одна попытка составить каталог их светимости.

Созвездие наноспутников под названием BRITE (BRight Target Explorer) измеряет изменчивость яркости между звездами.

Участниками шестиспутникового проекта являются Австрия, Канада и Польша.

В 2022 году пять спутников все еще должны будут работать.

Переменные звезды

В то время как многие звезды имеют постоянную яркость, существует более 100 000 известных и занесенных в каталог переменных звезд.

Даже наше собственное солнце непостоянно, его выход энергии меняется примерно на 0,1 процента, или на одну тысячную его звездной величины, в течение его 11-летнего солнечного цикла.

Переменные звезды могут меняться в краткосрочной или долгосрочной перспективе.

Астрономы, как правило, гораздо больше говорят о краткосрочных переменных звездах, если только они не заинтересованы в изучении звездной эволюции или космологии (которая изучает историю Вселенной).

Краткосрочные переменные звезды бывают двух видов.

Один из них является внутренним, то есть их светимость меняется из-за таких особенностей, как расширение, сжатие, извержение или пульсация.

Второй — внешний, означающий, что звезда или планета проходят перед звездой и блокируют свет, или что изменение происходит из-за звездного вращения.

Существует множество видов краткосрочных переменных звезд.

Чаще всего упоминаются переменные цефеиды, которые представляют собой чрезвычайно яркие звезды с коротким периодом пульсации.

Изменения светимости позволяют астрономам рассчитать, как далеко находятся эти цефеиды, что делает их полезными «измерителями», если звезды находятся внутри галактик или туманностей.

В конечном итоге это позволяет нам оценить расширение Вселенной, отслеживая постоянную Хаббла, хотя ученые расходятся во мнениях относительно того, насколько быстро происходит расширение.

Другие типы краткосрочных переменных звезд включают катаклизмические переменные, которые становятся ярче из-за вспышек, например, во время взрывов сверхновых, или эруптивные переменные, яркость которых меняется во время вспышек на поверхности.

Что касается долгоживущих переменных звезд, то нам известно как минимум несколько звезд, менявших яркость на протяжении многих столетий.

Например, «Полярная звезда» или «Полярис» в древние времена могла быть в 4,6 раза ярче, чем сегодня.

Исследование 2014 года показало, что звезда тускнела в течение последних нескольких десятилетий, но затем снова резко посветлела.

Наконец, есть звезды, переменные по внешним причинам.

Примеры включают затмение двойных звезд, когда одна звезда проходит перед другой и временно затемняет свет самой дальней звезды от Земли.

Другой пример — вращающаяся звезда, такая как пульсар.

Пульсары — это быстро вращающиеся ядра старых звезд, взорвавшихся в сверхновые, электромагнитное излучение которых видно только тогда, когда луч направлен на Землю.

Топ 150 самых ярких звезд

Ниже приведены 150 самых ярких звезд, видимых с Земли, с указанием их видимой величины и абсолютной величины.

Используя комбинацию Справочника наблюдателей RASC и онлайн-списка Джима Калера (Jim Kaler), я составил список из 150 самых ярких звезд для наблюдения и, возможно, для получения изображений.

Мой список не такой аккуратный, как у RASC или у Калера, поскольку я сгруппировал все, что имеет компаньон или двойную звезду, в просто «двойники» и разделил некоторые из них на два отдельных заголовка, где у Калера они были вместе.

Я также сократил окончательный список на произвольных 150.

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!

Похожие записи

Красный карлик: самый крутой, самый маленький и последний сияющий

Как образуются звезды? Простое руководство для начинающих

Типы звезд: классификация, размер и жизненный цикл

Звезда Маркаб – Альфа Пегаса: особенности и факты