Den tilsynelatende størrelsen ( m ) til et himmellegeme er et mål på lysstyrken som kan detekteres fra et observasjonspunkt, vanligvis Jorden . Størrelsesverdien korrigeres for å oppnå lysstyrken som objektet ville hatt hvis jorden ikke hadde noen atmosfære . Jo større lysstyrken til det himmelske objektet er, desto lavere er dets størrelse. Størrelse, målt ved fotometri , detekteres vanligvis i det menneskelige synlige spekteret (vmag), men andre områder av det elektromagnetiske spekteret kan noen ganger brukes , for eksempel J-båndet i det nære infrarøde .Sirius er den lyseste stjernen på nattehimmelen i det synlige spekteret, men i J-båndet er den lyseste stjernen Betelgeuse . For eksempel, siden et ekstremt lyst objekt kan virke veldig svakt hvis det er plassert på stor avstand, indikerer ikke denne målingen den iboende lysstyrken til det himmelske objektet, som i stedet uttrykkes med konseptet absolutt størrelse .
Synlig for det menneskelige øyet [1] |
Tilsynelatende størrelse |
Lysstyrke i forhold til Vega |
Antall stjerner lysere enn tilsynelatende styrke [2] |
---|---|---|---|
Jepp | −1,0 | 250 % | 1 |
0,0 | 100 % | 4 | |
1.0 | 40 % | 15 | |
2.0 | 16 % | 48 | |
3.0 | 6,3 % | 171 | |
4.0 | 2,5 % | 513 | |
5.0 | 1,0 % | 1 602 | |
6.0 | 0,40 % | 4 800 | |
Bare spesielt mørk himmel | 7.0 | 0,16 % | 14 000 |
8.0 | 0,063 % | 42 000 | |
Nei | 9,0 | 0,025 % | 121 000 |
10,0 | 0,010 % | 340 000 |
Skalaen som størrelser måles med har sine røtter i den hellenistiske praksisen med å dele stjernene som er synlige for det blotte øye i seks størrelser . De lyseste stjernene ble sagt å være av første størrelsesorden ( m = +1), de lyseste halvparten av disse var av andre størrelsesorden, og så videre opp til den sjette størrelsesorden ( m = +6), ved grensen for menneskelig syn med det blotte øye (uten teleskop eller andre optiske hjelpemidler). Denne rent empiriske metoden for å indikere lysstyrken til stjerner ble popularisert av Ptolemaios i hans Almagest , og antas å ha blitt oppfunnet av Hipparchus . Systemet vurderte bare stjernene, og tok ikke hensyn til Månen , Solen eller andre ikke-stjernelige himmelobjekter. [3]
I 1856 formaliserte Pogson systemet ved å definere en stjerne av første størrelsesorden som en stjerne som var 100 ganger lysere enn en stjerne med sjette størrelsesorden. Dermed er en stjerne av første størrelsesorden funnet å være 2512 ganger lysere enn en stjerne i andre størrelsesorden, som utledet fra følgende beregning:
Den femte roten av 100 (2,512) er kjent som Pogson-forholdet . [4] Pogson-skalaen ble opprinnelig fikset ved å tilordne polarstjernen en styrke på 2. Astronomer oppdaget senere at Polaris er litt variabel, så stjernen Vega brukes som referanse . Det ble besluttet å ta i bruk en logaritmisk skala fordi man på 1800-tallet trodde at det menneskelige øyet ikke var følsomt for forskjeller i lysstyrke på en måte som var direkte proporsjonal med mengden energi som ble mottatt, men på en logaritmisk skala. Det ble senere oppdaget at dette bare er tilnærmet riktig, men den logaritmiske størrelsesskalaen forble i bruk likevel. [5]
Det moderne systemet er ikke lenger begrenset til seks størrelser. Svært lyse objekter har negative størrelser . For eksempel har Sirius , den lyseste stjernen i himmelsfæren, en tilsynelatende styrke mellom -1,44 og -1,46. Den moderne skalaen inkluderer månen og solen . Den første, når den er full, er av størrelsesorden -12, mens den andre når størrelsesorden -26,8. Hubble-romteleskopet og Keck - teleskopet har registrert stjerner i størrelsesorden +30.
Siden mengden lys som mottas av en observatør avhenger av forholdene i jordens atmosfære , blir den tilsynelatende størrelsesverdien korrigert for å oppnå lysstyrken som et objekt ville ha i fravær av en atmosfære. Jo svakere en gjenstand er, desto større er dens størrelse.
Den tilsynelatende størrelsen på et objekt er ikke et mål på dets iboende lysstyrke: hvor lysende et objekt ser ut fra jorden avhenger ikke bare av dens absolutte lysstyrke, men også av avstanden. Et veldig fjernt objekt kan virke veldig svakt, selv om dens indre lysstyrke er høy. Et mål på objektets iboende lysstyrke er dens absolutte størrelse ( M ), som er størrelsen objektet ville hatt hvis det var 10 parsec unna Jorden (~ 32,6 lysår ). For planeter og andre kropper i solsystemet tilsvarer absolutt størrelse den tilsynelatende størrelsen som kroppen ville hatt hvis den var 1 AU unna både Solen og Jorden. Solens absolutte styrke er 4,83 i V-båndet (gult) og 5,48 i B-båndet (blått). [6]
Siden , kan den tilsynelatende størrelsen m i x - båndet defineres som:
hvor er den observerbare astrofysiske fluksen i x -båndet og og er størrelsen og fluksen til henholdsvis et referanseobjekt, for eksempel stjernen Vega. En økning på én størrelse tilsvarer en reduksjon av en faktor på . For egenskapene til logaritmer kan en forskjell i størrelsesorden konverteres til et forhold mellom flukser ved å bruke følgende formel:
Anta at du vil vite forholdet mellom lysstyrken til solen og fullmånen . Den gjennomsnittlige tilsynelatende størrelsen til solen er -26,74, den for fullmånen er i gjennomsnitt -12,74.
Forskjell i størrelsesorden:
Lysstyrkeforhold:
Sett fra jorden virker solen 400 000 ganger lysere enn fullmånen, men vår Astro er nesten 400 ganger lenger fra planeten vår enn den gjennomsnittlige avstanden til Månen, som åpenbart reflekterer, i en liten del, det mottakende lyset.
Noen ganger kan det være nødvendig å legge til størrelser, for eksempel for å bestemme den kombinerte størrelsen til en dobbeltstjerne, når størrelsen på de to komponentene er kjent. Dette kan gjøres ved å bruke følgende ligning: [7]
hvor er den kombinerte størrelsen e og størrelsen på de to komponentene. Ved å løse ligningen får vi:
Legg merke til at negative tall av hver størrelsesorden brukes fordi høyere lysstyrker tilsvarer lavere styrker.
Skalaens logaritmiske natur skyldes det faktum at man på Pogsons tid trodde at det menneskelige øyet i seg selv hadde en logaritmisk respons (se for eksempel Weber-Fechner-loven ). Imidlertid ble det senere oppdaget at det menneskelige øye faktisk følger maktlover , slik som de som er uttrykt av Stevens lov . [8]
Målingen av størrelsen er komplisert av det faktum at himmellegemer ikke sender ut monokromatisk stråling, men fordeler seg på sitt eget karakteristiske spektrum . Det er derfor det er viktig å vite i hvilken region av dette spekteret vi observerer. For dette formålet brukes det UBV-fotometriske systemet der størrelsen måles ved tre forskjellige bølgelengder : U (sentrert rundt 350 nm , i nær ultrafiolett ), B (rundt 435 nm, i blått) og V (rundt 555 nm, midt i følsomhetsområdet til det menneskelige øyet). V-båndet ble valgt fordi det gir størrelser som er svært like de som det menneskelige øye ser, og når en tilsynelatende størrelsesverdi er gitt uten annen forklaring, er det typisk en V-størrelse, også kalt visuell størrelse [9] .
Imidlertid avgir kaldere stjerner, som røde kjemper og røde dverger , lite energi i de blå og UV-delene av spekteret, og deres lysstyrke er ofte undervurdert på UBV-skalaen. Faktisk ville noen stjerner av L- og T -typen ha en UBV-styrke større enn 100 fordi de sender ut veldig lite synlig lys, men er mye lysere i infrarødt lys . Det originale UBV-systemet ble deretter integrert med to nye "farger", R og I, sentrert ved henholdsvis 797 og 1220 nm ( Johnson-Morgan-Cousins system [10] ).
Når båndet for å observere er valgt, må det også huskes at hver detektor som brukes til å samle strålingen (filmer, CCD -sensorer , fotomultiplikatorer ...) har en annen effektivitet ettersom frekvensen til det innfallende fotonet varierer: vi må ta derfor også hensyn til disse egenskapene responskurver når vi ønsker å spore lysstyrken til et observert objekt. Fotografiske filmer brukt på begynnelsen av 1900-tallet var svært følsomme for blått lys, og som et resultat av fotografier som ble tatt på den tiden, fremstår den blå superkjempen Rigel mye lysere enn den røde superkjempen Betelgeuse enn den ser ut for det blotte øye. Følgelig anses størrelsene som er oppnådd fra disse fotografiene, kjent som fotografiske størrelser , som foreldet. [11]
I praksis skjer overgangen fra instrumentelle størrelser til mengder med effektiv astrofysisk betydning gjennom sammenligning med passende standardstjerner , objekter valgt som referanse hvis lysstyrke og spektralfordeling er kjent.
Verdi | Himmelsk gjenstand |
---|---|
−38.00 | Rigels størrelse sett fra en avstand på 1 AU . Det vil se ut som en blåfarget kule med en tilsynelatende diameter på 35 °. |
−30.30 | Sirius sett fra en avstand på 1 AU |
−29.30 | Solen sett av Merkur ved perihelium |
−27.40 | Solen sett fra Venus ved perihel |
−26,74 | Solen sett fra jorden [12] |
−25,60 | Solen sett fra Mars ved aphelion |
−23.00 | Solen sett av Jupiter ved aphelion |
−21.70 | Solen sett av Saturn ved aphelion |
−20.20 | Solen sett fra Uranus ved aphelion |
−19.30 | Solen sett av Neptun ved aphelion |
−18.20 | Solen sett av Pluto ved aphelion |
−16.70 | Solen sett av Eris ved aphelion |
−14 | Lysstrøm på 1 lux [13] |
−12.92 | Maksimal lysstyrke for fullmånen (gjennomsnittet er -12,74) [14] |
−11.20 | Solen sett fra Sedna ved aphelion |
−10 | Comet Ikeya-Seki ( 1965), den lyseste kometen i moderne tid [15] |
−8,50 | Maksimal lysstyrke for en Iridium-bluss |
−7,50 | Supernovaen SN 1006 observert i år 1006 , den lyseste stjernehendelsen som det finnes skriftlige bevis for [16] |
−6,50 | Den integrerte størrelsen på jordens nattehimmel |
−6.00 | Supernovaen til krabben (SN 1054) observert i år 1054 ( 6500 lysår unna ) [17] |
−5.2 | Den internasjonale romstasjonen når den er i perigeum og er fullstendig opplyst av solen [18] |
−4,89 | Maksimal lysstyrke til Venus [19] |
−4.00 | Lysstyrken til det svakeste himmellegemet synlig for det blotte øye om dagen når solen står høyt på himmelen |
−3,99 | Topp lysstyrke for ε Canis Majoris , som skjedde for 4,7 millioner år siden. Det er den lyseste stjernen de siste fem og de neste fem millioner årene [20] |
−2,94 | Maksimal lysstyrke for Jupiter [21] |
−2,91 | Maksimal lysstyrke til Mars [22] |
−2,50 | Lysstyrken til det svakeste himmellegemet synlig for det blotte øye når solen er mindre enn 10° over horisonten |
−2,50 | Minimum lysstyrke for en nymåne |
−2,45 | Maksimal lysstyrke til Merkur under dens nedre konjunksjon |
−1,61 | Minimum lysstyrke for Jupiter |
−1,47 | Sirius , den lyseste stjernen i det synlige båndet, bortsett fra solen [23] |
-0,83 | Den tilsynelatende størrelsen på η Carinae under eksplosjonen i april 1843 |
−0,72 | Canopus , den nest lyseste stjernen på himmelen [24] |
-0,49 | Maksimal lysstyrke til Saturn , i opposisjon og når ringene er maksimalt synlige ( 2003 , 2008 ) |
−0,27 | α Centauri -systemet , den tredje klareste stjernen [25] |
−0,04 | Arturo , den fjerde lyseste stjernen [26] |
−0,01 | α Centauri A , den viktigste i α Centauri -systemet [27] |
+0,03 | Vega , som opprinnelig ble valgt som definisjon av null størrelse [28] |
+0,50 | Solen sett av α Centauri |
1,47 | Minimum lysstyrke for Saturn |
1,84 | Minste lysstyrke til Mars |
3.03 | Supernova SN 1987A eksploderte i den store magellanske skyen i en avstand på 160 000 lysår |
3 til 4 | De svakeste stjernene er synlige i bysentre |
3,44 | Andromedagalaksen ( M31) [29] |
4,38 | Maksimal lysstyrke til Ganymedes [30] , en naturlig satellitt av Jupiter , den største i solsystemet |
4,50 | M41 , en åpen klynge som kunne vært observert av Aristoteles [31] |
5.20 | Maksimal lysstyrke til asteroiden Vesta |
5,32 | Maksimal lysstyrke til Uranus [32] |
5,72 | Spiralgalaksen M33 , brukt som en test for syn med det blotte øye under mørk himmel [33] |
5,73 | Minimum lysstyrke for Merkur |
5.8 | Topp lysstyrke av gammastråleutbruddet GRB 080319B observert fra Jorden 19. mars 2008 fra en avstand på 7,5 milliarder lysår (dette er det fjerneste objektet som er synlig for det blotte øye så langt registrert) |
5,95 | Minste lysstyrke til Uranus |
6,49 | Maksimal lysstyrke til Pallas - asteroiden |
6,50 | Omtrentlig gjennomsnittlig grense for stjerner som er synlige for det blotte øye under optimale himmelforhold. Omtrent 9 500 objekter har lysstyrke mindre enn eller lik 6,5 [2] |
6,64 | Maksimal lysstyrke til dvergplaneten Ceres , den mest massive kroppen i hovedbeltet |
6,75 | Maksimal lysstyrke til asteroiden Iris |
6,90 | Galaksen Bode (Messier 81), et objekt som er plassert ved grensene til Bortle-skalaen for mørke himmel og derfor synligheten med det blotte øye under de mørkeste himmelforholdene som kan verifiseres på jorden [34] |
7 til 8 | Ekstreme grenser for synlighet med det blotte øye under de mørkeste himmelforholdene som kan verifiseres på jorden (klasse 1 av Bortle mørk himmelskala) [35] |
7,78 | Maksimal lysstyrke til Neptun [36] |
8.02 | Minimum lysstyrke til Neptun |
8.10 | Den maksimale lysstyrken til Titan , den største av Saturns naturlige satellitter [37] [38] . Gjennomsnittlig lysstyrke i opposisjon er 8,4 [39] |
8,94 | Maksimal lysstyrke for asteroide 10 Hygiea [40] |
9,50 | De svakeste gjenstandene er synlige ved bruk av vanlig 7x50 kikkert under normale forhold [41] |
10.20 | Maksimal lysstyrke til Iapetus , den tredje naturlige satellitten til Saturn [38] |
12,91 | 3C 273 , den lyseste kvasaren på himmelen, med en lysstyrkeavstand på 2,4 milliarder lysår |
13.42 | Maksimal lysstyrke til Triton , den viktigste naturlige satellitten til Neptun [39] |
13.5 | Maksimal lysstyrke til dvergplaneten Pluto [42] |
15.40 | Maksimal lysstyrke for kentaurasteroiden Chiron [43] |
15.55 | Maksimal lysstyrke til Charon , den viktigste naturlige satellitten til Pluto |
16.80 | Nåværende maksimal lysstyrke til dvergplaneten Makemake , i opposisjon [44] |
17.27 | Nåværende maksimal lysstyrke for dvergplaneten Haumea , når den er i opposisjon [45] |
18,73 | Nåværende lysstyrke til dvergplaneten Eris , når den er i opposisjon [46] |
20.70 | Calliroe , en liten naturlig satellitt (~ 8 km) av Jupiter [39] |
22.00 | Omtrentlig grense for et 24" Ritchey-Chrétien- teleskop kombinert med en CCD , når objektet er observert i 30 minutter [47] |
22,91 | Maksimal lysstyrke til Hydra , naturlig satellitt til Pluto [48] |
23.38 | Maksimal lysstyrke om natten , naturlig satellitt til Pluto [48] |
24,80 | Lysstyrken til det svakeste objektet tatt i et amatørbilde: kvasaren CFHQS J1641 +3755 [49] |
25.00 | Fenrir , liten (~ 4 km) naturlig satellitt av Saturn [50] |
27.00 | De svakeste objektene kan observeres i det synlige spekteret gjennom terrestriske teleskoper på 8 meter i diameter |
28.00 | Jupiter hvis den var 5000 AU langt fra solen [51] |
28.20 | Halleys komet i 2003 da den var 28 AU fra solen [52] |
31,50 | De svakeste objektene som kan observeres i det synlige spekteret av Hubble-romteleskopet |
34.00 | De svakeste objektene som kan observeres i det synlige spekteret av det konstruerte European Extremely Large Telescope [53] |
35.00 | Størrelse estimert i det synlige av LG 1806-20 , en knallblå hyperkjempe , 38 000 lysår unna solen, som ser ekstremt svak ut på grunn av utryddelse |
(se også de lyseste stjernene på den observerbare nattehimmelen ) |
Noen av de ovennevnte størrelsene er kun omtrentlige. Følsomheten til et teleskop avhenger av observasjonstiden, bølgelengden og atmosfærisk interferens som spredning eller luftglød .