Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 20. Основні характеристики зір

При першому ознайомленні із зоряним небом ми розглядали поняття «зоряна величина» m. Ви знаєте, що зорі 1-ї зоряної величини створюють в 2,5 раза більшу освітленість (точніше, у 2,512 раза), ніж зорі 2-ї зоряної величини, які, у свою чергу, дають світлові потоки в 2,5 раза більше, ніж зорі 3-ї зоряної величини і т. д. Таким чином, за інтервал в одну видиму зоряну величину (позначають 1m) прийнято відношення освітленостей (E) в 2,512 раза. Це число обрано для зручності так, щоб його десятковий логарифм точно дорівнював 0,4, а інтервал 5m відповідав відношенню в 100 разів. У вигляді формули ці відношення записав Норман Погсон (1829-1891):

Вимірюючи за допомогою фотометра відношення блиску зір, можна визначити різницю зоряних величин за формулою Погсона. Нульове значення вибирають умовно. При цьому узгоджено, щоб стандартна зоря 1-ї зоряної величини (середня з 20 найяскравіших зір) давала б у 100 разів більше світла, ніж зоря 6-ї зоряної величини, що ще може сприйняти око людини.

Видима зоряна величина Місяця в повні дорівнює -12,7m, а у фазі першої чверті становить -9,0m. За формулою Погсона можемо знайти, що освітленість Місяця в повні (Еп) більша від освітленості Місяця у фазі першої чверті (E1) у 30 разів:

Видиму зоряну величину Сонця визначив Вітольд Цераський (1849-1925). Її значення -26,8m. Шкала зоряних величин дає змогу виражати в зоряних величинах блиск слабких світил, невидимих неозброєним оком. У цей час найбільші телескопи з діаметром дзеркал 8-10 м і сучасною прийомною апаратурою дають змогу реєструвати об’єкти до 28-ї зоряної величини.

Видимий блиск зір не характеризує їхнього реального випромінювання. Він визначається дійсним випромінюванням зорі та відстанню до неї. Сонце, наприклад, набагато ближче до Землі, ніж будь-яка інша зоря, тому воно є найяскравішим світилом на небі. Отже, для порівняння дійсного блиску зір потрібно обчислювати їхню зоряну величину на певній однаковій відстані. За таку однакову (або стандартну) відстань прийнято 10 пк. Видиму зоряну величину, яку мала б зоря, якби перебувала від нас на відстані 10 парсеків, називають абсолютною зоряною величиною.

Нехай видима зоряна величина зорі на відстані r дорівнює m, а освітленість, створювана цією зорею, — E. За означенням видима зоряна величина з відстані r0 = 10 пк буде дорівнювати абсолютній зоряній величині M, а E0 — освітленість (або випромінювання) зорі з відстані 10 пк.

За цією формулою обчислимо абсолютну зоряну величину Сонця. Відстань до Сонця r = 1 а. о. = 1/206 265 пк; видима зоряна величина Сонця дорівнює -26,8m. Після підстановки цих значень у формулу одержимо, що M = -26,8m + 5m + 26,6m = 4,8m. Це означає, що із стандартної відстані 10 пк Сонце має вигляд слабкої зорі майже 5-ї зоряної величини.

Абсолютні зоряні величини зір коливаються від -9m до 19m, тобто відрізняються на 28m одна від одної або за освітленістю в 160 млрд разів.

Знаючи абсолютну зоряну величину зорі, можна обчислити дійсне загальне випромінювання зорі або її світність. Світністю L називають повну енергію, випромінювану зорею за 1 с. Світність зорі можна виразити у ватах, але частіше її виражають у світностях Сонця. Нагадаємо, що світність Сонця — 3,85 · 1026 Вт.

Зорі-надгіганти з абсолютною зоряною величиною М = -9m мають потужність випромінювання більшу від Сонця в 330 тис. разів, а неяскраві зорі з абсолютною зоряною величиною М = 19m випромінюють світло в 480 тис. разів слабше від Сонця.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Чим відрізняється абсолютна зоряна величина від видимої зоряної величини?
  • 2. Як можна визначити абсолютну зоряну величину зорі, якщо відомо відстань до неї або річний паралакс?
  • 3. Що розуміють під світністю зорі? Яка світність Сонця?

Зробіть історичний огляд питання про те, як астрономи визначали абсолютну зоряну величину.