Если смотреть на звездное небо, сразу бросается в глаза, что звезды резко отличаются по своей яркости - одни светят очень ярко, они легко заметны, другие трудно различить невооруженным глазом.

Еще древний астроном Гиппарх предложил различать яркость звезд. Звезды были разделены на шесть групп: к первой относятся самые яркие - это звезды первой величины (сокращенно - 1m, от латинского magnitudo- величина), звезды послабей - ко второй звездной величине (2m) и так далее до шестой группы - едва различимые невооруженным глазом звезды. Звездная величина характеризует блеск звезды, тоесть освещенность, которую звезда создает на земле. Блеск звезды 1m больше блеска звезды 6mв 100 раз.

Изначально яркость звезд определялась неточно, на глазок; позже, с появлением новых оптических приборов, светимость стали определять точнее и стали известны менее яркие звезды со звездной величиной больше 6. (Самый мощный российский телескоп - 6-ти метровый рефлектор - позволяет наблюдать звезды до 24-й величины.)

С увеличением точности измерений, появлением фотоэлект-рических фотометров, возрастала точность измерения яркости звезд. Звездные величины стали обозначать дробными числами. Наиболее яркие звезды, а также планеты имеют нулевую или даже отрицательную величину. Например, Луна в полнолуние имеет звездную величину -12,5, а Солнце -- -26,7.

В 1850 г. английский астроном Н. Поссон вывел формулу:

E1/E2=(5v100)m3-m1?2,512m2-m1

где E1и E2 - освещенности, создаваемые звездами на Земле, а m1и m2- их звездные величины. Иными словами, звезда, например, первой звездной величины в 2,5 раза ярче звезды второй величины и в 2,52=6,25 раз ярче звезды третьей величины.

Однако значения звездной величины недостаточно для характеристики светимости объекта, для этого необходимо знать расстояние до звезды.

Расстояние до предмета можно определить, не добираясь до него физически. Нужно измерить направление на этот предмет с двух концов известного отрезка (базиса), а затем рассчитать размеры треугольника, образованного концами отрезка и удалённым предметом. Этот метод называется триангуляцией.

Чем больше базис, тем точнее результат измерений. Расстояния до звёзд столь велики, что длина базиса должна превосходить размеры земного шара, иначе ошибка измерения будет велика. К счастью, наблюдатель вместе с планетой путешествует в течение года вокруг Солнца, и если он произведёт два наблюдения одной и той же звезды с интервалом в несколько месяцев, то окажется, что он рассматривает её с разных точек земной орбиты, - а это уже порядочный базис. Направление на звезду изменится: она немного сместится на фоне более далёких звёзд. Это смещение называется параллактическим, а угол, на который сместилась звезда на небесной сфере, - параллаксом. Годичным параллаксом звезды называется угол, под которым с неё был виден средний радиус земной орбиты, перпендикулярный направлению на звезду.

С понятием параллакса связано название одной из основных единиц расстояний в астрономии - парсек. Это расстояние до воображаемой звезды, годичный параллакс которой равнялся бы точно 1"". Годичный параллакс любой звезды связан с расстоянием до неё простой формулой:

где r - расстояние в парсеках, П - годичный параллакс в секундах.

Сейчас методом параллакса определены расстояния до многих тысяч звёзд.

Теперь, зная расстояние до звезды, можно определить ее светимость - количество реально излучаемой ею энергии. Ее характеризует абсолютная звездная величина.

Абсолютная звездная величина (M) - такая величина, которую имела бы звезда на расстоянии 10 парсек (32,6 световых лет) от наблюдателя. Зная видимую звездную величину и расстояние до звезды, можно найти ее абсолютную звездную величину:

M=m + 5 - 5 * lg(r)

Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра - крошечный тусклый красный карлик - имеет видимую звездную величину m=-11,3, а абсолютную M=+15,7. Несмотря на близость к Земле, такую звезду можно разглядеть только в мощный телескоп. Еще более тусклая звезда №359 по каталогу Вольфа: m=13,5; M=16,6. Наше Солнце светит ярче, чем Вольф 359 в 50000 раз. Звезда дЗолотой Рыбы (в южном полушарии) имеет только 8-ю видимую величину и не различима невооруженным глазом, но ее абсолютная величина M=-10,6; она в миллион раз ярче Солнца. Если бы она находилась от нас на таком же расстоянии, как Проксима Центавра, она бы светила ярче Луны в полнолуние.

Для Солнца M=4,9. На расстоянии 10 парсек солнце будет видно слабой звездочкой, с трудом различимой невооруженным глазом.

(из Википедии)

Звёздная величина - числовая характеристика объекта на небе, чаще всего звезды, показывающая, сколько света приходит от него в точку, где находится наблюдатель.

Видимая (визуальная)

Современное понятие видимой звёздной величины сделано таким, чтобы оно соответствовало величинам, приписанным звёздам древнегреческим астрономом Гиппархом во II веке до н. э. Гиппарх разделил все звёзды на шесть величин. Самые яркие он назвал звёздами первой величины, самые тусклые — звёздами шестой величины. Промежуточные величины он распределил равномерно между оставшимися звёздами.

Видимая звёздная величина зависит не только от того, сколько света излучает объект, но и от того, на каком расстоянии от наблюдателя он находится. Видимая звёздная величина считается единицей измерения блеска звезды, причём чем блеск больше, тем величина меньше, и наоборот.

В 1856 году Н. Погсон предложил формализацию шкалы звёздных величин. Видимая звёздная величина определяется по формуле:

Где I — световой поток от объекта, C — постоянная.

Поскольку данная шкала относительная, то её нуль-пункт (0 m ) определяют как яркость такой звезды, у которой световой поток равен 10³ квантов /(см²·с·Å) в зелёном свете (шкала UBV) или 10 6 квантов /(см²·с·Å) во всём видимом диапазоне света. Звезда 0 m за пределами земной атмосферы создаёт освещённость в 2,54·10 −6 люкс.

Шкала звёздных величин является логарифмической, поскольку изменение яркости в одинаковое число раз воспринимается как одинаковое (закон Вебера — Фехнера). Кроме того, поскольку Гиппарх решил, что величина тем меньше , чем звезда ярче , то в формуле присутствует знак минус.

Следующие два свойства помогают пользоваться видимыми звёздными величинами на практике:

Увеличению светового потока в 100 раз соответствует уменьшение видимой звёздной величины ровно на 5 единиц.
Уменьшение звёздной величины на одну единицу означает увеличение светового потока в 10 1/2,5 =2,512 раза.

В наши дни видимая звёздная величина используется не только для звёзд, но и для других объектов, например, для Луны и Солнца и планет. Поскольку они могут быть ярче самой яркой звезды, то у них может быть отрицательная видимая звёздная величина.

Видимая звёздная величина зависит от спектральной чувствительности приёмника излучения (глаза, фотоэлектрического детектора, фотопластинки и т. п.)

Визуальная звёздная величина (V или m v ) определяется спектром чувствительности человеческого глаза (видимый свет), имеющего максимум чувствительности при длине волны 555 нм. или фотографически с оранжевым фильтром.

Фотографическая или «синяя» звёздная величина (B или m p ) определяется фотометрированием изображения звезды на фотопластинке, чувствительной к синим и ультрафиолетовым лучам, или при помощи сурьмяно-цезиевого фотоумножителя с синим фильтром.

Ультрафиолетовая звёздная величина (U ) имеет максимум в ультрафиолете при длине волны около 350 нм.

Разности звёздных величин одного объекта в разных диапазонах U−B и B−V являются интегральными показателями цвета объекта, чем они больше, тем более красным является объект.

Болометрическая звёздная величина соответствует полной мощности излучения звезды, т. е. мощности, просуммированной по всему спектру излучения. Для её измерения применяется специальное устройство — болометр.

абсолютная

Абсолютная звёздная величина (M ) определяется как видимая звёздная величина объекта, если бы он был расположен на расстоянии 10 парсек от наблюдателя. Абсолютная болометрическая звёздная величина Солнца +4,7. Если известна видимая звёздная величина и расстояние до объекта, можно вычислить абсолютную звёздную величину по формуле:

где d 0 = 10 пк ≈ 32,616 световых лет.

Соответственно, если известны видимая и абсолютная звёздные величины, можно вычислить расстояние по формуле

Абсолютная звёздная величина связана со светимостью следующим соотношением: где и — светимость и абсолютная звёздная величина Солнца.

Звёздные величины некоторых объектов

Объект	m
Солнце	−26,7
Луна в полнолуние	−12,7
Вспышка Иридиума (максимум)	−9,5
Сверхновая 1054 года (максимум)	−6,0
Венера (максимум)	−4,4
Земля (глядя с Солнца)	−3,84
Марс (максимум)	−3,0
Юпитер (максимум)	−2,8
Международная космическая станция (максимум)	−2
Меркурий (максимум)	−1,9
Галактика Андромеды	+3,4
Проксима Центавра	+11,1
Самый яркий квазар	+12,6
Самые слабые звёзды, наблюдаемые невооружённым глазом	От +6 до +7
Самый слабый объект, заснятый в 8-метровый наземный телескоп	+27
Самый слабый объект, заснятый в космический телескоп Хаббла	+30

Объект	Созвездие	m
Сириус	Большой пёс	−1,47
Канопус	Киль	−0,72
α Центавра	Центавр	−0,27
Арктур	Волопас	−0,04
Вега	Лира	0,03
Капелла	Возничий	+0,08
Ригель	Орион	+0,12
Процион	Малый пёс	+0,38
Ахернар	Эридан	+0,46
Бетельгейзе	Орион	+0,50
Альтаир	Орёл	+0,75
Альдебаран	Телец	+0,85
Антарес	Скорпион	+1,09
Поллукс	Близнецы	+1,15
Фомальгаут	Южная рыба	+1,16
Денеб	Лебедь	+1,25
Регул	Лев	+1,35

Солнце с разных расстояний

(освещенности слишком малы), и самое главное, исторически сложилось так, что блеск звезд стали измерять задолго до введения физиками понятия освещенность, используя внесистемную единицу измерения - звездную величину m * .

Таблица. Физические характеристики Солнца

см/сек2

4m .8

12.2. Звездные величины

Звездные величины были введены Гиппархом во II веке до н.э. Он разделил видимые невооруженным глазом звезды по степени их яркости на шесть классов - звездных величин. Самые яркие звезды принадлежали к первому классу - имели первую звездную величину, а самые слабые принадлежали к шестому классу и имели шестую звездную величину

(обозначение соответственно 1m и 6m ). Таким образом, важно запомнить, что чем больше звездная величина, тем слабее звезда.

Связь между освещенностями и звездными величинами была установлена в XIX веке Погсоном, и она определяет отношение освещенностей, создаваемых двумя звездами, через разность их звездных величин:

В качестве начала отсчета звездных величин была выбрана звезда Вега ( Lyr). Условились

Кроме того, в настоящее время используют дробные значения звездных величин, а более яркие звезды, чем Вега, имеют отрицательные звездные величины. Например, Сириус ( CMa) имеет блеск m =-1m .58.

Совершенно очевидно, что звездная величина практически ничего не говорит нам о действительной светимости звезды. Яркая звезда первой звездной величины может быть близкой звездой-карликом низкой светимости, а слабенькая звездочка шестой звездной величины оказаться очень далеким сверхгигантом огромной светимости. Поэтому для характеристики светимости звезд введена шкала абсолютных звездных величин M . Абсолютная звездная величина - это звездная величина, которую бы имела эта звезда, находясь на расстоянии 10 пк . Связь между видимой и абсолютной звездной величиной легко найти, используя закон Погсона и выражая расстояние до звезды в парсеках:

Окончательно получим:

Светимости звезд в светимостях Солнца удобно выражать через абсолютную звездную величину Солнца :

12.3. Спектры звезд. Эффект Допплера

Кроме рассмотренных выше интегральных (по всем длинам волн) освещенностей E ,

создаваемых звездами, можно ввести еще монохроматические освещенности

определяемые как количество энергии, приходящее от звезды на перпендикулярную единичную площадку за единицу времени в единичном интервале длин волн (=эрг/(см

У разных звезд на разные длины волн приходится различное количество энергии, поэтому рассматривают распределение энергии по длинам волн и называют его еще спектральным распределением энергии или просто спектром звезды. В зависимости от температуры звезды максимум в спектральном распределении приходится на разные длины волн. Чем звезда горячее, тем на меньшие длины волн приходится максимум ее спектрального распределения энергии. Поэтому горячие звезды по цвету являются голубыми и белыми, а холодные - желтыми и красными.

В спектрах звезд на фоне непрерывного спектра заметны многочисленные темные относительно узкие линии поглощения. Они образуются при переходах между энергетическими уровнями различных атомов и ионов в поверхностных слоях звезды. Каждый переход характеризуется вполне определенной длиной волны. Однако в

наблюдаемых спектрах звезд длины волн этих переходов не совпадают с лабораторными

Земли. Вследствие движения звезды все наблюдаемые длины волн смещаются относительно своих лабораторных значений, благодаря эффекту Допплера. Если звезда к нам приближается, линии в ее спектре смещаются в синюю область спектра, а если удаляется от нас, то в красную. Величина смещения z зависит от скорости звезды вдоль луча зрения v r :

Здесь c =300 000 км/сек это скорость света в вакууме.

Таким образом, изучая смещения линий в спектрах звезд и других небесных тел относительно их лабораторных положений, мы можем получить богатую информацию о лучевых скоростях звезд, о скоростях расширения оболочек звезд (звездный ветер, взрывы Новых и Сверхновых звезд), изучать спектрально-двойные звезды.

12.4. Галактики. Закон Хаббла

В начале XX века было окончательно доказано, что кроме нашей звездной системы, Галактики (Млечный Путь), куда входит Солнце и еще около ста миллиардов звезд, существуют и другие звездные системы - галактики, удаленные от нас на сотни и тысячи

мегапарсек (1 Мпк =106 пк ) и так же состоящие из десятков и сотен миллиардов звезд.

В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил, что в спектрах галактик наблюдается удивительная закономерность: чем дальше от нас расположена галактика, тем больше смещены в красную сторону линии в ее спектре. Это означает, что чем дальше от нас расположена галактика, тем быстрее она от нас удаляется. Эта закономерность получила название закона Хаббла:

Величина 50-100 км/(сек Мпк ) носит название постоянной Хаббла. Используя этот закон, мы можем, зная величину красного смещения z , определять расстояние до галактик в

Мпк.

Закон Хаббла означает, что наша Вселенная (или Метагалактика) расширяется, и взаимные расстояния между галактиками непрерывно увеличиваются. Необходимо заметить, что закон

Хаббла не является абсолютно точным и применим лишь при скоростях удаления или . При 0.1 необходимо учитывать релятивистские поправки.

67. Определить светимость звезды Альтаир ( Aql), если расстояние до нее d =5 пк , а видимая звездная величина m =0m .9.

Решение: Прежде всего, необходимо найти абсолютную звездную величину Альтаира: M =m +5-5 lg 5 = 2m .4. Затем, сравнивая ее с абсолютной звездной величиной Солнца

, найти светимость Альтаира, выраженную в светимостях Солнца:

Или , откуда

68. Новая звезда 1901 г., вспыхнувшая в созвездии Персея, за двое суток увеличила свой блеск с 12m до 2m . Во сколько раз увеличилась ее яркость (создаваемая ею освещенность)?

Решение: Воспользуемся законом Погсона lg (E 1 /E 2 ) = -0.4(m 1 -m 2 )= -0.4 (2-12)=4. Значит, яркость увеличилась в 104 раз.

69. Определить радиус звезды, если ее температура T eff = 13000 K, а светимость ?

Решение: Воспользуемся формулой (43 ) и выведем из нее, что

Подставив известные значения и помня, что = 6000 K, вычислим, что .

70. (786) Какова суммарная звездная величина двойной звезды Андромеды, если звездные

величины ее компонентов равны 2m .28 и 5m .08?

Решение: При решении такого рода задач надо помнить, что можно суммировать освещенности, создаваемые разными звездами, но не их звездные величины.

Прежде всего найдем отношение освещенностей, создаваемых компонентами звезды lg E2 /E 1 = -0.4(5.08-2.28)=-1.12 или E 2 /E 1 = 0.076. Суммарная звездная величина компонент также определяется из закона Погсона m -m 1 =-2.5 lg ((E 1 +E 2 )/E 1 )= -2.5 lg (1+0.076) или m =m 1 -

0.08=2m .20.

71. (760) В спектре звезды линия кальция с = 4227 оказалась смещенной к синему

концу спектра на 0.7 . Определить, с какой скоростью звезда движется по лучу зрения, и удаляется она или приближается?

Решение: Поскольку линия смещена к синему концу спектра, следовательно, звезда приближается к нам, а из формулы (49 ) очевидно, что

49.7 км/сек.

72. (756) Сколько звезд 6-й величины имеют такой же блеск, как одна звезда 1-й величины?

73. (755) Пусть некоторая звезда периодически пульсирует при постоянной температуре поверхности. На сколько звездных величин изменяется при этом ее блеск, если минимальный радиус звезды в 2 раза больше максимального?

74. (1014) Расстояние до Сириуса составляет 2.7 пс , но из-за взаимных движений Солнца и Сириуса уменьшается со скоростью 8 км/сек. Через сколько лет яркость Сириуса возрастет в 2 раза?

75. (759) Звезд 6-й величины на северном небе 2000. Во сколько раз создаваемая ими освещенность больше освещенности, создаваемой Сириусом m =-1m .6?

76. (764) В спектре Новой 1934 г. в Геркулесе темные линии были смещены относительно нормального положения к синему концу. Линия (=4341 ) оказалась смещена на

10.1 . Какова скорость расширения оболочки звезды?

77. (1093) Двойная звезда Гидры имеет период обращения 15.3 года, параллакс 0".02 и угловые размеры большой полуоси орбиты 0".23. Определить линейные размеры большой полуоси и сумму масс компонентов.

78. (788) Звезда Центавра двойная, причем ее суммарная звездная величина 0m .06.

Звездная величина более яркого компонента 0m .33. Какова звездная величина менее яркого компонента?

79. (1002) Во сколько раз светимость звезды Ближайшая Центавра (Proxima Centauri), для которой , меньше светимости Солнца.

80. (1000) Вычислить абсолютную звездную величину Сириуса, зная, что его параллакс равен 0".371, а видимая звездная величина m=-1m .58.

В подарок вы поулчаете карту на которой будет показано,
где именно можно увидеть вашу Звезду на Небе!

Звездные величины

Сразу стоит отметить, что блеск небесных светил, а именно звезд до сих пор, выражается в особых, так сказать, исторически сложившихся показателях, а именно «звездных величинах». Появление и происхождение этой системы исчисления непосредственно связано с особенностью зрения человека: если сила источника света будет изменяться в геометрической прогрессии, то наше ощущение от него – лишь в арифметической. Несколько веков назад Греческий астроном Гиппарх (до 161 – после 126 до н.э.) смог разделить все видимые глазом человека звезды на 6 классов распределив их по яркости. Самые яркие звезды он назвал звездами 1-й величины, в то время как самые слабые звездами 6-й величины. Немногим позже измерения смогли показать, что потоки света, происходящие от звезд 1-ё величины примерно в 100 раз больше, чем потоки света от звезд 6-й величины по утверждению работы Гиппарха.

Для более точного определения было принято, что различие 5 звёздных величин в точности соответствует соотношению потоков света в коэффициенте 1:100. Теперь можно с уверенностью сказать, что разница блеска на 1 звездную величину, полностью соответствует отношению яркостей. На сегодняшний день данная система классификации небесных тел была значительно усовершенствована, после чего в нее внесли ряд изменений, тем самым доработав труды древнего ученого. К примеру: звезда первой звездной величины, в 2,512 раза ярче звезды 2-й величины, которая в свою очередь в 2,512 раза ярче звезды 3-й величины и так далее. Данная шкала весьма универсальна, ее можно использовать для выражения освещенности, создаваемой на поверхности Землю любых типов источников света.

Но для полноценного сравнения звезд, по их истинной «светимости» используется «абсолютная звездная величина», которая представляет, из себя видимую звездную величину, которую имела бы данная звезда, если поместить ее на стандартном расстоянии от Земли в 10 пк. Если звезда, имеет параллакс p и видимую величину m, то ее абсолютная величины M будет вычисляться по формуле. Так же стоит отметить, что звездными величинами мы сможем описать даже излучение нашей звезды, причем в различных диапазонах ее спектра. К примеру, визуальная величина (mv) будет выражать блеск звезды в желто-зеленой области ее спектра, фотографическая (mp) – в голубой, и т.п. Разновидность между визуальной и фотографической величинами цвета, называют «показателем цвета» (color index) который непосредственно связан с температурой и спектром звезды.

Видимая звездная величина, (в дальнейшем именуемая как m; очень часто ее называют просто "звездная величина") данный показатель определяет поток излучения вблизи наблюдаемого нами объекта, то есть, наблюдаемую яркость нашего небесного источника, которая на прямую зависит не только от реальной мощности излучения, нашего объекта, но и от расстояния до его местоположения. Так же стоит отметить, что шкала видимых звездных величин, берет свое начало от первого звездного каталога Гиппарха (до 161 ок. 126 до н.э.), в котором были учтены все видимые глазу человека звезды, после чего разбиты на шесть классов по их яркости.

К примеру, яркость звезд Ковша Б.Медведицы, блеск около 2m, в то время как у звезд Веги около 0m. Но и это еще не все, у особо ярких небесных тел, значение звездной величины может быть отрицательным, к примеру: Сириус около -1.5m (а это значит что поток света исходящий от него в 4 раза больше, чем от Веги), в то время как блеск Венеры в течение нескольких дней в году может достигать до -5m (потоки света почти в 100 раз больше чем у Веги). Стоит подчеркнуть, что видимая звездная величина, может быть измерена не только при помощи телескопа, но и невооруженным глазом, в визуальном диапазоне спектра, так и в других (фотографическом, УФ-, ИК-). В этом случае видимая звездная величина, не будет иметь не какого отношения конкретно к человеческому взору.

Звезда - в которой проходят или же будут проходить термоядерные реакции. НО чаще всего, звездами называют те небесные тела, в которых уже проходят термоядерные реакции.
Для примера мы можем взять наше Солнце, которое представляет, из себя типичную звезду спектрального класса G. Звезды представляют, из себя массивные светящиеся плазменно-газовые шары. Так же стоит отметить, что образуются они из газово-пылевой среды, которая возникает в результате гравитационного сжатия. Ученые утверждают, что температура вещества в недрах звезды, может измеряться миллионами кельвинов, в то время как на территории их поверхности - тысячами кельвинов, что в несколько десятков раз ниже. Энергия подавляющего большинства звёзд выделяется в результате термоядерных реакций превращения водорода в гелий, которые происходят при высочайших температурах, во внутренних областях звезд. Так же стоит отметить, что зачастую ученые называют звезды основными телами нашей Вселенной, так как именно в них заключается вся основная масса светящегося вещества в природе. Примечательно и то, что звёзды имеют отрицательную теплоёмкость. Ближайшей к Солнцу звездой является не многим известная нам, Проксима Центавра. Которая находится в 4,2 светового года от центра Солнечной системы (4,2 св. лет = 39 Пм = 39 триллионов км = 3,9 1013 км).