Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Постепенная детализация в изучении звезд привела к необходимости ввести количественную оценку их «ви­димой яркости» или, как теперь принято более правиль­но называть, их блеска. Что звезды имеют различный блеск, видно уже при первом, даже беглом обзоре звезд­ного неба: одни из них очень ярки и сразу привлекают внимание наблюдателя, другие менее ярки, и не так бросаются в глаза, третьи настолько слабы, что не видны невооруженным глазом и для их наблюдения требуются оптические инструменты. Чтобы точно определять блеск звезд, необходимо ввести определенную числовую шка­лу. Можно было бы измерять количество света, которое доходит от звезды до наблюдателя (до Земли), в обычных единицах световой энергии, применяемых в физике. Однако подобная система оценки блеска звезд была бы практически неудобной по двум причинам:

во-первых, количество света, доходящее от звезд до нас, так ничтожно мало, что измерение его общеприня­тыми физическими единицами было бы подобно измере­нию размеров деталей механизма наручных часов кило­метрами;

во-вторых, принятая в этом случае градация блеска звезд была бы так велика, что шкала блеска оказалась бы необычайно громоздкой и невозможно было бы за­помнить значений блеска даже самых ярких звезд.

Поэтому блеск звезд выражается не в абсолютных физических (или светотехнических) единицах, а в осо­бой условной шкале, введенной еще во II в. до нашей эры древнегреческим астрономом Гиппархом (180— 110 г. до н. э.), когда не было и в помине физических единиц измерений световой энергии. Эта шкала называется шкалой звездных величин. Само название шка­лы, может быть, и не совсем удачно, поскольку шкала не оценивает линейных размеров звезд, а только поз­воляет сравнивать друг с другом блеск звезд. В наше время шкала звездных величин значительно усовер­шенствована и для определения блеска звезд использу­ется точная оптическая аппаратура.

Если начинающий любитель астрономии спросит, как можно оценивать блеск звезд в условной шкале, пусть он вспомнит измерение температуры. Ведь темпе­ратура есть определенная физическая характеристика, а измеряется она в условной шкале, называемой гра­дусной шкалой.

Шкала звездных величин основана на восприятии света глазом. Оказывается, человеческий глаз четко от­мечает различие интенсивности источников света, если один из них приблизительно в 2,5 раза ярче другого. Это свойство глаза стало известно науке лишь в конце XVIII в. и является частным случаем более общего психофизиологического закона, сформулированного в XIX в. Э. Вебером (1795--1878) и Г. Фехпером (1801— 1887). Этот закон гласит: Изменение какого-либо ощущения прямо пропорционально относительному из­менению раздражающего фактора, или, иначе, если си­ла раздражения увеличивается в геометрической про­грессии, то восприятие (ощущение) возрастает в арифметической прогрессии. Наши органы чувств, в том числе и глаза, реагируют не на абсолютное, а на относи­тельное изменение внешнего раздражителя, и если, образно говоря, к двум светящимся электролампам оди­наковой мощности подключить еще две такие же, то мы уверенно зафиксируем увеличение освещенности; но если эти две лампы добавят свой свет к излучению де­сяти аналогичных ламп, то паши глаза почти или даже вовсе не заметят различия в освещении.

Известно, что законы природы действуют объектив­но, т. е. независимо от сознания человека, и становится вполне понятным, почему Гиппарх, не имея представ­ления о законе Вебера — Фехнера, невольно использо­вал его при введении шкалы звездных величин. Наибо­лее ярким звездам Гиппарх приписал первую звездную величину; следующие по градации блеска (т. е. более слабые, примерно в 2,5 раза) он посчитал звездами вто­рой звездной величины; звезды, слабее звезд второй звездной величины в 2,5 раза, были названы звездами третьей звездной величины и т. д.; звездам на пределе видимости невооруженным глазом была приписана шес­тая звездная величина. При такой градации блеска звезд получалось, что звезды шестой звездной величины слабее звезд первой звездной величины в 97,66 раза. Поэтому в 1856 г. английский астроном Н. Р. Погсон предложил считать звездами шестой величины те, которые слабее звезд первой звездной величины ровно в 100 раз. Это предложение было принято всеми астро­номами и до сих пор является основой для определения блеска звезд. В любом интервале шкалы разность в пять звездных величин означает различие блеска звезд ровно в 100 раз. Тогда соотношение блеска звезд двух смежных целых звездных величин получается равным не 2,5, а 2,512, что нисколько не влияет на точность определения звездных величин.

Из принципа построения шкалы звездных величин видно, что чем слабее звезда, тем больше ее видимая звездная величина. Это позволяет выражать в звездных величинах блеск слабых звезд, не видимых невооружен­ным глазом, но открываемых в телескопы, не нарушая стройности самой шкалы: по мере открытия более сла­бых звезд шкала продолжается в сторону увеличения звездных величин (10-я, 11-я, 12-я и т. д.). В настоящее время известны звезды 24-й звездной величины, которые слабее звезд первой величины примерно в мил­лиард раз.

Определение блеска звезд в звездных величинах, вы­полненное точными способами измерения с примене­нием специальных приборов — фотометров, показало, что блеск звезд не может быть точно выражен целыми значениями звездных величин (1, 2, 3 и т. д.), ибо блеск звезд весьма разнообразен. Поэтому шкала подразде­ляется на десятые, сотые и даже тысячные доли (в за­висимости от требуемой степени точности) звездных ве­личин. Отсюда блеск большинства звезд выражается дробными значениями звездных величин, всегда обозна­чаемыми латинской буквой т, например, 2 ,12; 3 ,56; 5 ,78 и т. д.

В качестве примера укажем блеск в звездных вели­чинах семи основных звезд Большой Медведицы (см. рис. 1):

Звезда	Блеск	Звезда	Блеск
Дубхе	1 ,95	Алиот	1 ,86
Мерак	2 ,44	Мицар	2 ,17
Фекда	2 ,54	Бенетнаш	1 ,91
Мегрец	3 ,44

Точные измерения блеска ярких звезд показали, что некоторые из них ярче звезд первой звездной вели­чины; такие звезды считают звездами нулевой звезд­ной величины: например, Лиры (Вега) имеет блеск 0 ,14; Волопаса (Арктур) 0 ,24; Возничего (Капел­ла) 0 ,21 и т. д. Наконец, две звезды — Канопус ( Ки­ля) и Сириус ( Большого Пса) ярче звезд нулевой звезд­ной величины и им приписана отрицательная звездная величина -0 ,89 и -1 ,58 соответственно.

В звездных величинах можно выразить блеск Солн­ца (-26 ,8), Луны (-12 ,7 в полнолуние) и планет.

Людям, знакомым с математическими понятиями степени и логарифмов чисел, будет понятно, что шкала звездных величин представляет собой геометрическую прогрессию со знаменателем, равным 2,512, и тогда от­ношение блеска E /E двух объектов, со звездными ве­личинами , будет

так как более яркие объекты имеют меньшую звездную величину, и наоборот.

Обычно эту формулу, называемую формулой Погсона, используют в логарифмическом виде, и так как lg 2,512=0,4, то

В качестве примера использования этой формулы вычислим отношение освещенности участка земной по­верхности от Солнца и полной Луны, находящихся на одинаковой высоте над горизонтом. Так как видимая звездная величина Солнца , а полной Луны , то

откуда , т. е. Солнце освещает местность примерно в 440 тысяч раз сильнее, чем полная Луна.

Аналогично легко найти, что Луна в полнолуние ( ) ярче Луны в фазе первой четверти ( ) в 30 раз:

или

Эта же формула позволяет определять звездные величи­ны т светящихся объектов путем сравнения их блеска Е с блеском E светила с известной звездной величиной m , причем отношение E /E измеряется с большой точ­ностью фотометрами. Звездные величины, определяе­мые глазом, хотя бы и с помощью оптических инстру­ментов, называются визуальными звездными величи­нами. Именно о них и шла речь выше.

В практику астрономии ныне широко внедрилась фотография, которая позволяет фотографировать звезды гораздо более слабые, нежели наблюдаемые глазом в самые сильные телескопы. Так, самый мощный телескоп сейчас позволяет фотографировать звезды до 24 , т. е. звезды в 1,6 млрд. раз более слабые, чем звезды нулевой звездной величины.

Но фотографические пластинки несколько иначе ре­агируют на свет, нежели глаз. Есть фотопластинки, на которые красный свет совсем не действует, желтый свет действует весьма слабо, зато необычайно сильно дейст­вуют синие, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. По­этому звезды красноватого цвета, например, Антарес ( Скорпиона) или Бетельгейзе ( Ориона), яркие для глаза, па такой фотопластинке выйдут более слабыми, в то время как голубоватые звезды получатся более яр­кими. Это и заставило астрономов ввести еще одну шка­лу звездных величин, основанную на воздействии света па фотопластинку и названную шкалой фотографиче­ских звездных величин. Она строится совершенно так же, как и визуальная шкала звездных величин, но блеск звезд, выраженный в ней, отличается от визу­ального блеска в зависимости от цвета звезды, что поз­воляет по разности фотографической и визуальной звездных величин звезды численно выражать ее цвет. Эта разность называется показателем цвета и является одной из важных характеристик звезды, поскольку связана с ее температурой.

У желтых и красных звезд показатель цвета положи­телен и достигает +2,1 звездной величины, у белых звезд он близок к нулю, а у голубоватых — отрицате­лен, но не бывает менее -0 ,5.

Чтобы исключить индивидуальные физиологические особенности глаз различных наблюдателей и иметь воз­можность определять показатели цвета слабых звезд, широко применяется еще одна шкала оценки блеска звезд, называемая шкалой фотовизуальных звездных ве­личин.

Для этой цели звезды фотографируются на специаль­ных фотопластинках, хорошо реагирующих на желтые и зеленые лучи (как и человеческий глаз), причем перед фотопластинкой ставится чистое желтое стекло (желтый светофильтр). Опыт показывает, что определенные та­ким способом звездные величины звезд, называемые в этом случае фотовизуальными, настолько близки к ви­зуальным звездным величинам, что практически совпа­дают с ними, и в настоящее время показатели цвета опре­деляются разностью фотографических и фотовизуаль­ных звездных величин:

В астрономии имеется еще ряд шкал звездных ве­личин, которые применяются в зависимости от целей исследования. Так, за последние 30 лет широко внедри­лись фотоэлектрические методы изучения блеска звезд с помощью фотоэлементов, которые под действием света генерируют электрический ток (фототок) — явление, открытое еще в 1888—1890 гг. русским физиком А. Г. Столетовым (1839—1896). Современные чувстви­тельные фотоэлементы дают слабый электрический ток под воздействием ничтожно малого освещения, но спе­циальные устройства усиливают ток до величины, до­ступной измерению с большой точностью.

Исследование излучения звезд в разных лучах поз­воляет получить ряд важных физических характерис­тик звезд. Именно для этой цели и определяют блеск звезд в разных лучах, для чего перед фотоэлементами ставят светофильтры разного цвета.

Характеристики

Список файлов реферата