Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

В XIX веке астрономы успешно измерили световые потоки, исходящие от звезд, — в данном случае мы считаем синонимами слова «световой поток» и «освещенность» и понимаем под ними принимаемую мощность в расчете на единицу площади. Сопоставив эти потоки со шкалой звездных величин Гиппарха, ученые поняли, что шкала величин яркости носит логарифмический характер и во многом похожа на шкалу громкости звука в децибелах. Оказалось, что при каждом целочисленном увеличении звездной величины поток уменьшается в 2,5 раза. Формула этого соотношения такова: m₂ — m₁ = –2,5 lg (f₂/ f₁), где m — видимая (наблюдаемая нами) звездная величина, L — освещенность, измеренная в ваттах на квадратный метр (Вт/м²), а знак «минус» отражает характер шкалы звездных величин, направленной от яркости к тусклости. С помощью этой формулы можно рассчитать относительные лучистые потоки и увидеть, что разница в 5 звездных величин, отделяющая ярчайшие звезды от самых тусклых, но еще заметных невооруженным глазом, дает фактическое соотношение потоков, равное 100. Другими словами, система звездных величин сжато выражает реальные потоки в гораздо меньшем диапазоне чисел. Современные астрономы подкорректировали оценки, так что Сириус теперь обладает видимой звездной величиной, равной –1,5 (она обозначается как m_v); ? Центавра А — несколько меньшей (m_v = –0,1); ? Кита намного тусклее (m_v = +3,5), а у 61 Лебедя, которую очень трудно увидеть без помощи оптики, m_v = +5,2. Согласно этой шкале, видимая звездная величина Солнца колоссальна (m_v= –26,8). А вот у звезды Барнарда в созвездии Змееносца (расположенной всего в шести световых годах от нас) видимая звездная величина намного меньше (m_v= +9,5), и поэтому она гораздо тусклее и без телескопа ее на небе не найти.

Одно дело — количественно оценить световой поток, исходящий от звезды, или ее видимый блеск. И совсем другое — узнать собственную светимость звезды, иными словами, то, сколько энергии она излучает в космическое пространство каждую секунду. Чтобы определить этот параметр, необходимо знать, как далеко она находится, вот почему та роль, которую играют звезды в окрестностях Солнца, настолько важна. Мы с высокой степенью достоверности знаем, на каком расстоянии от Земли они находятся, и поэтому можем с уверенностью судить об их светимости. Световой поток от любого источника уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Это соотношение можно выразить формулой f = L/(4?d ²), где f — измеренный поток, L — собственная светимость, а d — расстояние. Аналогичные законы обратных квадратов справедливы для гравитационной силы, электрической силы и интенсивности звука, поскольку в трехмерном пространстве все эти «действия на расстоянии» предполагают ослабление соответствующего эффекта с увеличением площади воздействия. Если вы знаете расстояние до звезды, то для определения ее светимости можете изменить соотношение так: L = (4?d²) • f. Астрономы часто предпочитают выражать его иначе, в системе звездных величин. Они определяют абсолютную звездную величину (М) небесного светила как видимую звездную величину (m), которую оно имело бы, если бы находилось на расстоянии 10 парсек (32,6 светового года) от наблюдателя. Это позволяет им воспользоваться следующей формулой: m — M = 5 lg (d/10).

Зная это соотношение модуля расстояния и то, насколько далеко от вас находится небесное светило, вы могли бы определить, что Сириус — звезда с высокой светимостью (его абсолютная звездная величина, М_v, составляет +1,42); Солнце и ? Центавра А светят значительно слабее (М_v = +4,83; М_v = +4,36 соответственно); а звезда Барнарда — просто тлеющий уголек (М_v = = +13,22).

Соотнесение абсолютных звездных величин с собственной светимостью звезд предполагает еще одну логарифмическую формулу: M₂ — M₁ = –2,5 lg (L₂ / L₁), где M₂ и M₁ — абсолютные звездные величины двух светил, L₂ и L₁ — соответствующие им светимости (в ваттах), а знак «минус» снова указывает на «обратную» природу шкалы звездных величин. Вычисление соотношения светимости дает

И если вернуться к Сириусу, то можно увидеть, что его меньшая абсолютная звездная величина указывает на его собственную светимость, которая примерно в 25 раз больше, чем у Солнца и ? Центавра А. А по сравнению со звездой Барнарда Сириус ослепительно блистает: его светимость больше в 52 000 раз!

Цвета звезд и спектральные классы