ستاره ها
یه مطلب جدیدقدر و روشنایی
اولین مشخصه ای که ما می توانیم از ستاره ها تشخیص دهیم، میزان روشنایی
آنهاست. بنا بر این تعیین معیاری برای اندازه گیری این مشخصه، یعنی
روشنایی، بسیار مهم است. اولین معیار را یک دانشمند یونانی ، ابرخس
(هیپاریخوس)، پیشنهاد داد، او پیش نهاد کرد که روشن ترین ستاره های آسمان
شب را قدر اول بنامیم و کم نور ترین آنها را قدر ششم و ما بقی بر اساس
روشنایی شان عددی بین یک تا شش می گیریند. این معیار به معیار «قدر»
معروف است. از دو هزار سال پیش تا کنون این معیار پیشرفت کرده و روش های
سنجش و تعریف اش بسیار دقیق تر و کار آمد تر شده است.
بیاید برای دقیق تر کردن مفهوم قدر به منشا آن بپردازیم: نور!
نور چیست؟ نور یک موج الکترومغناطیسی است که با خود انرژی حمل می کند. در
واقع میزان قدرت یک پرتوی نور با انرژی اش سنجیده می شود. حالا می توان
روشنایی که از یک جسم که به ما می رسد را تعریف کرد، به بیان نه چندان
دقیق، روشنایی یعنی میزان انرژیی که از طریق امواج نور مرئی به چشم ما
می رسد. به طور دقیق تر فرض کنید یک صفحه ی سیاه داریم به مساحت یک متر
مربع که انرژی امواج نور را کاملا جذب می کند، اگر این صفحه را طوری به
سمت امواج نوری بگیریم که امواج نوری به طور عمود به این صفحه بتابند،
به میزان انرژیی که در یک ثانیه توسط این صفحه جذب می شود ،روشنایی می
گویند. به طور خلاصه میزان انرژیی که در واحد زمان به واحد مساحت می
رسد روشنایی است و در فیزیک واحد آن وات بر متر مربع (ژول بر ثانیه بر متر
مربع) قرار داد شده.
هر کدام از طول موجها انرژی خاص خود را دارد و در مجموع نور سفید حامل انرژی خواهد بود:
برای مقایسه روشنایی خورشید از زمین حدود 1360 وات بر متر مربع است. روشنایی یک لامپ 100 وات رشته ای از فاصله ی 2 متری چیزی حدود یک دهم وات بر متر مربع است، روشنایی ماه کامل حدود 3 هزارم وات بر متر مربع است، زهره چیزی از مرتبه ی یک میلیون ام وات بر متر مربع و کم نور ترین ستاره ای که می توان با چشم غیر مسلح در آسمان بسیار تاریک تشخیص داد چیزی حدود یک صد میلیاردم (ده به توان منفی یازده ) وات بر متر مربع است.
این که چشم انسان قادر به تشخیص چنین بازه ی بزرگی از روشنایی است، باعث یک رفتار عجیب در تشخیص روشنایی می شود که به رفتار لگاریتمی مشهور است (در مورد شدت صوت، گوش انسان هم چنین رفتاری دارد)، یعنی چشم انسان به جای این که مثلا افزایش یک دهم وات بر متر مربع روشنایی را تشخیص دهد، دو برابر شدن یا نصف شدن آن را تشخیص می دهد. مثلا وقتی روشنایی جسمی 10 وات بر متر مربع است، اگر روشنایی اش یک دهم وات بر متر مربع تغییر کند، شخص نمی تواند تشخیص دهد اما ستاره ای که روشنایی اش یک ده هزارم وات بر متر مربع است، اگر پنج صد هزارم وات بر متر مربع بر روشنایی اش افزوده شود، چشم انسان به راحتی میتواند این تغییر روشنایی را تشخیص دهد.
در واقع چشم انسان به تغییر درصد روشنایی حساس است، کمترین درصد تغییری که چشم انسان به آن حساس است حدودا 10 درصد است، یعنی یک تغییر ده درصدی و بیشتر در روشنایی از دید چشم انسان قابل تشخیص است.
به خاطر این عملکرد خاص چشم انسان در تشخیص روشنایی، ذکر خود مقدار روشنایی بر حسب وات بر متر مربع چندان کار جالبی نیست، علاوه بر دقت پایین، حسی هم که القا می کند چندان صحیح نیست، مثلا انتظار داریم جسمی که صد میلیون برابر از خورشید کم نورتر باشد به سختی دیده شود در حالی که چنین روشنایی عملا برای یک جسم زیاد است و ستاره ای با این روشنایی در آسمان روز هم دیده می شود. پس معیار بهتر چیست؟ این جاست که به مفهوم قدر باز میگردیم اما این بار کمی دقیق تر:
در معیار قدری که ابرخس تعیین کرد، کم نورترین ستاره قدر شش بود و پر نورترین ستاره قدر یک، حالا باید قدر را به وسیله ی روشنایی تعریف کنیم و همزمان سعی کنیم خیلی به معیار ابر خس دست نزنیم! بنا بر این شروع به تعریف می کنیم:
از ترکیب تجربه و رصد با معیار ابرخس می دانیم تقریبا پرنورترین ستاره از قدر یک صد برابر روشنتر از کمنورترین ستاره از قدر 6 است، پس در اولین قدم می دانیم صد برابر روشنتر بودن موجب می شود عدد قدر، حدودا پنج قدر کاهش یابد، مثلا ستاره ای A که صد برابر روشنتر از B است، 5 قدر روشنتر است (در واقع این گونه تعریف می کنیم تا استفاده از این معیار ساده باشد)، یعنی اگر قدر B چهار باشد، قدر A منفی یک است. اگر A ده بار روشنتر از B باشد روشنایی اش 2.5 قدر کمتر است یعنی اگر B از قدر 3.5 باشد قدر A، یک است. این معیار همین گونه ادامه میابد، 1000 برابر روشنتر ، یعنی 7.5 قدر اختلاف و .... (هر ده برابر شدن روشنایی معادل 2.5 قدر است)
رابطه ی روشنایی و قدر از فرمول زیر معلوم می شود، b1و m1 روشنایی و قدر ستاره ی یک و b2و m2 روشنایی و قدر ستاره ی دو است:
پس قدر یک معیار است که با چند برابر شدن تغییر می کند و مقدار عددی اش با افزایش روشنایی کم می شود. فعلا قدری که ما تعریف کرده ایم، یک معیار نسبی است، یعنی اکنون بلدیم اختلاف قدر دو ستاره را با نسبت روشنایی شان بسنجیم و برای به دست آوردن قدر ستاره ی دوم باید قدر اولی را بدانیم مثلا اگر B ده برابر کم نورتر از A باشد (2.5 قدر اختلاف) برای این که به دست بیاوریم قدر ستاره ی B 4.6 است باید بدانیم که قدر A 2.1 است. برای این که از این نسبی بودن پرهیز کنیم و مردمان در همه جا یک معیار جهانی برای قدر داشته باشند، قدر یک ستاره را مرجع می گیریم و قدر بقیه ی ستاره ها را نسبت به آن می سنجیم، واضح است که اختلاف قدر خود ستاره ی مرجع با خودش صفر است! پس قدر ستاره ی مرجع را صفر می گیریم و اختلاف قدر ستاره ها را با ستاره ی مرجع می سنجیم و به عنوان عدد قدر اعلام می کنیم.
طبق توافق جهانی، ستاره ی آلفا-چنگ یا همان نسر واقع (در منابع لاتین: Vega ) ستاره ی مرجع فرض شده که پرنور ترین ستاره ی مثلث تابستانی است. پس ستاره ای از قدر 5، صد برابر کم نورتر از نسر واقع است. با این معیار پر نور ترین ستاره ی آسمان ، شباهنگ، قدر اش 1.7- است و قدر کم نور ترین ستاره که می توان با چشم غیر مسلح دید حدودا 6.5 است، قدر زهره در پر نورترین حالت 4.8- است و قدر خورشید از زمین 26.7-، همچنین قدر ماه کامل 12- است.
ستاره ی نسر واقع
امیدوارم خوشتون بیاد