Gå till en offentlig plats där människor samlas, till exempel en rusningstid trottoar i centrum eller en köpcentrum i helgen och du kommer snabbt att märka att varje person är en individ med olika egenskaper baserat på deras höjd, vikt och ansikte, till exempel. Var och en skiljer sig efter storlek, form, ålder och färg. Det finns också en annan egenskap som omedelbart märks vid första anblicken - varje stjärna har en unik glans.
Så tidigt som 120 f.Kr. rankade de grekiska astronomerna stjärnorna i kategorier enligt deras prakt - den första som gjorde detta var Hipparchus. Även om vi vet mycket lite om hans liv anses han ändå vara en av de mest inflytelserika astronomerna i Antiken. För mer än två tusen år sedan beräknade han längden på ett år till inom 6,5 minuter. Han upptäckte jämhöjdarnas förekomst, förutspådde var och när för både mån- och solförmörkelser och mätte exakt avståndet från jorden till månen. Hipparchus var också far till trigonometri och hans katalog kartlade mellan 850-100 stjärnor, identifierade var och en efter position och rangordnade dem efter deras ljusstyrka med en skala från en till sex. De mest bländande stjärnorna beskrevs som första storlek och de som verkade svagast för det ögonlösa ögat betecknades som sjätte. Hans klassificeringar var baserade på observationer med blotta ögon, därför var det enkelt, men det infördes senare och utvidgades i Ptolomys Almagest som blev standarden som använts under de kommande 1400 åren. Copernicus, Kepler, Galileo, Newton och Halley var alla bekanta och accepterade det till exempel.
Naturligtvis fanns det ingen kikare eller teleskop under tiden för Hipparchus och det kräver skarp syn och goda observationsförhållanden för att urskilja stjärnor i sjätte storleken. Ljusföroreningar som är genomgripande i de flesta större städer och omgivande storstadsområden sätter gränser för att se svaga föremål på natthimlen idag. Till exempel kan observatörer i många förortsplatser bara se stjärnor från tredje till fjärde storleken - på de allra bästa nätter kan femte storleken vara synlig. Även om förlusten av en eller två storlekar inte verkar lika mycket, anser att antalet synliga stjärnor snabbt ökar med varje rörelse uppåt. Skillnaden mellan en lätt förorenad himmel och en mörk himmel är hisnande!
I mitten av 1800-talet hade tekniken nått en punkt med precision att den gamla metoden för att mäta stjärnljusstyrka genom approximation var ett hinder för forskning. Vid denna tid omfattade mängden instrument som användes för att studera himlen inte bara ett teleskop utan ett spektroskop och en kamera. Dessa enheter gav en stor förbättring jämfört med handskrivna anteckningar, okularskisser och slutsatser som dragits från minnena från tidigare visuella observationer. Dessutom, eftersom teleskop kan samla mer ljus som det mänskliga ögat kan samla, visste vetenskapen, sedan Galileos första teleskopobservationer, att det fanns stjärnor mycket svagare än människor hade misstänkt när storleksskalan uppfanns. Därför blev det alltmer accepterat att ljusstyrkauppdragen som lämnades från antiken var för subjektiva. Men istället för att överge den, valde astronomer att justera den genom att differentiera stjärnljusstyrka matematiskt.
Norman Robert Pogson var en brittisk astronom född i Nottingham, England den 23 mars 1829. Pogson ställde ut sin förmåga med komplexa beräkningar i en tidig ålder genom att beräkna banor för två kometer när han bara var 18. Under sin karriär som astronom i Oxford och senare i Indien upptäckte han åtta asteroider och tjugofyra variabla stjärnor. Men hans mest minnesvärda bidrag till vetenskapen var ett system för att tilldela exakt stellar ljusstyrka kvantifierbart. Pogson var den första som märkte att stjärnor av den första storleken var ungefär hundra gånger så ljusa som stjärnor av den sjätte storleken. 1856 föreslog han att detta skulle accepteras som en ny standard så att varje minskning i storlek skulle minska värdet på det föregående med en hastighet som är lika med den femte roten på 100 eller cirka 2,512. Polaris, Aldebaran och Altair betecknades magnitude 2.0 av Pogson och alla andra stjärnor jämfördes med dessa i hans system och av de tre var Polaris referensstjärnan. Tyvärr upptäckte astronomer senare att Polaris är något varierande, så de ersatte Vegas glans som baslinjen för ljusstyrka. Naturligtvis bör det noteras att Vega sedan dess har ersatts med en mer komplicerad matematisk nollpunkt.
Tilldela ett intensitetsvärde till stjärnor mellan den första och den sjätte magnitudnivån var baserad på den då rådande tron att ögat kände skillnader i ljusstyrka på en logaritmisk skala - forskare trodde då att en stjärns storlek inte var direkt proportionell mot faktisk mängd energi som ögat fick. De antog att en stjärna i storlek 4 skulle tyckas ligga halvvägs mellan ljusstyrkan hos en stjärna i magnit 3 och en i storlek 5. Vi vet nu att detta inte är sant. Ögonets känslighet är inte exakt logaritmisk - det följer Steven's Power Law-kurva.
Oavsett var Pogson Ratio den vanliga metoden för att tilldela magnitud baserat på den uppenbara ljusstyrkan hos stjärnor sett från Jorden och över tiden, när instrument förbättrades, kunde astronomer ytterligare förfina sina beteckningar så att fraktionerade storleksförhållanden också blev möjliga.
Som tidigare nämnts hade det varit känt att universum var fyllda med stjärnor som var svagare än ögat ensam kunde uppfatta sedan Galileos tid. Den stora astronomens anteckningsböcker är full av referenser till sjunde och åttonde storleken som han upptäckte. Så Pogson Ratio utvidgades för att omfatta även de som var mörkare än sjätte storleken. Exempelvis har det icke-stödda ögat tillgång till cirka 6 000 stjärnor (men få människor ser någonsin dessa många på grund av nattslysta glöd och behovet av att observera under en period av månader från ekvatorn). Vanliga 10X50 kikare kommer att öka ögans ljusgrepp med cirka femtio gånger, utöka antalet synliga stjärnor till cirka 50 000 och göra det möjligt för observatören att upptäcka nionde storleksobjekt. Ett blygsamt sex-tums teleskop kommer att öka synen ännu mer genom att avslöja stjärnor ner till den tolfte storleken - det är ungefär 475 svårare än det blotta ögat kan upptäcka. Cirka 60 000 himmelmål kan observeras med ett sådant instrument.
Det stora 200-tums Hale-teleskopet på berget Palomar, långt det största teleskopet på jorden tills nya instrument överträffade det under de senaste tjugo åren, kunde erbjuda visuella tittar ner till den tjugonde storleken - det är ungefär en miljon gånger svagare än icke-stödda visioner. Tyvärr är detta teleskop inte utrustat för direkt observation - det kom inte med en okularhållare och, som alla andra stora teleskop idag, är det i huvudsak ett gigantiskt kameralins. Hubble rymdteleskopet, i låg jordbana, kan fotografera stjärnor i den tjugonionde storleken. Detta representerar mänsklighetens nuvarande kant av det synliga universum - ungefär 25 miljarder gånger svagare än normal mänsklig uppfattning! Otroligt, enorma teleskop är på ritbordet och finansieras, med ljusa samlingsspeglar storleken på fotbollsplanerna, vilket gör det möjligt att se föremål i trettio åttonde storleken! Det spekuleras i att detta kan ta oss till skapelsens gryning!
Med att Vega representerade utgångspunkten för att bestämma storleken måste något göras med objekt som var ljusare också. Åtta stjärnor, flera planeter, månen och solen (alla) överväger till exempel Vega. Eftersom användningen av högre antal stod för svagare än blotta ögonföremål verkade det lämpligt att noll och negativt antal kunde användas för att ta in de som var ljusare än Vega. Därför sägs solen skina med en storlek på -26,8, fullmånen vid -12. Sirius, den ljusaste stjärnan sett från vår planet, fick en storlek på -1,5.
Detta arrangemang har kvarstått eftersom det kombinerar noggrannhet och flexibilitet för att beskriva den uppenbara ljusstyrkan för allt vi kan se i himlen med hög precision.
Emellertid kan stjärnornas lysande lura. Vissa stjärnor verkar ljusare eftersom de är närmare jorden, släpper ovanligt stora mängder energi eller har en färg som våra ögon uppfattar med större eller mindre känslighet. Därför har astronomer också ett separat system som beskriver gnistan av stjärnor baserat på hur de skulle se ut från ett standardavstånd - cirka 33 ljusår - kallad absolut magnitude. Detta tar bort effekterna av stjärnans separering från vår planet, dess inneboende ljusstyrka och dess färg från den uppenbara storleksekvationen.
För att härleda en stjärns absoluta storlek måste astronomer först förstå dess faktiska avstånd. Det finns flera metoder som har visat sig vara användbara, av dessa parallax är de mest använda. Om du håller ett finger uppåt i armlängden, flyttar du huvudet från sida till sida kommer du att märka att fingret verkar flytta sitt läge relativt objekt i bakgrunden. Denna förskjutning är ett enkelt exempel på parallax. Astronomer använder den för att mäta stjärnavstånd genom att mäta ett objekts position mot bakgrundstjärnorna när jorden är på ena sidan av sin bana jämfört med den andra. Genom att använda trigonometri kan astronomer beräkna objektets avstånd. När detta förstods kan en annan beräkning uppskatta dess uppenbara ljusstyrka till 33 ljusår.
Resultatet av nyfikna ändringar i storlekstilldelningar. Till exempel krymper vår solens absoluta storlek till endast 4,83. Alpha Centauri, en av våra närmaste stjärngrannar, liknar med en absolut styrka på 4,1. Intressant nog lyser Rigel, den ljusa, vitblå stjärnan som representerar jägarens högra fot i stjärnbilden Orion, med en uppenbar storlek på ungefär noll men en absolut storlek på -7. Det betyder att Rigel är tiotusentals gånger ljusare än vår sol.
Detta är ett sätt astronomer har lärt sig om stjärnernas verkliga natur, även om de är väldigt avlägsna!
Galileo var inte den sista stora italienska astronomen. Även om han utan tvekan är den mest berömda, är det moderna Italien livligt med tusentals professionella och begåvade amatörastronomer i världsklass som är engagerade i att forska och fotografera universum. Till exempel den magnifika bilden som åtföljer denna diskussion producerades av Giovanni Benintende med ett tio-tums Ritchey-Chretien-teleskop och en 3,5 megapixel astronomisk kamera från hans observationsplats på Sicilien den 23 september 2006. Bilden beskriver en eterisk nebulosa , benämnd Van den Bergh 152. Det är i riktning mot konstellationen Cepheus, som ligger cirka 1 400 ljusår från jorden. Eftersom det bara lyser med en svag storlek 20 (som du nu borde uppskatta som extremt svag!) Tog det Giovanni 3,5 timmars exponering för att fånga denna fantastiska scen.
Molns vackra nyans produceras av den lysande stjärnan, nära toppen. Mikroskopiska dammkorn i nebulan är tillräckligt små för att återspegla de kortare våglängderna för stjärnljus, som tenderar mot den blå delen av färgspektrumet. Längre våglängder, som tenderar mot rött, passerar helt enkelt igenom. Detta är också analogt med anledningen till att våra jordiska himmel är blå. Den slående bakgrundsbelysningseffekten är mycket verklig och kommer från den kombinerade stjärnljuset i vår Galaxy!
Har du bilder du vill dela? Skicka dem till Space Magazine astrofotograferingsforum eller skicka ett e-postmeddelande till dem, så kanske vi har ett i Space Magazine.
Skrivet av R. Jay GaBany
