Измерение яркости звезд

Необходимость специальной шкалы измерений.

Постепенная детализация в изучении звезд привела к необходимости ввести количественную оценку их «видимой яркости» или, как теперь принято более правильно называть, их блеска. 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. В наше время шкала звездных величин значительно усовершенствована и для определения блеска звезд используется точная оптическая аппаратура.

Физиологические особенности глаза.

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. Фехнером (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 наши глаза почти или даже вовсе не заметят различия в освещении.

Градация блеска звезд по Гиппарху и Погсону.

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. примерно в 2,5 раза слабее) 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: