Wenn Sie an einen öffentlichen Ort gehen, an dem sich Menschen versammeln, z. B. auf einem Bürgersteig zur Hauptverkehrszeit in der Innenstadt oder in einem Wochenend-Einkaufszentrum, werden Sie schnell feststellen, dass jede Person eine Person mit unterschiedlichen Merkmalen ist, die beispielsweise auf Größe, Gewicht und Gesicht beruhen. Jedes unterscheidet sich durch Größe, Form, Alter und Farbe. Es gibt noch ein weiteres Merkmal, das auf den ersten Blick sofort erkennbar ist: Jeder Stern hat eine einzigartige Brillanz.
Bereits 120 v. Chr. Stuften die griechischen Astronomen die Sterne nach ihrer Pracht in Kategorien ein - der erste, der dies tat, war Hipparchus. Obwohl wir sehr wenig über sein Leben wissen, gilt er dennoch als einer der einflussreichsten Astronomen der Antike. Vor über zweitausend Jahren berechnete er die Länge eines Jahres auf 6,5 Minuten. Er entdeckte die Präzession der Äquinoktien, sagte das Wo und Wann von Mond- und Sonnenfinsternissen voraus und maß die Entfernung von der Erde zum Mond genau. Hipparchus war auch der Vater der Trigonometrie und sein Katalog zeichnete zwischen 850 und 1.100 Sternen auf, identifizierte sie jeweils nach Position und ordnete sie nach ihrer Helligkeit mit einer Skala von eins bis sechs. Die blendendsten Sterne wurden als erste Größe beschrieben, und diejenigen, die für das bloße Auge am schwächsten erschienen, wurden als sechste bezeichnet. Seine Klassifikationen basierten auf Beobachtungen mit bloßem Auge, daher war es einfach, aber es wurde später in Ptolomys aufgenommen und erweitert Almagest Dies wurde zum Standard für die nächsten 1.400 Jahre. Copernicus, Kepler, Galileo, Newton und Halley waren alle vertraut und akzeptierten es zum Beispiel.
Natürlich gab es zur Zeit des Hipparchus kein Fernglas oder Teleskop, und es erfordert scharfes Sehvermögen und gute Beobachtungsbedingungen, um Sterne der sechsten Größe zu erkennen. Die Lichtverschmutzung, die in den meisten Großstädten und den umliegenden Ballungsräumen weit verbreitet ist, schränkt die Betrachtung schwacher Objekte am heutigen Nachthimmel ein. Beispielsweise können Beobachter an vielen Vororten nur Sterne der dritten bis vierten Größe sehen - in den besten Nächten kann die fünfte Größe sichtbar sein. Obwohl der Verlust von ein oder zwei Größen nicht viel zu sein scheint, bedenken Sie, dass die Anzahl der sichtbaren Sterne mit jeder Bewegung auf der Skala schnell zunimmt. Der Unterschied zwischen einem hell verschmutzten Himmel und einem dunklen Himmel ist atemberaubend!
Mitte des 19. Jahrhunderts hatte die Technologie einen Punkt erreicht, an dem die alte Methode zur Annäherung der Sternhelligkeit durch Annäherung ein Hindernis für die Forschung darstellte. Zu diesem Zeitpunkt umfasste das Instrumentarium zur Untersuchung des Himmels nicht nur ein Teleskop, sondern auch ein Spektroskop und eine Kamera. Diese Geräte boten eine enorme Verbesserung gegenüber handgeschriebenen Notizen, Okularskizzen und Schlussfolgerungen, die aus den Erinnerungen früherer visueller Beobachtungen gezogen wurden. Da Teleskope in der Lage sind, mehr Licht zu sammeln, als das menschliche Auge aufbringen kann, hatte die Wissenschaft seit Galileos ersten teleskopischen Beobachtungen gewusst, dass es Sterne gab, die viel schwächer waren, als die Menschen bei der Erfindung der Magnitudenskala vermutet hatten. Daher wurde zunehmend akzeptiert, dass die aus der Antike überlieferten Helligkeitszuordnungen zu subjektiv waren. Aber anstatt es aufzugeben, entschieden sich die Astronomen, es anzupassen, indem sie die Sternhelligkeit mathematisch differenzierten.
Norman Robert Pogson war ein britischer Astronom, der am 23. März 1829 in Nottingham, England, geboren wurde. Pogson zeigte seine Fähigkeiten bereits in jungen Jahren mit komplexen Berechnungen, indem er die Umlaufbahnen zweier Kometen berechnete, als er erst 18 Jahre alt war. Während seiner Karriere als Astronom In Oxford und später in Indien entdeckte er acht Asteroiden und einundzwanzig variable Sterne. Sein denkwürdigster Beitrag zur Wissenschaft war jedoch ein System zur quantifizierbaren Zuordnung der genauen Sternhelligkeit. Pogson bemerkte als erster, dass Sterne der ersten Größe etwa hundertmal so hell waren wie Sterne der sechsten Größe. 1856 schlug er vor, dies als neuen Standard zu akzeptieren, damit jeder Größenabfall den Wert des vorherigen mit einer Rate verringert, die der fünften Wurzel von 100 oder etwa 2,512 entspricht. Polaris, Aldebaran und Altair wurden von Pogson als Magnitude 2,0 bezeichnet, und alle anderen Sterne wurden mit diesen in seinem System verglichen, und von den dreien war Polaris der Referenzstern. Leider entdeckten Astronomen später, dass Polaris leicht variabel ist, und ersetzten daher Vegas Brillanz als Basislinie für die Helligkeit. Natürlich sollte beachtet werden, dass Vega seitdem durch einen komplizierteren mathematischen Nullpunkt ersetzt wurde.
Das Zuweisen eines Intensitätswerts zu Sternen zwischen der ersten und der sechsten Größenordnung beruhte auf der damals vorherrschenden Annahme, dass das Auge Helligkeitsunterschiede auf einer logarithmischen Skala wahrnahm. Zu dieser Zeit glaubten Wissenschaftler, dass die Größe eines Sterns nicht direkt proportional zur war tatsächliche Energiemenge, die das Auge erhalten hat. Sie nahmen an, dass ein Stern der Stärke 4 auf halbem Weg zwischen der Helligkeit eines Sterns der Stärke 3 und eines Sterns der Stärke 5 zu liegen scheint. Wir wissen jetzt, dass dies nicht der Fall ist. Die Empfindlichkeit des Auges ist nicht genau logarithmisch - sie folgt der Potenzgesetzkurve von Steven.
Unabhängig davon wurde das Pogson-Verhältnis zur Standardmethode für die Zuweisung von Größen basierend auf der scheinbaren Helligkeit von Sternen, die von der Erde aus gesehen wurden, und im Laufe der Zeit konnten Astronomen mit der Verbesserung der Instrumente ihre Bezeichnungen weiter verfeinern, sodass auch Teilgrößen möglich wurden.
Wie bereits erwähnt, war bekannt, dass das Universum seit der Zeit von Galileo schwächer mit Sternen gefüllt war, als das Auge allein wahrnehmen konnte. Die Notizbücher des großen Astronomen enthalten zahlreiche Hinweise auf Sterne der siebten und achten Größe, die er entdeckt hat. Daher wurde das Pogson-Verhältnis auch auf diejenigen ausgedehnt, die schwächer als die sechste Größe waren. Zum Beispiel hat das bloße Auge Zugang zu ungefähr 6.000 Sternen (aber nur wenige Menschen sehen jemals so viele aufgrund des nächtlichen Glühens und der Notwendigkeit, über einen Zeitraum von Monaten vom Äquator aus zu beobachten). Mit herkömmlichen 10x50-Ferngläsern wird die Lichtstärke des Auges um das Fünfzigfache erhöht, die Anzahl der sichtbaren Sterne auf etwa 50.000 erhöht und der Betrachter in die Lage versetzt, Objekte der neunten Größe zu erkennen. Ein bescheidenes 6-Zoll-Teleskop erhöht die Sicht noch mehr, indem es Sterne bis zur zwölften Größe sichtbar macht - das ist ungefähr 475 schwächer, als das bloße Auge erkennen kann. Mit einem solchen Instrument können ungefähr 60.000 Himmelsziele beobachtet werden.
Das große 200-Zoll-Hale-Teleskop auf dem Mount Palomar, lange Zeit das größte Teleskop der Erde, bis neue Instrumente es in den letzten zwanzig Jahren übertrafen, könnte visuelle Einblicke bis zur zwanzigsten Größenordnung bieten - das ist ungefähr eine Million Mal schwächer als das Sehen ohne Unterstützung. Leider ist dieses Teleskop nicht für die direkte Beobachtung ausgestattet - es wurde ohne Okularhalter geliefert und ist wie jedes andere große Teleskop heute im Wesentlichen ein gigantisches Kameraobjektiv. Das Hubble-Weltraumteleskop in einer erdnahen Umlaufbahn kann Sterne mit der neunundzwanzigsten Größe fotografieren. Dies stellt den gegenwärtigen Rand der Menschheit im sichtbaren Universum dar - ungefähr fünfundzwanzig Milliarden Mal schwächer als die normale menschliche Wahrnehmung! Unglaublich, riesige Teleskope stehen auf dem Reißbrett und werden finanziert. Lichtsammelspiegel von der Größe von Fußballfeldern ermöglichen das Sichten von Objekten in der achtunddreißigsten Größenordnung! Es wird spekuliert, dass dies uns bis zum Beginn der Schöpfung führen könnte!
Da Vega den Ausgangspunkt für die Bestimmung der Größen darstellt, musste auch mit helleren Objekten etwas unternommen werden. Acht Sterne, mehrere Planeten, der Mond und die Sonne (alle) überstrahlen beispielsweise Vega. Da die Verwendung höherer Zahlen für Objekte mit schwächerem als bloßem Auge verantwortlich war, schien es angebracht, Null- und negative Zahlen zu verwenden, um diejenigen aufzunehmen, die heller als Vega waren. Daher soll die Sonne bei einer Stärke von -26,8 scheinen, der Vollmond bei -12. Sirius, der hellste Stern von unserem Planeten aus, erhielt eine Stärke von -1,5.
Diese Anordnung hat sich bewährt, weil sie Genauigkeit und Flexibilität kombiniert, um die scheinbare Helligkeit von allem, was wir am Himmel sehen können, mit hoher Präzision zu beschreiben.
Die Brillanz der Sterne kann jedoch täuschen. Einige Sterne erscheinen heller, weil sie näher an der Erde sind, ungewöhnlich viel Energie freisetzen oder eine Farbe haben, die unsere Augen mehr oder weniger empfindlich wahrnehmen. Daher haben Astronomen auch ein separates System, das das Funkeln von Sternen basierend darauf beschreibt, wie sie aus einer Standardentfernung von etwa 33 Lichtjahren erscheinen würden, die als absolute Größe bezeichnet wird. Dies entfernt die Auswirkungen der Trennung des Sterns von unserem Planeten, seine intrinsische Helligkeit und seine Farbe aus der scheinbaren Größengleichung.
Um die absolute Größe eines Sterns abzuleiten, müssen Astronomen zunächst seine tatsächliche Entfernung verstehen. Es gibt mehrere Methoden, die sich als nützlich erwiesen haben, von denen diese Parallaxe am häufigsten verwendet wird. Wenn Sie einen Finger auf Armlänge nach oben halten und dann Ihren Kopf von einer Seite zur anderen bewegen, werden Sie feststellen, dass der Finger seine Position relativ zu Objekten im Hintergrund zu verschieben scheint. Diese Verschiebung ist ein einfaches Beispiel für Parallaxe. Astronomen verwenden es, um Sternentfernungen zu messen, indem sie die Position eines Objekts vor den Hintergrundsternen messen, wenn sich die Erde auf einer Seite ihrer Umlaufbahn gegenüber der anderen befindet. Durch Anwendung der Trigonometrie können Astronomen die Entfernung des Objekts berechnen. Sobald dies verstanden ist, kann eine andere Berechnung die scheinbare Helligkeit auf 33 Lichtjahre schätzen.
Es ergeben sich merkwürdige Änderungen der Größenzuweisungen. Zum Beispiel schrumpft die absolute Größe unserer Sonne auf nur 4,83. Alpha Centauri, einer unserer nächsten stellaren Nachbarn, ist mit einer absoluten Größe von 4,1 ähnlich. Interessanterweise leuchtet Rigel, der helle, weiß-blaue Stern, der den rechten Fuß des Jägers im Sternbild Orion darstellt, mit einer scheinbaren Größe von etwa Null, aber einer absoluten Größe von -7. Das heißt, Rigel ist zehntausende Male heller als unsere Sonne.
Auf diese Weise haben Astronomen die wahre Natur der Sterne kennengelernt, obwohl sie sehr weit entfernt sind!
Galileo war nicht der letzte große italienische Astronom. Obwohl er wohl der berühmteste ist, ist das moderne Italien voller tausender professioneller und begabter Amateurastronomen von Weltklasse, die an der Erforschung und Fotografie des Universums beteiligt sind. Zum Beispiel wurde das großartige Bild, das diese Diskussion begleitet, von Giovanni Benintende mit einem 10-Zoll-Ritchey-Chretien-Teleskop und einer astronomischen 3,5-Megapixel-Kamera von seinem Beobachtungsort in Sizilien am 23. September 2006 produziert. Das Bild zeigt einen ätherischen Nebel , bezeichnet als Van den Bergh 152. Es befindet sich in Richtung des Sternbilds Cepheus, das sich etwa 1.400 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Da Giovanni nur mit einer schwachen Stärke von 20 leuchtet (was Sie jetzt als äußerst schwach einschätzen sollten!), Benötigte Giovanni 3,5 Stunden Belichtung, um diese wunderbare Szene festzuhalten.
Der schöne Farbton der Wolke wird von dem leuchtenden Stern in der Nähe der Spitze erzeugt. Mikroskopische Staubkörner im Nebel sind klein genug, um die kürzeren Wellenlängen des Sternenlichts zu reflektieren, die zum blauen Teil des Farbspektrums tendieren. Längere Wellenlängen, die zu Rot tendieren, gehen einfach durch. Dies ist auch analog zu dem Grund, warum unser irdischer Himmel blau ist. Der auffällige Hintergrundbeleuchtungseffekt ist sehr real und kommt vom kombinierten Sternenlicht unserer Galaxie!
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Geschrieben von R. Jay GaBany
