Näennäinen magnitudi: määritelmä, mittaus ja esimerkit
Näennäinen magnitudi selitetty: mitä luku kertoo taivaan kohteen kirkkaudesta, mittausmenetelmät ja konkreettiset esimerkit Auringosta, Täysikuusta ja ISS:stä.
Taivaankappaleen näennäinen magnitudi (m) on luku, joka mittaa sen kirkkautta maanpäällisen havaitsijan silmin. Mitä kirkkaampi kohde on, sitä pienempi on sen magnitudiarvo (eli käänteinen suhde). Aurinko, jonka näennäinen magnitudi on -27, on taivaan kirkkain kohde.
Suuruus on logaritminen mitta. Se mitataan tietyllä aallonpituudella tai läpäisykaistalla, yleensä optisella tai lähi-infrapuna-aallonpituudella. Täysikuu on -13 magnitudia ja kirkkaimman planeetan Venuksen magnitudi on -5. Kirkkaimmat ihmisen tekemät kohteet, Iridium-soihtupurkaukset, ovat -9 magnitudia, ja Kansainvälisen avaruusaseman mitat ovat -6 magnitudia.
Määritelmä ja periaate
Näennäinen magnitudi kertoo, kuinka kirkas kohde vaikuttaa havaitsijalle Maa-pinta- tai kiertorataetäisyydeltä mitattuna. Mittakaava on käänteinen: pienempi (tai negatiivinen) lukuarvo tarkoittaa kirkkaampaa kohdetta. Magnitudijärjestelmän perusta on historiallisen havaintoperinteen ja myöhemmin Pogsonin määrittämän logaritmisen skaala: erotus 5 magnitudiyksikköä vastaa kirkkauden suhdetta 100:1, eli yhden magnitudiyksikön kirkkaussuhde on noin 2,512 (100^(1/5)).
Magnitudin laskukaava
Fotometrisesti määriteltynä magnitudin suhde fluxiin F annetaan kaavalla:
m = -2.5 · log10(F / F0)
Missä F on kohteen mitattu säteilyvirta (flux) tietyssä aallonpituuskaistassa ja F0 on nolla‑pisteen fluxi (vakio), joka riippuu käytetystä fotometrisesta järjestelmästä (esim. Johnson V, B, R tai Sloan-järjestelmä). Käytännössä mittaukset tehdään suodatinkalvon kautta, jolloin ilmoitettu magnitudi on kyseisen kaistan "näennäinen magnitudi".
Näennäinen vs. absoluuttinen magnitudi
Näennäinen magnitudi (m) kertoo havaitsijan silmin näkynyt kirkkaus. Absoluuttinen magnitudi (M) on sen sijaan standardisoitu arvo, joka kertoo kohteen kirkkauden, jos se olisi etäisyydellä 10 parsekia (pc) ilman vaimennusta. Ne liittyvät toisiinsa etäisyyden ja vaimennuksen kautta etäisyysmoduulin avulla:
m − M = 5 · log10(d / 10 pc) + A
Missä d on etäisyys parsekeina ja A on vaimennus (extinktion) aiheuttama lisämagnitudimuutos (ilmasto, pöly, galaktinen vaimennus).
Mittausmenetelmät
- Apertuuri- tai pistefotometria: mittaus tietyn säteilykehän (apertuurin) kautta CCD- tai CMOS-kuvalta.
- Differential photometry (vertailufotometria): mitataan tuntemattoman kohteen fluxi suhteessa samalta kuvalta löydettyihin vakioihin (standarditähtiä) vähentääkseen sää- ja instrumenttivirheitä.
- Spektrofotometria: jakaa valon eri aallonpituuksiin ja antaa tarkemman käsityksen kvantitatiivisesta fluxista eri kaistoissa.
- Kalibrointi: käytetään fotometrisia standarditähtiä ja nollapisteitä, huomioidaan ilman läpimedo (airmass) ja instrumentin vaste.
Havaintoon vaikuttavat tekijät
- Ilmanläpimedo (airmass): mitä matalammalla kohde on taivaalla, sitä enemmän valo vaimenee ja säröytyy ilmakehässä.
- Ilmakehän vaimennus ja sumu: pöly ja pilvet lisäävät extinktiota.
- Valosaaste: kaupungin taustavalo nostaa taustan ja heikentää himmeiden kohteiden havaittavuutta.
- Suodattimet ja kaista: magnitudit riippuvat käytetystä fotometrian kaistasta (esim. V, B, R, g, r, i).
- Laajapinta-objektit vs. pisteet: galaksit ja sumut levittävät valonsa laajalle alueelle, joten niiden pinta-alapohjainen kirkkaus mitataan eri tavoin kuin tähtien pistevalot.
Käytännön esimerkkejä ja lukuarvoja
- Aurinko: noin -27
- Täysikuu: noin -13
- Venus (kirkkaimmillaan): noin -5
- Iridium-peilit / soihtupurkaukset: noin -9 (ennusteesta ja suuntautumisesta riippuen)
- Kansainvälinen avaruusasema: noin -6 (riippuu kulmasta ja heijastuvuudesta)
- Loistava tähti Sirius: noin -1,46
- Vega (usein nollapisteen lähde): noin 0,03
Käytännön vinkkejä harrastajille
- Käytä standardisuodattimia (esim. V) ja vertailutähtiä, kun haluat luotettavia magnitudimittauksia.
- Säädä havaintoajankohta siten, että kohde on mahdollisimman korkealla taivaalla (pienempi airmass).
- Huomioi instrumentin lineaarisuus: CCD:n vastaus voi poiketa lineaarisuudesta voimakkaasti kirkkaiden lähteiden kohdalla.
- Kirjaa mittauksiin sääolosuhteet, suodatin ja nollapistekalibrointi — nämä tiedot ovat välttämättömiä tulosten vertailtavuudelle.
Yhteenvetona: näennäinen magnitudi on käytännöllinen ja laajasti käytetty tapa kuvata taivaankappaleen näkyvää kirkkautta. Se riippuu sekä kohteen fysikaalisesta kirkkaudesta että etäisyydestä, havainto-olosuhteista ja käytetystä aallonpituuskaistasta.
Sirius on Canis Major -tähdistössä sijaitseva yötaivaan kirkkain tähti (näennäinen magnitudi -1,42).
Historia
Kreikkalainen tähtitieteilijä Hipparkhos keksi ensimmäisenä näennäisen suuruuden järjestelmän. Hän antoi kirkkaimmille tähdille magnitudin 1 ja lisäsi numeroita himmeämpien tähtien kohdalla. Noin 300 vuotta myöhemmin Ptolemaios Aleksandrialainen laati Hipparkhoksen työn pohjalta tähtien tietosanakirjan. Persialainen tähtitieteilijä Al-Sufi käytti Ptolemaioksen työtä ja antoi tähdille arabialaiset nimet noin 800 vuotta myöhemmin. Keskiajan eurooppalaiset tähtitieteilijät yksinkertaisesti käänsivät Al-Sufin työn latinaksi, minkä vuoksi monilla tähdillä on nykyään arabialaiset nimet.
Suuruusluokkajärjestelmät
| Näkyy | Ilmeinen | Kirkkaus suhteessa Vegaan |
|
| Kyllä | -1.0 | 250% | 1 |
| 0.0 | 100% | 4 | |
| 1.0 | 40% | 15 | |
| 2.0 | 16% | 48 | |
| 3.0 | 6.3% | 171 | |
| 4.0 | 2.5% | 513 | |
| 5.0 | 1.0% | 1 602 | |
| 6.0 | 0.40% | 4 800 | |
| 6.5 | 0.25% | 9 096 | |
| Ei | 7.0 | 0.16% | 14 000 |
| 8.0 | 0.063% | 42 000 | |
| 9.0 | 0.025% | 121 000 | |
| 10.0 | 0.010% | 340 000 |
- Näennäinen magnitudi m on mitta, joka kuvaa taivaankappaleen kirkkautta Maan päällä olevan ihmisen näkemänä (ilman maan ilmakehää). Mitä kirkkaammalta kohde näyttää, sitä pienempi on sen magnitudin lukuarvo. Esimerkiksi Alpha Centaurilla on suurempi näennäinen magnitudi (eli pienempi arvo) kuin Betelgeusella, koska se on paljon lähempänä Maata.
- Absoluuttinen magnitudi on se näennäinen magnitudi m, joka kohteella olisi, jos se olisi vakioetäisyydellä Maasta. Standardietäisyys on 32,6 valovuotta Maasta. Absoluuttisen magnitudin käsitteen avulla tähtitieteilijät voivat verrata kohteiden kirkkautta niiden etäisyydestä riippumatta. Absoluuttisen magnitudin avulla mitattuna Aurinko on Siriusta pienempi, vain 4,8 magnitudia.
- Visuaalinen magnitudi tarkoittaa tähden kirkkauden määrää numeroasteikolla. Se on ihmisen silmän herkkyyteen perustuva magnitudi.
- Valokuvallinen suuruus eroaa visuaalisesta suuruudesta, koska valokuvafilmi on herkempi siniselle valolle ja säteilylle, jota ihmissilmä ei näe.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Luettelo kirkkaimmista tähdistä
- Luettelo valovoimaisimmista tunnetuista tähdistä
- Luettelo lähimmistä galakseista
- Lähimpien tähtien luettelo
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on näennäisen suuruuden määritelmä?
V: Näennäinen magnitudi on luku, joka mittaa taivaankappaleen kirkkautta Maan päällä olevan havaitsijan näkemänä.
K: Miten kohteen kirkkaus liittyy sen magnitudiarvoon?
V: Mitä kirkkaampi kohde on, sitä pienempi on sen magnitudiarvo.
K: Minkä taivaankappaleen kirkkain näennäinen magnitudi on taivaalla?
V: Auringon kirkkain näennäinen magnitudi on -27 taivaalla.
K: Mikä on magnitudin mittayksikkö?
V: Magnitudi on logaritminen mittayksikkö, joka mitataan yleensä tietyllä aallonpituudella tai läpäisykaistalla, tavallisesti optisella tai lähi-infrapuna-aallonpituudella.
K: Mikä on täysikuun näennäinen magnitudi?
V: Täysikuun näennäinen magnitudi on -13.
K: Millä planeetalla on kirkkain magnitudiarvo?
V: Venuksella on kirkkain magnitudiarvo, jonka arvo on -5.
K: Mitkä ovat Iridium-rakettien ja kansainvälisen avaruusaseman magnitudiarvot Maasta katsottuna?
V: Kirkkaimpien ihmisen tekemien kohteiden, Iridium-rakettien, magnitudiarvo on -9 ja Kansainvälisen avaruusaseman magnitudiarvo on -6.
Etsiä