Тема: Единицы измерения в астрономии (Прочитано 18464 раз)

tlgleonid · « : 14 Квітня 2009, 15:08:07 »

Звездная величина.
   Начнем с самого главного. Думаю, никто не будет возражать, что когда мы говорим "астрономия", то в первую очередь представляем себе звездной небо. Это небосвод, усыпанный множеством звезд: ярких, более слабых, и вообще едва видимых. Однако, сообщая, что звезда яркая, мы ничего не сообщаем о звезде вообще. Всегда можно поинтересоваться, а на сколько яркая. Необходимо выбрать шкалу, то есть таких попугаев, в которых мы будем измерять яркость звезды. Это было сделано еще древними греками. Гиппарх разделил все звезды на 6 величин. Самые яркие он назвал звездами первой величины, а самые слабые - шестой. Остальные, видимые глазом звезды, он распределил равномерно между первой и шестой величиной.
   Естественно, что такая шкала не совсем "физична". Ведь звездные величины нужно как-то измерять физическими приборами. По этому в 1856 Н. Погсон формализовал шкалу звездных величин с учетом определения Гиппарха и свойств человеческого глаза. Поскольку человеческие органы чувств имеют логарифмический характер восприятия, и шкала яркостей в 5, 10, 20, 40, 80 люкс нам кажется равномерной, он зафиксировал, что увеличение светового потока в 100 раз соответствует увеличению яркости на 5 звездных величин, соответственно звезды, яркость которых различается на одну звездную величину отличаются по яркости в 2.512 раза.
   Нужно также учитывать, что чем ярче звезда, тем меньшее число блеска ей соответствует. В настоящее время значение звездной величины приписывают не только звездам, но и планетам, и Солнцу, и Луне. Соответственно очень яркие объекты имеют отрицательную звездную величину.
Поскольку указанное соотношение звездных величин определяется для человеческого глаза, такая звездная величина названа визуальной звездной величиной. Однако характер излучения света звезды в разных длинах волн может быть принципиально разным, то для фотографического приемника блеск звезды может оказаться иным. По этому, помимо визуальной звездной величины (обозначаемую буквой V) различают также фотографическую (полученную при съемке звезды на фотопластинку, чувствительную к синим лучам), которую обозначают буквой "B". Помимо этого, выделяют также звездную величину в ультрафиолетовых лучах (U). В некоторых случаях определяют разности звездных величин одного и того же объекта U?B и B?V и по этим разностям говорят о показателе цвета.
Что бы как-то ориентироваться в приводимых в тексте значениях звездных величин, посмотрим на табличку яркостей некоторых объектов

Солнце   -26,7
Луна в полнолуние   -12,7
Вспышка иридиума (наибольшее значение)   -9,5
Венера (в момент наибольшей яркости)   -4,4
Марс во время великого противостояния   -3.0
Юпитер во время противостояния   -2.8
Международная космическая станция   -2
Сириус (самая яркая звезда)   -1.5
Вега (ярчайшая звезда северного полушария)   0
Яркие звезды ковша большой медведицы   около +2
Самые слабые звезды, видимые в большом городе   около +3.5
Туманность Андромеды   +3.4
Предельная звездная величина в сельской местности   +6
Самая слабая звезда, видимая в бинокль 10х50   +10
Самая слабая звезда, видимая в телескоп 110мм   +12
Самый яркий квазар   +12,6
Плутон   +14.0
Самая слабая звезда, снятая телескопом Хаббла   +30.0

tlgleonid

Углы
Помимо яркости небесных объектов часто говорят еще и о видимых размерах небесных тел или о расстоянии между объектами на небе. Единственным способом что-либо указать является определение величины угла между прямыми от крайних точек объекта к наблюдателю или между прямыми, идущими от двух объектов к наблюдателю.
Как мы знаем со школьной скамьи, полный круг - это 360 градусов. Однако градус - это довольно большая величина для небесных тел, по этому часто используются другие, более мелкие единицы: угловые минуты и угловые секунды. Один градус содержит 60 угловых минут, а одна угловая минута - 60 угловых секунд. Угловая минута обозначается символом ' , например 10' - десять угловых минут. Угловая секунда обозначается с помощью символа " , например 6" - шесть угловых секунд. Что бы понять, насколько мала угловая секунда, скажу, что это видимый диаметр спички с расстояния в два километра. А вот угловые размеры некоторых объектов:

Ширина пояса Ориона   2.86 градуса=171.6'
Диаметр Солнца и Луны   30'
Расстояние между Мицаром и Алькором   11'
Предел разрешения человеческого глаза   1'
Диаметр диска в Венеры (наибольший)   1'
Диаметр диска Юпитера   Около 45"
Диаметр диска Марса во время Великого противостояния   25"
Размер диска Урана   4.3"
Размер диска Нептуна   2.3"
Диаметры дисков крупных спутников Юпитера и Сатурна   1-2.3"
Предел разрешения телескопа с объективом 110 мм   1.3"
Видимые диаметры звезд   0.01" и меньше

   Для того, что бы можно приблизительно оценивать расстояние между звездами или другими небесными объектами, можно воспользоваться своей собственной рукой. Если ее вытянуть перед собой, то угловые размеры будут примерно такими, как на приведенном ниже рисунке.

tlgleonid

Расстояния
   Наверно все мы довольно быстро привыкаем к единицам измерения расстояния, которыми принято пользоваться в нашей стране. Для стран СНГ это сантиметры, метры, километры. В англоязычных странах это дюймы, фунты и мили. В наш век развитой глобальной экономики мы вынужденно сталкиваемся с тем, что у некоторых товаров технические характеристики заявлены в дюймах или футах. По этому важно знать соотношения между этими величинами:

1 ярд = 3 фута = 0,9144 м
1 фут = 12 дюйма = 0,3048 м
1 дюйм = 2,54 см

   Однако измерять в метрах, футах или дюймах расстояния даже в солнечной системе не очень удобно. Например, от Земли до Солнца расстояние около 150 000 000 километров. По этому, что бы не запутаться в расстояниях, пришлось прибегнуть к использованию более удобных, хотя и не привычных, единиц.
   Поскольку, все познается в сравнении, то легче всего выбрать единицу сравнения, сравнимую с чем-то хорошо известным. Так, например, в солнечной системе удобно все сравнивать с расстоянием от Земли до Солнца. Такая единица измерения названа астрономической единицей (сокращенно пишут а.е.). Одна астрономическая единица - это примерно 150 000 000 километров. И вот, когда мы говорим, что Уран движется от Солнца на расстоянии в 20 а.е., мы четко представляем себе, насколько меньше света от Солнца до него доходит по сравнению с Землей, а во вторых понимаем, что это где-то около 3 миллиардов километров.
   Однако, если астрономическими единицами удобно измерять расстояние между планетами солнечной системы, то до ближайших звезд расстояние настолько огромно, что размеры солнечной системы кажутся ничтожными. Так, до ближайшей звезды, Проксимы Центавра оказывается 270000 а.е. или 40700000000000 километров. Такого количества нулей мы не видели даже в годы гиперинфляции на наших деньгах! Вот почему в звездной астрономии используются другие единицы.
   Очень удобной единицей измерения оказался световой год. Это то расстояние, которое свет (самое быстрое, что есть на свете) проходит за один год. Зная, что скорость света равна 300 тысяч километров в секунду, мы можем посчитать, что световой год равен 9.467*1012 километров. И выясняется, что свет до Проксимы Центавра идет 4.3 года.
   В специализированной астрономической литературе часто используют для описания другую единицу - парсек. 1 парсек, это такое расстояние, с которого отрезок в 1 астрономическую единицу виден под углом в одну угловую секунду. То есть 1 парсек равен 206300 астрономическим единицам. Происхождение слова парсек связано с сокращением двух слов: параллакс и секунда. Парсек и секунда - близкие единицы. 1 парсек равен 3.26 световых лет, а до Проксимы центавра окажется всего 1.32 парсека.
   Рассмотрим теперь малые масштабы. В любительской практике мы будем время от времени сталкиваться с микрометрами (или микронами). Один микрон - это одна тысячная миллиметра или одна миллионная метра. А при указании длин волн удобнее пользоваться еще более мелкими единицами: нанометрами и ангстремами. Один нанометр - это одна тысячная микрона или одна миллиардная метра. А Ангстрем еще в десять раз меньше. Например, длина волны желтого света натриевой лампы 5896А (ангстрем). Это 589.6 нм (нанометров) или 0.5896 микрон.

tlgleonid

Измерение времени
Мы привыкли пользоваться часами с детсва. Вся наша жизнь проходит в определенном временном режиме. Время мы считаем в годах, месяцах, неделях, днях, часах, минутах, секундах. С детсва мы привыкаем к размеренному и равномерному ходу наших часов. Однако время, которым мы пользуемся в повседневной жизни - это всего лишь один из видов времени, называемый в астрономии средним солнечным временем. Оно основывается в первую очередь на средней продолжительности солнечных суток. Некоторые удивятся: почему средних? Дело в том, что Земля вращается вокруг своей оси сравнительно равномерно, а вот вокруг Солнца она движется менее равномерно. В момент прохождения ближайшей точки к Солнцу (4 января) это движение быстрее, а летом - наоборот, медленнее. По этому продолжительность солнечных суток в разные дни года немного отличается, но этого достаточно, что бы в некоторые дни накопилась разница в десятки минут между истинным полднем и средним полднем. Этого достаточно, что бы в дни, близкие к зимнему солнцестоянию (когда продолжительность солнечного дня самая короткая), день с вечера начал заметно приростать, а утром еще две недели убывать. Разность между срединой средних солнечных суток и истинного значения средины суток (когда Солнце проходит точку юга) называют уравнением времени. Эту величину можно найти для конкретной даты в астрономических календарях.
Среднее солнечное время имеет еще одну особенность. Оно в каждом конкретном месте свое и зависит от долготы места. Было бы очень неудобно, если бы в каждый город или поселок жил по своему собственному времени. По этому во избежание трудностей и недоразумений весь земной шар был разделен на 24 часовых пояса, и в пределах каждого часового пояса установлено единое поясное время. Границы часовых поясов были установлены, как правило, в границах административных едениц (государств, округов, штатов, територий). Время, которое показывают наши часы, называется поясным временем. Так, Украина и Беларусь находятся во втором часовом поясе, а Москва и западная часть России - в третьем. По этому при переезде из Украины или Белоруссии в Москву необходимо переводить стрелки часов на час вперед, а при возвращении домой - на час назад.
Следует помнить, что во многих странах существует так называемый переход на летнее время. В таких странах летом часы опережают поясное время на один час. Переход на летнее время осуществляется в разных странах в разные дни, по этому невозможно дать едииного правила. На Украине переход на летнее время осуществляется в последнее воскресенье марта, а переход на зинее - в последнее воскресенье октября.
Понятно, что указывать время событий в астрономических календарях по поясному времени неудобно, по этому возникла необходимость использования всемирного времени (Universal Time, UT). Это время нулевого часового пояса без переходов на летнее время. По этому на Украине зимой оно отстает от наших часов на два часа, а летом - на три.
Для работы с экваториальными монтировками телескопов и для оценки вида звездного неба используют еще одну шкалу времени: звездное или сидерическое время. Эта шкала времени основана на продолжительности звездных суток - времени между двумя последовательными прохождениями звезды через одну и ту же точку меридиана. Звездные сутки примерно на 3 мин 56 с короче средних солнечных. Звездные сутки, начинающиеся в момент верхней кульминации точки весеннего равноденствия, как и солнечные сутки, разделены на 24 звездных часа.
Всемирным и звездным временем астрономы пользуются довольно давно. Но попытка использовать всемирное или звездное время в качестве равномерных шкал оказалась неудачной. По этому было предложено использовать новую шкалу, которая определялась бы периодическом движением тел в Солнечной системе. Такую шкалк назвали эфемеридным временем (ET). Эфемеридное время было определено в 1952 г. Международным астрономическим союзом и использовалось до 1984 г. в теории орбитального движения Земли, Луны и планет. Разница между эфемеридным и всемирным временем постепенно меняется в силу того, что вращение Земли вокруг оси неравномерно. К тому же вращение Земли постепенно замедляется, а значит, продолжительность солнечных суток постепенно (хотя и очень медленно) увеличивается. Например, эта разность в 1958 году составила 32.184 секунды.
С введением атомного стандарта времени и сложностью определения величины разности между всемирным и эфемеридным временем было введено понятие земного динамического времени, наиболее универсальной шкалы. Но в рамках точности любительских задач можно считать, что эфемеридное время и земное динамическое время практически не различаются. Но поскольку по результатам астрономических наблюдений 1 июля или 1 января может быть введена или изъята дополнительная секунда, то разность между ET и UT все время нарастала и достигла 72.184 секунды. С 2009 года было принято решение отказаться от введения дополнительных секунд и по мере накопления разности между истинным полднем и расчетным полднем в один час сразу добавить этот час.
Поскольку речь зашла о времени, а время измеряется не только в секундах, но и сутках, для того, что бы можно было понять сколько дней прошло между событиями, астрономы часто используют юлианские дни (JD) или так называемый Юлианский календарь, который ввел в 1583 г. французский ученый Ж. Скалигер. Особенно часто выражают время в юлианских днях наблюдатели переменных звезд, поскольку это облегчает построение кривой изменения блеска переменной звезды. За начало отсчета в Юлианском календаре принято 1 января 4713 г. до н.э. Сутки в этой системе системе начинаются в в 12Ч 00М Всемирного времени. Например, юлианский день 2455076,0 начинается 1 сентября 2009 г. в 12Ч 00М UT, а времени 12:30 соответствует 2455076,020833 JD.

Freedeniz

Спасибо Леня!

замечательная тема!

mnn72

Супер. То о чем тут написано собирал везде по кусочкам. Особенно про "Углы". Спасибо большое. Оч. полезная информация.

Garuda

Поддерживаю! Очень полезная тема для астронаблюдателей

ajgolink

мега полезно....спасибо за тему

Thomas

Немного не согласен с данной картинкой

Может в кулаке ~5 градусов, если в 1 пальце - 1 градус. А пальцев в кулаке - 5 (если я не ошибаюсь).

Виктор

Может быть расстояние между косточками пальцев в кулаке тоже учитывается как один градус, тогда все сходится

Chepurny

Леня, добавь про Modified Julian Day (Julian Day - 2400000 - 0.5)

Freedeniz

Цитата: thomas.coding від 14 Квітня 2009, 15:58:37

Немного не согласен с данной картинкой

Может в кулаке ~5 градусов, если в 1 пальце - 1 градус. А пальцев в кулаке - 5 (если я не ошибаюсь).

данную технологию я встречал несколько раз..так что думаю Леня не ошибся.

Thomas

У меня никак 5 пальцев одной руки не укладываются в пол кулака.

Олег Малый

Цитата: thomas.coding від 14 Квітня 2009, 15:58:37

Немного не согласен с данной картинкой
...

Я также не согласен со средней картинкой.
Не 10 градусов, а 10*24'
Я перемерял

Freedeniz

вот, что нарыл в книжке Сторма Данлопа

Gloom Demon

Я все боялся комментировать новые Лёнины темы, так как это запрещено правилами раздела, но раз уж пошла такая жара то присоединюсь.

Лёня это пять - очень нужная и полезная информация!!!

Freedeniz

Я вообще, с позволения автора, сделаю методичку из всех статей!

IgorZ

Зачем 206265 округлили? Все-таки довольно примечательное в астрономии число...

SP

Слово "единицы" пишется через "И".
Самая яркая звезда сев. полушария -Арктур (-0,4m)
Видел вспышку МКС не менее -3m, с дополнительными панелями сейчас наверное ещё ярче.
Если не возражаешь, могу исправить опечатки.

KMM

Цитата: SP від 14 Квітня 2009, 18:45:14

Самая яркая звезда сев. полушария -Арктур (-0,4m)

Эт в каком каталоге она -0,4? В большинстве -0,04V - -0,05V, а в SKY2000 Catalog, Version 4 (Myers+ 2002) за ней числятся всего-то +0.160V http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR-5?-out.add=.&-source=V/109/sky2kv4&recno=171078
И вообще, это заподозренная в переменности звезда http://www.sai.msu.su/groups/cluster/gcvs/cgi-bin/ident.cgi?cat=HD++&num=124897
А Вега не просто заподозренная, а уже подтверждённая малоамплитудная переменная http://www.sai.msu.su/groups/cluster/gcvs/cgi-bin/ident.cgi?cat=HD++&num=172167 В других источниках другие пределы изменения блеска даются http://www.aavso.org/vsx/index.php?view=detail.top&oid=18630
По каталогам чаще всего встречается средний блеск +0,03V, т.е. таки да Арктур совсем чуть-чуть, но ярче.

ПыСы. Где приводились данные по блеску без ссылки, значит данные брались с http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR
Лёня, там ещё в первом посте, где речь идёт о показателях цвета, надо "?" позаменять на "-" (похоже, Ворд виноват с его автозаменой).

Новини:

Автор Тема: Единицы измерения в астрономии (Прочитано 18464 раз)

Олег Малый