17.2: Кольори зірок

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 17.1: Яскравість зірок
- 17.3: Спектри зірок (і коричневі карлики)

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Цілі навчання

До кінця цього розділу ви зможете:

Порівняйте відносні температури зірок на основі їх кольорів
Зрозумійте, як астрономи використовують кольорові індекси для вимірювання температури зірок

Подивіться на красиву картинку зірок у Зоряній хмарі Стрільця, показану на малюнку $\PageIndex{1}$ . Зірки показують безліч кольорів, включаючи червоний, помаранчевий, жовтий, білий та синій. Як ми бачили, зірки не всі однакового кольору, оскільки не всі вони мають однакові температури. Щоб точно визначити колір, астрономи розробили кількісні методи для характеристики кольору зірки, а потім використовуючи ці кольори для визначення зоряних температур. У наступних розділах ми надамо температуру зірок, які ми описуємо, і цей розділ розповідає вам, як ці температури визначаються з кольорів світла, які виділяють зірки.

альт — Малюнок $\PageIndex{1}$ : Зоряна хмара Стрільця. Це зображення, зроблене космічним телескопом «Хаббл», показує зірки у напрямку до центру галактики Чумацький Шлях. Яскраві зірки блищать, як кольорові коштовності на чорному оксамитовому тлі. Колір зірки вказує на її температуру. Синьо-білі зірки набагато спекотніше Сонця, тоді як червоні зірки прохолодніші. В середньому зірки в цьому полі знаходяться на відстані близько 25 000 світлових років (це означає, що для проходження відстані від них до нас від них потрібно 25 000 років), а ширина поля становить близько 13,3 світлових років.

Колір і температура

Як ми дізналися раніше, закон Відня пов'язує зоряний колір із зоряною температурою. Блакитні кольори домінують над видимим світловим потоком дуже гарячих зірок (з набагато додатковим випромінюванням в ультрафіолеті). З іншого боку, прохолодні зірки випромінюють більшу частину своєї енергії видимого світла на червоних довжині хвиль (з більшою кількістю випромінювання, що відходить в інфрачервоному діапазоні) (рис. $\PageIndex{1}$ ). Тому колір зірки забезпечує міру її внутрішньої або справжньої температури поверхні (окрім наслідків почервоніння міжзоряним пилом, про які йтиметься у розділі Між зірками: газ і пил у космосі). Колір не залежить від відстані до об'єкта. Це повинно бути знайоме вам з повсякденного досвіду. Колір світлофору, наприклад, виглядає однаковим незалежно від того, наскільки далеко він знаходиться. Якби ми могли якось взяти зірку, спостерігати за нею, а потім відсунути її набагато далі, її видима яскравість (величина) змінилася б. Але ця зміна яскравості однакова для всіх довжин хвиль, і тому її колір залишиться колишнім.

Таблиця $\PageIndex{1}$ : Приклади зоряних кольорів та відповідних приблизних температур
Зірка Колір	Орієнтовна температура	Приклад
Синій	25 000 КМ	Спіка
Білий	10 000 КМ	Вега
Жовтий	6000 КМ	Сонце
Помаранчевий	4000 КМ	Альдебаран
Червоний	3000 КМ	Бетельгейзе

Phet: Спектр чорного тіла

Перейдіть до цього інтерактивного моделювання з Університету Колорадо, щоб побачити колір зірки, що змінюється при зміні температури.

Найгарячіші зірки мають температуру понад 40 000 К, а найхолодніші зірки мають температуру близько 2000 К. Температура поверхні нашого Сонця становить близько 6000 К; його піковий колір довжини хвилі трохи зеленувато-жовтий. У космосі Сонце виглядало б білим, сяяючи приблизно однаковою кількістю червонуватого та синюватого довжин хвиль світла. Це виглядає дещо жовтим, як видно з поверхні Землі, тому що молекули азоту нашої планети розсіюють деякі коротші (тобто сині) довжини хвиль з променів сонячного світла, які досягають нас, залишаючи позаду більше довгохвильового світла. Це також пояснює, чому небо синє: блакитне небо - це сонячне світло, розсіяне земною атмосферою.

Кольорові індекси

Для того, щоб задати точний колір зірки, астрономи зазвичай вимірюють видиму яскравість зірки через фільтри, кожен з яких пропускає тільки світло з певної вузької смуги довжин хвиль (кольорів). Грубим прикладом фільтра в повсякденному житті є пластикова пляшка безалкогольних напоїв зеленого кольору, яка, тримаючись перед очима, пропускає через себе лише зелені кольори світла.

Один широко використовуваний набір фільтрів в астрономії вимірює зоряну яскравість на трьох довжині хвиль, що відповідають ультрафіолетовому, синьому та жовтому світлу. Фільтри називаються: U (ультрафіолетовий), B (синій) і V (візуальний, для жовтого). Ці фільтри пропускають світло поблизу довжин хвиль 360 нанометрів (нм), 420 нм і 540 нм відповідно. Яскравість, виміряна через кожен фільтр, зазвичай виражається величинами. Різниця між будь-якими двома цими величинами - скажімо, між синьою та візуальною величиною (B—V) - називається індексом кольору.

Перейдіть до цього симулятора світла та фільтрів, щоб показати, як різні джерела світла та фільтри можуть поєднуватися, щоб визначити спостережуваний спектр. Також можна побачити, як сприймаються кольори асоціюються зі спектром.

За погодженням астрономів ультрафіолетові, сині та зорові величини системи UBV регулюються, щоб надати кольоровий індекс 0 зірці з температурою поверхні близько 10000 К, наприклад Vega. Кольорові індекси B—V зірок варіюються від −0,4 для найблакитніших зірок, з температурою близько 40 000 К, до +2,0 для найчервоніших зірок, при температурах близько 2000 К. Індекс B—V для Сонця становить близько +0,65. Зауважте, що за умовністю індекс B—V завжди є «синім» мінус «червоніший» колір.

Навіщо використовувати індекс кольору, якщо він в кінцевому підсумку має на увазі температуру? Тому що яскравість зірки через фільтр - це те, що астрономи насправді вимірюють, і нам завжди зручніше, коли наші твердження стосуються вимірюваних величин.

Резюме

Зірки мають різні кольори, які є показниками температури. Найгарячіші зірки, як правило, виглядають синіми або синьо-білими, тоді як найкрутіші зірки - червоні. Кольоровий індекс зірки - це різниця величин, виміряних на будь-яких двох довжині хвиль, і це один із способів вимірювання та вираження температури зірок астрономи.

Глосарій

індекс кольору: різниця між величинами зірки чи іншого об'єкта, виміряного у світлі двох різних спектральних областей - наприклад, синіх мінус візуальних (B—V) величин