Действительно ли самая яркая звезда на ночном небе является самой яркой?

На ночном небе мы видим множество звезд, которые светят с разной степенью яркости, но наше представление о яркости каждой звезды необязательно соответствует действительности в космосе!

В ясном ночном небе можно наблюдать множество звезд разной степени яркости. Конечно, эти звезды представляются нам с порядком яркости. Несколько ярких звезд настолько возбудили любопытство древних людей, что о них были сложены собственные истории и предания. Существуют также тысячи тусклых звезд, которые многие из нас могут счесть “несущественными”.

Однако являются ли яркие звезды, которые мы видим с Земли, яркими потому, что они излучают большое количество энергии и радиации? Или с нашей точки зрения с Земли они просто кажутся такими?

Для начала нам нужно узнать о самых ярких звездах на ночном небе. Первым в списке стоит Сириус, расположенный в созвездии Большого Пса. После Сириуса следующими в списке идут звезды Канопус, Ригил Кентавра (также известная как Альфа Центавра, звездная система, ближайшая к Земле после Солнца) и Арктур. Интересно отметить, что этот список яркости составлен с точки зрения Земли. В любой другой звездной системе этот список может значительно отличаться.

Видимые величины

Астрономы составили этот список звезд по их яркости с помощью системы звездных величин.

Греческий астроном и математик Гиппарх был первым, кто ввел эту систему. В ней он сгруппировал самые яркие звезды как звезды “первой величины”, а самые тусклые — как звезды “шестой величины”. Всем остальным звездам присвоены значения, второй, третьей, четвертой и пятой величин, в зависимости от их относительной степени яркости. Система величин расположена в обратном порядке; чем ярче звезда, тем меньше ее величина.

Со временем эта шкала величин стала более совершенной и теперь официально называется “видимой величиной” звезд. “Видимой”, поскольку она относится к уровню яркости звезд, видимых с Земли. В настоящее время она учитывает звезды, которые намного тусклее, чем может видеть человеческий глаз. В ней также есть звезды с нулевой и даже отрицательной величиной! Сириус, самая яркая звезда на ночном небе, имеет видимую величину -1,46, а наше Солнце — -26,72.

Математически видимая величина рассчитывается с помощью логарифмического уравнения:

m_B – m_A = 2.512 * log₁₀ (I_A / I_B)

где m – видимая величина, а I – интенсивность (или яркость) двух звезд, обозначенных как A и B. Мы видим, что это относительная шкала. Если звезда A в сто раз ярче звезды B, то видимая величина звезды A будет на пять порядков ниже (ниже, потому что величины располагаются в обратном порядке их яркости), чем у звезды B.

Кажущаяся величина не является мерой фактической яркости звезд. При наблюдении с Земли яркость небесных объектов зависит от двух факторов: интенсивности излучения, испускаемого объектом, что является мерой количества энергии (в форме света), которую она испускает, и расстояния. Здесь расстояние является важным фактором. Звезда, находящаяся на значительном расстоянии, все равно будет видна нам, если она излучает достаточное количество световой энергии.

Существует также вероятность того, что свет, исходящий от далеких звезд, рассеивается или затемняется частицами межзвездного газа и пыли. Это приводит к некоторому уменьшению яркости звезды при наблюдении с Земли. Однако этот эффект не очень значителен, и в данной статье он практически не учитывается.

Абсолютные величины

Для учета общего количества света, излучаемого звездами, была создана другая система, называемая абсолютной величиной. Эта система обозначает величины звезд в соответствии с их яркостью, если бы все они рассматривались с одинакового расстояния.

Формально абсолютная величина звезды равна видимой величине, которую мы наблюдали бы, если бы объект находился на расстоянии 10 парсек от нас. Таким образом, абсолютная величина — это гораздо более точная мера яркости звезды, поскольку она учитывает только интенсивность ее излучения, не принимая во внимание расстояние.

Мы можем получить абсолютную величину любого небесного объекта, используя соотношение, приведенное ниже:

M = m – ( 5 * log₁₀(d) ) + 5

где M – абсолютная величина объекта, m – видимая величина, а d – расстояние между Землей и звездой.

Другой мерой внутренней яркости звезд является абсолютная болометрическая величина. Эта величина учитывает общее излучение, испускаемое звездой во всех длинах волн, а не только в видимом свете. Она также учитывает электромагнитное излучение, которое мы наблюдали бы, если бы объект находился на расстоянии 10 парсек от Земли (то же самое, что и абсолютная величина).

Поскольку и видимая, и абсолютная величины учитывают только длины волн видимого света, абсолютную болометрическую величину можно считать лучшим показателем внутренней яркости звезды. Однако в данной статье мы не будем рассматривать абсолютную болометрическую величину.

Сравнения яркости

Теперь мы будем использовать как видимую, так и абсолютную величины, чтобы понять степень разницы между фактической яркостью звезды и той яркостью, которую мы наблюдаем здесь, на Земле. Рассмотрим первые две самые яркие звезды, Сириус и Канопус. Видимая и абсолютная величины Сириуса составляют -1,46 и 1,43, соответственно, а Канопуса — -0,72 и -5,6, соответственно. Это означает, что хотя с Земли Сириус кажется ярче Канопуса, Канопус затмил бы Сириус совсем немного, если бы они находились на одинаковом расстоянии от наблюдателя.

Очевидно, что-то, что мы наблюдаем, не дает нам полной картины. Еще один пример — звезда Ригель. Несмотря на то, что это всего лишь 7-я по яркости звезда на ночном небе с видимой величиной 0,12, ее абсолютная величина составляет -7,0, что делает ее одной из звезд с самой высокой собственной яркостью.

Основным фактором такого контраста является то, что эти звезды расположены на разных расстояниях от Земли. Сириус — одна из ближайших звезд к нашей Солнечной системе и находится на расстоянии всего 8,6 световых лет от нас, в то время как Канопус расположен гораздо дальше — на расстоянии 309 световых лет. Ригель, с другой стороны, находится на расстоянии около 860 световых лет от Земли, но все равно светит ярче многих других.

Итак, какая звезда имеет наибольшее значение внутренней яркости? На этот вопрос довольно сложно ответить. Существует очень много звезд, абсолютные величины которых еще предстоит измерить. Некоторые из возможных кандидатов в этом списке включают R136a1, звезду Пистолет и BAT99-98. Однако хорошим эмпирическим правилом будет то, что очень далекие звезды, видимые нами, будут иметь высокую характерную яркость.

В итоге Сириус на самом деле не является самой яркой звездой. Он кажется таким, потому что находится относительно ближе к нам, чем большинство других звезд. Есть много звезд, которые светят ярче Сириуса, но они, к сожалению, не могут привлечь к себе внимание, так как расположены очень далеко.

Определение абсолютной яркости и общего количества энергии, излучаемой звездами, помогает нам разрабатывать численные модели звездообразования. Это также позволяет нам понять и изучить эволюцию звезд и все процессы, происходящие внутри них. Наблюдение и понимание высокоярких звезд играет решающую роль в наших знаниях о процессе звездообразования, что в свою очередь помогает нам больше узнать об эволюции газа в галактиках, сверхновых и т.д.